В установках для сварки световым лучом в качестве источника излучения обычно используют шаровые дуговые ксеноновые лампы сверхвысокого давления двух типов: ДКСШ — с воздушным охлаждением и ДКСШРБ — с комбинированным воздушно-водным охлаждением мощностью 0,12… 10 кВт. Ксеноновые лампы работают от источника постоянного тока с напряжением холостого хода не ниже 70 В и падающей вольт-амперной характеристикой. Хорошо себя зарекомендовали сварочные выпрямители серии ВСВУ. Дуговой разряд в лампах возбуждаегся с помощью специального высоковольтного высокочастотного блока поджига (осциллятора) Установка состоит из стеклянного длиннофокусного отражателя с соотношением фокусных расстояний (осевым увеличением) диаметром 600 мм с углом охвата 180° и двухлинзового кварцевого объектива. Установка рассчитана на применение лампы типа ДКСШРБ мощностью 3,5… 10 кВт. Максимальная плотность лучистого потока в центре сфокусированного пятна нагрева
(2200 Вт/см2) достигается при использовании лампы типа ДКСШРБ мощностью 10 кВт и системы с кварцевым объективом. Установка оснащена следующими технологическими узлами: станиной, на которой установлен рабочий стол с электроприводом, столом, предназначенным для размещения на нем приспособлений и перемещения деталей под световым лучом при выполнении сварных швов; оптическим устройством для наблюдения за процессом нагрева; пневматическим затвором, служащим для перекрытия лучистого потока; блоком питания ксеноновых ламп и пульта управления. На установке успешно выполняют сварку тонколистовых конструкционных металлов толщиной 0,1 …2,0 мм.
Установка содержит семь моноэллипсоидных систем, в которых в качестве концентратора излучения использован стеклянный отражатель диаметром 156 мм с углом охвата 180° и соотношением фокусных расстояний. В качестве источников излучения применены дуговые ксеноновые лампы типа ДКСШ мощностью 1 кВт. В установке за счет перемещения отдельных оптических систем в зависимости от требуемой технологической задачи можно создавать точечный, кольцевой и полосовой источники теплоты в рабочей плоскости установки. Максимальная плотность лучистого потока в рабочем пятне нагрева при фокусировке всех систем в одну точку составляет 1000 Вт/см2. С использованием этой установки успешно могут быть решены задачи по сварке тонколистовых конструкций толщиной менее 0,2 мм.
Промышленная установка создана для сварки листовых конструкций с толщиной листа менее 2 мм. В установке использован стеклянный алюминированный эллипсоидный отражатель диаметром 358 мм с углом охвата 200°, осевым увеличением М0 = 4, специализированная ксеноновая лампа типа ДКСШРБ мощностью 4 кВт. Такая система обеспечивает получение максимальной плотности лучистого потока 2500 Вт/см2.
В промышленности находят применение модули лучистого нагрева (МЛН) различного технического назначения. Такие модули могут устанавливаться на разнообразные технологические стапели или станки в зависимости от конкретной технологической задачи. В модулях применен новый более прогрессивный металлический отражатель, который позволяет существенно повысить плотность лучистого потока в пятне нагрева, а следовательно, производительность сварочных установок. Так, система с отражателем, изготовленным из алюминиевого сплава Д16 диаметром 300 мм, углом охвата 238° с осевым увеличением позволяет достигнуть максимальной плотности лучистого потока в центре пятна
нагрева 6000 Вт/см2 при использовании лампы типа ДКСШРБ мощностью 5 кВт, работающей в номинальном режиме.
Дальнейшее повышение эффективности процесса нагрева световым лучом может быть достигнуто за счет увеличения энергетической яркости ламп путем перехода от непрерывного к импульсному режиму их питания. Установлено, что при кратковременной перегрузке лампы по силе тока в 1,5…2,0 раза плотность лучистого потока в пятне нагрева может быть повышена в 2,0…2,5 раза. При этом лампа работает достаточно стабильно, без заметного сокращения срока службы.
В последние годы в промышленности был разработан более прогрессивный МЛН с короткофокусным металлическим отражателем, имеющий более высокие энергетические характеристики. Он состоит из металлического водоохлаждаемого отражателя, дуговой ксено-новой лампы серии ДКСШРБ, узла юстировки, затвора — регулятора лучистого потока, системы визуального наблюдения за процессом сварки, аппаратуры измерения и контроля параметра светового луча, пульта управления. Электрическое питание ксеноновых ламп мощностью 3,0… 10 кВт осуществляется от сварочного тиристорного выпрямителя типа ВСВУ-630, обеспечивающего непрерывный и импульсный режим работы. Выходные параметры пучка лучистой энергии Е сварочных установок представлены с ксеноновой лампой ДКСШР.
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)
Механизмы подачи присадочных материалов. Обычно ЭЛС ведется без подачи присадочных материалов в сварочную ванну. В необходимых случаях используются механизмы для подачи проволоки и сыпучих материалов. Механизмы подачи присадочных материалов можно разделить на две группы: 1) стационарные; 2) перемещаемые в вакууме. Механизмы первой группы используются в установках со стационарно закрепленной пушкой. Если пушка в процессе сварки перемещается внутри вакуумной камеры, то используются механизмы второй группы. Механизмы подачи проволок отличаются от аналогичных механизмов дуговых сварочных установок большей точностью подачи проволоки под пучок и повышенной стабильностью ее скорости. При диаметре пучка менее 1 мм и наиболее распространенном при ЭЛС диаметре проволоки 1…2 мм отклонение оси проволоки от оси пучка и стыка более 0,5 мм приводит к существенному изменению условий плавления проволоки. В связи с этим направляющий мундштук располагается как можно ближе к сварочной ванне, а вылет проволоки обычно не превышает 3…5 мм. Механизмы подачи сыпучих материалов — обычно бункеры с дозирующими устройствами.
Системы наблюдения. К системам наблюдения за процессом ЭЛС относятся смотровые окна, оптические и телевизионные системы, которые используются как раздельно, так и в различных комбинациях. Смотровые окна кроме прочного иллюминаторного стекла содержат рентгеновское стекло, необходимое для защиты обслуживающего персонала от рентгеновского излучения из сварочной ванны. Форма, размеры, конструкция, а также расположение смотровых окон на сварочной камере в каждом конкретном случае зависят от условий удобного наблюдения. При ЭЛС крупногабаритных изделий, когда место сварки удалено от оператора на значительное расстояние, а также при микросварке, визуальное наблюдение через смотровые окна уже недостаточно, поэтому используются оптические устройства, увеличивающие объект наблюдения в 5…50 раз. Указанные устройства могут быть независимыми и встроенными в конструкцию смотрового окна или сварочной пушки. Используются как окулярные оптические устройства, так и системы вывода изображения на экран.
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.
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.
