📄Работа №104015
Тема: Контроль качества сварки и диагностика состояния многоэлектродных машин
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
машиностроение
Объем:
78 листов
Год:
2021
Просмотров:
122
4990
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Введение 4
1 Управление качеством контактной сварки в условиях массового
производства 8
1.1 Критерии качества и требования к методикам контроля качества
контактной сварки на современном производстве 8
1.2 Описание многоэлектродной сварочной машины МСМ 503.618.421 20
1.3 Описание многоэлектродной сварочной машины МСМ 503.651.421 27
1.4 Формулировка задач диссертационного исследования 31
2 Анализ возмущений контактной сварки 32
2.1 Особенности контактной точечной сварки в массовом
производстве 32
2.2 Влияние колебания напряжения сети на качество сварки 32
2.3 Влияние износа электродов на качество сварки 37
2.4 Влияние стабильности сжатия электродов на качество сварки. . . 38
2.5 Особенности износа элементов вторичного контура
многоэлектродных машин 40
2.6 Особенности конструкции элементов вторичного контура 42
2.7 Особенности управления током сварки в условиях износа
электродов 4
3 Оперативная диагностика состояния вторичных контуров многоэлектродных контактных машин 50
3.1 Постановка проблемы 50
3.2 Математическое описание способа оперативной оценки состояния вторичных контуров многоэлектродных сварочных машин 52
3.3 Вычисление коэффициентов регулирования и мощности 57
3.4 Вычисление регулировочной характеристики /
многоэлектродных сварочных машин 62
Заключение 68
Список используемой литературы и используемых источников
1 Управление качеством контактной сварки в условиях массового
производства 8
1.1 Критерии качества и требования к методикам контроля качества
контактной сварки на современном производстве 8
1.2 Описание многоэлектродной сварочной машины МСМ 503.618.421 20
1.3 Описание многоэлектродной сварочной машины МСМ 503.651.421 27
1.4 Формулировка задач диссертационного исследования 31
2 Анализ возмущений контактной сварки 32
2.1 Особенности контактной точечной сварки в массовом
производстве 32
2.2 Влияние колебания напряжения сети на качество сварки 32
2.3 Влияние износа электродов на качество сварки 37
2.4 Влияние стабильности сжатия электродов на качество сварки. . . 38
2.5 Особенности износа элементов вторичного контура
многоэлектродных машин 40
2.6 Особенности конструкции элементов вторичного контура 42
2.7 Особенности управления током сварки в условиях износа
электродов 4
3 Оперативная диагностика состояния вторичных контуров многоэлектродных контактных машин 50
3.1 Постановка проблемы 50
3.2 Математическое описание способа оперативной оценки состояния вторичных контуров многоэлектродных сварочных машин 52
3.3 Вычисление коэффициентов регулирования и мощности 57
3.4 Вычисление регулировочной характеристики /
многоэлектродных сварочных машин 62
Заключение 68
Список используемой литературы и используемых источников
📖 Введение
Возможность практически полной автоматизации основных и вспомогательных процессов, возможность роботизации и высокая производительность определяют широкое распространение контактной сварки в массовом производстве. В частности, кузов легкового автомобиля насчитывает несколько тысяч сварных точек, а всего в мире ежегодно выполняется десятки миллиардов сварных точек.
Основным условием формирования соединения при контактной точечной сварке является образование сварного ядра с заданными геометрическими размерами. Чтобы при контактной сварке получить соединение надлежащего качества, следует добиться образования зоны взаимного расплавления, которая должна быть общей для свариваемых деталей [15], [17], [30], [62]. Размеры получаемой зоны (ядра сварной точки) должны соответствовать заданным согласно ГОСТ 15878-79. В этом случае обеспечивается достаточная прочность соединения.
Наблюдаемый в настоящее время мировой финансовый кризис является системным и начинает перерастать в экономический кризис, что сопровождается дальнейшим обнищанием населения и снижением его покупательной способности. Так же необходимо учесть девальвацию рубля как национальной валюты, что делает сверхдорогими импортные товары. Вот почему первоочередной задачей является «задача замещения», которая предусматривает замещение дорогих товаров их отечественными аналогами.
Усовершенствование технологии сварки деталей в массовом производстве, таком как автомобильная промышленность всегда актуально. Снижение себестоимости автомобиля и трудоемкости его изготовления складываются из соответствующего снижения себестоимости и трудоемкости изготовления его частей. Поэтому необходимо добиваться максимального уменьшения затрат на изготовление каждой детали, каждого узла автомобиля с одновременным сохранением и улучшением качества и условий труда, что ведет к увеличению конкурентоспособности готового изделия на внутреннем и внешнем рынках и приносит прибыль предприятию.
Быстрое изменение конструкции свариваемого изделия (а иногда и пробные выпуски), присущие современному автомобилестроению, требуют обеспечения достаточной гибкости производства, позволяющей в максимально сжатые сроки обеспечивать изготовление новой продукции без доработки основных компонентов таких систем. Наиболее оптимальным с этой точки зрения является использование ручного труда сварщика, что обеспечивает возможность быстрой перенастройки на выпуск новых деталей. Однако резкое подорожание ручного труда, его малая производительность, а так же связанные с ним социальные обязательства перед работниками, делают такой способ производства экономически неэффективным по сравнению с другими способами производства. Поэтому весьма актуальным является повышение эффективности именно автоматизированных процессов контактной сварки.
На стабильность формирования ядра сварной точки и качество соединения оказывает влияние множество факторов [26], [36], [67], [71]: колебание напряжения питающей сети (изменение сетевого напряжения, первичного и вторичного напряжения), изменение параметров вторичного контура (индуктивного сопротивления - действие ферромагнитных масс, активного сопротивления - износ и нагрев элементов вторичного контура из- в процессе интенсивной работы), шунтирование сварочного тока (протекание части вторичного тока не через сварную точку, а через ранее сваренные точки, приспособление или детали), изменение свойств свариваемых деталей (колеблется толщина проката, толщина и состав защитного покрытия, загрязнение поверхности деталей), износ сварочных электродов (увеличивает теплоотвод в сварочные электроды и уменьшает плотность сварочного тока из-за роста площади рабочего торца электрода).
Программное управление контактной сваркой предусматривает выбор оптимальных параметров режима и их поддержание в течение рабочей смены. При этом правильность выбора параметров режима должна обеспечивать стабильное качество сварки в условиях нахождения возмущений в некоторых пределах. Выбор параметров контактной сварки должен быть основан на достижениях в области моделирования тепловых, деформационных и электрических процессов, которое позволяет прогнозировать качество сварки и задавать оптимальные параметры режима для заданных начальных условий [9], [34], [35], [47], [54], [55], [58], [66], [70], [72], [73].
Получение качественных соединений при сварке в условиях возмущений достигается применением автоматических регуляторов, которые не только реализуют функции программного задания параметров режима (в число которых чаше всего входят - количество импульсов сварочного тока и их длительность, величина тока в каждом импульсе, сварочное усилие, различные временные параметры), но и позволяют компенсировать некоторые возмущения. Разработкой аппаратуры управления контактной сваркой занимаются известные отечественные и зарубежные производители: ОАО «Фирма СЭЛМА» (Россия), ЗАО «Псковэлектросвар» (Россия), ЗАО «Электрик-МИКС» (Россия), «ENTRON Controls» (США), «Welding Technology Corporation» (США), «Bosch Rexroth» (Германия), «Dengensha» (Япония), «Spotron» (Япония). Этими фирмами достигнут существенный прогресс в области повышения стабильности качества контактной сварки при различных возмущениях, однако величина и характер возмущений, присущие массовому производству (повышенный износ сварочных электродов, значительные колебания напряжения питающей сети, шунтирование сварочного тока, низкая стабильность сварочного усилия) не позволяют в полной мере устранить их влияние на качество сварки [31], [32], [64].
Одним из возмущений, которое может существенно повлиять на стабильность контактной сварки, является износ оборудования. В частности, из-за интенсивной работы происходит износ гибких токоподводов многоэлектродных и подвесных сварочных машин, который приводит к увеличению активного сопротивления вторичного контура и снижению сварочного тока, может сталь причиной получения брака (непровара и пропуска сварной точки). Также в ходе интенсивной сварки в течение рабочей смены происходит износ сварочного электрода, увеличение его рабочей поверхности, что приводит к увеличению оттока тепла в электроды от сварной точки и снижению плотности тока, это тоже является причиной появления непроваров. Современная аппаратура управления не позволяет оценить и компенсировать эти возмущения.
Рост возможностей аппаратуры управления по компенсации возмущений возможен благодаря синтезу новых алгоритмов управления, которые основаны на взаимосвязи тепловых процессов в зоне сварки и электрических процессов в сварочном оборудовании. Полученные закономерности позволяют не только повысить стабильность качества сварки в условиях возмущений, но и прогнозировать уменьшение числа параметров обратной связи [3], [8], [23], [25], [27], [40], [68]. Применение в качестве параметра обратной связи длительности включенного состояния тиристоров позволяет также повысить помехозащищённость способов управления и существенно упростить аппаратную часть [24], [25], [29].
Актуальна цель диссертационного исследования - повышение стабильности качества контактной сварки путём разработки методик диагностики состояния многоэлектродных машин и синтеза новых алгоритмов управления.
Объектом диссертационного исследования является качество контактной точечной сварки и влияние на него различных возмущений в условиях массового производства.
Предметом диссертационного исследования являются электрические процессы в многоэлектродных сварочных машинах при интенсивной работе в условиях массового производства.
Основным условием формирования соединения при контактной точечной сварке является образование сварного ядра с заданными геометрическими размерами. Чтобы при контактной сварке получить соединение надлежащего качества, следует добиться образования зоны взаимного расплавления, которая должна быть общей для свариваемых деталей [15], [17], [30], [62]. Размеры получаемой зоны (ядра сварной точки) должны соответствовать заданным согласно ГОСТ 15878-79. В этом случае обеспечивается достаточная прочность соединения.
Наблюдаемый в настоящее время мировой финансовый кризис является системным и начинает перерастать в экономический кризис, что сопровождается дальнейшим обнищанием населения и снижением его покупательной способности. Так же необходимо учесть девальвацию рубля как национальной валюты, что делает сверхдорогими импортные товары. Вот почему первоочередной задачей является «задача замещения», которая предусматривает замещение дорогих товаров их отечественными аналогами.
Усовершенствование технологии сварки деталей в массовом производстве, таком как автомобильная промышленность всегда актуально. Снижение себестоимости автомобиля и трудоемкости его изготовления складываются из соответствующего снижения себестоимости и трудоемкости изготовления его частей. Поэтому необходимо добиваться максимального уменьшения затрат на изготовление каждой детали, каждого узла автомобиля с одновременным сохранением и улучшением качества и условий труда, что ведет к увеличению конкурентоспособности готового изделия на внутреннем и внешнем рынках и приносит прибыль предприятию.
Быстрое изменение конструкции свариваемого изделия (а иногда и пробные выпуски), присущие современному автомобилестроению, требуют обеспечения достаточной гибкости производства, позволяющей в максимально сжатые сроки обеспечивать изготовление новой продукции без доработки основных компонентов таких систем. Наиболее оптимальным с этой точки зрения является использование ручного труда сварщика, что обеспечивает возможность быстрой перенастройки на выпуск новых деталей. Однако резкое подорожание ручного труда, его малая производительность, а так же связанные с ним социальные обязательства перед работниками, делают такой способ производства экономически неэффективным по сравнению с другими способами производства. Поэтому весьма актуальным является повышение эффективности именно автоматизированных процессов контактной сварки.
На стабильность формирования ядра сварной точки и качество соединения оказывает влияние множество факторов [26], [36], [67], [71]: колебание напряжения питающей сети (изменение сетевого напряжения, первичного и вторичного напряжения), изменение параметров вторичного контура (индуктивного сопротивления - действие ферромагнитных масс, активного сопротивления - износ и нагрев элементов вторичного контура из- в процессе интенсивной работы), шунтирование сварочного тока (протекание части вторичного тока не через сварную точку, а через ранее сваренные точки, приспособление или детали), изменение свойств свариваемых деталей (колеблется толщина проката, толщина и состав защитного покрытия, загрязнение поверхности деталей), износ сварочных электродов (увеличивает теплоотвод в сварочные электроды и уменьшает плотность сварочного тока из-за роста площади рабочего торца электрода).
Программное управление контактной сваркой предусматривает выбор оптимальных параметров режима и их поддержание в течение рабочей смены. При этом правильность выбора параметров режима должна обеспечивать стабильное качество сварки в условиях нахождения возмущений в некоторых пределах. Выбор параметров контактной сварки должен быть основан на достижениях в области моделирования тепловых, деформационных и электрических процессов, которое позволяет прогнозировать качество сварки и задавать оптимальные параметры режима для заданных начальных условий [9], [34], [35], [47], [54], [55], [58], [66], [70], [72], [73].
Получение качественных соединений при сварке в условиях возмущений достигается применением автоматических регуляторов, которые не только реализуют функции программного задания параметров режима (в число которых чаше всего входят - количество импульсов сварочного тока и их длительность, величина тока в каждом импульсе, сварочное усилие, различные временные параметры), но и позволяют компенсировать некоторые возмущения. Разработкой аппаратуры управления контактной сваркой занимаются известные отечественные и зарубежные производители: ОАО «Фирма СЭЛМА» (Россия), ЗАО «Псковэлектросвар» (Россия), ЗАО «Электрик-МИКС» (Россия), «ENTRON Controls» (США), «Welding Technology Corporation» (США), «Bosch Rexroth» (Германия), «Dengensha» (Япония), «Spotron» (Япония). Этими фирмами достигнут существенный прогресс в области повышения стабильности качества контактной сварки при различных возмущениях, однако величина и характер возмущений, присущие массовому производству (повышенный износ сварочных электродов, значительные колебания напряжения питающей сети, шунтирование сварочного тока, низкая стабильность сварочного усилия) не позволяют в полной мере устранить их влияние на качество сварки [31], [32], [64].
Одним из возмущений, которое может существенно повлиять на стабильность контактной сварки, является износ оборудования. В частности, из-за интенсивной работы происходит износ гибких токоподводов многоэлектродных и подвесных сварочных машин, который приводит к увеличению активного сопротивления вторичного контура и снижению сварочного тока, может сталь причиной получения брака (непровара и пропуска сварной точки). Также в ходе интенсивной сварки в течение рабочей смены происходит износ сварочного электрода, увеличение его рабочей поверхности, что приводит к увеличению оттока тепла в электроды от сварной точки и снижению плотности тока, это тоже является причиной появления непроваров. Современная аппаратура управления не позволяет оценить и компенсировать эти возмущения.
Рост возможностей аппаратуры управления по компенсации возмущений возможен благодаря синтезу новых алгоритмов управления, которые основаны на взаимосвязи тепловых процессов в зоне сварки и электрических процессов в сварочном оборудовании. Полученные закономерности позволяют не только повысить стабильность качества сварки в условиях возмущений, но и прогнозировать уменьшение числа параметров обратной связи [3], [8], [23], [25], [27], [40], [68]. Применение в качестве параметра обратной связи длительности включенного состояния тиристоров позволяет также повысить помехозащищённость способов управления и существенно упростить аппаратную часть [24], [25], [29].
Актуальна цель диссертационного исследования - повышение стабильности качества контактной сварки путём разработки методик диагностики состояния многоэлектродных машин и синтеза новых алгоритмов управления.
Объектом диссертационного исследования является качество контактной точечной сварки и влияние на него различных возмущений в условиях массового производства.
Предметом диссертационного исследования являются электрические процессы в многоэлектродных сварочных машинах при интенсивной работе в условиях массового производства.
✅ Заключение
В диссертационном исследовании поставлена цель - повышение стабильности качества контактной сварки путём разработки методик диагностики состояния многоэлектродных машин и синтеза новых алгоритмов управления.
Ужесточение требований к сварным соединениям, применение новых материалов, переход на высокопроизводительные режимы и сокращение объёмов разрушающего контроля делают актуальными исследования в области управления сварочными процессами и контроля состояния сварочного оборудования. Принятая нормативная документация, методики контроля и способы управления процессом сварки не позволяют получить стабильного качества соединений в условиях действия возмущений, характерных для массового производства.
Анализ состояния вопроса позволил сформулировать задачи диссертационного исследования.
Первая задача - выполнить оценку возмущений, действие которых на процесс контактной сварки наиболее пагубно сказывается на стабильности качества в условиях массового производства. Вторая задача - оценить возможности современной аппаратуры управления по компенсации выявленных возмущений. Третья задача - предложить методику оперативно оценки состояния контактных сварочных машин в условиях массового производства. Четвёртая задача - апробировать предлагаемые решения и сделать выводы по целесообразности их внедрения в массовое производство.
В ходе решения первой задачи были сформулированы затруднения контактной сварки в условиях массового производства, снижающие стабильность качества соединений: колебания напряжения питающей сети, износ сварочных электродов, низкая стабильность сварочного усилия, интенсивный износ элементов вторичного контура, проблемы размещения датчиков тока во вторичном контуре.
В ходе решения второй задачи установлено, что в случае интенсивного износа электродов стабилизация сварочного тока не может в полной мере обеспечить стабильное качество выполняемых соединений даже при ступенчатом управлении током. Повышение эффективности систем управления сварочным током должно быть основано на оперативной оценке состояния сварочных электродов по результатам измерения сопротивления между электродами.
В ходе решения третьей задачи предложено оперативную оценку состояния вторичных контуров многоэлектродных сварочных машин предложено выполнять по величине активного сопротивления в режиме короткого замыкания. Расчёт этой величины предложено проводить по результатам опыта короткого замыкания, предусматривающего включение контактной машины с сомкнутыми электродами, измерение сетевого напряжения, вторичного тока и угла проводимости тиристоров.
В ходе решения четвёртой задачи предлагаемая методика расчётного определения активного сопротивления контактной машины в режиме короткого замыкания была успешно апробирована на втором посту многоэлектродной сварочной машины МСМ 503.651.421.
Таким образом, проведённые исследования позволяют повысить эффективность управления контактной сваркой и диагностики состояния сварочного оборудования. На основании вышеизложенного цель диссертационного исследования может считаться достигнутой.
Внедрение результатов проведённых исследовательских работ в массовом производстве позволит повысить стабильность качества контактной сварки и снизить трудоёмкость диагностики состояния сварочного оборудования.
Дальнейшие исследования должны проводиться в направлении разработки методик диагностики сварки и назначения оптимальных параметров режима с использованием полученных в диссертационном исследовании результатов.
Ужесточение требований к сварным соединениям, применение новых материалов, переход на высокопроизводительные режимы и сокращение объёмов разрушающего контроля делают актуальными исследования в области управления сварочными процессами и контроля состояния сварочного оборудования. Принятая нормативная документация, методики контроля и способы управления процессом сварки не позволяют получить стабильного качества соединений в условиях действия возмущений, характерных для массового производства.
Анализ состояния вопроса позволил сформулировать задачи диссертационного исследования.
Первая задача - выполнить оценку возмущений, действие которых на процесс контактной сварки наиболее пагубно сказывается на стабильности качества в условиях массового производства. Вторая задача - оценить возможности современной аппаратуры управления по компенсации выявленных возмущений. Третья задача - предложить методику оперативно оценки состояния контактных сварочных машин в условиях массового производства. Четвёртая задача - апробировать предлагаемые решения и сделать выводы по целесообразности их внедрения в массовое производство.
В ходе решения первой задачи были сформулированы затруднения контактной сварки в условиях массового производства, снижающие стабильность качества соединений: колебания напряжения питающей сети, износ сварочных электродов, низкая стабильность сварочного усилия, интенсивный износ элементов вторичного контура, проблемы размещения датчиков тока во вторичном контуре.
В ходе решения второй задачи установлено, что в случае интенсивного износа электродов стабилизация сварочного тока не может в полной мере обеспечить стабильное качество выполняемых соединений даже при ступенчатом управлении током. Повышение эффективности систем управления сварочным током должно быть основано на оперативной оценке состояния сварочных электродов по результатам измерения сопротивления между электродами.
В ходе решения третьей задачи предложено оперативную оценку состояния вторичных контуров многоэлектродных сварочных машин предложено выполнять по величине активного сопротивления в режиме короткого замыкания. Расчёт этой величины предложено проводить по результатам опыта короткого замыкания, предусматривающего включение контактной машины с сомкнутыми электродами, измерение сетевого напряжения, вторичного тока и угла проводимости тиристоров.
В ходе решения четвёртой задачи предлагаемая методика расчётного определения активного сопротивления контактной машины в режиме короткого замыкания была успешно апробирована на втором посту многоэлектродной сварочной машины МСМ 503.651.421.
Таким образом, проведённые исследования позволяют повысить эффективность управления контактной сваркой и диагностики состояния сварочного оборудования. На основании вышеизложенного цель диссертационного исследования может считаться достигнутой.
Внедрение результатов проведённых исследовательских работ в массовом производстве позволит повысить стабильность качества контактной сварки и снизить трудоёмкость диагностики состояния сварочного оборудования.
Дальнейшие исследования должны проводиться в направлении разработки методик диагностики сварки и назначения оптимальных параметров режима с использованием полученных в диссертационном исследовании результатов.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.