Автоматический сварочный аппарат для металла

В наше время, когда на первое место выходит скорость технологического процесса, сварка автоматическая становится остро необходимым способом соединения металлов. Современные аппараты для такой сварки позволяют не только автоматизировать и ускорить процесс, но и обеспечить качество сварного шва и постоянный контроль его формирования.

Автоматическая сварка в основном выполняется электродуговым способом, под постоянным напором и с обновлением электродов.

Сущность автоматической сварки

Автоматическая сварка в основном представляет собой дуговую сварку под слоем флюса. Такой способ позволяет соединять практически любые металлы и их сплавы толщиной от 1,5 до 150 мм, а также заготовки из разнородных металлов.

Основная сущность процесса заключается в том, что между сварочным электродом и соединяемыми деталями автоматически поддерживается электрическая дуга, обеспечивающая расплавление металла в сварочной ванне. Дуга большой мощности находится в газовой среде, образованной при испарении флюса. Для поддержания состава облака в сварочной зоне обеспечивается слой флюса толщиной порядка 40 – 80 мм и шириной 50 – 100 мм.

С учетом такой особенности процесса дуга вся располагается внутри расплава флюса. За счет этого расплав флюса обеспечивает давление на расплавленный металл до 9 г/см², что достаточно для его удержания от разбрызгивания. Газовое облако предотвращает окисление металла. В целом такая технология позволяет увеличить силу сварочного тока до 4 кА при обеспечении надлежащего качества шва.

Автоматизация сварки строится на следующих принципах: непрерывное обновление сгоревшего (расплавленного) электрода, поддержание объема флюса в сварочной ванне и отсос нерасплавившегося флюса, равномерное передвижение электрода вдоль шва. Соответственно, для обеспечения качества необходим контроль длины дуги, силы сварочного тока и скорости перемещения электрода. Непрерывная подача электрода обеспечивается применением в качестве него сварочной проволоки.

Принцип конструкции аппарата

Устройство сварочного генератора.

Для осуществления процесса используется специальное оборудование для автоматической сварки. Основными элементами сварочного автомата являются: сварочный генератор (источник сварочного тока), сварочная головка, устройство подачи проволоки, устройство подачи и удаления флюса, схема управления и контроля, устройство перемещения. В качестве источников питания используются сварочные инверторы, способные поддерживать жесткие или падающие внешние вольт-амперные параметры.

Сварочная головка является основополагающим звеном всего оборудования. Именно с ее помощью подается электрический ток, направляется проволока и флюс, снимаются и подаются сигналы для корректировки процесса. В ее конструкцию включены следующие основные элементы: токоподводящее приспособление, механизм вытяжки и направления сварной проволоки, дозатор выдачи флюса, устройство, корректирующее положение сопла относительно шва.

Формирование сварного шва возможно при перемещении дуги вдоль соединяемых металлов. Это можно достичь двумя способами: перемещением головки с электродом относительно неподвижной заготовки или перемещением самой сварочной ванны относительно неподвижной головки. Исходя из этого, аппараты подразделяются на 3 основных типа: подвесные неподвижные головки, передвижные устройства (сварочный трактор) и установки орбитального (кругового) перемещения для сварки труб большого диаметра.

Поддержание параметров сварки

Схема полуавтоматической сварки труб под флюсом с помощью полуавтомата: 1 — дроссель, 2— сварочный трансформатор, 3 — щиток, 4 — аппаратный шкаф, 5 — подающий механизм полуавтомата, 6 — крюк для подвешивания подающего механизма. 7 — кассеты для электродной проволоки, 8 — гибкий шланг, 9 —держатель.

Выпускаются 2 основных типа аппаратов: установки автоматической сварки с постоянной равномерной подачей проволоки и автоматы с изменением скорости подачи электрода в зависимости от напряжения дуги. В первом случае осуществляется саморегулирование параметров дуги. Применяются такие установки для соединения металлов толщиной до 3 мм. Во втором случае можно сваривать детали значительно большего размера.

Саморегулирование дуги происходит в результате увеличения длины дуги, что уменьшает сварочный ток, и наоборот. В таких аппаратах применяется источник электроэнергии с жесткими вольт-амперными параметрами. В другом типе устройств изменение длины дуги, вызывающее изменение напряжения на ней, преобразуется в сигнал, направляемый на устройство подачи электродной проволоки для корректировки скорости подачи. Источники питания в этом случае имеют падающую вольт-амперную характеристику.

Устройства этих типов различаются и по регулированию основных режимов: силы тока и напряжения на дуге. В автоматах с постоянной подачей проволоки сварочный ток устанавливается путем подбора скорости подачи, а напряжение на дуге корректируется путем изменения напряжения холостого хода внешней характеристики генератора. Величина напряжения устанавливается на пульте управления и автоматически удерживается постоянной в процессе сварки. Величина сварочного тока настраивается регулировкой крутизны внешней характеристики генератора.

Электродная проволока

Качество автоматической сварки во многом определяется правильным выбором электродной проволоки. Ее химический состав формирует структуру сварного шва, то есть подбирается исходя из типа свариваемого металла. Обычно стремятся, чтобы составы проволоки и заготовок были близки. Всего стандартом предусмотрено производство более 70 различных марок электродной проволоки.

Исходя из состава, проволока подразделяется на низкоуглеродистую (легирующие компоненты – не более 2%), легированную (2 – 6%) и высоколегированную (более 6%). Выделяется также проволока с медным покрытием (отмечается буквой О в конце марки). Особая чистота состава отмечается индексом А в обозначении. В целом в составе может присутствовать ванадий (отмечается буквой Ф), молибден (М), никель (Н), титан (Т), хром (Х) и ряд других элементов.

Перед использованием в автоматах электродную проволоку рекомендуется очистить от масел и других загрязнений путем протирки керосином, уайт-спиритом, бензином и другими растворителями. Для ликвидации увлажнения поверхности применяется термическая обработка при температуре 100 – 140ºС.

Эффективна подготовка путем обработки поверхности в 20%-ном растворе серной кислоты с последующим нагревом до температуры 230 – 250ºС в течение 2 – 2,3 ч.

От выбора флюса качество автоматической сварки зависит в значительной степени: формируется состав сварочного шва, что определяет механическую прочность и стойкость к растрескиванию, а также обеспечивается стабильность дуги и возникают газовые поры в металле. Флюсы, введенные в сварочную зону, выполняют важные задачи: изоляция сварочной ванны от атмосферной среды, обеспечение параметров дуги, химическое взаимодействие с металлическим расплавом, легирование шва, формирование шовной поверхности.

Чаще всего в качестве флюсов используются искусственные силикаты слабо кислого типа. Основа состава обеспечивается двойным или тройным силикатом закиси марганца, окиси кальция, окиси магния, алюминия. Для понижения температуры плавления вводится присадка – плавиковый шпат. Наиболее распространен флюс ОСЦ-45, основанный на силикате марганца с добавлением фтористого кальция.

Оборудование для сварки

Для автоматической сварки выпускается множество различных типов аппаратов. Ниже приведены некоторые характеристики достаточно востребованных устройств:

Тип	Сварочный ток, кА	Диаметр сварочной проволоки, мм	Скорость подачи проволоки, м/ч	Габариты, мм	Масса, кг
АДГ-63	0,6	1,6-3	120-725	680х385х630	32
АДФ-630	0,63	1,6-3	120-725	680х385х630	32
АСУ-5	0,63	2-3	120-725	–	28
ТС-16	1	2-5	50-405	716х346х540	45
АДФ-1000	1	2-5	25-350	720×500х650	80
АДФ-1250	1,25	2-5	12-350	1320х630х980	145

В качестве источников питания предлагаются универсальные сварочные выпрямители с системой контроля и регулирования выходных параметров. Так, хорошо себя зарекомендовали устройства следующих марок:

Универсальным признается источник питания Power Wave AC/DC с функцией контроля формы сварочного тока, возможностью изменять частоту и силу переменного сварочного тока.

Автоматическая сварка – высшая степень механизации электродуговой сварки. Сварка автомат характеризуется самостоятельным образованием и поддержанием дуги. Система управления контролирует скорость и дозировку подачи расходных материалов, а также направление движения дуги. В этом состоит главное отличие от полуавтоматической технологии.

Что такое сварка-автомат, отличия от полуавтомата

Благодаря полному контролю сварочного процесса автоматическая сварка получила наибольшее распространение на предприятиях, специализирующихся на массовом производстве. По своей сути сварка-автомат – это сочетание электромеханического оборудования с электронным управлением, среди которых важнейшей деталью является сварочная головка. С ее помощью происходит подача расходных материалов в область соединения, производится дуговая сварка, резка или напыление, осуществляется контроль над сварочным процессом и своевременностью его остановки.

Дополнительная информация. По своей конструкции головки делят на два типа: подвесные и самоходные. Первые отличаются отсутствием устройства для перемещения головки. Поэтому движение дуги происходит за счет передвижения соединяемых элементов. Самоходная головка способна самостоятельно перемещаться над зоной сварки с помощью специальных приводов.

На самом деле разница между технологиями несущественна. Степень механизации процесса – вот чем отличается автомат от полуавтомата. Относительная простота конструкции выгодно отличает полуавтоматические сварочные аппараты. Они оборудованы автоматическим устройством подачи сварочной проволоки на электродный держатель через гибкий рукав. Сварщик осуществляет управление за движением дуги, направляя ее в нужную сторону.

Таким образом, технология, при которой проволока подается в автоматическом режиме, а дуга перемещается оператором, получила название полуавтоматической.

Виды автоматических аппаратов

По своим конструктивным решениям оборудование для автоматической сварки делят на несколько типов:

1. Тракторного типа. Для работ под слоем флюса или в среде защитных газов.
2. Подвесной сварочный автомат. Для работы в среде защитных газов.
3. Многодуговой аппарат. Существуют модификации как тракторного, так и подвесного исполнения.

Тракторный тип

Первый тип аппаратов был разработан и выпущен в СССР. Требования к конструкции регламентированы ГОСТ 8213-69. Широко применяется в тяжелой промышленности.

В качестве примера рассмотрим устройство одномоторного трактора типа ТС-17-Р. Как следует из названия, трактор имеет только один электродвигатель. Он разработан для выполнения работ под слоем флюса при сварке различных стыковых швов. При этом минимальный радиус кольцевых швов составляет 600 мм.

С помощью электродвигателя приводятся в движение ходовой механизм, а также устройство подачи проволоки. Все три элемента имеют общий корпус, который является несущей конструкцией трактора. Он служит опорой прочим механизмам: загрузочному бункеру для флюса, барабану с проволокой и управляющему блоку.

Электрод располагается вблизи вертикальной оси, которая проходит через центр тяжести. Данная особенность позволяет производить работы внутри емкостей: низкое расположение центра тяжести обеспечивает повышенную устойчивость.

Подвесной сварочный аппарат

Оборудование подвесного типа состоит из следующих базовых элементов:

1. Подающее устройство.
2. Приводной суппорт.
3. Механизм вертикального передвижения.
4. Флюсовый бункер.
5. Проволочный барабан.
6. Блок управления.

Подвесное оборудование разделяют на стационарные и самоходные агрегаты.

Стационарные устройства отличаются тем, что перед началом работ их устанавливают на выбранное место и не перемещают до окончания работ. Основная сфера применения – соединение труб. Самоходные аппараты оснащены тележкой для перемещения по рабочей площадке. Отличаются способностью к созданию неразъемных соединений значительной длины.

Принцип и технология выполнения работ

Для сварки металла применяют аппараты всех вышеперечисленных типов. Главным элементом конструкции автоматического аппарата является сварочная головка, которая включает в себя следующие комплектующие:

• устройства подачи и перемещения;
• токопроводные элементы;
• самодвижущаяся тележка;
• блок управления.

Она обеспечивает подачу сварочной проволоки либо прочих электродных материалов, после чего осуществляет подачу тока.

Вспомогательная аппаратура, к которой относятся механизм подачи защитного газа либо флюсовое оборудование.

Особенности механизма подачи проволоки имеют конструктивную схожесть с аналогичным приспособлением полуавтоматических аппаратов.

Токопроводящий механизм называют горелкой либо мундштуком. Встречаются различные варианты исполнения, которые имеют общее принципиальное устройство – направляющую трубку с вкрученным токопроводным элементом. Трубка посредством сапожковой вилки на шарнире соединяется с прижимным механизмом. Для повышения периода эксплуатации вилка снабжена вставкой из высокопрочного материала. Прижимной механизм представляет собой винт с пружиной.

Для автоматической сварки под флюсом рекомендуем использовать источники энергии с пологопадающими характеристиками. При выполнении работ в газовой среде предпочтительнее будут источники с жесткими характеристиками.

Для орбитальных сварных работ используют аппараты с асинхронными двигателями постоянной частоты. Благодаря реализации принципа саморегуляции скорость подачи электродов остается неизменной.

На конвейерных линиях сварочное оборудование работает согласно единому технологическому циклу, который может содержать устройства для предварительной или последующей обработки материалов в зависимости от специфики производства.

Плюсы и минусы сварочных автоматов

Применение рассматриваемой технологии имеет положительные и отрицательные стороны. Преимуществами автоматического метода считают:

1. Качество соединения. Использование электронных систем позволяет добиться высоких показателей целостности и повторяемости шва.
2. Производительность. Благодаря высокой скорости автоматические линии значительно превосходят возможности бригады квалифицированных сварщиков.
3. Количество отходов. При условии грамотной настройки использование автоматических аппаратов позволяет минимизировать количество лома.
4. Трудозатраты. Применение данной технологии позволит перенаправить трудовые ресурсы на другие производственные участки. Кроме того, можно не учитывать человеческий фактор при планировании работ.

1. Высокая стоимость оборудования.
2. Низкая маневренность сварочных агрегатов.
3. Трудности при реорганизации производства.

Технология автоматической сварки не стоит на месте. Несмотря на то что автоматизация производства, как правило, оказывает положительное влияние на предприятие, перед ее внедрением следует трезво оценить целесообразность модернизации. Это не всегда выгодно. Именно по этой причине автоматическая сварка не получила повсеместного применения. Если вы имеете опыт успешного внедрения автоматической сварки на производстве, поделитесь им в комментариях.

Автоматическая сварка имеет еще одно название, которое раскрывает ее суть – электродуговая сварка под флюсом.

Это одна из самых популярных технологий соединений металлических деталей в промышленности в течение долгого времени. Причина тому – долговременность сварочных швов и простота исполнения. Флюсовые смеси применяются для лучшего сцепления соединяемых поверхностей.

Лучшая в своем роде

Это автоматический вид сварки с механизированным способом выполнения рабочего процесса. Физический процесс простой и понятный: специальная электрическая дуга плавится под действием высокой температуры.

В результате пламя горения направляется на так называемый сварочный объект – проволоку, которая расположена в направлении самого шва. Дуга горит под прикрытием мощного гранулированного одеяла – флюсовой смеси. Благодаря высокой температуре они начинают плавиться в сварной ванне.

Вокруг нее формируется специальная эластичная пленка, которая является отличной защитой металла и электрической дуги от проникновения воздуха, и образования главного врага хорошего шва – оксидной пленки.

После процесса в период остывания флюсовые гранулированные смеси превращается в шлак, который покрывает новый сварочный шов, и который необходимо удалить самым простым образом – механическим.

Если работа полуавтоматического вида, мастеру необходимо принимать довольно активное участие в процессе: держать и направлять присадочную проволоку, которая подается автоматически. Вдобавок нужно следить за поведением электрода: направление его движения и скорость перемещения и угол наклона.

Если же применяются полностью автоматическая сварка, то скорость и направление движения электрода выполняет автомат. Для данного метода нужны ровные свариваемые поверхности и швы углового типа.

В последнее время чрезвычайно популярна тандемная технология работы с металлами, в которой применяются оба метода, которые проводятся параллельно друг к другу в одной и той же свариваемой плоскости заготовки.

Такое сочетание значительно повышает качество шва за счет оптимальной величины сварочной ванны и быстрого поджига электрической дуги.

Чем хороша электродуговая сварка под флюсом

Во-первых, тратится мало флюсовой смеси – иными словами экономятся ресурсы без потери качества шва. Это происходит благодаря эффективной конструкции с отличным сцеплением металлов.

В дополнение играет роль еще один фактор: это аккуратное и очень тонкое покрытие остаточного сварочного шва защитным слоем шлака, который защищает его от негативного влияния оксидов, образующихся из воздуха. Для соединения, к примеру, труб это самый оптимальный вариант сварки без каких-либо сомнений.

Преимуществ у этой технологии много, перечислять их легко и приятно:

• Хорошая скорость в работе, что дает неплохую производительность общего процесса.
• Отличная экономия расходных материалов: металл электродов теряется всего на 2%.
• Технология не вызывает образования брызг из металла, что приводит к экономии также и основного металла.
• Участок соединения поверхностей хорошо прикрыт от негативного воздействия воздуха и окружающей среды.
• Минимальное образование оксидов благодаря использованию флюсов.
• Великолепная мелкочешуйчатая структура и эстетика сварочного шва вследствие ровного пламени дуги в течение всей сварки.
• Роль главного защитника от вредных воздействий играет флюс, поэтому нет надобности в дополнительных защитных устройствах и способах.
• Интенсивное охлаждение металла после процесса ведет к образованию устойчивого соединения.
• Это довольно простой метод для исполнения, ему не нужно специально учиться.

Без минусов не обойтись

Недостатков у способа намного меньше, некоторые из них можно расценивать как технические особенности:

• Что уж говорить, автоматическая сварка – метод недешевый и поэтому доступный далеко не для каждого.
• Непростое определение верного расположения материала для фиксации из-за технических характеристик процесса.
• Небезвредный способ для человека, который его выполняет.
• Часто нужно оборудование, которое имеется только на промышленных предприятиях. Эта особенность делает методику редким гостем в кустарных мастерских.

Где применяется автоматическая сварка?

Метод чудесный с точки зрения универсальности и эффективности, поэтому применяться может где угодно: от домашних мастерских до крупных промышленных предприятий, включая сварку труб разного калибра и назначения.

Его можно использовать в следующих видах работ:

• монтаж сложных конструкций;
• соединение металлов с большой площадью поверхности для сцепки;
• соединение каких угодно металлов или сплавов вплоть до соединения разнородных по составу заготовок.

В свое время, когда начали применять защиту в виде флюса, в промышленности произошла почти революция в самом хорошем смысле слова. Сначала флюсы шли при работе только с низкоуглеродистой сталью.

Применение расширялось и сейчас широко используются в следующих случаях:

• сварка сложных вертикальных швов с принудительным или свободным формированием шва;
• монтаж труб разного калибра, включая большие диаметры;
• соединение кольцевых швов со сложным рабочим процессом по удержанию сварочной ванны и растекания металла, с ручным подвариванием, на станках с ЧПУ.

Оборудование и инструменты

Сварочных автоматов для данного метода на рынке великое множество с самыми разными характеристиками и назначением. Самые лучшие и удобные из них – это модели, в характеристиках которых присутствует способность поддерживать подачу проволоки.

При выборе оптимальной модели для своей работы нужно учитывать еще один факт: если у вас уменьшится длина электрической дуги, другие параметры наоборот увеличатся: повысится скорость плавления металлов, увеличится сила сварочного тока.

При таких условиях нужен специальный источник питания с определенными вольтамперными свойствами.

В случае снижения скорости подачи электродов, в аппаратах для автоматической сварки головки с регулятором напряжения мгновенно перестроятся и изменят длину дуги. В этом случае вольтамперные параметры должны пропорционально уменьшиться.

Если у вас аппарат, в которых скорость подачи электродов не меняется, все равно придется поработать, чтобы найти оптимальное значение сварочного тока. Напряжение в электрической дуге также придется настраивать вручную и опытным способом, меняя настройки внешнего источника питания.