Сварочные головки

Основные назначения сварочной головки (подача электродной проволоки в зону сварки с заданной скоростью и подвод к ней сварочного напряжения) такие же, как у шланговых полуавтоматов. Однако в автоматах сварочная головка имеет ряд особенностей, обусловленных непосредственной подачей проволоки в мундштук (без гибкого направляющего шланга), применением широкого диапазона диаметров проволоки (иногда до 12 мм), большим диапазоном регулирования скоростей подачи, значительным числом корректировочных устройств.

1. Приводные устройства механизма подачи выполнены в основном так же, как и приводные устройства полуавтоматов.

И здесь в большинстве случаев применяются головки с постоянной скоростью подачи, независимой от напряжения дуги, причем эта скорость может настраиваться отдельными ступенями или плавно в широком диапазоне.

Рис.1 Блок схема автоматического регулятора напряжения сварочной дуги

Саморегулирование дуги происходит надежно только при плотностях тока в электроде, превышающих некоторое критическое значение. Так как при автоматической сварке применяется более толстая проволока или даже лента, то иногда могут возникнуть условия, когда восстановление режима при случайных его изменениях недопустимо затягивается или режим вообще не восстанавливается. С уменьшением плотности тока в электроде резко возрастает влияние изменения параметров электрической цепи при колебаниях напряжения, нагрева обмоток источника питания, нестабильности контактов, изменения крутящего момента на валу двигателя подачи, изменения вылета электрода и др. В этих случаях применяются автоматические регуляторы.

Рис.2 Принципиальная схема автоматического регулятора напряжения дуги автомата АДС - 1000 - 2
1 - прижимной ролик, 2 - подающий ролик

Чаще всего головки с автоматическим регулированием снабжены регуляторами напряжения дуги, воздействующими на скорость подачи электрода. Блок - схема такого регулятора показана на рис. 1. Он состоит из устройства СУ, сравнивающего напряжение на дуге Uд с эталонным напряжением Uо, и усилителя У, передающего разность напряжений Uо-Uд на двигатель М механизма подачи. Таким образом, скорость подачи зависит от напряжения на дуге. Так как скорость подачи можно считать пропорциональной току kv_э = I_св, оежим сварки будет поддерживаться постоянным. При внешней характеристике, имеющей большую крутизну, поддерживается устойчивый режим, что позволяет отказаться от автоматических регуляторов.

На рис. 2 в качестве примера приведена принципиальная схема автоматического регулятора напряжения дуги. Якорь ДГ двигателя подачи проволоки питается от генератора ГГ, в котором имеются три обмотки возбуждения ГГ1, ГГ2 и ГГЗ. Первая питается от независимого источника (сеть) через задающий потенциометр. Обмотка ГГ2 включена параллельно сварочной дуге. Магнитные потоки обмоток ГГ1 и ГГ2 направлены встречно. В процессе работы, при нормальном напряжении дуги, магнитный поток обмотки

Рис. 3 Токоподводящие мундштуки:
а - роликовый, б - колодочный, в - сапожный, г - трубчатый;
1 - указатель, 2 - контактирующие ролики, 3 - направляющий штырь, 4, 6 - пружины, 5 - корпус, 7 - колодка подвижная, 8 - токоподвод, 9 - крепление токоподвода, 10 - неподвижная колодка, 11 - гайка, 12 - наконечник, 13 - трубка, 14 - вставка, 15 - токоподвод

ГГ2 преобладает над потоком обмотки ГГ1 и двигатель вращается в таком направлении, когда проволока подается к изделию. Понижение напряжения дуги вызывает уменьшение скорости подачи до тех пор, пока двигатель не остановится. Дальнейшее понижение напряжения дуги приводит к реверсированию двигателя ДГ.

Последовательная обмотка ГГЗ служит для повышения вращающего момента двигателя при увеличении нагрузки на его валу.

Существуют другие схемы автоматического регулирования, которые будут рассмотрены в процессе описания конкретных сварочных автоматов.

2. Токоподводящий мундштук предназначен для направления электрода в сварочную ванну и для подвода к нему тока.

Мундштуки бывают роликовыми, колодочными, трубчатыми и сапожковыми. Роликовый мундштук (рис. 3, а) имеет два или три контактных, невращающихся ролика 2, укрепленных на токоведущем корпусе 5. Поджим проволоки к контакту, необходимый для надежного токоподвода, осуществляется пружиной 6.

Колодочный мундштук (рис. 3,6) состоит из двух контактных колодок 7 и 10. Колодка 7 может перемещаться на штыре 3 под действием пружины 4. Ток подводится к обеим колодкам или только к неподвижной колодке.

Принцип действия сапожкового мундштука ясен из рис. 3, г.

Эти три вида мундштуков применяются при сварке проволокой диаметром 3 - 6 мм. Для тонкой проволоки (1,6 - 2,5 мм) пригодны трубчатые мундштуки. Они имеют изогнутую направляющую в горелках для полуавтоматической сварки или направляющую прямую (рис. 65, в). На конец трубки 13 при помощи накидной гайки 11 крепится эксцентрически расположенный наконечник 12. Таким образом, контакт обеспечивается за счет упругих сил в изогнутой проволоке.

Контактирующие детали мундштуков довольно быстро изнашиваются; причинами износа являются сильное трение, электроэрозия и подгорание контактов. Износ мундштуков снижает точность направления электрода в зону сварки, ухудшает надежность токоподвода, вызывает искрение. Наблюдаются случаи сварки электрода с мундштуком и перерывов в горении дуги. Износ компенсируется поворотом контактирующего ролика 2 или наконечника 12, заменой вкладышей в колодках 7 и 10 или сапожка 15.

Контактирующие детали мундштуков изготавливают из меди М1, М2, МЗ или МЦ, бронзы марок Бр.АЖ - 9 - 4, Бр.Х - 0,8, Бр.Б - 2 со сменными вставками из твердых сплавов, например, марки ВК - 8, МВ - 20 и др.

3. Правильные механизмы повышают точность ориентации электрода относительно мундштука и, следовательно, точность направления электрода по оси шва.

Необходимость в правке вызвана тем, что проволока, поставляемая в бухтах, имеет кривизну, а иногда и местные перегибы, причем кривизна даже в пределах одной бухты различна по величине. Переменная кривизна и местные перегибы, получившиеся вследствие малого диаметра кассет или небрежной ручной их зарядки, приводят к блужданию конца электрода и, следовательно, к нарушению направления его движения. Для правки электродная проволока пропускается через систему свободно вращающихся роликов, расположенных таким образом, что проволока выравнивается в плоскости кривизны бухты путем обратного изгиба, превышающего пределы упругой деформации. Правильный механизм составляют три и более роликов, расположенных на шариковых подшипниках. В трехроликовом механизме средний ролик выполнен подвижным, регулируемым. Его положение выбирается таким, чтобы обратный изгиб проволоки компенсировал ее кривизну. Такой механизм позволяет править только постоянный по величине изгиб.

Многороликовый, чаще всего 4 - 5 - роликовый правильный механизм первоначально изгибает проволоку таким образом, чтобы придать ей стабильную кривизну, а в дальнейшем, перегибая проволоку в обратную сторону, выпрямляет ее. Многороликовый механизм должен иметь, по крайней мере, два подвижных, регулируемых ролика. При сварке в большинстве случаев достаточной является правка в одной плоскости. Механизмы для правки в двух и более плоскостях конструктивно очень сложны и громоздки.

4. Катушки и кассеты для проволоки.

Согласно ГОСТ 2246 - 70 стальная сварочная проволока поставляется в бухтах массой до 80 кг или в мотках массой 5, 12, 14 и 20 кг. Порошковая проволока поставляется в бухтах большой емкости, упакованных в герметической таре.

Проволока в сварочных автоматах заправляется в катушки, кассеты или другие приспособления. Наибольшее распространение при сварке проволокой диаметром 3 - 5 мм получили кассеты КЗ закрытого типа (рис. 4,а). Проволока предварительно заталкивается по спирали в кассету, где она, разворачиваясь, удерживается цилиндрической частью и ребордой. При работе проволока вытягивается из кассеты. Недостатки такой кассеты заключаются в малой емкости, невозможности использования всего ее объема и трудности заправки проволоки. Кроме того, они мало пригодны для проволоки диаметром 2 мм и менее, вследствие малой упругости последней. Достоинство кассеты типа КЗ в ее простоте.

Рис. 4 Катушка и кассета для сварочной проволоки:
а - закрытая кассета (КЗ), б - открытая катушка (КО)

Катушки КО открытого типа (рис. 4, б) могут быть цельными или разъемными. В первом случае проволока поставляется заводом - изготовителем уже намотанной на катушку из пластмассы или другого материала. Во втором случае одна боковина катушки снимается и на катушку одевается стандартная бухта (по ГОСТ 2246 - 70).

Недостатком катушки открытого типа является то, что проволока, не имея ограничений по наружному диаметру, вследствие своей упругости или вследствие вращения катушки по инерции может распушиваться. Поэтому катушки должны иметь тормозные устройства, препятствующие произвольному ее вращению.

В ряде случаев проволока укладывается на крестовину или на коническую катушку. Крестовина или коническая катушка также снабжаются тормозным устройством.

5. Приспособления для защиты зоны сварки флюсом или газом принципиально не отличаются от подобных приспособлений в полуавтоматах.

Однако более интенсивные режимы работы сварочных автоматов требуют от этих приспособлений некоторых конструктивных особенностей.

Защитные приспособления крепятся, как правило, на мундштуке, образуя с ним единый узел. На рис. 3, а дана схема приспособления для защиты зоны сварки флюсом, представляющего собой

воронку, расположенную концентрично мундштуку. Концентрическая ссыпка флюса при правильном выборе размеров воронки и расстоянии между ней и изделием обеспечивает надежную защиту зоны горения дуги. Воронка для ссыпки флюса может располагаться также впереди сварочного мундштука.

Рис. 5 Мундштук для сварки в защитной газовой среде проволокой диаметром 1 - 2 мм:
1 - штуцер охлаждения сопла, 2 - штуцер подачи защитного газа, 3 - проволока

Подвод защитного газа осуществляется так же, как в горелке полуавтомата соплом, расположенным концентрично мундштуку. На рис. 5 показана схема мундштука для сварки в защитной газовой среде. Газ подается по штуцеру 2 и вводится в камеру наконечника через радиально расположенные отверстия. Сопло охлаждается проточной водой. Наружный колпак служит для защиты окружающих и для предохранения деталей аппарата от влияния излучения дуги. Иногда, например, при сварке с глубокой разделкой сопло может быть расположено рядом с мундштуком, направляя в зону горения дуги защитную газовую струю.