Технология и оборудование контактной сварки. Сборник задач


А. С. Климов, А. Н. Анциборов





        ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

СБОРНИК ЗАДАЧ

Учебное пособие

















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 621.791
ББК 34.641
     К49



Рецензенты:
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой современных методов сварки и контроля конструкций Уфимского государственного авиационного технического университета, директор ООО «Головной аттестационно-сертификационный центр Республики Башкортостан» Атрощенко Валерий Владимирович;
доктор технических наук, профессор кафедры оборудования и технологии сварочного производства Волгоградского государственного технического университета Савинов Александр Васильевич




     Климов, А. С.
К49 Технология и оборудование контактной сварки. Сборник задач : учебное пособие / А. С. Климов, А. Н. Анциборов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 100 с. : ил., табл.
         ISBN 978-5-9729-0964-3

     Представлены варианты заданий и алгоритмы решения задач по проектированию сварочных электродов и элементов вторичного контура контактных машин, выбора ступени трансформатора, определению параметров фазового регулирования. Изложена методика решения задач, необходимые данные и расчётные формулы, приведены примеры решения.
     Для студентов бакалавриата по направлению подготовки 15.03.01 «Машиностроение».

УДК 621.791
ББК 34.641








ISBN 978-5-9729-0964-3

     © Климов А. С., Анциборов А. Н., 2022
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

СОДЕРЖАНИЕ


Введение...................................................... 6
Содержание сборника задач, правила пользования им и критерии оценивания...................................... 7
Задача 1 - Составление требований к геометрии точечно-сварного соединения.................................................... 9
   1.1. Общая постановка задачи 1............................. 9
   1.2. Требования кточечно-сварным соединениям согласно ГОСТ 15787-79.............................................. 9
   1.3. Порядокрешениязадачи 1 ............................... 11
   1.4. Пример решения задачи 1............................... 11
   1.5. Вариантызаданий....................................... 12
Задача 2 - Выбор параметров режима контактной точечной сварки. 13
   2.1. Общая постановка задачи 2............................. 13
   2.2. Особенности выбора параметров режима контактной точечной сварки..................................................... 14
   2.3. Порядокрешениязадачи 2................................ 17
   2.4. Пример решения задачи 2............................... 17
   2.5. Вариантызаданий....................................... 19
Задача 3 - Проектирование электродов для контактной точечной сварки....................................................... 20
   3.1. Общая постановка задачи 3............................ 20
   3.2. Особенности проектирования электродов для контактной точечной сварки........................................... 20
   3.3. Порядокрешениязадачи 3 .............................. 23
   3.4. Пример решения задачи 3.............................. 24
   3.5. Вариантызаданий...................................... 26
Задача 4 - Расчет продолжительности включения и длительного тока контактных сварочных машин................................... 29
   4.1. Общая постановка задачи 4............................ 29
   4.2. Основные электрические параметры контактных сварочных машин и продолжительность включения....................... 29
   4.3. Порядок решения задачи 4............................. 31
   4.4. Примеры решения задачи 4............................. 32
   4.5. Вариантызаданий...................................... 33
Задача 5 - Расчет элементов вторичного контура контактных сварочных машин........................................................ 38
    5.1. Общая постановка задачи 5........................... 38
    5.2. Особенности вычисления площади элементов вторичного контура.................................................. 38
    5.3. Порядок решения задачи 5............................ 41
    5.4. Пример решения задачи 5............................. 41
    5.5. Вариантызаданий..................................... 42

3

Задача 6 - Выбор гибких перемычек многоэлектродных контактных машин......................................................... 46
    6.1. Общая постановказадачи 6............................. 46
    6.2. Особенности проектирования вторичных контуров многоэлектродных сварочных машин.......................... 47
    6.3. Порядок решения задачи 6............................. 51
    6.4. Пример решения задачи 6.............................. 51
    6.5. Вариантызаданий...................................... 52
Задача 7 - Выбор ступени сварочного трансформатора............ 57
    7.1. Общая постановка задачи 7............................ 57
    7.2. Особенности выбора ступени сварочного трансформатора при контактной точечной сварке............................ 57
    7.3. Порядок решения задачи 7............................. 60
    7.4. Пример решения задачи 7.............................. 61
    7.5. Вариантызаданий...................................... 62
Задача 8 - Вычисление наибольшего вторичного тока контактных сварочных машин............................................... 66
    8.1. Общая постановка задачи 8............................ 66
    8.2. Особенности вычисления тока короткого замыкания контактных сварочных машин........................................... 66
    8.3. Порядок решения задачи 8............................. 68
    8.4. Пример решения задачи 8.............................. 68
    8.5. Вариантызаданий...................................... 69
Задача 9 - Вычисление коэффициента мощности контактной машины в режиме сварки и режиме короткого замыкания.................. 72
    9.1. Общая постановка задачи 9............................ 72
    9.2. Особенности вычисления коэффициента мощности контактной машины в режиме сварки и режиме короткого замыкания....... 72
    9.3. Порядок решения задачи 9............................. 73
    9.4. Пример решения задачи 9.............................. 74
    9.5. Вариантызаданий...................................... 75
Задача 10 - Задание параметров фазового регулирования при контактной точечной сварке................................ 75
    10.1. Общая постановказадачи 10........................... 75
    10.2. Особенности фазового регулирования сварочного тока наконтактныхмашинах....................................... 75
    10.3. Порядок решения задачи 10........................... 78
    10.4. Пример решения задачи 10............................ 78
    10.5. Вариантызаданий..................................... 80
Задача 11 - Расчет активного и индуктивного сопротивления контактных машин по результатам опыта короткого замыкания..... 82
    11.1. Общая постановка задачи 11.......................... 82
    11.2. Особенности вычисления составляющих полного сопротивления контактных машин в режиме короткого замыкания. . . 82

4

    11.3. Порядокрешениязадачи 11............................ 86
    11.4. Пример решения задачи 11........................... 86
    11.5. Варианты заданий................................... 87
Задача 12 - Расчет активного и индуктивного сопротивления
контактных машин с использованием регулировочных характеристик ... 92
    12.1. Общая постановказадачи 12.......................... 92
    12.2. Особенности вычисления составляющих полного
    сопротивления контактных машин с использованием регулировочных характеристик............................. 92
    12.3. Порядок решения задачи 12.......................... 94
    12.4. Пример решения задачи 12........................... 94
    12.5. Вариантызаданий.................................... 95
Список рекомендуемой литературы.............................. 96

5

ВВЕДЕНИЕ


     При решении задач сварочного производства инженер назначает параметры режима, выбирает сварочное оборудование, проектирует элементы контактных машин, настраивает аппаратуру управления на оптимальные режимы.
     Цель настоящего сборника - приобретение и закрепление обучающимися практических умений по внедрению, совершенствованию и разработке новых технологий контактной сварки в современном производстве.
     Сборник задач составлен на основе материала, изложенного в учебном пособии «Основы технологии и построения оборудования для контактной сварки» (авторы А. С. Климов, И. В. Смирнов, А. К. Кудинов, Г. Э. Кудинова).
     После выполнения задач практикума студенты должны приобрести умения: рекомендовать технологические процессы для получения соединений с использованием контактной сварки; выбирать, назначать и оптимизировать параметры режима сварки; выбирать стандартное оборудование и составлять задание на разработку специализированного технологического оборудования. Также студенты должны овладеть навыками: составления технологического процесса изготовления типовых деталей с применением контактной сварки; оптимизации технологических процессов; проектирования основных элементов сварочного оборудования.
     В разделах сборника представлены варианты заданий и алгоритмы решения задач по проектированию сварочных электродов и элементов вторичного контура контактных машин, выбора ступени трансформатора, определению параметров фазового регулирования.

6

СОДЕРЖАНИЕ СБОРНИКА ЗАДАЧ, ПРАВИЛА ПОЛЬЗОВАНИЯ ИМ И КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ

     Сборник включает в себя 12 задач. Каждая задача содержит по 30 вариантов заданий. Такое количество заданий позволяет проводить практические занятия одновременно у целой группы студентов, а также обеспечить индивидуальные занятия при дистанционной форме обучения.
     Каждое задание требует освоения методики решения предыдущих заданий, поэтому при первом прохождении курса задачи необходимо решать последовательно. Для проведения междисциплинарного экзамена могут быть использованы задачи 10 и 11, решение которых требует применения методики из большинства предыдущих задач.
     Задача 12 составлена по результатам диссертационного исследования [9], [10] и даёт представление об упрощённом подходе к определению составляющих полного сопротивления машин для контактной сварки.
     В ходе последовательного решения задач каждого варианта студент ознакомится с особенностями построения технологии контактной сварки (низкоуглеродистых, нержавеющих, закаливающихся сталей, титановых и алюминиевых сплавов), проектирования элементов оборудования для контактной сварки и настройки сварочных машин на оптимальные режимы.
     Для успешной сдачи зачёта по практикам студенту необходимо правильно решить все двенадцать задач (по одной задаче из каждой группы). Варианты заданий задаются преподавателем. Студент последовательно решает задачи, с использованием компьютерной техники оформляет отчёт, который включает в себя: условие задачи, решение задачи с описанием каждого действия (как показано в примере), ответ на задачу. В отчёт также следует включать иллюстрации, если это требуется по условию задачи, например, эскиз точечно-сварного соединения, циклограмма сварки, эскиз сварочных электродов.
     Все варианты заданий имеют одинаковую сложность и доступны для решения студентами, имеющими средний уровень общетехнической и специаль

7

ной подготовки и усвоившими теоретический материал дисциплины «Технология контактной сварки».
     Общая постановка задач, необходимые данные и расчётные формулы, порядок и примеры решения изложены в сборнике перед вариантами заданий к каждой задаче. Ответы на задания в сборнике не приводятся. Большинство заданий включают в себя элементы технического творчества и имеют множество вариантов правильного решения. Например, в зависимости от особенностей технологического процесса контактной сварки, выбор «жестких» или «мягких» режимов определяет ход дальнейших расчётов.
     Основным критерием правильности решения задач следует считать продемонстрированную студентом логику выполнения расчётов и правильность выбора данных по представленным справочным таблицам и выдержкам из нормативной документации, усвоенных при изучении дисциплины «Технология контактной сварки».

8

Задача 1 - Составление требований к геометрии точечно-сварного соединения


1.1. Общая постановка задачи 1

     По условию задачи 1 исходными данными являются: материал свариваемых деталей, толщина первой детали, толщина второй детали, группа соединения («А» или «Б»). В ходе решения задачи необходимо определить требования к геометрическим параметрам точечно-сварного соединения согласно ГОСТ 15878-79 и выполнить эскиз точечно-сварного соединения.

1.2. Требования к точечно-сварным соединениям согласно ГОСТ 15787-79

     Контактная точечная сварка применяется преимущественно для соединения деталей внахлёстку. При точечной сварке обязательно получение литого ядра, диаметр которого d является основным параметром соединения. Другими параметрами, характеризующими соединение, являются согласно ГОСТ 15878-79 величины проплавления h и h 1, глубины вмятины g и g 1 (рис. 1).
     ГОСТ 15878-79 регламентирует две группы точечных соединений: группа «А» и группа «Б» (табл. 1). Соединения группы «А» имеют литую зону большего диаметра по сравнению с соединениями группы «Б», обладают более высокой прочностью, но требуют большей нахлёстки. Группа соединения должна устанавливаться при проектировании в зависимости от требований к сварной конструкции и особенностей процесса сварки.
     Прочность отдельной сваренной точки определяется маркой сплава, толщиной свариваемых деталей s и диаметром литого ядра. Высота литого ядра (величина проплавления) на прочность практически не влияет и может изменяться в широких пределах. Допустимая величина проплавления для магниевых сплавов составляет 20...70 %, для титановых - 20...95 % и для остальных металлов и сплавов - 20.80% толщины деталей. При меньшем проплавлении 9

трудно обеспечить стабильность размеров и прочность соединений, большее проплавление приводит к перегреву поверхности деталей, снижению их коррозионной стойкости и повышенному износу электродов.
      Диаметр наружного отпечатка (вмятины) от электрода не связан однозначно с диаметром ядра и не характеризует прочности сварного соединения. Глубина отпечатка не должна превышать 20 % толщины при сварке деталей одинаковой толщины. Допускается вмятина до 30 % от толщины в случае сварки в труднодоступных местах.


Таблица 1

Геометрические параметры точечных сварных соединений

по ГОСТ 15878-79

  Толщина   Минимальный диаметр сварной точки d, мм  
деталей, мм Группа А            Группа Б            
 0,3...0,4    2,7                  1,7              
 0,4...0,5     3                    2               
 0,5...0,6                         2,2              
 0,6...0,7    3,3                  2,5              
 0,7...0,8    3,5                                   
 0,8...1,0     4                    3               
 1,0...1,3     5                   3,5              
 1,3...1,6     6                    4               
 1,6...1,8    6,5                  4,5              
 1,8...2,2     7                    5               
 2,2...2,7     8                    6               
 2,7...3,2     9                    7               

а)                                           б)

Рисунок 1 — Конструктивные элементы сварных соединений, выполненных точечной сваркой: а — детали одинаковой толщины;
б — детали неравной толщины

10

1.3. Порядок решения задачи 1


      Решение задачи 1 предусматривает выполнение следующих действий:
      1)из двух заданных в условии толщин деталей выбрать меньшую толщину;
      2) по выбранной толщине детали в соответствии с таблицей 1 и группой соединения («А» или «Б») назначить минимальный диаметр d ядра сварной точки;
      3)в зависимости от толщины s и s 1 каждой детали назначить максимально допустимую глубину вмятины g и g 1 в соответствии с требованиями ГОСТ 15878-79;
      4) в зависимости от материала и толщины s и s 1 каждой детали назначить глубину проплавления кик 1 каждой детали;
      5) выполнить эскиз точечно-сварного соединения, указав все определённые ранее геометрические параметры.

1.4. Пример решения задачи 1

      Назначить геометрические параметры в соответствии с ГОСТ 15878-79 и выполнить эскиз точечно-сварного соединения группы «А» листов из стали 08Ю толщиной 1,2+2,0 мм.
      1. В рассматриваемом случае выполняется сварка двух деталей неравной толщины, толщина тонкой детали составляет s = 1,2 мм.
      2.      В соответствии с таблицей 1 для толщины s = 1,2 мм и соединения группы «А» минимальный диаметр ядра сварной точки составляет d =5 мм.
      3.      В соответствии с ГОСТ 15878-79 задаём максимально допустимую толщину вмятины 20% от толщины каждой детали: g=0,2s=0,2-1,2=0,24мм; g 1=0,2s 1=0,2-2,0=0,4 мм.
      4.      В соответствии с ГОСТ 15878-79 для стали 08Ю задаём глубину проплавления для каждой детали в диапазоне 20...80 % её толщины: к = (0,2...0,8)s = = (0,2.0,8)-1,2 = 0,24.0,96 мм; к 1 = (0,2...0,8)s 1 = (0,2.0,8)-2 = 0,4.. .1,6 мм.


11

      5.       По определённым выше геометрическим параметрам выполняем эскиз точечно-сварного соединения, представленный на рисунке 2.


Рисунок 2 — Эскиз точечно-сварного соединения группы «А» листов из стали

08Ю толщиной 1,2+2,0 мм


1.5. Варианты заданий
     Назначить геометрические параметры в соответствии с ГОСТ 15878-79 и выполнить эскиз точечно-сварного соединения...
     1.1. Группы «А» листов из стали 08Ю толщиной 1+1 мм.
     1.2. Группы «Б» листов из стали 08Ю толщиной 0,8+0,8 мм.
     1.3. Группы «А» листов из стали 08Ю толщиной 1,2+3 мм.
     1.4. Группы «А» листов из стали 08Ю толщиной 2+3 мм.
     1.5. Группы «А» листов из стали 08кп толщиной 1,2+1,2 мм.
     1.6. Группы «Б» листов из стали 08кп толщиной 0,8+1,2 мм.
     1.7. Группы «А» листов из стали 08кп толщиной 3+3 мм.
     1.8. Группы «А» листов из стали 08кп толщиной 1,2+3 мм.
     1.9. Группы «А» листов из стали 30ХГСА толщиной 0,8+1,2 мм.
     1.10. Группы «А» листов из стали 30ХГСА толщиной 0,8+2 мм.
     1.11. Группы «А» листов из стали 30ХГСА толщиной 1,2+2 мм.
     1.12. Группы «А» листов из стали 30ХГСА толщиной 2+2 мм.


12

     1.13. Группы «А» листов из стали 15ХСНД толщиной 0,5+0,5 мм.
     1.14. Группы «А» листов из стали 15ХСНД толщиной 0,8+1,4 мм.
     1.15. Группы «А» листов из стали 15ХСНД толщиной 1,2+1,2 мм.
     1.16. Группы «А» листов из стали 15ХСНД толщиной 1+2 мм.
     1.17. Группы «А» листов из сплава АМг6 толщиной 1,2+1,2 мм.
     1.18. Группы «А» листов из сплава АМг6 толщиной 3+3 мм.
     1.19. Группы «А» листов из сплава АМг6 толщиной 0,5+1,2 мм.
     1.20. Группы «А» листов из сплава АМг6 толщиной 1,2+2 мм.
     1.21. Группы «А» листов из сплава АМг6 толщиной 2+3 мм.
     1.22. Группы «А» листов из сплава АМг6 толщиной 0,8+0,8 мм.
     1.23. Группы «А» листов из стали Х18Н10Т толщиной 0,5+0,8 мм.
     1.24. Группы «А» листов из стали Х18Н10Т толщиной 0,8+1,2 мм.
     1.25. Группы «А» листов из стали Х18Н10Т толщиной 2+3 мм.
     1.26. Группы «А» листов из стали Х18Н10Т толщиной 0,8+0,8 мм.
     1.27. Группы «А» листов из сплава ОТ4 толщиной 1+1 мм.
     1.28. Группы «А» листов из сплава ОТ4 толщиной 0,5+1 мм.
     1.29. Группы «А» листов из сплава ОТ4 толщиной 1,2+2 мм.
     1.30. Группы «А» листов из сплава ОТ4 толщиной 2+2 мм.

Задача 2 - Выбор параметров режима контактной точечной сварки

2.1. Общая постановка задачи 2

     По условию задачи 2 исходными данными являются: материал свариваемых деталей, толщина первой детали, толщина второй детали, принимается соединение группы «А». В ходе решения задачи необходимо назначить параметры режима контактной точечной сварки, обеспечивающие получение сварного соединения, удовлетворяющего требованиям ГОСТ 15878-79 и выполнить эскиз циклограммы контактной сварки.


13