Оборудование для автоматической и механизированной дуговой сварки.

Основные принципы работы сварочных автоматов и полуавтоматов.

При сварке плавящимся электродом постоянство длины дуги обеспечивается при равенстве скорости подачи электродной проволоки в зону сварки Vэ, и скорости ее расплавления Vп.

Нарушение равенства скоростей восстанавливается за счет саморегулиро­вания дуги при использовании источников питания с жесткой (пологопадаю­щей) внешней характеристикой. С учетом процесса саморегулирования дуги разработаны сварочные автоматы, работающие с постоянной скоростью пода­чи электродной проволоки. Для настройки режима выбирают необходимое напряжение дуги по шкале источника, а сварочный ток регулируют изменением скорости подачи проволоки.

На рисунке 1a приведены две вольт-амперные характеристики (ВАХ) ис­точника сварочного тока, кривые 1 и 2 и две статические характеристики сва­рочной дуги для двух значений ее длины, кривые l1, l2 (l1 > l2).

Для определенной длины дуги l1 и выбранного напряжения U существу­ет устойчивая рабочая точка А (точка пересечения внешней характеристики источника 1 и характеристики дуги l1, в которой скорости плавления и подачи проволоки равны).

Пологопадающие ВАХ источника питания, крутопадающие ВАХ источника и статические характеристики дуги
Рис. 1. Пологопадающие ВАХ источника питания (а), крутопадающие ВАХ источника (б) и статические характеристики дуги.

При увеличении скорости подачи проволоки образуется новая точка В пе­ресечения характеристик источника и дуги. Длина дуги и ее сопротивление в этой точке уменьшаются, а сварочный ток растет. Это означает, что увеличе­ние скорости подачи ведет к возрастанию сварочного тока и наоборот, умень­шение скорости подачи проволоки снижает сварочный ток. При случайных укорочениях либо удлинениях дуги возрастание или уменьшение сварочного тока сопровождается соответствующим изменением скорости плавления про­волоки, приводящим к восстановлению длины дуги.

GamePark RU

Все полуавтоматы для механизированной сварки в защитных газах и под флюсом построены на основе принципа саморегулирования.

Другой принцип регулирования основан на изменении скорости пода­чи электродной проволоки в зависимости от напряжения на дуге. Данный принцип реализуется в автоматах для сварки проволоками более 3 мм. Здесь для поддержания стабильного горения дуги используют регуляторы на­пряжения дуги. Источник сварочного тока должен иметь крутопадающую внешнюю ВАХ, а привод подачи — обеспечивать зависимую скорость пода­чи проволоки от напряжения дуги. В этой комбинации при случайных от­клонениях длины дуги сигнал изменения напряжения дуги воздействует на регулятор скорости подачи проволоки и восстанавливает первоначальную длину дуги.

На рисунке 1б показаны крутопадающие ВАХ источника: 1 — малые токи, 2 — большие токи и две статические характеристики дуги; l1 — малые напряжения, l2 — большие напряжения. При этой системе регулирования сва­рочный ток изменяют регулятором источника, а напряжение дуги — регулято­ром скорости подачи проволоки.

В автоматах для сварки вольфрамовым электродом регулирование напря­жения осуществляется изменением длины дугового промежутка путем переме­щения электрода по высоте специальной автоматической системой стабилиза­ции напряжения дуги.

Полуавтоматы для дуговой сварки.

Аппарат для механизированной дуговой сварки, включающий горелку и механизм подачи проволоки с ручным перемещением горелки, на­зывают полуавтоматом.

Классификация полуавтоматов для дуговой сварки.

Полуавтоматы классифицируются по сле­дующим признакам:

  • по способу защиты сварочной зоны — для сварки под флюсом, в среде за­щитных газов, открытой дугой;
  • по виду применяемой проволоки — для сплошной, порошковой или комбинированной проволоки;
  • по способу подачи проволоки — толкающего, тянущего и комбинированно­го типа;
  • по конструктивному исполнению — со стационарным, передвижным и переносным подающим устройством.

Комплектование и основные узлы полуавтоматов.

Рассмотрим конструк­тивную схему полуавтомата для механизированной сварки в защитных газах (рис. 2)

Конструктивная схема полуавтоматов
Рис. 2. Конструктивная схема полуавтоматов:
1 — газовый баллон; 2 — редуктор газовый с подогревателем; 3 — шланг газовый; 4 — кабель управления; 5 — блок управления (БУСП); 6 — кабель управления; 7 — направляющий кабель; 8 — горелка; 9 — механизм подачи проволоки; 10 — кабель сварочный «-»; 11 — кабель сварочный «+»; 12 — источник питания.

Полуавтомат включает: механизм подачи проволоки, горелку, блок управ­ления сварочным процессом (БУСП), газовую аппаратуру.

Механизм подачи электродной проволоки обеспечивает поступление ее в сварочную горелку через направляющий кабель с заданной скоростью.

Print Bar

Сварочная горелка обеспечивает подвод электрического тока от источника сварочного тока через контактный наконечник к проволоке, а через сопло по­дает защитный газ из баллона в зону сварки. Снабжена кнопками выключения- включения полуавтомата в режим «сварка», а в некоторых случаях рукоят­ками регулирования параметрами режима сварки. Некоторые полуавтоматы комплектуются автономными системами водяного охлаждения и дымоотсасывающими устройствами.

Гибкий шланг в полуавтоматах предназначен для подачи электродной про­волоки, сварочного тока, защитного газа, подключения проводов управления, а иногда и охлаждающей воды к горелке. С этой целью применяют шланговый провод специальной конструкции или составные шланги, состоящие из не­скольких трубок для подачи газа и воды и проводов управления и подвода тока, собранных в общий жгут.

В зависимости от номинального сварочного тока медный кабель имеет сече­ние 25, 35, 50 и 70 мм2. В большинстве горелок длина кабеля — 2,0…3,0 м.

Блок управления сварочным процессом (БУСП) предназначен для установки и регулирования параметров сварочного цикла. БУСП обеспечивает: вклю­чение полуавтомата в режим «сварка» кнопкой, расположенной на свароч­ной горелке; плавное регулирование скорости подачи электродной проволоки и сварочного напряжения на источнике питания резисторами, расположенны­ми внутри подающего механизма; включение подачи защитного газа при на­жатии кнопки на горелке с ручной регулировкой длительности («Предвари­тельная продувка») и ручную регулируемую выдержку на отключение подачи защитного газа после отключения сварочного источника («3ащита сварочной ванны») в режиме «Длинные швы». Блок управления может располагаться как в источнике питания, так и в корпусе механизма подачи присадочной про­волоки, возможно также внешнее расположение, при этом БУСП подключает­ся через внешние разъемы.

Газовая аппаратура служит для подачи защитного газа в зону сварки — газовые редукторы, подогреватели и осушителя газов, расходомеры, смесите­ли газов, электромагнитные газовые клапаны.

Полуавтоматы для сварки под флюсом имеют те же основные узлы, что и полуавтоматы для механизированной сварки в защитных газах, только вме­сто газовой аппаратуры применяется специальная воронка, обеспечивающая подачу флюса в зону сварки. Однако эти полуавтоматы не нашли широкого применения, так как они могут быть использованы только для сварки в ниж­нем положении.

Автоматы для дуговой сварки.

Сварочные аппараты, обеспечивающие ав­томатическое выполнение основных технологических перемещений электрода и дуги с поддержанием постоянства заданных параметров сварочного режима (напряжения дуги, сварочного тока, скорости сварки), называют автоматами.

Классификация автоматов для дуговой сварки.

Автоматы классифицируются по следующим признакам:

  • по типу применяемого электрода — автоматы с плавящимся электродом и автоматы с неплавящимся (вольфрамовым) электродом;
  • по способу перемещения тележки — автоматы тракторного типа и кареточные;
  • по способу защиты сварочной ванны — автоматы для сварки под флюсом, в среде защитных газов и универсальные;
  • по пространственному выполнению сварных соединений — автоматы для сварки швов в нижнем, вертикальном и горизонтальном положениях; кольцевых поворотных и неповоротных стыков и кольцевых в горизонтальной плоскости;
  • по числу горящих дуг различают автоматы для сварки одной дугой, трех­фазной дугой и многодуговые (многоэлектродные);
  • по способу поддержания постоянства параметров дуги выпускают авто­маты с принудительным регулированием напряжения дуги и саморегулированием.

Комплектование и основные узлы автоматов.

Автоматы для дуговой свар­ки в защитных газах обеспечивают выполнение следующих операций:

  • зажигание дуги в начале сварки;
  • подачу электрода (или присадочного материала) в зону дуги по мере его оплавления;
  • регулирование и стабилизацию параметров режима сварки; передвижение дуги вдоль свариваемых кромок;
  • защиту зоны дуги и сварочной ванны от воздействия воздуха;
  • направление электрода по шву;
  • прекращение процесса сварки с совмещением операций заварки кратера и прекращения подачи защитного газа через определенный интервал вре­мени.

Конструкция автоматов для сварки должна обеспечивать быструю перена­ладку режима сварки, надежность, удобство обслуживания, безопасность ра­боты. Автоматы должны быть малогабаритными, небольшой массы и отвечать требованиям промышленной эстетики.

Сварочные автоматы состоят из следующих основных узлов: сварочной го­ловки, механизма перемещения, аппаратуры управления, механизма поддержа­ния постоянства длины дуги (АРНД — для сварки неплавящимся электродом), а также аппаратуры, обеспечивающей подачу в зону сварки защитного газа.

Большую группу аппаратов для дуговой автоматической сварки состав­ляют подвесные сварочные головки. Их применяют главным образом в уста­новках, когда в процессе сварки передвигается изделие или когда головка за­креплена на перемещающейся части установки. Часто в качестве подвесных сварочных головок применяют отдельные узлы самоходных аппаратов. Одна­ко в некоторых случаях подвесные сварочные головки выпускаются заводами-изготовителями в виде автономных агрегатов, оснащенных пультом управле­ния и шкафом электроаппаратуры.

Подвесные головки, как правило, состоят из сварочной горелки, механизма подачи присадочной проволоки, механизмов для установочных перемещений горелки, катушки для электродной проволоки и устройства для закрепления головки на консоли или траверсе.

Основными элементами сварочной головки являются: механизм подачи проволоки, токоподводящий мундштук (горелка — у автоматов для сварки в защитных газах).

Механизм перемещения предназначен для перемещения головки вдоль свариваемого стыка со скоростью сварки.

Аппаратура управления обеспечивает управление процессом сварки и содержит блок управления и пульт управления.

Механизм поддержания постоянства длины дуги (АРНД), представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования с воздействием на пространственное положение электрода относительно поверхности изделия. Принцип построения АРНД основан на использовании функциональной зависимости Uд = f(lд) при сварке неплавящимся электродом.

Для сварки в защитных газах аппаратура, обеспечивающая защиту зоны сварки, представляет собой газовую аппаратуру, а для сварки под флюсом — аппаратура, обеспечивающая подачу флюса в зону сварки и удаление нерас­плавленного при сварке флюса.

Конструктивные особенности механизмов подачи проволоки оборудования для автоматической и механизированной дуговой сварки.

Сварка с присадочной или электродной проволокой требует непрерывного ввода в зону горения дуги определенного количества прово­локи, причем для качественного формирования сварного шва необходимо обеспечивать равенство скорости подачи и скорости плавления электродной про­волоки и точность дозировки присадочной проволоки, поступающей в свароч­ную ванну. Эти требования должен обеспечивать механизм подачи проволоки.

Общие требования к механизмам подачи проволоки.

Конструкция каждого механиз­ма подачи проволоки обладает своими особенностями, которые обусловлены как способом сварки, так и общей конструкцией сварочной головки. Однако основными требованиями, которым должен удовлетворять каждый механизм подачи проволоки, являются следующие:

  • непрерывное сообщение проволоке осевого усилия, необходимого для преодоления всех сил сопротивления, возникающих на пути ее движения;
  • исключение возможности деформирования проволоки или повреждения ее поверхности;
  • обеспечение длительного цикла работы механизма подачи проволоки;
  • доступность обслуживания при эксплуатации: заправке проволоки, регу­лировании силы прижатия роликов, замене изношенных роликов, чистке направляющих втулок и трактов.

Кроме этого, механизм подачи проволоки должен иметь минимальные раз­меры и массу.

Устройство механизмов подачи проволоки.

По методам преобразования вращатель­ного движения в поступательное все механизм подачи проволоки можно раз­делить на роликовые и безроликовые механизмы подачи.

В общем случае, конструкция роликовых механизмов подачи проволо­ки состоит из следующих узлов: редуктора, подающих роликов с пружинно­рычажной системой и направляющих втулок.

Редуктор обеспечивает вращение роликов с определенной скоростью и со­единен с электродвигателем муфтой. Редуктор может быть цилиндрическим, червячно-цилиндрическим или планетарным. В механизме подачи проволоки применяют двигатели переменного и постоянного тока. Двигатели постоянно­го тока, позволяющие регулировать скорость подачи проволоки в большом диа­пазоне, нашли более широкое применение. В большинстве механизмов подачи применяют двигатели мощностью 40…180 Вт.

Система роликов преобразовывает вращательное движение роликов в поступательное движение проволоки. Роликовая система состоит из подающего ролика, который установлен на выходном валу редуктора, и прижимного ро­лика, устанавливаемого на одном из плеч двухплечевого рычага пружинно­рычажного узла. Пружинно-рычажный узел обеспечивает контакт роликов с поверхностью проволоки и определенное усилие поджатия для создания за­данной осевой силы при подаче проволоки.

Роликовые устройства для подачи электродной проволоки часто содержат один приводной и один прижимной ролик. Для стальной проволоки диаметром 1,6…2,5 мм, а также для порошковой или алюминиевой проволок применяют две пары приводных и прижимных роликов. Форма рабочей поверхности ро­ликов может быть цилиндрическая гладкая, цилиндрическая с накаткой или канавкой, коническая.

Приемно-направляющие втулки служат для направления проволоки в за­зор между роликами и на выходе из роликов в тракт. Втулка, стоящая перед роликами со стороны кассеты, направляет проволоку в зазор между роликами называется направляющей, а стоящая за роликами со стороны тракта — при­емной. Обычно приемная втулка выполняется совместно с трактом, и поэтому в большинстве случаев она устанавливается с возможностью съема в специаль­ном кронштейне на корпусе редуктора. При использовании проволок большого диаметра (от 3 мм), для уменьшения блуждания торца электрода перед мунд­штуком устанавливают роликовый механизм правки проволоки.

Безроликовые механизмы, как правило, используются для импульсной по­дачи проволоки. Они могут быть с приводами периодического действия (электоромагнитные, гидравлические и пневматические) и с электродвигателями.

Примером безроликового механизма может служить механизм с шарико­выми захватами и электромагнитным приводом, который применяют для им­пульсной подачи проволоки. Применение таких механизмов позволяет снизить разбрызгивание.

На рисунке 3 показан механизм импульсной подачи проволоки с шари­ковым и электромагнитным приводом втяжного типа. В этом приводе магни­топривод 4, крышка 7, якорь 6 и сердечник 2 образуют замкнутую магнитную систему. Внутри магнитопривода 4 расположена обмотка 5. Подача проволоки 1 осуществляется быстродействующими шариковыми захватами, один из ко­торых 3 расположен на сердечнике 2, а второй — на якоре. Работает механизм подачи следующим образом. При подаче импульсного напряжения на обмотку 5 возникает электромагнитная сила, которая перемещает якорь 6, установленный на мембране 12 и связанный с ними захват на величину установленного рабочего зазора. При этом шарики 10, находящиеся в прорезях подпружиненного пружи­ной 11 штока 8, действием корпуса оправки зажимают проволоку 1 и перемещают ее шаг на шаг подачи. Снятие напряжения с обмотки сопровождается исчезнове­нием магнитного поля и электромагнитной силы, якорь 6 и захват под действием упругих сил мембраны 12 возвращаются в исходное положение. При этом захват проскальзывает по проволоке 1, удерживаемой в этот момент времени шарико­вым захватом 3, расположенным на сердечнике 2. Скорость подачи проволоки регулируется изменением шага подачи и частоты пульсации тока в обмотке 5.

Механизм импульсной подачи с шариковыми захватами и электромагнитным приводом
Рис. 3. Механизм импульсной подачи с шариковыми захватами и электромагнитным приводом.

Различают три основные системы подачи электродной проволоки по месту расположения механизма подачи:

  1. толкающего типа;
  2. тянуще-толкающего типа;
  3. тянущего типа.

Система подачи толкающего типа является наиболее распространенной и используется во всех полуавтоматах, выпускаемых отечественной промышленностью. К недостаткам этой системы относятся ограничение длины шланга (до 3 м), изгиб проволоки в направляющем канале, невозможность подачи про­волоки малого диаметра и значительные усилия в механизмах подачи. Преиму­ществами являются простота устройства, небольшие размеры и масса горелки, которые служат основными критериями для оператора-сварщика.

Система подачи тянуще-толкающего типа комбинационная, усилия в ней минимальны. Такая система может быть использована для подачи тонких (диаметром менее 1 мм) проволок на значительное (до 10-20 м) расстояние. Однако горелка в такой системе имеет большую массу и габариты. При отсутствии в си­стеме полной синхронизации используют один двигатель с постоянным момен­том (толкающий), а другой — с постоянной скоростью (тянущий).

В системе подачи тянущего типа к электродной проволоке приложена сила натяжения и проволока не изгибается в направляющем канале, но при скручивании канала существует опасность разрыва проволоки. Горелка в этой системе имеет значительные размеры и массу.

По технологическому назначению в зависимости от способа сварки все механизмы подачи можно разделить на механизмы подачи присадочной проволоки и механизмы подачи электродной проволоки. Конструктивно они мало чем отличаются один от другого, за исключением разных передаточных отношений редукторов, так как скорости присадочной и электродной проволоки различны. Кроме того, для сварки под флюсом применяют проволоку большего диаметра, чем при сварке в защитных газах (для сварки под флюсом проволока 1…6 мм, а для сварки в защитных газах — 0,5…2,4 мм.).

Особенности конструкции механизмов перемещения оборудования для автоматической и механизированной дуговой сварки.

Как правило, механизм перемещения представляет со­бой электропривод, состоящий из двигателя постоянного или переменного тока и редуктора. В некоторых автоматах, таких как автоматы типа АДФ, редукторы механизма подачи проволоки и механизма перемещения при­водятся в движение общим электродвигателем переменного тока. Наличие одного электродвигателя является характерной особенностью автоматов дан­ного типа. Скорости подачи электродной проволоки и сварки не зависят от напряжения сварочной дуги.

Для установочных перемещений автоматов применяются либо отдельные привода, обеспечивающие передвижения автомата с маршевой скоростью, либо автомат передвигается вручную, предварительно выключив сцепление.

Различают механизмы перемещения тракторного типа и самоходные под­весные тележки.

Тележки тракторного типа перемещаются по направляющим рельсам либо непосредственно по свариваемому изделию.

К автоматам тракторного типа относятся: автоматы типа АДГ и АДФ, ко­торые предназначены для выполнения сварки плавящимся электродом в среде защитных газов или под флюсом (рис. 4). В процессе сварки автомат передви­гается по изделию или уложенной на нем легкой направленной линейке. Для ручного перемещения автомата к месту начала сварки тележка имеет фрикци­онную муфту для отключения от сцепления с электроприводом.

Автомат АДФ-1002 (ТС-17)
Рис. 4. Автомат АДФ-1002 (ТС-17):
1 — бункер для флюса; 2 — кассета; 3 — пульт; 4 — тележка; 5 — сварочная головка.

Самоходная подвесная тележка перемещается на колесном ходу по спе­циальным направляющим и служит основой для крепления остальных частей сварочного автомата.

По расположению колес различают тележки велосипедного и кареточного типов. Тележки велосипедного типа имеют два опорных колеса, расположен­ных в одной плоскости, и один поддерживающий ролик, размещаемый над опорными колесами или под ними. Кареточные тележки имеют четыре или три колеса, разнесенные по горизонтали.

Примером автоматов с самоходными тележками могут служить автома­ты типа А-1417 и А-1416 для дуговой сварки плавящимся электродом в сре­де углекислого газа и для однодуговой сварки под флюсом. Автоматы состоят из сварочной головки, системы подачи газа или флюсоаппарата и самоходной тележки велосипедного типа с независимым механическим приводом для пере­мещения автомата с рабочей и маршевой скоростями. Данные автоматы явля­ются базовыми моделями самоходных автоматов. На базе автомата А-1416 вы­пускается самоходный автомат А-1412 (рис. 5), который предназначен для двухдуговой сварки под флюсом переменным током и комплектуется двумя источниками питания.

Двухдуговой сварочный автомат А-1412
Рис. 5. Двухдуговой сварочный автомат А-1412:
1 — подающие механизмы; 2 — опорный монорельс; 3 — пульт управления; 4 — кассета; 5 — флюсобункер; 6 — подвеска для крепления подающих механизмов; 7 — механизм вертикального перемещения; 8 — самоходная тележка; 9 — фиксатор опрокидывания.

В автоматах для сварки неповоротных кольцевых стыков тележка пе­ремещается по направляющим, имеющим форму окружности, с помощью электродвигателя. Примером автоматов для сварки неповоротных кольце­вых стыков могут служить автоматы типа ОДА, типа ACT и т.д. Конструк­тивные схемы аппаратов для сварки неповоротных стыков труб показаны на рисунке 6.

Конструктивные схемы автоматов для сварки труб
Рис. 6. Конструктивные схемы автоматов для сварки труб:
а С-образный открытый аппарат; б корпусной разъемный открытый аппарат; в корпусной разъемный камерный аппарат; г — тракторный аппарат, перемещаемый по поверхности трубы; д — тракторный аппарат с неподвижной направляющей; 1 — труба; 2 — планшайба; 3 — горелка; 4 — корпус; 5 — камера; 6 — каретка; 7 — гибкий элемент поджатия аппарата к трубе; 8 — жесткая направляющая.

Газовая аппаратура для сварки в защитных газах.

Для подготовки, управления подачей газа при сварке в защит­ных газах служит газовая аппаратура — газовые редукторы, подогреватели и осушителя газов, расходомеры, смесители газов, электромагнитные газовые клапаны.

Редукторы (рис. 7) предназначены для понижения давления газа, по­ступающего из баллона или распределительного трубопровода, и автоматиче­ского поддержания постоянным заданного рабочего давления.

Давление газа в баллоне показывает манометр высокого давления 4. Газ проходит через приоткрытый пружиной 11 клапан 7 и поступает в камеру низ­кого давления 10. Это давление показывает манометр низкого давления 9. Из камеры низкого давления защитный газ через вентиль подается в сварочную головку.

Регулирование рабочего давления происходит следующим образом. Регулировочным винтом 12 сжимают пружины 11 и 5, при этом клапан 7 открывается и давление в камере низкого давления повышается. При вывертывании винта, наоборот, давление газа уменьшается.

Автоматическое поддержание рабочего давления в редукторе осуществляется следующим образом. С уменьшением расхода газа давление в камере низкого давления будет возрастать, мембрана 1 отойдет вниз и сожмет пружину 11. При этом пружина 5 закроет клапан 7 и бу­дет держать его в таком положении до тех пор, пока давление в камере 10 не станет вновь равным первоначальному. Наоборот, с увеличением расхода газа его давление в камере низкого давления уменьшается, мембрана под действием пружины перемещается вверх и откры­вает клапан. При случайном повышении давления выше допустимого открывает­ся предохранительный клапан 8 и сжа­тый газ выходит в атмосферу.

Схема редуктора
Рис. 7. Схема редуктора:
1 — мембрана; 2 — передаточный диск со штифтами; 3 — штуцер впуска газа; 4 — манометр высокого давления; 5 — вспомогательная пружина; 6 — камера высокого давления; 7 — редуцирующий клапан; 8 — предохранительный клапан; 9 — манометр низкого (рабочего) давления; 10 — камера низкого давления; 11 — главная зажимная пружина; 12 — регулирующий винт.

При сварке применяют также ре­дукторы, которые одновременно являюются расходомерами.

Подогреватель предназначен для подогрева углекислого газа, поступаю­щего из баллона в редуктор, с целью предотвращения замерзания редуктора при большом расходе углекислого газа (вследствие поглощения теплоты при испарении жидкого углекислого газа). Подогреватель состоит из корпуса 1, входного 2 и выходного 3 штуцеров коаксиального зазора 4, по которому проходит углекислый газ, и нагрева­тельного элемента 5 из хромоникелевой проволоки (рис. 8). Подогреватель крепят к баллону накидной гайкой. Пи­тание осуществляется постоянным то­ком напряжением 20 В или переменным током напряжением 36 В.

Подогреватель углекислого газа
Рис. 8. Подогреватель углекислого газа:
1 — корпус; 2 — штуцер входа; 3 — штуцер выхода; 4 — коаксиальный зазор; 5 — трубчатый нагревательный элемент; 6 — блок управления; 7 — световой индикатор.

Осушитель, применяемый при ис­пользовании влажного углекислого газа, полученного из пищевой (неосушенной) углекислоты, может быть вы­сокого и низкого давления. Осушитель высокого давления устанавливают пе­ред понижающим редуктором. Осуши­тели низкого давления целесообразно применять главным образом при цен­трализованной газовой разводке. В ка­честве влагопоглотителя используют силикагель или алюмогликоль, реже — медный купорос и хлористый кальций. Силикагель и медный купорос, насы­щенные влагой, осушают путем про­каливания при 250-300° С в течение 2 ч. Осушитель рассчитан на осушку 30-35 м3 углекислого газа при одной за­рядке.

Расходомеры предназначены для измерения расхода защитного газа. Они могут быть поплавкового (ротаметр) и дроссельного типов.

Ротаметр состоит из стеклянной трубки, в которой находится легкий поплавок, свободно перемещающийся в ней. Чем больше расход газа и его плотность, тем выше поднимается поплавок. Ротаметр снабжен шкалой, та­рированной по расходу воздуха. Для пересчета на расход защитного газа поль­зуются графиками.

Расходомер дроссельного типа построен на принципе измерения перепада давления на участках до и после дросселирующей диафрагмы, который зави­сит от расхода газа и измеряется манометрами. О примерном расходе защитного газа можно судить также по показанию манометра низкого давления газового редуктора. Для этого на выходе из редуктора устанавливают дроссельную шайбу (дюзу) с небольшим калиброванным отверстием. Скорость истечения газа через его отверстие, а следовательно, и расход газа будут пропорциональны давлению газа в рабочей камере. При использовании этого принципа в редукторе манометр показывает непосредственно расход газа, а не давление в рабочей камере.

Смесители предназначены для получения смесей газов СО2, О2 или Аr.

Постовой смеситель для получения смеси газов СО2 и О2, отбираемых из баллонов, и автоматического поддержания постоянными заданного состава и расхода газовой смеси состоит из регулятора давления с редуктором и узла смешения газов. Состав смеси изменяют заменой дюз.

Рамповый смеситель позволяет получить смесь СО2 и О2 при отборе кис­лорода от рампы баллонов, а углекислого газа — от изотермической емкости, содержащей сжиженный переохлажденный диоксид углерода. Смеситель обе­спечивает питание газом 10…50 сварочных постов.

Газовый клапан используют для экономии защитного газа. Его следует устанавливать по возможности ближе к сварочной горелке. Наибольшее распространение получили электромагнитные газовые клапаны. Газовый клапан включают до зажигания дуги и выключают после обрыва дуги и полного затвердевания металла в кратере шва.

Флюсовая аппаратура.

При сварке под флюсом сварочные автоматы имеют специаль­ную флюсовую аппаратуру, предназначенную для подачи флюса в зону сварки, удержания его на поверхности шва во время сварки и уборки нерасплавившейся части флюса.

По способу создания потока воздуха, транспортирующего флюс, флюсовые аппараты делятся на три вида: всасывающего действия, в которых флюс транспортируется разреженным воздухом; нагнетательного действия, в которых флюс транспортируется потоком сжатого воздуха; всасывающе-нагнетательного действия (комбинированные), в которых флюс на одних участках транспортируется разреженным воздухом, а на других — потоком сжатого воздуха.

По характеру циркуляции флюса флюсовые аппараты делят на три группы: с непрерывной циркуляцией, при которой флюс одновременно подается в зону сварки и всасывается после зоны сварки, непрерывно пополняя бункер аппара­та (рис. 9, а); с периодической циркуляцией, когда флюс одновременно по­дается в зону сварки и всасывается в промежуточную емкость, периодически пополняя бункер, из которого флюс подается в зону сварки (рис. 9, б); без циркуляции, когда при всасывании флюса невозможна его ссыпка либо при ссыпке невозможно всасывание (рис. 9, в). В аппаратах последнего типа предусмотрено использование сжатого (разреженного) воздуха только для одной операции — либо для ссыпки (пополнение бункера флюсом производит­ся периодически при отключении пневмоподачи), либо для всасывания (ссып­ка производится при отключении всасывания).

Три группы флюсовых аппаратов по характеру циркуляции флюса
Рис. 9. Три группы флюсовых аппаратов по характеру циркуляции флюса:
а — с непрерывной циркуляцией; б — с периоди­ческой циркуляцией; в — без циркуляции.

Разрежение воздуха, необходимое для всасывания флюса, создается с помо­щью пневматических устройств (воздушных эжекторов) или электромеханиче­ских агрегатов. Преимущество пневматических устройств состоит в простоте, связанной с отсутствием движущихся частей, и малых размерах. Однако при использовании цеховой пневмосети требуется тщательное обезвоживание сжа­того воздуха, подводимого к эжектору. В противном случае возможно увлажне­ние флюса и, как следствие, появление дефектов в сварном соединении. В свя­зи с этим находят применение автономные пневмосистемы.

Во флюсовых аппаратах всасывающего действия под разрежением находит­ся весь объем флюсоаппарата, включая всасывающую трубу (шланг) и бункер. Поэтому такие аппараты работают без циркуляции. В аппаратах нагнетатель­ного действия весь объем находится под избыточным давлением, что также не позволяет осуществить циркуляцию флюса.

В аппаратах всасывающе-нагнетательного действия всасывающий шланг находится под разрежением, а бункер и труба для ссыпки флюса в зону сварки (или впереди зоны сварки) — под избыточным давлением. Поэтому в таких ап­паратах происходят одновременное всасывание и ссыпка флюса. Однако при применении этих аппаратов предъявляются повышенные требования к очист­ке воздуха от влаги. Кроме того, в аппаратах всасывающе-нагнетательного дей­ствия наблюдается более интенсивное измельчение флюса.

В двухкамерных флюсовых аппаратах всасывающего действия в верхней камере создается разрежение, а в нижней — давление, равное атмосферному. Флюс всасывается в верхнюю камеру, из которой периодически пересыпается в нижнюю (по мере наполнения верхней камеры или после сварки одного шва или заданного числа швов). На шов флюс равномерно подается самотеком из нижней камеры. Во флюсовых аппаратах этого типа отмечается наименьшее измельчение и увлажнение флюса при прочих равных условиях.

По размещению флюсовые аппараты бывают встроенные в сварочный ап­парат и вынесенные, устанавливаемые отдельно от сварочного аппарата. Вы­несенные флюсовые аппараты, в свою очередь, по транспортабельности и, сле­довательно, по условиям применения делятся на стационарные, передвижные и переносные.

Сварочные горелки и токоподводы.

Наиболее важным узлом любого сварочного аппарата для свар­ки в защитных газах является горелка. С помощью горелки возбуждается сва­рочная дуга и осуществляется формирование и направление струи защитного газа. В горелке закреплен электрод (в случае сварки неплавящимся электро­дом) или токоподводящий наконечник для направления подачи электродной проволоки (в случае сварки с плавящимся электродом).

Конструкция сварочной горелки должна обеспечивать безопасность рабо­ты, стабильность процесса сварки (наплавки) и эффективную газовую защи­ту зоны сварки. Для предотвращения обгорания корпус горелки должен быть электрически изолирован от мундштука. Для уменьшения налипания брызг расплавленного металла сопло горелки охлаждают, а его поверхность жела­тельно полировать или хромировать. Налипание брызг электродного металла резко снижается, если сопло изготавливать из специальной керамики.

Эксплуатационные свойства горелок для дуговой сварки плавящимся элек­тродом определяется качеством токоподводящего наконечника, прежде всего, его износостойкостью. При прохождении электродной проволоки наконечники быстро изнашиваются, в результате чего нарушается электрический контакт и ухудшается стабильность процесса сварки. Особенно это заметно в наконеч­никах с поджимным контактом, конструкция которых не получила широкого распространения.

Наиболее широкое применение получили трубчатые наконечники из меди без поджимного контакта, изготовляемые точением или штамповкой. Срок службы их составляет от 5 до 10 часов непрерывной работы. На рисунке 10 показаны токоподводящие наконечники сварочных горелок.

Токоподводящие наконечники сварочных горелок
Рис. 10. Токоподводящие наконечники сварочных горелок.

Для обеспечения токоподвода при сварке под флюсом применяют мунд­штуки. Конструкции мундштуков различны в зависимости от способа сварки и диаметра проволоки. Для сварки электродной проволокой большого диаметра (3-5 мм) применяют мундштуки с роликовым скользящим контактом, а при меньшем диаметре (0,8-2,5 мм) — трубчатые мундштуки. Применяют также мундштуки колодочного типа, состоящие из двух подпружиненных колодок, и мундштуки сапожкового типа (рис. 11.).

Токоподводящие мундштуки для автоматов
Рис. 11. Токоподводящие мундштуки для автоматов:
а — роликовый; б — трубчатый; в — колодочный; г — сапожковый.

Эффективность газовой защиты во многом зависит от размеров и конструк­ции горелки. В свою очередь размеры горелки выбирают с учетом рода защит­ного газа, типа сварного соединения и режима сварки. Для создания ламинар­ного потока защитного газа применяют различные схемы подвода газа в сопло (рис. 12). Оптимальная форма сопла — параболическая или коническая с ци­линдрической частью на выходе.

Схемы питания газом сварочных горелок
Рис. 12. Схемы питания газом сварочных горелок:
а — с кольцевым подводом газа; б — с отражателями; в — с успокоительными камерами; г — с сеточными вставками; д — с металлокерамическими вставками; 1 — отражатель; 2 — успокоительная камера; 3 — сетка; 4 — металлокерамика.

Горелки делятся в зависимости от типа электрода на горелки для сварки плавящимся и неплавящимся электродом; по применению — для ручной и автоматической сварки; по системе охлаждения — на горелки с естественным и водяным охлаждением.

Ручные горелки для плавящегося электрода чаще выполняются с держате­лем пистолетного типа. Эти горелки используют для дуговой полуавтоматиче­ской сварки в среде защитных газов.

Горелки для механизированной сварки выпускают на токи 125, 160, 200, 315, 400, 500 и 630 А. Для сварки в СО2 на токах до 500 А горелки выполнены с естественным воздушным охлаждением (рис. 13). Для тяжелых условий работы на токах 500 и 630 А, а также для сварки в аргоне на токах > 315 А го­релки имеют водяное охлаждение.

Горелки и соединительные муфты к полуавтоматам
Рис. 13. Горелки (а) и соединительные муфты (б) к полуавтоматам.

Горелки для сварки в защитных газах могут иметь центральный (концен­тричный) и боковой подвод газа. В первом случае газовое сопло представляет собой часть горелки, а во втором — отдельный патрубок, располагаемый сбоку от горелки.

Горелки с центральным подводом (рис. 14, а) газа в целом аналогичны го­релкам для механизированной сварки, но отличаются от них формой корпуса и иногда несколько большими размерами. Они применяются обычно для свар­ки швов во всех пространственных положениях, в том числе — в труднодоступ­ных местах. Недостатком таких горелок является сильное забрызгивание со­пловой части, что требует частой чистки сопла.

Горелки с боковой подачей защитного газа (рис. 14, б) используются преимущественно для сварки прямолинейных протяженных швов, не ограниченных в пространстве. Возможна также сварка кольцевых швов. При боковой по­даче защитного газа забрызгивание сопла минимальное. Обычно горелки для автоматической сварки током свыше 250 А имеют водяное охлаждение рабочей части. Это значительно уменьшает на­липание брызг металла на рабочую часть горелки, что сокращает простои, связанные с очисткой и заменой элемен­тов горелки.

Горелки для сварки плавящимся электродом с центральной подачей газа и с боковой подачей газа
Рис. 14. Горелки для сварки плавящимся электродом с центральной подачей газа (а) и с боковой подачей газа (б)

Горелки для автоматической свар­ки неплавящимся электродом, как правило, изготавливают с центральной подачей газа. Закрепление электрода горелки и организация газовой защи­ты аналогичны горелкам для ручной сварки. Горелки для автоматической сварки, также как и ручные горелки, могут быть выполнены с воздушным охлаждением для сварки на малых то­ках и средних токах, а также с водя­ным охлаждением для сварки на сред­них и больших токах.

Оборудование для ручной дуговой сварки.

Оборудование сварочного поста ручной дуговой сварки.

В зависимости от выполняемой работы, габаритов сваривае­мых изделий и характера производства, рабочее место сварщика может быть расположено непосредственно у свариваемого изделия или в специальных ка­бинах. Рабочее место сварщика непосредственно у свариваемого изделия орга­низуют при сварке изделий больших размеров. Это, как правило, передвижное рабочее место, огражденное переносными щитами. Сварочный пост на посто­янных местах оборудуют в специальных кабинах при сварке изделий неболь­ших габаритов. Переносные щиты и кабины для сварщиков служат также для защиты рядом работающих сварщиков и других рабочих от излучения элек­трической дуги.

Сварочные кабины для одного сварщика имеют размеры 2000×2000 или 2000×3000 мм (рис. 1). Стены кабин изготавливают из несгораемых мате­риалов и окрашивают огнестойкой краской, поглощающей ультрафиолето­вые лучи. Они имеют высоту 1800-2000 мм, а для лучшей вентиляции подня­ты над полом на 200-300 мм. Дверной проем в кабине закрывают брезентом, пропитанным огнестойким составом. Полы в кабинах настилают из огнеупор­ного материала. Кабины освещают дневным или искусственным светом (80­100 лк), вентилируют (воздухообмен 40 м3/ч) и снабжают местными отсосами газов и паров из зоны сварки.

Планировка сварочной кабины
Рис. 1. Планировка сварочной кабины:
1 — вентиляция; 2 — стол; 3 — обратный провод; 4 — прямой провод; 5 — пускатель источника питания дуги; 6 — заземление; 7 — источник питания дуги; 8 — ящик для отходов; 9 — стул; 10 — держатель; 11 — щиток; 12 — электроды; 13 — коврик.

GamePark RU

Внутри кабины устанавливают металлический сварочный стол с болтами для крепления токоподводящего провода от источника сварочного тока и про­вода заземления стола. Сбоку стола имеются гнезда для хранения электродов или присадочной проволоки.

Электродержатели для сварки покрытыми электродами.

Основной инструмент при ручной дуговой сварке — электрододержатель. Основные параметры и технические требования, предъявляе­мые к электрододержателям, маркировка, методы испытания их установле­ны ГОСТ 14651-78 (в ред. 1989 г.). Конструкция электрододержателя должна обеспечивать замену электрода в течение не более 4 с и закрепление электрода в одной плоскости не менее чем в двух положениях — перпендикулярно и под углом, — а также надежное присоединение многожильных кабелей с медны­ми жилами.

Электрододержатели пассатижного типа (рис 2, а), предназначены для сварки и наплавки швов во всех пространственных положениях. Электрод за­жат между токоподводящей губкой 5 и рычагом 3. Усилие зажима электрода создается пружиной 2, защищенной пластмассовыми колпачками 1. Удале­ние огарка и замена его новым электродом производится при нажатии на ры­чаг 3. Изоляция обеспечивается теплостойкими пластмассовыми деталями 4.

Электрододержатели с рычажным зажимом (рис. 2, б) предназначены для работы в нижнем и вертикальном положениях. Электрод зажимается под углом 70° к продольной оси электрододержателя между рычагом 1 и токопод­водящим наконечником 2 с помощью толкателя 3, перемещаемого в осевом на­правлении при вращении рукоятки 4. Изоляция выполнена из теплостойких пластмассовых деталей.

Электрододержатели винтового типа (рис. 2, в) применяют в нижнем и вертикальном положениях. Электрод зажимается под углом 70° к про­дольной оси электрододержателя между ползуном 2 и токоподводом 3. Электрододержатели изолированы с помощью теплостойких пластмассовых де­талей: колпачка 1, накладки 4 и рукоятки 6. Соединение сварочного кабеля с электрододержателем — неразъемное и выполняется опрессовкой кабеля в токоподводе 3. Радиатор 5 предотвращает перегрев рукоятки электрододержателя.

Электрододержатели защелочного типа (рис. 2, г) используют в нижнем и вертикальном положениях. Устройство для крепления электродов снаб­жено поворотной втулкой с фигурными выступами, которая вращаясь вме­сте с муфтой 1 воздействует на прижимной стержень 2. Поворачивая муфту 1 в любую сторону, можно зажимать электрод и освобождать его огарок. Сва­рочный кабель прикреплен к электрододержателю с помощью специальных винтов.

Электрододержатели различных конструкций
Рис. 2. Электрододержатели различных конструкций:
а — электрододержатель пассатижного типа; б — электрододержатели с рычажным зажимом; в — электрододержатель винтового типа; г — электрододержатель защелочного типа.

Print Bar

Оборудование для ручной дуговой сварки неплавящимся электродом.

Ручные горелки для неплавящегося электрода имеют держа­тель молоткового типа с постоянным или переменным углом наклона. Горелка позволяет выполнять сварку изделий в любом пространственном положении с присадочной проволокой и без нее на постоянном и переменном токе, и снаб­жена кнопками включения-выключения процесса сварки, а в некоторых слу­чаях — рукоятками регулирования параметрами режима сварки. Для закре­пления вольфрамового электрода и подвода тока к нему применяют цанговые зажимы. Существуют также конструкции с винтовым поджимом вольфрамо­вого электрода. Такая конструкция более проста, не нуждается в сменных цан­гах, но не обеспечивает достаточной надежности токоподвода.

Горелка оснащена керамическими соплами, имеющими коническую каме­ру на входе газа и цилиндрический канал на выходе. Длина начального участка газовой струи, осуществляющего защитные функции, для такой конструкции сопла приблизительно равна внутреннему диаметру цилиндрического канала. Это позволяет производить сварку при выдвижении вольфрамового электрода из сопла на расстояние 4-10 мм. В большинстве конструкций горелок газ вво­дится в сопло через 8-16 каналов диаметром 1-2 мм.

Теплота, выделяющаяся на неплавящемся электроде, отводится либо корпу­сом горелки, либо охлаждающей жидкостью (часто водой) или защитным газом.

По конструкции горелка для ручной сварки должна быть легкой и удобной, в том числе и для сварки в труднодоступных местах. Горелки для ручной свар­ки выпускаются на токи до 500 А и, как правило, имеют водяное охлаждение. Горелки с естественным воздушным охлаждением выпускаются на токи до 150 А. На рисунке 3 приведен пример горелки с водяным охлаждением и со­вмещенным подводом тока и охлаждающей воды.

Горелка для ручной дуговой сварки неплавящимся электродом
Рис. 3. Горелка для ручной дуговой сварки неплавящимся электродом.

Оборудование для ручной дуговой сварки неплавящимся электродом поми­мо горелки содержит источник сварочного тока и газовую аппаратуру. К тако­му оборудованию относятся установки для ручной сварки неплавящимся элек­тродом в среде инертных газов. Установки снабжены горелками и оснащены блоком регулирования цикла сварки, обеспечивающим контактное зажигание дуги на малом токе, автоматическое нарастание сварочного тока до заданно­го, регулировку амплитуд и длительностей тока импульса и паузы при сварке пульсирующей дугой, плавное снижение тока и продувку газа в конце сварки.

Применяются установки для ручной сварки на переменном токе алюминие­вых сплавов, цветных металлов и легированных сталей. Установки обеспечивают компенсацию постоянной составляющей сварочной цепи, плавную регулировку сварочного тока, заварку кратера. Для увеличения радиуса действия имеется съемный переносной блок поджигания дуги, в котором размещены: газовый клапан, возбудитель-стабилизатор дуги и дистанционный регулятор сварочного тока.

Лазерная сварка.

Сущность процесса лазерной сварки.

Это сварка плавлением, при которой для нагрева используется энергия излучения лазера (название по первым буквам английской фразы, которая в переводе означает: усиление света посредством стимулированного излучения).

В соответствии с технологическими признаками классификации по виду источников света относится к световой сварке в числе других (солнечная и искусственными источниками света). Излучение лазера может быть сфокусировано в пятно диаметром несколько микрометров, что обеспечивает концентрацию энергии, в десятки раз превышающую концентрацию других сварочных источников. Для сварки используют газовые и твердотельные лазеры. Газовые лазеры дают непрерывное излучение, а твердотельные — непрерывное или импульсное.

Современные промышленные лазеры применяют для сварки, резки, на­плавки, поверхностной обработки, прошивки отверстий и других видов обра­ботки различных конструкционных материалов во многих специальных отрас­лях машиностроения.

Вакуум при сварке лазером не нужен, и ее можно выполнять на воздухе, в аргоне, гелии или углекислом газе даже на значительном расстоянии от гене­ратора излучения.

GamePark RU

Основные параметры режима лазерной сварки.

Основными параметрами луча лазера явля­ются мощность, длительность импульса, диаметр светового пятна и положение фокуса относительно свариваемой поверхности. Количество световой энергии, поглощенной основным металлом, зависит от шероховатости и отражательной способности поверхности, которыми определяют потери энергии вследствие от­ражения светового потока.

Сварку деталей малых толщин до 1 мм выполняют в импульсном и не­прерывном режимах. При этом плотность мощности выбирают в диапазоне 105…106 Вт/см2, а диаметр сфокусированного луча — от 0,05 до 1,0 мм. Ско­рость сварки в импульсном режиме определяется диаметром точки (диаметр сфокусированного луча), коэффициентом перекрытия (0,3…0,9) и частотой импульсов и может достигать 20 м/ч при частоте импульсов до 20 Гц.

При сварке с глубоким проплавлением основными параметрами режима являются мощность лазерного излучения, скорость сварки и параметры фо­кусирующей системы. Лазерное излучение фокусируется в пятно диаметром 0,5…1,0 мм и при мощности, выбранной из условия 1 кВт на 1 мм толщины ме­талла, скорость при сварке сталей толщиной до 5 мм может достигать 100 м/ч.

Из параметров фокусирующей системы наиболее значимыми являются фо­кусное расстояние (обычно 120…150 мм) и положение фокальной плоскости относительно поверхности свариваемых деталей. Максимальная глубина про­плавления достигается при расположении фокуса под поверхностью детали на глубине, зависящей от толщины и состава свариваемого материала (для стали от 1,0 до 1,5 мм).

Print Bar

Технологические приемы при сварке лазером.

Сварка с присадочным ма­териалом в виде проволоки диаметром до 1,0 мм, ленты или порошков позво­ляет регулировать химический состав и геометрические размеры шва. Прово­локу подают в сварочную ванну, а порошки могут наноситься на поверхность свариваемых кромок напылением или обмазкой.

Осциллирование сфокусированного лазерного излучения по передней стенке канала проплавления увеличивает глубину проникновения в материал и, следо­вательно, примерно на 40% повышает глубину проплавления при непрерывном излучении. Для этого используют сканирование фокусирующей системы с часто­той до 150 Гц и амплитудой колебаний, равной толщине свариваемых деталей.

Сварка на импульсно-периодическом режиме при частоте импульсов 0,4…1,0 кГц и длительности 20…50 мс позволяет увеличивать глубину проплавления в 3…4 раза по сравнению с непрерывным режимом, но для получения качественного шва требуется точное наведение луча на стык и существен­ное снижение скорости сварки.

Сварка с дополнительным непрерывным или импульсным потоком газа, подаваемым непосредственно в зону сварки под определенным давлением, обе­спечивает повышение глубины проплавления на 30…40% и значительную ее стабилизацию, в особенности при несквозном проплавлении. Оптимальная величина давления и частоты импульсов подачи газа зависит от мощности излучения, скорости сварки и свойств материала.

Сварка совмещенным лазерным и дуговым источником теплоты обеспе­чивает суммарный эффект, превышающий эффективность каждого источника в отдельности, и при мощности дуги, сопоставимой с мощностью лазерного из­лучения, скорость сварки можно увеличить в несколько раз.

Электронно-лучевая сварка.

Сущность процесса электронно-лучевой сварки.

Это сварка плавлением, при которой для нагрева используется энергия ускоренных электронов. Сварку произво­дят в специальной камере в глубоком вакууме (остаточное давление 13 мПа) электронным лучом, который представляет собой сфокусированный поток электронов, движущихся с высокими скоростями. Электроны излучает на­гретый вольфрамовый или металлокерамический катод, установленный в спе­циальной электронной пушке. Ускорение движения электронов обусловлено постоянным высоким напряжением (до 100 кВ) между катодом и анодом (из­делием).

Поток электронов фокусируется магнитной линзой в узкий луч и направля­ется в место соединения деталей. Энергия, необходимая для нагрева и плавле­ния металла, выделяется в результате интенсивной бомбардировки места свар­ки быстро движущимися электронами.

В соответствии с технологическими признаками классификации различа­ют сварку без колебаний и с колебаниями электронного луча. Для регулиро­вания вводимой в изделие теплоты сварку ведут остросфокусированным или расфокусированным лучом. Электронным лучом осуществляют сварку туго­плавких и химически активных металлов, выполняют узкие и глубокие швы с малыми остаточными деформациями на деталях больших толщин (до 70 мм и даже более).

GamePark RU

Основные параметры режима электронно-лучевой сварки.

Наиболее важными технологическими па­раметрами электронного пучка при сварке являются ускоряющее напряжение (25…120 кВт), мощность (1…120 кВт), угол сходимости луча (1…5°), сила тока луча (40…500 мА) и скорость сварки (3…100 м/ч).

Главное влияние на качество шва оказывают мощность пучка, положение его минимального сечения относительно поверхности свариваемых деталей и скорость сварки. Стабильность положения фокуса пучка обеспечивает равно­мерность глубины проплавления, а скорость сварки определяет форму шва, размеры зоны термического влияния и, как следствие, сопротивляемость об­разованию трещин и величину деформаций. С увеличением толщины свари­ваемых деталей от 1,5 до 150 мм скорость сварки должна быть снижена с 200 до 3 м/ч для получения качественного сварного соединения.

Техника электронно-лучевой сварки.

Электронно-лучевую сварку применяют для получения стыковых, угловых и тавровых соединений в нижнем и вертикальном поло­жении на подъем, а также горизонтальных швов на вертикальной плоскости. Сварку в нижнем положении выполняют вертикальным электронным пучком без подкладок или с применением подкладок для формирования обратной сто­роны шва при толщине соединяемых деталей до 80 мм. Горизонтальные швы и вертикальные на подъем выполняют горизонтальным пучком без подкладок для металла любой толщины. Для получения качественных соединений необ­ходима тщательная очистка кромок стыка и прилегающих внешних и внутрен­них поверхностей деталей. Возможна также дополнительная очистка в камере непосредственно перед сваркой маломощным сканирующим пучком электронов.

При электронно-лучевой сварке не требуется разделка кромок, но предъяв­ляются жесткие требования к зазору в стыке, который в большинстве случаев не должен превышать 0,3 мм.

Print Bar

Основные технологические приемы при электронно-лучевой сварке.

Для получения заданной формы шва, свойств сварного соединения и повышения производительности процесса сварки применяют различные технологические приемы, некоторые из них рассмотрены ниже.

Полное проплавление свариваемого стыка с образованием сквозного парогазового канала применяют в нижнем (при толщине металла до 40 мм) и в горизонтальном (при толщине до 400 мм) положениях для уменьшения угловых деформаций изделий и снижения вероятности образования пористости.

Развертка электронного пучка с амплитудой примерно равной диаметру пучка и частотой до 2 кГц в продольном и поперечном направлениях или по окружности, эллипсу и дуге позволяет увеличить диаметр и устойчивость ка­нала, стабилизировать проплавление и снизить склонность к образованию тре­щин и полостей в корне шва.

Сварка наклонным электронным пучком (углом вперед) с отклонением на 5…7° в направлении движения улучшает условия плавления и кристаллиза­ции металла в нижнем и вертикальном на подъем положениях и способствует лучшему удалению газов из расплавленного металла.

Модуляция тока в электронном пучке с частотой импульсов 1…100 Гц используется при сварке листовых конструкций толщиной до 1 мм для предотвращения образования трещин и уменьшения тепловложения.

Сварка с присадочным материалом наиболее часто используется при повышенных зазорах в стыке и исправлении дефектов шва. Сварку ведут с подачей проволоки диаметром 0,8…1,6 мм в хвостовую часть ванны под углом 15…45° к оси электронного пучка. Кроме того, в зазор между свариваемыми деталями могут помещать различные материалы в виде ленты, гранул или порошка для легирования металла шва, толщина слоя которых должна быть равна диаметру электронного пучка.

Плазменная сварка.

Сущность процесса плазменной сварки.

Это сварка плавлением, при которой на­грев проводится сжатой дугой. Если принудительно сжать дугу, то ее темпе­ратура значительно повысится. Это обеспечивают подачей плазмообразующего газа в камеру 1 горелки, который выходит через узкое сопло 4 и сжимает дугу (рис. 1). Часть газа, проходя через столб дуги, нагревается, ионизируется и выходит из сопла в виде плазменной струи. Наружный слой газа, окружаю­щий столб дуги, остается относительно холодным и создает электрическую и тепловую изоляцию между дугой и соплом, предохраняя его от разрушения. В связи с высокой скоростью истечения высокотемпературной плазменной струи часто нужна дополнительная защита зоны сварки газом, подводимым через газовое сопло 5.

Если дуга горит между электродом 2 (катод) и изделием 3 (анод), то это — плазменная струя прямого действия (рис. 1, а). Когда (рис. 1, б) дуга горит между электродом 2 и соплом 4, а нагретый и ионизированный газовый поток выдувается из сопла горелки — это плазменная струя косвен­ного действия.

Схемы горелок для плазменной сварки
Рис. 1. Схемы горелок для плазменной сварки:
а — прямого действия; б — косвенного действия; в — с вторичным фокусирующим и защитным потоком газа; 1 — камера горелки; 2 — катод; 3 — изделие (анод); 4, 5 — сопла; R — резистор.

GamePark RU

В горелках прямого действия непосредственное возбуждение дуги между электродом и изделием через узкий канал сопла осуществить трудно. Поэтому при помощи осциллятора возбуждается вспомогательная дуга между электро­дом и соплом, которая питается от того же источника питания 6, через ограни­чивающее сопротивление R, а затем, как только разогретая струя коснется изде­лия, автоматически зажигается основная дуга и выключается вспомогательная.

Параметры режима плазменной сварки.

Обычно при плазменной сварке диапазон приме­няемых токов — от 30 до 300 А при напряжении 17…35 В и скорости сварки 10…50 м/ч. Важными параметрами являются расход плазмообразующего (1,5…5 л/мин) и защитного газа (3…10 л/мин), а также диаметр (2,5…5 мм) и длина канала сопла (1…3 мм). Расход и состав рабочего газа в значительной мере влияют на напряжение и температуру дуги. Чем интенсивнее обжата дуга, тем выше ее напряжение, и тем выше эффективная тепловая мощность и давление дуги, и больше глубина проплавления. Таким образом, напряже­ние сжатой дуги зависит от конструктивных размеров элементов плазмотрона: диаметра и длины сопла, расстояния между электродом и соплом. Расстояние от торца сопла до изделия в диапазоне 4…8 мм мало влияет на глубину про­плавления.

Вольт-амперная характеристика плазменной дуги при прочих равных усло­виях имеет такую же конфигурацию, как и характеристика обычной дуги, но с увеличением обжатия меньше сила тока, при которой вольт-амперная характеристика дуги переходит в горизонтальную или даже возрастающую. Поэтому при плазменной сварке оптимальными внешними характеристиками источника питания являются крутопадающие или даже вертикальные характеристики, позволяющие значительно изменять напряжение при постоянстве силы тока.

Техника плазменной сварки.

При плазменной сварке применяют переменный или по­стоянный ток прямой и обратной полярности, а также импульсный режим изменения сварочного тока и различный состав плазмообразующей среды: аргон, гелий, азот, водород и их смеси. Сваривают стыковые и угловые швы. Сварку осуществляют как проникающей на всю толщину соединяемого метал­ла, так и непроникающей плазменной струей. Для предупреждения прожогов применяют съемные подкладки с канавкой для получения заданной формы об­ратного валика и защиты газом обратной стороны шва.

Стыковые соединения металла толщиной до 2 мм можно выполнять с отбор­товкой кромок. Металл толщиной до 3 мм сваривают обычно непроникающей струей с присадочным металлом или без него. Большая глубина проплавления позволяет сваривать без скоса кромок металл толщиной до 15 мм, однако при толщинах 10…12 мм ухудшается стабильность формирования шва, поэтому при большей толщине рекомендуют делать скос кромок и использовать допол­нительный присадочный металл. Обычно процесс ведут со сквозным проплав­лением и выходом плазменной струи с обратной стороны шва.

Print Bar

Разновидности плазменной сварки.

Сварка закрытой сжатой дугой осу­ществляется в микрокамере, охлаждаемой водой и защищающей зону плав­ления от воздуха. Присадочная проволока подается в зону плавления через специальное отверстие в микрокамере. В процессе сварки тонких металлов микрокамеру поджимают к свариваемым кромкам с силой, достаточной для устранения коробления кромок. Этот способ используют для сварки металлов толщиной 0,1…15 мм.

Сварка двойной плазменной дугой, возбуждаемой между электродом горел­ки и изделием и подаваемой в зону сварки токоведущей присадочной проволо­кой. Первая дуга осуществляет подогрев изделия, а вторая — плавление при­садочной проволоки. Способ применяют для сварки соединений с разделкой кромок.

Сварка плавящимся электродом происходит при подаче плавящейся электродной проволоки по оси горелки через медное сопло в плазменную струю, об­разующуюся между вольфрамовым электродом и изделием. Способ является комбинацией плазменной сварки и дуговой сварки плавящимся электродом.

Сварка в вакууме полым неплавящимся катодом осуществляется в камере при давлении 1…1х10-2 Па и расходе аргона, подаваемого через отверстие в катоде, 2…4 дм3/ч. Способ применяют при сварке тугоплавких и активных металлов толщиной 1…20 мм.

Микроплазменная сварка применяется для соединения изделий толщиной 0,025…0,8 мм. Устойчивый процесс сварки при токах 0,2…15 А обеспечивает­ся за счет высокой степени сжатия плазменной струи в канале диаметром менее 1 мм. Плазмообразующий газ — аргон, а защитные газы — аргон, гелий, азот, водород и их смеси с аргоном. Процесс обеспечивает получение узкого шва и малой зоны термического влияния, что уменьшает деформацию изделий.