Статьи

14.09.2012

Установка контактной точечной сварки

Валерий Батурин, Виталий Евцихевич, Александр Ефентьев, Роман Ефимов, Владимир Турманов, Евгений Шпаков

Установка контактной точечной сварки предназначена для сваривания элементов конструкций и деталей электронных приборов. Сварочные операции могут выполняться с помощью сварочной головки, сварочных клещей и сварочного карандаша. Установка применяется для контактной точечной сварки черных, цветных металлов и их сплавов.
 

Введение

Установка контактной точечной сварки предназначена для сваривания элементов конструкций и деталей электронных приборов. Установка смонтирована на столе, имеющем освещение и систему подачи под избыточным давлением очищенного через фильтры воздуха в зону сварки. На столе смонтирован сварочный трансформатор, к которому подключается сварочный инструмент, шкаф с силовыми элементами управления и шкаф с контроллером управления и панелью оператора. Сварочные операции могут выполняться с помощью сварочной головки, сварочных клещей и сварочного карандаша.
Установка применяется для контактной точечной сварки черных, цветных металлов и их сплавов.
Устройство и работа

Общий вид установки контактной точечной сварки приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Установка контактной точечной сварки.
 

Установка состоит из бокса со столом, сварочной головки, контактной плиты для сварки сварочным карандашом, сварочного трансформатора, силового шкафа, кнопочного поста, шкафа управления с панелью оператора для выбора и индикации режимов сварки, ножной педали, клещей сварочных и карандаша сварочного.
Стол выполнен из прямоугольных труб, на нем установлен бокс. На столешнице бокса установлена сварочная головка, слева - контактная плита, сварочный карандаш и сварочные клещи. Справа на стойке установлен шкаф управления с контроллером управления установкой и графической панелью оператора. Внизу под столом на кронштейне установлен сварочный трансформатор, ножная педаль с регулируемой по длине тягой на сварочную головку. Справа под столом установлен силовой шкаф с индикаторами наличия напряжения на вводном устройстве шкафа. Кнопочный пост включения/отключения установки установлен на кронштейне справа на нижней плоскости стола. Силовые цепи сварочной головки, плиты контактной, сварочного карандаша и сварочных клещей соединены жгутами кабельными с вторичной обмоткой сварочного трансформатора. Концевые выключатели сварочного инструмента, определяющие момент сварки, соединены со шкафом управления.
   

Система управления сваркой

Структурная схема установки контактной точечной сварки приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Структурная схема установки контактной точечной сварки
 

Напряжение, при котором производится сварка, формируется из питающего напряжения сети переменного тока 380В с помощью сварочного трансформатора. Для сварки предусмотрено 16 ступеней питающего напряжения, которые формируются с помощью 5 первичных обмоток. Одна из обмоток является основной и используется на всех диапазонах. При ее подключении формируется максимальное сварочное напряжение, соответствующее 15 ступени. Остальные обмотки являются дополнительными. При последовательном и согласованном подключении дополнительных обмоток к основной, коэффициент трансформации уменьшается, что приводит к уменьшению выходного напряжения вторичной обмотки. Число витков дополнительных обмоток имеет весовые коэффициенты 1-2-4-8 относительно основной обмотки с минимальным числом витков. Подключая дополнительные обмотки в различном сочетании, можно получить 16 ступеней выходного напряжения вторичной обмотки, к которой подключается сварочный инструмент. Вторичная обмотка имеет три витка с двумя отводами.
Шкаф силовой содержит автомат и контактор Schneider Electric, обеспечивающие общее включение установки, сильноточные реле управления переключением первичных обмоток трансформатора фирмы Finder и оптотиристорный модуль типа МТОТО160-10-7И, обеспечивающий подключение первичной обмотки трансформатора к питающему напряжению на требуемый временной интервал для формирования сварочных импульсов. В  этом же шкафу расположен понижающий трансформатор 220/12В, используемый для определения момента перехода питающего напряжения через ноль.
На лицевой панели силового шкафа установлено три сигнальных индикатора «Фаза А», «Фаза В» и «Фаза С», сигнализирующих о подключении сварочной установки к сети электропитания. Внутренний вид силового шкафа приведен на рисунке 3.

Рисунок 3 – Внутренний вид силового шкафа

Шкаф управления содержит контроллер S7 200 Siemens типа CPU 222 с источником питания LOGO!Power и графическую панель оператора Weintek с сенсорным экраном. Общий вид шкафа управления приведен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Общий вид шкафа управления


Конструктивно шкаф силовой и шкаф управления выполнены с использованием изделий фирмы Rittal.
Выбор сварочного инструмента, типа и параметров сварочных импульсов производится оператором на графической панели с сенсорным экраном. Общей вид панели управления представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 – Панель управления установкой контактной сварки.

На панели оператора расположены все необходимые органы управления и контроля установки. Текущее состояние оборудования, соответствующее состоянию кнопок обозначается текстовыми надписями на кнопках. Для всех кнопок принята цветовая подсветка состояния.  Голубой цвет подсветки соответствует не активному или выключенному состоянию. Желтый цвет подсветки соответствует активному или включенному состоянию.
В верхней части экрана расположена область вывода текстовых сообщений о текущем состоянии установки и сообщений о сбоях оборудования.
Прежде, чем рассматривать порядок работы с установкой контактной сварки, рассмотрим назначение  органов управления, расположенных на панели оператора.
 Установка контактной сварки может находиться в состоянии «Настройка», в котором производится настройка параметров сварки для выбранного сварочного инструмента или в состоянии «Работа», в котором производится сварка. В состоянии «Настройка» сварочные импульсы не формируются и сварка невозможна.
При переходе кнопки из состояния «настройка» в состояние «работа» происходит запись выбранных на панели оператора настроечных параметров в область памяти выбранного сварочного инструмента.
При переходе кнопки из состояния «работа» в состояние «настройка» происходит считывание записанных ранее настроечных параметров из области памяти выбранного сварочного инструмента и отображение их на панели оператора.
На установке контактной сварки можно выполнять сварочные работы с использованием одного из трех инструментов: сварочной головки, сварочных клещей или сварочного карандаша. На экране панели оператора расположены кнопки выбора инструмента, для которого будут настраиваться параметры сварочных импульсов или с помощью которого будет производиться очередная сварочная операция с соответствующими надписями.
На установке контактной сварки возможно выполнение сварочных работ с использованием положительной, отрицательной или двухполярной последовательности сварочных импульсов. Выбор типа сварочных импульсов при настройке параметров сварочного инструмента или в процессе сварки осуществляется с помощью кнопок «Плюс», «Минус» и «Синус».
На установке контактной сварки возможно выполнение сварочных работ с использованием последовательности от одного до четырех сварочных импульсов.
Выбор количества сварочных импульсов производится последовательным нажатием  кнопки с изменяющейся надписью «Имп.0», отображающей число сварочных импульсов при сварке. Кнопка выбора количества импульсов позволяет циклически перебирать количество сварочных импульсов для выбора необходимого числа.
Сварочный трансформатор установки контактной сварки позволяет дискретно изменять максимальную величину сварочного напряжения, которое соответствует углу 900 напряжения синусоидальной формы на сварочном инструменте. Можно задать 16 диапазонов сварочных напряжений. Задание и индикация  выбранного диапазона и соответствующего напряжения производится с помощью элементов управления, приведенных на рисунке 6.
Рисунок 6 – Панель задания диапазона сварочного напряжения

Цифровое табло с белым фоном отображает номер выбранного диапазона сварочного напряжения. Одновременно это табло является кнопкой вызова стандартной  цифровой клавиатуры представленной на рисунке 7, предназначенной для ввода числового значения номера диапазона. Возможен ввод номеров диапазона от 0 до 15. Остальные числовые значения игнорируются. Завершение ввода происходит по нажатию кнопки «Enter».
 

Рисунок 7 – Клавиатура ввода номера диапазона.

Стрелочный индикатор показывает текущий номер выбранного диапазона и позволяет визуально оценить возможности по изменению настройки в ту или иную сторону.
Цифровое табло на сером фоне отображает текущую величину максимального сварочного напряжения. Справку о соответствии номера диапазона и максимального сварочного напряжения можно получить, если указателем (пальцем) нажать в область  надписи «Диапазон», в результате появится график, приведенный на рисунке 8.
 

Рисунок 8 – График соответствия напряжения номеру диапазона.

Для удаления графика соответствия максимального сварочного напряжения выбранному номеру диапазону, необходимо нажать указателем в область этого графика.
Система управления установки точечной сварки осуществляет также регулирование сварочного импульса тока за счет изменения угла открывания оптотиристорного модуля. Угол открывания оптотиристорного модуля лежит в диапазоне 600 – 1600 электрических градусов полупериода питающего напряжения. Задание и индикация  выбранного угла открывания оптотиристорного модуля и соответствующего напряжения производится с помощью элементов управления, приведенных на рисунке 9.
 

Рисунок 9 – Панель задания угла открывания оптотиристорного модуля.

Цифровое табло с белым фоном отображает угол открывания оптотиристорного модуля. Одновременно это табло является кнопкой вызова стандартной  цифровой клавиатуры представленной на рисунке 7, предназначенной для ввода числового значения угла открывания тиристора. Возможен ввод углов открывания тиристора от 600 до 1600 электрических градусов. Остальные числовые значения игнорируются. Завершение ввода происходит по нажатию кнопки «Enter».
Стрелочный индикатор показывает текущий угол открывания оптотиристорного модуля и позволяет визуально оценить возможности по изменению настройки в ту или иную сторону.
Цифровое табло на сером фоне отображает текущую величину максимального сварочного напряжения с учетом угла открывания оптотиристорного модуля. Справку о соответствии угла открывания оптотиристорного модуля и максимального сварочного напряжения можно получить, если указателем нажать в область  надписи «Фаза», в результате появится график, приведенный на рисунке 10.
Для удаления графика необходимо нажать указателем в область расположения этого графика.

Рисунок 10 – График соответствия угла открывания тиристора и масштабного коэффициента для максимального напряжения сварочного импульса.


На панели управления, под стрелочными индикаторами диапазона и фазы, расположен горизонтальный индикатор интеграла модуля напряжения сварочных импульсов. Он позволяет визуально (качественно) оценить возможности регулировки теплового воздействия сварочных импульсов в сторону увеличения или уменьшения за счет угла открывания тиристоров, диапазона сварочного напряжения или количества сварочных импульсов. Максимум шкалы соответствует сварке четырьмя синусоидальными импульсами на 15 диапазоне сварочного напряжения при 600 угла открывания тиристора.
На установке контактной сварки вы можете выбрать концевой выключатель сварочного инструмента, при нажатии на который будут формироваться сварочные импульсы. Выбор инициатора сварочных импульсов осуществляется последовательным нажатием кнопки с циклически изменяющейся надписью «Пауза», «Панель», «Авто», «Педаль», отображающей выбранный способ управления импульсами.
Возможны следующие варианты управления сваркой.
1.    «Пауза» - независимо от того, в каком состоянии «настройка» или «работа» вы находитесь, действует запрет на формирование сварочных импульсов.
2.    «Панель» - сварка возможна только инструментом, выбранным на панели оператора.
3.    «Авто» - независимо от того, какой инструмент выбран на панели оператора, сварка производится тем инструментом, на котором сработал концевой выключатель; при этом сварка происходит именно с его настроечными параметрами. Таким образом, реализуется режим автоматического выбора настроечных параметров для используемого сварочного инструмента.
4.     «Педаль». Независимо от того, каким инструментом вы выполняете сварочную операцию, формирование сварочных импульсов произойдет только при срабатывании концевого выключателя, установленного на дополнительной педали управления, т.е. при нажатии на эту педаль. При этом сварка происходит с настроечными параметрами инструмента, выбранного на панели оператора.
Выбор инициатора сварочных импульсов позволяет организовать более гибкое управление сварочным инструментом.
 

Технические характеристики

 

1

Установка изготовлена в климатическом исполнении по ГОСТ 15150-69

УХЛ 4.1

2

Габаритные размеры и масса установки

длина, не более

1010 мм

ширина, не более

625 мм

высота, не более

1800 мм

масса, не более

260 кг

3

Производительность установки при ПВ=1%, не менее

60 сварок/мин

4

Регулирование сварочного тока

переключением отводов первичной обмотки трансформатора

16 диапазонов

регулировкой угла включения сварочного тиристора в пределах

60 -160 эл. град.

5

Сварка сварочной головкой

номинальный раствор электродов

25±3 мм

номинальный вылет электродов

120 мм

материал электродов

БрНХК

регулируемое усилие сжатия электродов

2 -16 кгс

максимальный сварочный ток

4 кА

6

Сварка сварочным карандашом

пределы регулирования усилия сжатия

1,2 - 2,5 кгс

максимальный сварочный ток

2,5 кА

7

Сварка сварочными клещами

максимальный раствор электродов

8 мм

пределы регулирования усилия сжатия

0,3 - 1,2 кгс

максимальный сварочный ток

1,5 кА

8

Режимы сварки

число режимов сварки

12

полярность сварочных импульсов

положительная, отрицательная,

двухполярная

число сварочных импульсов (при двухполярных сварочных импульсах до 8-ми полупериодов питающего напряжения)

1 - 4

9

Установка обеспечивает очистку воздуха в рабочей зоне

класс чистоты в рабочей зоне при эксплуатации в помещениях класса чистоты 8 ИСО (100000) - 5 ИСО (100)

по ГОСТ ИСО 14644-1-2002

эффективность фильтров по частицам 0,3 мкм

99,995%

скорость воздуха, в рабочей зоне, регулируемая

0 - 0,5 м/с

освещенность рабочей зоны

до 2000 лк

10

Питание установки от трехфазной сети переменного тока  с нулевым проводом

380/220В, 50Гц.

11

Средняя потребляемая мощность установки, не более 

3,5 кВт

12

Пиковая, кратковременная мощность установки, не более

25 кВт

13

Время подготовки к работе, не более

5 мин

14

Характеристики надежности

срок службы установки, не менее

10 лет

среднее время восстановления работоспособного состояния установки, не более

2 часов

 

 

Включение сварочного тока при работе сварочной головки осуществляется ножной педалью при достижении усилия сжатия электродов заданного значения. Усилие нажатия на педаль не превышает 8 кгс. При работе карандаша и клещей включение сварочного тока осуществляется ручным нажатием электрода карандаша на свариваемые детали и ручным сжатием электродами клещей свариваемых деталей при достижении заданных значений усилий сжатия деталей. В целях унификации процесса сварки имеется возможность перевода установки в такой режим, при котором сварочный импульс на любой выбранный инструмент подается при помощи педали, вне зависимости от заданного усилия на этом инструменте. Это позволяет произвести сварку деталей в случаях, когда технически невозможно обеспечить заданное усилие на инструменте.

Выводы

Представленная в статье установка контактной точечной сварки отличается от действующих прототипов удобным пользовательским интерфейсом и высокой повторяемостью заданных режимов сварки. Кроме того, благодаря использованию надёжных комплектующих изделий, обеспечивается длительная многосменная работа оборудования в производственных условиях с минимальным временем технического обслуживания. Учитывая продолжительный срок эксплуатации подобных сварочных установок на предприятиях электронной промышленности, представленная разработка является актуальной.

ООО «Трайтек Инфосистемс»


 

 


Вернуться в список новостей