Материал: Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

6.3.3- Система транспортировки и фокусировки излучения

Система транспортировки и фокусировки излучения СТФЛ со­ стоит из защитных лучепроводов, отклоняющего зеркала и фо­ кусирующего устройства. Отклоняющее зеркало изменяет ход луча и направляет его в зону обработки. Для маломощных твердотельных лазеров с длиной волны излучения 1,06 мкм с этой целью используются призмы полного внутреннего отра­ жения и интерференционные зеркала с многослойным диэлек­ трическим покрытием. Для С 02-лазеров применяют медные зер­ кала, для мощных лазеров — зеркала с водяным охлаждением.

фокусирующее устройство — тубус, установленный с воз­ можностью перемещения относительно поверхности обрабаты­ ваемого изделия, в котором закреплена линза из оптического стекла — для твердотельных лазеров, из хлорида калия или селенида цинка с интерференционным просветляющим покры­ тием— для СОг-лазеров. Защита линз (кроме стеклянных) от продуктов, выделяющихся при обработке изделия, осуществля­ ется шторкой, образуемой продуваемым очищенным и осушен­ ным воздухом. Для получения высоких плотностей мощности (5 МВт/см2), обеспечивающих «кинжальное» проплавление при сварке, фокусное расстояние линз не должно превышать 10— 15 см. Уменьшение фокусного расстояния также нежелательно из-за трудности защиты линз от продуктов деструкции и увели­ чения сферической аберрации. Применяются, кроме того, фоку­ сирующие устройства с отражательной оптикой в виде одного фокусирующего зеркала или разных вариантов объектива Кас­ сегрена.

6.3.4. Система газовой защиты

Система предназначена для предотвращения окисления ме­ талла сварного шва, в том числе его корня, и включает сопла разнообразной конструкции. Конструкция сопел, кроме того, должна обеспечивать сдув паров и брызг, образующихся при сварке, в сторону от оси лазерного луча. В зависимости от хи­ мической активности свариваемых металлов, мощности излуче­ ния лазера и требующейся глубины проплавления используется конкретная конструкция сопла и подбирается состав подавае­ мого в зону обработки газа.

6.3.5. Система относительного перемещения луча и изделия

Относительное перемещение луча и изделия реализуется обычно за счет движения детали, осуществляемого манипулятором с ЧПУ с разным числом степеней свободы в зависимости от тре­ бующейся сложности обработки. Скорость перемещения 40—

400 м/ч. В случае обработки массивных и крупногабаритных изделий рационально перемещать луч с помощью подвижных зеркал. Наибольший интерес представляет система с рабочим инструментом, закрепленным в руке антропоморфного робота. Излучение от лазера к инструменту передается через зеркала, установленные.в шарнирных узлах робота.

Г л а в а 7 О Б О Р У Д О В А Н И Е Д Л Я Д У Г О В О Й С В А РК И

7.1.Источники сварочного тока

7.1.1.Общие сведения

Принцип устройства. На рис. 7.1 представлены структурные схемы статиче­

ских источников сварочного тока. Основным узлом традиционных источников переменного тока (рис. 7.1, а) является специальный, как правило, однофаз­ ный сварочный трансформатор Т. По этому основному узлу источники пере­ менного тока часто называют просто сварочными трансформаторами.

Традиционные источники постоянного тока (рис. 7.1,6) на базе трансфор­ матора Т и полупроводникового выпрямителя В получили названия сварочных выпрямителей. В источниках по схемам рис. 7.1, а, б трансформатор работает при сетевой частоте 50 Гц.

Широкое распространение получили также инверторные источники тока (рис. 7.1, в). В таких источниках сетевое напряжение выпрямляют (51), ин­ вертируют (И 1) в напряжении повышенной частоты, трансформируют, по­ вторно выпрямляют (52), а в источниках переменного тока снова инверти­ руют (И 1) в напряжение прямоугольной формы заданной низкой частоты (30—300 Гц).

Промежуточное положение занимают источники (рис. 7.1, г), в состав которых входит простейший 50-Гц сварочный выпрямитель (Т , В ); регули­ ровка тока — полупроводниковым ключевым регулятором (Я), работающим на повышенной частоте.

В состав оборудования для сварки вольфрамовым электродом в среде

электродом в среде активных и инертных газов.

Ручная и автоматическая сварка вольфрамовым электродом легированных сталей, меди и титана в среде инертных газов

Рис. 7.1. Структурные схемы источников сварочного тока

прямителя, могут входить: устройство для первоначального возбуждения дуги и стабилизации горения дуги в процессе сварки, устройство для ограничения нли регулирования постоянной составляющей сварочного тока, аппаратура управления циклом сварки, программатор сварочных режимов, сварочные го­ релки. Тйкие комплексные устройства, смонтированные в общем кожухе, по­ лучили название установок для аргонодуговой сварки. Установки могут быть выполнены на базе традиционных или инверторных источников тока.

Внеш ние характеристики. По виду статических внешних характеристик ис­ точники тока можно подразделить на источники с падающими (ПВХ) «кру­ тыми» и «пологими», или «жесткими» (ЖВХ) внешними характеристиками. Источники с внешними характеристиками двух видов получили название универсальных.

Требования к виду внешних характеристик определяются такими показа­ телями сварочного процесса, как тип электрода (плавящийся, неплавящийся), характер среды, в которой происходит сварка (открытая дуга, дуга под флю­ сом, в защитных газах), степень механизации процесса (ручная, полуавтома­ тическая, автоматическая сварка), способ регулирования режима горения дуги (саморегулирование, автоматическое регулирование напряжения дуги). Так, для сварки ручной дуговой покрытыми штучными электродами, аргоно­ дуговой вольфрамовым электродом, механизированной под слоем флюса на автоматах с регулированием скорости подачи электродной проволоки в зави­ симости от напряжения дуги используются источники с ПВХ.

При ПВХ источник работает в режиме регулятора сварочного тока. Сва­ рочный ток может регулироваться в заданном диапазоне плавно или ступен­ чато. По технологическим (сварочным) и экономическим соображениям часто используют плавно-ступенчатое регулирование, когда две (или более) ступени регулирования сочетаются с плавным регулированием внутри каждой сту­

пени. Регулирование сварочного тока при ПВХ выполняется при приблизи­ тельном постоянстве напряжения холостого хода. Часто при плавно-ступенча­ том регулировании переход на ступень малых токов сопровождается повыше­ нием напряжения холостого хода. Каждому значению сварочного тока соот­ ветствует определенное условное рабочее напряжение. Так, при ручной дуговой сварке штучными электродами, согласно ГОСТ 96—77, рабочее напря­ жение (В) и сила сварочного тока (А) связаны соотношением:

и 2 = 20 + 0,04/2.

Каждому виду сварки соответствует определенная крутизна наклона ПВХ. Например, наиболее крутые характеристики используются для аргоно­

в сварочном автомате.

При механизированной сварке в среде С02 и при автоматической сварке под флюсом при постоянной, не зависящей от напряжения дуги скорости по­ дачи электродной проволоки прибегают к ЖВХ. Источник питания при ЖВХ работает как регулятор напряжения. Рабочее напряжение регулируется в за­ данных пределах, причем диапазон регулирования рабочего напряжения вы­ бирается в строгом соответствии с заданным диапазоном силы сварочного тока.

Регулирование напряжения при ЖВХ также может быть плавным, ступен­ чатым и смешанным. Величина сварочного тока определяется скоростью по­ дачи электродной проволоки, а источник питания задает напряжение дуге и обеспечивает саморегулирование длины дуги.

Характер нагрузки источника тока. Нагрузка источника сварочного тока, как правило, переменная. Процесс сварки обычно состоит из ряда повторяю­ щихся циклов длительностью /ц, в которых рабочий период /р чередуется с паузами tu, связанными со сменой электрода, подготовкой к наложению следующего шва и т. п.

Согласно стандартам на сварочные источники, типовых режимов работы

три:

1.Продолжительный — при неизменной нагрузке.

2.Перемежающийся — когда кратковременные рабочие периоды череду­ ются с периодами работы источника на холостом ходу. Режим характеризу­

ется относительной продолжительностью нагрузки ПН = /Р//Ц или (/р//ц) • 100,

% •

3. Повторно-кратковременный режим, при котором кратковременные ра­ бочие периоды чередуются с периодами отключения силовой цепи источника от сети. Режим характеризуется относительной продолжительностью включе­

механизированной сварки. Номинальная сила тока источника /гном всегда связана с режимом работы, на который рассчитан данный источник. Напри­

^адлит — Iгном УПН или /|длит — /гном V^IB .

Исполнения источников тока. Источники сварочного тока по ГОСТ 15150—69 изготовляют в климатических исполнениях У, УХЛ, Т для категорий размещения 2, 3, 4. Степень защиты— 1Р22 (для трансформаторов автома­ тической сварки и установок аргонодуговой сварки допускается 1Р21). Кон­ струкции источников соответствуют требованиям безопасности по ГОСТ 12.2.007.0—75, ГОСТ 12.2.007.8—75, ГОСТ 12.1.003—76. Трансформаторы для

РДС обычно работают при естественном охлаждении, остальные источники — при принудительной воздушной вентиляции. Класс изоляции большинства источников — Н.

Структура обозначения. Каждому источнику присваивается условное обозначение типа изделия, которое состоит из буквен­

под флюсом, Г — в защитных газах; отсутствие буквы означает ручную дуговую сварку); четвертая дает дальнейшее пояснение исполнения изделия (Ж или П — с жесткими или падающими внешними характеристиками, М или Э — с механическим или электрическим регулированием, Ч — со звеном повышенной ча­ стоты— инвертором. Затем через тире указывают силу мини­ мального сварочного тока (округленно в десятках ампер); сле­ дующая цифра — регистрационный номер изделия, затем через тире идет номер модификации (если таковая имеется), а после­ дующие буква и цифра — соответственно климатическое испол­ нение и категория размещения. Например, наименование изде­ лия ТДМ—317—1У2 обозначает: трансформатор для ручной дуговой сварки с механическим регулированием на ток 315 А, регистрационный номер 7, модификация 1 (с ограничителем на­ пряжения холостого хода), исполнение У, категория размеще­ ния 2.

П р и м е р з а п и с и обозначения изделия при его заказе: Трансформа­ тор сварочный ТДМ—317—1У2, 380 В, 50 Гц, ГОСТ 95—77.

7.1.2. Сварочные трансформаторы

Конструкции их весьма разнообразны. В зависимости от спо­ соба регулирования тока эти трансформаторы можно подраз­ делить на две группы — с механическим и электрическим регу­ лированием. В первую группу входят устройства, связанные с применением подвижных обмоток и секций магнитопроводов. Во вторую — устройства, связанные с подмагничиванием маг­ нитопроводов постоянным током и тиристорным регулирова­ нием.

Трансформаторы для РДС

Трансформаторы выпускаются по ГОСТ 95—77 на номиналь­ ные силы тока 160, 250, 315, 400 и 500 А (табл. 7.2),

Трансформаторы ТДМ—165 и ТДТ—254 выпускаются в пере­ носном исполнении с продолжительностью нагрузки ПН = 25% и предназначены для ремонтных и монтажных работ: трансфор­ маторы ТДМ—317, ТДМ—401 и ТДМ—503 в передвижном ис­ полнении с ПН = 60 % — для работы в промышленности и строительстве. Трансформаторы ТДМ—317—1, ТДМ—401—1,