Независимые оптические устройства устанавливают вне камеры у смотровых окон, при необходимости их можно перемещать от одного окна к другому. Телевизионные системы позволяют передавать изображение на большое расстояние и устанавливать видикон в сварочном блоке в непосредственной близости от сварочной пушки.
Особенностью систем наблюдения при ЭЛС является необходимость защиты их от за-пыления парами свариваемых материалов и от теплового воздействия сварочной ванны. В качестве защитных устройств применяются поворотные прозрачные экраны и прозрачные перемещаемые защитные пленки. В случаях особо интенсивных паровых потоков применяют стробоскопические устройства.
Вспомогательные устройства и механизмы. К вспомогательным относятся устройства и механизмы типа подвижных платформ для выкатывания сварочных манипуляторов из камеры, устройств для предварительного нагрева свариваемых изделий, их сборки в сварочной камере и др. Механизмы типа подвижных платформ представляют собой промежуточные конструкции, на которых монтируются свариваемые изделия и перемещаются в пределах сварочного участка. С них или на них изделие поступает в сварочную камеру. Устройства для предварительного нагрева свариваемых изделий устанавливаются только при технологической необходимости для сварки некоторых материалов. Конструктивно нагреватели разрабатываются с учетом размеров и конфигурации свариваемых изделий.
Электропривод. По функциональному назначению электроприводы исполнительных органов установок для ЭЛС можно разделить на электроприводы механизмов: откачных систем (насосы, натекатели, запорная арматура); вспомогательных устройств (механизмы загрузки и выгрузки, закрытия дверей и т. п.); перемещения и вращения свариваемого изделия и пушки (манипуляторы изделия и пушки); электромеханических систем слежения за стыком (корректирующие механизмы); подачи присадочной проволоки, коррекции мундштука и перемещений телевизионных устройств.
Управление электроприводом любого функционального назначения осуществляется как в ручном дистанционном режиме для простых систем, так и в автоматическом режиме для более сложных систем. Управляющие функции могут выполняться с помощью ЭВМ или средствами локальной автоматики. Наибольшее распространение в управлении электроприводами получили средства локальной автоматики, при этом локальная автоматика может быть выполнена как на релейно-кон-такторной элементной базе, так и на базе интегральных микросхем или программируемых логических контроллеров.
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.
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.
Наиболее широкие технологические возможности у установок, имеющих агрегатную (модульную) конструкцию, с набором сварочных манипуляторов и обеспеченных системами автоматического слежения за свариваемым стыком и системами программного управления сварочным процессом. Использование таких установок наиболее эффективно при сварке деталей сложной формы. Они легко могут быть приспособлены к изменяющимся условиям производства. Следует отметить, что автоматизированные системы откачки камеры и дифференциальная откачка пушки — непременные признаки лучших образцов современных универсальных установок, причем время откачки камеры до рабочего давления сведено к минимуму благодаря применению мощных откачных средств и введения обратной связи по давлению.
Основным недостатком универсальных установок является их сравнительно низкая производительность. Применение многопозиционных сварочных манипуляторов не всегда решает проблему ее повышения. Рассматривая вопрос повышения производительности применительно к установкам для сварки малых, средних и крупных изделий, необходимо отметить следующее. Высокая производительность, как правило, достигается только в специализированных или высокопроизводительных установках с различного типа шлюзовыми системами.
Время цикла для электронно-лучевой сварочной установки по аналогии со станкостроением. Основное время для всех типов сварочных установок, при прочих равных условиях (длина шва, тип материала, глубина проплавле-ния, параметры пучка, скорость сварки и др.) одинаковое, а вспомогательное изменяется в очень больших пределах в зависимости от конструкции установок, что существенно влияет на производительность. Для универсальных установок периодического действия, предназначенных для сварки одного изделия за одну откачку сварочной камеры, основное время составляет приблизительно 5%. Остальное время затрачивается на выполнение вспомогательных операций. Увеличить производительность установок можно двумя путями: сокращением времени выполнения каждой вспомогательной операции или выполнением вспомогательных операций параллельно со сваркой изделия.
