8.4. Установки механизированной и автоматической сварки
При механизации и автоматизации сварки совершенствуется не только подача проволоки в зону горения дуги, но и возбуждение и поддержание горения дуги, перемещение дуги относительно изделия со скоростью сварки, заварка конечного кратера и разрыв дуги, подача и отсос флюса.
Производительность механизированной и автоматической сварки в 5-20 раз выше, чем ручной, при высоком качестве шва и экономном расходовании электроэнергии и материалов. При этих видах сварки флюсы и присадочную электродную проволоку выбирают по тем же критериям, что и при ручной сварке, с тем отличием, что плотность тока в электроде выбирают значительно большей, диаметр применяемой проволоки при токах 100-3000 А составляет 1-6 мм.
Сварочная установка состоит из трех основных частей: сварочного агрегата, обеспечивающего процесс сварки, источника питания и аппаратного ящика с пультом управления.
Установки для механизированной и автоматизированной сварки включают в себя следующие разновидности: сварочные полуавтоматы; сварочные автоматы; сварочные тракторы.
Сварочные полуавтоматы обеспечивают сварку и наплавку с механизированной подачей проволоки и других сварочных материалов в зону горения дуги и ручным перемещением дуги вдоль линии сварного шва. В состав наиболее распространенных полуавтоматов для сварки в защитных газах входят горелка, механизм подачи электродной проволоки, кассета или катушка, являющаяся контейнером для электродной проволоки, шкаф или блок управления, аппаратура для регулирования и измерения параметров подачи газа источник питания.
Полуавтоматы для сварки под флюсом состоят из тех же узлов, но вместо газовой аппаратуры они снабжены устройствами для подачи флюса.
Горелки для сварки изготовляют на определенный ток, который выбирают из стандартного ряда токов:125, 160, 220, 250, 315, 400, 500, 630 А.
Сварочные автоматы снабжены механизмами передвижения, корректировки направления и положения электрода, сматывания электродной проволоки, устройствами подачи и отсоса флюса, аппаратурой для подачи и изменения расхода газа. Они осуществляют подачу проволоки с постоянной или регулируемой скоростью. Для выполнения сварочных операций автоматы могут быть подвесными, самоходными, а также в виде сварочных тракторов общего или специального назначения. Напряжение на дуге при сварке под флюсом обычно выбирают по опытным данным, отражающим изменение напряжения дуги в зависимости от значения сварочного тока, диаметра электрода, марки металла и других параметров. Обычно U=32 24 В при I=180 300 А и U=40 44 В при I=1000 1200 А (для электродов диаметром 2 и 5 мм под флюсом АН/348А).
Диаметр электродной проволоки dэ (мм) можно приближенно вычислить из формулы
Скорость подачи электродной проволоки зависит от ее диаметра, тока дуги и составляет 0,5-4-5 м/мин. Ее увеличивают с ростом тока и уменьшением диаметра электродов.
Особенностью дуговой сварки как объекта управления, определяющей методы и состав технических средств автоматизации, является то, что фактическое положение линии соединения свариваемых элементов в пространстве не вполне определенно. Оно является результатом совместного действия следующих преимущественно случайных факторов: погрешностей изготовления свариваемых элементов и их сборки перед сваркой; погрешностей фиксации свариваемого изделия в позиции сварки; погрешностей в задании и отработке траектории движения сварочной головки. Необходимо также учитывать такие случайные факторы, как характер и степень износа элементов сварочного оборудования, отклонение конца электродной проволоки вследствие нестабильности ее формы и диаметра. Если совместное действие этих факторов не приводит к отклонениям, превышающим допустимые, то траектория сварки может быть задана заранее геометрическими аналогами, в цифровом виде с помощью средств числового программного управления, что далее успешно реализуется исполнительными механизмами.
В остальных случаях, когда отклонения значительно превышают допустимые, траектория движения головки должна корректироваться в ходе процесса с применением средств автоматического слежения и измерения. Для этого в сварочных установках применяют следящие, программные и комбинированные системы, оборудованные различными датчиками координат, скорости, мощности дуги. Объектами программного управления при механизированной дуговой сварке могут быть как перемещения (координаты звеньев манипуляционной системы), так и режим сварки (наплавки).
Манипуляционная система, оснащенная техническими средствами автоматического ведения сварочного процесса с программным управлением координатами инструмента и изделия, а также параметрами режима сварки, имеет общее название «промышленный сварочный робот». В роботах, используемых для дуговой сварки, применяются прямоугольная и двухполярная сферическая системы координат региональных движений манипулятора сварочного инструмента, а также сферическая и цилиндрическая системы координат. При необходимости придания сварочному инструменту колебаний поперек линии сварки их осуществляют манипулятором инструмента путем наложения на траекторию движения заданного закона колебаний.