Токоподводящие наконечники

Токоподводящий наконечник (рис.33) является наибо­лее ответственной деталью сварочных горелок. В связи с этим серьезного внимания заслуживает вопрос о выборе материала и конструкции токоподводящих наконечников. При прохождении электродной проволоки наконечники быс­тро изнашиваются, в результате чего нарушается электри­ческий контакт и ухудшается стабильность процесса сварки.

Существующая отраслевая нормаль предусматривает два типа наконечников для дуговой сварки: без поджимного контакта и с поджимным контактом. Наконечники без поджимного контакта могут изготовляться в восьми исполне­ниях (четыре из них показаны на рис. 33), определяемых диаметром сварочной проволоки, материалом наконечника и способом изготовления (точеные и штампованные).

Наконечники с поджимным контактом предназначены для сварки тонкими электродными проволоками диаметром 0,8-1,2 мм. Наконечник состоит из основания и пластин­чатого токоподвода, конец которого отогнут в сторону центрального направляющего отверстия. Надежный контакт наконечника с электродной проволокой обеспечивается за счет упругих свойств последней.

Наконечником подводится ток к электродной проволоке на участке незначительной длины, который с небольшими допущениями можно считать точечным контактом. Наличие такого контакта особенно важно при сварке тонкой электродной проволокой, требую­щей в связи со сравнительно высоким сопротивлением и низким дуговым напряжением строгого постоянства вылета (расстояния от токоподвода до изделия).

Однако малый размер токоподводящего участка влечет за собой быстрый износ наконечника из-за трения и ухуд­шения токоподвода. Кроме того, следует указать, что чрезмерный изгиб токоподводящей части наконечника приводит к значительному отклонению конца электродной проволоки, а следовательно, и сварочной дуги от оси защитного газового потока и может быть причиной ненадежной защиты зоны сварки. В связи с указанными недостатками наконечники с поджимными контактами ши­рокого распространения не получили и промышленностью не выпускаются.

Н аиболее широкое применение получили медные точе­ные или штампованные наконечники. Однако срок службы их невелик и составляет в среднем от 5 до 10 часов непрерывной работы,

Рис. 4.6. Токоподводящие наконечники сварочных горелок

Необходимо также отметить, что изготовление точеч­ных наконечников является трудоемким процессом в связи с необходимостью сверления малых отверстий, в особен­ности для электродной проволоки диаметром 0,8-1,2 мм. В связи, с чем себестоимость наконечников, изготавли­ваемых на различных предприятиях, колеблется в достаточных пределах.

Эксплуатация показала, что целесообразно применение штампованных наконечников, так как изготовление их связано со значительно меньшими трудозатратами и себестоимость их по сравнению с точеными уменьшается в 3-5 раз.

Основные параметры нако­нечников (твердость и электро­проводность), оказывают влияние на износостойкость наконечника при сварке.

Данные различных исследований позволяют сделать вывод о том, что удлинение токоподводящего канала способствует значительному повышению износостойкости. Кроме того, медные токоподводящие наконечники вслед­ствие высокой электропроводности могут служить дольше наконечников, изготовленных из различных бронз. Недопустимо изготовление наконечников из латуни. Приварка электродной проволоки к латунным наконечникам ведет обычно к нарушениям режима сварки.

Для повышения работоспособности наконечников иногда при изготовлении применяют тщательную обработку их поверхности (полировку или хромирование), что позволяет повысить их невосприимчивость к брызгам расплавленного электродного металла.

На ряде предприятий применяют медно-вольфрамовые наконечники, изготавливаемые методом порошковой металлургии. По полученным данным у этих наконечников более высокая износостойкость, чем у обычных медных точеных или штампованных.

При сварке плавящимся электродом алюминия и его сплавов хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации медно-графитовые наконечники, которые хотя и под­вергаются быстрому износу (срок службы - одна рабочая смена), однако обеспечивают надежный токосъем и на­иболее благоприятные условия скольжения, исключающие всевозможные торможения, возникающие при работе с медным наконечником.

Система управления.

Рис. 4.7 Блок-схема системы управления сварочным полуав­томатом: 1 – источник питания, 2 – система управления источником питания, 3 – блок питания системы управления, 4 – логическая система, 5 – система управления двигателем подачи, 6 – газовый клапан, 7 – тумблер, 8 – двигатель подачи.

В случае трехфазного двигателя система не имеет (5). В упрощенных вариантах система не имеет (5, 6, 7). Несомненным достоинством простых схем является их надежность, регулируемый диапазон узок и ненадежен. Более распространены сложные. Ступенчатые обеспечивают кратность регулирования 10 и более. Это высокое достоинство, так как Vпп<80 и Vпп>200м/ч практически не используется. В последнее время значительно расширились задачи, решаемые логической частью схемы управления. Современные системы обеспечивают временные задержки, отключение источника питания и газового после прекращения сварки. При установке системы на длинные швы - пусковая кнопка работает как повторный выключатель, на короткие – простой короткий контакт. В ряде систем предусмотрена возможность сварки точками с автоматической выдержкой времени горения дуги. При изменении тока необходимо изменить величину напряжения, что необходимость хождения к источнику питания. Причем, напряжение сварщик обычно выбирает интуитивно в зависимости от опыта и квалификации.

Сегодня существуют схемы управления, в которых сварщик контролирует связь тока и напряжения. Программирование осуществляется последующим разрядам:

• по роду проволоки (стальная, углеродистая, стальная нержавеющая, алюминиевая)

• род защитного газа: Ar, CO₂, смеси и так далее

• особенности процесса (короткая дуга, струйный перенос и так далее)

• диаметр проволоки.

В дальнейшем при выборе сварщиком тока или скорости подачи автоматически устанавливается другие параметры, которые являются наиболее благоприятными с точки зрения разработчика программы.

Газовая аппаратура, применяемая в автоматах для сварки в защитных газах

К газовой аппаратуре, используемой при сварке в защитных газах, относят баллоны, газовые редукторы, подогреватели и осу­шители газа, расходомеры, смесители газов, электромагнитные газовые клапаны и газоэлектрические горелки.

Баллоны (рис. 5) предназначены для хранения и транс­портирования защитного газа под высоким давлением. Наиболь­шее применение имеют баллоны емкостью 40 дм3, размеры и мас­са которых приведены ниже (масса указана без вентилей, кол­паков, колец и башмаков).

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

Рис. 4.8 Стальной баллон для газов:1— предохранительный колпак, 2 — запорный вентиль, 3—кольцо горловины, 4 — корпус бал­лона, 5 — опорный баш­мак..

Редуктор (рис. 89) 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 2. Защитный газ из баллона поступает в камеру высокого давления 1 проходит через приоткрытый пружиной 8 клапан 11 и поступает в камеру низкого давления 10. 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 3. Из камеры низкого давления защитный газ через

Рис 4.9 Схема устройства и работы

газового редуктора: а—нерабочее

положение (газ не идет через реду-

ктор), б—рабочее положение (газ

проходит через редуктор). 1-каме-

ра высокого давления, 4- пружина,

5-предохранительный клапан, 6 –

вентиль, 7- мембрана, 8- пружина,

9- винт, 10- камера низкого давле-

ния, 11- клапан.

Рис.4.10 Схема газового редуктора У-30 для углекислого газа:1 — накидная гайка, 2, 8 — манометры, 3 — мембрана, 4 — регулировочный винт, 5, 15 — пружины, 6 — игла, 7 — камера низкого давления, 9, 13 — калиброванные отверстия, 10 — канал, 11, 16 — запорные клапаны, 12 — штуцер, 14 — предохранительный клапан, 17 — седло, 18 — подогреватель газа.

вен­тиль 6 направляется в сварочную головку (держатель). Автоматическое поддержание рабочего давления в редукторе постоянным происходит следующим образом. С уменьшением расхода газа давление его в камере низкого давления будет возрастать, и он с большей силой будет давить на мембрану 7, которая отойдет вниз и сожмет пружину 8. При этом пружина 4 прикроет клапан 11 и будет держать его в

та­ком положении до тех пор, пока давление в камере 10 (низкого рабочего давления) не станет вновь равным первоначальному. Наоборот, с увеличением расхода газа давление его в камере низкого давления уменьшается, мембрана под действием пру­жины 8 перемещается вверх и открывает кла­пан.

Таким образом, автоматически регулиру­ется подача защитного газа из камеры высо­кого в камеру низкого давления и тем самым поддерживается постоянным рабочее давле­ние. При случайном повышении давления свы­ше допустимого в камере низкого давления откроется предохранительный клапан 5 и сжатый газ выйдет в атмосферу.

Регулирование рабочего давления защитного газа производит­ся следующим образом. При ввертывании регулировочного винта 9 сжимаются пружины 8 и 4, открывается клапан 11 и давление в камере низкого давления повышается. Чем больше открыт кла­пан, тем большее количество газа будет при­ходить через него и тем выше будет рабочее давление газа. При вывертывании винта 9, наоборот, клапан 11 прикрывается и давление газа в камере 10 уменьшается.

При сварке в среде аргона применяют редукторы АР-10, АР-40 или АР-150. При сварке в углекислом газе или в его смесях ис­пользуют редукторы обратного действия, одновременно являющиеся расходомерами (рис. 90),—У-30 и ДЗД-1-59М. Возможно применение также обычных кислородных редукторов, например РК-53, РКД-8-61 и др.

Подогреватель (рис. 8) предназначен для подогрева углекислого газа, поступающего из баллона в редуктор, с целью предотвращения замерзания редуктора. При большом расходе углекислого газа (вследствие поглощения теплоты при испарении жидкого углекислого газа) температура газа понижается, что мо­жет привести к замерзанию имеющейся в нем влаги и закупорке каналов редуктора.

Рис.4.11 Подогреватель углекислого газа: 1 –корпус, 2 – кожух, 3 – трубка змеевик, 4 – теплоизоляция, 5 – нагревательный элемент, 6 – накидная гайка.

Подогреватель используют при сварке в углекислом газе. Он состоит из корпуса 1, трубки-змеевика 3, по которой проходит углекислый газ, кожуха 2, теплоизоляции 4 и нагревательного элемента 5 из хромоникелевой проволоки, рас­положенного внутри змеевика. Подогреватель крепят к баллону накидной гайкой 6. Питание его осуществляют постоянным током напряжением 20 В или переменным током напряжением 36 В. Провода от шкафа управления присоединяют к зажимам 7.

О сушитель, применяемый при использовании влажного углекислого газа для поглощения из него влаги, может быть вы­сокого и низкого давления.

Осушитель высокого давления, устанав­ливаемый до понижающего редуктора, имеет малые размеры и требует частой замены влагопоглотителя, что неудобно в работе.

Рис.4.12 Предредукторный осушитель: 1 – втулка, 2 – гайка, 3 – пружина, 4 – сетчатые шайбы,5 – фильтры из стекловаты, 6 – фильтр, 7 – корпус,8 – втулка, 9 – шайба.

Предредукторный осушитель газа (рис. 9) служит для поглощения влаги, содержащейся в газе, и устанавли­вается после подогревателя газа. Он состоит из корпуса 7, в который сверху и снизу вставлены сетчатые шайбы 4. С внутренней стороны корпуса перед шайбами установлены фильтры 5 из стекловаты. Внутренняя часть корпуса заполнена осушителем. В качестве поглотителя влаги используется обезвоженный медный купорос CuSO4 · 5НдО или силикагель марки ШСМ. Перед заполнением осушителя купорос или силикагель необходимо прокалить в течение 2 часов при температуре 200° С. С помощью гайки 2 втулка 1 через пружину 3 сжимает массу осушителя до полного уплотнения.

Осушитель рассчитан на осушку 30-35 м3 (т. е 4-6 баллонов) углекислого газа при одной зарядке.

Осушитель низкого давления (рис. 10), имеющий значительные размеры, устанавливают после понижающего редуктора; он не требует частой замены влагопоглотителя. Осушители низкого дав­ления целесообразно применять главным образом при централи­зованной газовой разводке.

В качестве поглотителя используют силикагель или алюмогликоль, реже - медный купорос и хлористый кальций. Силикагель и медный купорос, насыщенные влагой, поддаются восстановле­нию путем прокаливания при 250—300 °С.

Рис 4.13 Осушитель углекис­лого газа низкого давления 1 — камера, 2 — решетка, 3 — влагопоглотитель.

Р асходомеры предназначены для измерения расхода за­щитного газа. Они могут быть поплавкового и дроссельного типов. Расходомер поплавкового типа—ротаметр (рис. 11,а) — состоит из стеклянной трубки1 с коническим отверстием. Трубка распо­лагается вертикально, широким концом отверстия вверх. Внутри трубки находится легкий поплавок 2, который может свободно в ней перемещаться. При прохождении снизу вверх газ будет под­нимать поплавок до тех пор, пока зазор между ним и стенкой трубки не достигнет величины, при которой напор струи газа уравновешивает массу поплавка. Чем больше расход газа и его плотность, тем выше поднимается поплавок. Ротаметр снабжен шкалой 5, тарированной по расходу воздуха. Для пересчета на расход защитных газов пользуются графиками. Общий вид рота­метра РС-3 показан на рис. 11,б.

Рис 4.14 Расходомеры газа: а, б- поплавкового типа, в - дроссельного типа.

Расходомер дроссельного типа (рис. 11,б) построен на принципе измерения перепада давления на участках до и после дросселирующей диа­фрагмы 3 (P₁ и P₂), который зависит от расхода газа и замеряется манометрами 4. О примерном расходе защитного газа можно судить также по показанию маномет­ра низкого давления газового редуктора. Для этого на вы­ходе редуктора устанавлива­ют дроссельную шайбу (дюзу) с небольшим калиброванным отверстием. Скорость истечения газа через его отверстие, а, следовательно, и расход газа будут пропорциональны давлению газа в рабочей камере. Этот принцип использован в редукторе У-30, где манометр 8 (см. рис. 7) показывает непосредственно расход газа, а не давление в ра­бочей камере. С этой целью редуктор снабжен двумя дюзами 9 и 13 с калиброванными отверстиями разных диаметров. Поворотом корпуса клапана 11 предельного давления против соответствую­щей дюзы устанавливают канал 10, каждому положению которого соответствует деление шкалы на манометре 8.

Смесители предназначены для получения смесей газов CO₂+O₂ и CO₂+Ar + O₂. Постовой смеситель УКП-1-71 для полу­чения смеси газов CO₂+ O₂, отбираемых из баллонов, и автомати­ческого поддержания постоянным заданного состава и расхода газовой смеси состоит из регулятора давления с редуктором ДКП-1-65 и узла смешения газов. Изменяют, состав смеси, заменой дюз. Рамповый смеситель УКР-1-72 позволяет получить смесь CO₂+ O₂ при отборе кислорода от рампы баллонов, а углекислого газа — от изотермической емкости, предназначенной для сжижен­ного переохлажденного диоксида углерода. Смеситель обеспечи­вает питание газом 10—50 сварочных постов.

Газовый клапан, используемый для экономии защитного газа, следует устанавливать по возможности ближе к сварочной горелке; иногда его встраивают в ее ручку. Наибольшее распро­странение получили электромагнитные газовые клапаны. Газовый клапан следует включать так, чтобы была обеспечена предвари­тельная (до зажигания дуги) подача защитного газа, и выклю­чать — после обрыва дуги и полного затвердевания кратера шва.

Перепускную рампу применяют для подачи в сварочный цех защитного газа при значительном его расходе. Она состоит из двух групп поочередно подключаемых баллонов, коллектора с газовой аппаратурой и трубопровода, по которому защитный газ подается к сварочным постам. Трубопроводы для подачи угле­кислого газа и его смесей окрашивают в черный цвет.

Современные сварочные полуавтоматы.

Рассмотрим конструктивные особенности наиболее распространенных типов сварочных полуавтоматов.

Однокорпусные полуавтоматы. Их подающий механизм и система управления размещаются в одном корпусе с источником сварочного тока. Преимуществом такого исполнения является то, что все подвижные элементы защищены от брызг, пыли, случайных повреждений посторонними предметами и т. п. Недостатком является ограничение зоны обслуживания длиной шланга, т. е. = З м. Такие полуавтоматы используются на стационарных рабочих местах сварщика — в кабинах или на поточных и конвейерных линиях. Так как однокорпусные полуавтоматы обычно изготовляются на колесном шасси, их можно транспортировать по соответствующим проходам или проездам производственных участков.

Как правило, такие полуавтоматы выпускаются на сварочный ток 200, 250 и 315 А для сварки проволокой сплошного сечения диаметром 0,6—1,4 мм. На рис. 11 представлен однокорпусный полуавтомат на ток 200 А фирмы АГА. В НРБ подобный полуавтомат ИЗА-ГI8А выпускается с подающим механизмом ИЗАПЛАН. Однокорпусные полуавтоматы считают перспективными для небольших предприятий, связанных с ремонтом автомобильных кузовов, бытовой техники и т. п.

Стационарные полуавтоматы. В стационарных полуавтоматах подающее устройство размещается на верхней крышке источника сварочного тока. Обычно подающее устройство размещается на турельном устройстве, допускающем его вращение вокруг вертикальной оси. В большинстве полуавтоматов этого типа при необходимости подающее устройство может быть снято и доставлено на удаленное рабочее место, однако его масса настолько велика, что вынуждает прибегать к подобной операции только в исключительных случаях. Такие полуавтоматы, как правило, рассчитаны на токи400 и 500 А для сварки сплошной проволокой диаметром До 2 мм и порошковой проволокой диаметром до 3—-- 3,5 мм. Часто стационарные полуавтоматы комплектуются автономными системами водяного охлаждения. Представленный на рис. 12 полуавтомат 400/450 выпускается фирмой КУКА (Германия). Скорость подачи проволоки 60—1440 м/ч, сварочный ток 50—450 А, напряжение дуги 17—38 В.

Выпускаемые в России полуавтоматы, как правило, имеют более транспортабельные подающие устройства и не могут быть отнесены к стационарному типу.

Особого внимания среди стационарных полуавтоматов заслуживают распространившиеся в последние годы полуавтоматы, снабженные устройствами для расширения зоны обслуживания и облегчения труда сварщика. Представлен стационарный полуавтомат Ё-8i фирмы Линкольн Электрик, в котором подающий механизм вынесен на конец стрелы, вращающейся вокруг вертикальной оси и допускающей наклон в вертикальной плоскости. Радиус зоны обслуживания такого полуавтомата увеличен до 5 м, удобнее располагаются шланги и кабели, частично разгружается рука сварщика. Полуавтомат рассчитан на ток 500 А; диаметр электродной проволоки 0,9—2,4 мм (сплошная) и 1,6—3,2 мм (порошковая).

В отношении разгрузки руки сварщика интересен полуавтомат А10-500 фирмы ЭСАБ. В качестве противовеса в этом полуавтомате используется масса подающего механизма, а увеличение зоны обслуживания достигается применением шланга длиной 4,5 м, часть которого (1 = 1,5 м) размещена в выпрямленном состоянии внутри качающейся стрелы. Полуавтомат предназначен для сварки сплошной проволокой диаметром 0,8 — 2 мм и порошковой диаметром 1,6—3,2 мм на токах до 500 А.

Известен подвесной полуавтомат фирмы Бритиш Федерал с водяным охлаждением, конструктивное решение которого напоминает подвесные контактные точечные машины. По-видимому, такая компоновка полуавтомата весьма перспективна для поточных и конвейерных линий. Этот полуавтомат предназначен для сварки проволокой диаметром 0,8—1,2 мм на токах до 250 А.

В последнее время ряд стационарных полуавтоматов оборудован автономным дымоотсасывающим устройством.

Полуавтоматы с транспортируемым подающим устройством. Этот тип полуавтомата наиболее распространен в нашей промышленности. Подающие устройства располагаются вблизи рабочего места сварщика, на расстоянии 10—15 м на расстоянии от источника сварочного тока. В зависимости от транспортируемой массы эти устройства имеют колеса для перекатывания или рукоятки для переноски. В последнем случае масса катушки с электродной проволокой должна быть ограничена, так как в случае большей катушки переноска подающего устройства будет невыполнима.

Полуавтоматы с транспортируемым подающим устройством, работающие на токе 250, 315, 400 в 500 А, наиболее распространены в судостроении, транспортном машиностроении, производстве металлоконструкций, вагоностроении и т. п. Они различаются в основном компоновками подающего устройства. Особого внимания заслуживают полуавтоматы с облегченным подающим устройством чемоданного типа, применяющие катушки для электродной проволоки диаметром менее 200 мм и массой до 5 кг. Такие полуавтоматы удобны для сварки в монтажных условиях, так как корпус (чемодан) защищает подвижные части от загрязнения и повреждений.

Полуавтоматы тянущего и тянуще-толкающего типа. Наряду с полуавтоматами обычного типа, создаваемыми из широко распространенных узлов, имеют применение и полуавтоматы со специфическим размещением подающих устройств. Такое размещение связано с необходимостью проталкивания в шланге электродной проволоки с высоким коэффициентом трения и низким модулем упругости. При стандартной длине шланга 2—3 м такая проволока теряет устойчивость, и ее движение по шлангу прекращается. Этими свойствами обладает проволока из алюминиевых сплавов. Для полуавтоматической шланговой сварки алюминиевых сплавов было предложено несколько компоновок полуавтоматов, основанных на сокращении пути проталкивания проволоки. Аналогичные конструкции имеются и за рубежом. Такие полуавтоматы снабжаются шпулей проволоки массой до 1 кг, имеют суммарную массу 2,5—3 кг. Сравнительно большая масса горелки, несущей мундштук, подающий механизм и шпулю, привели к тому, что такой тип полуавтомата применяется только при работах с низкой продолжительностью включения (ПВ) (ремонтные работы, работы на монтаже).

В Росии выпускался полуавтомат ранцевого типа ПРМ-10. Подающий механизм с катушкой в нем размещается в ранце, надеваемом на спину сварщика. В ранцевых полуавтоматах длина шланга не превышает 0,8— 1 м, что значительно снижает сопротивление проталкивания проволоки. За рубежом распространены полуавтоматы типа «Пуш-пул» (тяни-толкай), в котором один из подающих механизмов укреплен в рукоятке держателя (горелки), а вторым является обычное подающее устройство.

Полуавтомат А9-400, выпускаемый шведской фирмой ЭСАБ. Его особенностью является применение пневматического привода для подающего механизма, размещаемся о на держателе пистолетного типа. Известны разработки таких же систем с электромоторным приводом вращения.

Институт сварки ИЗА (НРБ) и фирма «Хобартх (США) сообщают о применении в системах «Пуш-пул» планетарных безредукторных подающих головок. Разработки НРБ, получившие название «ПОЛИИЗАПЛАН» основаны на использовании промежуточных подающих модулей и горелки со шлангом стандартного толкающего типа. В системе «Лайнир» (США) планетарные подающие модули применяются как в форме промежуточных подающих устройств с горелками обычного типа, так и в форме подающих механизмов, встраиваемых в рукоятку горелки. Благодаря относительно малым размерам специальных двигателей с постоянными магнитами мощностью 38 Вт масса и размеры горелки более или менее приемлемы для работы сварщика.

Лекция № 10