Установки для сварки изделий средних габаритов. Установки этой группы наиболее многочисленны и разнообразны, особенно распространены для сварки в высоком вакууме, нашли применение в ракетной, авиационной, станкостроительной и автомобильной промышленности, при производстве тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. Для них характерно: применение пушек с различным ускоряющим напряжением при мощности электронного пучка 0,5… 100 кВт, стационарных и перемещаемых внутри вакуумной камеры; использование вакуумных камер объемом 0,5…4 м3, при этом время откачки до рабочего давления 6 -10-1…6 -10-3 Па составляет 0,5…30 мин.
Универсальные установки позволяют сваривать разнотипные изделия без существенной переналадки. Требование универсальности в сочетании со специфическими требованиями различных отраслей промышленности, использующих это оборудование, а также процесс его непрерывного совершенствования способствовали созданию большого количества различных по конструкции установок. К лучшим образцам рассматриваемого оборудования относятся гаммы универсальных установок, состоящие из однотипных узлов и предназначенные для сварки большого количества изделий различных типоразмеров. В пределах этих гамм установки отличаются ступенчатым увеличением размеров сварочных камер, параметрами пучка сварочной пушки, мощностью и составом откачной системы, наличием разнообразных манипуляторов свариваемого изделия, степенью автоматизации и др. Большое количество универсальных установок для ЭЛС в высоком вакууме изделий средних размеров создано в Институте электросварки им. Е. О. Патона.
Универсальная установка имеет прямоугольную камеру / размером 1200 х 1200 х 1200 мм с толщиной стенок 25 мм, что обеспечивает как механическую прочность, так и необходимую биологическую защиту обслуживающего персонала. В верхней части камеры установлена камера-приставка 2, внутри которой смонтирован двухко-ординатный механизм перемещения сварочной пушки, что позволяет наиболее рационально использовать объем сварочной камеры. Длина продольных и поперечных швов, которые можно выполнить на этой установке, достигает 900 мм. Можно сваривать прямолинейные и кольцевые швы в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Установка У570М успешно эксплуатируется в судостроительной промышленности, энергетическом машиностроении.
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.
Одним из наиболее распространенных способов повышения производительности установок является групповая загрузка изделий и их поочередная сварка за одну откачку камеры. С увеличением количества загружаемых в камеру изделий время цикла сварки одного изделия уменьшается. На практике количество одновременно загружаемых в камеру изделий ограничено допустимыми ее размерами и сварочных манипуляторов, усложнением их конструкций и условий загрузки—выгрузки. Кроме того, большой объем сварочных камер увеличивает время их откачки до рабочего давления, мощность, а следовательно, стоимость откачных средств и снижает надежность установки за счет усложнения и укрупнения ее конструкции.
Наиболее часто применяют установки с одновременной загрузкой и сваркой 4… 12, редко 24 изделий, например, установки типа ЦЭЛС с групповой загрузкой свариваемых изделий и только в рассмотренных выше установках для микросварки и для сварки изделий малых размеров число одновременно загружаемых деталей достигает нескольких сотен. При этом широко применяются установки с двумя сменными манипуляторами, один из которых находится в камере, а другой в это время разгружается и загружается новыми заготовками. Так, в установке для сварки микрочелноков ткацких машин с групповой загрузкой изделий используются два специальных приспособления, каждое из которых предусматривает загрузку 72 изделий. Приспособления установлены на открывающейся крышке Сварочной камеры по одному с каждой стороны. Пока свариваются 72 изделия в одном приспособлении, другое загружается заготовками. Замена приспособления в камере выполняется поворотом крышки камеры на 180° вокруг вертикальной оси. Диаметр приспособления 800 мм. На каждом изделии выполняются по четыре шва. Производительность установки достигает 140 деталей в 1 ч.
Специализированные установки с групповой загрузкой изделий и универсальные установки со специализированными многоместными манипуляторами для той же цели получили достаточно широкое распространение. Среди них можно назвать установки УМ, У, установки МSЕ и МSJ (Франция), которые принципиально не отличаются от рассмотренных выше.
В последние годы широкое распространение получили установки “тактового типа”, у которых время выполнения всех вспомогательных операций сокращено до минимума за счет уменьшения объема камер, времени откачки, в том числе за счет выполнения сварки в промежуточном вакууме. Такие установки начали применяться на заводах автомобильной промышленности, в частности при изготовлении деталей автоматических коробок скоростей и трансмиссий. Установки имеют в большинстве случаев разъемные камеры. Одна часть камеры (обычно верхняя), в которой смонтирована пушка, неподвижно закрепляется на станине и снабжается по разъему вакуумным уплотнением. Другая часть — несущая гнездо для закрепления изделия (или изделий), может перемещаться относительно неподвижной части, что создает удобство перезагрузки свариваемых деталей и доступ к механизмам их перемещений. Совмещение пучка со свариваемым стыком достигается благодаря точности изготовления и монтажа механизмов перемещения изделия и стабильности положения пучка. Ручные механизмы корректировки положения стыка используются при наладке установки или при сварке разнотипных изделий. Наблюдение ведется через смотровые окна в камере или через оптическую систему соосно с пучком, которые используются только при настройке установки. Системы управления у таких установок, как правило, полностью автоматизированы.
