Электроконтактная сварка.

Расчёт оптимальных режимов сварки и конструктивных параметров установок для электроконтактной сварки оплавлением (ЭКСО) начинают с выбора мощности электростанции, питающей сварочный трансформатор. Мощность электростанции потребляется сварочным трансформатором, гидроприводом и другими вспомогательными агрегатами

, где

N_св – мощность, потребляемая сварочным трансформатором, кВт, равная N_св = kF, k =1,28 – коэффициент, учитывающий случайные перегрузки при сварке, F – площадь сечения свариваемой трубы, см², равная

, где

D_н – наружный диаметр трубы, мм; δ – толщина стенки трубы, мм; N_всп – мощность, затраченная на привод вспомогательных агрегатов, кВт, равная N_всп =0,25 N_св, η =0,95 коэффициент полезного действия электростанции.

Для дальнейшего расчёта необходимо задаться напряжением на вторичной обмотке сварочного трансформатора U₂ или сопротивлением сварочного трансформатора при коротком замыкании. Исходя из практического опыта ЭКСО, вторичное напряжение U₂ выбирают в пределах 5÷8В. При этом большие значения вторичного напряжения относится к большим сечениям трубы (свыше 20000мм²). Тогда максимально допустимое сопротивление сварочного трансформатора при коротком замыкании:

, где

р =1,0кВт/см² – удельная мощность, расходуемая на сварку; μ =0,67 – коэффициент мощности; ρ – удельное электросопротивление, Ом·см. При оплавлении оно изменяется, В первом приближении для начала процесса его можно считать постоянным и для углеродистой стали при температуре +20°C равным ρ =17·10^-6Ом·см.

Средняя скорость оплавлением определяется

Исходя из потребляемой мощности, вторичного напряжения и коэффициента мощности определяем ток во вторичной обмотке трансформатора в процессе оплавления:

.

Для определения тока в первичной обмотке трансформатора найдём предварительно коэффициент трансформации:

, где

U₁ =380B – напряжение в первичной обмотке трансформатора.

Тогда первичный ток в процессе оплавления

.

Минимальное время оплавления, необходимое для достижения в стыке перед осадкой температуры плавления металла и покрытия каждого из сваренных торцов жидкой плёнкой металла толщиной, равной 1,0 мм, можно определить по формуле:

, где

τ_s – время достижения температуры плавления в стыке; τ_ж – время, необходимое для образования на оплавленных торцах жидкой плёнки металла толщиной 1мм, принимается τ_ж =10с.

Для условий ЭКСО трубопроводов большого диаметра на машинах с трансформатором, имеющим малое сопротивление при коротком замыкании (15-30мкОм), время необходимое для достижения температуры плавления в стыке определяют по эмпирической формуле:

.

Величину оплавления определяется из зависимости:

.

Расход электроэнергии W¹ (кВт·ч) для сварки одного стыка найдём из произведения мощности, потребляемой в процессе оплавления на время оплавления

.

Расход электроэнергии W¹¹ (кВт·ч) на привод маслонасоса и компрессора за этот период времени

, где

N_пр – мощность привода механизма осадки, кВт;

,

Р – усилие осадки, Н;

m – заданное удельное давление в стыке, рекомендуется значение m выбирать в пределах 40÷60МПа;

η₂ – коэффициент полезного действия привода осадки, принимается η₂ =0,95.

Суммарный расход электроэнергии на сварку одного стыка

.

Оптимальную величину осадки найдём из выражения:

.

Таким образом, общий припуск свариваемых труб в процессе оплавления и осадки

l=l_опл+l_ос.

Поскольку для расчёта скорости и времени оплавления в зависимости от площади сечения свариваемых труб, припуска на осадку в зависимости от температурного поля (или времени оплавления) требуется выполнить довольно сложные математические действия, для удобства определения указанных параметров можно воспользоваться специальной номограммой.

Для предупреждения охлаждения жидкого металла на торцах труб перед осадкой за 7-15с до конца процесса оплавления скорость оплавления повышается до 0,8-1,2мм/с. Этот период называется форсировкой. С этой же целью в течение 0,1-0,5с после подачи команды на осадку процесс осадки проводят без выключения сварочного трансформатора, т.е. при протекании через свариваемые трубы тока.