Сварку под водой считают сухой, если свариваемые узлы и сварщик находятся в газовой среде, промежуточной, когда осушается только зона, в которой горит дуга и небольшое пространство вокруг нее, а водолаз находится в воде, и мокрой, когда свариваемое изделие, дуга и сварщик находятся в воде. Наиболее распространен способ мокрой сварки штучными электродами и самозащитными порошковыми проволоками.
Мокрая сварка штучным электродом. Пост ручной сварки штучным электродом состоит из источника питания, электрододержателя, рубильника и сварочных кабелей. В качестве источника питания дуги используются сварочные преобразователи и выпрямители с повышенным напряжением холостого хода (70…90 В). При отсутствии электрической сети наиболее распространены автономные одно-постовые сварочные агрегаты ПАС-, которые обеспечивают повышенное напряжение холостого хода (до 100 В). Пределы регулирования силы сварочного тока 120…600 А при ПР-45%. Разработаны и внедряются в производство новые однопостовые сварочные агрегаты с дизельным приводом АДД на раме и одноосном прицепе. Пределы регулирования силы сварочного тока 60…450 А при напряжении горения дуги 36 В. Разработан и освоен выпуск сварочного преобразователя с карбюраторным двигателем АДД на одноосном прицепе. Пределы регулирования сварочного тока 30…350 А при напряжении на дуге 32 В.
Все перечисленные выше агрегаты имеют падающую внешнюю вольт-амперную характеристику и могут быть использованы при сварке и резке штучными электродами и электрокислородной резке на глубине до 60 м.
Для сварки на больших глубинах необходимы сварочные преобразователи с более высоким напряжением холостого хода, так как в этом случае кроме увеличения напряжения горения дуги необходимо компенсировать падение напряжения в удлиняющейся сварочной цепи. Для этой цели рекомендуется использовать универсальный преобразователь АСУМ, имеющий жесткую и падающую внешние вольт-амперные характеристики и повышенное напряжение холостого хода.
Источники питания дуги выполнены в морском исполнении. При отсутствии таких источников питания при сварке на малых глубинах (до 30 м) возможно использование сварочных преобразователей ПС, а также сварочных выпрямителей ВДУ.
Для подводной сварки штучным электродом используют электрододержатель ЭПС-2, рассчитанный на применение электродов диаметром 2…6 мм и на максимальную силу тока 400 А. В сварочной цепи применяют кабели, имеющие усиленную изоляцию, стойкие к морской воде и нефтепродуктам марок ГШ.
Однополюсный рубильник, рассчитанный на разрывную силу тока 400 А, включается в сварочную цепь последовательно и располагается в удобном для оператора месте.
Мокрая механизированная сварка. Пост механизированной сварки под водой состоит из источника питания дуги, полуавтомата, сварочных кабелей и кабеля цепи управления. Для механизированной сварки, в отличие от ручной, применяют источники питания с жесткой внешней вольт-амперной характеристикой типов ВДУ и преобразователь АСУ. Для сварки на глубине до 20 м возможно использование преобразователей ПСГ. Механизированная сварка выполняется на обратной полярности (плюс на электроде).
Механизированная сварка самозащитными порошковыми проволоками осуществляется специальными полуавтоматами А-1660, , разработанных Институтом электросварки им. Е. О. Патона. В конструкции перечисленных полуавтоматов имеются агрегаты и узлы, выполняющие аналогичные функциональные задачи и отличающиеся друг от друга только совершенством и надежностью исполнения.
В состав указанных полуавтоматов входят: шкаф управления; погружной контейнер с механизмом подачи порошковой проволоки и катушкой; гибкий шланг с держателем; кабель цепи управления; комплект сварочных кабелей.
Шкаф управления предназначен для начала и окончания подачи порошковой проволоки, плавного регулирования ее скорости, а также подачи сигналов появления возможных неполадок в электрической цепи. На передней панели шкафа расположены приборы, обеспечивающие контроль за параметрами сварочного процесса. Электросхема обеспечивает заданную скорость вращения электродвигателя подачи электродной проволоки независимо от возникающей при этом нагрузке.
Погружной контейнер полуавтомата изготовлен из диэлектрического материала. В контейнере располагается электродвигатель подачи электродной проволоки с понижающим редуктором, подающий механизм и катушку с электродной проволокой. Электродвигатель и редуктор размещены в стальном стакане с герметичным вводом проводов цепи управления. Стакан заполняют диэлектрической жидкостью (полисилоксаном, керосином и др.). На одной из его стенок размещена подвижная мембрана, способная передавать увеличивающееся с погружением полуавтомата на большие глубины гидростатическое давление на жидкость, слегка сжимающуюся благодаря растворенным в ней газам. Такое устройство гидрокомпенсатора позволяет эксплуатировать полуавтомат во всем диапазоне глубин континентального шельфа. Внутренняя полость контейнера заполнена водой. Однако благодаря герметичному уплотнению разъема между корпусом и крышкой контейнера токи утечки и рассеивания отсутствуют.
Гибкий шланг с держателем общей длиной до 3 м представляет собой гибкий элемент со стальной спиралью или пластиковой трубкой, по которой проволока подается к медному контактному наконечнику держателя. В случае сварки в условиях с ограниченной видимостью на контактный наконечник надевается диэлектрический чехол.
Четырехжильный кабель в цепи управления площадью сечения жил не менее 2,5 мм2 с центральным разгрузочным тросом обеспечивает подачу напряжения с блока управления на двигатель подачи электродной проволоки. Кабель вводится в погружной контейнер через герметичный ввод.
Комплект сварочных кабелей марки
НРШМ площадью сечения 70…95 мм2 соединяет источник питания, шкаф управления, шланговый держатель и изделие. Стандартная длина 60 м. При необходимости длину сварочной цепи можно нарастить, однако стабильность процесса в этом случае ухудшается ввиду увеличения активного, реактивного и емкостного сопротивления сварочной цепи и снижения возможностей источника питания по отработке возмущений, связанных с изменением вылета электрода и длины дуги. Сварочные кабели запрещено при работе укладывать в бухты или наматывать на вьюшки вследствие значительного увеличения индуктивного сопротивления сварочной цепи.
Полуавтоматы ПШ являются более совершенными. Так, погружной контейнер в воде весит всего 7 кг, а форма его удобна для переноски. Стальная спираль в гибком шланге держателя заменена пластмассовой трубкой, что повышает надежность аппарата и упрощает уход за ним. В аппаратном шкафу размещен блок защиты электропривода полуавтомата, своевременно сигнализирующий о наличии неисправности в цепи и эффективно защищающий элементы электросхемы от перегрузок и коротких замыканий. Подающий механизм имеет планетарный редуктор и две пары приводных роликов, позволяющих развивать достаточное усилие проталкивания порошковой проволоки со скоростью 0,027…0,14 м/с по шланговому держателю, не деформируя его оболочки. На катушку наматывается до 3,5 кг сварочной проволоки. Этого количества достаточно для выполнения сварки на силе тока 180…220 А в течение 2 ч.
Сухая сварка под водой. Для сварки трубопроводов под водой применяют накидные камеры, в которых размещается дефектный участок трубопровода и сварщик с набором механизированного инструмента и монтажных приспособлений. После проведения сварки соединения подвергают дефектоскопии. При отсутствии дефектов в шве на ремонтируемый участок наносится гидроизоляция. Специализированные камеры рассчитаны на несколько типоразмеров труб. Обычно для выполнения сварочных работ используется то же оборудование, что и при сварке на воздухе, установленное в специализированные контейнеры, размещенные непосредственно в камере. Источник питания находится либо на обеспечивающем судне, либо непосредственно в камере.
Обработка кромок перед сваркой выполняется многорезцовыми головками, а зачистка швов — абразивными кругами.
Для проведения ремонтных работ на стационарных основаниях используют накидные камеры, изготовляемые для каждого ремонтируемого узла. В камерах применяется такое же боксированное оборудование, как и при ремонте трубопроводов в специализированных накидных камерах. Такой способ ремонта трубопроводов и стационарных оснований позволяет получить высокое качество сварного соединения.
Наиболее целесообразно использовать способ сухой сварки на глубинах более 60 м, при наличии значительных илистых отложений, а также при плохой видимости и при скорости течения выше 0,7 м/с.
Способ с локальным осушением рабочей зоны. В специализированной мини-камере обеспечиваются удовлетворительные видимость и качество процесса. В камеру подается углекислый газ или его смесь с кислородом. Камеру прижимают к ремонтируемому участку. Уплотнение осуществляется по торцу мягкой резиновой прокладкой. Внутри камеры размещен держатель, по которому в зону сварки подается электродная проволока и защитный газ. Выполнение работ с использованием этой камеры требует очень высокой квалификации сварщика-водолаза.
Резка металлов непосредственно в воде. Основным способом подводной резки является электрокислородная резка металлическим трубчатым электродом. В состав поста для электрокислородной резки входят: электродо-держатель ЭКД-86-1 или ОБ 2667, конструкции ИЭС им. Е. О. Патона; кислородный шланг; комплект сварочных кабелей; кислородный баллон с редуктором; однополюсный рубильник, рассчитанный на силу тока 400 А; источник питания дуги с падающей внешней вольт-амперной характеристикой, обеспечивающей силу тока 400 А.
Пост предназначен для выполнения работ на глубине до 60 м. За исключением кислородного баллона и держателя применяется то же оборудование, что и при сварке под водой штучным электродом. Скорость электрокислородной резки с использованием электродов при резке стального листа 20 мм достигает 20 м/ч.
Механизированная бескислородная резка. В состав поста для механизированной бескислородной резки входит следующее оборудование: полуавтомат для подводной резки ПШ (возможно использование полуавтомата для механизированной подводной сварки А-1660; источники питания с жесткой внешней вольт-амперной характеристикой (возможно использование источников питания с полого падающей внешней вольт-амперной характеристикой), рассчитанные на силу тока не менее 600 А типов ВС; комплект сварочных кабелей; силовой рубильник (при использовании для резки полуавтоматов А-1660).
Для подводной механизированной электропорошковой резки ИЭС им. Е. О. Патона разработан специализированный полуавтомат типа ПШ-131, имеющий некоторые общие узлы с аппаратами для подводной сварки: контейнер из диэлектрического материала, гидрокомпенсатор давления, шланговый держатель и др. Однако его электропривод создан на базе асинхронного двигателя, имеющего постоянную частоту вращения 1500 мин-1. Изменение скорости подачи электродной проволоки осуществляется ступенчато с помощью сменных зубчатых колес. Как правило, режимы подводной резки не должны изменяться в течение одного спуска. Это ограждает источник питания от серьезных перегрузок. Значительно упрощает процесс и снижает требования к квалификации водолаза-резчика установленная на токоподводящем наконечнике держателя специальная керамическая насадка, позволяющая выполнять резку методом опира-ния.
Для резки черных и цветных металлов используют порошковую проволоку ППР-АН2 диаметром 2,2…2,4 мм. Скорость при резке металла толщиной 20 мм достигает 15 м/ч. Одной кассеты порошковой проволоки достаточно для ведения процесса в течение 45…50 мин. С ростом глубины производительность процесса снижается, так как возрастают потери в сварочной цепи с увеличением ее длины.
Плазменно-дуговая резка. Для плазменно-дуговой резки в пресной и морской воде металла толщиной 8…40 мм на глубине до 20 м разработана специализированная установка типа “Скат”. В качестве плазмообразующего газа используется воздух. Сила тока плазмотрона с цирконовым катодом 200…600 А при напряжении на дуге 120…250 В. Скорость резки в зависимости от глубины и толщины разрезаемого металла составляет 5…24 м/ч. В состав установки входит источник питания, пульт управления, компрессор, системы осушения воздуха и охлаждения плазмотрона, гирлянда кабелей и коммуникаций, а также плазмотрон.
Наиболее эффективна плазменно-дуговая резка при разделке корпусов судов на лом, так как мощность, необходимая для работы установки, доходит до 100 кВт. Сложность эксплуатации оборудования и ограниченный ресурс работы плазмотрона не позволили широко внедрить этот способ резки.
Экзотермическая резка металлов. В последние годы за рубежом разработано оборудование и технологический процесс экзотермической резки металлов и неметаллов под водой. В комплект оборудования входят: держатель для электродов с кислородным клапаном; комплект кислородных шлангов; комплект сварочных кабелей; рампа баллонов с редуктором, рассчитанным на большой расход газа. При использовании этого способа возможна резка металла и неметаллических материалов толщиной менее 150 мм на глубине до 300 м. Производительность процесса в зависимости от условий работы, глубины и толщины разрезаемого металла 3…30 м/ч.
Для защиты глаз сварщика-водолаза от действия электрической дуги применяют защитные стекла ТС-3 (класс светофильтра ЭС-100, классификационный номер 3) при сварке в воде с видимостью до 50 см и ЭС-300 (классификационный номер 2) при сварке в воде видимостью более 50 см. Возможно также применение защитных светофильтров марки ТС . При работе в трех-болтовом водолазном снаряжении защитные стекла устанавливаются в специальных откидных приспособлениях, прикрепляемых к переднему иллюминатору при помощи обоймы.
При подводной сварке для зачистки места сварки и швов, а также для удаления наплывов, брызг металла, шлака и других дефектов сварщик-водолаз должен иметь проволочную щетку, ручной молоток-секач, зубило и щуп для проверки зазоров и правильности подгонки привариваемых листов и заплат.
При сварке трубопроводов и других гидротехнических сооружений ответственного назначения подготовка поверхности под сварку и последующая зачистка швов должны производиться с помощью шлифовальной машинки ИП с набором металлических щеток и армированных абразивных кругов толщиной 3…6 мм. Возможная глубина, на которой можно выполнять работы, 30 м. Избыточное давление в системе 0,5…0,8 МПа. Оборудование для сварки и резки в космосе
Особенности оборудования для сварки и резки в космосе связаны со свойствами окружающей среды. Такое оборудование может быть специализированным (для выполнения однотипных операций с использованием одного технологического процесса) или универсальным (позволяющим выполнять различные операции и использовать несколько технологических процессов). В подавляющем большинстве случаев в качестве источника нагрева используется электронный луч, отличающийся наибольшей универсальностью и максимальным термическим КПД [13, 16].
Требования к оборудованию. Оборудование для сварки и резки металлов в условиях космоса должно, с одной стороны, обеспечивать необходимые параметры и качество, присущие сварочной аппаратуре, а с другой, — полностью соответствовать специфичным требованиям, предъявляемым к космическим объектам. Общими требованиями к космическому сварочному оборудованию являются: соответствие функциональным задачам; безопасность; высокая надежность; минимальные размеры, масса, энергоемкость; обеспечение контроля параметров процесса и диагностирования состояния оборудования; совместимость с системами и экипажами космических объектов; ремонтопригодность.
Лазерное технологическое оборудование создается в виде автоматизированных лазерных технологических комплексов (АЛТК), чтобы обеспечить высокие производительность и точность обработки, а также снижение вспомогательного времени подачи заготовки в зону обработки и съема готовых деталей. Система автоматического управления АЛТК содержит локальные САУ-ТЛ,. Иногда целесообразно применение лазерного технологического оборудования с ручным управлением. Наличие робота в составе АЛТК не обязательно. Его применение оправдано при работе АЛТК в составе конвейера или когда необходимо дополнительно манипулировать обрабатываемым изделием.
В АЛТК используются газовые и твердотельные лазеры, работающие в непрерывном и импульсном режиме генерации. Это, как правило, С02-лазеры и лазеры на иттрий-алюминиевом гранате; очевидно, что в ближайшее время в АЛТК для резки будут применяться также эксимерные лазеры. Требования к лазерам, применяемым в АЛТК, приведены в табл.
СТФИ служит для транспортировки лазерного пучка от лазера до фокусирующей системы и его фокусировки. Система транспортировки лазерного пучка состоит из поворотных зеркал с устройствами юстировки, проходного датчика мощности, оптического затвора и в некоторых случаях входного коллиматора, которые расположены в защитном кожухе. Объем кожуха заполняют обеспыленным и непо-глощающим данное излучение газом (например, азотом). Иногда такие световоды делают гибкими с поворотными зеркалами, установленными на шарнирных сочленениях, которые обеспечивают поворот зеркала на угол в 2 раза меньший, чем изменение угла между осями падающего и отраженного пучка. При мощности излучения менее 1 кВт и когда требования к качеству пучка невысоки применяют гибкие волоконные световоды. Фокусирующая система гибких световодов легко сочленяется с захватом робота, который перемещает ее относительно обрабатываемого изделия согласно программе.
Фокусирующая система может быть линзовой или зеркальной. Последнюю целесообразно применять при мощности излучения выше 2…3 кВт. Линзовые системы имеют сферическую аберрацию значительно большую, чем зеркальные, но первые компактнее, хотя и менее надежны. Для повышения надежности фокусирующие системы снабжают устройствами защиты оптических деталей от пыли, дыма, паров и брызг обрабатываемого материала (газовые завесы и др.). Они также должны иметь устройства стабилизации положения фокуса относительно обрабатываемой поверхности, которые исполнены с опорой на поверхность изделия или без опоры с емкостным датчиком.
С фокусирующими системами сочленяются в сварочных установках системы газового подавления плазмы и газовой защиты шва; резательных — устройства подачи вспомогательного газа; наплавки — дозаторы порошка,
обеспечивающие расход 1,5…300 мм3/с
Для увеличения ширины зоны обработки при наплавке применяют устройства для сканирования лазерного пучка по круговой либо пилообразной траектории с частотой 10..300 Гц, которое осуществляется, как правило, колебанием одного из зеркал в системе транспортировки или фокусировки пучка (обычно последнего). Синхронно с перемещением пучка движется и сопло, подающее в зону наплавки присадочный материал.
Различают оборудование для лазерной сварки и резки листовых и объемных заготовок. Типичные конструктивные схемы оборудования для обработки листов с постоянной и перемещенной длиной оптического тракта приведены на рис. 2.19, а—г . По одной или одновременно по двум координатам перемещается лист обрабатываемой заготовки или излучатель / лазера вместе с лазерным инструментом. Пучок передается в зону обработки с помощью неподвижных или подвижных отражающих зеркал. По схеме, показанной на рис., я, создается оборудование на базе высечных ножниц, прессов (лазер-пресс), координатных столов, фрезерных станков. По схеме, показанной на рис., б, в, реализуются машины портальной конструкции, причем излучатель лазера может устанавливаться на подвижном портале, каретке поперечного хода или стационарно . Недостаток оборудования с переменной длиной оптического тракта — изменение параметров сфокусированного пучка в различных точках зоны обработки ввиду наличия расходимости излучения. Чтобы обеспечить требуемую производительность и качество резки, максимальная длина оптического тракта не должна превышать 6… 10 м при расходимости излучения в пределах 1…1,5 мрад. Для обеспечения постоянного положения фокальной плоскости относительно поверхности обрабатываемого листа, который может иметь волнистость, оптический инструмент имеет возможность перемещаться по оси.
При обработке труб или обечаек предусматривается вращение заготовки и перемещение в горизонтальной плоскости отражающего зеркала (иногда вместе с излучателем лазера). Оборудование для обработки объемных заготовок имеет 3—6 степеней подвижности в зависимости от конфигурации заготовок. В качестве приводов для обработки простых прямолинейных контуров применяют в основном тахометрические электромеханические приводы, а для обработки криволинейных контуров — следящие электромеханические приводы с тиристорными или транзисторными усилителями. В последнее время нашли распространение также электроприводы с линейными электродвигателями. Конечными кинематическими звеньями электромеханических приводов машин с размерами зоны обработки до 1 х | м являются, как правило, ша-риковинтовые пары машин с большими габаритами зоны обработки — реечные передачи.
При сварке и резке сложных контуров используются многокоординатные системы ЧПУ на базе микроЭВМ. Система ЧПУ управляет координатными перемещениями оборудования, а также технологическими операциями включения излучения, вспомогательных газов и др. На современных портальных машинах для резки электроприводы и система ЧПУ располагаются, как правило, на подвижном портале. Для подготовки управляющих программ оптимального раскроя листов применяют автономные программирующие центры на базе мини-ЭВМ типа СМ 1420.
Оборудование для сварки или резки объемных заготовок создается на базе портальных роботов или роботов антропоморфного типа. Программирование производится методом обучения или расчетным путем.
