Источниками питания при ВДР являются стандартные сварочные преобразователи и трансформаторы. При выборе источников питания следует учитывать конкретные производственные условия и технологические требования. Так, при работе на силе тока менее 500 А оптимальным является применение сварочных преобразователей или выпрямителей. Использование постоянного (выпрямленного) тока обратной полярности обеспечивает стабильность процесса, хорошее качество реза и достаточно высокую производительность труда. Стабильность протекания процесса резки на переменном токе такой же силы достигают путем включения осциллятора и повышения напряжения холостого хода до 100 В.
Выбор источников тока зависит также от материала обрабатываемых изделий. При резке нелегированных сталей оптимален постоянный ток обратной полярности, обеспечивающий более высокую производительность процесса при удовлетворительном качестве обрабатываемой поверхности. При обработке легированных коррозионно-стойких сталей во избежание науглероживания поверхности реза и последующей межкристаллитной коррозии следует применять источники переменного тока. Для обработки чугуна также рекомендуются источники переменного тока, при этом параметры шероховатости поверхностей реза сопоставимы с этими же параметрами поверхности отливок. ВДР цветных металлов и их сплавов осуществляют с применением как сварочных преобразователей, так и трансформаторов .
Мощность источника тока определяется сечением разрезаемых деталей и требуемой производительностью процесса, а при обработке отливок — размерами литейных элементов, удаляемых с поверхностей. В табл. приведены рекомендуемые источники питания в зависимости от разрезаемого материала и его толщины.
Механизированные устройства для ВДР повышают ее эффективность и расширяют границы применения. При однооперационной работе с большим объемом протяженных розов, например, при подготовке кромок на листах под сварку, целесообразно использовать механизмы с полным автоматическим циклом.
Автоматическую ВДР на установке АВД-1 применяют, например, для снятия усиления сварного шва высотой 4…5 мм со скоростью 120… 140 м/ч. Производительность процесса при этом в 3—4 раза выше, чем при ручной резке. Для производств, имеющих широкую номенклатуру изделий с разной длиной резов и поочередным выполнением этих резов, устройства с автоматическим циклом и контролем режима резки малоэффективны. В подобных случаях применяют более простые устройства. Механизированную резку на установке ПВД-3 используют при изготовлении шарового резервуара из стали объемом 600 м3. Источником питания является сварочный выпрямитель с набором балластных реостатов РБ-300. Резку ведут угольными электродами диаметром 7 и 9 мм с углом наклона к поверхности реза 30° на режиме: сила тока 500 А, скорость резки 21 м/ч, давление сжатого воздуха 0,4 МПа, расход 32 м3/ч. Механизированная ВДР позволяет выдержать требуемую форму разделки корня шва, обеспечивает необходимую шероховатость поверхности реза. В результате не только повышается производительность процесса, но и снижаются затраты на последующую заварку корня шва.
При использовании ВДР в литейном производстве в связи с широкой номенклатурой обрабатываемых отливок с большим разнообразием литейных элементов, подлежащих удалению, их нестабильности по линейным размерам, объему и местоположению, целесообразно использование манипуляторов с ручным дистанционным управлением. Для ограничения изгибающего усилия на угольный или графитированный электрод применяют манипуляторы повышенной чувствительности обратной связи: усилие, испытываемое электродом, не должно превышать 5… 10 Н.
Перспективно применение в качестве электрода вращающегося диска, перемещаемого параллельно обрабатываемой плоскости и при механизации процесса ВДР на обрубных операциях в литейных цехах. При этом усилие взаимодействия изделия с вращающимся электродом направлено по радиусу последнего, изгибающий момент отсутствует, электрод выходит из строя только при износе его рабочей поверхности. Установки для ВДР вращающимся электродом используют для работы как в автоматическом, так и полуавтоматическом циклах. Схема рабочей головки установки представлена на рис. 2.25. Дисковый электрод / имеет токоподвод 2, питаемый электрическим током. Сжатый воздух подается от бокового сопла 3, расположенного по касательной к окружности дискового электрода. Система охлаждения электрода выполнена в виде секторного кожуха 4, снабженного распылительными соплами 6 и отсасывающим паровоздушную смесь устройством 5, расположенным в верхней части кожуха.
Дисковым электродом диаметром 500 мм при работе с силой тока 2500…5000 А, частоте вращения электрода 600… 1000 мин-1, подаче 240… 1000 мм/мин обеспечивается высокая производительность процесса (до 150 кг/ч выплавленного металла) при удовлетворительном качестве поверхности реза и сравнительно малом тепловом воздействии на обрабатываемый металл.
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.
Автоматизация управления установками для электронно-лучевой сварки с помощью средств вычислительной техники
Автоматизация установок для электроннолучевой сварки является одним из важнейших направлений их совершенствования и позволяет добиться существенного повышения качества сварных соединений. Как уже отмечалось, время выполнения подготовительных и вспомогательных операций и диагностирования состояния функциональных систем таких установок превышает обычно время на проведение собственно технологических операций. Использование систем автоматического и программного управления дает возможность повысить производительность труда и надежность функционирования установок, а также обеспечивает высокую воспроизводимость технологического процесса. Кроме того, системы управления с использованием вычислительной техники расширяют технологические возможности сварочных установок.
Задачи автоматизации управления сварочными установками решаются в следующих направлениях: создание микропроцессорных систем локального управления параметрами процесса электронно-лучевой сварки и электромеханическим комплексом; применение систем локального управления положением электронного пучка; контроль и автоматическое регулирование процесса электроннолучевой сварки; контроль положения фокуса электронного пучка и управление установками с помощью ЭВМ.
Микропроцессорные системы локального управления параметрами процесса электроннолучевой сварки и электромеханическим комплексом. Системами локального управления комплектуются новые или модернизированные действующие специализированные сварочные установки. Типичные системы локального программного управления созданы в ИЭС им. Е. О. Патона на базе микропроцессорной техники. Они могут работать в комплекте с энергоблоками для электронно-лучевой сварки
Программирование режимов сварки необходимо для обеспечения высокой воспроизводимости геометрии и качества сварных швов в серийном производстве, а также для сокращения времени на отработку технологии сварки новых изделий. Программное управление пространственно-энергетическими параметрами электронного пучка осуществляется с помощью программатора.
Программатор режимов электронно-лучевой сварки выполнен на базе контроллера “Электроника” и предназначен для программирования в функции пути или времени токов электронного пучка и фокусирующей линзы пушки, амплитуд периодического отклонения электронного пучка по двум координатам, а также длин участков с постоянным режимом сварки. Имеются также стандартные подпрограммы начала и окончания сварки. Число кадров программы сварки достигает 300. Для выполнения прихваток имеется специальная программа периодического повторения заданного однокадрового режима сварки. Взаимодействие оператора с программатором осуществляется в диалоговой форме и не требует высокой квалификации.
Система программного управления режимом электронно-лучевой сварки выполнена на базе контроллера “Электроника МС ” и кроме функций программатора обеспечивает программирование траектории и скорости перемещения сварочной пушки или свариваемого изделия по шести координатам. Система имеет и переносной пульт ручного управления перемещением. Она предназначена для управления шаговым приводом типа БУШ-5, который может, в основном, применяться в малогабаритных сварочных установках. Управление отклонением электронного пучка осуществляется для пушек как с однократным преломлением пучка, так и с двухкратным.
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.
