Рассмотрены вопросы разработки специализированного оборудования и технологических процессов для контактной микросварки, а также источники питания с системами автоматического регулирования, управления и контроля в реальном масштабе времени.
В проблемной лаборатории автоматизации сварочных процессов Рижского технического университета (бывшего политехнического института) разработаны некоторые технологические процессы и специализированное оборудование для использования в приборостроении:
- настольная установка и роторный автомат для дуговой конденсаторной сварки оплавлением в среде аргона различных контактов из разнородных материалов;
- настольные установки и полуавтомат для ударной конденсаторной сварки;
- настольные установки для контактной микросварки многожильных медных посеребренных проводников с деталями в различных изделиях;
- технология и установки для контактной микросварки мостиков накаливания (перемычек) из нихромовой проволоки диаметром 9-50 мкм к торцам выводов изделий;
- система автоматического контроля качества сварных соединений и управления процессом контактной микросварки ”САККС-Ц-1“ по относительному снижению усилия сжатия в процессе сварки.
Одной из актуальных проблем точечной контактной микросварки является обеспечение стабильной прочности микросварных соединений и исключение выплесков расплавленных частиц металла, так как застывшие частицы могут вызывать нарушение нормальной работы приборов.
Повышение стабильности качества сварных соединений и частичное снижение брака по выплескам при точечной контактной микросварке достигаются усовершенствованием механизмов сжатия, обеспечивающих постоянство усилия сжатия на электродах, и применением предварительного подогрева деталей импульсом тока малой мощности и сглаживанием переднего фронта импульса сварочного тока. В двухимпульсных прерывателях это решается регулированием фазы включения первого полупериода сварочного тока промышленной частоты, а в серийных машинах импульсом подогрева конденсаторным разрядом или переменного тока, а также регулированием крутизны нарастания импульса сварочного тока.
Серийные источники питания с жестко программируемой кривой сварочного тока не имеют обратных связей. Поэтому при возникновении в зоне контакта возмущающих воздействий (снижение усилия сжатия, плохая подготовка свариваемых поверхностей и др.) процесс сварки сопровождается выплесками и нестабильностью качества сварных соединений, т.е. они не отрабатывают случайные возмущающие воздействия и требуют строгой стабилизации входных параметров. Поэтому одним из эффективных путей повышения качества и надежности микросварных соединений, получаемых контактной микросваркой в процессе производства изделий приборостроения, является создание и внедрение систем автоматического регулирования (САР).
Различными авторами было предложено довольно большое количество систем автоматического регулирования процесса по электрическим параметрам, а именно по сварочному току, по межэлектродному напряжению и по мощности, выделяемой между электродами, и по электрическому сопротивлению межэлектродного участка. При этом для каждого конкретного сочетания материалов предлагался свой параметр регулирования.
В большинстве своем предложенные САР были разработаны для контактной сварки материалов средних и больших толщин. Эти системы обладали большой инерционностью, малой точностью и сравнительно большим временем отработки возмущения (10 мс и более). Для контактной микросварки материалов малых толщин такие САР непригодны, т.к. процесс длится 2-10 мс. Кроме этого, исследований и сравнений технологических возможностей при контактной микросварке различных САР не проводилось.
Поэтому нами были проведены экспериментальные исследования и сравнение технологических возможностей САР процесса контактной точечной микросварки с авторегулированием по падению напряжения между электродами, по сварочному току и по мощности при стабилизированной длительности переднего фронта, при постоянной длительности стабилизированной части импульса, а также величине энергии, выделяемой в зоне сварки.
В качестве имитатора возмущений было выбрано статическое усилие сжатия на электродах. Выбор данного параметра в качестве имитатора возмущений обусловлен тем, что отклонение этого параметра от оптимальных значений дестабилизирует контактные сопротивления в зоне сварки, размеры поверхностей вдавливания свариваемых проволок и зачастую приводит к появлению выплесков.
Программа падения напряжения ΔUээ технологически целесообразно отрабатывается сварочным током — “смягчает” режим нагрева при снижении усилия сжатия (т.е. происходит более плавное нарастание сварочного тока в начальной стадии процесса и уменьшается его амплитудное значение, а длительность сварки увеличивается).
При повышении усилия сжатия ΔUээ “ужесточает” режим нагрева (происходит более резкое нарастание сварочного тока, увеличивается его амплитудное значение и уменьшается длительность), т.е. компенсирует отрицательный эффект возмущений, обеспечивая безвыплесковую сварку с получением высокопрочных соединений с пониженным коэффициентом вариации в весьма широком диапазоне изменения усилия сжатия (+30% и -50% от Fэ опт).
Программа сварочного тока приводит к технологически нецелесообразному повышению падения напряжения на электродах, т.е. “ужесточает” режим нагрева при снижении усилия и “смягчает” его при повышении усилия сжатия, т.е. усиливает отрицательный эффект возмущений, обеспечивая получение высокопрочных соединений в относительно узком диапазоне усилия сжатия, ограниченного снизу выплеском, а сверху снижением прочности соединений и повышением коэффициента ее вариации (± 10% от оптимального Рст).
Программа мощности отрабатывает возмущения по Рст за счет одновременного изменения межэлектродного напряжения и сварочного тока, их скоростей нарастания и амплитудных значений (± 20% от Рст).
Анализ результатов технологических исследований указанных программ САР показал преимущество программы падения напряжения при постоянной энергии сварки. Эти преимущества заключаются в снижении разброса прочностных характеристик и их стабилизации, а также, что очень важно, в уменьшении вероятности появления выплесков.
На основе проведенных исследований впервые был создан бестрансформаторный транзисторный быстродействующий управляемый источник сварочного тока для контактной микросварки типа САРМ-3. Испытания источника сварочного тока в лабораторных условиях и на производстве подтвердили его пригодность для контактной микросварки ответственных изделий.
В сравнении с известными аналогами источник имеет следующие отличительные особенности — малоинерционный сварочный контур, повышенное быстродействие (0,1 мс) и широкие диапазоны установки параметров программ авторегулирования, форму импульсов сварочного тока, позволяющих обеспечивать нагрев, согласованный с динамикой процесса осадки, и минимальную зону термического влияния.
САРМ-3 представляет собой замкнутую систему непрерывного автоматического регулирования процесса с программируемыми электрическими параметрами и формой импульса и обратной связью от падения напряжения на электродах. Источником энергии служат батареи большой емкости из низковольтных электролитических конденсаторов большой удельной электрической емкости (например К50-25 или К50-18). Требуемое значение емкости батареи — около 1 Ф при напряжении зарядки до 20В.
Управляемый источник САРМ-3 обеспечивает нарастание падения напряжения между сварочными электродами по квадратичному закону с заданной длительностью переднего фронта импульса (рис. 1, кривая 1), поддерживает стабильный заданный уровень падения напряжения (участок 2) и отключает сварочный ток при достижении установленной величины энергии, выделившейся между электродами (участок 3).
После небольшой модернизации управляемых источников можно передний фронт импульса задавать синусоидальным или комбинированным (синусоидально-квадратичным). или несколькими возрастающими по амплитуде импульсами повышенной частоты. Спадающий фронт импульса (участок 3)можно также задавать желаемой формы.
Такие варианты изменения формы сварочного импульса позволяют более эффективно стабилизировать начальные значения переходных и контактных сопротивлений и снизить вероятность появления выплесков расплавленного металла.
Источник питания САРМ-3 состоит из блока управления БУ2-Ц и блока питания БП-3 (рис.2).
Блок питания БП-3 электрическими силовыми цепями подсоединяется к электродам механизма сжатия сварочной машины.
Блок управления БУ2-Ц представляет собой измерительное и управляющее устройство, и осуществляет измерение, обработку и необходимые управляющие воздействия для реализации алгоритма управления сварочным процессом.
Блок БП-3 представляет собой быстродействующий и управляемый источник сварочного тока с помощью силовых транзисторов КТ-825 или КТ-827.
Технические характеристики источника сварочного тока САРМ-3
Питание от сети переменного тока, В 220 ± 22 (50 ± 0,5 Гц)
Пределы регулирования сварочного тока, А 100 — 3000
Пределы регулирования падения напряжения на
электродах, В 0,1 — 3,0
Пределы задания энергии сварки, Дж 0,1 — 50,0
Пределы задания переднею фронта импульса, мс 1-15
Точность регулирования, % 3
Напряжение на конденсаторной батарее, В 20
Емкость конденсаторной батареи, Ф 1,0
Масса, кг 50
Размеры, мм БУ2-Ц: 480x160x475
БП-3: 480x320x475
Источник питания САРМ-3 можно рекомендовать для контактной микросварки ответственных изделий при наличии возмущений по усилию сжатия, чистоте поверхностей свариваемых деталей и электродов. САРМ-3 обеспечивает стабильное качество микросварных соединений и снижает количество выплесков в несколько раз.
На основе разработанных источника питания САРМ-3 и блока контроля и управления САККС -Ц-1 была изготовлена сварочная установка ”Импульс-КМ», которая предназначена для контактной микросварки однородных и разнородных материалов толщиной до 0,3 мм и диаметром до 1.0 мм (рис.З).
Сварочная установка оснащена быстродействующим транзисторным источником питания ”САРМ-3“ , блоком контроля качества микросварных соединений и управления процессом «САККС -Ц-1» и малоинерционной сварочной головкой с педальной системой включения . Установка имеет электрическую, световую и звуковую сигнализацию при недопустимых возмущениях но межэлектродному сопротивлению и при контроле качества сварных соединений .
В настоящее время в лаборатории разрабатываются две модификации новых сварочных источников для контактной микросварки , применение которых несомненно даст большой технологический эффект:
- источник с максимальным сварочным током до 2,5 кА;
- источник с максимальным сварочным током до 5,0 кА.
Это малоинерционные, программируемые и управляемые в реальном масштабе времени, со встроенной регистрацией и цифровой индикацией параметров процесса сварочные источники постоянного тока.
Принцип действия разрабатываемых источников основан на бестрансформаторном выпрямлении сетевого напряжения, высокочастотном импульсном преобразовании с применением ШИМ — модуляции и выпрямлении выходного сварочного тока .В новых источниках будет осуществляться дозирование энергии, выделяемой в зоне сварки; измерение и цифровая индикация сварочного тока; контроль и цифровая индикация длительности сварочного импульса как функции качества процесса с сигнализацией об отклонении от нормы; электронная память двух и более режимов сварки с быстрым переключением на любой режим с помощью внешней кнопки или сенсора. В схемотехнике будет использоваться современная элементная база широкого применения известных фирм — производителей радиоэлементов, микроконтроллеры с электрически программируемой памятью, монтаж на основе печатных плат с межблочными соединениями с помощью плоских жгутов.
Указанные выше особенности, а также блочно-модульная конструкция обеспечат высокую надежность, удобства в эксплуатации и ремонте, возможность программирования или коррекции программ на обычном компьютере, а также относительно низкую стоимость оборудования при его тиражировании.
Вам также могут быть интересны статьи:
(Пока оценок нет)
Загрузка...