ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОБОРУДОВАНИЮ

Посты для электрической ручной и механизированной сварки и ус­тановки для автоматизированной сварки плавлением содержат:

- оборудование, обеспечивающее питание источника сварочной теплоты - электрической дуги, шлаковой ванны, электронного или свето­вого луча и т.п.;

- сварочный манипулятор, предназначенный для закрепления и перемещения детали при сварке (перемещение электрода может обеспе­чиваться специальными устройствами в самоходных головках;

- оборудование, обеспечивающее необходимую защиту сваривае­мого металла от окисления и загрязнения с помощью флюса, потока или атмосферы защитного газа или вакуума.

Источники питания сварочной дуги излагаются в специальном курсе и в данной книге не рассматриваются.

Качество сварного шва зависит не только от применяемых свароч­ных материалов. При ручной и полуавтоматической сварке оно во мно­гом определяется искусством сварщика. При автоматической сварке - от точности выдерживания параметров режима сварки: скорости подачи электрода, сварочного тока, скорости сварки, направления электрода по стыку и др.

Жесткие требования по точности выполнения устанавливаемых ре­жимов предъявляются к манипуляторам и механизмам перемещения сва­рочного источника теплоты в автоматизированных установках. Допусти­мы следующие колебания скорости перемещения: при сварке под флю­сом ±5 %; при аргонодуговой сварке тонколистовых металлов ±2 %; в установках для электронно-лучевой и лазерной сварки менее ± 1 %. Точ­ность установки свариваемых изделий и отклонение положения стыка при сварке не должно превышать 20 ... 25 % поперечного размера пло­щади пятна ввода теплоты в изделие, т.е. при сварке под флюсом это со­ставляете 1 ... 2 мм; при микроплазменной - не более 0,25 мм; при элек­тронно-лучевой и лазерной (в зависимости от диаметра луча) от ±0,1 мм до ±10 мкм.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОБОРУДОВАНИЮ 169

Конструкции сварочных установок имеют особенности, связанные с защитой персонала от вредного воздействия различного характера в про­цессе выполнения сварочных операций. В качестве примера можно ука­зать на наличие устройств для отсоса вредных газов при термической резке и сварке; экранов и щитков, предохраняющих персонал от интен­сивного ультрафиолетового и светового излучения при дуговой, плаз­менной или лазерной сварке; элементов конструкций установок для элек­тронно-лучевой сварки, обеспечивающих защиту от рентгеновского из­лучения.

Пример комплектации стационарного поста для ручной сварки при­веден на рис. 4.1.

Основной инструмент при ручной дуговой сварке - электрододер-жатель. 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.

Рис. 4.1. Стационарный пост для ручной сварки:

/ - источник питания; 2 - сварочный стол; 3 - газоотсос; 4 - ящик для инструмента; 5 - электрододержатель; 6 - ящик с электродами

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ

Рис. 4.2. Электрододержатель ЭП:

/ - защитный пружинный колпачок; 2 - пружина;

3 - рычаг с верхней губкой; 4 - теплоизоляция; 5 - нижняя губка;

б - конус резьбовой втулки крепления сварочного кабеля

Электрододержатели серии ЭП (рис. 4.2) пассатижного типа предна­значены для использования при сварочных токах 50 и 250 А. Усилием цилиндрической пружины электрод зажимается между нижней губкой, по которой к нему подводится электрический ток, и рычагом. Канавки в зажиме, расположенные под различными углами, позволяют закреплять электрод под двумя углами к продольной оси электрододержателя. Ога­рок освобождается нажатием на рычаг. Сварочный кабель подсоединяет­ся к электрододержателю путем механического зажатия кабеля с раскли­ниванием конца между корпусом нижней губки и конусом втулки. Элек­трододержатель изолируется теплостойкими полимерными деталями.

Для ручной дуговой сварки неплавящимся электродом в защитных газах разработаны и серийно выпускаются держатели типа ЭЗР (рис. 4.3). Наружная цанга держателя электрода поворотом колпачка / втягивается и фиксирует сопло 5. Одновременно наружная цанга сжимает внутрен­нюю цангу, которая закрепляет вольфрамовый электрод концентрично относительно сопла. На пластмассовой рукоятке расположен вентиль регулировки подачи газа 2.

Имеются держатели с водяным и воздушным охлаждением. Держа­тели типа ЭЗР предназначены для работы на постоянном и переменном токе.

АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ 171

Рис. 4.3. Электрододержатель для сварки неплавящимся электродом ЭЗР:

/ - колпачок; 2 - газовый вентиль; 3 - корпус; 4 - газо- и токоподводящие коммуникации; 5 - сопло

4.2. АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ

Для обеспечения высокого качества сварного соединения, которое выражается в идентичности параметров полученного шва по всей его длине, необходимо, чтобы сварочная аппаратура обеспечивала выполне­ние следующих операций:

- подвод к электроду и изделию сварочного тока;

- нагрев электродного или присадочного металла и свариваемых кромок;

- подачу в сварочную ванну этого металла со скоростью, равной скорости его плавления;

- перемещение электрода вдоль шва с необходимой точностью;

- защиту зоны сварки от воздействия воздуха.

В зависимости от необходимого конкретного технологического ре­жима аппаратура должна обеспечивать и некоторые вспомогательные операции (колебания электрода, искусственное формирование ванны, засыпку и уборку флюса и т.п.). Эти операции выполняют вручную или с помощью сварочного автомата.

При дуговой сварке качество шва получается стабильным, если на протяжении его выполнения сохраняется заданный режим сварки, т.е. совокупность следующих факторов:

Основные:

- сила сварочного тока, А;

- скорость подачи электродной проволоки, м/ч;

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ

- сечение электродной проволоки, мм² ;

- напряжение на электроде при холостом ходе и горении дуги, В;

- скорость образования шва (скорость сварки), м/ч;

- отклонение электрода от оси шва, мм. Дополнительные:

- поперечное перемещение электрода: а) размах, мм; б) частота, Гц;

- вылет электрода, мм;

- состав и строение флюса, покрытие электрода,

- температура основного металла, °С;

- наклон электрода или проволоки, °;

- расход защитного газа, л/мин;

- положение изделия в месте сварки.

Все отклонения от установленного режима или траектории шва уст­раняют вручную, ориентируясь по показаниям приборов, или с помощью автомата.

В данной главе рассмотрены лишь основные типы наиболее распро­страненной аппаратуры для дуговой сварки и приведены характеристики этой аппаратуры.

Основное назначение регуляторов сварочного режима - стабилиза­ция или регулирование тока и напряжения дуги - основных параметров, определяющих тепловложение в шов.

Регулирующее воздействие при этом оказывают: а) скорость подачи электрода v_эл; б) напряжение (или эдс) источника питания (U_ист; в) сопро­тивление сварочной цепи Z_c.

Все регуляторы по сложности систем регулирования делятся на три основные группы: саморегулирование, регулирование одного параметра и регулирование двух параметров.

В основу принципа саморегулирования положена постоянная ско­рость подачи электродной проволоки вне зависимости от напряжения, тока сзарки или длины дуги. Устойчивость процесса сварки обеспечива­ется изменением скорости плавления электродной проволоки при слу­чайных колебаниях тока дуги, которые происходят при изменении ее длины. Каждой фиксированной скорости подачи электродной проволоки соответствует свой режим горения дуги, при котором скорость подачи равна скорости плавления металла. При небольшом изменении длины дуги меняются режим плавления электрода и упомянутые две скорости. В результате длина дугового промежутка начнет восстанавливаться.

АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ 173

Экспериментальные и расчетные данные и длительный производствен­ный опыт эксплуатации сварочных аппаратов с постоянной скоростью подачи электродной проволоки, ис­пользующих саморегулирование ду­ги, показали, что существуют пре­дельные значения тока, ниже которых процессы установления заданного режима сварки за счет саморегулиро­вания дуги при его случайных изме­нениях недопустимо затягиваются (кривая А на рис. 4.4), и предельные значения токов, ниже которых устой­чивость горения дуги становится не­достаточной для получения качествен­ных сварных соединений (кривая Б).

Рис. 4.4. Кривые зависимости

силы тока дуги от диаметра проволоки

Значения тока, лежащие выше кривой А, обеспечивают хорошие ре­зультаты при сварке аппаратами с постоянной скоростью подачи элек­тродной проволоки. Для значений токов, находящихся ниже кривой Б, устойчивый процесс сварки под флюсом на переменном токе вообще не­возможен. Заштрихованное между кривыми А и Б пространство соответ­ствует тем значениям токов, при которых нельзя получить устойчивый процесс сварки при постоянной скорости подачи электродной проволоки.

Аппараты с постоянной скоростью подачи проволоки отличаются простотой и надежностью. Настройка скорости подачи производится или ступенчато (сменные шестерни или ролики, коробка скоростей), или плавно (механические вариаторы, двигатели постоянного тока).

Установку, в которой автоматизирован только режим горения дуги, принято называть полуавтоматом для дуговой сварки, а установку в ко­торой автоматизировано еще и перемещение головки вдоль стыка - сва­рочным автоматом.

Полуавтоматы для дуговой сварки имеют высокие эксплуатацион­ные свойства за счет применения тонкой сварочной проволоки (диамет­ром до 2,5 мм) при высоких, до 200 А/мм², плотностях тока. Процесс са­морегулирования режима горения дуги происходит достаточно интен­сивно и позволяет компенсировать все колебания длины дугового про­межутка, возникающие при ручном ведении сварочной головки вдоль стыка. В этих условиях скорость подачи электрода устанавливается в

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ

соответствии с необходимым режимом сварки и остается неизменной в течение всего времени выполнения шва.

В состав наиболее распространенных - шланговых - полуавтоматов входят (рис. 4.5): горелка 1 или комплект горелок со шлангом 2; меха­низм подачи электродной проволоки 3; кассета, катушка или другие уст­ройства 4, являющиеся емкостями для электродной проволоки; шкаф или блок управления 5 (если он конструктивно не объединен с источником питания); источник питания б; провода для сварочной цепи 7 и цепей управления 8; редуктор и аппаратура для регулирования и измерения расхода газа 9; шланг для газа 10 (в полуавтоматах для сварки в защит­ных газах); подогреватель газа (в полуавтоматах для сварки в углекислом газе); специальный инструмент, запасные и быстроизнашивающиеся со­ставные части полуавтомата, а также эксплуатационная документация.

Полуавтоматы для сварки без внешней защиты не имеют газовой аппаратуры.

Основные параметры полуавтоматов для дуговой сварки плавящим­ся электродом должны соответствовать ГОСТ 18130-79 (в ред. 1989 г.).

Для того чтобы полуавтоматическая сварка могла успешно соперни­чать с прогрессивными методами ручной сварки, она должна сочетать преимущества автоматической сварки с маневренностью, универсально­стью и гибкостью ручной.

Рис. 4.5. Шланговый полуавтомат для сварки в защитных газах

АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ 175

Высокие эксплуатационные свойства современных сварочных полу­автоматов достигаются за счет применения тонкой электродной проволоки, проталкиваемой к электрической дуге по гибкому направляющему шлангу, который позволяет разместить относительно тяжелый механизм для пода­чи проволоки на значительном расстоянии от зоны сварки (рис. 4.6).

Сварочный полуавтомат (рис. 4.6) содержит кассету с проволокой /, подающее устройство 2, гибкий направляющий шланг 3 и ручной держа­тель или горелку 4. Электродная проволока 5 сматывается с кассеты и проталкивается ведущим 6 и прижимным 7 роликами через канал и го­релку в дугу. В канале проволока находится в сжатом состоянии; усилие сжатия изменяется от максимального при входе в канал до нуля в нако­нечнике 8 горелки.

Для мягких проволок или проволок из металла с высоким коэффи­циентом трения, а также для проволок малого диаметра (менее 0,8 мм) полуавтоматы толкающего типа неприменимы. В этом случае применя­ются полуавтоматы тянущего типа, т.е. с механизмом подачи, располо­женным в рукоятке горелки (рис. 4.7).

Сварку со шлангами большой длины можно осуществлять путем применения так называемых систем "тяни-толкающего" типа (рис. 4.8). Они содержат механизм подачи 1, проталкивающий проволоку через ка­нал 3, и тянущий ее механизм 2. При такой схеме подачи в канале устра­няется волнообразное расположение проволоки, снижается число точек трения между проволокой и каналом.

Рис. 4.6. Шланговый полуавтомат толкающего типа

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ

Рис.4.7. Шланговый полуавтомат тянущего типа:

тянущие ролики; 2 - механизм подачи; 3 - кассета с проволокой; 4 - гибкий шланг

Рис. 4.8. Шланговый полуавтомат "тяни-толкающего" типа

Размещение тянущего механизма в ручной горелке излишне ее утя­желяет. Поэтому такие устройства применяют в исключительных случаях.

В настоящее время при производстве электросварочного оборудова­ния все шире используют принципы унификации и агрегатирования, по­зволяющие из малого числа составных элементов получать аппараты раз-

АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ 177

личного назначения. Этот метод дает большой экономический эффект на всех стадиях: от проектирования аппаратуры до эксплуатации и ремонта.

Показательна в этом отношении серия унифицированных полуавто­матов для сварки в защитных газах. Основное преимущество полуавто­матической сварки - большая гибкость и универсальность при сварке самых различных конструкций - реализуется только при условии воз­можного изменения компоновочной схемы аппарата.

Переносной полуавтомат (рис. 4.9, а) отличается малыми габарит­ными размерами (362 х 234 х 153 мм). В передвижном варианте полуав­томата (рис. 4.9, б) запас проволоки может быть увеличен до 20 кг, а для работы с тяжелой бухтой проволоки массой 80 ... 100 кг механизм пода­чи укрепляют на специальной тележке (рис. 4.9, в). При стационарной

Рис. 4.9. Компоновка полуавтомата для дуговой сварки плавящимся электродом:

а - переносного для сварки в труднодоступных местах; б - передвижного;

в - передвижного с большим запасом проволоки; г - стационарного;

/ - газовый баллон; 2 - источник питания; 3 - блок управления;

4 - механизм подачи электродной проволоки; 5 - горелка;

6 - кассета с электродной проволокой

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ

работе полуавтомата механизм подачи устанавливают на поворотной консольной балке, обеспечивая при повороте максимальный радиус дей­ствия во всех направлениях (рис. 4.9, г).

Наибольшее расстояние между механизмом подачи и источником питания или шкафом управления 15 м.

Электродвигательный привод - единый для всех типов механизмов подачи. Он включает в себя специальный электродвигатель постоянного тока, цилиндрический редуктор и устройство подачи проволоки с веду­щими роликами. Механизм подачи снабжают тормозным устройством, на котором закреплены различные унифицированные кассеты с проволокой: КО-01 на 5 кг проволоки, КО-02 на 12 кг и КУ-01 на 20 кг проволоки. При использовании тележки проволоку укладывают в большую кассету КУ-03. На механизме подачи может быть размещен выносной пульт управления полуавтоматом.

Полуавтоматическая сварка осуществляется унифицированными го­релками (рис. 4.10), соединенными с механизмом подачи трехметровым шлангом с помощью быстродействующих разъемов.

Наконечники, сопла, разъемы и другие элементы горелок унифици­рованы между собой, что позволяет в процессе эксплуатации легко вы­брать и использовать наиболее удобную в данных условиях сварочную горелку. Рабочий инструмент полуавтомата - горелка (см. рис. 4.10) со-

Рис. 4.10. Горелка для полуавтоматической сварки плавящимся электродом в защитных газах

АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ 179

держит изогнутый мундштук 5 с переходной втулкой 2 и наконечником 6, рукоятку I с гашеткой 4 пусковой кнопки, защитный щиток 7 и сопло 8 для создания вокруг зоны сварки защитной атмосферы 9. Сопло изолиро­вано от наконечника и может легко заменяться. Переходная втулка имеет ряд отверстий 3, расположенных перпендикулярно направлению подачи проволоки и предназначенных для подвода в зону сопла защитного газа. Это обеспечивает получение ламинарного газового потока.

При сварке в углекислом газе брызги прилипают к соплу и наконеч­нику, ухудшая газовую защиту зоны сварки и образуя токоведущую пе­ремычку между соплом и наконечником горелки. Для снижения вероят­ности прилипания брызг применяют различные сопла: охлаждаемые, со­ставные с изоляционной прокладкой, металлокерамические и др. Не­сколько снижают прилипание брызг теплостойкие покрытия или хроми­рование сопла. Эффективно применение защитных смазок, например, силиконовых (раствора кремнийорганических соединений). При наличии смазки на поверхности сопла и наконечника, брызги металла не привари­ваются, а только прилипают, поэтому они легко удаляются.

Основные пути повышения технико-экономических показателей по­луавтоматов, по которым разрабатывали серии унифицированных аппа­ратов, следующие:

1. Увеличение глубины регулирования и стабильности скорости по­дачи проволоки с помощью современных схем управления, мощных электродвигателей и специальных ведущих роликов без насечек.

2. Применение в полуавтоматах для сварки легких металлов, леги­рованных сталей и сплавов импульсных источников питания дуги.

3. Дистанционное управление режимом сварки с выносного пульта управления.

4. Возможность использования при необходимости большого запаса проволоки в любом исполнении полуавтомата.

5. Возможность установки в кассетах стандартных бухт проволоки без предварительной перемотки.

6. Создание быстродействующих соединительных разъемов, обеспе­чивающих минимальное время монтажа оборудования, и их унификация по различным группам аппаратов.

7. Исключение из компоновки промежуточного шкафа управления при однопостовом питании благодаря встраиванию аппаратуры управле­ния в источник.

Унифицированные полуавтоматы обеспечивают повышение произ­водительности труда не только благодаря возможности вести сварку на

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ

форсированных режимах (при больших скоростях подачи проволоки) и импульсной дугой, но также благодаря сокращению затрат на подготови­тельно-заключительные и вспомогательные операции и обслуживание оборудования.

При защите шва газом полуавтомат комплектуют газовым баллоном с регулирующей аппаратурой.

Для автоматической сварки применяют аппараты различных ти­пов. В качестве основного оборудования для автоматической дуговой сварки (наплавки) используют сварочные автоматы, станки и установки.

Автоматы для дуговой сварки применяются как с плавящимся, так и с неплавящимся электродами. В промышленности наибольшее распро­странение получили сварочные автоматы для сварки плавящимся элек­тродом. Поэтому ниже рассматриваются главным образом эти автоматы.

Автоматы для дуговой сварки (наплавки) плавящимся электродом обеспечивают выполнение механизмами без непосредственного участия человека, в том числе и по заданной программе, следующих операций: возбуждение дуги в начале сварки; поддержание дугового процесса; по­дачу сварочных материалов (электрода или присадочного материала, за­щитного газа или флюса) в зону дуги; относительное перемещение дуги вдоль линии сварного соединения путем перемещения сварочного авто­мата или изделия; прекращение процесса сварки.

Автоматы тракторного типа для дуговой сварки (наплавки) плавя­щимся электродом классифицируются по следующим признакам (ГОСТ 8213-75): а) способу защиты зоны дуги (Ф - для сварки под флю­сом, Г - для сварки в защитных газах, ФГ - для сварки как в защитных газах, так и под флюсом); б) роду применяемого сварочного тока (для сварки постоянным, переменным, переменным и постоянным током); в) способу охлаждения (с естественным охлаждением токопроводящей части сварочной головки и сопла, с принудительным охлаждением — во­дяным или газовым); г) способу регулирования скорости подачи элек­тродной проволоки (с плавным регулированием, плавно-ступенчатым и ступенчатым); д) способу регулирования скорости сварки (с плавным регулированием, плавно-ступенчатым и ступенчатым); е) способу подачи электродной проволоки (с независимой от напряжения на дуге подачей и зависимой от напряжения на дуге подачей); ж) расположению автомата относительно свариваемого шва (для сварки внутри колеи, для сварки внутри и вне колеи).

Аналогично можно классифицировать автоматы подвесные, само­ходные и несамоходные.

АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ 181

В состав сварочных (наплавочных) дуговых автоматов входят: сва­рочный инструмент (сварочные мундштуки или горелки); механизм по­дачи электродного или присадочного материала; механизм перемещения вдоль линии соединения; механизм настроечных, вспомогательных и корректировочных перемещений; устройства для размещения электрод­ного или присадочного материала; флюсовая или газовая аппаратура; системы управления; источники сварочного тока; средства техники безо­пасности.

Основные параметры автоматов тракторного типа для дуговой свар­ки плавящимся электродом должны соответствовать ГОСТ 8213-75. Аналогично этому подвесные самоходные и несамоходные автоматы для дуговой сварки плавящимся электродом имеют примерно такие же ос­новные параметры.

Для направления движения автомата вдоль стыка разработаны раз­личные конструкции указателей положения головки, копирующих роликов и систем слежения за стыком. Указатели, жестко связанные с мундштуком, движутся впереди него по стыку и позволяют оценить отклонение дуги от середины свариваемого стыка. Это отклонение сварщик устраняет вруч­ную. Ручные корректоры обеспечивают точность направления электрода ±(1,5 ... 2,5) мм и эффективны при скоростях сварки до 60 м/ч.

Ведущие копирные ролики - опорные для тележки трактора автомата при сварке следуют непосредственно по разделке стыка (рис. 4.11, а и б) или шаблону, копирующему форму стыка (рис. 4.11, в). Механические копиры просты, надежны в работе, но требуют глубокой разделки, посто­янного зазора в стыке или установки специального направляющего шаб­лона, а также специальных выездных площадок для начала или оконча­ния швов.

Следящие системы косвенного действия (бесконтактные) применя­ют в тех случаях, когда невозможно использовать механические копиры (стыковые швы без зазора и разделки кромок, швы прямолинейные и др.). Как правило, такие системы содержат датчик Д (рис. 4.12), регистри­рующий отклонение шва /, усилитель-преобразователь УП, перерабаты­вающий информацию, исполнительный механизм ИМ, воздействующий на положение мундштука М. При компоновке (см. рис. 4.12, а), когда датчик установлен впереди мундштука, система обладает рядом недос­татков, свойственных механическим копирам.

Более точное копирование достигается при компоновке по так назы­ваемой линии 2 или установленному шаблону (рис. 4.12, б). Опорной ли­нией может служить риска, нанесенная параллельно кромкам одновре-

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ

Рис. 4.11. Механические роликовые копиры

Рис. 4.12. Схема действия бесконтактных следящих систем

менно с обработкой последней, линия, проведенная краской (или окраска кромок), наклейка цветной полосы и др. Однако нанесение опорной ли­нии связано с выполнением дополнительной операции и снижает произ­водительность процесса.

Эффективное решение задачи копирования - применение запоми­нающего устройства ЗУ (рис. 4.12, в).

Датчик Д расположенный на рас-

АППАРАТУРА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ 183

стоянии / впереди мундштука М, передает через усилитель УП сигнал записывающему устройству ЗУ. Сигнал записывается на магнитной или бумажной ленте. Лента движется относительно записывающей 3 и считы­вающей Ч головок со скоростью, равной скорости сварки. Таким образом, за то время, пока мундштук пройдет путь /, записанный сигнал попадает под считывающую головку Ч, которая через усилитель передает команду исполнительному механизму ИМ. Надежность и эффективность следящей системы зависят в первую очередь от типа и конструкции датчика.

Фотоэлектрический датчик основан на изменении величины фото­тока в элементе / (рис. 4.13, а) в зависимости от интенсивности отражен­ного опорной линией 2 светового потока, излучаемого осветителем 3 и сфокусированного оптической системой 4. При отклонении луча от опорной линии интенсивность потока изменяется, что передается через усилитель 5 к исполнительному механизму 6 следящей системы. Недос­татком этого способа копирования является чувствительность фотодат­чика к посторонним источникам света, в том числе к бликам дуги.

Электромагнитный датчик основан на изменении магнитной прони­цаемости сплошного тела и тела, собранного из двух частей (рис. 4.13, б). При расположении среднего стержня электромагнита против стыка (х = 0) магнитный поток в обеих ветвях магнитопровода одинаков. Так как магнитные потоки в каждой из ветвей направлены встречно, суммар­ная эдс системы равна нулю. При смещении системы поперек шва (х ≠ 0) равенство двух магнитных потоков нарушается. Электромагнитные дат­чики весьма чувствительны к величине зазора и отсутствию зазора, а также к превышению кромок. Определенное влияние оказывает окалина, присутствующая на поверхности свариваемых кромок.

6)

Рис. 4.13. Схема действия бесконтактных датчиков слежения за стыком:

а - фотоэлектрического; б - электромагнитного

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ

Существуют датчики, основанные на использовании излучения ра­диоактивных изотопов, состоящие из источника α-, β- или γ-излучения и приемника излучения, расположенных по обе стороны стыка. Сваривае­мое изделие ослабляет интенсивность излучения, пропуская только узкий пучок лучей против стыка. Кроме того, существуют пневматические и другие датчики, которые практически не получили распространения.

Отклонение мундштука по вертикали приводит к изменению длины дуги, в результате чего изменяется настройка системы дуга - источник питания, температура предварительного разогрева электрода и, следова­тельно, скорость его плавления. Это может вызвать непровар кромок, искажение формы шва и другие изменения.

В аппаратах рельсового типа применяют ручные или механизиро­ванные с ручным управлением корректоры для изменения или поддержа­ния длины дуги. При механическом копировании весь сварочный аппарат или только головку подвешивают таким образом, что они могут плавать по вертикали, упираясь в одну из свариваемых кромок. Устройства тако­го типа применяют в тех случаях, когда масса плавающей части аппарата сравнительно невелика и когда есть площадка для выхода упорного ро­лика или устройство для его фиксации в конце шва.

В аппаратах тяжелого типа часто применяют релейно-контактные системы регулировки длины дуги (рис. 4.14). За­зор / между кнопками выключателя оп­ределяет допустимые колебания длины дуги. При минимально допустимой длине h под действием ролика 2 рычаг 3 нажимает на концевик 4 и по команде усилителя У электродвигатель М поднимает всю систему / на заданный шаг. То же происходит при предельном увеличении длины дуги.

Рис. 4.14. Электромеханический регулятор вылета электрода

4.3. АППАРАТУРА ДЛЯ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ И ПЛАЗМЕННОЙ СВАРКИ

Схема процесса сварки неплавящимся электродом показана на рис. 4.15, а. В качестве электрода / применены стержни из вольфрама, графита или других тугоплавких электропроводных материалов. Сварка происходит в газовой среде, которая защищает зону сварки и разогретый

АППАРАТУРА ДЛЯ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ 185

Рис. 4.15. Схема процесса сварки неплавящимся электродом:

/ - электрод; 2 - зажим электрода; 3 - сопло; 4 - дуга; 5 - сварочная ванна; б - присадочный стержень

электрод от контакта с воздухом и которая вследствие ионизации создает условия для устойчивого существования дугового разряда. Как правило, сварку неплавящимся электродом ведут в инертном газе или азоте и только при использовании графитового электрода применяют углекис­лый газ.

Шов при сварке неплавящимся электродом образуется за счет оп­лавления кромок. При необходимости используют присадочную прово­локу 6 (рис. 4.15, б).

Сварку неплавящимся электродом выполняют вручную, полуавто­матически (механизирована подача присадочной проволоки) или автома­тически, когда механизированы передвижение электрода и подача приса­дочной проволоки.

При сварке с присадочной проволокой последняя подается по гиб­кому направляющему каналу так, как это имеет место в шланговых полу­автоматах для плавящегося электрода. Проволока электрически изолиро­вана от сварочного напряжения дуги. Скорость подачи присадочной про­волоки выбирают в соответствии с ее диаметром и мощностью дуги. По­скольку проволока поступает в ванну по касательной к поверхности сва­риваемой детали, желательно режим сварки выбрать таким образом, что­бы скорость сварки и скорость подачи присадочной проволоки были рав­ными. В этом случае оператор как бы опирается на конец подаваемой проволоки, контролируя при этом скорость движения горелки.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ

При ручной сварке сварщики подают присадочный материал вруч­ную, прутками.

Автоматическая сварка неплавящимся электродом сводится к пере­мещению сварочной горелки или изделия по заданной траектории с за­данной скоростью. Подача вольфрамового электрода вследствие незна­чительного его расхода (порядка сотых долей грамма на 1м шва), как правило, не механизируется.

На рис. 4.16, а представлена схема горелки для механизированной сварки вольфрамовым электродом. Электрод 10 зажат в токоподводящей цанге 2 при помощи маховика 7. Для изменения положения электрода относительно сопла / служит маховик 5, при вращении которого охлаж­даемая проточной водой обойма б передвигается в корпусе 4. Цанга 2 -сменная деталь, предназначенная для электродов определенного диамет­ра. Газ поступает через штуцер 8 по зазору между обоймой и корпусом 9.

Рис. 4.16. Головка для автоматической сварки неплавящимся электродом

АППАРАТУРА ДЛЯ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ 187

Требования к конструкции сопл и характеру истечения газа при сварке неплавящимся электродом такие же, как и при сварке плавящимся электродом, однако отсутствие брызг позволяет широко применять кера­мические сопла и газопроницаемые сеточные вкладыши 3 (газовые лин­зы) для получения ламинарного потока газа.

При сварке неплавящимся электродом качество шва в большой сте­пени зависит от величины дугового промежутка. В большинстве случаев достаточно применения ручных корректоров или механических копир-ных устройств, аналогичных ранее описанным. Когда дуговой промежу­ток должен соблюдаться с большой точностью, применяют автоматиче­ские регуляторы, реагирующие на изменение напряжения дуги, интен­сивность ее светового излучения или на изменение расстояния между изделием и электромагнитным щупом.

Автоматическую сварку с подачей присадочной проволоки выпол­няют головками (рис. 4.16, б), снабженными кроме горелки /, механиз­мом подачи проволоки 2, катушкой 3, направляющим шлангом 4 с нако­нечником 5 и системой корректоров 6-8. Последние определяют поло­жение наконечника 5 относительно горелки /. В ряде случаев для надеж­ного прижатия проволоки к свариваемым кромкам служит ролик. Иногда по технологическим соображениям (например, для повышения произво­дительности сварки или наплавки) присадочную проволоку предвари­тельно подогревают при помощи ТВЧ или пропусканием через участок проволоки электрического тока.

При обычной дуговой сварке дуга горит свободно между электро­дом и изделием. Однако если при помощи каких-либо приемов не дать возможность дуге занять ее естественный объем, принудительно сжать ее, то температура дуги (плазменной струи) значительно повысится.

В плазмотронах сжатие дуги чаще всего осуществляется газовым потоком, который, проходя сквозь узкое сопло, ограничивает поперечные размеры дуги (рис. 4.17). Газ, подаваемый внутрь плазмотрона, выходит сквозь узкое отверстие в сопле, оттесняя дугу от стенок. Для устойчивой работы плазмотрона стенки сопла охлаждаются водой и при работе оста­ются холодными. Пристеночный охлажденный слой газа изолирует плаз­му от сопла как в электрическом, так и в тепловом отношении. Поэтому дуговой разряд между электродом внутри горелки и изделием (или со­плом) стабилизируется и проходит сквозь центральную часть отверстия в сопле. Способ сварки сжатой дугой часто называют также плазменно-дуговой сваркой или сваркой плазменной струей.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ И РЕЗКИ

Рис. 4.17. Конструкция плазмотронов с аксиальной (а) (прямого действия) и тангенциальной (б) (косвенного действия) подачей газа

Для сжатия дуги также иногда применяют продольное магнитное поле, ось которого совпадает с осью столба дуги. Сжатый в области со­пла столб дуги сохраняет свои поперечные размеры на значительном удалении от него, до 15 ... 20 мм.

На практике находят применение два основных способа включения плазменных горелок (см. рис. 4.17). В первом - дуговой разряд существу­ет между стержневым катодом, размещенным внутри горелки по ее оси и нагреваемым изделием (плазменная струя прямого действия). Такие плазмотроны имеют кпд выше, так как мощность, затрачиваемая на на­грев металла, складывается из мощности, выделяющейся в анодной об­ласти, и мощности, передаваемой аноду струей плазмы.

Во втором - дуга горит между катодом и соплом, которое подклю­чается к положительному полюсу источника питания (плазменная струя косвенного действия). Струей газа, истекающей из сопла, часть плазмы столба дуги сжимается и выносится за пределы плазмотрона. Тепловая энергия этой плазмы, складывающаяся из кинетической и потенциальной энергий ее частиц, используется для нагрева и плавления обрабатывае­мых изделий. В большинстве случаев общая и удельная тепловые энер­гии невелики, поэтому такие плазмотроны используют для сварки тонких изделий в микроплазменных установках для пайки и обработки неметал­лов, так как изделие не обязательно должно быть электропроводным.

I

АППАРАТУРА ДЛЯ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ 189

Для надежной стабилизации дуги и оттеснения ее от стенок сопла применяют осевую или тангенциальную подачу газа (см. рис. 4.17). Для устранения турбулен