Сваркопайка изделий нахлесточными соединениями из разнородных металлов (например, из титана и алюминия) осуществляется на контактных точечных и шовных машинах, основными операциями которых являются сжатие и нагрев деталей током. Наиболее перспективны установки с нагревом переменным током промышленной частоты, постоянным током и конденсаторные. Режим сварки выбирается таким образом, чтобы произошло частичное оплавление более низкотемпературного металла, а соединение происходило за счет смачивания им второго металла. Для получения таких соединений успешно применяют машины: для контактной точечной сварки на переменном токе МТ и др.; для конденсаторной точечной сварки МТК и др.; для шовной сварки на переменном и постоянном токе МШ и др.
Особо следует отметить перспективность применения установок большой мощности (более 500 кВ-А), например, машин для рельефной сварки. Так, машина, имеющая номинальную силу тока 100 кА (номинальная мощность 800 кВ • А) и усилие сжатия до 80 кН, успешно применена для сваркопайки композиционных материалов на основе алюминия с алюминием, медью, титаном, коррозионно-стойкой сталью. Соединяются как плоские, так и трубные заготовки, причем в последнем случае при необходимости за счет особой конструкции приспособления можно обеспечить всестороннее сжатие. При соединении материалов с однородной основой, как правило, применяют более легкоплавкий припой.
Для получения стыкового соединения методом сваркопайки труб и прутков диаметром менее 20 мм из разнородных металлов (сталь-титан, коррозионно-стойкая сталь—ниобий или медь) для нагрева используют дугу низкого давления. Установки для осуществления этого процесса включают вакуумную камеру с соответствующей системой откачки, источник переменного тока и систему управления. Внутри вакуумной камеры располагаются подвижный и неподвижный зажимы, предназначенные для крепления соединяемых деталей и подвода к ним электрического тока. Режим нагрева подбирается таким образом, чтобы торец менее тугоплавкой детали оплавился, а более тугоплавкой нагрелся до температуры смачивания. После этого торцы быстро сближаются. Обычно такие установки получают переоборудованием имеющихся установок, например, на базе установок УДСВ.
В последние годы получил распространение процесс сваркопайки с использованием процесса аргонодуговой сварки с присадкой в зону дуги припоя в массовом производстве, например, в автомобилестроении. В Японии разработано специализированное оборудование, отличающееся высокой степенью автоматизации. На поворотном столе размещаются стальные изделия . Сварочная головка и катушка с присадочной проволокой размещены на специальных консолях. Все оборудование, включая баллон с аргоном и блок управления , смонтировано в одном корпусе. Установка работает следующим образом. При нахождении детали в исходном положении включается подача аргона, затем сварочный ток. После этого начинается прогрев вращающегося изделия за счет теплоты дуги, горящей между неплавящимся электродом и изделием. После подогрева изделия до температуры смачивания стали латунью (контроль по времени) включается механизм 5 подачи проволоки и под дуту начинает подаваться латунь, причем в строго определенное время. Затем ток и подача проволоки отключаются, а шов, полученный за счет использования процесса сваркопайки, несколько секунд обдувается аргоном, после чего подача его прекращается. Затем стол перемещается на следующий шаг, и процесс повторяется.
Преимущества такого оборудования следующие: высокая производительность, исключение применения флюса, высокое и стабильное качество за счет точного соблюдения всех параметров процесса.
Сваркопайка, безусловно, не универсальный процесс. Однако во многих случаях, особенно при соединении разнородных материалов, этот метод позволяет найти наиболее рациональное решение, особенно при использовании специализированного автоматизированного оборудования.
Оборудование для воздушно-дуговой резки (ВДР) включает резаки для ручной резки и токовоздухопроводы к ним, источники питания, технологическое и вспомогательное оборудование для механизированной и автоматической резки, систему приточно-вытяжной вентиляции.
Резаки, соответствующие условиям работы сварочных и заготовительных цехов, а также обрубных участков литейных производств, должны удовлетворять следующим основным требованиям: обеспечивать работу в труднодоступных местах сварных конструкций и на внутренних полостях отливок; иметь надежное крепление электрода, а также электро- и теплоизоляцию; минимально возможные габаритные размеры и массу; обеспечивать стабильно направленное воздушное дутье заданной интенсивности; обеспечивать быструю смену зажимных губок или замену всей головки. Типы и основные параметры ручных резаков для ВДР регламентированы .
Резаки классифицируют: по принципу зажатия электрода — винтовые, цанговые, рычажно-пружинные, с пневмозажимом, клиновые; по способу подачи воздуха — цилиндрические или щелевые; по форме электрода — круглые или плоские; по виду охлаждения — воздушные или водяные; по условиям эксплуатации — для поверхностной резки-строжки или разделительной резки .
Резаки с винтовым зажимом отличаются простотой и надежностью контакта практически на любых токах, однако смена электрода, требует длительного времени и вспомогатель-^ ного инструмента. Кроме того, затруднена изоляция головки резака, что препятствует его применению для обработки внутренних полостей. Резаки с цанговыми зажимами надежны в работе с круглыми электродами с силой тока менее 800 А, но головки этих резаков сложны и трудоемки в изготовлении. Резаки рычажно-пружин-ного типа, например, РВД наиболее широко применяют для работы на наружных поверхностях деталей с силой тока менее 1000 А. При выполнении резки внутри полостей рычажный зажим затрудняет манипулирование резаком. Для работы с силой тока свыше 1000 А необходимо устанавливать мощные пружины, что усложняет процесс смены электродов.
Резаки с пневмозажимами более компактны, удобны в работе не только на наружных, но и на внутренних поверхностях отливок. Однако при смене электрода обязательно нужно перекрывать сжатый воздух, поскольку вентиль расположен сразу за рукояткой резака. Это дополнительное сопротивление на пути сжатого воздуха сказывается на интенсивности дутья. Резаки с пневмозажимами сравнительно сложны по устройству и более трудоемки в изготовлении, чем держатели с рычажно-пружинным зажимом. Разработаны резаки с пневмозажимами с силой тока 500, 1000 и 1300 А Резаки с зажимами клинового типа отличаются наиболее надежным креплением плоского электрода. Головки резаков с клиновым зажимом могут быть прямыми (для поверхностной ВДР) и угловыми (для срезки металла в полостях и окнах деталей или отливок). Резаки с зажимами клинового типа имеют марки РВДл и др.
Для охлаждения нагретых частей головки резака и всего устройства используют воздух, поступающий на дутье. Еще более эффективно охлаждение деталей резака и токовоздухопро-вода негорючей жидкостью, например, водой. Резаки с водяным охлаждением более компактны, чем с воздушным. Вода, поступающая на охлаждение токо-ведущих деталей, может одновременно использоваться для образования водовоздушной эмульсии, выполняющей ту же роль, что и воздушное дутье. При этом наличие воды в атмосфере рабочей зоны электрической дуги и газовой струи снижает количество пыли и сварочных аэрозолей во внешней среде.
Использование водовоздушной смеси в качестве технологического дутья повышает эффективность охлаждения и снижает площадь сечения токоведущих жил. Например, при работе с силой тока 1500 А площади сечений токоведущих жил следующие: без охлаждения 250 мм2; с воздушным охлаждением 125 мм2; с водовоздушным 80 мм2 и 50 мм2 .
Рациональной системой подвода тока и воздуха для резаков всех типов является совмещенный токовоздухопровод , состоящий из штуцеров и 5 с цилиндрическими хвостовиками, к которым припаяны токо-ведущие жилы 2, равномерно расположенные по окружности хвостовиков. Наружной оболочкой служит дюритовый шланг 3, рассчитанный на давление до 1,2 МПа.
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.
Сварка различных полимерных материалов осуществляется с применением ручных и механизированных сварочных инструментов и приспособлений, а также установок и машин, среди которых доля оборудования с автоматизированными системами управления весьма незначительна. Специализация оборудования зависит от вида сварки: нагретым газом или инструментом; экструзионной; трением вращения; ультразвуковой и высокочастотной; инфракрасным излучением. Широкий интервал сварочных параметров позволяет настраивать оборудование на требуемые параметры сварки в зависимости от конкретных соединяемых материалов.
Сварка нагретым газом, как правило, осуществляется с применением ручных нагревателей различной конструкции: газовых косвенного и прямого действия; с электрообогревом, которые нашли наиболее широкое применение, поскольку более просты и безопасны в эксплуатации.
Наибольшее распространение получил универсальный электрический нагреватель ГЭП-2 , предназначенный для сварки нагретым газом различных пластмассовых изделий, толщиной менее 20 мм с помощью присадочных прутков диаметром 3…5 мм. Температура газа-теплоносителя на выходе из наконечника нагревателя 260…600°С, давление газа-носителя не более 0,5 МПа, расход 3000…7000 л/ч, напряжение питания 36 В, потребляемая мощность 750 Вт, масса 0,75 кг, габаритные размеры 210 х 30 мм.
Полуавтомат ПГП-1 создан для сварки нагретым газом с применением присадочного материала в нижнем положении стыковых соединений листов из термопластов. Он смонтирован на самоходной тележке и комплектуется специальным блоком питания. Полуавтоматические машины типа МСП созданы для сварки пленок из термопластов нагретым газом без присадочного материала. Сварка нагретым инструментом по техническим и технологическим признакам подразделяется на группы: стыковая раструбовая, прессовая, термоимпульсная, ленточная и роликовая .
Оборудование для стыковой сварки наиболее широко применяется для соединения пластмассовых труб нагревательным инструментом, работающим на газообразном или твердом топливе, или на электроэнергии. Нагревательный инструмент ОБ работает на твердом топливе и применяется в комплекте с установками для сварки пластмассовых труб диаметром 63… 110 мм, а инструмент типа ОБ — на пропан-бутане и предназначен для сварки пластмассовых труб диаметром 63…225 мм. Нагревательный инструмент ТИИ-110/225 (теплогенератор инфракрасного излучения) работает на сжиженном газе и применяется в комплекте с установкой для сварки полиэтиленовых труб УСПТ-09.
Оборудование для стыковой сварки труб нагретым инструментом в зависимости от условий применения можно разделить на следующие группы: ручные приспособления и устройства; переносные установки; передвижные установки на колесном ходу; полустационарные и стационарные установки, перемещаемые с применением специальных механизмов. Привод может быть рычажный, винтовой, гидравлический, пневматический. Центраторы (зажимные узлы) установок рассчитаны на ряд типоразмеров труб, поэтому каждая установка комплектуется сменными вкладышами.
Установки, разработанные ИЭС им. Е. О. Патона , охватывают весь диапазон диаметров пластмассовых труб. В комплект установок входят центратор, электронагревательный инструмент, торцеватель и блок управления. Оборудование, представленное в табл, предназначено для единичного производства.
Широко применяются установка УСПТ с гидроприводом, предназначенная для сварки в монтажных условиях полиэтиленовых труб диаметром 63…225 мм, а также приварки к трубам соединительных деталей, установки УСП- (гидропривод) и УСП-69 (ручной привод) для сварки пластмассовых труб диаметром менее 315 мм, а также оснащенные гидроприводом комплекты УСКП (для сварки труб диаметром 140…630 мм)
Устройства УСПМ с ручным приводом предназначены для сварки монтажных соединений пластмассовых трубопроводов и комплектуются компактным центратором (что позволяет их применять на высоте, в труднодоступных местах и траншеях), нагревательным инструментом и торцевателем.
В числе другого широко применяемого оборудования известны устройства СА и СА для сварки монтажных соединений пластмассовых трубопроводов диаметром 40… ПО мм, устройство С А для сварки труб диаметром 125… 160 мм, комплект специальных приспособлений для сварки в монтажных условиях пластмассовых труб диаметром 69…315 мм. Устройства типа УСДП предназначены для изготовления соединительных деталей пластмассовых трубопроводов в заводских условиях. Оборудование для раструбовой сварки нагретым инструментом предназначено для соединения пластмассовых труб и комплектуется специальным нагревательным инструментом, имеющим дорн и гильзу, что обеспечивает оплавление свариваемых поверхностей трубы и соединительной детали (литой или формованной).
Устройство ОБ-2288 , разработанное ИЭС им. Е. О. Патона, предназначено для эксплуатации в различных условиях и комплектуется нагревательным инструментом с набором сменных накладных деталей (дорна и гильзы), блоком питания (управления), струбциной, торцевателем с набором направляющих стаканов, хомутами.
Устройство УСР-100 предназначено для сварки в заводских условиях труб с соединительными деталями при изготовлении узлов и блоков систем внутренней канализации.
Оборудование для прессовой сварки нагретым инструментом предназначено для соединения пленочных полимерных материалов. В стационарных условиях применяют сварочные установки в виде прессов консольного или портального типов, а в монтажных условиях — переносные прессы скобообразной формы.
Прессы типа ПСТП предназначены для сварки шаговым способом пленок из полиамида, полиэтилена и поливи-нилхлорида толщиной 0,3…2,0 мм. Прессы ПСТП-4 (ПСТП-4М) и ПСТП-2, отличающиеся длиной верхней и нижней траверс гидроподушки и нагревательных элементов, имеют портально-консольные станины, что позволяет сваривать поперечные и продольные прямолинейные швы крупногабаритных изделий, а также обслуживать прессы как с передней, так и с тыльной стороны. Пресс ПСТП-0,5У предназначен для сварки угловых швов.
Пресс ПУС-25 предназначен для сварки деталей и узлов контейнеров мягкой конструкции на основе полимернотекстильных материалов толщиной 0,3..2 мм. Максимальная температура сварки 20°С, длина сварного шва, получаемого за один цикл 2400 мм, ширина сварного шва 80 и 100 мм, производительность 6… 10 швов/ч, потребляемая мощность 5 кВт, габаритные размеры 3130 х 1595 х 1935 мм, масса 2750 кг.
Установки ОБ предназначены для прессовой сварки нагретым инструментом гибких вентиляционных шахтных труб из армированных пленочных полимерных материалов. Установка позволяет также производить ремонт вентиляционного трубопровода при наличии повреждений в виде порывов, порезов или сквозных отверстий любых размеров. В комплект установки входит предназначенный для ремонтных работ ручной сварочный пресс с размерами нагревательного инструмента 160 х 60 мм, максимальным сварочным давлением 0,6 МПа и потребляемой мощностью 0,5 кВт.
Оборудование для термоимпульсной сварки нагретым инструментом предназначено для соединения полимерных пленок. В производстве, как правило, применяются автоматизированные установки различного типа. Машины (автоматы) типа МСП предназначены для сварки полиэтиленовых, полипропиленовых, полиамидных и фторопластовых пленок толщиной менее 500 мкм.
