Автоматизация и механизация процесса дуговой электросваркиможет быть признана одной из важнейших задач современной сварочной техники.Ручная дуговая сварка слишком трудоемка, требует большого количестваквалифицированных кадров, сравнительно дорога, и, естественно, не можетобеспечить однородность продукции, а так как последующий контроль качествасварки затруднителен, недостаточно надежен и не всегда выполним, то доверие ккачеству сварки снижается и заведомо уменьшаются допускаемые напряжения длясварных швов.
В автоматизации дуговой электросварки за последние годыдостигнуты такие успехи, что уже сейчас этот процесс по степени автоматизацииосновных операций может считаться одним из наиболее передовых и прогрессивныхтехнологических процессов металлообработки.
Автоматизации хорошо поддаются все основные виды дуговой сварки.По степени механизации процесса различают автоматы и полуавтоматы; в последнихсохраняется еще значительная доля ручного труда.
Для осуществления автоматической сварки требуется целыйкомплекс машин, механизмов и приспособлений, составляющих автоматическуюустановку для дуговой сварки. Устройство, производящее зажигание дуги, подачуэлектродов по мере сгорания и обеспечивающее устойчивое горение дуги,называется автоматической головкой для дуговой сварки, или дуговым автоматом.
Наиболее важное промышленное значение имеют автоматы длясварки плавким металлическим электродом Вместо отдельных коротких электродов,применяемых в процессе ручной сварки, при автоматической сварке используетсяэлектродная проволока большой длины, в мотках или бухтах, сматываемаямеханизмом автомата и подаваемая в зону дуги по мере ее плавления.
Проволока подается через передаточный механизм и ведущиеролики небольшим приводным электродвигателем автомата. Пройдя ведущие ролики, атакже часто и правильный механизм, устраняющий кривизну и придающий сматываемойс бухты проволоке прямолинейность, она поступает в мундштук или токоподводавтомата, где прижимается к токоведущим контактам и скользит по ним, проводясварочный ток, питающий дугу. Расстояние от токоподводящих контактов до дугиневелико (несколько сантиметров), поэтому автомат работает как бы короткимнепрерывно возобновляемым электродом. Это является важным преимуществомавтомата, так как уменьшается нагрев проволоки джоулевым теплом и создаетсявозможность применения очень высоких плотностей тока в электродной проволокебез ее перегрева. Подача проволоки производится автоматически со скоростью ееплавления, поэтому длина дуги при сгорании проволоки остается приблизительнопостоянной. Многие автоматы также автоматически производят зажигание дуги вначале сварки и повторное зажигание при случайном обрыве в процессе работы.Регулирование процесса сварки в автомате может быть осуществлено различнымипутями. Например, можно связать скорость подачи электродной проволоки снапряжением дуги и ее длиной. При нормальной длине дуги и нормальном еенапряжении автомат подает проволоку со скоростью, равной примерно скорости ееплавления; при уменьшении длины дуги скорость подачи проволоки уменьшается,вследствие чего длина дуги и ее напряжение возрастают и устанавливаются ихнормальные значения.
При случайном увеличении длины дуги скорость подачипроволоки возрастает и длина дуги, а вместе с тем и ее напряжение уменьшаютсядо нормальной заданной величины.
При коротком замыкании, когда напряжение дуги падает почтидо нуля, направление подачи электродов меняется, т. е. электрод не подаетсявперед к основному металлу, а отдергивается назад, и конец электрода удаляетсяот основного металла. После включения автомата, когда конец электрода еще некасался изделия и дуга отсутствует, напряжение между электродом и изделиемравно полному напряжению холостого хода источника тока. Это напряжение вышенормального напряжения дуги, и потому электрод подается вперед, к изделию.Когда конец электрода касается изделия и замыкает накоротко дуговой промежуток,происходит реверсирование подачи е зажигание дуги. Если при отрыве электродадуга не загорится, описанный процесс повторяют. После зажигания дуги начинаетсяподача электрода вперед к изделию с изменениями скорости подачи соответственнонапряжению дуги. Таким образом, длина дуги поддерживается автоматическипостоянной с точностью, недоступной для ручной сварки. Современные автоматыподдерживают напряжение дуги с точностью до 0,5 В, что соответствует точностиподдержания длины дуги ±0,2-0,3 мм.
Дуговой автомат представляет собой автоматический регулятор,поддерживающий постоянство режима дуговой сварки по возможности независимо отвоздействия внешних и случайных возмущающих факторов.
В основу регулирования работы дугового автомата с плавящимсяметаллическим электродом могут быть положены различные принципы. В настоящеевремя существует два основных вида дуговых автоматов с плавящимся электродом,различных по принципу регулирования: 1) автоматы с регулированиемэлектриче-ских величин; 2) автоматы с постоянной скоростью подачи электрода.
В автоматах первого типа регулируемой является какая-либоэлектрическая величина сварочной дуги, регулирующей величиной — скоростьподачей электрода. Регулируемой величиной могут служить напряжение, той«илимощность дуги и т. д. В современных автоматах за регулируемую величинупринимают обычно напряжение дуги. В сварочной дуге напряжение практически независит от силы тока, зависит только от длины дуги, изменяясь пропорциональноизменениям длины: U = a+bL.
При наличии автомата, поддерживающего постоянство напряжениядуги, длина дуги останется постоянной и процесс сварки сохранит нормальныйхарактер. Таким образом, регулирование постоянства напряжения дуги эквивалентнорегулированию постоянства ее длины. На протяжении десятков лет дуговые автоматыдля плавящегося электрода строились только с автоматическим регулированиемпостоянства напряжения дуги. В. И. Дятлов впервые предложил новый принципустройства дуговых автоматов для подачи электрода с постоянной скоростью, независящей от напряжения дуги или каких-либо других факто-ров. Он впервыеобратил внимание на саморегулирование дуги при сварке плавящимся электродом,исследовал это явление и предложил использовать в дуговых автоматах. В рядеслучаев саморегулирование дуги протекает настолько интенсивно, что нетнеобходимости в применении довольно сложных схем автоматического регулированиядуги, — достаточно непрерывно подавать электрод в дугу с постоянной скоростью,равной скорости его плавления.
Саморегулирование дуги вызывается тем, что скоростьплавления электрода изменяется с изменением длины дуги: с увеличением длиныдуги уменьшается скорость плавления, с уменьшением длины дуги эта скоростьувеличивается. При постоянной скорости подачи электрода случайное изменениедлины дуги вызывает изменение скорости плавления электрода, направленное навосстановление первоначальной длины дуги.
На интенсивность процесса саморегулирования, помимо другихфакторов, наиболее сильное влияние оказывают плотность сварочного тока вэлектроде и форма внешней характеристики источника сварочного тока. Принедостаточных плотностях тока саморегулирование протекает так медленно, чтоначавшееся случайное укорочение дуги часто приводило к короткому замыканию, аудлинение — к обрыву дуги раньше чем в процессе саморегулирования успевалавосстановиться нормальная длина дуги. С уве-личением плотности тока быстровозрастает скорость плавления электродной проволоки и интенсивность процессасаморегулирования.
Например, для стальной электродной проволоки при небольшихплотностях тока 15-25 а/мм2, дающих скорость плавления электродной проволоки0,5-1 м/мин, обязательно требуется автоматическое регулирование дуги ипостоянная скорость подачи электродной проволоки не может быть использована дляэтих режимов работы автоматов. При плотностях тока 30-50 а/мм2 и скоростиподачи проволоки 1-2 м/мин могут быть использованы как автоматическоерегулирование, так и постоянная скорость подачи. Для плотностей тока 50-100а/мм2 и выше и скоростей подачи проволоки 2-6 м/мин все преимущества — припостоянной скорости подачи. В связи с тенденцией в современной технике кповышению плотностей тока при автоматической сварке быстро возрастаетприменение автоматов с постоянной скоростью подачи, и этот тип автоматовстановится наиболее распространенным. Очень большое значение длясаморегулирования дуги имеет форма внешней характеристики источника тока,питающего дугу.
Выше излагались требования к характеристикам источниковтока, действительные для сварочного тока небольших плотностей, применяемого приручной или автоматической сварке. При высоких плотностях тока и постояннойскорости подачи саморегулирование протекает наиболее интенсивно при пологиххарактеристиках источника тока и лучшие результаты дают источники тока спостоянным напряжением, а в некоторых случаях целесообразны уже не падающие, авозрастающие внешние характеристики, когда напряжение возрастает с увеличениемтока.
Дуговой автомат поддерживает горение дуги и подаетэлектродную проволоку. Для получения сварного шва необходимо перемещать дугу полинии сварки. В зависимости от способа перемещения дуги различают подвесныеавтоматы, самоходные автоматы и сварочные тракторы. Подвесной автомат не имеетмеханизма перемещения, оно производится отдельным устройством.
Перемещаться может изделие при неподвижном автомате (такобычно выполняются круговые швы) или же автомат, установленный на самоходнуютележку, вдоль изделия, например при сварке длинных прямолинейных швов.Возможно и одновременное перемещение автомата и изделия, удобное при выполнениинекоторых криволинейных швов. У самоходных автоматов имеется механизмперемещения, конструктивно объединенный с автоматом. Самоходный автоматперемещается по специальному рельсовому пути.
Сварочнымтрактором называется легкий компактный самоходный автомат, перемещающийсянепосредственно по поверхности свариваемого изделия или по легкому переносномурельсовому пути, укладываемому на поверхность изделия. Сварочные тракторыособенно удобны для сварки изделий больших размеров, таких, как корпусы судов,крупные резервуары и т. п.