594704

ла, что приводит к более эффективному использованию покрытых электродов.

Рис. 9.20. Влияние силы тока на величину разбрызгивания электродного металла при РДС покрытыми электродами диаметром 3мм:

а– ОК 53.70 (ЭСАБ) (основное покрытие); б – LВ-52U (основное покрытие);

в– УОНИ 13/55 (ЭСАБ) (основное покрытие); г – ОЗС 4 (ильменитовое покрытие); д – МР-3 (ЭСАБ) (рутиловое покрытие);

е– МР-3 (рутиловое покрытие)

Немаловажным фактором при РДС является ширина зоны термического влияния, где происходят структурные изменения металла под воздействием температур нагрева. Чем меньше ЗТВ, тем выше работоспособность сварного соединения. Как было отмечено выше, источники питания обеспечивают различное вложение тепловой энергии.

Для получения полной картины распределения температурных полей осуществляли ручную дуговую наплавку валика покрытыми электродами марки LB-52U на пластину 100х150 мм толщиной 6 мм из стали Ст3. В качестве источника питания использовался цифровой инвертор Nebula-315 и сварочный выпрямитель ВД 306У3. Регистрацию полей осуществляли с помощью тепловизора ThermaCAM P65HS фирмы FLIR. Съемку проводили на протяжении времени сварки одного прохода с частотой 5 кад/сек. В результате проведения эксперимента и после обработки исходных термограмм в математическом пакете MATLAB в виде набора m-файлов получили изображения температурных полей процесса нагрева (рис. 9.21).

Анализ термограмм (рис. 9.21) температурных полей и макроструктур сварного соединения показал, что при сварке от цифрового инверторного источника, по сравнению с диодным выпрямителем, происходит уменьшение ширины зоны теплового вложения и ширины ЗТВ

121

на 16–20 % и уменьшение размера зерен в ЗТВ (от крупнозернистой структуры – ВД 306 до мелкозернистой – Nebula-315).

Рис. 9.21. Температурные поля после обработки (сварочный ток 100А, напряжение 25В, скорость сварки 13…14 см/мин): а – инвертор;

б – диодный выпрямитель

Для сравнения влияния типа источника питания на механические свойства сварного соединения были проведены исследования. Результаты представлены на рисунках 9.22–9.24.

Рис. 9.22. Влияние типа источника питания на предел прочности при растяжении сварных соединений из трубы 159х6, сталь 09Г2С, электроды: корень – LB-52U (d=2,6 мм); заполнение: LB-52U (d=3,2мм)

122

Рис. 9.23. Влияние типа источника питания на величину угла загиба (наружу, вовнутрь и на ребро) сварных соединений из трубы 159х6, сталь 09Г2С, электроды: корень – LB-52U (d=2,6 мм); заполнение: LB-52U (d=3,2мм)

Рис. 9.24. Влияние типа источника питания на ударную вязкость КСU

(сталь 09Г2С, электроды марки LB-52U)

Различные технические характеристики источников питания и осциллограммы процессов сварки (рис. 9.19) позволяют предположить и различное потребление электрической энергии. Для проверки этого предположения по известной методике был произведен расчет ориентировочной стоимости электроэнергии потребляемой за год работы на одном сварочном посту в режиме ручной сварки электродом. При расчетах было условно принято количество рабочих дней в году – 248, время непрерывной работы источника – 60 %, что соответствует 1190 часам, а стоимость 1 кВА/час – 2,5 руб.

Получается, что при покупке инверторного источника мы тратим на 35110 руб. больше, но за один год односменной работы мы экономим на электроэнергии 20538 руб. на один пост (cм. табл. 9.7). Количестве же сварочных постов на промышленных предприятиях от 10 до 50 штук

– так что годовая экономия электроэнергии становится довольно ощутимой.

123

Таблица 9.7

Экономические показатели источников питания дуговой сварки плавлением

Оборудование	Стоимость,	Потребляемая	Стоимость
	руб.	мощность, кВа	электроэнергии
			за 1 год работы,
			руб.
Выпрямитель	24890	24	42850
ВД-306
Инвертор	60000	12,5	22312
Nebula-315

По результатам проведенных исследований установлено, что сварочные инверторные источники обеспечивают высокое качество сварки (более стабильный процесс, меньшая величина разбрызгивания, уменьшение зоны термического влияния), а это приводит к снижению себестоимости изготовления изделия за счет уменьшения операций по зачистке швов, экономии сварочного материала и экономии электроэнергии. Таким образом, можно утверждать, что источник питания – энерго- и ресурсосберегающий фактор в сварочном производстве.

ВОПРОСЫ

1.Какие основные требования предъявляют к источникам питания сварочной дуги?

2.Какая разница между силовым и сварочным трансформаторами?

3.Что называют внешними вольтамперными характеристиками источников питания дуги? Как они подразделяются?

4.Назначение осциллятора, его устройство.

5.Что называют сварочным преобразователем? Как он устроен?

6.Какую роль играет реостат балластный?

7.В чем преимущества и недостатки многопостовых источников питания дуги?

8.Как подбирают источники питания дуги по способу сварки и основным режимам?

9.Какова взаимосвязь характеристик дуги и источника питания дуги при устойчивом процессе сварки?

10.Какое напряжение холостого хода допустимо для сварочных источников питания дуги?

124

ГЛАВА 10. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДУГОВОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ

10.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМАТОВ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ

При автоматических и механизированных способах сварки помимо источников питания дуги необходимо иметь специальное оборудование, позволяющее исключить ручное ведение сварочного процесса. При этом требуется механизировать выполнение двух основных технологических движений: подачу электрода в зону сварки и перемещение дуги вдоль свариваемых кромок. Если при сварочном процессе оба эти движения осуществляются механизированным путем, то такой процесс рассматривается как автоматическая сварка. Если одно из движений – подача электрода в зону сварки – осуществляется механизированным способом, а другое движение – перемещение дуги вдоль свариваемых кромок – осуществляется вручную, то такой процесс рассматривается как механизированная (полуавтоматическая) сварка. Если оба движения выполняются вручную сварщиком, то такой процесс является ручной дуговой сваркой. Сварочные аппараты, обеспечивающие автоматическое выполнение основных технологических перемещений электрода и дуги с поддержанием постоянства заданных параметров сварочного режима (напряжения дуги, сварочного тока, скорости сварки), называют

автоматами.

Основной частью автоматов является сварочная головка, представляющая собой электромеханическое устройство, осуществляющее автоматическую подачу в зону дуги плавящегося электрода или присадочного металла. Сварочную головку, закрепленную неподвижно относительно изделия, называют подвесной автоматической головкой. В подвесных головках отсутствует механизм перемещения самой головки. В этом случае относительно дуги перемещают объект сварки с помощью вспомогательного устройства или сварочного приспособления. Если же в конструкции сварочного аппарата имеется механизм для перемещения головки, то ее называют самоходной. Перемещение самоходной головки обычно производится по специальной направляющей. Такой аппарат называют автоматом подвесного типа. Если в конструкции автомата тележка с укрепленной на ней головкой может перемещаться непосредственно по свариваемому изделию, то такой автомат называют сварочным трактором (рис. 10.1).

В основе классификации автоматов используются различные признаки: тип электрода, способ перемещения, характер защиты и др.

125

По типу применяемого электрода автоматы подразделяют на авто-

маты с плавящимся электродом и автоматы с неплавящимся (вольфрамовым) электродом.

Рис. 10.1. Схема для сварки плавящимся электродом: 1 – тележка;

2 – подающий механизм; 3 – кассета с электродной проволокой; 4 – горелка; 5 – пульт управления

По способу перемещения тележки различают автоматы тракторно-

го типа и кареточные.

По способу защиты сварочной ванны различают автоматы для сварки подфлюсом, всреде защитныхгазови универсальные.

По пространственному выполнению сварных соединений различа-

ют автоматы для сварки швов в нижнем, вертикальном и горизонтальном положениях; кольцевых поворотных и неповоротных стыков и кольцевых – в горизонтальной плоскости.

По способу поддержания постоянства параметров дуги выпуска-

ют автоматы с принудительным регулированием дуги и саморегулированием.

По числу горящих дуг различают автоматы для сварки одной дугой, двумя дугами и трехфазной дугой.

Широкое применение получили автоматы для сварки вольфрамовым электродом АДСВ-5, АСГВ-4, АРК-3, для сварки плавящимся электродом – ТС-35, АДС-1000, АДПГ-500 и др.

126

10.2. КОМПЛЕКТОВАНИЕ И ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ СВАРОЧНЫХ АВТОМАТОВ

Сварочные автоматы комплектуются из следующих основных узлов: сварочной головки, тележки, пульта управления, аппаратного шкафа, кассет со сварочной проволокой.

Основными элементами сварочной головки являются, механизм подачи проволоки, подающие ролики, токоподводящий мундштук и устройства для установочных перемещений головки.

Механизм подачи состоит из электродвигателя и редуктора. При использовании электродвигателей переменного тока применяют регулируемые редукторы. Электродвигатели постоянного тока могут работать в сочетании с нерегулируемыми редукторами. Подающие ролики расположены на выходных валах редуктора. Их назначение – стабильная подача сварочной проволоки без проскальзывания. Обычно это достигается при использовании двух пар подающих роликов. К корпусу редуктора крепится токоведущий мундштук для обеспечения электрического контакта и направления проволоки в сварочную ванну. Мундштук должен обеспечивать минимальное блуждание торца электрода относительно сварочной ванны. Для этого иногда на головку перед мундштуком устанавливают роликовый правильный механизм для правки проволоки. Кроме того, в мундштуке должен обеспечиваться надежный электрический контакт со сварочной проволокой. Конструкции мундштуков различны в зависимости от способа сварки, диаметра и жесткости проволоки. Для сварки электродной проволокой большого диаметра (3–5 мм) наибольшее распространение получили мундштуки с роликовым, скользящим контактом. При использовании проволок меньшего диаметра (0,8–2,5 мм) применяют трубчатые мундштуки. Скользящий контакт поддерживается за счет сменных наконечников мундштука. Применяют также мундштуки колодочного типа, состоящие из двух подпружиненных колодок, и мундштуки сапожкового типа (рис. 10.2).

Конструкция подвески сварочной головки должна обеспечивать возможность ее установочных перемещений: вертикальное – для установления необходимого вылета электрода или угла наклона его относительно свариваемого стыка; поперечное – для установки торца электрода по центру стыка в начале и корректировки его в процессе сварки.

127

а

б

в

г

Рис. 10.2. Токоподводящие мундштуки для автоматов: а – роликовый;

б – трубчатый; в – колодочный; г – сапожковый

Тележка предназначена для перемещения головки вдоль свариваемого стыка. В большинстве автоматов тележка выполняет роль базового элемента. На ее корпусе устанавливают сварочную головку, кассету для проволоки и пульт управления автоматом. Тележка должна обеспечивать плавность хода в широком диапазоне скоростей сварки. Различают тележки тракторного и кареточного типов. Тележка тракторного типа перемещается с помощью бегунковых колес либо по направляющим рельсам, либо непосредственно по свариваемому изделию. Тележка кареточного типа перемещается только по направляющим стапеля или устройства крепления самого автомата. Конструкция направляющих элементов зависит от формы свариваемого стыка. Для сварки продольных прямолинейных швов часто применяют консольные направляющие. Автоматы консольного типа универсальны. Их можно использовать и для сварки поворотных кольцевых швов. Применяются также направляющие портального типа, смещенные относительно изделия и установленные непосредственно на приспособлениях с закрепленными в них изделиями. В автоматах для сварки неповоротных кольцевых стыков каретка перемещается по направляющим, имеющим форму окружности. Для перемещения каретки применяют механизмы с бегунковыми колесами, зубчатыми рейками, ходовыми винтами. Тележки автоматов перемещаются с помощью электродвигателей через редуктор. В автоматах с электроприводом постоянного тока скорость перемещения тележки регулируется изменением частоты вращения двигателя. В приводах

128

переменного тока настройку скорости тележки осуществляют сменными шестернями в редукторе.

Взависимости от способов сварки сварочные автоматы могут снабжаться дополнительными устройствами. Так, при сварке под флюсом сварочные автоматы имеют специальную флюсовую аппаратуру, предназначенную для подачи флюса в зону сварки, удержания его на поверхности шва во время сварки и уборки его по окончании процесса. Такие устройства выполняются в виде съемных бункеров, в которые флюс засыпается и подается самотеком в место сварки в ходе выполнения сварного шва. Иногда применяют специальные флюсоподающие и убирающие аппараты, работающие с помощью сжатого воздуха.

Вавтоматах для сварки в защитных газах вместо обычного токоподводящего мундштука используется специальная сварочная горелка,

вкоторой помимо токоподвода имеются устройства для подачи защитного газа в зону сварки и принудительного охлаждения горелки от перегрева.

10.3.ГАЗОВАЯ АППАРАТУРА, ПРИМЕНЯЕМАЯ В АВТОМАТАХ ДЛЯ СВАРКИ

ВЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Для выполнения автоматической и механизированной сварки в защитных газах необходимо применение специальной газовой аппаратуры для управления подачей газа. К газовой аппаратуре относят баллоны для хранения газов, газовые редукторы, подогреватели и осушители газа, расходомеры, смесители газов, электромагнитные газовые клапаны.

Баллоны (рис. 10.3) предназначены для хранения и транспортировки защитного газа под высоким давлением.

Наибольшее применение имеют баллоны емкостью 40 дм3, размеры и масса которых приведены в таблице 10.1.

Все газы, кроме углекислого, находятся в баллонах в сжатом состоянии, а углекислый газ – в жидком.

Редуктор (рис. 10.4) предназначен для понижения давления газа, поступающего в него из баллона или распределительного трубопровода, и автоматического поддержания постоянным заданного рабочего давления. Давление газа в баллоне показывает манометр высокого давления, проходит через приоткрытый пружиной клапан и поступает в камеру низкого давления. При прохождении через клапан газ преодолевает значительное сопротивление, в результате чего давление за клапаном, т.е. в камере низкого давления, снижается. Это давление показывает манометр низкого давления. Из камеры низкого давления защитный газ через вентиль направляется в сварочную головку (держатель).

129

Рис. 10.3. Стальной газовый баллон

			Таблица 10.1
Размеры и масса баллонов емкостью 40 дм3
Емкость баллона, л	100 и150	150 и 200	200
Толщина стенки S, мм	5,2	7	9,3
Длина корпуса L, мм	1340	1390	1460
Наружный диаметр D, мм	219	219	219
Масса, кг	43	60	81

а

б

Рис. 10.4. Устройство и принцип работы газового редуктора:

а – обратного действия; б – прямого действия

Регулирование рабочего давления защитного газа производится следующим образом. При ввертывании регулировочного винта сжимаются пружины, открывается клапан и давление в камере низкого давления повышается. Чем больше открыт клапан, тем большее количество газа будет проходить через него и тем выше будет рабочее давление газа. При вывертывании винта, наоборот, клапан прикрывается и давление

130