124054 (Разработка технологии сварки корпуса водила II ступени), страница 3

Углекислый газ СО₂ не подходит в качестве защитного, так как он взаимодействует с титаном. Наиболее подходящими для защиты титанового сплава от атмосферного воздуха являются инертные газы (гелий, аргон), поскольку они не вступают во взаимодействие с титаном. Однако, учитывая более высокую стоимость гелия по сравнению с аргоном, в качестве защитного газа будем использовать аргон.

Аргон высшего сорта (чистота ≥99,993%) по ГОСТ 10157–79.

Норма расхода защитного газа на изделие (л) определяется по формуле

,

где - удельная норма расхода газа на 1 м шва данного типоразмера, л;

- длина шва, м; ;

- дополнительный расход газа на подготовительно-заключительные операции: продувку газовых коммуникаций перед началом сварки; защиту вольфрамового электрода от окисления после окончания сварки при сварке неплавящимся электродом, настройку режимов сварки; .

Удельная норма расхода газа определяется по формуле

,

где - оптимальный расход защитного газа по ротаметру, л/мин; ([2], с. 112);

- машинное (основное) время сварки 1 м шва, мин.

Основное время при сварке неплавящимся электродом определяется по формуле

2. Электрод.

Хотя чистый вольфрам относится к группе тугоплавких металлов (Т_пл=3300–3600⁰С) и при горении дуги он не расплавляется, однако его применение в качестве электрода ограничивается возможностью его частичного разрушения (выкрашивания) и засорения металла шва частицами вольфрама. Это связано с тем, что эмиссионная способность чистого вольфрама мала и поэтому требуется сильный нагрев для стабильного горения дуги. Для улучшения эмиссии электронов с поверхности вольфрамового электрода в него добавляют окись иттрия Y₂О₃ или окись лантана Lа₂О₃, а так же некоторые другие элементы. Добавка окиси иттрия или окиси лантана приводит к понижению температуры стабильного горения дуги, а следовательно способствует повышению стойкости вольфрамового электрода.

В качестве неплавящегося электрода будем использовать вольфрамовый электрод ЭВИ-2 Ø2 мм ГОСТ 23949–80, он содержит 2–3% Y₂О₃.

Норма расхода ( ) электрода на изделие определяется исходя из длины швов ( ) и удельной нормы расхода электрода на 1 м шва:

Удельная норма расхода рассчитывается по формуле

,

где - расчетная масса наплавленного металла, кг/м;

- коэффициент расхода, учитывающий неизбежные потери электрода, ([2], c. 27);

- плотность наплавленного металла, , ([2], с. 22);

- площадь поперечного сечения наплавленного металла шва,

3. Присадочная проволока.

Для сварки корпуса водила II ступени в связи с ответственностью конструкции будем использовать проволоку того же состава, что и основной металл.

Проволока ПТ-3В по ТУ-1–9–922–82 диаметром 2 мм.

5. Выбор сварочного оборудования и краткая его характеристика

5.1 Описание и техническая характеристика установки ЭЛУ-21

Исходя из габаритных размеров проектируемого корпуса (длина 1660 мм, наружный диаметр 1198 мм), выбираем установку ЭЛУ-21. Установка для электронно-лучевой сварки ЭЛУ-21 предназначена для сварки плоских и объемных узлов в вакууме (остаточное давление в вакуумной камере 5–8·10^-5 мм рт. ст.).

5.2 Технические данные

Рабочее размещение сварочной пушки вдоль осей X, Y, Z, мм: 5000×2000×1600

Мощность пушки, кВт: 60

Ускоряющее напряжение, кВ: 60

Рабочее давление в вакуумной камере, мм рт. ст.: 5–8·10^-5

Достижение рабочего давления, мин: 25

Скорость сварки кольцевым швом при диаметре больше 100 мм, м/час: 8–60

Скорость перемещения сварочной пушки вдоль и поперек рабочей камеры по вертикали, м/час: 10–80, 5–30

Внутренний размер вакуумной камеры, мм: 7000×3200×3600

Объем вакуумной камеры, м³: 82

Площадь, занимаемая установкой, м²: 23,5×11=258,5

Масса установки, кг: 160000

5.3 Устройство установки

Установка питается от трехфазной сети с нулем, ~ 50 Гц, 380 В. Присоединение сети производится через силовую сборку цеха. Установочная мощность установки 110 кВт.

Основной составной частью установки является вакуумная камера, которая предназначена для осуществления процесса электронно-лучевой сварки изделия в вакууме. Камера состоит из трех сварочных секций, герметично соединенных между собой. Между стыками секций проложен замкнутый резиновый вакуумный шнур.

С торцов вакуумная камера герметизируется двумя крышками. На каждой секции имеются смотровые окна.

На левой стороне камеры расположены: площадка оператора, два пульта управления следующими движениями: перемещение крышек камеры, опускание и подъем перекладных направляющих; вакуумметр ВИТ-3.

Площадка оператора имеет возможность продольного и вертикального перемещения от приводов, которые закреплены на них.

С другой стороны вакуумной камеры расположено вакуумное оборудование. Вакуумная станция состоит из трех основных частей:

1. форвакуумный насос НВ3–300 с затворами Д_у-260КЭ;

2. вакуумные агрегаты АВ3Д-40/800 УВН с затворами Д_у90СП;

3. приборы контроля вакуума, сигнализация состояния агрегатов.

Управление вакуумной станцией может производиться в двух режимах:

1. рабочий (наладочный);

2. автоматический.

На пульте смонтированы также блокировочные вакуумметры типа ВЭМБ-1:

1. высоковольтного источника питания;

2. освещение зоны сварки и наоборот, отключает высоковольтный источник питания, и освещение зоны сварки при недопустимом понижении вакуума в вакуумной камере.

Вакуумная станция состоит из нескольких групп откачки.

Форвакуумная группа состоит из 4-х станций форвакуумных СФ-1, с помощью которых достигается остаточное давление 5–6·10^-3 мм р.ст. Два вакуумных агрегата АВП-400/1600, предназначенные для уменьшения остаточного давления до 8·10^-5 мм рт. ст., после чего они выключаются. Три вакуумных агрегата АВЭД-40/800 включаются в работу при остаточном давлении в вакуумной камере порядка 10^-3 мм рт. ст.

Внутри вакуумной камеры установлена и закреплена станина, на которой имеются направляющие для перемещения каретки для плоских и цилиндрических изделий, а также портала. Электрическое питание к кареткам, пушкам, порталу подводится через цепи энергоподачи, которые также расположены внутри вакуумной камеры.

Крышка камеры предназначена для герметизации вакуумной камеры. Крышка перекрывается из одного крайнего положения в другое от привода крышки. Крышка выполнена из листовой нержавеющей стали с ребрами жесткости. Скорость перемещения крышки V=2 м/мин.

Портал предназначен для крепления и перемещения электронных пушек мощностью 30 и 60 кВт. Пушки перемещаются в трех координатах, а также имеют возможность вращаться в горизонтальном и вертикальном положениях. Портал состоит из 2-х опорных кареток, двух стоек с поперечной балкой, привода перемещения портала, траверсы, каретки траверсы.

Траверса предназначена для крепления и перемещения каретки траверсы. Траверса совершает вертикальное перемещение. Траверса выполнена из сварной балки коробчатой формы из нержавеющей стали.

Каретка траверсы предназначена для возвратно-поступательного перемещения вдоль траверсы пушки, механизма подачи присадочной проволоки от приводного винта, который имеется в траверсе. Каретка состоит из сварного корпуса, на котором закреплены опорные и центрирующие ролики.

Пневмопитание предназначено для подачи сжатого воздуха в один из 4-х воздухораспределителей (4 пневмоцилиндра). Воздушная панель состоит из панели, на которой закреплены вентиль, фильтр, редуктор давления, отстойник и коллектор на 4 воздухораспределителя.

Привод каретки предназначен для перемещения кареток для плоских или цилиндрических изделий в зону сварки или на позиции загрузки-выгрузки.

Каретка цилиндрических изделий предназначена для сварки тел вращения в горизонтальной и вертикальной осях. Каретка состоит из следующих узлов: коробки распределительной, вращателя горизонтального, вращателя вертикального, каретки. Вращатель состоит из электродвигателя типа ПБСТ-33 и редуктора. Вращатель горизонтальный предназначен для закрепления и вращения изделия в горизонтальной плоскости. Вращатель состоит из шпиндельного узла с планшайбой и корпуса. Корпус выполнен из нержавеющей стали. На корпусу крепится три тормоза, на которые должны гасить дисбаланс изделия.

Вращатель вертикальный предназначен для закрепления и вращения свариваемого изделия в вертикальной плоскости. Вращатель состоит из шпиндельного узла и привода.

Люнет предназначен для центровки длинных изделий, которые расположены в горизонтальной плоскости. Люнет состоит из корпуса с направляющими и панели. Длина продольного перемещения люнета 1000 мм. Панель перемещается от ручного привода на величину 200 мм.

Каретка предназначена для крепления всех узлов, входящих в комплекс каретки цилиндрических изделий и привод каретки с помощью которого каретка закатывается в вакуумную камеру или на позицию загрузки-выгрузки. Корпус каретки сварной из нержавеющей стали.

Станина является местом, куда выезжает каретка и производится загрузка-разгрузка кареток. Станина выполнена сварной из стали Ст3.

5.4 Принцип работы установки

Сборочно-сварочная оснастка с изделием устанавливается на каретке и крепится к ней. Движение каретки происходит от привода каретки. Энергопитание привод получает от энергоцепи, с которой каретка соединена через кронштейн и штепсельный разъем. На каретке для крепления оснастки с изделием находятся опорные ролики (10 шт.), приводной вал с шестерней, бортовые (центрирующие) ролики (4 шт.), ложементы для крепления оснастки, линейка (база) для выставления свариваемого стыка в плоскости сварки, кронштейн для нажатия на конечный выключатель ВК-200Б в конце хода тележки, которая представляет собой сварную конструкцию из листовой нержавеющей стали Х18Н10Т. Каретка цилиндрических изделий предназначена для сварки тел вращения в горизонтальной и вертикальной осях. Она состоит из распределительной коробки и горизонтального и вертикального вращателей.

С пульта управления №1, расположенного с правой рабочей части вакуумной камеры, дается команда на опускание перекидных направляющих в горизонтальное положение (вакуумная камера открыта) до упора на раму камеры.

От кнопки пульта №1 дается команда на перемещение каретки с изделием в вакуумную камеру на позицию сварки. После – остановка каретки в вакуумной камере от срабатывания конечных выключателей ВК-200Б.

С пульта управления №1 дается команда на подъем перекидных направляющих в вертикальное исходное положение. При верхнем положении перекидных направляющих с пульта №1 дается команда на привод крышки вакуумной камеры. Крышка перемещается в крайнее положение «Закрыто» и останавливается. С пульта №1 дается команда на прижим крышки вакуумной камеры к торцу вакуумной камеры.

Закрывается электромагнитный натекатель ДУ-160. Включается автоматическая система откачки вакуумной камеры до остаточного давления 5·10^-5 мм рт. ст. При остаточном давлении 5·10^-5 мм рт. ст. производится вывод электронной пушки на позицию сварки. На холостом режиме производится контрольный проход электронным лучом вдоль свариваемого стыка. После контрольного прохода производится сварка стыка.

Визуальное наблюдение и управление процессом сварки производится с пультов, расположенных на площадке оператора, а также через смотровые окна крышки вакуумной камеры диаметром 300 мм. Площадка оператора имеет возможность продольного и вертикального перемещения по лицевой стороне камеры.

После окончания процесса сварки с пульта вакуумной станции дается команда на закрывание шиберных затворов СПЛП-900 и открывается натекатель ДУ-160. Производится напуск воздуха в вакуумную камеру до атмосферного давления.

С пульта №1 дается команда на открывание вакуумной камеры. Затем дается команда на опускание перекидных направляющих станины в вакуумную камеру и команда на выезд каретки с изделием из камеры. В крайнем исходном положении на станине каретка останавливается от конечного выключателя ВК-200Б.

Производится снятие изделия с каретки. Цикл сварки для плоских изделий повторяется снова.