Одним из основных технических требований к универсальной многоканальной системе является требование применимости состава оборудования. Это означает, что форматы сообщений, аппаратура сопряжения устройств и логика управления ими, а также конструктивные характеристики системы должны быть такими, чтобы присоединение нового устройства к данной системе не вызывало никаких изменений кроме изменений в программном обеспечении. Таким образом, можно расширять и модернизировать систему по мере выявления новых требований или разработки новых более совершенных устройств, тем самым предотвращая ее нормальное старение.
Одним из примеров подобного решения является многоканальная система АФ, построенная по модульному принципу. Модуль состоит из восьми групп (по четыре канала каждая). При необходимости контроля крупных объектов к одной ЭВМ подключается требуемое число модулей, ограничение связано только с емкостью оперативной памяти ЭВМ. В зависимости от размеров контролируемого изделия система АФ-33 может содержать 4 — 384 каналов.
В ИЭС им. Е. О. Патона разработана АЭ-система ИИСТД-1 для измерения и оценки параметров акустической эмиссии, возникающей при деформировании материала и предшествующей их разрушению. Система обеспечивает: вычисление местоположения источников АЭ; определение диагностических, энергетических и статистических характеристик процессов АЭ из разных источников; оперативное отображение и документирование информации. Информация поступает по 48 каналам. При нагружении испытываемой конструкции возникающие в зоне контроля вспышки АЭ преобразуются в электрические сигналы, усиливаются, селектируются и поступают в устройства измерения относительных задержек прихода волны. Одновременно измеряется амплитуда и энергия приходящего сигнала. Полученная информация формируется в сообщение, передаваемое в ЦВМ через устройство связи системы. Рассчитывается место вспышки АЭ, уточняется влияние амплитуды и энергии вспышки, локализуется зона эмиссии. В каждой из локализованных зон эмиссии фиксируются интенсивность последней и количество вспышек АЭ.
В процессе испытаний информация о состоянии объекта может индицироваться на видеоконтрольном устройстве и распечатываться в виде таблиц и графиков. Математическое обеспечение системы включает программы: диспетчера, рабочие и ввода информации. В системе предусмотрен аппаратурный и программно-тестовый контроль проверки ее работоспособности. Тенденции развития
— Развитие неразрушающих методов контроля тесно связано с научно-техническим прогрессом сварки и материаловедения. Пока нельзя обеспечить гарантированное качество ответственных сооружений и сварных конструкций без использования средств неразру-шающего контроля. Совершенствование средств неразрушающего контроля происходит в соответствии с достижениями в области электроники, приборостроения, вычислительной техники. Новые возможности в дефектоскопии открываются с разработкой различных компьютеризированных систем. С помощью ЭВМ обрабатываются большие объемы информации и обеспечивается высокая достоверность результатов исследований, визуализируются дефектные зоны.
— Для многих технологий свойственны дефекты с малым раскрытием (оксидные пленки, слипания, структурные пятна), выявление которых внутри соединения требуют сложных методик, характеризующихся повышенной чувствительностью, большим числом измерений и особыми алгоритмами обработки информации. При этом производится запись информации на уровне структурных шумов материала и выбор браковочных порогов, адаптированных к структуре, что можно выполнить только с использованием вычислительной техники.
— Распространение в промышленности изделий из композитных материалов, керамики и пластмасс потребует разработки низкочастотных и особовысокочастотных ультразвуковых дефектоскопов, акустических микроскопов, распространения микрофокусных аппаратов и на их основе рентгеновских микроскопов. Новые возможности открываются с созданием специальных волоконно-оптических преобразователей.
— В области наплавки и защитных покрытий возможно создание систем, измеряющих толщину слоя, его адгезию, пористость, твердость, шероховатость, химический состав, наличие внутренних дефектов и статистическое представление результатов исследований.
— Дальнейшее развитие получат комплексные системы неразрушающего контроля в технической диагностике ответственных сварных объектов, с повторяющимися отдельными видами неразрушающих испытаний. Приближаются по значимости ультразвуковые и радиационные виды неразрушающего контроля.
Особенности основных узлов. Установка для механизированной сварки контактным плавлением включает: механическую часть, предназначенную для выполнения сборочно-сварочных операций; электрическую часть управления сборочно-сварочными операциями; источник питания; узлы аппаратуры газового обеспечения защиты зоны сварки. В состав механической части установки входят узлы, обеспечивающие сборку деталей под сварку и узел подвода тока к месту сварки. В большинстве случаев, на специализированных установках сварка производится по двухэлектрод-ной схеме, когда оба полюса источника питания подключают к сварочным электродам. При такой схеме практически исключается значительное протекание тока по свариваемой детали, благодаря чему сводятся к минимуму дополнительные потери энергии и деформация деталей от теплового воздействия. Кроме того, в 2 раза сокращается машинное время сварки.
При двухэлектродной схеме сварки электроды обычно размещены диаметрально противоположно и подпружинены, в результате чего создается необходимое давление в месте контакта электрод—деталь, исключаются ценообразование и нарушение процесса сварки. Для сварки применяют неплавящиеся электроды из тугоплавкого материала — вольфрама или молибдена (прутки диаметром 2… 10 мм) или специально разработанные электроды из керметов, в состав которых входят нитриды титана (основа), оксиды алюминия, вольфрам или молибден, никель и другие компоненты. Электроды из кермитов имеют цилиндрическую форму (3…10 мм), а контактный торец — клиновидную или конусную форму с закруглением на вершине. Один из электрододержателей изолирован от корпуса установки во избежание шунтирования тока помимо места сварки.
При сварке контактным плавлением подпружиненными электродами осуществляется самокопирование свариваемой поверхности, в связи с чем исключается необходимость в копирующем устройстве и упрощается конструкция сварочной установки. Электрододержатели закрепляются на планшайбе, которая перемещается посредством электропривода. Подвод тока к электрододержателям осуществляется через гибкие перемычки, позволяющие держателям свободно качаться на оси их крепления в необходимых пределах при скольжении электродов по свариваемому стыку. Подеод тока к гибким перемычкам производится через скользящий контакт.
В тех случаях, когда во время сварки движется свариваемая деталь, электрододержате-ли крепятся в неподвижной головке или на стойках. При этом исключается скользящий токоподвод, что упрощает конструкцию токо-подводящего узла и повышает надежность работы системы токоподвода. Питающие кабели подсоединяются непосредственно к гибким перемычкам, связанным с электрододержате-лями.
Особенности установок. Установка А-1459 для сварки стальных трубопроводов в монтажных условиях состоит из комплекса сварочных головок для сварки поперечных стыков труб диаметром 20, 30 и 50 мм.
Сварочная головка А-1384 предназначена для равномерного поступательного перемещения электродов вдоль свариваемого стыка, удержания электродов на стыке подвода сварочного тока к электродам, крепления на ней вспомогательных узлов и деталей и проведения сварочных работ с целью получения прочного и герметичного соединения изделий. В конструкцию сварочной головки входят корпус, узлы электрододержателей, прижима электродов и подачи защитного газа. Разъемный корпус обеспечивает установку сварочной головки на изделие, ее крепление и исключает поперечное перемещение электродов на стыке. Привод вращения головки вокруг свариваемого стыка осуществляется от электромеханизма ДП2-26 через планетарный редуктор.
Малогабаритная сварочная головка Н, предназначенная для сварки кольцевых стыков трубок из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т, выполнена по двухэлектродной схеме с использованием неплавящихся электродов из кермитов или вольфрама . Неразъемный корпус головки имеет вырез в радиальном направлении для возможности ее установки на трубопровод и снятие ее со стыка после окончания сварки. Узел сборки и центровки трубок оригинальной конструкции состоит из разъемных цанг, расположенных в направляющих, и специальных гаек с радиальным вырезом, посредством которых осуществляется перемещение цанг при фиксации трубок. Подвод тока к электрододержателям производится через скользящий контакт. Вращение планшайбы с электродами осуществляется посредством электродвигателя через понижающий редуктор. Сварочная головка Н обеспечивает качественную сварку стыков трубок.
Установка предназначенная для сварки поперечно-шовных сильфонов с наружным диаметром 62 мм и внутренним 40 мм с толщиной стенки 0,2 мм из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т, имеет сборочные устройства. Первоначально свариваются внутренние швы, когда соединяются два элемента сильфона; сварка осуществляется по од-ноэлектродной схеме неплавящимся электродом из вольфрама диаметром 3 мм. Для обеспечения качественной защиты соединений сварка сильфонов выполняется в защитной микрокамере.
Для механизированной сварки одно- и двухлитровых термосов из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т с толщиной стенки 0,5 мм разработан комплекс установок УД. Комплекс состоит из шести установок. Последовательность работы комплекса по сварке термосов следующая: сварка поперечного кольцевого стыка внутренней колбы; сварка крышки наружной колбы с обечайкой; сварка горловины с внутренней колбой; сварка горловин внутренней и наружной колб; приварка дна к наружной колбе; сварка горловины с наружной колбой.
В комплект каждой установки входят: станина с вращателем; блок сварочных головок с электрод одержателям и; центратор и сборочные устройства; источник питания типа И; шкаф управления; устройства для загрузки деталей и выгрузки сваренных узлов.
Комплект сварочных кабелей марки
НРШМ площадью сечения 70…95 мм2 соединяет источник питания, шкаф управления, шланговый держатель и изделие. Стандартная длина 60 м. При необходимости длину сварочной цепи можно нарастить, однако стабильность процесса в этом случае ухудшается ввиду увеличения активного, реактивного и емкостного сопротивления сварочной цепи и снижения возможностей источника питания по отработке возмущений, связанных с изменением вылета электрода и длины дуги. Сварочные кабели запрещено при работе укладывать в бухты или наматывать на вьюшки вследствие значительного увеличения индуктивного сопротивления сварочной цепи.
Полуавтоматы ПШ являются более совершенными. Так, погружной контейнер в воде весит всего 7 кг, а форма его удобна для переноски. Стальная спираль в гибком шланге держателя заменена пластмассовой трубкой, что повышает надежность аппарата и упрощает уход за ним. В аппаратном шкафу размещен блок защиты электропривода полуавтомата, своевременно сигнализирующий о наличии неисправности в цепи и эффективно защищающий элементы электросхемы от перегрузок и коротких замыканий. Подающий механизм имеет планетарный редуктор и две пары приводных роликов, позволяющих развивать достаточное усилие проталкивания порошковой проволоки со скоростью 0,027…0,14 м/с по шланговому держателю, не деформируя его оболочки. На катушку наматывается до 3,5 кг сварочной проволоки. Этого количества достаточно для выполнения сварки на силе тока 180…220 А в течение 2 ч.
Сухая сварка под водой. Для сварки трубопроводов под водой применяют накидные камеры, в которых размещается дефектный участок трубопровода и сварщик с набором механизированного инструмента и монтажных приспособлений. После проведения сварки соединения подвергают дефектоскопии. При отсутствии дефектов в шве на ремонтируемый участок наносится гидроизоляция. Специализированные камеры рассчитаны на несколько типоразмеров труб. Обычно для выполнения сварочных работ используется то же оборудование, что и при сварке на воздухе, установленное в специализированные контейнеры, размещенные непосредственно в камере. Источник питания находится либо на обеспечивающем судне, либо непосредственно в камере.
Обработка кромок перед сваркой выполняется многорезцовыми головками, а зачистка швов — абразивными кругами.
Для проведения ремонтных работ на стационарных основаниях используют накидные камеры, изготовляемые для каждого ремонтируемого узла. В камерах применяется такое же боксированное оборудование, как и при ремонте трубопроводов в специализированных накидных камерах. Такой способ ремонта трубопроводов и стационарных оснований позволяет получить высокое качество сварного соединения.
Наиболее целесообразно использовать способ сухой сварки на глубинах более 60 м, при наличии значительных илистых отложений, а также при плохой видимости и при скорости течения выше 0,7 м/с.
Способ с локальным осушением рабочей зоны. В специализированной мини-камере обеспечиваются удовлетворительные видимость и качество процесса. В камеру подается углекислый газ или его смесь с кислородом. Камеру прижимают к ремонтируемому участку. Уплотнение осуществляется по торцу мягкой резиновой прокладкой. Внутри камеры размещен держатель, по которому в зону сварки подается электродная проволока и защитный газ. Выполнение работ с использованием этой камеры требует очень высокой квалификации сварщика-водолаза.
Резка металлов непосредственно в воде. Основным способом подводной резки является электрокислородная резка металлическим трубчатым электродом. В состав поста для электрокислородной резки входят: электродо-держатель ЭКД-86-1 или ОБ 2667, конструкции ИЭС им. Е. О. Патона; кислородный шланг; комплект сварочных кабелей; кислородный баллон с редуктором; однополюсный рубильник, рассчитанный на силу тока 400 А; источник питания дуги с падающей внешней вольт-амперной характеристикой, обеспечивающей силу тока 400 А.
Пост предназначен для выполнения работ на глубине до 60 м. За исключением кислородного баллона и держателя применяется то же оборудование, что и при сварке под водой штучным электродом. Скорость электрокислородной резки с использованием электродов при резке стального листа 20 мм достигает 20 м/ч.
Механизированная бескислородная резка. В состав поста для механизированной бескислородной резки входит следующее оборудование: полуавтомат для подводной резки ПШ (возможно использование полуавтомата для механизированной подводной сварки А-1660; источники питания с жесткой внешней вольт-амперной характеристикой (возможно использование источников питания с полого падающей внешней вольт-амперной характеристикой), рассчитанные на силу тока не менее 600 А типов ВС; комплект сварочных кабелей; силовой рубильник (при использовании для резки полуавтоматов А-1660).
Для подводной механизированной электропорошковой резки ИЭС им. Е. О. Патона разработан специализированный полуавтомат типа ПШ-131, имеющий некоторые общие узлы с аппаратами для подводной сварки: контейнер из диэлектрического материала, гидрокомпенсатор давления, шланговый держатель и др. Однако его электропривод создан на базе асинхронного двигателя, имеющего постоянную частоту вращения 1500 мин-1. Изменение скорости подачи электродной проволоки осуществляется ступенчато с помощью сменных зубчатых колес. Как правило, режимы подводной резки не должны изменяться в течение одного спуска. Это ограждает источник питания от серьезных перегрузок. Значительно упрощает процесс и снижает требования к квалификации водолаза-резчика установленная на токоподводящем наконечнике держателя специальная керамическая насадка, позволяющая выполнять резку методом опира-ния.
Для резки черных и цветных металлов используют порошковую проволоку ППР-АН2 диаметром 2,2…2,4 мм. Скорость при резке металла толщиной 20 мм достигает 15 м/ч. Одной кассеты порошковой проволоки достаточно для ведения процесса в течение 45…50 мин. С ростом глубины производительность процесса снижается, так как возрастают потери в сварочной цепи с увеличением ее длины.
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.
