При ЭЛС протяженных продольных швов в локальном вакууме сварочная камера выполняется в виде плиты с продольным сквозным пазом в ее центральной части или в виде колпака. В первом случае по плите перемещается каретка, на которой смонтирована сварочная пушка. Стык сварочной камеры с изделием герметизируется уплотнителями. Обратная сторона стыка герметизируется дополнительной камерой, а торцовые части стыка — выводными планками. Продольный паз сварочной камеры, вдоль которого перемещается каретка со сварочным блоком, герметизируется стальной лентой или трапецеидальным резиновым уплотнением. Во втором случае сварочный блок с пушкой и механизмы его перемещения расположены под накидным колпаком.
В описанных установках длина свариваемого стыка обычно превышает длину камеры. Сварка выполняется по участкам с перерывами сварочного процесса при переносе камеры на новый участок, что связано с рядом трудностей. Поэтому сварка протяженных стыков по участкам с перестановкой сварочной камеры распространения не получила. Более перспективны в этом плане сварочные тракторы (мобильное вакуумирование) со скользящим по изделию уплотнителем. Они выполняются обычно в виде каретки, на которой размещаются сварочная пушка, система откачки, механизм подачи присадочного материала и др. Сварочная пушка снабжена дифференциальной откачкой и клапаном, отделяющим область катодного узла от сварочной камеры. Каретка со сварочной головкой может быть как самоходной, так и- неподвижной. В последнем случае сварочные перемещения сообщаются изделию. И в том, и в другом случае каретка сварочного блока в месте контакта с изделием снабжается уплотнительным блоком, который может иметь различные конструкции.
В лабораторном образце трактора (Германия) использована мощная система ступенчатой откачки. Для герметизации обратной стороны стыка используется подвижная контркамера, которая перемещается синхронно со сварочной. Начало и конец шва выполняются с помощью выводных планок. Уплотнительный узел сварочной камеры и контркамеры можно выполнить для сварки как плоских, так и цилиндрических изделий.
Основным недостатком современных сварочных тракторов является трудность герметизации стыка поверхности изделия с уплотнителями трактора вследствие отклонений от заданной формы поверхности изделия, наличия местных дефектов и загрязнений. Форма и температура валика сварочного шва оказывают существенное влияние на герметичность сварочной камеры.
Программирование режимов сварки необходимо для обеспечения высокой воспроизводимости геометрии и качества сварных швов в серийном производстве, а также для сокращения времени на отработку технологии сварки новых изделий. Программное управление пространственно-энергетическими параметрами электронного пучка осуществляется с помощью программатора.
Программатор режимов электронно-лучевой сварки выполнен на базе контроллера “Электроника” и предназначен для программирования в функции пути или времени токов электронного пучка и фокусирующей линзы пушки, амплитуд периодического отклонения электронного пучка по двум координатам, а также длин участков с постоянным режимом сварки. Имеются также стандартные подпрограммы начала и окончания сварки. Число кадров программы сварки достигает 300. Для выполнения прихваток имеется специальная программа периодического повторения заданного однокадрового режима сварки. Взаимодействие оператора с программатором осуществляется в диалоговой форме и не требует высокой квалификации.
Система программного управления режимом электронно-лучевой сварки выполнена на базе контроллера “Электроника МС ” и кроме функций программатора обеспечивает программирование траектории и скорости перемещения сварочной пушки или свариваемого изделия по шести координатам. Система имеет и переносной пульт ручного управления перемещением. Она предназначена для управления шаговым приводом типа БУШ-5, который может, в основном, применяться в малогабаритных сварочных установках. Управление отклонением электронного пучка осуществляется для пушек как с однократным преломлением пучка, так и с двухкратным.
Система контроля и программирования параметров сварочного электронного пучка имеет более широкие функциональные возможности. Она позволяет управлять в функции перемещения сварочной пушки или свариваемого изделия всеми, кроме траектории и скорости сварки, параметрами режима электронно-лучевой сварки. В режиме “прихватка” программируется до 20 параметров технологического процесса. Число прихваток на свариваемом стыке может быть задано до 100 при периоде повторения 1…10 000 мм. В режиме “сварка” программируется до 17 параметров процесса с возможностью линейной интерполяции каждого. Может быть задано до 300 участков шва с постоянным режимом сварки длиной 1…10 000 мм каждый. Начало и окончание сварки осуществляется по одной из двух специальных подпрограмм либо в функции перемещения, либо в функции времени. В составе системы имеется субмодуль управления отклонением электронного пучка. С его помощью осуществляется статическое и периодическое отклонение электронного пучка как с однократным, так и с двукратным его преломлением. Развертка электронного пучка производится по одной из десяти записанных в перепрограммируемой постоянной памяти траекторий с частотой 50…500 Гц или любой другой оперативно вводимой траектории развертки. При этом обеспечивается минимум биений развертки из-за пульсаций выпрямленного сетевого напряжения. Субмодуль модуляции токов электронного пучка и фокусирующей линзы пушки обеспечивает любое их периодическое изменение с частотой до 500 Гц, в том числе синхронно с разверткой электронного пучка. Эти субмодули управляются программно.
Для контроля геометрических параметров электронного пучка мощностью до 60 кВт в состав системы входит специальный датчик, устанавливаемый на сварочной пушке или отдельно от нее. Контроль геометрии пучка может осуществляться до сварки. Программирование параметров технологического процесса осуществляется оператором в форме диалога (т. е. вводятся только необходимые цифровые значения параметров), а выбор режимов и подрежимов контроля — методом программного “меню” (с помощью кнопок “ДА” и “НЕТ”). Система включает также некоторые вспомогательные устройства: имитатор датчика перемещения пушки (или изделия); программатор микросхем постоянной памяти.
Управление и диагностирование высоковольтного источника питания сварочной пушки и его функциональных узлов являются важнейшими условиями обеспечения надежности энергоблока. Микропроцессорная система управления и диагностики ОЛ152 позволяет контролировать ускоряющее напряжение, напряжение катод—управляющий электрод, силы тока электронного пучка, фокусирующей линзы, накала пушки и бомбардировки катода, время работы катода и подогревателя, количество пробоев, а также запись и воспроизведение отклонений параметров и появления пробоев при сварке в функции пути. Имеется возможность проверки эмиссионной способности катода пушки, состояния узлов стабилизатора ускоряющего напряжения, наличия охлаждения и фаз питания и др.
Программное управление манипулятором. Для управления манипулятором с шаговыми двигателями ЕС-5 и ЕС-10 и сервоприводом типа ЕСПА создан блок программного управления Путь-1 . Он позволяет программно управлять одновременно по двум координатам траекторией и скоростью перемещения электронной пушки или изделия с линейной интерполяцией. Имеется переносной пульт ручного управления. Блок предназначен для крупногабаритных сварочных установок (вместо систем ЧПУ).
Системы локального управления положением электронного пучка. В современной технологии электронно-лучевой сварки крупногабаритных изделий сложной конфигурации применение систем слежения за стыком позволяет сократить время позиционирования электронного пучка на стык, обеспечить точное следование по траектории стыка в процессе сварки, исключить влияние на пучок магнитных полей, снизить требования к точности перемещения электронной пушки, повысить уровень автоматизации процесса сварки.
Принцип работы наиболее распространенных систем слежения основан на сканировании поверхности изделия маломощным электронным пучком и контроле возникающего при этом потока обратных электронов. Датчик расположен на торце электронной пушки и функционально является интегрирующим преобразователем потока заряженных частиц в электрический ток. Его конструкция обеспечивает необходимые термическую и электрическую помехозащищенность. Прибор СУ обеспечивает поиск и наведение на стык перед сваркой. Информация о положении стыка отображается на экране малогабаритной электронно-лучевой трубки. Оператор имеет возможность визуально контролировать момент точного совпадения оси электронного пучка со стыком.
Блок обработки вторично-эмиссионных сигналов ОЛ151 синхронизирует работу всей системы. В режиме автоматического слежения. В процессе сварки электронный пучок периодически на короткое время выносится из сварочной ванны на стык и сканирует поперек его. Вторично-эмиссионный сигнал в обоих случаях принимается помехозащищенным датчиком, расположенным на электронной пушке. Сигналы от стыка визуализируются и преобразуются в управляющие воздействия для привода следящего перемещения сварочной пушки. Для предотвращения плавления металла при сканировании стыка в процессе сварки сила тока электронного пучка импульсно понижается.
Построенная таким образом система слежения за стыком обеспечивает: поиск стыка на поверхности изделия; точное наведение на него маломощного электронного пучка перед сваркой; автоматическое совмещение электронного пучка со стыком в процессе сварки; передачу технологической развертки электронного пучка от внешних устройств в электромагнитную отклоняющую систему сварочной пушки . Техническая характеристика системы приведена ниже. Возможна также передача управляющих команд непосредственно на один из трех сервоблоков координатных шаговых двигателей манипулятора сварочной пушки или свариваемого изделия. При управлении приводом автоматически обеспечивается разгон-торможение шагового двигателя по заданному закону, компенсация зазора механической передачи привода перемещения.
Для наведения на стык и слежения за стыком с записью его траектории перед он генерирует вынос электронного пучка из сварочной ванны, его развертку поперек стыка, управляет модуляцией тока электронного пучка, принимает и обрабатывает вторично-эмиссионные сигналы, выполняет преобразование управляющих напряжений в ток отклоняющих систем пушки, а также согласует во времени прохождение разверток электронного пучка от различных устройств. Блок коммутации преобразует сигналы блока , характеризующие положение стыка, в управляющие команды для блока управления приводом следящего перемещения электронной пушки. В качестве автономного привода следящего перемещения используется шаговый электродвигатель с блоком управления сваркой предназначена микропроцессорная система вторично-эмиссионного слежения . При сварке, а также при возможном последующем ремонте сварного шва траектория стыка воспроизводится. Координаты свариваемой точки стыка отображаются на малогабаритном дисплее в цифровом виде. При записи траектории стыка имеется возможность программного управления, мощностью и фокусировкой электронного пучка. Управление положением электронного пучка осуществляется перемещением сварочной пушки, для чего система СУ283 выдает управляющие сигналы на шаговый привод.
