Рис. 9.5. Зависимость скорости сварки

V от толщины стенки трубы s при мощности сварочного трансформатора, кВт:

1 - 200; 2 - 300; 3 - 400; 4 - 600; 5-800

Оборудование для сварки труб сопротивлением (табл. 9.2) состоит из следующих основных узлов: вращающегося сварочного трансформатора, преобразовательной установки для получения то­ка повышенной частоты, электродов сварочного трансформатора, направляющих роликов с шайбой, вертикальных роликов сближе­ния и давления.

Таблица 9.2. Характеристика сварочных станов некоторых установок для индукционной сварки труб

Электросварка токами высокой частоты. Для производства труб диаметром 8 - 529 мм и толщиной стенки 0,3 - 10 мм широкое распространение получил новый способ производства электросварных труб - сварка токами высокой (радиотехнической) частоты (70-450 кГц).

Основными преимуществами этого способа сварки являются:

1. Возможность осуществлять поверхностный нагрев кромок заготовки в тонком слое металла.

2. Возможность значительного увеличения скорости сварки до 150 м/мин и более из углеродистых сталей при одновременном по­вышении качества сварного шва.

3. Возможность сварки труб из легированных и высоколегиро­ванных сталей, цветных и редких металлов и сплавов с высокой скоростью.

4. Получение труб с качественным швом из горячекатаной не­травленой стали.

5. Значительное уменьшение удельного расхода электроэнергии на 1 т готовых труб.

6. Возможность применения одного и того же сварочного обору­дования при сварке различных материалов.

На рис. 9.6 показана схема сварки токами высокой частоты с контактным и индукционным подводом тока к кромкам трубной заготовки.

Рис. 9.6. Схема высокочастотной сварки с подводом тока скользящими (а) контак­тами и индукционным (б) подводом тока к кромкам трубной заготовки:

1 - контакты или индуктор; 2 - сформованная заготовка; 3 - стык кромок; 4 - сва­рочные ролики; 5 - ферритовый сердечник; 6 - готовая труба

При контактном подводе тока (рис. 9.6, а), который может осу­ществляться скользящими или роликовыми контактами 1, ток от источника питания поступает к двум кромкам трубной заготовки 2. Дальше ток может идти от одного контакта к другому двумя пу­тями: вокруг периметра трубы и вдоль одной кромки до места стыка (прямой ток) и обратно по второй кромке (обратный ток). Индуктивное сопротивление по периметру трубы будет больше, чем вдоль кромок. Поэтому ток пойдет вдоль кромок, будет их разогревать до сварочной температуры. Основной нагрев металла производит прямой ток. В месте стыка кромок 3 образуется шов под действием сдавливания сварочными роликами 4, температура кромок будет наивысшей и произойдет сварка заготовки в трубу 6. Обратный ток, проходя по второй кромке в направлении, обратном движению заготовки, замыкается через направляющие ножи и шайбы.

Индукционный подвод тока осуществляется двух- и трехвитковым индуктором 1 (рис. 9.6, б). Под действием электрического тока высокой частоты, проходящего по индуктору, в металле трубной заготовки 2 возникает электродвижущая сила, под влиянием которой в трубной заготовке образуется электрический ток также высокой частоты. Пути его прохождения будут такими же, как и при контактном подводе тока. Только по периметру трубной заго­товки ток может течь большей силы, так как индуктор охватывает трубу кругом. Для того чтобы уменьшить долю электрического то­ка, проходящего по периметру трубы, внутрь трубы в месте уста­новки индуктора вводят ферритовый сердечник 5. Этим увеличива­ется индуктивное сопротивление для тока, проходящего по пери­метру трубы, и тогда ток в основном пойдет вдоль кромок трубы, нагревая их до сварочной температуры. Зазор между сердечником и трубой желательно иметь минимальный - не более 2-3 мм, од­нако на практике его поддерживают равным 3-5 мм, чтобы избе­жать электрических пробоев.

Ток высокой частоты обладает свойством поверхностного эф­фекта и эффекта близости. Сущность поверхностного эффекта за­ключается в том, что в проводнике ток распределяется неравно­мерно по сечению, концентрируясь в поверхностных слоях провод­ника. Эффект близости заключается в неравномерном распределе­нии тока в верхних слоях проводника по периметру. Прямой и об­ратный токи проходят главным образом по кромкам заготовки. Благодаря этим свойствам тока высокой частоты нагревается очень тонкий слой металла с поверхности. Глубина проникновения δ_Т то­ка в металл зависит от температуры нагрева, частоты тока и каче­ства металла:

где k - коэффициент, зависящий от электрических и магнитных свойств металла, k = 450 - 600 при 1000°С; f- частота тока.

Возможны три варианта нагрева кромок трубной заготовки то­ками высокой частоты:

1) нагрев кромок до сварочной температуры без их оплавления варка металла в пластическом состоянии;

2. разогрев кромок свариваемой заготовки до сварочной температуры с оплавлением металла в точке схождения кромок;

3. разогрев кромок заготовки до оплавления при подходе к точке схождения. В месте контакта кромки дополнительно пере­греваются. Сварка происходит с выбросом металла из зоны сварки.

При втором способе нагрева затраты энергии несколько боль­ше, чем при первом способе нагрева. Удельное давление примерно равно 20 - 30 МН/м². Образовавшиеся при нагреве оксиды легко выжимаются вместе с жидким металлом в грат, который по вели­чине значительно ниже, чем в первом случае, и, например, при толщине стенки 1,5-2 мм не превышает 0,2 - 0,3 мм.

Третий способ нагрева применяется при сварке трубы из высо­колегированных сталей, в частности нержавеющих. В этих сталях образуются тугоплавкие оксиды. Нагрев до оплавления способству­ет выжиманию их в грат при сварке. Расход энергии в этом случае наибольший. Грат получается большой. Поэтому сварку труб из углеродистых и низколегированных сталей рекомендуется вести с оплавлением металла в месте схождения кромок по второму вари­анту.

После нагрева кромки сдавливаются обжимными валками 4 (см. рис. 9.6) в точке их схождения 5. При этом ток, собираясь от индуктора, течет вдоль одной кромки, а затем, после сварки, оги­бает место сварки и возвращается вдоль второй кромки.

При сварке труб малого и среднего сортамента контакты токоподвода располагаются на расстоянии 50 - 70 мм от оси сварочных роликов, а при индукционном подводе тока на расстоянии 50 - 120 мм.

Трубы с толщиной стенки 0,5 - 2 мм изготавливают из холод­нокатаной ленты, а при толщине ленты свыше 2 мм - из горячека­таной ленты. Допуск по ширине холоднокатаной ленты при тол­щине 0,5 - 2,0 мм установлен минус 0,5 мм, а для горячекатаной ленты при толщине 2 - 3,5 мм величина допуска составляет ± (0,15 - 0,25) мм.

Для уменьшения бесполезных потерь тока на нагрев самой трубы (а не кромок) в трубу вводится ферритовый сердечник. Ми­нимальный диаметр трубы, которая может быть изготовлена ради­очастотной сваркой, равен 12 мм. В трубу меньшего диаметра ввод сердечника затруднен. Длина ферритового сердечника при сварке труб диаметром до 30 мм равна 150 - 200 мм, при сварке труб свыше 30 мм - до 300 - 350 мм. Нагрев кромок трубной заготовки происходит очень быстро: 0,04 с при толщине стенки 1,5 - 2 мм и 0,4 - 0,5 с при толщине стенки 12 мм. Благодаря этому скорость при радиочастотной сварке достигает 60 м и выше. Средние режи­мы радиочастотной сварки труб приведены в табл. 9.3.

Таблица 9.3, Режимы сварки труб

Практика работы показывает, что скорости сварки при радио­частотной сварке труб могут быть значительно выше. Скорость электросварки зависит в основном от толщины стенки и характе­ристики трубосварочного агрегата. Для сталей с содержанием угле­рода свыше 0,2% и высоколегированных скорость высокочастотной сварки уменьшается на 15%.

Качество сварки труб зависит в первую очередь от температу­ры нагрева кромок и давления валков на трубную заготовку. Каче­ство сварки повышается, если заготовка хорошо сформована. На ней отсутствуют гофры и нет смещения кромок. Скорость сварки, по одним данным, мало влияет на качество шва; по другим, при изготовлении труб токами радиочастоты качество сварного соеди­нения повышается с увеличением скорости сварки. Это вызвано тем, что сокращается время нагрева, следовательно, и ширина зо­ны нагрева кромок, а также сокращается время, соответствующее окислению металла. Увеличение скорости сварки труб приводит также к уменьшению внутреннего грата.

В качестве источника энергии при радиочастотной сварке кон­тактным или индукционным способами используют ламповые гене­раторы и электромашинные преобразователи, размещаемые вблизи стана. В состав сварочного узла входит индуктор, шовнаправляющая клеть, шовосжимающие валки и ферритовый сердечник. Характеристика современных сварочных устройств, применяемых при радиочастотной сварке труб на некоторых отечественных трубных станах, приведена в табл. 9.4. Конструкции сварочных узлов, используемых на различных типоразмерах станов, несколько различаются.

Таблица 9.4. Характеристика сварочных генераторов для сварки труб токами высокой частоты

В станах традиционной конструкции калибр сварочной клети образовывался двумя вертикальными валками. Такая конструкция не позволяла оперативно выполнять раздельную регулировку вер­тикального положения кромок и влиять на угол их схождения пе­ред сваркой. В современных клетях калибр образуется четырьмя неприводными валками, из которых два верхних располагаются в области кромок под углом друг к другу, а два других - вертикаль­но по обе стороны трубы. Конструкция предусматривает также ре­гулировку положения всего калибра по вертикали. Для регулиро­вания угла схождения кромок сварочный узел имеет возможность перемещаться вдоль оси стана. При приближении к шовнаправляющей клети угол схождения кромок увеличивается, при удалении уменьшается. При выходе трубы из сварочного калибра при повы­шенных скоростях сварки возможно образование горячих трещин в неостывшем шве из-за распружинивания трубы. Для устранения явления за сварочным калибром устанавливают поддерживающую клеть. В станах традиционной конструкции в такой клети имелись два вертикальных вала, образующих калибр закрытого профиля. Однако при высоких скоростях сварки такой калибр всегда предот­вращает образование горячих трещин в шве. Поддерживающая клеть усовершенствованной конструкции содержит четыре валка, не полностью охватывающих периметр трубы. Валки расположены попарно и симметрично относительно оси трубы. Первые два валка размещаются вблизи шва приблизительно под углом 30° к верти­кальной плоскости, а вторые два валка охватывают профиль трубы под углом до 60°.

При производстве сварных труб необходимое качество сварного соединения обеспечивается при определенном соотношении темпе­ратуры нагрева кромок и сварочного давления. Существуют определенные области сочетаний допустимых значений величин давле­ний и температур, при которых сварка осуществляется без сниже­ния качества шва. Расширение области применения сварных труб вызванное этим повышение требований к качеству сварного сое­динения потребовали создания систем регулирования режима свар­ки способных поддерживать температуру и давление в заданном узком интервале.

В Японии для стабилизации температуры сварки при изменении толщины исходной ленты применяют автоматическую систему (рис. 9.7) с микропроцессо­ром 1, управляющим режи­мом работы источника пи­тания сварочного устройст­ва и оборудованную дис­танционным управлением 6. Регулирование темпера­туры осуществляется на ос­новании следующей вход­ной информации: фактиче­ской толщины стенки ис­ходной полосы, измеряемой толщиномером 2, данных о скорости сварки, замеряемой прибором 5, и температуры в области свариваемых кромок, измеряемой радиационным пирометром 4. Кроме того, микропроцессор контролирует действительные значе­ния тока и напряжения источника питания 5 и использует пол­ученную информацию для дополнительной обратной связи.

Рис. 9.7. Схема автоматической стабилизации температуры сварки при изменении толщины исходной ленты:

1 - микропроцессор; 2 - толщиномер; 3 - при­бор; 4 - радиационный пирометр; 5 - источник питания; 6 - пульт

Фирмой "Син ниппон сэйтэцу" (Япония) разработана система контроля режима высокочастотной сварки, которая позволяет авто­матически поддерживать заданные значения параметров и дает возможность оператору контролировать режим в любой момент времени.

Участки сварки труб в трубоэлектросварочных станах для ра­диочастотной сварки труб обычно состоят из сварочной машины, сварочных (шовсжимающих) валков и удерживающих валков. Для предотвращения перемещения кромок трубной заготовки в попе­речном направлении относительно оси сварки и создания опреде­ленного угла схождения кромок заготовки перед сварочными вал-ми устанавливают направляющий нож или шовнаправляющее устройство в виде специальной клети.

Выбор мощности сварочной установки. Необходимую мощность N сварочной установки в зависимости от скорости сварки можно определить по следующей формуле

где No - приведенная мощность, кВт (мм м) мин, определяемая по графику, приведенному на рис. 9.8; S – толщина стенки, мм; V- скорость сварки м/мин.

Рис.9.8. Зависимость приведенной мощности сварочной установки от скорости сварки труб диаметром от 200 до 1000 мм при частоте тока 10 кГц

Например, подсчи­таем мощность для сварки со скоростью 40 м/мин труб диамет­ром от 219 до 325 мм и толщиной стенки S = 8 мм. Из рис. 9.8 оп­ределяем, что приве­денная мощность N₀ = 3,75 кВт (мм∙м)мин. Тогда мощность уста­новки согласно уравне­нию (9.6) должна быть не менее: N=3,75∙8∙40=1200 кВт.

Следовательно, для сварки труб этого типоразмера необходимо использовать сварочную установку ИС1-1500/40 конструкции ВНИИТВЧ.

Выбор типа источника питания и параметров сварочной ус­тановки имеет большое значение при проектировании сварочного стана. На основе опыта эксплуатации ТЭСА сделаны следующие практические выводы:

1. Для прямошовных труб малого и среднего диаметров реко­мендуется применять индукционный способ передачи тепла; для тонкостенных труб диаметром 219 и 530 мм подвод тока осуществ­ляется охватывающим индуктором на частоте 440 кГц.

2. Для толстостенных труб целесообразно применять подвод то­ка индуктором размещенным внутри свариваемой заготовки, с пи­танием от преобразователей с частотой 8-10 кГц, так как их про­изводительность выше, чем у станов с частотой 440 кГц.

Конструкции индукторов различны для сварки прямошовных труб. Для сварки труб диаметром до 40 - 50 мм технологически проще применять многовитковый индуктор. При сварке труб сред­него диаметра - одновитковые.

Дуговая электросварка под слоем флюса. Применяют для про­изводства прямошовных труб диаметром 426 - 1620 мм с толщиной стенки 3,0 - 32 мм и длиной 6 - 18 м и спиральношовных труб диаметром 426 - 2500 мм с толщиной стенки 3,0 - 25,0 мм и дли­ной 12 - 24 м для магистральных трубопроводов нефти, газа и нефтепродуктов.

Процесс дуговой сварки (9.9) заключается в создании между металлом трубы и электродом в месте стыка кромок мощного электрического разряда. Под действием тепла дуги 1 плавятся основной металл 3, электродная проволока 2 и флюс 8. Электродный металл переходит в сварочную ванну в виде отдельных капель 8, В газовом пузыре создается большое давление газов, под воздействием которого часть жидкого металла от­тесняется в сторону, проти­воположную направлению сварки. После остывания жидкого металла 4 образу­ется сварной шов 5, покры­тый коркой шлака 11. Электродная проволока не­прерывно подается в зону сварки, которая защищена от воздействия воздуха слоем поступающего через воронку флюса. При дви­жении трубы вперед часть неоплавившегося флюса удаляется флюсоотсосом, возвращаясь на последующее использование для сварки. Для того чтобы при сварке наружного шва металл не протекал из ванночки вниз, в месте стыка внутри трубной заготовки устанавливают медный башмак.

Рис. 9.9. Схема дуговой сварки труб под слоем флюса:

1 – дуга; 2 – электродная проволока; 3 – заготовка; 4 – жидкий металл; 5 – шов; 6 – труба; 7 – медный башмак; 8 – флюс; 9 – воронка для флюса; 10 – сварочная головка; 11 – шлак; 12 – шлаковая корка; 13 - флюсоотсос

Сварку под слоем флюса производят переменным или постоянным током, используя специальные сварочные трансформаторы или генераторы постоянного тока и выпрямители.

Для повышения производительности и качества сварных соединений применяют многодуговую сварку с использованием нескольких электродов. На каждый электрод подается напряжение от индивидуального однофазного сварочного трансформатора.

Для установок дуговой сварки характерно протекание больших токов в цепях пониженного напряжения, в связи с чем следует принимать меры для предотвращения значительных потерь электроэнергии. Целесообразно максимально приближать источники электрической энергии к сварочным головкам.

Дуговая сварка труб в среде инертных газов (рис. 9.10). Дуго­вую сварку с защитой дуги инертным газом (аргоном, гелием) применяют для производства тонкостенных труб с прямым швом диаметром 6 - 426 мм, толщиной стенки 0,2 - 5,0 мм из высоколе­гированных сталей (нержавеющих и жаропрочных), никеля и его сплавов, алюминия, магния, циркония и др. Наибольшее распрост­ранение такой метод сварки получил при производстве труб диа­метром 6,0 - 71 мм и толщиной стенки 0,4 - 3,0 мм. Параметры некоторых труб приведены ниже:

Этим способы сварки из­готавливают также спиральношовные трубы диаметром до 2000 мм и толщиной стен­ки до 10 - 20 мм. Сущест­венным преимуществом этого способа сварки является воз­можность получения труб из высоколегированных и не­ржавеющих сталей.

Рис. 9.10. Схема процесса дуговой сварки труб в атмосфере защитного газа:

1 - электрод; 2 - электрододержатель; 3 - керамическое сопло; 4 - корпус го­релки; 5 - труба; б - камера; 7 - отвер­стие; 8 - трубки для воды; 9 - заготовка; 10 - валки

При сварке труб с защитой дуги инертным газом кромки сформованной трубной заготовки оплавляют и затем сваривают под давле­нием в зоне электрической дуги, горящей между кромками и неплавящимся вольфрамовым электродом. Сжатие кромок осуществляется шовсжимающими валками. Для подвода тока и подачи инертного газа в очаг сварки при­меняют специальную горелку (см. рис. 9.10). Вольфрамовый электрод 1 зажимается в электрододержателе 2, к которому подведен ток. Через керамическое сопло 3 корпуса го­релки 4 подается защитный газ; корпус горелки и электрододержатель охлаждаются водой. Инертный газ по трубе 5 подается в ка­меру 6 и через отверстие 7 попадает в керамическое сопло 3. Охлаждающая вода по трубке 8 подается непосредственно к электрододержателю и затем выходит из горелки по трубке 9, охлаждая при этом расположенный в ней силовой кабель. Инертный газ защищает металл и электрод от окисления, ограничивает зону рас­пространения тепла, концентрируя его около шва, тем самым спо­собствуя лучшему плавлению и провару соединения.

В табл. 9.5 приведены режимы сварки труб из нержавеющей стали.

Таблица 9.5. Режимы сварки труб из нержавеющей стали

Основное требование химической промышленности к нержаве­ющим электросварным трубам заключается в стойкости труб к межкристаллитной коррозии. Для обеспечения этого требования, как указано выше, ленту подвергают тщательной очистке, чтобы не произошло науглероживания поверхности трубы и, главным об­разом, поверхности шва. Помимо этого, шов после сварки подвер­гают зачистке иглофрезами или в состав трубоэлектросварочного агрегата включают шлифовально-полпровальные станки. Необхо­димо снимать не менее 0,2 мм шва, который на поверхности может иметь рыхлый слой. Как показали последние исследования, проти­вокоррозионная стойкость труб значительно повышается после хо­лодного деформирования их путем холодной прокатки или волоче­ния с последующей термической обработкой. Холодное деформиро­вание изменяет литую структуру металла шва, повышая механи­ческие и технологические свойства труб.

Увеличение коррозионной стойкости труб возможно также путем применения ультразвуковых колебаний при сварке труб. Для этого используют магнитострикционный вибратор типа ПМС-15 или другие, которые воздействуют на металл шва, пока он еще не застыл. В результате структура шва измельчается. Измельченная структура шва лучше выравнивается при дальнейшей термической обработке и, как следствие, коррозионная стойкость труб повыша­ется.

Сварку труб рекомендуется вести без оплавления электрода при длине дуги, равной примерно 1,5 толщины стенки трубы. При сварке электроды устанавливаются на расстоянии 3-5 мм от оси опорно-сварочных валков в сторону формовочного стана. Высота электрода над кромками заготовки 1,5-3 мм и расстояние сопла 8-12 мм. Очень важно установить правильный расход защитного газа, так как при малой подаче газа воздух попадает в зону сварки вследствие плохой изоляции ванны, а при слишком большой - на­рушается стабильность горения дуги и получаются завихрения, также способствующие попаданию воздуха в очаг сварки.

Для изготовления труб в среде инертных газов используются переоборудованные трубоэлектросварочные станы, предназначен­ные для сварки труб сопротивлением и токами высокой частоты. Сварочную часть этих станов заменяют на сварочное оборудование с неплавящимся вольфрамовым электродом и полугерметичной ка­мерой для защитного газа.

Плазменная сварка. В последние годы с целью увеличения ско­рости дуговой электросварки труб в среде инертных газов начали применять плазменную сварку труб.

Сущность плазменной сварки труб заключается в использова­нии плазмы для нагрева кромок свариваемой трубы. Плазма пред­ставляет собой высокоионизированный газ, состоящий из положи­тельно заряженных частиц (ионов) и отрицательно заряженных частиц (электронов) в таких пропорциях, что общий заряд газа ра­вен нулю. Образование плазмы происходит под действием дугового разряда, который выбивает электроны из атомов газа, а те, в свою очередь, отдают энергию атомам и ионам столба дуги при столкно­вении с ними. При этом происходит переход кинетической энергии в тепловую. Газ, подаваемый внутрь горелки, сжимает дугу, усло­вия ионизации улучшаются и происходит образование плазмы. Температура плазмы измеряется миллионами градусов. Существу­ет еще так называемая холодная плазма с температурой в десятки тысяч градусов. Такую плазму можно получить путем ионизации газа. Существует несколько способов ионизации: теплом, излуче­нием, электрическим разрядом. Для искусственного получения плазмы наиболее приемлем способ ионизации электрическим раз­рядом.

Сварка труб сжатой дугой. В последнее время при производст­ве сварных труб используют сжатую дуговую плазму (рис. 9.11). Сжатая дуга (дуговая плазма) - источник теплоты, характеризующийся большой сосредоточенностью и высокой температурой на­грева. Дуговая плазма создается в плазмотроне при пропускании нейтрального газа через столб электрической дуги, заключенной в канале. Канал сопла и поток газа охлаждают наружные слои дугового столба, в результате этого в зоне дугового разреза происходит ионизация газа и, как следствие, отшнуровывание дугового столба. При сжатии дуги ограничи­вается свободное перемеще­ние активного пятна по по­верхности изделия. Вследст­вие этого тепловой поток становится высококонцентри­рованным и строго направ­ленным. С помощью измене­ния диаметра канала сопла и расхода плазмообразующего газа можно в широких пределах регулировать тепловое воздейст­вие дуги на металл.

Рис. 9.11. Схема процесса сварки сжатой дугой:

1 - фильера; 2 - указатель; 3 - электрод; 4 - сопло; 5 - сварной шов трубной заготовки

Микроплазменная сварка. Мик­роплазменную сварку (рис. 9.12) осуществляют дугой прямого дей­ствия, горящей между вольфрамо­вым электродом и изделием. В на­чальный момент с помощью осцил­лятора производится зажигание де­журной дуги между электродом 1 и металлическим соплом 2, в которое подается плазмообразующий газ 7 (рис. 9.12). Основная дуга 4 зажи­гается при помощи дежурной дуги между электродом и изделием 5. Защитный газ 6 подают к месту сварки через зазор между металли­ческим соплом 2 и керамическим соплом 3. Устойчивое и стабильное горение микроплазмы на малых токах (≥0,1 А) обеспечивается высокой степенью сжатия столба дуги каналом сопла малого диаметра (< 1 мм).

Рис. 9.12. Схема процесса микро­плазменной сварки

В качестве плазмообразующего газа используют аргон, а в качестве защитного - аргон, гелий, азот, смесь аргона с азотом, азота с водородом - в зависимости от свариваемого металла.

Микроплазменная сварка имеет более широкие технологические возможности, чем сварка сжатой дугой. Сварочный ток, как и при сварке сжатой дугой, оказывает более интенсивное действие на размеры шва, чем диаметр канала сопла и расход плазмообразующего газа. С уменьшением диаметра сопла канала ширина шва по сравнению с глубиной проплавления изменяется незначительно. Повышение расхода плазмообразующего газа от 0,1 до 0,3 м/мин при диаметре канала сопла 1 мм и силе тока 6 А способствует ин­тенсивному увеличению глубины проплавления. При незначитель­ном изменении расхода плазмообразующего газа глубина проплав­ления уменьшается.

Повышение содержания водорода в смеси защитного газа до 17% при ее постоянном расходе (3,5 м/мин) также приводит к увеличению глубины проплавления при практически неизменной ширине шва. Таким образом, изменяя параметры режима микро­плазменной сварки, можно в широких пределах регулировать сте­пень воздействия дуги на свариваемый металл.

Электронно-лучевая сварка. Электронно-лучевую сварку при­меняют обычно для соединения деталей из химических, активных, тугоплавких и других металлов. Ее также применяют и для сварки труб. Благодаря высокой концентрации энергии электронный луч позволяет получать узкое и глубокое проплавление при незначи­тельной зоне термического влияния.

Схема электронно-лучевой ус­тановки для сварки труб в вакууме представлена на рис. 9.13. В верх­ней части вакуумной камеры 1 размещена электронная пушка 2, питающаяся от выпрямителя высо­кого напряжения 5. Электромаг­нитная фокусирующая линза и от­клоняющая система 4 служат для фокусировки и перемещения луча. Механизм перемещения 5 изделия находится внутри вакуумной каме­ры. Через электрический вакуум­ный ввод 6 подается электропитание. В нижней части камеры рас­положена вакуумная система 7. Установкой управляют с пульта 8.

Рис. 9.13. Принципиальная схема установки для сварки электронным лучом в вакууме

Предварительно сформованную трубную заготовку конечной длиной (обычно 500 - 1000 мм) уста­навливают таким образом, чтобы продольные кромки прилегали друг к другу. Затем вакуумную камеру можно закрывать и из нее откачивают воздух. После достижения нужного разрешения начи­нают сварку. В процессе сварки трубная заготовка перемещается относительно электронного луча. К недостаткам процесса элект­ронно-лучевой сварки труб в вакууме следует отнести громоздкость и высокую стоимость оборудования, низкую производитель­ность, ограниченную длину получаемых труб. С целью устранения этих недостатков проводят исследования по созданию камер с ва­куумом (только в зоне сварки) и по использованию в качестве за­щитной атмосферы инертных газов.

Наибольший интерес представляет электронно-лучевая сварка в атмосфе­ре защитных газов (рис. 9.14). В ка­мере 1, где происходит формирование и ускорение электронного луча, под­держивается вакуум 1,33-10^-4 Па. В камере 3 (в зоне магнитной фокуси­ровки) создается вакуум. Отверстия для прохода луча между камерами 1 и 3, а также между камерой 3 и ат­мосферой имеют диаметр ~ 0,75 мм, что обусловлено допустимыми потеря­ми луча и производительностью отка­чивающих насосов. В нижней части электронной пушки имеется насадка для подвода газа (обычно гелия), обеспечивающего защиту шва от хи­мического воздействия атмосферы воздуха, а выходного отверстия - от наполнения парами свариваемого ме­талла. Кроме того, создается дополни­тельный отсос воздуха из камеры про­межуточного вакуума, а также свое­образный коридор с пониженным со­противлением прохождению электрон­ного луча на участке между пушкой и изделием.

Рис. 9.14. Схема электронно-лу­чевой установки для сварки труб в вакууме:

1 - камера высокого вакуума; 2 -катод; 3 - камера промежуточно­го вакуума; 4 - диффузионный насос; 5 - форвакуумные насосы; 6 - электромагнитная линза; 7 -электростатическая линза; 8 -высоковольтный преобразователь напряжения