Для термитной сварки рельсов, стержневой арматуры железобетонных конструкций, наплавочных, ремонтно-восстановительных и других работ на базе термитных процессов не требуется специального оборудования. Для выполнения этих работ необходимы термитные смеси соответствующих составов, огнеупорные формы и средства для воспламенения смесей в начале термитных процессов.
Составы термитных смесей и огнеупорных форм, чертежи огнеупорных форм и технологии термитной сварки стержневой арматуры железобетонных конструкций разработаны Институтом электросварки им. Е. О. Патона.
Термитную сварку одно- и многожильных проводов и кабелей электросетей с площадью
поперечного сечения до 800 мм2 производят с помощью патронов марки ПА, а голых алюминиевых и сталеалюминиевых проводов поперечным сечением до 600 мм2 — патронами марки ПАС и специальными клещами для осадки . Многопроволочные медные провода электросетей площадью сечения от 25 до 150 мм можно соединять также с помощью термитных патронов и клещей для осадки. Марка патронов для термитной сварки алюминиевых
Соединение сваркопайкой разнородных материалов (меди со сталью, титана с медью, алюминия с медью, ниобия со сталью и др.) осуществляют с помощью оборудования общего назначения для сварки.При дуговой сваркопайке используют, например, автоматы для дуговой сварки неплавя-щимся электродом в среде защитных газов АРК и других с соответствующими источниками питания. Сваркопайка неплавящимся электродом может осуществляться на установках ПРСМ-ЗМ, на переменном токе — на установках типов УДАР и УДГ, а в среде аргона — на нестандартной установке для соединения вольфрамового узла с массивным медным охладителем.
В вакуумной камере нестандартной установки размещен поворотный стол, на котором устанавливают изделия . После откачки воздуха из камеры вакуумным насосом в нее с помощью натекателя напускают аргон из баллона. Стол вращается до тех пор, пока одно из изделий не займет фиксируемого положения для сварки. После этого включается сварочный ток, головка вращается вокруг детали, оплавляя медь, которая заполняет специальный паз в вольфраме, хорошо смачивая последний. Цикл повторяется и производится сваркопайка следующего изделия. Одновременно в камеру загружается изделий. Управление процессом осуществляется с пульта 10.
Для сваркопайки может быть использован широкий ряд установок для электронно-лучевой сварки, например, А 306.13. Применение электронно-лучевой технологии благодаря вакуумной защите и точному дозированию количества теплоты часто предпочтительнее других методов, особенно при наличии в соединяемой паре высокоактивного металла.
Сваркопайка изделий нахлесточными соединениями из разнородных металлов (например, из титана и алюминия) осуществляется на контактных точечных и шовных машинах, основными операциями которых являются сжатие и нагрев деталей током. Наиболее перспективны установки с нагревом переменным током промышленной частоты, постоянным током и конденсаторные. Режим сварки выбирается таким образом, чтобы произошло частичное оплавление более низкотемпературного металла, а соединение происходило за счет смачивания им второго металла. Для получения таких соединений успешно применяют машины: для контактной точечной сварки на переменном токе МТ и др.; для конденсаторной точечной сварки МТК и др.; для шовной сварки на переменном и постоянном токе МШ и др.
Особо следует отметить перспективность применения установок большой мощности (более 500 кВ-А), например, машин для рельефной сварки. Так, машина, имеющая номинальную силу тока 100 кА (номинальная мощность 800 кВ • А) и усилие сжатия до 80 кН, успешно применена для сваркопайки композиционных материалов на основе алюминия с алюминием, медью, титаном, коррозионно-стойкой сталью. Соединяются как плоские, так и трубные заготовки, причем в последнем случае при необходимости за счет особой конструкции приспособления можно обеспечить всестороннее сжатие. При соединении материалов с однородной основой, как правило, применяют более легкоплавкий припой.
Для получения стыкового соединения методом сваркопайки труб и прутков диаметром менее 20 мм из разнородных металлов (сталь-титан, коррозионно-стойкая сталь—ниобий или медь) для нагрева используют дугу низкого давления. Установки для осуществления этого процесса включают вакуумную камеру с соответствующей системой откачки, источник переменного тока и систему управления. Внутри вакуумной камеры располагаются подвижный и неподвижный зажимы, предназначенные для крепления соединяемых деталей и подвода к ним электрического тока. Режим нагрева подбирается таким образом, чтобы торец менее тугоплавкой детали оплавился, а более тугоплавкой нагрелся до температуры смачивания. После этого торцы быстро сближаются. Обычно такие установки получают переоборудованием имеющихся установок, например, на базе установок УДСВ.
В последние годы получил распространение процесс сваркопайки с использованием процесса аргонодуговой сварки с присадкой в зону дуги припоя в массовом производстве, например, в автомобилестроении. В Японии разработано специализированное оборудование, отличающееся высокой степенью автоматизации. На поворотном столе размещаются стальные изделия . Сварочная головка и катушка с присадочной проволокой размещены на специальных консолях. Все оборудование, включая баллон с аргоном и блок управления , смонтировано в одном корпусе. Установка работает следующим образом. При нахождении детали в исходном положении включается подача аргона, затем сварочный ток. После этого начинается прогрев вращающегося изделия за счет теплоты дуги, горящей между неплавящимся электродом и изделием. После подогрева изделия до температуры смачивания стали латунью (контроль по времени) включается механизм 5 подачи проволоки и под дуту начинает подаваться латунь, причем в строго определенное время. Затем ток и подача проволоки отключаются, а шов, полученный за счет использования процесса сваркопайки, несколько секунд обдувается аргоном, после чего подача его прекращается. Затем стол перемещается на следующий шаг, и процесс повторяется.
Преимущества такого оборудования следующие: высокая производительность, исключение применения флюса, высокое и стабильное качество за счет точного соблюдения всех параметров процесса.
Сваркопайка, безусловно, не универсальный процесс. Однако во многих случаях, особенно при соединении разнородных материалов, этот метод позволяет найти наиболее рациональное решение, особенно при использовании специализированного автоматизированного оборудования.
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.
Вторично-эмиссионные системы слежения применяются только при наличии явного стыка, либо его заменяющей клиновидной канавки на поверхности металла. Изготовление сварных конструкций, имеющих замкнутую поверхность, сопряжено с определением положения середины “скрытого” стыка. Так, при сварке тавровых соединений со стороны листа необходимо контролировать положение оси ребра, находящегося под листом. Стык между листом и ребром, невидимым со стороны листа, называют “скрытым” стыком.
Для контроля положения середины “скрытого” стыка изделий из немагнитных металлов разработан специальный прибор. Работа прибора основана на сочетании цифрового интегрирующего метода измерения с токовихревым методом контроля . Для этого используется дифференциальный токовихревой преобразователь ТВП накладного типа, собранный на Ш-образном магнито-проводе из ферромагнитного материала. Преобразователь содержит три обмотки, причем питающая обмотка расположена на среднем стержне, измерительные — на крайних стержнях. Питающая обмотка подключена к выходу генератора синусоидального напряжения, а измерительные — ко входам дифференциального усилителя ДУ. Разностное напряжение на выходе ДУ определяется смещением оси ТВП относительно середины “скрытого” стыка, так как при несовпадении этих осей возникает асимметрия магнитного поля преобразователя. В результате этого амплитуда напряжения на одной обмотке возрастает, а на другой — уменьшается. Разность напряжений измерительных обмоток после усиления подается на синхронный детектор СД, управляемый сигналом с выхода того же ГСП. Постоянная составляющая про-детектированного напряжения выделяется фильтром нижних частот ФНЧ и преобразуется в цифровой эквивалент аналого-цифровым преобразователем АЦП. Величина и знак выходного сигнала АЦП соответствуют значению и направлению смещения оси ТВП и середины “скрытого” стыка. При совпадении измеренное АЦП напряжение равно нулю. Этот признак используется для управления искровым разрядником, который маркирует на поверхности изделия положение середины “скрытого” стыка.
В ИЭС им. Е. О. Патона разработан прибор для стабилизации уровня фокусировки электронного пучка при сварке металлов толщиной менее 30 мм (в комплекте с коллектором ионов ОЛ139). Прибор предназначен для работы вместе с энергоблоком (30 кВ); также возможно его использование с энергоблоками ЭЛА. В состав прибора входит источник тока фокусирующей линзы сварочной пушки и имитатор сигналов ионного тока. Прибор имеет два основных режима работы — ручной и автоматический. В ручном режиме оператор устанавливает силу тока фокусирующей линзы пушки и в процессе сварки контролирует уровень фокусировки электронного пучка по частоте ионного тока. В автоматическом режиме в процессе сварки фокусировка пучка автоматически поддерживается на заданном уровне. При этом компенсируются нарушения уровня фокусировки пучка относительно поверхности свариваемого изделия, вызванные изменением расстояния между сварочной пушкой и изделием, износом катода пушки, нестабильностью электрических параметров энергоблока (например, ускоряющего напряжения) и др.
Контроль положения фокуса электронного пучка. В Институте электросварки им. Е. О. Патона разработан новый метод непосредственного определения положения фокуса тонкого аксиально-симметричного электронного пучка высокой мощности. Метод является модификацией известного метода прямого края пластины и обеспечивает высокую точность контроля и большую долговечность датчика при мощности электронного пучка менее 100 кВт. На основе этого метода контроля создано устройство “Дельта-1″, состоящее из датчика и электронного блока Датчик располагается в вакуумной камере на расстоянии 20…40 мм от оси электронного пучка. Устройство измеряет диаметр электронного пучка при импульсном его отклонении на датчик. Минимальный диаметр электронного пучка соответствует его фокусировке на уровне датчика. Контроль диаметра электронного пучка можно осуществлять и во время технологического процесса (сварка, резка, наплавка, обработка) без нарушения его качества.
