Сварка выполняется по двухэлектродной схеме неплавящимся электродом в среде аргона. Во время сварки головка с электрододер-жателями неподвижна, вращаются детали.
Установка Н предназначена для механизированной сварки в защитной среде азота кольцевых швов силовых полупроводниковых приборов, свариваемый материал — ковар и коррозионно-стойкая сталь 12Х18Н10Т. В состав установки входит вращатель, узел элек-трододержателей и трехпозиционный стол. На первой позиции происходит центровка и фиксация изделия в цанге вращателя, на второй позиции из изделия откачивается воздух (разрежение менее 1,31 Па), а затем происходит заполнение камеры азотом. На третьей позиции происходит сварка кольцевого стыка. При сварке вращается изделие, двухэлектрод-ная головка неподвижна. После окончания сварки производится выгрузка сваренного изделия. Производительность установки составляет 180…200 изделий/ч.
Автоматическая установка Н-108 работает по методу контактного плавления при герметизации трубных каналов из коррозионно-стойкой стали. Отличительной особенностью установки является то, что приварка заглушек производится внутри трубы на глубине до 4 м. Двухэлектродная сварочная головка приводится в движение приводом, установленным снаружи у торца трубы.
Сварка контактным плавлением может производиться на переменном или постоянном токе. В качестве источников питания могут быть использованы трансформаторы, выпрямительные устройства, кислотные или щелочные аккумуляторы электроэнергии, обеспечивающие необходимые электрические параметры сварочной цепи. Сила сварочного тока обычно составляет 100…500 А и более при напряжении холостого хода 2…6 В.
Источники питания. Для сварки контактным плавлением Институтом электросварки им. Е. О. Патона созданы специализированные источники питания типов И и И-18. Главным требованием, предъявляемым к специализированным источникам питания, является обеспечение стабильности режима сварки по установленной программе, независимо от колебаний напряжения питающей сети, нагрева токопроводящих кабелей и электродов и многих других факторов, влияющих на параметры сварочной цепи. На рис. представлена диаграмма одной из возможных технологических программ изменения силы сварочного тока во времени . Первый участок программы характеризуется плавным ростом силы тока, что позволяет исключить выброс металла в контакте электрод—деталь в начальный момент сварки. На участке сила тока должна стабильно поддерживаться постоянной. На участке происходит плавное снижение силы тока в связи с окончанием сварки, что исключает появление кратеров и выброс металла из сварного шва на заключительном этапе сварки. В ряде случаев участок может быть более сложным.
В состав источника питания И входит однофазный силовой трансформатор. Стабилизация режима сварки и управление по заданной программе осуществляются тиристор-ным регулятором напряжения типа РНТО, включенным в первичную обмотку сварочного трансформатора. При сварке постоянным током сварочная головка подключается к источнику через выпрямительный блок. Переменное напряжение сварочного трансформатора выпрямляется диодами блока с последующей фильтрацией дросселем. Стабилизация амплитуды выпрямленного напряжения производится ограничительными диодами блока, шунтирующими сварочную цепь. Питание источника осуществляется от сети с напряжением 220 В. Пределы регулирования сварочного тока 5… 1500 А.
Более совершенный источник питания И представляет собой выпрямитель, преобразующий трехфазный переменный ток номинальным напряжением 380 В в постоянный. Управление процессом сварки осуществляется с помощью микропроцессорной системы на базе однокристальной микроЭВМ. Регулирование силы тока в сварочной цепи и выполнение заданной программы его изменения производится посредством блока силовых транзисторов (типа ТКД 165-250-1), включенного последовательно в сварочную цепь. Система управления допускает набор 16-ти программ, при необходимости их число может быть увеличено до 32. Пределы регулирования сварочного тока 10… 1000 А.
Источник питания И-185 отличается от И-176 наличием однофазного силового сварочного трансформатора. Управление током сварочной цепи осуществляется посредством тиристорного контактора серии КТ, включенного в первичную цепь силового трансформатора. Блок программного управления выполнен на базе однокристальной микроЭВМ. Пределы регулирования сварочного тока 10… 1000 А, питание источника осуществляется от сети переменного тока с напряжением 220 В.
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.
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)
Столик служит для установки на нем зажимных устройств для крепления детали, к которой должна быть приварена проволока. Подъем столика осуществляется педалью сварочной установки К. В верхнем положении он удерживается защелкой, открываемой вручную. Столик опускается до упора в грибок , вертикальное положение которого регулируется по шкале. Тем самым определяется длина привариваемой проволоки. Электромагнит служит для автоматического сброса штока с выдержкой времени после подачи напряжения конденсаторов на соединяемые детали. Сброс штока можно осуществить и вручную, оттянув рычаг .
Установка первоначального зазора между свариваемыми деталями производится подъемом ползуна с закрепленным на нем ударным механизмом. В заданном положении ползун фиксируется рукояткой . Ориентация места приварки на плоскости детали по отношению к оси проволоки производится перемещением столика .
Головка для УКС проволок встык представляет собой ударный механизм, аналогичный ударному механизму, описанному выше, который расположен в горизонтальной плоскости по одной оси с подобным же штоком с зажимом проволоки, неподвижным во время сварки. Неподвижный зажим имеет только перемещения, предназначенные для выемки сваренной детали и подачи заготовки в зону сварки.
На рис. представлена электрическая схема полуавтомата для приварки стале-медного вывода к танталовому выводу конденсатора.
Напряжение на схему подается после включения выключателя. При этом загорается сигнальная лампа ЕЗ “сеть” на пульте управления, напряжение подается на стабилизатор У, автотрансформатор Т и трансформатор, питающий цепи управления. При включении тумблера 82 зажигаются лампы освещения Е1 и Е2. При замкнутых крышках станины полуавтомата и кожуха на механизме подачи вывода и наличии проволоки в механизме подачи (іУ6) включается реле К4, которое подготавливает к включению цепи заряда конденсаторов, о чем сигнализирует отключение лампы Е4.
При нажатии кнопки 813 “Высокое напряжение, пуск” включается реле К2, первичная обмотка зарядного трансформатора, лампа Е5 (высокое напряжение) и отключается цепь разряда конденсаторов С1—СЗ на резистор R5. При замкнутом контакте .570, связанном с кулачковым валом полуавтомата, напряжение выпрямителя V12—V15 подается на управляющий электрод тиристора VIO, который открывается. Начинается заряд конденсаторов С1—СЗ, емкость которых устанавливается переключателем 816. Напряжение заряда регулируется автотрансформатором Т2 и контролируется вольтметром PU при включенном тумблере. Токоограничивающим элементом в цепи зарядки служит резистор R4.
Кнопкой S14 (автоматический пуск) включается реле КЗ, которое включает двигатель и подготавливает к включению реле Кб, управляющее работой кулачкового вала полуавтомата. После нажима кнопки 815 (пуск) срабатывает реле Кб, включает электромагнитную муфту УС, и кулачковый вал совершает один оборот. При этом контактор S10 переключается, разрывая цепь управления тиристором VIO (прекращается заряд конденсаторов С1—СЗ) и замыкая цепь разряда этих конденсаторов. Подается напряжение на маятниковый механизм соударений. После возбуждения дуги между стыкуемыми поверхностями в цепи разряда конденсаторов появляется сварочный ток, значение которого устанавливается резистором. При размыкании микропереключателя кулачковый вал после одного оборота останавливается.
Для работы полуавтомата в циклическом режиме достаточно замкнуть тумблер. В этом случае кулачковый вал можно остановить, только выключив двигатель нажатием кнопки (стоп) в цепи питания реле.
Кроме уже указанных блокировок, в полуавтомате предусмотрена остановка двигателя при изгибе проволоки в канале ее подачи в зажимные губки. Для этой цели служит контактный хомутик ., включающий реле . Последнее своим контактом размыкает цепь питания реле К4, что приводит к обесточиванию реле и включению лампы Е4 (авария). Реле КЗ снимает напряжение с обмотки двигателя, а реле К2 выключает цепь зарядки конденсаторов и подключает конденсаторы С1—СЗ к резистору Я5. Для повторного включения необходимо нажать кнопку 813 (пуск), которая прерывает цепь питания К5 и восстанавливает рабочее состояние схемы. Для аварийного выключения схемы служит кнопка 812. Остальные блокировки действуют непосредственно на реле К4.
Оборудование для конденсаторной приварки шпилек, несмотря на принципиальное подобие установкам для ударной конденсаторной приварки тонкой проволоки имеет ряд существенных отличий, главные из которых: электромагнитный привод взведения и пружинный привод осадки; большая емкость (до 0,1 Ф) и низкое напряжение зарядки конденсаторов (менее 300 В); малая длина свободного хода подвижного зажима со шпилькой. Это связано как с необходимостью увеличения КПД при разряде конденсаторов, так и с условиями возбуждения дуги и образования сварного соединения при сварке шпилек.
Установки для конденсаторной приварки шпилек выпускаются с диаметром привариваемых шпилек менее 8 мм (длина сварочного кабеля от источника питания до пистолета не превышает 3 м).
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.
