При ЭЛС протяженных продольных швов в локальном вакууме сварочная камера выполняется в виде плиты с продольным сквозным пазом в ее центральной части или в виде колпака. В первом случае по плите перемещается каретка, на которой смонтирована сварочная пушка. Стык сварочной камеры с изделием герметизируется уплотнителями. Обратная сторона стыка герметизируется дополнительной камерой, а торцовые части стыка — выводными планками. Продольный паз сварочной камеры, вдоль которого перемещается каретка со сварочным блоком, герметизируется стальной лентой или трапецеидальным резиновым уплотнением. Во втором случае сварочный блок с пушкой и механизмы его перемещения расположены под накидным колпаком.
В описанных установках длина свариваемого стыка обычно превышает длину камеры. Сварка выполняется по участкам с перерывами сварочного процесса при переносе камеры на новый участок, что связано с рядом трудностей. Поэтому сварка протяженных стыков по участкам с перестановкой сварочной камеры распространения не получила. Более перспективны в этом плане сварочные тракторы (мобильное вакуумирование) со скользящим по изделию уплотнителем. Они выполняются обычно в виде каретки, на которой размещаются сварочная пушка, система откачки, механизм подачи присадочного материала и др. Сварочная пушка снабжена дифференциальной откачкой и клапаном, отделяющим область катодного узла от сварочной камеры. Каретка со сварочной головкой может быть как самоходной, так и- неподвижной. В последнем случае сварочные перемещения сообщаются изделию. И в том, и в другом случае каретка сварочного блока в месте контакта с изделием снабжается уплотнительным блоком, который может иметь различные конструкции.
В лабораторном образце трактора (Германия) использована мощная система ступенчатой откачки. Для герметизации обратной стороны стыка используется подвижная контркамера, которая перемещается синхронно со сварочной. Начало и конец шва выполняются с помощью выводных планок. Уплотнительный узел сварочной камеры и контркамеры можно выполнить для сварки как плоских, так и цилиндрических изделий.
Основным недостатком современных сварочных тракторов является трудность герметизации стыка поверхности изделия с уплотнителями трактора вследствие отклонений от заданной формы поверхности изделия, наличия местных дефектов и загрязнений. Форма и температура валика сварочного шва оказывают существенное влияние на герметичность сварочной камеры.
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.
Система контроля и программирования параметров сварочного электронного пучка имеет более широкие функциональные возможности. Она позволяет управлять в функции перемещения сварочной пушки или свариваемого изделия всеми, кроме траектории и скорости сварки, параметрами режима электронно-лучевой сварки. В режиме “прихватка” программируется до 20 параметров технологического процесса. Число прихваток на свариваемом стыке может быть задано до 100 при периоде повторения 1…10 000 мм. В режиме “сварка” программируется до 17 параметров процесса с возможностью линейной интерполяции каждого. Может быть задано до 300 участков шва с постоянным режимом сварки длиной 1…10 000 мм каждый. Начало и окончание сварки осуществляется по одной из двух специальных подпрограмм либо в функции перемещения, либо в функции времени. В составе системы имеется субмодуль управления отклонением электронного пучка. С его помощью осуществляется статическое и периодическое отклонение электронного пучка как с однократным, так и с двукратным его преломлением. Развертка электронного пучка производится по одной из десяти записанных в перепрограммируемой постоянной памяти траекторий с частотой 50…500 Гц или любой другой оперативно вводимой траектории развертки. При этом обеспечивается минимум биений развертки из-за пульсаций выпрямленного сетевого напряжения. Субмодуль модуляции токов электронного пучка и фокусирующей линзы пушки обеспечивает любое их периодическое изменение с частотой до 500 Гц, в том числе синхронно с разверткой электронного пучка. Эти субмодули управляются программно.
Для контроля геометрических параметров электронного пучка мощностью до 60 кВт в состав системы входит специальный датчик, устанавливаемый на сварочной пушке или отдельно от нее. Контроль геометрии пучка может осуществляться до сварки. Программирование параметров технологического процесса осуществляется оператором в форме диалога (т. е. вводятся только необходимые цифровые значения параметров), а выбор режимов и подрежимов контроля — методом программного “меню” (с помощью кнопок “ДА” и “НЕТ”). Система включает также некоторые вспомогательные устройства: имитатор датчика перемещения пушки (или изделия); программатор микросхем постоянной памяти.
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.
