Сварочные тракторы

Степень автоматизации сварочных работ определяется следующим образом. При любом методе электрической дуговой сварки плавлением всегда необходимо выполнять два независимых движения — перемещение сварочной ванны (электрической дуги) по стыку соединения и подачу присадочного материала в зону сварки. В случае, когда автоматизировано только одно движение, сварка считается полуавтоматической; если оба движения выполняются без непосредственного участия сварщика, то сварка называется автоматической.

Автоматы для дуговой сварки

История автоматизации сварки началась в 30-х годах ХХ века (интересно заметить, что автоматическая сварка появилась раньше, чем тот метод, который мы сейчас называем полуавтоматической, то есть сварка MIG/MAG). Одними из первых сварочных автоматов были устройства, созданные Оскаром Кьеллбергом (Oscar Kjellberg), изобретателем штучного электрода с покрытием и основателем компании ESAB. В 1935 году он изобретает свой первый сварочный трактор, в котором использовал специальные штучные электроды большой длины, а в 1938-м создает классический тип сварочного трактора, в котором уже используется метод сварки под флюсом.

Рис. 2. Упрощенная принципиальная электрическая схема трансформаторов ТДФЖ-1002 и ТДФЖ-2002

I. Используемые методы и общие характеристики автоматических устройств для дуговой сварки. Условно все автоматические устройства для дуговой сварки можно разделить на три группы: подвесные сварочные головки, передвижные автоматы и орбитальные автоматы для сварки труб. В качестве основных методов при автоматической дуговой сварке используются:

• SMAW — сварка плавящимся электродом под флюсом;
• MIG/MAG (или GMAW) — сварка плавящимся электродом в защитном газе;
• FCAW — сварка порошковой проволокой;
• TIG (GTAW)* — сварка неплавящим-ся вольфрамовым электродом в среде аргона.

Может также применяться плазменная или микроплазменная сварка. Поскольку автоматической сваркой можно соединять детали большой толщины (до 60 мм), во многих автоматах используется многоэлектродная сварка (до трех электродов) или сварка расщепленной дугой.

Любое устройство для автоматической сварки должно обеспечивать выполнение без участия человека следующих операций: возбуждение дуги в момент начала сварки; поддержание стабильной сварочной дуги с заданной мощностью и проплавлением; подачу основных (сварочная проволока) и вспомогательных (сварочный флюс, защитные газы) сварочных материалов в зону сварки; перемещение сварочной дуги вдоль линии сварного соединения; окончание процесса сварки.

II. Источники питания для автоматической сварки. В качестве источника тока для сварочных автоматов применяются выпрямители или трансформаторы большой мощности (от 500 до 2000 А). При использовании метода SMAW выбираются источники питания с полого-падающими или даже возрастающими вольт-амперными характеристиками, так как дуга при сварке под флюсом наиболее стабильна в горизонтальной части своей вольт-амперной характеристики. При MIG/MAG-сварке источник питания должен иметь пологопада-ющую или жесткую характеристику. При выборе метода TIG (GTAW) оптимален источник питания с крутопадающей или возрастающей характеристикой.

Трансформаторы используются, как правило, для автоматической сварки под флюсом. Классическим примером могут служить разработанные в СССР трансформаторы ТДФЖ-1002 и ТДФЖ-2002, представляющие собой тип тиристорных трансформаторов с фазовым управлением, имеющие жесткую вольт-амперную характеристику и систему импульсной стабилизации дуги.

В качестве источника питания для сварки под флюсом может быть использован сварочный выпрямитель ВДУ-1604, имеющий двойную (крутопадающую и жесткую) характеристику, тирис-торное выпрямление и тиристорную регулировку первичной цепи (рис. 3.). Схожую схему имеет и более распространенный выпрямитель ВДУ-1202, но у него силовые диоды соединены по шес-тифазной нулевой схеме.

Рис. 3. Упрощенная принципиальная электрическая схема выпрямителя ВДУ-1604:
VS — тиристорный блок регулировки первичной цепи; Т- силовой трансформатор; VD- диодный выпрямительный блок (кольцевая схема); L- сглаживающий дроссель; S- переключатель типа вольт-амперной характеристики; БС- блок сравнения; БЗ-блок зажигания дуги; БФУ- блок формирования сигналов управления тиристоров первичной цепи; ОСН -обратная связь по напряжению; ОСТ- обратная связь по току; СНС- сигнал начала сварки

При использовании методов MIG/MAG (GMAW) и TIG (GTAW) могут применяться источники питания, соответствующие выбранному методу и обеспечивающие необходимые регулировки, ток сварки и нагрузку (ПВ).

III. Передвижные сварочные автоматы (тракторы). В этих устройствах сварочная головка размещается на передвижной тележке, имеющей свой ходовой электродвигатель. Тележки автоматов перемещаются либо по специальным направляющим посредством шестерни и зубчатой рейки (тележки кареточного типа), либо по свариваемой конструкции с помощью бегунковых колес (тележки тракторного типа). На тележке автомата кроме сварочной головки располагаются пульт управления, кассета с проволокой, устройство размотки и правки проволоки, бункер для флюса (или устройство подачи защитного газа) и устройство для сбора отработанного флюса. Схема сварочного трактора приведена на рисунке 4, внешний вид — на рисунке 5.

Рис. 4. Схема автомата для сварки плавящимся электродом: 1 — мундштук; 2- подающие ролики; 3- механизм подачи сварочной проволоки; 4 — кассета со сварочной проволокой; 5 — устройство регулировки высоты сварочной головки; 6 — устройство регулировки поперечных перемещений сварочной головки; 7 — тележка; 8 — двигатель перемещения; 9 — редуктор двигателя перемещения; 10 — устройство регулировки наклона сварочной головки; 11 — пульт управления

Тракторы для сварки под флюсом могут выпускаться для сварки только внутри колеи тележки, с возможностью сварки вне колеи тележки или специального исполнения (рис. 6).

Рис. 6. Сварочные тракторы: а— для сварки внут-
ри колеи тележки; б— для сварки вне колеи те-
лежки; в— для сварки угловых швов

Сварочные головки автоматов для MIG/MAG-сварки по конструкции и принципу действия схожи с аналогичными устройствами сварочных полуавтоматов. Их отличают более сложные установочные регулировки — вылет сварочной проволоки, угол наклона проволоки, разворот головки для сварки вне колеи тележки и т. д. Чаще всего на базе одной тележки можно спроектировать автомат, использующий любой метод сварки.

При автоматической сварке требуется очень точное поддержание и раздельное регулирование тока и напряжения дуги, обеспечивающее равномерность объемов расплавления присадочного металла в каждую единицу времени. Как правило, для этих целей используется принудительное регулирование или саморегулирование дуги. Чаще применяется принудительное регулирование дуги, а регулируемым параметром служит напряжение дуги. При сварке плавящимся электродом (SMAW и GMAW) регулирующим воздействием чаще всего оказывается скорость подачи проволоки. Например, при снижении напряжения дуги механизм подачи уменьшает скорость подачи проволоки, при увеличении напряжения — ускоряет. При GTAW-сварке регулирующим воздействием служит принудительное поддержание опорного напряжения за счет изменения длины дугового промежутка.

В практике получили распространение два типа автоматов с принудительным регулированием дуги для сварки плавящимся и неплавящимся электродом (рис. 7).

В сварочных автоматах с саморегулированием дуги могут применяться электроприводы как переменного, так и постоянного тока.

IV. Подвесные сварочные головки располагаются на консоли установки ниже направляющих (до 1,5 м). Такие головки могут быть самоходными или несамоходными. Обычно сварочные головки используются в составе автоматизированных комплексов для сварки различных изделий и конструкций. Несамоходными чаще всего делают головки для сварки кольцевых или круговых швов, и в этом случае для вращения детали необходим какой-либо вращатель или кантователь.

Подвесная сварочная головка состоит из тех же элементов, что и сварочный трактор (у несамоходной головки отсутствует система перемещения), и часто проектирование тракторов и подвесных головок идет совместно.