Перспективы повышения энергетических показателей при контактной стыковой сварке (Обзор)
Приведен обзор разработок, направленных на повышение энергетических показателей при контактной стыковой сварке, и анализ возможных путей исследований в этом направлении....
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101413 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Перспективы повышения энергетических показателей при контактной стыковой сварке (Обзор) / С.И. Кучук-Яценко, Ю.С. Нейло, В.С. Гавриш, К.В. Гущин // Автоматическая сварка. — 2010. — № 2 (682). — С. 30-35. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101413 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1014132025-02-09T10:22:35Z Перспективы повышения энергетических показателей при контактной стыковой сварке (Обзор) Prospects of increasing the power characteristics in flashbutt welding (Review) Кучук-Яценко, С.И. Нейло, Ю.С. Гавриш, В.С. Гущин, К.В. Производственный раздел Приведен обзор разработок, направленных на повышение энергетических показателей при контактной стыковой сварке, и анализ возможных путей исследований в этом направлении. A review of developments aimed at improvement of power characteristics in flash-butt welding, and analysis of the possible paths of investigations in this direction are given. 2010 Article Перспективы повышения энергетических показателей при контактной стыковой сварке (Обзор) / С.И. Кучук-Яценко, Ю.С. Нейло, В.С. Гавриш, К.В. Гущин // Автоматическая сварка. — 2010. — № 2 (682). — С. 30-35. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101413 621.791.762 ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Кучук-Яценко, С.И. Нейло, Ю.С. Гавриш, В.С. Гущин, К.В. Перспективы повышения энергетических показателей при контактной стыковой сварке (Обзор) Автоматическая сварка |
| description |
Приведен обзор разработок, направленных на повышение энергетических показателей при контактной стыковой
сварке, и анализ возможных путей исследований в этом направлении. |
| format |
Article |
| author |
Кучук-Яценко, С.И. Нейло, Ю.С. Гавриш, В.С. Гущин, К.В. |
| author_facet |
Кучук-Яценко, С.И. Нейло, Ю.С. Гавриш, В.С. Гущин, К.В. |
| author_sort |
Кучук-Яценко, С.И. |
| title |
Перспективы повышения энергетических показателей при контактной стыковой сварке (Обзор) |
| title_short |
Перспективы повышения энергетических показателей при контактной стыковой сварке (Обзор) |
| title_full |
Перспективы повышения энергетических показателей при контактной стыковой сварке (Обзор) |
| title_fullStr |
Перспективы повышения энергетических показателей при контактной стыковой сварке (Обзор) |
| title_full_unstemmed |
Перспективы повышения энергетических показателей при контактной стыковой сварке (Обзор) |
| title_sort |
перспективы повышения энергетических показателей при контактной стыковой сварке (обзор) |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101413 |
| citation_txt |
Перспективы повышения энергетических показателей при контактной стыковой сварке (Обзор) / С.И. Кучук-Яценко, Ю.С. Нейло, В.С. Гавриш, К.В. Гущин // Автоматическая сварка. — 2010. — № 2 (682). — С. 30-35. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT kučukâcenkosi perspektivypovyšeniâénergetičeskihpokazatelejprikontaktnojstykovojsvarkeobzor AT nejloûs perspektivypovyšeniâénergetičeskihpokazatelejprikontaktnojstykovojsvarkeobzor AT gavrišvs perspektivypovyšeniâénergetičeskihpokazatelejprikontaktnojstykovojsvarkeobzor AT guŝinkv perspektivypovyšeniâénergetičeskihpokazatelejprikontaktnojstykovojsvarkeobzor AT kučukâcenkosi prospectsofincreasingthepowercharacteristicsinflashbuttweldingreview AT nejloûs prospectsofincreasingthepowercharacteristicsinflashbuttweldingreview AT gavrišvs prospectsofincreasingthepowercharacteristicsinflashbuttweldingreview AT guŝinkv prospectsofincreasingthepowercharacteristicsinflashbuttweldingreview |
| first_indexed |
2025-11-25T20:26:48Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:26:48Z |
| _version_ |
1849795450282967040 |
| fulltext |
УДК 621.791.762
ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИ КОНТАКТНОЙ
СТЫКОВОЙ СВАРКЕ (Обзор)
Академик НАН Украины С. И. КУЧУК-ЯЦЕНКО, Ю. С. НЕЙЛО, инж., В. С. ГАВРИШ, канд. техн. наук,
К. В. ГУЩИН, инж. (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Приведен обзор разработок, направленных на повышение энергетических показателей при контактной стыковой
сварке, и анализ возможных путей исследований в этом направлении.
К л ю ч е в ы е с л о в а : контактная стыковая сварка, тех-
нология, оборудование, источник питания, постоянный ток,
переменный ток, ток низкой частоты, вторичный контур,
сопротивление контура, энергетические показатели
Мощность оборудования, используемого при кон-
тактной стыковой сварке (КСС), составляет де-
сятки и сотни киловатт. Одной из актуальных за-
дач является нахождение путей равномерной
загрузки трехфазной питающей сети при одно-
фазной нагрузке в сварочной цепи, характерной
для контактного нагрева. Неравномерная загрузка
приводит к большему падению в распределитель-
ной сети, создает неблагоприятные условия для
эксплуатации другого оборудования, подключен-
ного к этой сети. При выборе источников энер-
госнабжения однофазных контактных машин при-
ходится ориентироваться на повышенные фазо-
вые нагрузки и соответственно общую мощность
источника питания.
В большинстве стандартных машин КСС ис-
пользуется технология, предусматривающая пов-
торно-кратковременный нагрев деталей сопротив-
лением, когда нагрузка изменяется от нуля до пре-
дельного значения, что также отрицательно вли-
яет на потребителей энергии в общей сети.
Коэффициент мощности стандартных машин
КСС составляет 0,5…0,6, а термический КПД не
превышает 30 %. Это обусловлено тем, что сопро-
тивление сварочной цепи машин соизмеримо, а во
многих случаях превышает сопротивление в кон-
такте между деталями при их нагреве [1, 2].
В последние десятилетия разработаны различ-
ные системы управления силовыми цепями кон-
тактных машин, предназначенные для распреде-
ления однофазной нагрузки на три фазы [2, 3].
По принципу работы используемые силовые ком-
поненты можно разделить на две категории. В
первой коммутация токов производится в первич-
ных обмотках сварочного трансформатора, при
этом во вторичной цепи сварочного контура под-
держивается ток пониженной частоты (5…30 Гц)
по отношению к 50 Гц питающей сети. Во вто-
рой — во вторичных обмотках сварочного тран-
сформатора установлены выпрямители, обеспечи-
вающие протекание в сварочной цепи постоян-
ного тока. Подробный анализ работы преобразо-
вателей первой группы приведен в работах [2,
3]. Такие преобразователи находят применение в
машинах для точечной и конденсаторной сварки
мощностью до 100…150 кВт.
Первый преобразователь частоты и числа фаз
для использования при КСС был разработан в
ИЭС им. Е. О. Патона еще в начале 1960-х годов
[4]. Позже аналогичные преобразователи были
разработаны другими фирмами, в частности «Sci-
aky». Преобразователь (рис. 1) состоит из шести
тиристоров (в первых машинах использовались
игнитроны).
Низкочастотные преобразователи подобного
типа производства фирмы «Sciaky» до настоящего
времени используют в мощных машинах для то-
чечной и рельефной сварки. Применение их для
стыковой сварки ограничилось выпуском единич-
ных образцов и не получило дальнейшего раз-
вития. Это обусловлено прежде всего значитель-
ным усложнением конструкции низкочастотного
сварочного трансформатора, значительным уве-
личением его массы, размеров и соответственно
стоимости.
В новых поколениях мощных машин для КСС,
поставляемых ведущими производителями такого
оборудования, в последнее десятилетие исполь-
зуются преобразователи второй категории, пре-
дусматривающие выпрямление тока во вторичной
цепи.
На рис. 2 представлены схемы трех- и шес-
типолупериодного выпрямителя, используемого в
современных контактных машинах.
Наиболее часто используют отдельные тран-
сформаторы, первичные обмотки которых соеди-
нены треугольником или звездой. В цепи пер-
© С. И. Кучук-Яценко, Ю. С. Нейло, В. С. Гавриш, К. В. Гущин, 2010
30 2/2010
вичных обмоток имеются тиристорные контакто-
ры, позволяющие регулировать напряжение, по-
даваемое на трансформатор. В каждой цепи вто-
ричных обмоток трансформаторов включены од-
но- или двухплечные выпрямители, вторичные об-
мотки соединены звездой. Конструктивно выпря-
митель представляет собой единый модуль. Тран-
сформаторы и вентили имеют систему охлажде-
ния. Выпрямленный сварочный ток практически
постоянный, коэффициент пульсации для трех-
полупериодного выпрямителя составляет 25, для
шестиполупериодного — 5,7 %. Для мощных сты-
ковых контактных машин преимущественно ис-
пользуются шестиполупериодные выпрямители с
соединением первичных обмоток на треугольник.
Фирмы «Roman transformer», «Safco System s.r.l.»,
«Dalex Schweisstechnik» в последние годы обес-
печивают поставку модулей подобного типа на
токи от 17 до 100 кА. Появление на мировом рын-
ке таких систем значительно расширило возмож-
ности для создания новых поколений специали-
зированного и универсального оборудования для
КСС в различных отраслях промышленности. Ис-
пользование преобразователей постоянного тока
позволяет решить проблему равномерной загруз-
ки сети при использовании мощных контактных
машин и повысить эффективность их применения.
При этом повышается коэффициент мощности та-
кого оборудования, так как снижаются реактив-
ные потери во вторичном контуре сварочной це-
пи. Наряду с отмеченными преимуществами в це-
лом применение постоянного тока не позволило
существенно понизить общую потребляемую
мощность в сварочной цепи по сравнению с ана-
логичными показателями при питании от 50 Гц.
Это обусловлено тем, что при нагреве сопротив-
лением деталей большого сечения (5…10 тыс.
мм2) падение напряжения в контакте между де-
талями составляет 1,5…2,0 В. Падение напряже-
ния на современных кремниевых вентилях приб-
лизительно такое же, потери энергии в вентилях
соизмеримы с расходуемой на сварку. При сварке
алюминиевых деталей потери энергии еще выше,
поэтому термический КПД процесса нагрева соп-
ротивлением на постоянном токе ниже, чем при
использовании преобразователей первой группы,
в частности, низкочастотного преобразователя [4].
В таблице приведены технические характеристи-
ки некоторых современных машин для КСС рель-
сов. В них используются мощные выпрямители,
позволяющие получать во вторичной цепи токи
50…100 кА. Для сравнения в таблице приведены
также аналогичные показатели машин, рассчитан-
ных на однофазную нагрузку.
При одинаковой производительности и мощ-
ности сварочных машин машины с трехфазной
загрузкой имеют мощность, распределенную на
три фазы. В результате их установочная мощность
снижается в √3 раз.
Рис. 1. Схема преобразователя частоты с четырехобмоточ-
ным трансформатором (ТК1…ТК3 — тиристорные контакто-
ры)
Рис. 2. Схема трех- (а) и шестиполупериодного (б) выпрями-
теля (Т1…Т3 — тиристоры; Д1…Д3 — диоды)
2/2010 31
Применение постоянного тока, судя по опыту
эксплуатации такого оборудования, кроме улуч-
шения энергетических показателей, обеспечивает
ряд технологических преимуществ. В частности,
в рекламных материалах [5] отмечается, что при
использовании постоянного тока наблюдается
более равномерный нагрев деталей по всему се-
чению.
Приведенные данные относятся к технологиям
сварки, при которых основной нагрев деталей вы-
полняется сопротивлением при коротких замы-
каниях из торцов.
Возможности дальнейшего повышения терми-
ческого КПД и снижения потребляемой мощности
при использовании таких технологий в значитель-
ной мере исчерпаны, по крайней мере, для систем,
в которых используются современные полупро-
водниковые вентили. Более радикальное улучше-
ние этих показателей можно ожидать при нахож-
дении способов повышения эффективности кон-
тактного нагрева, предусматривающего повыше-
ние контактного сопротивления Rк.з либо сниже-
ние Zк.з сварочной цепи.
В ИЭС им. Е. О. Патона за последние деся-
тилетия разработано несколько поколений машин
КСС деталей из различных сталей и сплавов на
основе алюминия, титана, хрома с площадью по-
перечного сечения до 100 тыс. мм2 и более. Они
отличаются относительно малой удельной потреб-
ляемой мощностью (15 Вт/мм2), высоким коэф-
фициентом мощности (0,80…0,95), высоким тер-
мическим КПД (60…70 %). В основу конс-
трукции машин и систем управления положена
технология сварки непрерывным оплавлением с
программным управлением основными парамет-
рами. В последние годы промышленное приме-
нение нашли разновидности этой технологии, по-
лучившие название пульсирующего оплавления
[6]. Наряду с высокой производительностью она
обеспечивает значительное (в 2…3 раза) сниже-
ние потребляемой мощности по сравнению с ма-
шинами, использующими технологию сварки с
нагревом сопротивлением. Это прежде всего обус-
ловлено возможностью получения высококонцен-
трированного нагрева путем автоматического уп-
равления сопротивлением в контакте между де-
талями Rк.з на уровне Rк.з ≥ Zк.з. Для осущест-
вления процесса непрерывного оплавления необ-
ходимо в 2…3 раза, а в специализированных ма-
шинах более чем в 10 раз снизить значение Zк.з,
что достигается определенной конструкцией сва-
рочной цепи. Хотя такие машины не обеспечи-
вают трехфазную загрузку сети, в них мощность
в фазе ниже, чем в обычных машинах с трех-
фазной загрузкой. Поскольку большинство ука-
занных машин специализированы на сварку оп-
ределенных изделий (трубы, рельсы), они имеют
индивидуальные источники энергоснабжения (пе-
редвижные электростанции), когда требования
трехфазной загрузки сети не столь актуальны. В
ряде случаев технологии сварки непрерывным оп-
лавлением успешно используют на универсаль-
ных стыковых машинах, где существенную ре-
конструкцию вторичного контура трудно выпол-
нить. Весьма эффективным оказалось переобору-
дование универсальной типовой однофазной рель-
сосварочной машины МСГУ-500 с использовани-
ем низкочастотного преобразователя частоты и
числа фаз. Использование во вторичном контуре
частоты 5 Гц позволило снизить его сопротивле-
ние с 280 до 120 мкОм. При этом напряжение,
необходимое для возбуждения непрерывного оп-
лавления при сварке рельсов тяжелых типов, сни-
зилось с 11,5 до 6,26 В [4]. Применение в данном
случае технологии сварки непрерывным оплав-
лением позволило снизить потребляемую мощ-
ность в 2,5 раза, сократить длительность сварки
и расход электроэнергии в 1,5…2,0 раза.
Рассматривая перспективы дальнейшего со-
вершенствования такого оборудования наряду с
нахождением рациональных конструкций вторич-
ного контура с целью минимизации его сопро-
тивления, представляется целесообразным разра-
ботка преобразователей первой категории, ори-
ентированных на средние частоты до 30 Гц.
Технические характеристики машин КСС рельсов на постоянном и переменном токе фирмы «Schlatter»
Тип машины
Максимальное поперечное
сечение, которое сваривает-
ся S, мм2
Номинальная мощность
сварочной машины
Pном, кВ⋅А
Мощность при коротком
замыкании сварочной
машины Pmax, кВ⋅А
Максимальный
вторичный ток I2 max, кА
Постоянный ток
GAAS-80 12000 580 630 80
GAAS-100 20000 580 630 100
Переменный ток
Aa 50/500u 10000 500 1500 90
Aa 50/450s 10000 450 1300 80
Aa 35/400s 8000 400 1000 70
BHVR 43/120 6000 450 — —
32 2/2010
При использовании постоянного тока для свар-
ки непрерывным оплавлением также можно ожи-
дать улучшения энергетических показателей про-
цесса сварки, так как среднее значение Rк.з при
оплавлении выше, чем при нагреве сопротивле-
нием. Это ухудшает работу вентилей выпрями-
телей, требующую синхронизации нагрузок. В ми-
ровой практике пока нет примеров промышлен-
ного использования машин с преобразователями
постоянного тока для сварки деталей с большим
сечением непрерывным оплавлением. В лабора-
торных условиях проводили опыты по сварке на
постоянном токе пластин и тонкостенных труб
поверхностей нагрева диаметром 30…50 м [7, 8].
При сварке оплавлением сопротивление в кон-
такте между деталями выше, чем при коротких
замыканиях, характерных для нагрева сопротив-
лением, и можно ожидать, что относительные по-
тери энергии в вентилях будут ниже. Определение
их значения в данном случае затруднительно, так
как сопротивление в контакте при оплавлении
непрерывно изменяется от значений, близких к
короткому замыканию, до полного разрыва цепи.
Отмечается, что при постоянном токе образуются
преимущественно мелкие контакты и процесс
протекает более стабильно, чем на переменном
токе, а поверхность оплавления более ровная, в
результате возможно получать качественные со-
единения при меньших, чем на 20 % припусках
на оплавление и осадку. В целом авторы работы
пришли к выводу о том, что переход к постоян-
ному току при сварке оплавлением указанных де-
талей даст такие же технологические преимущес-
тва, как уменьшение Zк.з машин путем реконс-
трукции ее сварочного контура при 50 Гц, что
обходится дешевле.
Синусоидальная форма напряжения, подводи-
мого к свариваемым деталям, не является опти-
мальной, потому что эффективный нагрев элемен-
тарных электрических контактов осуществляется
только на амплитудной части синусоиды, дли-
тельность которой в течение полупериода незна-
чительна.
Известно, что за рубежом подобные недостат-
ки стыковой сварки оплавлением устраняются с
помощью инверторных источников питания, сос-
тоящих из выпрямителя и инвертора. Выпрями-
тель равномерно загружает все три фазы источ-
ника и преобразует трехфазное напряжение в од-
нофазное, а инвертор преобразует однофазное
постоянное напряжение в однофазное перемен-
ное, форма которого является прямоугольной.
Причем наличие инвертора в новом источнике пи-
тания обусловлено тем, что для проведения про-
цесса оплавления постоянным током трудно ре-
шить вопрос коммутирования энергии постоян-
ного тока больших значений, а прямоугольная
форма напряжения обусловлена, главным обра-
зом, трудностью получения на выходе инвертора
напряжения синусоидальной формы. В работе [6]
приведены данные о разработке и испытаниях
опытного образца инверторного источника. Из
приведенных данных следует, что наиболее вы-
сокие энергетические показатели при КСС могут
быть получены на машинах с достаточно низким
сопротивлением Zк.з ≤ 100 мкОм с использова-
нием преобразователя числа фаз в первичной цепи
трансформаторов. Преобразователи, рассчитан-
ные на частоты 20…30 Гц, применяются также
для КСС и обеспечивают равномерную загрузку
сети. При этом могут быть использованы стан-
дартные трансформаторы машин КСС. Рассмат-
ривая перспективы развития КСС, следует учи-
тывать также возможности применения этого про-
цесса для высококонцентрированного нагрева при
сварке в твердой фазе сопротивлением. Наиболее
эффективным использованием энергии при сварке
сопротивлением отличаются машины, в которых
используется накопленная энергия, чаще всего это
конденсаторные машины для точечной сварки.
При малых мощностях зарядки такие накопители
генерируют в процессе сварки токи, превосходя-
щие в десятки и сотни раз токи зарядки. Нап-
ример, точечную сварку изделий из алюминиевых
сплавов толщиной 1,5 + 1,5 мм можно проводить
на машине переменного тока МТ-4019 и конден-
саторной машине МТК-5502. Вылет электродов
в обоих случаях одинаковый. Потребляемая мощ-
ность из сети у машины МТ-4019 составит
300 кВ⋅А, а у машины МТК-5502 — 20 кВ⋅А [3].
Продолжительность сварки на конденсаторных
машинах исчисляется десятками миллисекунд.
При КСС сопротивлением деталей с относи-
тельно небольшой площадью поперечного сече-
ния (до 1000 мм2) длительность нагрева состав-
ляет десятки секунд. Создание накопителей кон-
денсаторного типа для таких нагрузок представ-
ляется экономически нецелесообразным, если
ориентироваться на технические характеристики
современных стандартных конденсаторов. Учиты-
вая постоянные разработки в этой области, в бли-
жайшем будущем появление таких преобразова-
телей станет вполне возможным.
Ионисторы, которые называют еще суперкон-
денсаторами (СК), — это электрические устройс-
тва, отдающие огромное количество энергии за
очень маленький промежуток времени. Благодаря
этой способности они получили широкое приме-
нение во многих областях электроники и элект-
ротехники. Последние изменения, внесенные в
конструкцию, а также новые достижения в тех-
нологии производства делают их одними из самых
перспективных электронных устройств [9]. СК
превосходят конденсаторы других типов по плот-
ности емкости ρC, заряда ρQ и энергии ρE. СК
2/2010 33
могут обеспечить работу различных систем при
повышенных импульсных токовых нагрузках, по-
этому они заменяют в ряде случаев химические
источники тока. СК отличаются уникальной ком-
бинацией важных характеристик. По сравнению
с литиевыми элементами к преимуществам СК
относятся на порядок большая плотность мощ-
ности ρW, длительные сроки хранения (около 10
лет), отсутствие токсичных и представляющих
опасность компонентов, огромное количество
циклов перезарядки без изменения емкости (до
10 млн циклов). Емкость современных СК и ба-
тарей на их основе составляет 1…10000 Ф [10].
Характеристики СК позволяют использовать их
в качестве накопителей энергии, например, ис-
точников бесперебойного питания, компонентов
силовых импульсных устройств и в других при-
борах, где существует необходимость быстро-
действующего источника энергии [9]. Ускорению
их применения может способствовать изыскание
более совершенных процессов контактного наг-
рева сопротивлением. В ИЭС им. Е. О. Патона
выполнены работы [10], в которых показана воз-
можность сварки сопротивлением деталей с ком-
пактными и развитыми сечениями площадью се-
чения 2…3 тыс. мм2 с использованием высоко-
концентрированного нагрева. Повышение концен-
трации нагрева достигается применением проме-
жуточных вставок, имеющих композитную струк-
туру. При этом длительность нагрева составляла
1,5…2,0 с, плотность тока — 15…2,0 А/мм2. Для
осуществления такого процесса, кроме конденса-
торных, возможно применение также других на-
копителей энергии, в частности, кинетической в
механических преобразователях. В этой связи
представляют интерес многолетние разработки [7]
по созданию униполярного генератора для энер-
госнабжения установок контактной стыковой
сварки труб, идея создания которого неоднократ-
но обсуждалась [8]. Суть ее заключается в том,
что униполярный генератор, рассчитанный на
низкое напряжение, встраивается во вторичную
цепь сварочной машины (рис. 3) вместо транс-
форматора.
Специальные токоподводы передают токи,
достигающие сотни тысяч ампер, с коллектора
генератора непосредственно к электродам свароч-
ной машины, что позволяет минимизировать по-
тери во вторичном контуре. Электродвигатель Д
привода генератора Г встроен в корпус статора
генератора, что исключает промежуточные эле-
менты в кинематической схеме привода, испы-
тывающего значительные пиковые нагрузки.
Большая масса и размеры вращающихся элемен-
тов привода при высоких скоростях вращения
обеспечивают накопление в генераторе значитель-
ной кинетической энергии, расходуемой при свар-
ке. При этом обеспечивается равномерная загруз-
ка трех фаз сети, а мощность привода может быть
снижена в десятки раз по сравнению с пиковой
мощностью, потребляемой при сварке. Эффектив-
ное использование такого источника возможно при
повторно-кратковременной работе сварочной ма-
шины, когда паузы между сварками достаточно ве-
лики для восстановления необходимого уровня на-
капливаемой энергии.
Многолетние разработки [11] по созданию
униполярных генераторов различной мощности
сопровождались поисками оптимальных техноло-
гий нагрева сопротивлением деталей с большими
поперечными сечениями (до 12 тыс. мм2), в том
числе труб. Они завершились изготовлением про-
мышленной партии комплексов, включающих ге-
нераторы сварочных машин для сварки труб ди-
аметром 80…320 мм с толщиной стенок 8…12 мм
[11]. В сварочных машинах различной мощности
используются накопители энергии от 10 до
60 МДж, что позволяет получать в сварочной це-
пи токи 1,5…9 МА. Длительность нагрева при
сварке не превышает 3 с, мощность, потребляе-
мая из сети электрического привода, составляет
230…420 кВт. Применение скоростного высоко-
концентрированного нагрева при плотностях тока
50…60 А/мм2 позволило получить высококачес-
твенные соединения труб диаметром 80…320 мм
с толщиной стенки от 8 до 12 мм из сталей класса
Х65, а также аустенитного и мартенситного клас-
са, относящихся к трудносвариваемым. Наряду с
высокими показателями прочности соединения
наблюдаются высокие показатели при испытани-
ях на ударную вязкость.
Дальнейшее совершенствование накопителей
подобного типа создает условия для расширения
областей применения технологий сварки сопро-
тивлением, особенно для трудносвариваемых ма-
териалов.
Для установки контактной сварки оплавлением
труб диаметром 114…320 мм отмечено, что при-
менение источника питания с прямоугольной фор-
мой импульсов частотой 50 Гц сокращает время
сварки на 25 % [6].
1. Кучук-Яценко С. И. Контактная стыковая сварка оплав-
лением. — Киев: Наук. думка, 1992. — 235 с.
2. Патон Б. Е., Лебедев В. К. Электрооборудование для
контактной сварки. — М.: Машиностроение, 1969. —
440 с.
3. Смирнов В. В. Оборудование для контактной сварки. —
С.-Пб.: Энергоатомиздат, 2000. — 848 с.
Рис. 3. Схема униполярного генератора
34 2/2010
4. Подола Н. В., Кучук-Яценко С. И. Контактная стыковая
сварка токами низкой частоты // Автомат. сварка. —
1957. — № 1. — С. 63–72.
5. Каталог фирмы «Schlatter». Prosp. Nr.2. — Schlatter AG,
1985.
6. Применение инверторных источников питания в стыко-
вой сварке оплавлением при строительстве трубопрово-
дов / В. И. Хоменко, О. Г. Панков, С. К. Сергеев и др. //
Свароч. пр-во. — 1991. — № 9. — С. 16–17.
7. Бертинов А. И., Алиевский Б. Л., Троицкий С. Р. Унипо-
лярные электрические машины с жидкометаллическим
токосъемом / Под ред. А. И. Бертинова. — М.; Л.: Энер-
гия, 1966.
8. Haase P. W., Carries R. W., Hudson R. S. The University of
Texas at Austin, Center for Electromechanics. Homopolar
pulse welding for offshore deep water pipelines // Welding J.
— 1995. — № 5. — P. 35–39.
9. Шурыгина В. Суперконденсаторы // Электроника, наука,
технология, бизнес. — 2003. — № 3.
10. Деспотули А. Л., Андреева А. В. Суперконденсаторы для
электроники // Современ. электроника. — 2006. — № 5.
— С. 10–14.
11. James C., Wright P. E. Homopolar pulsed welding for pipe-
line application // Докл. на междунар. симпозиуме «Ex-
ploiting Solid State Joining». — Cambridge, 1999.
A review of developments aimed at improvement of power characteristics in flash-butt welding, and analysis of the possible
paths of investigations in this direction are given.
Поступила в редакцию 09.10.2009
(см. первую стр. обложки)
СВАРОЧНЫЕ АППАРАТЫ ФИРМЫ «ФРОНИУС»
НАШЛИ ПРИМЕНЕНИЕ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ
ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ПЕРЕПЛАВА
Основу производства Международной компании «Антарес» составляют две вакуумные элек-
тронно-лучевые печи ВТ01 с установленной мощностью по 2,5 МВт и производительностью
2,5 тыс. т титана в год каждая. В настоящее время заканчивается изготовление разработанной
специалистами компании печи нового поколения ВТ02 с установленной мощностью 3,2 МВт и
годовой производительностью по титану до 3,0 тыс. т в год. Конструкция печи позволит получать
круглые слитки и слябы титана и его сплавов массой до 14 т, длиной до 5,5 м.
Фотография, представленная на 1-й странице обложки, иллюстрирует рабочий момент процесса
сварки камеры плавки печи ВТ02 (сталь 09Г2С, облицовка из стали 10Х18Н10Т) с использованием
сварочного оборудования фирмы «Фрониус»
(Австрия) В настоящее время в МК «Антарес»
применяется гамма сварочного оборудования
фирмы «Фрониус» — Magic Wave 2200, Magic
Wave 5000, Vario Star 457-2. Использование
отмеченного оборудования позволило МК
«Антарес» улучшить экономические показа-
тели изготовления узлов установки ВТ02 при
обеспечении высоких прочностных свойств и
качества сварных соединений и, в частности,
вакуумной плотности швов. Помимо этого,
достигнуто существенное (до 10 %) повышение
производительности сварочных работ, умень-
шение расхода сварочной проволоки (на 5...5,5 %) и потерь на ее разбрызгивание, снижение
затрат на зачистку швов и устранение дефектов.
За счет уменьшения тепловложения и высокой воспроизводимости режимов сварки удалось
уменьшить остаточные напряжения и деформации и обеспечить заданную точность размеров и
формы сварных узлов. Это позволило уменьшить объемы механической обработки вакуумных
фланцевых соединений.
Достигнуто сокращение эксплуатационных затрат при сварке обычных и нержавеющих сталей
и меди до 15 % за счет снижения расхода защитных газов — аргона и гелия.
Надежность и безотказность работы сварочного оборудования фирмы «Фрониус» позволяет
в итоге повысить эксплуатационную надежность электронно-лучевых установок, производимых
в МК «Антарес».
2/2010 35
|