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.
При ЭЛС протяженных продольных швов в локальном вакууме сварочная камера выполняется в виде плиты с продольным сквозным пазом в ее центральной части или в виде колпака. В первом случае по плите перемещается каретка, на которой смонтирована сварочная пушка. Стык сварочной камеры с изделием герметизируется уплотнителями. Обратная сторона стыка герметизируется дополнительной камерой, а торцовые части стыка — выводными планками. Продольный паз сварочной камеры, вдоль которого перемещается каретка со сварочным блоком, герметизируется стальной лентой или трапецеидальным резиновым уплотнением. Во втором случае сварочный блок с пушкой и механизмы его перемещения расположены под накидным колпаком.
В описанных установках длина свариваемого стыка обычно превышает длину камеры. Сварка выполняется по участкам с перерывами сварочного процесса при переносе камеры на новый участок, что связано с рядом трудностей. Поэтому сварка протяженных стыков по участкам с перестановкой сварочной камеры распространения не получила. Более перспективны в этом плане сварочные тракторы (мобильное вакуумирование) со скользящим по изделию уплотнителем. Они выполняются обычно в виде каретки, на которой размещаются сварочная пушка, система откачки, механизм подачи присадочного материала и др. Сварочная пушка снабжена дифференциальной откачкой и клапаном, отделяющим область катодного узла от сварочной камеры. Каретка со сварочной головкой может быть как самоходной, так и- неподвижной. В последнем случае сварочные перемещения сообщаются изделию. И в том, и в другом случае каретка сварочного блока в месте контакта с изделием снабжается уплотнительным блоком, который может иметь различные конструкции.
В лабораторном образце трактора (Германия) использована мощная система ступенчатой откачки. Для герметизации обратной стороны стыка используется подвижная контркамера, которая перемещается синхронно со сварочной. Начало и конец шва выполняются с помощью выводных планок. Уплотнительный узел сварочной камеры и контркамеры можно выполнить для сварки как плоских, так и цилиндрических изделий.
Основным недостатком современных сварочных тракторов является трудность герметизации стыка поверхности изделия с уплотнителями трактора вследствие отклонений от заданной формы поверхности изделия, наличия местных дефектов и загрязнений. Форма и температура валика сварочного шва оказывают существенное влияние на герметичность сварочной камеры.
Управление и диагностирование высоковольтного источника питания сварочной пушки и его функциональных узлов являются важнейшими условиями обеспечения надежности энергоблока. Микропроцессорная система управления и диагностики ОЛ152 позволяет контролировать ускоряющее напряжение, напряжение катод—управляющий электрод, силы тока электронного пучка, фокусирующей линзы, накала пушки и бомбардировки катода, время работы катода и подогревателя, количество пробоев, а также запись и воспроизведение отклонений параметров и появления пробоев при сварке в функции пути. Имеется возможность проверки эмиссионной способности катода пушки, состояния узлов стабилизатора ускоряющего напряжения, наличия охлаждения и фаз питания и др.
Программное управление манипулятором. Для управления манипулятором с шаговыми двигателями ЕС-5 и ЕС-10 и сервоприводом типа ЕСПА создан блок программного управления Путь-1 . Он позволяет программно управлять одновременно по двум координатам траекторией и скоростью перемещения электронной пушки или изделия с линейной интерполяцией. Имеется переносной пульт ручного управления. Блок предназначен для крупногабаритных сварочных установок (вместо систем ЧПУ).
Системы локального управления положением электронного пучка. В современной технологии электронно-лучевой сварки крупногабаритных изделий сложной конфигурации применение систем слежения за стыком позволяет сократить время позиционирования электронного пучка на стык, обеспечить точное следование по траектории стыка в процессе сварки, исключить влияние на пучок магнитных полей, снизить требования к точности перемещения электронной пушки, повысить уровень автоматизации процесса сварки.
Принцип работы наиболее распространенных систем слежения основан на сканировании поверхности изделия маломощным электронным пучком и контроле возникающего при этом потока обратных электронов. Датчик расположен на торце электронной пушки и функционально является интегрирующим преобразователем потока заряженных частиц в электрический ток. Его конструкция обеспечивает необходимые термическую и электрическую помехозащищенность. Прибор СУ обеспечивает поиск и наведение на стык перед сваркой. Информация о положении стыка отображается на экране малогабаритной электронно-лучевой трубки. Оператор имеет возможность визуально контролировать момент точного совпадения оси электронного пучка со стыком.
Блок обработки вторично-эмиссионных сигналов ОЛ151 синхронизирует работу всей системы. В режиме автоматического слежения. В процессе сварки электронный пучок периодически на короткое время выносится из сварочной ванны на стык и сканирует поперек его. Вторично-эмиссионный сигнал в обоих случаях принимается помехозащищенным датчиком, расположенным на электронной пушке. Сигналы от стыка визуализируются и преобразуются в управляющие воздействия для привода следящего перемещения сварочной пушки. Для предотвращения плавления металла при сканировании стыка в процессе сварки сила тока электронного пучка импульсно понижается.
Построенная таким образом система слежения за стыком обеспечивает: поиск стыка на поверхности изделия; точное наведение на него маломощного электронного пучка перед сваркой; автоматическое совмещение электронного пучка со стыком в процессе сварки; передачу технологической развертки электронного пучка от внешних устройств в электромагнитную отклоняющую систему сварочной пушки . Техническая характеристика системы приведена ниже. Возможна также передача управляющих команд непосредственно на один из трех сервоблоков координатных шаговых двигателей манипулятора сварочной пушки или свариваемого изделия. При управлении приводом автоматически обеспечивается разгон-торможение шагового двигателя по заданному закону, компенсация зазора механической передачи привода перемещения.
Для наведения на стык и слежения за стыком с записью его траектории перед он генерирует вынос электронного пучка из сварочной ванны, его развертку поперек стыка, управляет модуляцией тока электронного пучка, принимает и обрабатывает вторично-эмиссионные сигналы, выполняет преобразование управляющих напряжений в ток отклоняющих систем пушки, а также согласует во времени прохождение разверток электронного пучка от различных устройств. Блок коммутации преобразует сигналы блока , характеризующие положение стыка, в управляющие команды для блока управления приводом следящего перемещения электронной пушки. В качестве автономного привода следящего перемещения используется шаговый электродвигатель с блоком управления сваркой предназначена микропроцессорная система вторично-эмиссионного слежения . При сварке, а также при возможном последующем ремонте сварного шва траектория стыка воспроизводится. Координаты свариваемой точки стыка отображаются на малогабаритном дисплее в цифровом виде. При записи траектории стыка имеется возможность программного управления, мощностью и фокусировкой электронного пучка. Управление положением электронного пучка осуществляется перемещением сварочной пушки, для чего система СУ283 выдает управляющие сигналы на шаговый привод.
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.
