Контроль герметичности. Контроль герметичности сварных соединений осуществляется с помощью течеискателей и различного рода вакуумного и пневматического оборудования: вакуумных насосов, компрессоров, газовых баллонов, редукторов, баков, вакуумных камер, манометров, вакуумметров и т. д. . Большое распространение получили газоаналитические течеискатели, избирательно регистрирующие утечки или натекания того или иного пробного газа (гелия, фреона, метана, водорода, закиси азота и т. д.).
Масс-спектрометрические гелиевые течеискатели ПТИ обладают наибольшей чувствительностью и применяются в электронной технике, авиации и космонавтике, атомной и тепловой энергетике и пр. Галогенные, электронно-захватные, плазменные течеискатели ГТИ, ПТ-2 позволяют обнаружить утечки электроотрицательных газов (хладо-нов, эль-газов и др.).
Наиболее простым и объективным методом контроля герметичности является пузырьковый. При этом в изделии создается избыточное давление газа, изделие погружается в жидкостную ванну или на контролируемые участки наносится пленка пенообразующего раствора. Появление пузырьков свидетельствует о наличии утечек. Сварные швы листовых незамкнутых конструкций проверяются на герметичность с помощью накладных вакуумных камер и вакуумных насосов. Гелиевый масс-спектрометрический течеи-скатель ТИ1-14 показан на рис. Техническая характеристика течеискателей представлена в табл.
Капиллярный контроль. Капиллярные дефектоскопы представляют собой совокупность приборов и вспомогательных средств, которыми с помощью набора дефектоскопических материалов осуществляют технологический процесс контроля сварных соединений, наплавки или поверхности металла. Аппаратура капиллярного контроля строится, как правило, в виде агрегатных комплексов средств, взаимосвязанных по функциональному назначению, конструкции, параметрам . Для капиллярной дефектоскопии могут использоваться источники ультрафиолетового излучения, портативные дефектоскопические комплекты, стационарные лабораторные и цеховые установки, а также механизированные дефектоскопические линии массовых производств.
Стационарная установка КД-20Л предназначена для облучения ультрафиолетовым светом изделий, обработанных люминесцентными материалами, при массовом производстве. Передвижная установка КД-21Л предназначена для контроля швов и поверхности крупногабаритных изделий по участкам. Отличительными особенностями установки являются возможность широкой переориентировки потока ультрафиолетового излучения и отсутствие теплового воздействия источника на оператора. Аэрозольный комплект многократного пользования КД-40ЛЦ предназначен для выполнения контроля в полевых, цеховых и лабораторных условиях, а также для повторного заполнения аэрозольных баллонов дефектоскопическими материалами. Аэрозольные баллоны кроме дефектоскопического материала содержат сжиженный газ пропелент. Он служит для создания давления в баллоне и распыления материала. При нормальном давлении пропелент испаряется и дробит дефектоскопический материал на мельчайшие частицы.
Для осмотра сварных швов в процессе контроля предусмотрен переносной ультрафиолетовый облучатель КД-ЗЗЛ.
Ультразвуковые, радиоволновые, магнитные и вихретоковые толщиномеры. Для измерения толщин стенок труб, резервуаров, корпусов судов и других видов металлоконструкций широкое распространение получили ультразвуковые толщиномеры. В табл. 3.10 показана техническая характеристика ультразвуковых толщиномеров с диапазоном измерений 0,25… 1000 мм. Погрешность измерений зависит от толщин и составляет ориентировочно: (0,5… 10) ± 0,02; (10…20) ± 0,03; (20…50) ± 0,05 мм. Толщиномеры снабжены блоками памяти, которые могут сохранять до 1800 результатов измерений. Через блок интерфейса они могут подключаться к печатающему устройству или ЭВМ. Для объектов, на которые нельзя наносить контактные жидкости, разработаны электромагнитно-акустические бесконтактные толщиномеры, например, ЭМАТ-1.
Для оценки толщины и пористости диэлектрических покрытий применяют радиоволновые, магнитные и вихретоковые толщиномеры.
Сварка выполняется по двухэлектродной схеме неплавящимся электродом в среде аргона. Во время сварки головка с электрододер-жателями неподвижна, вращаются детали.
Установка Н предназначена для механизированной сварки в защитной среде азота кольцевых швов силовых полупроводниковых приборов, свариваемый материал — ковар и коррозионно-стойкая сталь 12Х18Н10Т. В состав установки входит вращатель, узел элек-трододержателей и трехпозиционный стол. На первой позиции происходит центровка и фиксация изделия в цанге вращателя, на второй позиции из изделия откачивается воздух (разрежение менее 1,31 Па), а затем происходит заполнение камеры азотом. На третьей позиции происходит сварка кольцевого стыка. При сварке вращается изделие, двухэлектрод-ная головка неподвижна. После окончания сварки производится выгрузка сваренного изделия. Производительность установки составляет 180…200 изделий/ч.
Автоматическая установка Н-108 работает по методу контактного плавления при герметизации трубных каналов из коррозионно-стойкой стали. Отличительной особенностью установки является то, что приварка заглушек производится внутри трубы на глубине до 4 м. Двухэлектродная сварочная головка приводится в движение приводом, установленным снаружи у торца трубы.
Сварка контактным плавлением может производиться на переменном или постоянном токе. В качестве источников питания могут быть использованы трансформаторы, выпрямительные устройства, кислотные или щелочные аккумуляторы электроэнергии, обеспечивающие необходимые электрические параметры сварочной цепи. Сила сварочного тока обычно составляет 100…500 А и более при напряжении холостого хода 2…6 В.
Источники питания. Для сварки контактным плавлением Институтом электросварки им. Е. О. Патона созданы специализированные источники питания типов И и И-18. Главным требованием, предъявляемым к специализированным источникам питания, является обеспечение стабильности режима сварки по установленной программе, независимо от колебаний напряжения питающей сети, нагрева токопроводящих кабелей и электродов и многих других факторов, влияющих на параметры сварочной цепи. На рис. представлена диаграмма одной из возможных технологических программ изменения силы сварочного тока во времени . Первый участок программы характеризуется плавным ростом силы тока, что позволяет исключить выброс металла в контакте электрод—деталь в начальный момент сварки. На участке сила тока должна стабильно поддерживаться постоянной. На участке происходит плавное снижение силы тока в связи с окончанием сварки, что исключает появление кратеров и выброс металла из сварного шва на заключительном этапе сварки. В ряде случаев участок может быть более сложным.
В состав источника питания И входит однофазный силовой трансформатор. Стабилизация режима сварки и управление по заданной программе осуществляются тиристор-ным регулятором напряжения типа РНТО, включенным в первичную обмотку сварочного трансформатора. При сварке постоянным током сварочная головка подключается к источнику через выпрямительный блок. Переменное напряжение сварочного трансформатора выпрямляется диодами блока с последующей фильтрацией дросселем. Стабилизация амплитуды выпрямленного напряжения производится ограничительными диодами блока, шунтирующими сварочную цепь. Питание источника осуществляется от сети с напряжением 220 В. Пределы регулирования сварочного тока 5… 1500 А.
Более совершенный источник питания И представляет собой выпрямитель, преобразующий трехфазный переменный ток номинальным напряжением 380 В в постоянный. Управление процессом сварки осуществляется с помощью микропроцессорной системы на базе однокристальной микроЭВМ. Регулирование силы тока в сварочной цепи и выполнение заданной программы его изменения производится посредством блока силовых транзисторов (типа ТКД 165-250-1), включенного последовательно в сварочную цепь. Система управления допускает набор 16-ти программ, при необходимости их число может быть увеличено до 32. Пределы регулирования сварочного тока 10… 1000 А.
Источник питания И-185 отличается от И-176 наличием однофазного силового сварочного трансформатора. Управление током сварочной цепи осуществляется посредством тиристорного контактора серии КТ, включенного в первичную цепь силового трансформатора. Блок программного управления выполнен на базе однокристальной микроЭВМ. Пределы регулирования сварочного тока 10… 1000 А, питание источника осуществляется от сети переменного тока с напряжением 220 В.
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.
Соответствие функциональным задачам включает строгое обеспечение требуемой мощности, скорости сварки или резки, глубины проплавления, фокусировки пучка, номенклатуры свариваемых и разрезаемых материалов и др. В то же время значительный запас по основным параметрам приводит к противоречию с другими требованиями, предъявляемыми к аппаратуре.
Безопасность при функционировании сварочной аппаратуры в космосе включает защиту от высокой температуры, до которой может быть нагрет расплавленный металл или отдельные детали оборудования, от электронного луча, от повышенного напряжения источников питания, а также от сопутствующих явлений (рентгеновского и инфракрасного излучения, электро- и радиопомех и др.). Безопасность достигается соответствующим выбором параметров аппаратуры.и конструктивных решений локализацией зон потенциальной опасности, введением различного рода ограждений, экранов, ловушек, блокировок и пр.
Высокая надежность подразумевает надежность технологии как физического процесса (процессов) и надежность функционирования оборудования. Обе эти составляющие взаимосвязаны. Надежность технологии в большей степени зависит от сведений об условиях выполнения процессов сварки или резки и степени их предварительной обработки, а надежность функционирования оборудования — от правильности конструктивных решений, выбора и качества конструкционных материалов и комплектующих изделий, резервирования функционально важных узлов и др.
Минимальные габаритные размеры, масса и энергоемкость обеспечиваются, как правило, рациональным выбором конструкционных материалов и комплектующих изделий, отвечающих современным требованиям; тщательным выполнением предварительных тепловых и механических расчетов; оптимизацией эксплуатационных параметров и др. Эти требования обычно противоречат повышению надежности и безопасности. В свою очередь, повышение безопасности препятствует качественному и полному выполнению функциональных задач, повышению надежности и т. д. Поэтому приходится оптимизировать требования к оборудованию с учетом приоритетности каждого из них. Контроль параметров процесса возможен сопутствующий, последующий и одновременный. -При сопутствующем контроле непосредственное участие в нем принимают операторы: обычно один-два наиболее важных параметра непрерывно отображаются на табло индикации, а остальные измеряемые параметры проверяются периодически по вызову. Одновременно все измеряемые параметры через собственную систему телеметрии сварочной установки подаются на вход системы телеметрии космического объекта, регистрируются его записывающими устройствами и через определенные промежутки времени передаются на Землю. Это необходимо для последующего контроля и анализа режима работы установки.
Диагностирование состояния оборудования необходимо перед первым включением его после доставки с Земли на борт космического объекта и перед каждым последующим включением после хранения на борту. В зависимости от сложности и ответственности оборудования применяют различные системы диагностирования: от простейшей, отвечающей лишь на вопрос “функционирует—не функционирует”, до развитой, позволяющей определить неисправный узел, с достаточной степенью вероятности оценить причину неисправности, принять решение о необходимости перехода на резервные системы или зарегистрировать факт автоматического их подключения.
Совместимость с системами и экипажами космических объектов подразумевает: отсутствие взаимных помех при функционировании сварочного оборудования и других систем объекта; согласование параметров систем энергопитания, телеметрии и терморегулирования (при необходимости); максимально возможную степень использования имеющихся на борту объекта оборудования и аппаратуры; удобство обслуживания и соответствие внешнего вида сварочного оборудования интерьеру объекта; соответствие органов управления и индикации антропометрическим данным экипажа объекта и специфике защитного снаряжения, если такое имеется.
Ремонтопригодность ввиду сложности космического сварочного оборудования и высокой стоимости доставки на космические объекты требует обеспечения ресурса его работоспособности, измеряемого десятками лет. Такой ресурс возможен только при замене отдельных блоков или узлов. Аппаратура должна обеспечивать быструю, легкую и безопасную их замену. Как правило, замена производится в герметичных отсеках космических объектов. Но в ряде случаев может потребоваться замена и за бортом. При этом должна быть обеспечена возможность замены оператором, снаряженным в скафандр. Конструкция. Для сварки в космосе используется довольно сложный комплекс аппаратуры, объединенной единой функциональной задачей (рис. 2.15). Основным звеном комплекса является технологическая аппаратура /, под которой понимаются собственно установка для сварки и резки. Первая в мире установка для сварки и резки в космосе “Вулкан”, разработанная в Институте электросварки им. Е. О. Патона, показана на рис.. Технологическая аппаратура нуждается в специально оборудованном рабочем месте, которое, в зависимости от зі-дач, может быть стационарным или переносным. Самостоятельным звеном комплекса космической сварочной аппаратуры является комплект вспомогательных приспособлений предназначенных для механизации трудоемких или опасных операций. Весь комплекс аппаратуры связан с основными энергетическими и информационными системами космических объектов. Технологическая аппаратура, базирующаяся на электронно-лучевых источниках нагрева, состоит из нескольких взаимосвязанных, но функционально самостоятельных узлов
