Установка для сварки изделий из порошковых материалов модернизирована и изготовлена на основе установки СДВУ, работает в комплекте с высокочастотным генератором мощностью 60 кВт. Стойки имеют свободное перемещение по направляющим рамы, что позволяет с помощью обычных болтовых соединений осуществлять жесткое крепление кварцевой трубы любой длины нанаправляющей. Втулки, подготовленные к сварке, собирают последовательно (по длине) друг за другом на стержень, стягивают гайками-упорами и (для облегчения центрирования).
Собранные элементы помещают внутрь кварцевой трубы и упорами прижимают к толкателю Один из концов собранной трубы удерживается сферической частью упора в крышке . Крышка уплотняется резиновым кольцом и прижимается эксцентриком . На другом конце кварцевой трубы смонтирован сильфонный вентиль для поджатая свариваемых деталей. После загрузки в пневматическую камеру через регулятор давления, обеспечивающий регулировку давления (до 60 МПа), подводится сжатый воздух, который с помощью толкателя передает давление на свариваемую трубку из порошкового материала. Усилие сжатия поддерживается в процессе сварки постоянным. Нагрев зоны шва осуществляется токами высокой частоты через одно-витковый индуктор , расположенный на внешней стороне кварцевой трубы. После окончания сварки одного шва стойки передвигаются с помощью маховика механизма подачи относительно индуктора на следующий шов.
Установки П133 и П114 предназначены для диффузионной сварки в вакууме секционированных трубок из порошкового материала электронных ускорителей диаметром 200…350 мм. Эти установки содержат печи сопротивления с экранной теплоизоляцией, безмасляные средства откачки, системы сжатия с электромеханическим и гидравлическим приводами, системы управления работой установок в ручном и полуавтоматическом режимах. Конструктивная особенность установок состоит в том, что элементы печи сопротивления (нагреватели, экраны и токоподводы) смонтированы на двух открывающихся боковых дверях вакуумной камеры. Благодаря этому обеспечивается свободный доступ ко всем внутренним элементам вакуумной камеры, упрощается процесс сборки и проверка качества сборки свариваемых деталей и оснастки, их фиксация между опорными элементами системы сжатия.
Для диффузионной сварки силовых полупроводниковых приборов создан конвейерный комплекс УДС-5. Основными элементами комплекса являются рабочая и две шлюзовые вакуумные камеры, проходная электропечь, гидравлический пресс, холодильник, механизмы перемещения свариваемых деталей, системы откачки воздуха, водяного охлаждения и измерение основных параметров сварки. Сварочный цикл комплекса автоматизирован полностью.
Соединение неметаллических тугоплавких материалов между собой и с металлами может быть осуществлено и другими известными способами сварки: дуговой и электронно-лучевой сваркой (с подогревом керамического или узла из порошкового материала до температуры, при которой материал становится электропроводным и нечувствительным к термоудару), сваркой трением (преимущественно через пластичную алюминиевую прослойку). В этих случаях используют соответствующее сварочное оборудование, оснащенное специальными устройствами, источниками нагрева, оснасткой и др. Для сварки керамических материалов перспективно применение также энергии излучения СВЧ, лазера, электрического взрыва проводника, взрывного компактирова-ния, самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и пр.
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.
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.
Сварку под водой считают сухой, если свариваемые узлы и сварщик находятся в газовой среде, промежуточной, когда осушается только зона, в которой горит дуга и небольшое пространство вокруг нее, а водолаз находится в воде, и мокрой, когда свариваемое изделие, дуга и сварщик находятся в воде. Наиболее распространен способ мокрой сварки штучными электродами и самозащитными порошковыми проволоками.
Мокрая сварка штучным электродом. Пост ручной сварки штучным электродом состоит из источника питания, электрододержателя, рубильника и сварочных кабелей. В качестве источника питания дуги используются сварочные преобразователи и выпрямители с повышенным напряжением холостого хода (70…90 В). При отсутствии электрической сети наиболее распространены автономные одно-постовые сварочные агрегаты ПАС-, которые обеспечивают повышенное напряжение холостого хода (до 100 В). Пределы регулирования силы сварочного тока 120…600 А при ПР-45%. Разработаны и внедряются в производство новые однопостовые сварочные агрегаты с дизельным приводом АДД на раме и одноосном прицепе. Пределы регулирования силы сварочного тока 60…450 А при напряжении горения дуги 36 В. Разработан и освоен выпуск сварочного преобразователя с карбюраторным двигателем АДД на одноосном прицепе. Пределы регулирования сварочного тока 30…350 А при напряжении на дуге 32 В.
Все перечисленные выше агрегаты имеют падающую внешнюю вольт-амперную характеристику и могут быть использованы при сварке и резке штучными электродами и электрокислородной резке на глубине до 60 м.
Для сварки на больших глубинах необходимы сварочные преобразователи с более высоким напряжением холостого хода, так как в этом случае кроме увеличения напряжения горения дуги необходимо компенсировать падение напряжения в удлиняющейся сварочной цепи. Для этой цели рекомендуется использовать универсальный преобразователь АСУМ, имеющий жесткую и падающую внешние вольт-амперные характеристики и повышенное напряжение холостого хода.
Источники питания дуги выполнены в морском исполнении. При отсутствии таких источников питания при сварке на малых глубинах (до 30 м) возможно использование сварочных преобразователей ПС, а также сварочных выпрямителей ВДУ.
Для подводной сварки штучным электродом используют электрододержатель ЭПС-2, рассчитанный на применение электродов диаметром 2…6 мм и на максимальную силу тока 400 А. В сварочной цепи применяют кабели, имеющие усиленную изоляцию, стойкие к морской воде и нефтепродуктам марок ГШ.
Однополюсный рубильник, рассчитанный на разрывную силу тока 400 А, включается в сварочную цепь последовательно и располагается в удобном для оператора месте.
Мокрая механизированная сварка. Пост механизированной сварки под водой состоит из источника питания дуги, полуавтомата, сварочных кабелей и кабеля цепи управления. Для механизированной сварки, в отличие от ручной, применяют источники питания с жесткой внешней вольт-амперной характеристикой типов ВДУ и преобразователь АСУ. Для сварки на глубине до 20 м возможно использование преобразователей ПСГ. Механизированная сварка выполняется на обратной полярности (плюс на электроде).
Механизированная сварка самозащитными порошковыми проволоками осуществляется специальными полуавтоматами А-1660, , разработанных Институтом электросварки им. Е. О. Патона. В конструкции перечисленных полуавтоматов имеются агрегаты и узлы, выполняющие аналогичные функциональные задачи и отличающиеся друг от друга только совершенством и надежностью исполнения.
В состав указанных полуавтоматов входят: шкаф управления; погружной контейнер с механизмом подачи порошковой проволоки и катушкой; гибкий шланг с держателем; кабель цепи управления; комплект сварочных кабелей.
Шкаф управления предназначен для начала и окончания подачи порошковой проволоки, плавного регулирования ее скорости, а также подачи сигналов появления возможных неполадок в электрической цепи. На передней панели шкафа расположены приборы, обеспечивающие контроль за параметрами сварочного процесса. Электросхема обеспечивает заданную скорость вращения электродвигателя подачи электродной проволоки независимо от возникающей при этом нагрузке.
Погружной контейнер полуавтомата изготовлен из диэлектрического материала. В контейнере располагается электродвигатель подачи электродной проволоки с понижающим редуктором, подающий механизм и катушку с электродной проволокой. Электродвигатель и редуктор размещены в стальном стакане с герметичным вводом проводов цепи управления. Стакан заполняют диэлектрической жидкостью (полисилоксаном, керосином и др.). На одной из его стенок размещена подвижная мембрана, способная передавать увеличивающееся с погружением полуавтомата на большие глубины гидростатическое давление на жидкость, слегка сжимающуюся благодаря растворенным в ней газам. Такое устройство гидрокомпенсатора позволяет эксплуатировать полуавтомат во всем диапазоне глубин континентального шельфа. Внутренняя полость контейнера заполнена водой. Однако благодаря герметичному уплотнению разъема между корпусом и крышкой контейнера токи утечки и рассеивания отсутствуют.
Гибкий шланг с держателем общей длиной до 3 м представляет собой гибкий элемент со стальной спиралью или пластиковой трубкой, по которой проволока подается к медному контактному наконечнику держателя. В случае сварки в условиях с ограниченной видимостью на контактный наконечник надевается диэлектрический чехол.
Четырехжильный кабель в цепи управления площадью сечения жил не менее 2,5 мм2 с центральным разгрузочным тросом обеспечивает подачу напряжения с блока управления на двигатель подачи электродной проволоки. Кабель вводится в погружной контейнер через герметичный ввод.
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.
