Технология сборки и сварки модулированным током труб поверхностей нагрева диаметром 45 мм

типы используемых двигателей:

привод вращения планшайбы, ДП-2-26

привод подачи проволоки, ДП-2-26

10)габаритные размеры головки:

высота, мм 265

ширина, мм 126

толщина, мм 77

11)вес головки, кг 3.12

3.8 Компоновка сварочной установки

Сварочная установка скомпонована на одном рабочем месте. В состав сварочной установки входят:

1)блок автоматического регулирования сваркой БАРС-2В с пультом управления;

сварочный выпрямитель ВД-306;

импульсный модулятор ИРС-ЗООАР;

сварочная головка ГНС-45М.

Общий вид сварочной установки показан на листе ФЮРА. 541400.01.



4. Технический контроль качества и исправление брака

В процессе изготовления, монтажа и ремонта трубопроводов и трубных систем котлов необходимо осуществлять систематический контроль качества сварочных работ и сварных соединений -- предварительный контроль (включая входной контроль), операционный контроль и приемочный контроль сварных соединений.

Требования к методам, объемам и объектам предварительного контроля, включающего проверку аттестации персонала, проверку оборудования и аппаратуры, контроль основных и сварочных материалов, а также требования к операционному контролю сборочно-сварочных работ, изложены в соответствующих разделах РД 153-34.1-003-01.

Результаты по каждому виду предварительного и операционного контроля должны оформляться отдельными документами или фиксироваться в журналах организации, выполняющей этот контроль.

Приемочный контроль сварных соединений труб котлов и трубопроводов, на которые распространяются правила Госгортехнадзора России, включает следующие виды:

- визуальный и измерительный контроль;

- стилоскопирование деталей и металла шва;

- измерение твердости металла шва;

- ультразвуковая и радиографическая дефектоскопия;

- механические испытания;

- металлографические исследования;

- контроль прогонкой металлического шара;

- капиллярный или магнитопорошковый контроль;

- гидравлические испытания.

Назначение и применение методов контроля, их объемов и сочетания регламентируются РД 153-34.1-003-01 в соответствии с правилами Госгортехнадзора России и СНиП, а также ведомственными нормативными актами, если иное не оговорено чертежами или техническими условиями на изготовление, монтаж и ремонт конкретного изделия.

Контроль сварных соединений (за исключением стилоскопирования) должен производиться после термической обработки стыков. Рекомендуется осуществлять операции по контролю готовых сварных соединений в той последовательности, в какой они изложены. Ультразвуковой или радиографический контроль следует выполнять после визуального контроля сварных соединений и устранения недопустимых наружных дефектов.

Сроки выполнения контрольных операций должны быть минимальными с тем, чтобы была обеспечена возможность исправления дефектов без нарушения последовательности технологии монтажа или ремонта изделия.

Все перечисленные методы контроля должны осуществлять организации, получившие разрешение (лицензию) органов Госгортехнадзора на право проведения контрольных работ.

4.1 Стилоскопирование деталей и металла шва

При монтаже и ремонте изделий, на которые распространяются правила Госгортехнадзора России, стилоскопированию подлежат:

все свариваемые части конструкций и деталей (трубы, арматура, переходы, отводы, тройники, штуцера, бобышки и др.) независимо от наличия сертификата, маркировки и предстоящего срока эксплуатации, которые должны быть по проекту выполнены из легированной стали (кроме низколегированных конструкционных), при этом устанавливают соответствие марки стали контролируемых изделий марке, указанной в чертежах или ТУ, и определяют содержание характерных легирующих элементов. Стилоскопирование свариваемых деталей производят перед сборкой или непосредственно в процессе сборки, а также после окончания монтажа (ремонта) трубопровода или агрегата в целом.

При выполнении стилоскопирования деталей и металла шва следует руководствоваться РД 34 10.122--94 с занесением результатов проверки в журнал по стилоскопированию.

Стилоскопирование следует производить на зачищенных до металлического блеска участках (площадках) поверхности. Сварные соединения, которые выполняли одновременно два сварщика, необходимо стилоскопировать на двух диаметрально противоположных участках шва. В остальных случаях стилоскопирование можно осуществлять на одном участке.

Требования к результатам стилоскопирования металла шва в зависимости от марки присадочного материала для данной конструкции приведены в таблице 8.

Таблица 8

Требования к результатам стилоскопирования металла шва

Присадочный материал	Результаты стилоскопирования
Электрод	Сварочная проволока
ЦЛ-20М ЦЛ-20М ТМЛ-3У ЦЛ-39 ЦЛ-45	Cв - 08ХМФА Cв - 08ХМФА-2 Cв - 08ХГСМФА	Наличие ванадия и молибдена, отсутствие ниобия и содержание хрома и марганца. Содержание марганца более 1% не допустимо

При неудовлетворительных результатах контроля производят количественный спектральный или химический анализ деталей и металла шва, результаты которого считают окончательными.

Результаты стилоскопирования металла шва фиксируют в журнале контроля и оформляют протоколом.

4.2 Визуальный и измерительный контроль

Визуальному контролю подвергаются все законченные сварные соединения, на которые распространяется РД 153-34.1-003-01 независимо от марки стали, типа сварного соединения, назначения и условий работы, включая сварные соединения, не работающие под давлением (приварка к трубам шипов, плавников и деталей газоплотных панелей, элементов опор, подвесок и др.).

Перед визуальным контролем сварные швы и прилегающая к ним поверхность основного металла шириной не менее 20 мм (по обе стороны шва) должны быть очищены от шлака, брызг расплавленного металла, окалины и других загрязнений.

Визуальный контроль производится невооруженным глазом или с помощью лупы 4-7-кратного увеличения для участков, требующих уточнения характеристик обнаруженных дефектов, с применением, при необходимости, переносного источника света.

Недопустимыми дефектами, выявленными при визуальном контроле сварных соединений, являются:

- трещины всех видов и направлений;

- непровары (несплавления) между основным металлом и швом, а также между валиками шва;

- наплывы (натеки) и брызги металла;

- незаваренные кратеры;

- свищи;

- подрезы;

- прожоги;

- скопления включений.

Нормы на допустимые дефекты приведены в таблице 6. Нормы на дефекты в корне шва, выявляемые при визуальном контроле в случае возможности осмотра стыков изнутри трубы (выпуклость, вогнутость и непровар корня шва), должны отвечать нормам на эти дефекты, выявляемые при радиографическом контроле (см. табл. 18.6--18.9).

Измерительный контроль сварных соединений (определение размеров швов, смещения кромок, переломов осей, углублений между валиками, чешуйчатости поверхности швов и др.) следует выполнять в местах, где допустимость этих показателей вызывает сомнения при визуальном контроле, если в ПТД нет других указаний. Размеры и форма шва проверяются с помощью шаблонов, размеры дефекта с помощью мерительных инструментов.

Корневая часть шва должна подвергаться визуальному контролю до заполнения остальной части шва. Этот контроль проводится сварщиком после зачистки поверхности корня шва. Результаты контроля считаются удовлетворительными, если не обнаружены трещины, незаваренные прожоги и кратеры, скопления включений, превышающие нормы таблицы 9, и другие дефекты, свидетельствующие о нарушении режима сварки или о недоброкачественности сварочных материалов. При обнаружении недопустимых дефектов вопрос о продолжении сварки или способе исправления дефектов должен решать руководитель сварочных работ.

Таблица 9

Нормы допустимых поверхностных дефектов, выявляемых при визуальном контроле сварных соединений

Дефект	Допустимый максимальный размер дефекта, мм	Допустимое число дефектов на любые 100 мм шва
Отступления от размеров и формы шва	По пункту 6.5.7 [5]	-
Западания (углубления) между валиками и чешуйчатость поверхности шва	1.2	Не ограничивается
Одиночные включения	0,7	4
Подрезы основного металла	0,2**	--
Отклонения от прямолинейности сварных стыков труб	Просвет между линейкой и трубой на расстоянии 200 м от стыка не должен быть более 3 мм

^**подрез размером 0,2 мм и менее измерению не подлежит, определяются визуально.

Выявленные при визуальном и измерительном контроле дефекты, которые могут быть исправлены (удалены) без последующей заварки выборок, должны быть исправлены до проведения контроля другими методами.

4.3 Измерение твёрдости металла шва

Измерение твердости металла шва производится с целью проверки качества термообработки сварных соединений или качества подогрева в случае приварки штуцеров (труб) к коллекторам и трубопроводам из хромомолибденованадиевой стали без последующей термообработки (в соответствии с требованиями подраздела [5, п. 7.7].

Измерению твердости металла шва подвергаются все сварные соединения трубопроводов, выполненные хромомолибденовым и хромомолибденованадиевым присадочным материалом и подвергнутые термообработке.

Твердость металла шва следует измерять переносными твердомерами (смотри таблицу 10) на зачищенных до металлического блеска участках его поверхности. На каждом сварном шве должно быть подготовлено не менее трех участков в разных местах по периметру стыка и на каждом участке должно быть проведено не менее трех измерений. На стыках труб диаметром менее 60 мм измерение твердости может производиться на одном участке периметра.

Таблица 10

Характеристика твердомера ТЭМП-2

Наименование параметра	ТЭМП - 2
Диапазон измерения твёрдости по шкале: Роквелла Бринелля Шора Виккерса 2. Время одного измерения, с 3. Напряжение питания прибора, В 4. Ресурс непрерывной работы, час 5. Число измерений для определения среднего значения твёрдости 6. Количество запоминаемых результатов в памяти 7. Шероховатость контролируемой поверхности, Ra не более 8. Твёрдость металла индикатора 9. Масса прибора, кг 10. Габаритные размеры, мм	22 - 68 HRC 100 - 450 HB 22 - 99 HSD 300 - 950 HV 5 9 11 от 3 до99 - 25 2,5 0,35 35 х 95 х 125

Таблица 11

Допустимые значения твердости металла шва

Металл шва	Допустимая твердость НВ металла шва, мм
	20 и менее для стыковых соединений
09Х1МФ*	150-250

* На сварных соединениях элементов из стали 12Х1МФ допускается снижение твердости до 140 НВ.

Результаты измерения твердости должны быть оформлены протоколом и занесены в специальный журнал.

4.4 Ультразвуковая и радиографическая дефектоскопия

Для обнаружения возможных внутренних дефектов сварные соединения подлежат ультразвуковой или радиографической дефектоскопии в объемах, указанных в таблице 12.

Применение других физических методов контроля, модернизированных или автоматизированных вариантов существующих, а также замену одного метода другим либо их сочетанием разрешается производить по инструкции, согласованной с Госгортехнадзором России.

Радиографический и ультразвуковой контроль кольцевых сварных соединений при 100 процентном контроле проводится по всему периметру стыка. Сварные соединения труб поверхностей нагрева при недоступности контроля по всему периметру могут контролироваться на длине не менее 50 процентов периметра стыка.

Ультразвуковому контролю должны подвергаться только соединения с полным проплавлением (без конструктивного непровара).

При выборочном контроле отбор контролируемых соединений должен проводиться отделом технического контроля предприятия из числа наиболее трудновыполнимых или вызывающих сомнения по результатам визуального и измерительного контроля.

Таблица 12

Объем контроля неразрушающими методами сварных на которые распространяются правила Госгортехнадзора Росси (согласно 5, таблица 18.4)

Изделие, сварное соединение	Параметры среды	Наружный диаметр, мм	Номинальная толщина стенки, мм	Метод контроля	Объем контроля, %, не менее	Минимальное число контролируемых стыков	дополнительный объем контроля, %
	Рабочее давление, МПа	Температура, 0С
Трубы поверхностей нагрева - стыковое соединение перлитного класса	? 10	Независимо	УЗД-Р	100

Примечание. УЗД - ультразвуковой контроль; Р - радиографический контроль; УЗД - Р ультразвуковой или радиографический контроль (первым указан более предпочтительней метод).

Радиографическую дефектоскопию производят согласно требованиям ГОСТ 7512-82 и РД 34 10.068--91.

Нормы предельно допустимых несплошностей приведены - в таблице 13, допустимых выпуклости и вогнутости корня шва -- в таблице 14 и 15. При радиографическом контроле сварных соединений через две стенки нормы оценки качества следует принимать по тому же размерному показателю, что и при контроле через одну стенку.

Зафиксированные на радиографических снимках включения и скопления с максимальным размером менее значений минимально фиксируемого размера включения, указанного в таблице 10, допускается не учитывать как при подсчете числа одиночных включений и одиночных скоплений и их суммарной приведенной площади или суммарной длины, так и при рассмотрении расстояний между включениями (скоплениями).

Таблица 13

Нормы допустимых дефектов, выявляемых радиографическим контролем на которые распространяются правила Госгортехнадзора Росси (согласно [5, таблица 18.6])

Размерный показатель сварного соединения, мм	Минимальный фиксируемый размер включения, мм	Одиночные включения и скопления	Одиночные протяженные включения	Непровар в корне шва стыков с односторонним доступом без подкладного кольца, мм (не более)
		Допустимый максимальны размер, мм	Условия допустимости на любом участке сварного соединения длиной 100 мм	допустимые	Допустимое число на любом участке сварного соединения протяженностью 100 мм
		включения	скопления	допустимое число	допустима суммарная площадь, мм2	максимальный размер, мм	максимальная ширина, мм		Высотой (глубиной)*	суммарной длиной
Свыше 4,0 до 5,0 включи-тельно	0,20	1,0	1,5	13	5,0	5,0	1,0	2	0,5	20% внутреннего периметра

^*Высоту (глубину) дефектов определяют по имитаторам или эталонным снимкам.



Таблица 14

Нормы допустимой выпуклости корня шва, выявляемой радиографическим контролем на которые распространяются правила Госгортехнадзора Росси (согласно [5, таблица 18.8])

Номинальный внутренний диаметр, мм	Допустимая максимальная высота выпуклости корня шва, мм
До 25 включительно	1,5

Примечание. Для сварных соединений, подвергаемых контролю прогонкой металлического калибра (шара), приведенные в таблице нормы не являются обязательными.

Таблица 15

Нормы допустимой вогнутости корня шва, выявляемой радиографическим контролем на которые распространяются правила Госгортехнадзора Росси (согласно [5, таблица 18.9])

Номинальная толщина стенки сваренных элементов, мм	Допустимая максимальная высота (глубина) вогнутости корня шва, мм
Свыше 4,0 до 6,0 включительно	1,0

Любую совокупность включений, которая может быть вписана в квадрат с размером стороны, не превышающей значения допустимого максимального размера одного включения, можно рассматривать как одно сплошное одиночное включение.

Любую совокупность включений, которая вписывается в прямоугольник с размерами сторон, не превышающими значений допустимого максимального размера и допустимой максимальной ширины одиночного протяженного включения, можно рассматривать как одно сплошное одиночное протяженное включение.

Ультразвуковой контроль сварных стыков трубных систем котлов и трубопроводов и их деталей должен выполняться в соответствии с требованиями ГОСТ 14782-86 и методическими руководящими документами, согласованными с Госгортехнадзором России, например, РД 34 17.302--97 (ОП 501 ЦД--97).

Нормы допустимых отдельных несплошностей в зависимости от их эквивалентной площади и числа приведены в таблице 16.

Таблица 16

Нормы допустимых несплошностей, выявляемых ультразвуковым контролем, на которые распространяются правила Госгортехнадзора Росси (согласно [5, таблица 18.10])

Размерный показатель сварного соединения, мм	Эквивалентная площадь одиночных несплошностей, мм2	Максимально допустимое число фиксируемых одиночных несплошностей на любых 100 ммпротяженности сварного шва	Протяженность несплошностей
	Минимально фиксируемая	максимально допустимая		Суммарная в корне шва	Одиночных в сечении шва
Свыше 4 до 5	0,6	1,2	7	20% внутреннего периметра	Не более условий протяженности макс. допустимой эквивалентной несплошности

Качество сварных соединений труб котлов и трубопроводов пара и горячей воды по результатам радиографического контроля оценивают по двухбалльной системе:

балл 1 -- неудовлетворительное качество (в соединении выявлены недопустимые дефекты;

балл 2 -- удовлетворительное качество, если размеры и число обнаруженных в них несплошностей не превышают норм, приведенных в таблице 10 и 13, или несплошности не обнаружены при заданном минимально фиксируемом размере включения или при заданном уровне чувствительности.

При ультразвуковом контроле согласно РД 34 17.302--97 (ОП 501 ЦД--97) удовлетворительное качество сварного соединения оценивается баллом 2а в случае, если в соединении выявлены только допустимые несплошности числом менее установленных норм; баллом 26 -- не обнаружены несплошности, выявляемые при заданном уровне чувствительности используемой методики контроля.

Сварные соединения труб котлов и трубопроводов пара и горячей воды оценивают баллом 1, если в них при контроле любым из неразрушающих методов выявлены следующие дефекты:

трещины любых видов и направлений, расположенные в металле шва, по линии сплавления и в околошовной зоне основного металла;

непровары (несплавления), расположенные у поверхности и по сечению сварного соединения (между основным металлом и швом, а также между отдельными валиками и слоями);

незаваренные (или не полностью заваренные) прожоги;

свищи;

непровары в корне шва в стыках, сваренных с остающимся подкладным кольцом или расплавляемой вставкой;

несплошности, размеры или число которых превышают нормы, приведенные в таблице 12 и 13;

выпуклость и вогнутость корня шва, превышающие нормы таблице 14 и 15.

Сварные соединения оценивают баллом 2, если в них размеры и число обнаруженных несплошностей не превышают установленных норм.

4.5 Прогонка металлического шара

Контроль прогонкой металлического шара производится с целью проверки обеспечения заданного проходного сечения в сварных соединениях труб поверхностей нагрева котлов.

Контроль прогонкой металлического шара проводится в случаях, оговоренных конструкторской документацией.

Диаметр шара Д_ш должен быть равен 0,8Д где Д -- наименьший внутренний диаметр трубы с учетом допуска на наружный диаметр и толщину стенки -- подсчитывается по формуле:

Д = Д_а - Д_а - 2(S + S), (13)

где Д_а -- номинальный наружный диаметр трубы;

Д_а -- минусовой допуск на наружный диаметр трубы;

S - номинальная толщина стенки трубы;

S - плюсовой допуск на толщину стенки трубы.

Контроль прогонкой металлического шара должен проводиться по технологии изложенной в производственной инструкции, разработанной для монтажа котла конкретного типа.

4.6 Гидравлические испытания

Все сварные соединения котлов и трубопроводов пара и горячей воды, на которые распространяются правила Госгортехнадзора России, проверяют на прочность и плотность гидравлическим испытанием. Пробное давление, технология проведения и оценка результатов гидравлического испытания устанавливаются соответствующими правилами Госгортехнадзора России.

Сварные соединения прочих трубопроводов проверяют гидравлическим испытанием, если это указано в чертеже, технических условиях или инструкции на изготовление изделия. При отсутствии в этих документах указаний о величине пробного давления она должна быть равна 1,25 рабочего (избыточного), но не менее 0,2 МПа (2 кгс/см²).

Результаты гидравлического испытания считаются удовлетворительными, если манометр не показывает падение давления, а в сварных швах не обнаружено течи, «слезок» и «потения» и изделие не получило видимых остаточных деформаций.

4.7 Исправление дефектов в сварных соединениях

Настоящий раздел распространяется на исправление с помощью ручной дуговой или ручной аргонодуговой сварки дефектов в сварных соединениях, выполненных в условиях монтажа и ремонта, в которых дефекты исправляются до эксплуатации сварных соединений.

Требования настоящего раздела распространяются на сварные соединения труб из сталей всех марок. Исправление дефектов в этих сварных соединениях должно выполняться по технологии, разработанной для каждого конкретного случая и согласованной со специализированной организацией, указанной в правилах Госгортехнадзора России.

Поверхностные и подповерхностные дефекты в стыках трубопроводов (независимо от их назначения и параметров рабочей среды) и труб поверхностей нагрева котлов (в том числе в корневых слоях, выполненных аргонодуговой сваркой) должны исправляться следующим образом:

- чрезмерные выпуклости (усиления) сварных швов удалить механическим способом, недостаточные выпуклости -- исправить подваркой предварительно зачищенного шва;

- наплывы удалить механическим способом и при необходимости подварить;

- подрезы и углубления между валиками подварить, предварительно зачистив места подварки;

- сквозной прожог или непровар в корневом слое, выполненном аргонодуговой сваркой (до заполнения остальной части разделки), исправить ручной аргонодуговой сваркой с применением присадочной проволоки соответствующей марки.

Исправление поверхностных и подповерхностных дефектов без последующей заварки мест их выборки допускается на сварных соединениях в случае, если остающаяся толщина металла в месте максимальной глубины выборки не менее расчетной толщины стенки, но не менее 75% ее номинальной толщины.

Поврежденный металл сварного соединения* следует удалять механическим способом (абразивным инструментом, резанием или вырубкой).

* Под поврежденным металлом сварного соединения следует понимать металл шва и прилегающую к шву зону с дефектами в виде трещин, скоплений пор, несплавлений и других несплошностей, превышающих допустимые нормы.

Допускается удаление дефектного металла воздушно-дуговой, воздушно-плазменной или кислородной строжкой (резкой) с последующей обработкой поверхности выборки механическим способом с удалением слоя металла на сварных соединениях из углеродистых и кремнемарганцовистых сталей до полной ликвидации следов строжки (резки); на сварных соединениях из других легированных сталей -- с удалением слоя толщиной не менее 1 мм. Стыки труб из хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей при толщине стенки более 10 мм перед огневой строжкой (резкой) следует подогревать до 200--300°С.

Кромки выборки следует плавно вывести на поверхность трубы или шва; в поперечном сечении выборка должна иметь чашеобразную форму разделки. Исправляемый участок после выборки с целью проверки полноты удаления дефекта контролируется визуально, а при исправлении трещины -- также капиллярной или магнитопорошковой дефектоскопией либо путем травления соответствующим реактивом.

Если исправляют стык с трещиной, то ее концы должны быть точно определены путем травления или капиллярным методом и засверлены сверлом диаметром на 2--3 мм больше ширины трещины, после чего дефектный металл удаляют полностью. При сквозной трещине для удобства последующего заплавления целесообразно оставлять слой металла толщиной 2--2,5 мм в качестве подкладки нового шва. Подварку в этом случае нужно начинать с переплавления оставшейся части стенки с трещиной, причем сварщик должен следить за полным (сквозным) расплавлением стенки: если перед электродом перемещается маленькое сквозное отверстие, то это означает, что сварка идет с полным проваром.

Подварку выборки и наплавку для исправления шва желательно выполнять тем же способом сварки (ручным дуговым или ручным аргонодуговым) и с использованием тех же присадочных материалов, какие применялись для сварки основного шва. Один и тот же участок может быть исправлен не более 3 раз (под участком в данном случае понимается прямоугольник наименьшей площади, в контур которого вписывается подлежащая заварке или уже заваренная выборка, и примыкающая к нему поверхность на расстоянии, равном трехкратной ширине этого прямоугольника).

Исправленные с помощью сварки стыки нужно подвергнуть 100%-ному визуальному контролю, ультразвуковой дефектоскопии или радиографии, а также магнитопорошковому или капиллярному контролю.

Контролируемая зона должна включать место заварки и прилегающие к нему участки шириной не менее 20 мм сварного шва и 10 мм основного металла.

При ремонте сварных соединений оформляют ту же техническую документацию, что и в процессе монтажа трубопроводов и труб поверхностей нагрева котла. Кроме того, составляют акт на переварку дефектных стыков или делается запись в журнале сварочных работ либо в специальном журнале учета ремонта сварных соединений.

автоматический импульсный сварка электрод



5. Конструкторская часть

5.1 Описание конструкции и основных узлов модулятора

Модулятор сварочного тока выполнен в виде приставки к выпрямителю постоянного тока с крутопадающей внешней вольтамперной характеристикой. Все основные элементы модулятора расположены в одном корпусе. Корпус модулятора выполнен из листовой стали толщенной 1мм.

Для охлаждения силовых элементов тиристорного ключа и реостатов балластного сопротивления применяется принудительный обдув воздухом, поток которого создается вентилятором. Для свободной циркуляции воздушного потока на боковой части корпуса с противоположной стороны вентилятора установлена вентиляционная решетка.

К основным узлам модулятора относятся: блок силовых вентилей; блок коммутирующих конденсаторов; вентилятор; коммутирующий дроссель; схема управления сварочным циклом с обратными связями; блок фильтров; предохранитель в зарядной цепи коммутирующих конденсаторов.

Для питания схемы управления используется напряжение 220В, которое подводится посредством штепсельного разъема, установленного на стенке корпуса модулятора.

Для подключения модулятора к сварочной цепи и к выпрямителю сварочного тока используется специальный штепсельный разъем.

На панель управления, расположенную в верхней части, вынесены ручки управления длительностью импульса и паузы, ручка управления заданным напряжением, тумблер для подключения напряжения к блоку управления, тумблер для подключения цепи обратной связи.

Внешний вид модулятора показан на листе ФЮРА 344585.051



5.2 Выбор принципиальной электрической схемы силовой части модулятора

Вследствие универсальности, возможности создания замкнутой системы автоматического регулирования, учитывающей переход капель расплавленного электродного металла во время короткого замыкания, предпочтение отдано способу модуляции с воздействием на сопротивление сварочной цепи.

Для модуляции величины сварочного тока путем воздействия на сопротивление сварочной цепи используются различные типы полупроводниковых ключей, закорачивающих балластное сопротивление в сварочной цепи на время [19]. В качестве полупроводниковых ключей для коммутации сварочной цепи принципиально могут быть использованы транзисторы и тиристоры с принудительной коммутацией. Однако, на современном уровне развития полупроводниковой техники наиболее целесообразно использование тиристоров с принудительной коммутации.

Несмотря на довольно большое количество схем принудительной коммутации тиристоров, применяемых для сварки [20], в специальной литературе отсутствует обоснование по выбору и применению схем принудительной коммутации тиристоров в сварочных цепях. Для того чтобы правильно выбрать тип схемы необходимо выяснить специфику её работы в комплексе со сварочной дугой и источником питания.

Специфика работы схемы принудительной коммутации в сварочной цепи обуславливается статическими и динамическими характеристиками дуги и источника питания, характером плавления и переноса электродного металла, процессом возбуждения дуги, технологическими требованиями и т. д. Исходя из указанных факторов, отличительные особенности работы схемы принудительной коммутации тиристора в сварочной цепи, могут быть записаны следующим образом:

- относительно низкое напряжение, не более 35 ч 40 В - при горении дуги, и 75 В - при холостом ходе источника.

- относительно большие токи - до 1500 А.

- постоянная времени сварочной дуги и цепи соизмерима с периодом коммутации и даже меньше его. Т. е. при нормальном режиме горения за время импульса сварочный ток может достигнуть установившегося значения.

- возможны короткие замыкания, являющиеся нормальным режимом работы. Короткие замыкания могут происходить при холостом ходе источника и горения дуги. Короткие замыкания при холостом ходе обуславливаются процессом возбуждения сварочной дуги с плавящимся электродом. Как правило, оно осуществляется закорачиванием дугового промежутка. В процессе сварки могут происходить короткие замыкания, обусловленные переходом капель расплавленного электродного металла в сварочную ванну с закорачиванием дугового промежутка. Поэтому схема принудительной коммутации должна быть в состоянии отключить ток короткого замыкания в любой момент времени как при холостом ходе, так и при горении дуги.

- схема принудительной коммутации должна исключать возрастание напряжения на коммутирующем конденсаторе при включении нагрузки, т. к. она должна отключать максимальный ток нагрузки, уже в первом цикле коммутации.

- вo многих случаях по технологическим соображениям недопустимо прохождение коммутационных токов схемы принудительной коммутации через сварочную дугу.

- в следствие того, что обмотки сварочных источников обладают индуктивностью, на клеммах могут возникать перенапряжения, способные навести из строя элементы схемы и в первую очередь тиристоры.

- к схемам принудительной коммутации в сварочной цепи предъявляется требование повышенной надежности работы, поскольку при импульсном питании ток в импульсе значительно превосходит коммутации произойдет неисправимый брак - прожог изделия. - Схема принудительной коммутации должна быть универсальна, т.е. использоваться для всех видов сварки.

Кроме того, учитывая, что в стране существует довольно большой парк источников питания для сварки постоянным током, целесообразно иметь к ним модуляторы сварочного тока в виде приставок, позволяющих осуществлять импульсно-дуговой процесс.

5.3 Принципиальная электрическая схема силовой части модулятора

На рисунке 15 представлена силовая часть модулятора сварочного тока для работы с источником имеющим крутопадающую внешнюю вольтамперную характеристику.

Рисунок 15 - Схема силовой части модулятора

На рисунке 16 представлены эпюры токов, напряжений элементов схемы силовая часть модулятора сварочного тока.

Схема работает следующим образом.

В исходном состоянии тиристоры VS1, VS2, VS3, VS4 закрыты, конденсатор С1 заряжен в превидущем периоде с плюса на верхней обкладке. Через сопротивление R6, дроссель фильтра L3 и дугу протекает ток паузы. Конденсатор фильтра С6, включенный параллельно сопротивлению R6, через диод VD 1 заряжен до напряжения, равного падению напряжения на сопротивлении R6.

Рисунок 16 - Эпюры токов и напряжений элементов схемы

При включении силовых тиристоров VS3, VS4 ток импульса протекает по цепи: плюс источника - коммутирующий дроссель L2- силовые тиристоры VS4 -VS3 - дроссель фильтр L3 - дуга - минус источника. В момент открытия силового тиристора VS4 предварительно заряженный конденсатор фильтр С5 разряжается по двум цепям через дуговой промежуток:

L2-VS4 - L3 - дуга - VD2 - С6

R6-L3 - дуга - VD2 - С6

Для выключения тока импульса включается вспомогательный тиристор VS2, при включении которого начинается первый этап, характеризущийся протеканием импульса обратного тока через находящийся во включенном состоянии силовые тиристоры VS4 - VS3. Т.к. нагрузка зашунтирована в обратном направлении диодами VD1, VD2, длительность первого этапа незначительна (около 5 мксек.).

На втором этапе (1₂) происходит резонансный перезаряд коммутирующего конденсатора по цепи: VS2 - L2. При этом в конце этапа на верхней обкладке конденсатора будет отрицательный потенциал. Энергия, запасенная в дросселем L2 от сварочного тока переходит в конденсатор С 1. На втором этапе напряжение конденсатора С1, приложенное к дросселю L2, будет приложено в обратном направлении к силовым тиристорам VS4 VS3. Пока это напряжение будет больше напряжения источника, тиристор будет смещен в обратном направлении, т.е. это время, предоставляемое схемой принудительной коммутации для выключения силовых тиристоров VS4 VS3. Следует отметить, что при включении вспомогательного тиристора VS2 ток, протекающий через силовой тиристор, мгновенно будет вытеснен. Для нормальной работы схемы принудительной коммутации необходимо, чтобы амплитуда тока в коммутирующем контуре С1 - L2 - VS2 была больше максимального тока сварочного импульса в 1,3 - 1,5 раза.

Одновременно с включением вспомогательного тиристора VS2 разраженный при включении силового тиристора VS4 конденсатор фильтра С6 заряжается по цепи: плюс источника - С6 - VD1 - L3 - дуга - минус источника. Таким образом, через дуговой промежуток протекает ток заряда фильтрующего конденсатора до напряжения, равного падению напряжения на сопротивлении R6 от тока дежурной дуги.

На третьем этапе с некоторой задержкой во времени по отношению к окончанию второго этапа, что необходимо для повышения надежности работы схемы принудительной коммутации, включается вспомогательный тиристор VS1 и одновременно начинается перезаряд конденсатора С1 через вспомогательный тиристор VS1 от источника питания. Третий этап заканчивается когда конденсатор С1 полностью перезарядится с плюсом на верхней обкладки.

При случайном коротком замыкании дугового промежутка на интервале паузы ранее заряженный конденсатор С6 разряжается по цепи: С6 - R6 - L3 -дуговой промежуток - VD2 - Сб. Ток заряда конденсатора способствует повторному возбуждению дуги.

Схема принудительной коммутации обладает преимуществами:

- высокая надежность;

- включение фильтрующего конденсатора последовательно с дуговым промежутком позволяет повысить устойчивость горения дуги;

- при возбуждении дуги с короткого замыкания, обеспечивается с первого замыкания.

5.4 Расчет параметров модулятора при питании от источника с крутопадающей характеристикой

Расчет параметров модулятора при питании от источника с крутопадающей характеристикой на основании параметров расчета и характеристик модулятора и сравнении их с характеристиками полученных опытным путем [ 18, с.97].

Исходные данные для расчета:

U_xx = 75 В, К_эн = 0,12 Ом, U_T. _обр - 400В, t_B. _пасл. = 20 мк сек., К_зап - 1,25,

Кб = 0,3 - 2,4 Ом, К_э = 0,12-2 Ом.

Расчет параметров необходимо производить для наиболее тяжелого режима - короткого замыкания т.е U_с1(0) = Ед = О

Амплитуда напряжения на коммутирующем конденсаторе, которую необходимо иметь в режиме холостого хода определяется выражением [18, с.72]:

U_c0= U_с1 (0)+U_т1обр=400В (14)



В соответствии с рекомендуемыми в [18, с.70] областями значений параметров принимаем R₂ = 0,11 Ом, Q₁ = 5. При известном значении Q₁ определится коэффициент затухания коммутирующего контура:

, (15)

Величина волнового сопротивления зарядного контура определяется из выражения [18, с.72]

Значения индуктивности коммутирующего дросселя и емкости коммутирующего конденсатора определяется из выражения [18, с.66]. для этого предварительно нужно задать значение Р₁ или К₁

К₁ можно рекомендовать = 2

, (16)

, (17)

С учетом полученных значений с₁ и R₁ получим:



При известном значении С определяется величина индуктивности зарядного дросселя:

(18)

После изготовления модулятора методом амперметра и вольтметра были определены следующие величины сопротивлений коммутирующего и зарядного контуров;

R₁ = 0.059 Ом R₂ = 0,1 Ом

Сравнения напряжений на конденсаторе фильтра C₁ = 500 мпр и силовом тиристоре на интервале вкл., когда к тиристору приложено отрицательное напряжение показывает, что за это время напряжение, показывает незначительно, что подтверждает правомерность принятого допущения.

U_c1 (0) =E_д (19)



Максимальное значение амплитуды напряжения на коммутирующем конденсаторе в квазиустановившемся режиме нагрузки определяется из выражения [18, с. 76] при К_д - 2,4 Ом. Для этого необходимо предварительно определить следующие величины: коффициенты затухания зарядного контура, определяемый выражением:

, (20)

, (21)

С учетом полученных значений Kд₁ и Kд₂ получим;

Минимальная амплитуда напряжения в режиме нагрузки определяется при Rд = 0,3 Ом;

Минимальное значение амплитуды напряжения на коммутирующем конденсаторе в режиме нагрузки незначительно отличается от расчетного, по которому определялись параметры элементов схемы поэтому сокращается ее отключающееся способность. Максимальное же значение напряжения больше расчетного, следовательно, нужно увеличить класс силового тиристора по напряжению на единицу и взять его с номинальным напряжением 500 В.

Для проверки отключающей способности схемы во всем диапазоне режимов сварки таким же образом были рассчитаны напряжения при изменении сопротивления в пределах 0,125 ч 2 Ом для кратных значений Rд_min= 0,3 Ом и Rд_max= 2.4 Ом и значения времени t_в предоставляемого схемой силовому тиристору для включения.

5.5 Функциональная схема

Функциональная схема предлагаемого способа модуляции сварочного тока представлена на листе ФЮРА 344585.254.

Функциональная схема содержит в себе основные блоки и узлы для формирования модулированного сварочного тока:

- ИП - источник питания постоянного тока с внешней крутопадающей вольтамперной характеристикой;

- ИРС - импульсно регулируемое сопротивление состоящее из тиристорного ключа К и сопротивления R6;

- ДН - датчик напряжения, для сравнения напряжения на дуговом промежутке U_д с заданным напряжением U₃;

- Блок формирования длительности основного импульса t_и. основ.;

- блок формирования длительности основной паузы t_n. основ.;

- Тиристорный триггер 1;

- блок формирования частоты вспомогательных импульсов f_и.вспом.;

- Блок формирования длительности вспомогательных импульсов t_и.вспом.;

- Тиристорный триггер 2;

- ф зад -заданное время задержки зарядного тиристора.

Схема может работать в двух режимах: первый режим, когда длительность основного импульса t и. основ, заданно постоянно, а длительность основной паузы t п. основ, переменна и второй когда длительность основной паузы t п. основ, заданно постоянно, а длительность основного импульса t и. основ, переменна.

Пусть t и. основ, задается постоянным тогда в блоке формирования t и. основ, формируется импульс с заданной длительностью. После отключения основного импульса на один из входов тиристорного триггера 1 подаётся сигнал, и он принимает положение паузы. Тиристорный триггер 1 подает сигнал со своего выхода на один из входов тиристорного триггера 2. На выходе тиристорного триггера 2 формируется сигнал на размыкание ключа К и запуск линии задержки зарядного тиристора, через который происходит заряд коммутирующего конденсатора.

Одновременно тиристорный триггер 1 запускает блок формирования частоты вспомогательных импульсов который включает блок формирования длительности вспомогательных импульсов. С блока формирования частоты вспомогательных импульсов и с блока формирования длительности вспомогательных импульсов поступают сигналы вход тиристорного триггера 2.

Через дуговой промежуток протекает ток паузы с заданными дополнительными импульсами. Длительность паузы будет длится до тех пор пока на интервале основной паузы среднее значение напряжения на дуге не станет равное заданному, тогда датчик напряжения даст сигнал на блок формирования tn. осн., а тот сменит положение тиристорного триггера 1 на положение импульса.

Когда длительность основной паузы пт.осн. задана постоянной, то после окончания формирования её сигнала с выхода блока формирования tn.ocH поступает на вход тиристорного триггера 1. При этом тиристорный триггер 1 переключается в состояния импульса и с его выхода поступает сигнал на один из входов тиристорного триггера 2 на выходе которого появляется сигнал на включение клюя К. Одновременно тиристорный триггер 1 отключает блок формирования fи. всп., а он отключает блок формирования tи.всп. и дополнительные импульсы перестают генерировать.

Через дуговой промежуток протекает ток сварочного импульса. Блок формирования tn.ocн. будет формировать длительность основного импульса в зависимости от отклонения среднего напряжения дуги на интервале основного импульса от заданного напряжения.

5.6 Принципиальная электрическая схема системы управления модулятора

Описание функциональных блоков принципиальной электрической схемы представлены в пункте 4.5.

Схема управления сварочным циклом состоит из тиристорного триггера 1выполненого на тиристорах VS8,VS7, конденсатора С13, резисторов R30,R31, диодов VD34, VD35, блока формирования длительности основного импульса, блока формирования длительности основной паузы.

Блок формирования длительности основного импульса выполнен на однопереходном транзисторе VT3, резисторах R36 R32 и конденсаторе С14. Частота срабатывания однопереходного транзистора VT3 определяется времязадающей цепью состоящей из конденсатора С14, диода VD36, резисторов R34 R35 и параллельно подключенного транзистора V2 обратной связи.

При работе с постоянной длительностью основного импульса сварочного тока, которая устанавливается переменным сопротивление R34, а при работе с обратной связью она автоматический устанавливается однопереходным транзистором VT3 в функции среднего значения напряжения дугового промежутка и_д на интервале импульса.

Питание времязадающей цепи осуществляется с анода тиристора VS8 триггера 1. Длительность основного импульса определяется временем заряда конденсатора С14 до напряжения пробоя перехода эммитер-база однопереходного транзистора VT3, в этот момент происходит разряд конденсатора С14 по цепи эммитер-база сопротивление R32, вследствии чего на сопротивлении R32 появляется напряжение, которое прикладывается к управляемому переходу VS8 и к светодиоду оптотиристора V7 в результате тиристор VS8 отпирается и напряжение на конденсаторе С13 с плюса на правой обкладки прикладывается в обратном направлении к тиристору VS7 и запирает его. Одновременно оптотиристор V7 подает сигнал на отключение тока сварки на один из входов тиристорного триггера 2. Вследствие того, что тиристор остаётся открытым прекращается заряд времязадающей цепи блока формирования длительности основного импульса, а конденсатор С13 перезаряжается с плюса на левой обкладке т.к. на аноде тиристора VS7 появляется положительный потенциал источника питания. Начинается заряд конденсатора С12 времязадающей цепи блока формирования длительности паузы.

Блок формирования длительности основной паузы состоит из однопереходного транзистора VT2, резистора R28 R29 и конденсатора С12. Частота срабатывания однопереходного транзистора VT2 определяется времязадающей цепью состоящей из конденсатора С12, диода VD33, резисторов R26 R27.

При работе с постоянной длительностью основной паузой она устанавливается переменным резистором R26, при работе с обратной связью она автоматически устанавливается однопереходным транзистором VT2 в функции среднего значения напряжения дугового промежутка и_д на интервале паузы.

Питание времязадающей цепи осуществляется с анода тиристора VS8 триггера 1. Длительность основной паузы определяется временим заряда конденсатора С12 до напряжения пробоя перехода эммитер-база. В этот момент, происходит разряд конденсатора С12 по цепи эммитер-база -сопротивление R25 в следствии чего на сопротивлении R25 появляется напряжение, которое прикладывается к управляющему переходу VS7, открывая его и к светодиоду оптотранзистора V6 запуская линии задержки включения силовых тиристоров VS 3, VS 4.

От анода тиристора VS7 питается цепь генератора частоты вспомогательных импульсов. Он состоит из однопереходного транзистора VT1, резисторов R24 R25, конденсатора С11. Частота его срабатывания определяется время задающей цепи состоящая из конденсатора СИ, сопротивлений R22 R23. Конденсатор заряжается до напряжения пробоя перехода эммитер-база однопереходного транзистора VT1 вследствие чего на резисторе R25 появляется напряжение прикладываемое оптодиоды оптотиристоров V4 и опта транзистора V5. Оптотиристор V4 запускает силовые тиристоры на включение вспомогательных импульсов, а оптотранзистор V5 запускает линию задержки, которая определяет длительность вспомогательного импульса. Линия задержки длительности вспомогательного импульса состоит из конденсаторов С18 С17, резисторов R42, R43, R44, диода VD40 и транзистора VT5. При достижении на конденсаторе С17 напряжения пробоя эммитерного перехода VT5 конденсатор разряжается по цепи: конденсатор С17, конденсатор С18, эммитер-база и сопротивление R39. В результате этого разряда на сопротивлении R39 появляется напряжение которое прикладывается к диоду опта тиристора V10. Оптотиристор V9 подает сигнал на выключение импульса сварочного тока.

Линия задержки срабатывает один раз т.к. конденсатор С18 при частичном разряде конденсатора С17 заряжается и не дает возможность срабатывать линии задержки, конденсатор С17 просто дозаряжается до напряжения источника питания и остается в таком состоянии до прихода сигнала следующего запуска импульса.

В блоке датчика напряжения происходит сравнивание напряжения дугового промежутка с заданным напряжением, в результате чего выявляется сигнал ошибки AU=U_fl-U₃. U₃ снимается с части цепочки стабилитронов VD2-13, питание которой осуществляется от выпрямителя выполненного на диодах VD7-10. Сигнал ошибки AU поступает на две цепи формирующие сигналы обратной связи.

Цепь обратной связи формирования длительности основной паузы состоит из элементов диода VD7, резисторов R9, диода VD8, стабилитрона VD15, резистора R10, оптотранзистора VI. Выходным сигналом этой цепи является ток светодиода оптотранзистора VI. Ток светодиода оптотранзистора VI управляет сопротивлением оптотранзистора VI.

Если и_д>и_з ток указанной цепи прикладывается в обратном направлении и ток через светодиод VI ток не протекает, т.е. оптотранзистора VI закрыт и длительность основной паузы становится минимальной.

Если Ug<U₃ ток цепи прикладывается в прямом направлении на диод VD8 и стабилитрон VD15 появляется напряжение которое в максимуме составляя 4В. при этом через оптотранзистор VI протекает ток пропорциональный сигнал ошибки A U. При максимальном A U 4В длительность основной паузы будет минимальна.

Вторая цепь обратной связи длительность основного импульса включена антепараллельно первой цепи и состоит из элементов диода VD10, резистора R11, диода VD9, стабилитрона VD15, резистора R13 и оптотранзистора V2. Выходным сигналом этой цепи является ток светодиода оптотранзистора V2. Ток светодиода оптотранзистора V2 управляет сопротивлением оптотранзистора V2.

Если и_д>и_з ток указанной цепи прикладывается в прямом направлении на диод VD9 и стабилитрон VD15 появляется напряжение. При этом через светодиод оптотранзистора V2 протекает ток и длительность основного импульса будет минимальна

Если и_д<и_з ток указанной цепи прикладывается в обратном направлении то ток через светодиод оптотранзистора V2 не протекает длительность основного импульса будет максимальной.



5.7 Проектирование сборочного приспособления

Для повышения точности и производительности сборки труб поверхностей нагрева было разработано сборочное приспособление (эксцентриковый прижим), представленное на листе 5 ФЮРА. 838.452.01 Приспособление для сварки стыков труб диаметром 45мм состоит из рукоятки (поз.2), резьбового штока (поз.3), скобы (поз.4), пальца (поз.5), прижима (поз.6).

Приспособление вручную устанавливается на свариваемой стык труб, скоба заводится на свариваемые трубы, затем резьбовой шток вместе с пальцем и прижимом заводится в паз на скобе. При закручивании резьбового штока прижим плотно прижимается к трубам. Это усилие не позволяет свариваемым трубам перемещаться относительно друг друга в приспособлении. В скобе имеется прорезь для проставления прихваток. После простановки прихваток резьбовой шток откручивается и вынимается из скобы вместе с пальцем и прижимом, скоба снимается.



6. Организационно-экономическая часть

Сварка модулированным током имеет ряд значительных преимуществ по сравнению с обычным процессом ручной аргонодуговой сваркой.

Все эти преимущества можно разделить на технологические и технико-экономические. В данном разделе рассмотрим технико-экономические преимущества сварки модулированным током по сравнению с обычной ручной аргонодуговой сваркой. К технико-экономическим преимуществам можно отнести:

- снижение выгорания легирующих элементов;

- повышение производительности сварки в положении отличного от нижнего на (20-40)% за счет повышения коэффициента наплавки;

- снижение процента брака;

- сокращается время обучения сварщиков.

Технико-экономический анализ покажет насколько эффективно внедрение сварки модулированным током по сравнению с обычной ручной аргонодуговой сваркой.

В данном разделе будет проведено нормирование ручной и автоматической сварки неплавящимся электродом в аргоне и оценена экономическая эффективность внедрения автоматической сварки.

Свой технико-экономического расчет будем вести параллельно для ручной аргонодуговой сварки неплавящимся электродом и автоматической сварки неплавящимся электродом модулированным током для параллельного сопоставления достоинств и недостатков.

6.1 Сравнительный анализ ручной и автоматической аргонодуговой сварки неплавящимся электродом

6.1.1 Определение норм времени

Нормирование - это определение времени на выполнение какого-либо процесса.

Под технологически обоснованной нормой времени понимается, установление для определенных организационно-технических условий время на выполнение заданной работы, исходя из рационального использования средств производства с учетом передового производственного опыта. Технически обоснованные нормы времени являются основой правильного решения вопросов разделения и кооперирования труда, организации и обслуживания рабочих мест, проектирование передовых методов труда, оценки его эффективности и организации систем материального стимулирования. Величина обратная норме времени, называется нормой выработки (количество стыков, метры швов, сваренных деталей узлов в единицу времени)