Все об автоматических сварках: описание, виды, плюсы и минусы

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.

Недостатки:

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.

Особенности автоматической сварки

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.

Вернуться к оглавлению

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.

Вернуться к оглавлению

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.

Вернуться к оглавлению

Виды электродов.

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.

Флюс.

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.

Подвесной стационарный

Особенностью подвесного стационарного автомата является то, что он устанавливается на заранее выбранном месте и на протяжении всего процесса находится в неподвижном состоянии. Чаще всего сварочное оборудование подобного типа применяют для сварки труб.

Во время проведения этих работ дополнительно задействуются специальные механические устройства, которые обеспечивают бесперебойное вращение, при этом голова подвесного стационарного аппарата в течение всего процесса остается неподвижной. Роль оператора здесь сводится к контролю работы оборудования, осуществляемого при помощи специального пульта.

Передвижной самоходный

Передвижной автомат комплектуется самоходной тележкой, которая позволяет его транспортировать в любое необходимое место. Оборудование подобного типа наиболее активно используется при проведении работ по созданию прямых швов значительной длины.

Сварочный трактор

Отличается от двух выше рассмотренных типов тем, что способен самостоятельно перемещаться не только по намеченному для него пути, но и по поверхности конструкции, которую требуется сварить. Процедура его установки занимает очень мало времени, поэтому используется такое оборудование главным образом в ситуациях, когда необходимо выполнить достаточно большой объем работ по соединению деталей.

Классификация оборудования по признакам

По своему назначению автоматы для сварки можно разделить на два основных типа — специализированные и универсальные. Они отличаются между собой определенным набором признаков, которые характеризуют их полезные эксплуатационные качества:

• По возможности перемещения оборудование для сварки можно подразделить: на самоходные и несамоходные. Последние также известны как подвесные.
• Сварочные автоматические устройства можно разделить также по типу используемых электродов. Универсальные аппараты поддерживают работу с любыми типами, включая и неплавящиеся, изготавливаемые из вольфрама. Специализированные аппараты могут работать только с определенным типом расходного материала.
• По типу плавки электрода: проводной, штучный и ленточный.
• По способу защиты участка, на котором выполняется сварка: флюс, защитная газовая среда и комбинированный способ, предполагающий одновременное использование флюса и газовой среды.
• По типу поддерживаемого рабочего тока. Сварочные автоматические установки могут работать с постоянным или переменным током. Встречаются и специальные конструкции, эксплуатация которых возможна при обоих типах напряжения.
• По способу подачи присадочной проволоки: регулируемые вручную и настраиваемые с учётом величины напряжения, с которым подается электрическая дуга.
• По способу выполнения сварного соединения: свободная и принудительная технология.
• По типу настройки сварочного тока: плавный, ступенчатый и комбинированный.

В тех случаях, когда для эффективного соединения металлоизделий требуется сварочный аппарат-автомат, чаще всего сварку выполняют не с использованием электродов, а при помощи специальной присадочной проволоки, которая наматывается на специальную катушку. Этот материал находится в подающем механизме и подаётся при необходимости в область создаваемого шва за счет роликовой системы. Возможен и автоматический способ подачи, если есть электрический двигатель.

Механизм, в котором располагается присадочная проволока, обеспечивает ее перемещение и выпрямление, после этого она поступает в мундштук, а оттуда — к сварочной дуге.

А также в мундштуке располагается специальный контакт, проводящий электроток. Он находится в постоянном взаимодействии с присадочной проволокой, обеспечивая тем самым создание сварочной дуги. Сам контакт и дуга располагаются на небольшом расстоянии друг от друга. Из-за этого перемещение присадочной проволоки напоминает собой технологию работы с коротким электродом, когда последний сохраняет на протяжении всего процесса одинаковую длину.

Сварочная зона имеет довольно большую площадь, особенно если используются автоматы марки Ляйстер. Вследствие этого, даже при работе с электротоком высокой плотности, последний можно направлять на расплавление металла, не беспокоясь насчёт перегрева проволоки или оборудования. Автоматические аппараты для сварки Ляйстер в состоянии обеспечить равномерное поступление проволоки, благодаря надежному подающему устройству. Это избавляет оператора от необходимости делать поправку на дугу, склонную менять свою длину.

Из предлагаемых сегодня решений на рынке довольно интересными являются автоматы от компании Твинни Т, которые отличаются от конкурентов способностью зажигать дугу самостоятельно, не вступая во взаимодействие с соединяемыми заготовками.

Если будут выполняться технологические требования к проведению работ при помощи автомата, то возможно решение следующих задач:

1. Осуществлять точную настройку скорости подачи присадочной проволоки с учетом рабочего напряжения дуги и ее размера. Присадочный материал будет подаваться в зону сварки с той же скоростью, с которой осуществляется ее плавление при условии, что сварочная дуга имеет нормальные рабочие параметры. Аналогичным образом, в случае уменьшения размеров дуги, проволока также будет уменьшаться, поддерживая стабильность дугового напряжения.
2. Если, ввиду возникших обстоятельств, длина дуги станет больше, то проволока автоматически начнет подаваться с увеличенной скоростью, что позволит скорректировать размер дуги и ее напряжение до нормативных показателей. Иными словами, автомат будет в течение всего сварочного процесса поддерживать оптимальные рабочие параметры дуги и корректировать их до нормальных значений без дополнительного расхода присадочной проволоки.
3. При использовании автомата для сварки можно нормализовать работу после короткого замыкания. Если описанное явление приведет к неожиданному исчезновению напряжения, то проволока сразу же перемещается назад, удаляясь от свариваемой конструкции. Иными словами, благодаря автомату, моментально происходит изменение направления ее движения.
4. Но как только подача энергии возобновляется, проволока вновь начинает движение к соединяемым элементам и с целью уменьшения напряжения холостой дуги накоротко замыкает в момент касания свариваемых конструкций. Одновременно с этим загорается и сварочная дуга. Если этого не происходит, то проволока повторно движется в зону сварки. Затем она принимает исходное положение, после чего дуга восстанавливает свои нормальные рабочие параметры.

Таким образом, благодаря сварочному автомату можно в течение всего рабочего процесса обеспечивать стабильность рабочих параметров дуги, что является практически невыполнимой задачей при проведении работ вручную.

Преимущества и недостатки

Если сравнивать рабочий процесс, проходящий с использованием автомата, и сварку, осуществляемую ручным методом, то у первого можно выделить ряд следующих преимуществ:

• Высокая производительность труда. С помощью сварочного автомата можно не только соединять металлические конструкции значительной толщины, но и создавать небольшие швы, когда приходится выполнять однотипные работы большого объема. В обоих случаях это оборудование обеспечивает значительное повышение производительности труда, чего невозможно добиться при сварке ручным способом, поскольку здесь не приходится тратить время на замену сгоревших электродов.
• Исключение возможности влияния человеческого фактора. Поскольку человек практически не принимает участия в сварочном процессе, это позволяет создавать ровный по всей длине и однородный по толщине шов. При ручной же сварке всегда остается риск того, что рука дрогнет. С автоматом же этого никогда не произойдёт, поскольку он поддерживает стабильные параметры сварочного процесса в течение всего времени его проведения. На качество работы не может повлиять состояние оператора (не только психологическое, но и физическое).
• Возможность проведения работ в труднодоступных местах. Каждому человеку присущи определенные габариты, поэтому для комфортного проведения сварочных работ он нуждается в определённой площади. В случае со сварочным автоматом появляется возможность выполнения сварки в условиях, где человек не только не испытывает неудобства, но и при всём желании не смог бы испортить качество соединения.
• Автоматическая регулировка. Отличительной чертой современных сварочных автоматов является способность настраивать подачу проволоки в случае увеличения или уменьшения длины дуги, а также восстанавливать работу после технических сбоев без последствий для качества шва. Сварка, проводимая с помощью автоматического устройства, гарантирует высокое качество выполняемого шва, которое не подвержено воздействию никаких внешних изменений окружающей среды.
• Экономичность. При проведении работ с помощью автомата обеспечивается снижение расхода используемых материалов, поскольку автомат изначально настроен на их поступление в таком количестве, чтобы качественно выполнять соединение деталей, не допуская их расхода на бесполезный угар или разбрызгивание.

Что же касается недостатков, которые имеет технология соединения деталей с использованием автоматических устройств, то главным является возникновение дополнительных временных затрат на подготовку к рабочему процессу. Прежде чем приступить к работе, необходимо настроить оборудование для сварки: установить стационарно с настройкой подачи свариваемых элементов либо проложить рельсовый путь. А также эта технология не позволяет изменять качество шва во время рабочего процесса, поскольку все характеристики контролируются автоматическим устройством без возможности их корректировки.

Сварочный автомат стал новой ступенью развития оборудования, используемого для проведения сварочных работ. Основное их достоинство заключается в том, что они позволили практически полностью автоматизировать рабочий процесс, сведя к минимуму участие в нём человека.

Эти устройства позволяют поддерживать на протяжении всего времени стабильные показатели сварки, что является залогом получения качественного соединения деталей. Оборудование не подвержено воздействию факторов внешней среды, что может в любой момент произойти с человеком, который способен совершить грубую ошибку. А это в итоге может крайне негативно повлиять на качество создаваемого сварочного шва.