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.
Установки для микросварки и размерной обработки. Установки этой группы предназначены для сварки и размерной обработки малогабаритных деталей радиоэлектроники, приборостроения, точной механики, для которых характерны сложность геометрических форм, различные сочетания материалов и их толщин, большое количество операций, необходимых для получения готового изделия. К микросварке в настоящее время принято относить соединения изделий с толщиной стенки менее 1 мм, а также выводов толщиной 0,05…0,3 мм с контактными площадками печатных плат и микросхем. Размерная обработка охватывает ряд технологических приемов по резке, испарению, зонной и вакуумной очистке, фрезерованию и сверлению.
Установки для микросварки и размерной обработки, как правило, универсальны. Требования к точности выполняемых операций на деталях малых размеров обусловили следующие особенности установок этой группы: наличие высоковольтных энергоблоков, формирующих пучок с минимальным диаметром 10… 100 мкм при высокой стабильности параметров; сканирование пучка по изделию на небольшой площади с высокой степенью точности; работу электронной пушки как в непрерывном режиме, так и в импульсном; высокую точность перемещения изделия; использование для наблюдения за процессом оптических систем с увеличением в 50… 100 раз; создание в высоком вакууме при объеме сварочной камеры (даже при групповой загрузке деталей) не более 0,5 м3; применение автоматизированных систем управления, работающих в комплекте с программирующими устройствами или вычислительными машинами.
К числу установок для микросварки относятся разработанные в ИЭС им. Е. О. Патона установки У. Установка имеет ускоряющее напряжение, силу тока пучка , длительность одиночного сварочного импульса до 50 мс, минимальный диаметр электронного пучка на изделии 25 мкм. Установка в комплекте с вычислительной машиной “Электра-13″ предназначена для приварки контактов интегральных схем (100 контактов в 1 мин) и сварки контактов микроразъемов.
Установка предназначена для сварки различных материалов, в том числе и тугоплавких толщиной 0,05… 1 мм непрерывным и импульсным электронным пучком. Ускоряющее напряжение установки регулируется дискретно: 30, 40, 50, 60, 70 кВ. Нестабильность ускоряющего напряжения в диапазоне 30…70 кВ за 15 мин непрерывной работы не ниже 0,05%. Сила тока электронного пучка в постоянном режиме регулируется в пределах 0…5 мА, а в импульсном достигает 10 мА. Нестабильность тока пучка в диапазоне 0…5 мА составляет 0,3%. Длительность сварочного импульса регулируется в пределах 1…50 мс.
К рассматриваемой группе относятся также следующие установки. Установка, предназначенная для микросварки и размерной обработки тонких пленок и засветки фоторезиста, работает при ускоряющем напряжении до 180 кВ. Сила тока пучка до 2 мА, диаметр пучка менее 0,015 мм. Специализированная установка УЛ предназначена для герметизации корпусов приборов, автоматизированная установка УЛ191 — для микросварки корпусов приборов, а установка У — для сварки полупроводниковых гибридных микросхем и др. На базе установки УЛ разработана установка, предназначенная для микро-сварки тонкостенных металлических корпусов приборов. Установки серийно изготовляются в двух модификациях: УЛС-3 с безмасляным вакуумом и с применением традиционных пароструйных вакуумных агрегатов.
Автоматизированная система управления (АСУ) установками для электронно-лучевой сварки включает:
управляющий вычислительный комплекс 3 (УВК) с видеотерминалом 10 и цифро-печатающим устройством 11;
энергетический комплекс, состоящий из аппаратуры с электронно-лучевой сварочной пушкой;
электропривод 1 “Размер 2М-5″, укомплектованный асинхронными двигателями;
модули связи 4 сервопривода с управляющей ЭВМ, представляющие собой функционально законченные,логические устройства нижнею уровня управления приводами перемещения манипуляторов 8 пушки и 9 изделия;
блок 2 электроавтоматики, состоящий из панелей гальванической развязки и кроссовой, приборов 7 цифрового измерения скорости вращения электродвигателей;
пульт 5 ручного управления сервоприводом.
АСУ установки реализует последовательно следующие задачи технологического процесса электронно-лучевой сварки: подготовку, сварку, завершение. На стадии подготовки осуществляется: проверка работоспособности УВК, энергетического комплекса и электропривода; ввод с пульта видеотерминала заданных параметров режима сварки; контроль глубины вакуума в сварочной камере и пушке; совмещение электронного пучка со стыком свариваемого изделия с запоминанием реальной траектории стыка.
На стадии сварки управление процессом осуществляется выдачей уставок на локальные регуляторы по заданию оператора (в полуавтоматическом режиме работы) или по жесткой программе (в режиме “автомат”). Основными параметрами процесса являются: сила тока электронного пучка, фокусирующей линзы; амплитуда технологической развертки; скорость сварки. В процессе сварки обеспечиваются: контроль и регистрация отклонений параметров процесса выше допустимых значений; контроль и учет высоковольтных пробоев в пушке с определением координат на стыке свариваемого изделия; аварийное завершение процесса.
