Источниками питания при ВДР являются стандартные сварочные преобразователи и трансформаторы. При выборе источников питания следует учитывать конкретные производственные условия и технологические требования. Так, при работе на силе тока менее 500 А оптимальным является применение сварочных преобразователей или выпрямителей. Использование постоянного (выпрямленного) тока обратной полярности обеспечивает стабильность процесса, хорошее качество реза и достаточно высокую производительность труда. Стабильность протекания процесса резки на переменном токе такой же силы достигают путем включения осциллятора и повышения напряжения холостого хода до 100 В.
Выбор источников тока зависит также от материала обрабатываемых изделий. При резке нелегированных сталей оптимален постоянный ток обратной полярности, обеспечивающий более высокую производительность процесса при удовлетворительном качестве обрабатываемой поверхности. При обработке легированных коррозионно-стойких сталей во избежание науглероживания поверхности реза и последующей межкристаллитной коррозии следует применять источники переменного тока. Для обработки чугуна также рекомендуются источники переменного тока, при этом параметры шероховатости поверхностей реза сопоставимы с этими же параметрами поверхности отливок. ВДР цветных металлов и их сплавов осуществляют с применением как сварочных преобразователей, так и трансформаторов .
Мощность источника тока определяется сечением разрезаемых деталей и требуемой производительностью процесса, а при обработке отливок — размерами литейных элементов, удаляемых с поверхностей. В табл. приведены рекомендуемые источники питания в зависимости от разрезаемого материала и его толщины.
Механизированные устройства для ВДР повышают ее эффективность и расширяют границы применения. При однооперационной работе с большим объемом протяженных розов, например, при подготовке кромок на листах под сварку, целесообразно использовать механизмы с полным автоматическим циклом.
Автоматическую ВДР на установке АВД-1 применяют, например, для снятия усиления сварного шва высотой 4…5 мм со скоростью 120… 140 м/ч. Производительность процесса при этом в 3—4 раза выше, чем при ручной резке. Для производств, имеющих широкую номенклатуру изделий с разной длиной резов и поочередным выполнением этих резов, устройства с автоматическим циклом и контролем режима резки малоэффективны. В подобных случаях применяют более простые устройства. Механизированную резку на установке ПВД-3 используют при изготовлении шарового резервуара из стали объемом 600 м3. Источником питания является сварочный выпрямитель с набором балластных реостатов РБ-300. Резку ведут угольными электродами диаметром 7 и 9 мм с углом наклона к поверхности реза 30° на режиме: сила тока 500 А, скорость резки 21 м/ч, давление сжатого воздуха 0,4 МПа, расход 32 м3/ч. Механизированная ВДР позволяет выдержать требуемую форму разделки корня шва, обеспечивает необходимую шероховатость поверхности реза. В результате не только повышается производительность процесса, но и снижаются затраты на последующую заварку корня шва.
При использовании ВДР в литейном производстве в связи с широкой номенклатурой обрабатываемых отливок с большим разнообразием литейных элементов, подлежащих удалению, их нестабильности по линейным размерам, объему и местоположению, целесообразно использование манипуляторов с ручным дистанционным управлением. Для ограничения изгибающего усилия на угольный или графитированный электрод применяют манипуляторы повышенной чувствительности обратной связи: усилие, испытываемое электродом, не должно превышать 5… 10 Н.
Перспективно применение в качестве электрода вращающегося диска, перемещаемого параллельно обрабатываемой плоскости и при механизации процесса ВДР на обрубных операциях в литейных цехах. При этом усилие взаимодействия изделия с вращающимся электродом направлено по радиусу последнего, изгибающий момент отсутствует, электрод выходит из строя только при износе его рабочей поверхности. Установки для ВДР вращающимся электродом используют для работы как в автоматическом, так и полуавтоматическом циклах. Схема рабочей головки установки представлена на рис. 2.25. Дисковый электрод / имеет токоподвод 2, питаемый электрическим током. Сжатый воздух подается от бокового сопла 3, расположенного по касательной к окружности дискового электрода. Система охлаждения электрода выполнена в виде секторного кожуха 4, снабженного распылительными соплами 6 и отсасывающим паровоздушную смесь устройством 5, расположенным в верхней части кожуха.
Дисковым электродом диаметром 500 мм при работе с силой тока 2500…5000 А, частоте вращения электрода 600… 1000 мин-1, подаче 240… 1000 мм/мин обеспечивается высокая производительность процесса (до 150 кг/ч выплавленного металла) при удовлетворительном качестве поверхности реза и сравнительно малом тепловом воздействии на обрабатываемый металл.
Оборудование для дуговой конденсаторной сварки. Установки для дуговой конденсаторной сварки (ДКС) по сравнению с установками для УКС имеют кроме активного сопротивления индуктивность, включенную последовательно в цепь разряда конденсаторов, и осциллятор для возбуждения дуги при сварке с неподвижным тугоплавким электродом (при ДКС с возбуждением дуги предварительным касанием электрода и привариваемой проволоки осциллятор не нужен). В установках для ДКС не применяют высоковольтные регуляторы напряжения, а следовательно, высоковольтные конденсаторы. Зарядные устройства для этих установок такие же, как у установок для контактной сварки. Они отличаются значениями накопленной энергии (емкостью и напряжением заряда конденсаторов).
В установках для ДКС проволок выбор типа конденсаторов определяется способом возбуждения дуги. Если инициирование дуги происходит касанием тонкой привариваемой проволоки неплавящимся электродом, то применяют электролитические конденсаторы. В случае пробоя воздушного промежутка между свариваемыми деталями высоковольтным разрядом осциллятора используются металлобу-мажные конденсаторы.
Напряжение заряда конденсаторов в установках для ДКС регулируется в пределах 40… 150 В. При этом сила тока разряда не превышает 50 А. Установки для ДКС выпускают единичными экземплярами.Источник И-165 предназначен для дуговой конденсаторной приварки центрального вывода электрических ламп накаливания вместо пайки оловянным припоем. Структура И-165 построена по общему принципу источников питания установок для дуговых способов конденсаторной сварки: выпрямительный блок с зарядным трансформатором, который одновременно служит в качестве разделительного (для безопасности работы); токоогра-ничивающий резистор и средства коммутации на стороне переменного (блокировка) и постоянного тока; блок управления напряжением заряда и включения разряда конденсаторов; конденсаторная батарея; элементы управления разрядным током (дроссели и резисторы), а также коммутатор разрядного тока. В зависимости от назначения в состав источников питания включают блокирующие устройства (для обеспечения безопасности обслуживания при наладке и ремонте), а также элементы автоматизации, подчиняющие работу установки ритму работы основного устройства.
В однофазную сеть переменного тока источник тока включается разъемом XI и выключателем SAI . Через предохранитель F1 напряжение 220 В подается на трансформатор управления, о чем сигнализирует лампа El (сети). Одновременно включается промежуточное реле К2, которое, в свою очередь, включает реле К1 заряда конденсаторов, срабатывающее при нормальном положении блокировок и обесточенном реле аварии. Реле включает трансформатор , отключает разрядный резистор и самоблокируется. От выпрямителя VD2 подается напряжение на блок управления, который вырабатывает сигнал для включения оптрона VD8 и разрешения заряда конденсаторов через соответствующие резисторы током выпрямителя.
С целью создания импульса, имеющего форму, удовлетворяющую технологическим требованиям, в источнике питания конденсаторная батарея секционирована на три части, каждая из которых имеет определенный набор элементов, управляющих формой импульса. Так, конденсатор , предназначенный для возбуждения дуги, разрежается через резистор с постоянным сопротивлением Я4У конденсаторная батарея — через регулируемое сопротивление, а конденсаторная батарея , играющая главную роль в плавлении присоединяемой проволоки, — через дроссель ?7 и регулируемый резистор (ток разряда).
Выбор напряжения заряда производится потенциометром Я7 (напряжение заряда). При этом в блоке управления напряжение на конденсаторах сравнивается с опорным напряжением и при достижении заданного значения выключается оптрон и подготавливается к включению оптрон УйП. Контроль напряжения заряда производится вольтметром РІЇ1 при включенном выключателе (прибор включен).
Включение разряда производится тумблером подающим напряжение на реле КЗ. Реле КЗ отключает контрольную цепочку с реле К4, переключает выход блока управления с зарядки на разряд и включает оптроны УВП и УО12. Окончание процесса сварки отмечается размыканием тумблера ЗВ2. Вместо прибора может быть любое другое механическое или электромеханическое устройство.
В схеме предусмотрены две блокировки. Одна из них находится в цепи питания реле К1 и обеспечивает препятствие свободному доступу к токонесущим элементам схемы. Вторая контролирует отсутствие несанкционированного напряжения на выходе источника питания при пробое одного или обоих оптронов УОП и УО12. При этом срабатывает реле, отключающее реле. Аварийное отключение может производиться кнопкой
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.
После включения пушки происходит сварка кольцевого шва изделия. По завершении сварки и вывода кратера пучок выключается, клапан отсекает сварочную камеру и она заполняется воздухом. Камера изделия тем же пневмоцилиндром опускается в гнездо поворотного стола, который поворачивается на следующую позицию, цикл повторяется. Все операции на установке, кроме загрузки и выгрузки, автоматизированы и происходят без участия человека. Производительность установки 50…80 изделий в 1 ч.
Специализированное оборудование повышенной производительности используется и для сварки более крупных изделий, в частности корпусов мостов автомобилей [18].
Одним из путей развития оборудования высокой производительности являются установки со шлюзовыми системами подачи изделий под сварку. Эти установки имеют наиболее высокую производительность вследствие выполнения вспомогательных операций, таких как загрузка и выгрузка свариваемых деталей, откачка и другие, параллельно со сварочным процессом. Шлюзовые системы могут быть периодического и непрерывного действия. Выбор той или иной системы зависит от свариваемых изделий. При сварке штучных изделий применяются системы периодического действия, у которых подача очередного изделия на сварочную позицию или перемещение сварочной пушки (или пучка) к очередному изделию требуют, как правило, остановки сварочного процесса. Шлюзовые системы непрерывного действия используются обычно при сварке изделий бесконечной или достаточно большой длины: полотен ленточных пил, триметаллической ленты для держателей маски кинескопов и др.
Конструкции шлюзовых устройств периодического действия весьма разнообразны. Необходимость исключения из конструкции поточно-вакуумной системы часто срабатывающих и недостаточно надежных вакуумных затворов привела к созданию установок, в которых в качестве затворов используются свариваемые изделия или “спутники”, в которых находятся изделия. В установках такого типа загрузка и выгрузка производятся проталкиванием или протягиванием изделий через уплотнения. При этом наружная поверхность изделий или “спутников” плотно прилегает к внутренней поверхности кольцевых уплотнителей. В месте контакта изделия или “спутника” с уплотнителем достигается герметичность. Кольцевые уплотнители и соответствующее количество свариваемых изделий образуют в устройствах загрузки и выгрузки своеобразные шлюзовые камеры между двумя соседними изделиями. Откачка из этих камер по мере продвижения изделия в рабочую камеру осуществляется отдельными насосами. Подобные установки (типа У579) созданы для сварки кольцевых швов на корпусах реле, для сварки малогабаритных изделий радиоэлектроники.
Наиболее высокую производительность при ЭЛС обеспечивают установки со шлюзовыми системами непрерывного действия. Фирмой Техмета (Франция) разработана установка со шлюзовой системой для сварки полос из двух или трех заготовок: биметаллических полос медь—сталь, медь—серебро для электрических контакторов, магнитный сплав — сталь для реле и др.
Установки для сварки крупногабаритных изделий. Установки этой группы известны трех типов: камерные (с герметизацией всего изделия), с локальным и мобильным вакуумирова-нием (частично герметизирующие изделие). Камерные установки отличаются многообразием конструкций. В зависимости от размеров и конфигурации свариваемого изделия, его массы, особенностей сварочной оснастки вакуумная камера может иметь форму куба (параллелепипеда) с верхней откидной крышкой, цилиндра, шара.
Установка имеет прямоугольную камеру (объем 42 м3). В ней сварка обечаек выполняется при их вертикальном расположении с наращиванием соединяемых элементов. Для снижения деформаций сварка может выполняться одновременно двумя пушками, установленными в диаметрально противоположных точках. Катодная пушка установлена на двухкоординатном манипуляторе с пределами перемещений 2800 мм по вертикали и 1000 мм по горизонтали. Изделие устанавливается на тележку с вертикальным вращателем. При необходимости для перемещения изделия могут быть использованы и другие механизмы. Установка У736 имеет камеру объемом 20 м3 с откидывающейся верхней крышкой, что весьма удобно в эксплуатации. Установки УЛ предназначены для сварки диафрагм и пакетов лопаток мощных паровых турбин. Камеры установок могут поворачиваться на 180°, что обеспечивает сварку в любом пространственном положении. На днищах камеры с двух сторон закреплены приставки, внутри которых размещены сварочные пушки и механизмы их перемещения. Внутри камеры установлена планшайба для вращения свариваемых изделий. Следует отметить также специальные установки УЛ и УЛ680М для сварки в высоком вакууме труб с трубными решетками теплообменных аппаратов. В установке УЛ сваривают изделия длиной 2300 мм, диаметром трубной решетки 130 мм и свариваемой трубки 3…10 мм, а в установке У680М — изделия длиной 3200 мм, диаметром трубной решетки 1200 мм и свариваемой трубки 8… 16 мм.
