Измерение сварочного тока при точечной шовной и рельефной сварке

Температурное поле в зоне сварки зависит от резко изменяющегося, особенно в начале цикла сварки, электрического сопротивления деталей , а также от геометрии контакта, теплофизических и механических свойств металла. Поэтому при одном и том же действующем значении сварочного тока, распределение температур может быть различным. Экспериментально установлено, что наиболее информативно при прочих равных условиях измерять ток к концу цикла сварки, где электрическое сопротивление  становится относительно стабильным. В частности (при  с), на однофазовых машинах переменного тока целесообразно измерять действующее значение  за последний полупериод, а на машинах с униполярным импульсом — амплитудное . Импульсы сварочного тока в общем случае несинусоидальны и кратковременны, поэтому для их измерения используют специальные датчики и аппаратуру. Так, датчик типа ДСТ применяют для наблюдения и записи формы импульса сварочного тока на магнитоэлектрическом или катодном осциллографе (устойчиво работает при  кА). При взаимодействии протекающего через полупроводниковую пластинку 5 (рис. 1) постоянного тока  от батареи  (клеммы 3—4) с магнитным полем напряженностью  токоведущего участка 6 сварочной машины на клеммах 1—2 возникает поперечная ЭДС Холла

,

где  — коэффициент, зависящий от материала и размеров полупроводниковой пластинки.

Рис. 1. Электрическая схема измерения сварочного тока датчиком типа ДСТ

Пропорциональность величин  и  позволяет измерять магнитное поле машин, а следовательно, и сварочный ток. Для этого необходимо лишь знать масштаб сигнала  в амперах при постоянном значении , которое устанавливают переменным сопротивлением  и измеряют миллиамперметром мА при замыкании выключателя . В датчике вместо полупроводниковой пластинки 5 может быть использован магнитодиод. Магнитное поле сварочной машины изменяет электрическое сопротивление магнитодиода, что приводит к разбалансировке электрического моста, в плечо которого он установлен. При этом в диагонали моста появляется напряжение, пропорциональное напряженности поля (сварочному току).

Для периодического измерения сварочного тока используют прибор АСУ-1М (рис. 2, а, б). Для этого датчик 1, который представляет собой разъемную тороидальную катушку, надевают на токоведущий элемент сварочной машины 2 (консоль или электрододержатель). Тороидальная форма катушки позволяет получить сигнал напряжения, величина которого не зависит от места расположения катушки в контуре машины. Датчик 1 является измерительным трансформатором без железного магнитопровода, в котором роль первичной обмотки выполняет токоведущий элемент машин, а вторичной — тороидальная катушка.

Рис. 2. Прибор для измерения сварочного тока:

а — структурная схема;

б — графики электрических процессов

При измерении  размыкают ключ 9. Действующее значение переменного тока за полупериод определяется выражением

.   (1)

Рассмотрим общий случай измерения, когда сварочный ток несинусоидален (). На клеммах датчика 1 возникает напряжение  пропорциональное скорости изменения магнитного потока или сварочного тока

.

В интегрирующем усилителе 3 происходит формирование сигнала, пропорционального сварочному току

.

В диодном квадраторе 4 формируется сигнал, пропорциональный квадрату мгновенного значения сварочного тока

.

Во втором интеграторе 5 формируется сигнал , пропорциональный квадрату значения тока, за . Эта информация запоминается конденсатором  и считывается электроизмерительным прибором 7, в котором операция извлечения квадратного корня для получения действующего значения сварочного тока в наибольшем, последнем полупериоде предусматривается соответствующей градуировкой его шкалы

.

Полученное выражение соответствует исходному уравнению (1), так как

Сброс отсчета осуществляется путем разрядки конденсатора 6 замыканием ключа 8.

При измерении  замыкают ключ 9 и, таким образом, включают элементы 4 и 5 схемы (рис. 2, а).

Сигнал, пропорциональный току, формируется интегрирующим усилителем 3, запоминается конденсатором 6 и считывается по линейной шкале стрелочного прибора 7. Предусмотрено устройство, обеспечивающее постоянство отсчета независимо от полярности импульса тока сварочной машины (при измерении тока на машинах с чередующимися по полярности импульсами). Диапазон измерения прибора 2,5…200 кА, погрешность измерения  %, минимальное  с. Креме АСУ-1М с аналогичным диапазоном измерения  и  разработаны соответственно приборы ИТ-02 и ИТ-03.

Для непрерывного слежения за током  или  применяют приборы типа КАСТ-2М, КСТ-1 и др. В качестве примера на рис. 3 приведена схема прибора КАСТ-2М для контроля  на машинах с униполярными импульсами тока 5…200 кА. Контролируемое отклонение тока  от номинального значения устанавливается в пределах от  до  %. В качестве датчика тока использована индуктивная катушка 1, которая постоянно укреплена на токоведущей консоли сварочной машины 2. Сигнал с катушки 1 поступает на интегрирующий усилитель 4, который формирует сигнал , пропорциональный мгновенному значению сварочного тока. Далее сигнал  поступает в реверсирующее устройство 5, которое выдает сигнал , пропорциональный  и всегда одной полярности.

Рис. 3. Прибор КАСТ-2М для контроля отклонений амплитуды сварочного тока:

а — структурная схема;

б — настройка прибора

Для оценки амплитуды тока используют, например, триггеры 6 и 7, срабатывающие лишь при определенном входном сигнале . При достижении выходного напряжения  больше  срабатывает триггер 6, что соответствует заданному значению тока в установленном поле допуска (рис. 3, б). Если триггеры не сработали, то значение тока меньше допустимого. Если срабатывают оба триггера б и 7, то ток выше допустимого. Прибор снабжен соответствующими индикаторами (световым, звуковым и печатающим на ленту). Настройку прибора на пределы изменения осуществляют с помощью резистора 3.

Для непрерывного контроля действующего значения сварочного тока при шовной сварке на однофазных машинах переменного тока применяют аналогичного типа прибор КСТ-1 (диапазон тока 3…20 кА).

В процессе сварки сила, тока может отклоняться от заданных значений. Если отклонения выходят за допускаемые пределы ( %), качество сварки ухудшается. Основные причины произвольного изменения сварочного тока — колебания напряжения питающей сети и изменение электрического сопротивления вторичного контура машины вследствие нагрева, окисления переходных контактов и введения в контур магнитных масс (деталей или приспособлений из ферромагнитных материалов). В современных прерывателях тока при колебаниях напряжения сети действующее значение тока автоматически поддерживается постоянным за счет соответствующего изменения угла  включения вентильного контактора  в зависимости от разности между стабилизированным номинальным напряжением сети и его фактическим значением. Для этого в схеме регулятора цикла сварки предусматривается узел автоматической стабилизации .

При колебаниях сварочного тока в результате возмущений от произвольных изменений электрических сопротивлений вторичного контура машины (, ) для его автоматической стабилизации часто используют стабилизаторы типа РТС-1 (стабилизирует значение тока, близкое к действующему), в котором используется тот же принцип изменения угла . Однако в этом случае изменение  происходит при появлении разности между заранее заданным значением тока и его фактическим значением. Этот стабилизатор (переключатель ставится в положение РТ) обозначен на рис. 8.8 символом Т. Функциональная схема стабилизатора типа РТС-1 приведена на рис. 4. Напряжение, пропорциональное сварочному току, снимается с трансформатора тока 1 и подается на измерительное устройство 2. С помощью блока настройки 5 это напряжение при заданной величине сварочного тока устанавливается всегда постоянным (); при этом выходной сигнал регулятора  не изменяет установленный сварочный ток.

Рис. 4. Автоматический стабилизатор сварочного тока:

а — структурная схема;

б — электрические процессы в узлах стабилизатора

При сварке напряжение  сравнивается с постоянным напряжением  задающего устройства (уставки) 6, а во время паузы — с напряжением корректирующего устройства 4 (так как во время паузы ), которое получает команду на подачу напряжения от узла программирования времени сварки РЦС; при этом . При настройке . На вход усилителя и выпрямителя 3 непрерывно поступает разность  или . При снижении сварочного тока возрастает разность . При этом увеличивается , соответственно уменьшается угол  включения вентилей контактора прерывателя. При увеличении тока угол  увеличивается. Этим достигается автоматическая стабилизация заданного значения сварочного тока (постоянная времени регулирования составляет  с).

Стабилизатор РТС-1 может быть использован и при автоматической стабилизации напряжения на электродах  или полезной мощности  (переключатель ставится в положение РЭ). Для этого в первом случае на вход измерительного устройства 2 подают напряжение, снимаемое с электродов сварочной машины, а при стабилизации по мощности соответствующий сигнал можно получить, используя датчик тока типа ДСТ, подав на клеммы 3—4 вместо напряжения от батареи  (см. рис. 1) напряжение с электродов машины. В этом случае

,

где  — электрическое сопротивление цепи питания датчика; , ,  — соответственно мгновенные значения напряжения на электродах при сварке, сварочный ток и полезная мощность;  — напряженность магнитного поля токоведущето участка вторичного контура сварочной машины.

Для стабилизации действующего значения сварочного тока на точечных и шовных машинах переменного тока может быть использован стабилизатор СТ-67 (постоянная времени регулирования 0,01 с, отработка возмущений +15…30 % номинального значения).