Откачные системы в установках с выводом пучка в атмосферу имеют несколько независимых ступеней откачки. Схема каждой ступени выбирается в зависимости от давления в ней, причем для ступени с давлением, близким к атмосферному, выбирают насосы типа РВН или водокольцевые, которые длительное время могут работать при высоком давлении с высокой производительностью, а для откачки полости катодного узла пушки предпочтительны турбомолекулярные насосы.
Сварочные манипуляторы. Сварочные, установочные и транспортные перемещения свариваемого изделия и электронной пушки осуществляются в соответствии с конфигурациями сварных швов, в числе которых характерными являются линейные, кольцевые и круговые в основном на горизонтальной и вертикальной плоскостях, а иногда на наклонных, конусных или сферических поверхностях, а также при различных их комбинациях. В соответствии с этим в состав манипуляторов входят различные механизмы и устройства.
На рис. представлена классификация манипуляторов установок для электроннолучевой сварки и их основных механизмов и устройств, согласно которой манипуляторы делятся на две основные группы: манипуляторы изделия и манипуляторы пушки . Первые являются непременным элементом практически любой установки, а вторые используются в тех случаях, когда сварочная пушка перемещается внутри вакуумной камеры.
По конструктивному исполнению сварочные манипуляторы подразделяются на универсальные с большим числом степеней свободы и специализированные — с ограниченным числом степеней свободы. Первые обеспечивают широкие технологические возможности, но имеют сложную конструкцию, что обусловливает их высокую стоимость. Применение универсальных манипуляторов целесообразно при единичном и мелкосерийном производстве с частой сменой типа свариваемых изделий. Специализированные манипуляторы намного проще по конструкции. Они предназначены для конкретного изделия (или группы однотипных изделий) и применяются как сменные манипуляторы. Основным их недостатком являются дополнительные затраты времени (иногда довольно значительные) на переналадку, установку дополнительных устройств и пр. Однако при крупносерийном и массовом производстве сменные устройства для сварки различных изделий позволяют получить максимальный эффект.
Использование сменных устройств предусмотрено во многих конструкциях отечественных установок У и др. Манипуляторы со сменными устройствами широко применяются и за рубежом. Такие фирмы как Эдварде (Великобритания), Юнион Карбайд (США) и другие разработали и рекомендуют сменные манипуляторы для промышленных установок. Манипуляторы изделия чаще всего выполнены в виде тележек, вращателей, двухкоорди-натных столов и других устройств с электромеханическим приводом. Манипуляторы сварочной пушки имеют вид шарнирно-рычаж-ных устройств, направляющей траверсы, по которой перемещается каретка с шарнирно закрепленной на консоли сварочной пушкой, двух- и трехкоординатных механизмов прямолинейного перемещения, а также различных самоходных портальных механизмов приводятся в действие от электромеханического привода.
Независимые оптические устройства устанавливают вне камеры у смотровых окон, при необходимости их можно перемещать от одного окна к другому. Телевизионные системы позволяют передавать изображение на большое расстояние и устанавливать видикон в сварочном блоке в непосредственной близости от сварочной пушки.
Особенностью систем наблюдения при ЭЛС является необходимость защиты их от за-пыления парами свариваемых материалов и от теплового воздействия сварочной ванны. В качестве защитных устройств применяются поворотные прозрачные экраны и прозрачные перемещаемые защитные пленки. В случаях особо интенсивных паровых потоков применяют стробоскопические устройства.
Вспомогательные устройства и механизмы. К вспомогательным относятся устройства и механизмы типа подвижных платформ для выкатывания сварочных манипуляторов из камеры, устройств для предварительного нагрева свариваемых изделий, их сборки в сварочной камере и др. Механизмы типа подвижных платформ представляют собой промежуточные конструкции, на которых монтируются свариваемые изделия и перемещаются в пределах сварочного участка. С них или на них изделие поступает в сварочную камеру. Устройства для предварительного нагрева свариваемых изделий устанавливаются только при технологической необходимости для сварки некоторых материалов. Конструктивно нагреватели разрабатываются с учетом размеров и конфигурации свариваемых изделий.
Электропривод. По функциональному назначению электроприводы исполнительных органов установок для ЭЛС можно разделить на электроприводы механизмов: откачных систем (насосы, натекатели, запорная арматура); вспомогательных устройств (механизмы загрузки и выгрузки, закрытия дверей и т. п.); перемещения и вращения свариваемого изделия и пушки (манипуляторы изделия и пушки); электромеханических систем слежения за стыком (корректирующие механизмы); подачи присадочной проволоки, коррекции мундштука и перемещений телевизионных устройств.
Управление электроприводом любого функционального назначения осуществляется как в ручном дистанционном режиме для простых систем, так и в автоматическом режиме для более сложных систем. Управляющие функции могут выполняться с помощью ЭВМ или средствами локальной автоматики. Наибольшее распространение в управлении электроприводами получили средства локальной автоматики, при этом локальная автоматика может быть выполнена как на релейно-кон-такторной элементной базе, так и на базе интегральных микросхем или программируемых логических контроллеров.
В электроприводах механизмов откачных систем и механизмов вспомогательных устройств обычно применяют трехфазные асинхронные двигатели серии А4. Автоматическое управление механизмами откачных систем производится в функции достижения определенной глубины вакуума в отдельных объемах откачной системы. Механизмы перемещения свариваемого изделия и пушки должны работать как в режиме позиционирования, когда необходимы высокие скорость отработки и точность позиционирования, так и в режиме сварочного перемещения, когда требуются высокие стабильность скорости перемещения и динамичность, а также плавное регулирование скорости перемещения. Эти механизмы располагаются в основном внутри вакуумных камер, в ограниченных объемах и работают в условиях больших механических и тепловых нагрузок. Поэтому в механизмах перемещения свариваемого изделия и пушки обычно применяют электродвигатели постоянного тока типов ПБВ или силовые шаговые двигатели типов ЕС небольших размеров и большого момента.
Электродвигатели постоянного тока, работающие в вакууме, помещают в герметичный объем, соединенный с атмосферой, чтобы условия работы электродвигателей по условиям охлаждения и изнашивания щеточного механизма и коллектора не отличались от обычных.
Использование силовых шаговых электродвигателей вместо электродвигателей постоянного тока обеспечивает простое сопряжение двигателей с системами ЧПУ и управляющим вычислительным комплексом, более высокую надежность системы в связи с уменьшением числа элементов системы и увеличением точности дискретного перемещения, обусловленного фиксацией ротора при остановке двигателя. Электроприводы электромеханических систем слежения за стыком отличают: малая инерционность, т. е. высокие динамические показатели; высокий КПД; относительно невысокая мощность. Это в основном электродвигатели ШД, управляемые при помощи серийного блока управления шаговыми двигателями БУШ. Система управления шаговыми двигателями ДШИ принципиально не отличается от системы управления двигателями типа ШД.
Применение шаговых двигателей в системе слежения за стыком обусловлено относительной простотой преобразования сигналов датчика вторично-эмиссионных сигналов в унитарный код, который представляет собой последовательность импульсов. Шаговые двигатели преобразуют унитарный код в пропорциональное перемещение механизмов.
В электроприводах механизмов подачи присадочной проволоки, механизмов коррекции мундштука, вспомогательных механизмов системы теле наблюдения применяют преимущественно электродвигатели малых размеров: для механизмов подачи присадочной проволоки электродвигатели типа СЛ и КПА с тири-сторными блоками питания, позволяющими изменять скорость подачи присадочной проволоки в пределах 1:10; для других механизмов, не требующих изменения скорости — электродвигателей РД-09 с питанием от сети переменного тока и ДП1-26, ДР1, 5Р с питанием выпрямленным напряжением 27 В.
Установки для микросварки и размерной обработки. Установки этой группы предназначены для сварки и размерной обработки малогабаритных деталей радиоэлектроники, приборостроения, точной механики, для которых характерны сложность геометрических форм, различные сочетания материалов и их толщин, большое количество операций, необходимых для получения готового изделия. К микросварке в настоящее время принято относить соединения изделий с толщиной стенки менее 1 мм, а также выводов толщиной 0,05…0,3 мм с контактными площадками печатных плат и микросхем. Размерная обработка охватывает ряд технологических приемов по резке, испарению, зонной и вакуумной очистке, фрезерованию и сверлению.
Установки для микросварки и размерной обработки, как правило, универсальны. Требования к точности выполняемых операций на деталях малых размеров обусловили следующие особенности установок этой группы: наличие высоковольтных энергоблоков, формирующих пучок с минимальным диаметром 10… 100 мкм при высокой стабильности параметров; сканирование пучка по изделию на небольшой площади с высокой степенью точности; работу электронной пушки как в непрерывном режиме, так и в импульсном; высокую точность перемещения изделия; использование для наблюдения за процессом оптических систем с увеличением в 50… 100 раз; создание в высоком вакууме при объеме сварочной камеры (даже при групповой загрузке деталей) не более 0,5 м3; применение автоматизированных систем управления, работающих в комплекте с программирующими устройствами или вычислительными машинами.
К числу установок для микросварки относятся разработанные в ИЭС им. Е. О. Патона установки У. Установка имеет ускоряющее напряжение, силу тока пучка , длительность одиночного сварочного импульса до 50 мс, минимальный диаметр электронного пучка на изделии 25 мкм. Установка в комплекте с вычислительной машиной “Электра-13″ предназначена для приварки контактов интегральных схем (100 контактов в 1 мин) и сварки контактов микроразъемов.
Установка предназначена для сварки различных материалов, в том числе и тугоплавких толщиной 0,05… 1 мм непрерывным и импульсным электронным пучком. Ускоряющее напряжение установки регулируется дискретно: 30, 40, 50, 60, 70 кВ. Нестабильность ускоряющего напряжения в диапазоне 30…70 кВ за 15 мин непрерывной работы не ниже 0,05%. Сила тока электронного пучка в постоянном режиме регулируется в пределах 0…5 мА, а в импульсном достигает 10 мА. Нестабильность тока пучка в диапазоне 0…5 мА составляет 0,3%. Длительность сварочного импульса регулируется в пределах 1…50 мс.
К рассматриваемой группе относятся также следующие установки. Установка, предназначенная для микросварки и размерной обработки тонких пленок и засветки фоторезиста, работает при ускоряющем напряжении до 180 кВ. Сила тока пучка до 2 мА, диаметр пучка менее 0,015 мм. Специализированная установка УЛ предназначена для герметизации корпусов приборов, автоматизированная установка УЛ191 — для микросварки корпусов приборов, а установка У — для сварки полупроводниковых гибридных микросхем и др. На базе установки УЛ разработана установка, предназначенная для микро-сварки тонкостенных металлических корпусов приборов. Установки серийно изготовляются в двух модификациях: УЛС-3 с безмасляным вакуумом и с применением традиционных пароструйных вакуумных агрегатов.
Для ЭЛС в промежуточном вакууме в промышленности применяют установки УВЛ. К этой группе относится гамма установок , комплектуемых прямоугольной камерой 203 х 152 х 177 Мм с передним открывающимся люком. В основании и боковых стенках камеры предусмотрены окна диаметром 100 мм для присоединения сварочных манипуляторов или удлинительных камер. Привод сварочного манипулятора устанавливается за пределами сварочной камеры, а его выходной вал вводится в камеру через герметичный ввод. На этом валу внутри камеры устанавливают сменные зажимные патроны, держатели или многоместные приспособления для групповой загрузки изделий. Цикл сварки как при одиночной, так и при групповой загрузке полностью автоматизирован, причем все параметры процесса задаются оператором заранее с помощью ступенчатых переключателей на панели управления. Установки снабжены соос-ной с пучком оптической системой наблюдения с увеличением 1:4. Система имеет сетку для точной настройки пучка на стык и легко доступна для очистки от конденсата.
Базовой моделью гаммы является установка В20 со сварочной пушкой, работающей при ускоряющем напряжении Щ = 30 кВ и силе тока пучка (мощность пучка до 0,6 кВт). Диаметр электронного пучка на изделии 0,1___1 мм. В камере создается давление 10-3 Па за 70 с. Сварочный манипулятор с горизонтальной осью вращения выполнен в виде кассеты для групповой загрузки миниатюрных реле. Другой манипулятор выполнен в виде планшайбы с вертикальной осью вращения. К ней крепятся свариваемые изделия типа сильфонов. Для удобства герметизации камера установлена наклонно. Источник питания, откачная система и система управления смонтированы в станине установки, а панели управления расположены по бокам камеры.
Установка ВW5010a снабжена пушкой примерно той же мощности (0,5 кВт), но с более высоким ускоряющим напряжением (50 кВ). Регулировка ускоряющего напряжения ступенчатая (через 10 кВ). Установка позволяет сваривать стальные детали толщиной менее 2,5 мм, диаметр электронного пучка на изделии 0.1… 1 мм. Откачная система имеет насос предварительного разрежения со скоростью откачки 210 л/мин и диффузионный насос со скоростью откачки 350 л/с. С помощью этой системы в камере создается давление 10-3 Па за 70 с.
Установка В10 отличается более мощной откачной системой и уменьшенным (до 45 с) временем откачки сварочной камеры. Кроме того, установка снабжена системой дифференциальной откачки пушки и стабилизированным источником питания. Такие же системы у установки ВW6010 (60 кВ, 0,6 кВт). Установки ВW кроме более мощной пушки снабжены телевизионными системами наблюдения с замкнутым контуром.
