Сварка различных полимерных материалов осуществляется с применением ручных и механизированных сварочных инструментов и приспособлений, а также установок и машин, среди которых доля оборудования с автоматизированными системами управления весьма незначительна. Специализация оборудования зависит от вида сварки: нагретым газом или инструментом; экструзионной; трением вращения; ультразвуковой и высокочастотной; инфракрасным излучением. Широкий интервал сварочных параметров позволяет настраивать оборудование на требуемые параметры сварки в зависимости от конкретных соединяемых материалов.
Сварка нагретым газом, как правило, осуществляется с применением ручных нагревателей различной конструкции: газовых косвенного и прямого действия; с электрообогревом, которые нашли наиболее широкое применение, поскольку более просты и безопасны в эксплуатации.
Наибольшее распространение получил универсальный электрический нагреватель ГЭП-2 , предназначенный для сварки нагретым газом различных пластмассовых изделий, толщиной менее 20 мм с помощью присадочных прутков диаметром 3…5 мм. Температура газа-теплоносителя на выходе из наконечника нагревателя 260…600°С, давление газа-носителя не более 0,5 МПа, расход 3000…7000 л/ч, напряжение питания 36 В, потребляемая мощность 750 Вт, масса 0,75 кг, габаритные размеры 210 х 30 мм.
Полуавтомат ПГП-1 создан для сварки нагретым газом с применением присадочного материала в нижнем положении стыковых соединений листов из термопластов. Он смонтирован на самоходной тележке и комплектуется специальным блоком питания. Полуавтоматические машины типа МСП созданы для сварки пленок из термопластов нагретым газом без присадочного материала. Сварка нагретым инструментом по техническим и технологическим признакам подразделяется на группы: стыковая раструбовая, прессовая, термоимпульсная, ленточная и роликовая .
Оборудование для стыковой сварки наиболее широко применяется для соединения пластмассовых труб нагревательным инструментом, работающим на газообразном или твердом топливе, или на электроэнергии. Нагревательный инструмент ОБ работает на твердом топливе и применяется в комплекте с установками для сварки пластмассовых труб диаметром 63… 110 мм, а инструмент типа ОБ — на пропан-бутане и предназначен для сварки пластмассовых труб диаметром 63…225 мм. Нагревательный инструмент ТИИ-110/225 (теплогенератор инфракрасного излучения) работает на сжиженном газе и применяется в комплекте с установкой для сварки полиэтиленовых труб УСПТ-09.
Оборудование для стыковой сварки труб нагретым инструментом в зависимости от условий применения можно разделить на следующие группы: ручные приспособления и устройства; переносные установки; передвижные установки на колесном ходу; полустационарные и стационарные установки, перемещаемые с применением специальных механизмов. Привод может быть рычажный, винтовой, гидравлический, пневматический. Центраторы (зажимные узлы) установок рассчитаны на ряд типоразмеров труб, поэтому каждая установка комплектуется сменными вкладышами.
Установки, разработанные ИЭС им. Е. О. Патона , охватывают весь диапазон диаметров пластмассовых труб. В комплект установок входят центратор, электронагревательный инструмент, торцеватель и блок управления. Оборудование, представленное в табл, предназначено для единичного производства.
Широко применяются установка УСПТ с гидроприводом, предназначенная для сварки в монтажных условиях полиэтиленовых труб диаметром 63…225 мм, а также приварки к трубам соединительных деталей, установки УСП- (гидропривод) и УСП-69 (ручной привод) для сварки пластмассовых труб диаметром менее 315 мм, а также оснащенные гидроприводом комплекты УСКП (для сварки труб диаметром 140…630 мм)
Установки для сварки изделий средних габаритов. Установки этой группы наиболее многочисленны и разнообразны, особенно распространены для сварки в высоком вакууме, нашли применение в ракетной, авиационной, станкостроительной и автомобильной промышленности, при производстве тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. Для них характерно: применение пушек с различным ускоряющим напряжением при мощности электронного пучка 0,5… 100 кВт, стационарных и перемещаемых внутри вакуумной камеры; использование вакуумных камер объемом 0,5…4 м3, при этом время откачки до рабочего давления 6 -10-1…6 -10-3 Па составляет 0,5…30 мин.
Универсальные установки позволяют сваривать разнотипные изделия без существенной переналадки. Требование универсальности в сочетании со специфическими требованиями различных отраслей промышленности, использующих это оборудование, а также процесс его непрерывного совершенствования способствовали созданию большого количества различных по конструкции установок. К лучшим образцам рассматриваемого оборудования относятся гаммы универсальных установок, состоящие из однотипных узлов и предназначенные для сварки большого количества изделий различных типоразмеров. В пределах этих гамм установки отличаются ступенчатым увеличением размеров сварочных камер, параметрами пучка сварочной пушки, мощностью и составом откачной системы, наличием разнообразных манипуляторов свариваемого изделия, степенью автоматизации и др. Большое количество универсальных установок для ЭЛС в высоком вакууме изделий средних размеров создано в Институте электросварки им. Е. О. Патона.
Универсальная установка имеет прямоугольную камеру / размером 1200 х 1200 х 1200 мм с толщиной стенок 25 мм, что обеспечивает как механическую прочность, так и необходимую биологическую защиту обслуживающего персонала. В верхней части камеры установлена камера-приставка 2, внутри которой смонтирован двухко-ординатный механизм перемещения сварочной пушки, что позволяет наиболее рационально использовать объем сварочной камеры. Длина продольных и поперечных швов, которые можно выполнить на этой установке, достигает 900 мм. Можно сваривать прямолинейные и кольцевые швы в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Установка У570М успешно эксплуатируется в судостроительной промышленности, энергетическом машиностроении.
Следует отметить, что увеличение размеров камеры решали путем пристыковки к фронтальной стенке основной камеры специальной удлиняющей камеры-приставки по форме и размерам свариваемого изделия. При этом пушка устанавливалась в основной камере горизонтально, чтобы пучок через специальное окно в фронтальной стенке проходил в дополнительную камеру и сваривал установленное там изделие. Такое сложное переоборудование универсальной установки для сварки изделий, габариты которых превышают размеры сварочной камеры, имеет смысл только в том случае, если такие работы являются эпизодическими.
В основу конструкции установки с секционными сварочными камерами заложена, например, типовая универсальная установка УЛ со стандартной камерой 1. Камера установки в верхней части имеет дополнительную камеру-приставку, в которой размещен двух-координатный манипулятор стандартной сварочной пушки. Величина хода сварочной пушки вдоль камеры составляет 575 мм, поперек 840 мм. Конструкция манипулятора позволяет устанавливать пушку вертикально, горизонтально или под углом, что значительно расширяет технологические возможности установок. Установка снабжена двумя монтажными и двумя загрузочными тележками, что позволяет работать по “челночному” принципу: пока одна из тележек находится в камере, на другой ведется монтаж под сварку очередного изделия.
Для сварки толстолистовых конструкций на базе установки УЛ созданы две специализированные установки УЛ, состоящие соответственно из четырех и трех состыкованных камер УЛ. Установки комплектуются перемещаемой в вакууме пушкой мощностью пучка менее 60 кВт или стационарной пушкой мощностью пучка 120 кВт
В промышленности используются установки УВЛ, в промежуточном вакууме и установки ЭЛУ для сварки в высоком вакууме .
Весьма перспективны установки с от-качными системами, позволяющими выполнять сварку как при высоком, так и при низком вакууме в зависимости от свойств свариваемых материалов, и сменными сварочными манипуляторами, обеспечивающими выполнение на одной и той же установке самых разнообразных сварочных операций.
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.
Ввиду того, что процесс плазменной резки сопровождается высоким уровнем шума и га-зопылевыделением, машины для резки должны эксплуатироваться только в специально оборудованных цеховых помещениях со звукопоглощающей облицовкой стен и потолка. Для защиты от высокочастотного шума в процессе плазменной резки рабочее место сварщика вынесено в специальную кабину управления. Машины должны оснащаться вытяжной вентиляцией, отсасывающей из-под листа в зоне резки продукты сгорания и испарения. Вентиляционная система должна предусматривать систему очистки от вредных выбросов озона, оксида азота, твердых частиц. Производительность вентиляции должна быть не менее
18000 м3/ч. Основным оборудованием для микроплазменной сварки являются аппараты и установки с источниками питания и плазмотронами. В зависимости от степени механизации и условий эксплуатации в комплект оборудования могут входить: механизм подачи присадочной проволоки, вращатель, механизм продольного перемещения плазмотрона либо изделия,, технологическая оснастка для сварки различных типов соединений, автономная система охлаждения и др.
Все источники питания для микроплазменной сварки состоят из следующих основных узлов: силовой блок постоянного или переменного тока, блок дежурной дуги и устройство ее поджига. В источнике размещены элементы коммуникаций по воде и газам, элементы автоматики: гидравлические реле, электро-газоклапаны, ротаметры, контакторы и др. Установка МПУ-4 предназначена для сварки черных, цветных, легких и тугоплавких металлов и сплавов малых толщин (0,15… 1,5 мм) в зависимости от физико-химических свойств свариваемых металлов и типа шва на постоянном и импульсном токах прямой и обратной полярности. Ступенчатая регулировка силы сварочного тока осуществляется переключением катушек трехфазного сварочного трансформатора, плавная — их перемещением.
Аппарат Н-146 предназначен для сварки черных и цветных металлов, в том числе алюминия и его сплавов, толщиной менее 2,5 мм на постоянном и переменном токе. Аппарат снабжен встроенной системой охлаждения и может быть использован как в стационарных, так и в полевых условиях. Регулировка сварочного тока осуществляется перемещением подвижных катушек однофазного сварочного трансформатора.
Аппарат Н-155 предназначен для сварки переменным асимметричным током алюминия, магния и их сплавов при толщине 0,4. .2,5 мм. Безынерционное регулирование сварочного тока производится путем изменения угла открытия силовых тиристоров, раздельно включенных в цепи электрода и плаз-мообразующего сопла. Аппарат обеспечивает плавное нарастание и снижение силы сварочного тока, высокую устойчивость сварочной дуги вследствие ускоренного перехода сварочного тока через нулевое значение и инжектирования при этом в дуговой промежуток стабилизирующих импульсов напряжения.
