книги / Электрооборудование электровакуумного производства

чечной сварки различают мягкие и жесткие режимы сварки. На мягких режимах, для которых характерно снижение мощности сварки, достигаемой в результате уменьшения величины рабочего тока сварки при увели­ ченной длительности, обычно сваривают металлы, обра­ зующие пары с хорошей свариваемостью. Преимущест­ вом мягких режимов сварки является высокая стабиль­ ность качества сварных соединений, получаемая в связи с более плавным нагревом свариваемых деталей, что уменьшает закаливание и предупреждает появление тре­ щин в зоне сварки для легированных сталей или сталей с повышенным содержанием углерода. Получению ста­ бильных результатов при сварке на мягких режимах способствует уменьшенный износ электродов из-за отно­ сительно невысокой плотности тока, не превышающей 50 А/мм2, и поэтому не требующих частых зачисток рабочей поверхности электродов. Мягкие режимы свар­ ки проводятся при пониженном давлении и пониженных требованиях к качеству подготовки поверхности свари­ ваемых деталей. Материалы, обладающие плохой свари­ ваемостью в обычных условиях, свариваются на жестких режимах. Жесткие режимы сварки характеризуются применением повышенного давления и уменьшенной длительностью сварки при повышенной мощности, что требует частой зачистки электродов. Повышенный износ электродов даже из особо прочных сплавов объясняется не только большими механическими нагрузками, но и высокими плотностями тока, вызывающими прилипание частиц металла свариваемых деталей, к электроду и металла электрода к поверхности детали. Жесткие ре­ жимы сварки применяются для сварки деталей, изготов­ ленных из аустенитной нержавеющей хромоникелевой стали, что позволяет уменьшить распад аустенита и вы­ падение карбидов. Жесткий режим сварки дает возмож­ ность проводить точечную сварку деталей, изготовлен­ ных из алюминия, алюминиевых и магниевых сплавов, молибдена и вольфрама, их сплавов и т. д.

Однако все описанное сварочное оборудование об­ ладает одним существенным недостатком, заключаю­ щимся в том, что пиковая нагрузка питающей сети в момент сварки очень велика, а общий коэффициент загрузки сети благодаря длительным перерывам между сварками мал. Поэтому в настоящее время разрабаты­ вается и уже практически применяется импульсное

151

еМрОЧЙое оборудование, работающее на принципе мед­ ленного накопления энергии от питающей сети и перио­ дически отдающее накопленную энергию в виде кратко­ временного импульса сварки. Из всех видов сварки по принципу аккумулированной энергии, таких, как инер­ ционная сварка, аккумуляторная сварка, электромагнит­ ная сварка, электростатическая или конденсаторная сварка, в электровакуумной промышленности наиболь­ шее распространение получила электростатическая свар­ ка. Это объясняется тем, что конденсаторная сварка

Р ис. 2-41. Принципиальная электрическая схем а сварки аккумули­ рованной энергией электростатического поля.

достаточно хорошо разработана и при применении срав­ нительно простого оборудования обеспечивает высоко­ качественную сварку для широкого диапазона сваривае­ мых материалов. Оборудование для конденсаторной сварки характеризуется высокими технико-экономиче­ скими показателями и не требует высококвалифициро­ ванного обслуживания. Принципиальная электрическая схема оборудования, работающего на основе аккумули­ рования энергии в виде электростатического поля, по­ казана на рис. 2-41. С помощью регулируемого выпря­ мителя происходит заряд емкости, составленной из батареи конденсаторов. Величина запасенной энергии равна:

	Гс	с и 2
		2 ’ Дж,
где	С — суммарная емкость конденсаторов, Ф;		конденса­
тор,	U — напряжение, до	которого заряжен
	В.	(числа включенных	конденса­
Изменением емкости

торов или при переходе с параллельной схемы включе­ ния на последовательную) и напряжения заряда емкости возможно осуществить изменение количества запасенной энергии в очень широких пределах. Это дает возмож­

152

ность весьма простыми средствами обеспечить глубокое регулирование запасенной, а следовательно, и расходуе­ мой на единичную сварку энергии. При переключении переключателем В батареи конденсаторов с заряда на разряд (что осуществляется простым нажатием педали) через первичную обмотку сварочного трансформатора проходит количество энергии, равное запасенной энергии на емкости за вычетом потерь. Поэтому при неизменных величинах напряжения, выдаваемого выпрямителем, и емкости конденсаторной батареи остается неизменным и количество энергии, расходуемой на сварку. Постоян­ ная времени разряда для конденсаторной сварки оказы­ вается весьма малой величиной, и сварка осуществляет­ ся за очень короткое время, т. е. в очень жестком ре­ жиме. Конденсаторную батарею обычно набирают из герметизированных бумажных (бумажно-масляных) конденсаторов, имеющих высокую изоляцию и малые токи утечек, а в качестве выпрямителя, обеспечиваю­ щего заряд конденсаторной батареи, в целях стабилиза­ ции установленного напряжения используются стабили­ зированные источники напряжения с регулируемым выходным напряжением. Таким образом, конденсатор­ ная сварка обладает целым рядом преимуществ перед обычной точечной сваркой. Высокая стабильность сва­ рочных соединений как результат точной дозировки энергии при отличной повторяемости, хорошая свари­ ваемость для большинства металлов (в том числе отно­ сящихся к плохо свариваемым в обычных условиях) как результат очень жесткого режима и кратковременности сварочного процесса, простота оборудования наряду с высокими технико-экономическими и эксплуатацион­ ными показателями позволяют считать конденсаторную сварку в настоящее время наиболее перспективной для электровакуумной промышленности. Наиболее полно преимущество конденсаторной сварки выявляется в опытном или мелкосерийном производстве при авто­ номном оборудовании каждого монтажного стола. Ранее массовое производство с устоявшейся продукцией имело специализированное сварочное оборудование, предна­ значенное для выполнения отдельных монтажных опера­ ций, например, монтаж серийных приемно-усилительных ламп осуществлялся на линейке, составленной из одно­ типных монтажных столов с питанием от централизован­ ного сварочного поста, работающего на игнитронах и

153

обеспечивающего сварочным током до 30 монтажных столов при коэффициенте одновременности до 0,6. К со­ временной электровакуумной промышленности предъяв­ ляются повышенные требования обновления ассортимен­ та и качества изделий, что в свою очередь требует применения мобильного универсального оборудования. В связи с этим четко прослеживается тенденция авто­ номного питания монтажного стола, представляющая большие возможности для перехода от одних операций к другим и позволяющая даже в условиях массового производства безболезненно менять выпускаемую про­ дукцию. Конденсаторная сварка отвечает и этим требо­ ваниям.

Из других видов сварки следует отметить получив­ шую распространение в последнее время дуговую сварку вольфрамовым электродом в защитном газе (аргоне) и применяемую в производстве изделий новой техники. Вольфрамовый электрод при нагревании энергично окисляется, поэтому сварку ведут в защитной среде, не

содержащей кислорода. Возможно непрерывное вдува­ ние в дугу инертного газа, в качестве которого исполь­ зуются аргон, гелий или водород, либо смеси этих газов. Наиболее часто используется аргон как наиболее деше­ вый. Дуга постоянного тока в аргоне при прямой поляр­ ности (минус на электроде) горит устойчиво и легко

зажигается. Напряжение горения дуги составляет около 15 В, нагрев и расход электрода незначительны. Эта картина резко меняется при изменении полярности. При этом возникает катодное распыление, приводящее к то­ му, что с поверхности основного металла в зоне сварки

удаляются окислы и загрязнения. Очищающее действие дуги позволяет без применения флюсов сваривать спецстали, алюминий, магний, различные легкие сплавы, тугоплавкие металлы, активные металлы с большим сродством к кислороду, а также металлы малых толщин. Для питания дуги используются обычные агрегаты по­ стоянного тока и выпрямители для дуговой сварки.

В некоторых случаях желательно применение дополни­ тельных осцилляторов и специальных электродов с до­ бавкой окиси тория или лантана (торированные или лантанированные электроды) с целью облегчения за­ жигания и повышения устойчивости дуги.

154

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СВАРОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Большой интерес представляет лучевая сварка, где для нагрева металла используется направленный поток элементарных частиц. В настоящее время практически реализованы два вида лучевой сварки: электронно-луче­ вая и фотонная (электронный луч и световой луч). Лу­ чевая сварка обладает рядом особенностей, резко вы­ деляющих ее среди других видов сварки. Источник лучистой энергии может быть удален на значительное расстояние от объекта нагрева, возможно применение в вакууме, обеспечиваются чистота и стерильность, так как луч не вносит в зону сварки никаких посторонних частиц и загрязнений.

Световой луч проходит значительные расстояния в воздухе без заметных потерь, легко фокусируется с помощью обычной оптической аппаратуры, обладает глубокой проникающей способностью для прозрачных и даже непрозрачных материалов (в инфракрасной об­ ласти). Это дает возможность проводить сварку деталей в вакууме с использованием вынесенного источника лучистой энергии. В таком варианте вакуумная камера выполняется с окошком из кварцевого стекла, позволяю­ щего пропустить тепловые лучи (световые лучи в инфра­ красной области) и производить визуальное наблюдение за протекающим процессом. Сварка может осуществ­ ляться и на воздухе без применения вакуумной камеры. И в том н в другом случаях в качестве источника лу­ чистой энергии применяются установки типа УРАН (название составлено из первых букв слов — «установка радиационного нагрева»). Такая установка состоит из блока питания, поджигающего устройства и излучателя, снабженного мощной лампой дугового разряда. Излуча­ тель обычно выполняется в виде сферического или пара­ болического зеркала, поверхность которого имеет вы­ сокий коэффициент отражения в результате специальной обработки (шлифование, напыление алюминиевой плен­ ки и т. д.). В фокусе зеркала помещается ксеноновая лампа типа ДКСР мощностью 3—10 кВт. Регулируя положение лампы (в реальных конструкциях передви­ гается зеркало) относительно зеркала, добиваются наи­ лучшей фокусировки луча в виде светового пятна малых размеров. Теоретически температура в пятне может быть получена равной температуре плазмы. На практике уже получены температуры в пятне, близкие к 3000°С.

155

Весьма перспективным источником для световой сварки является оптический квантовый генератор— ла­ зер. В настоящее время мощность лазерных источников достаточна для расплавления любых металлов. Для световой сварки могут применяться оптические кванто­ вые генераторы как импульсного действия с твердым активным веществом, в качестве которого наиболее часто используется синтетический рубин (окись алюми­ ния с добавкой окиси хрома), так и непрерывного дейст­ вия— ионно-газовый лазер. Излучение лазера с по­ мощью оптической системы может быть сфокусировано в пятно очень малых размеров, обладающее высокой плотностью энергии.

Лучевая сварка значительно расширила возможности сварочной техники и позволила ей вторгнуться в области науки и техники, ранее ей недоступные. Решив целый ряд проблемных вопросов, таких, как стерильная сварка деталей малых толщин, микродеталей и т. д., лучевая сварка может иметь большое значение при миниатюри­ зации (тенденция, наблюдаемая в производстве прием­ но-усилительных ламп, фотоумножителей и другой про­ дукции электровакуумной промышленности).

Установка для электронно-лучевой сварки изделий состоит из вакуумной камеры, внутри которой располо­ жены электронный прожектор и облучаемые детали. Электронный прожектор позволяет получить необходи­ мую энергию и форму луча и содержит источник свобод­ ных электронов — катод и систему металлических элек­ тродов, образующих электрические поля, с помощью которых формируется электронный луч. Количество электронов в луче, траектория и скорость движения электронов управляются изменением этих полей. Вакуум в камере поддерживается за счет непрерывной откачки на уровне 1-10- 2—Ы 0 ~4 Па. Установка снабжена источ­ никами питания электронного прожектора с возмож­ ностью отклонения и модуляции электронного луча. Это позволяет облучать изделие не только по шву, но и при­ давать движению луча любую форму (перемещать его по любой траектории), осуществлять модуляцию луча, его расфокусировку и т. д. Такие возможности обеспечи­ вают получение самых разнообразных режимов сварки, начиная от очень мягкого нагрева широкой области детали до глубокого «кинжального» за счет высокой плотности энергии сфокусированного электронного луча.

156

380/2208 380/2208

звав

Рис. 2-42. Электрическая схем а силовой части установки для сварки световым лучом.

В последнем случае возможно применение установки для различной обработки изделий, таких, как сверление отверстий (в том числе любой заданной формы), резка и другие операции. Так как обработка изделий элект­ ронным лучом проводится в вакууме, то обеспечивается высокая чистота наплавленного металла, отсутствуют окисление и азотирование, уменьшается количество рас­ творенных газов. Недостатком вакуумной установки для электронно-лучевой сварки является большое подготови­ тельное время, необходимое для создания вакуума после загрузки и установки деталей. Следует указать, что в на­

стоящее время		ведутся		поисковые работы, целью кото­
					рых	является			возмож­
					ность		выведения			свароч­
					ного луча			в окружающую
					атмосферу. От				этого не­
					достатка			свободно			сва­
					рочное		оборудование,				ис­
					пользующее световой луч.
					На рис. 2-42 при­
					ведена			электрическая
					схема			силовой		части
					установки ' для					сварки
					световым			лучом,		а	на
					рис. 2-43 показана элек­
					трическая схема узла на­
					гревателя			этой	установ­
Р ис. 2-43.	Электрическая			схем а	ки. Источником лучистой
нагревателя	установки		для	свар­	энергии,			используемой
ки световым лучом .					для	сварки в			виде		све­
газоразрядная		ксеноновая			тового		луча,		является
					лампа	сверхвысокого					дав­
ления типа ДКсШРБ 150 А. Ток								лампы		изме^
няется от	70	до	150 А. Фокусное				расстояние			равно

300 мм. Плотность излучения в пятне диаметром 2 мм не менее 1600 Вт/см2. Озон удаляется вытяжной вентиля­ цией. Силовая часть (рис. 2-42) представляет выпрями­ тель, собранный по схеме двойного трехфазного моста на кремниевых диодах ВК-50 (Дх—Д 12) с водяным охлаждением. Понижающий трансформатор обеспечи­ вает (напряжение холостого хода 40 В) рабочий ток до 150 А, кроме того, от вспомогательной обмотки питается выпрямитель вольтодобавки (Дм—Д\&), выполненный по схеме трехфазного моста Ларионова, дающий ток 2 А

158

при напряжении 40 В. После поджига источник вольтодобавки отключается вместе со схемой поджига с по­ мощью реле Р3. Источник вольтодобавки включен после­ довательно с силовым источником и для защиты от больших токов шунтирован диодом Д\э (ВК-200). В цепь питания лампы включены три параллельные це­ почки из балластных резисторов Я2— и тиристоров Д 25—Дг7- Схема с помощью вспомогательных тиристоров Д2&—Д29 и конденсаторов С]9—С2г при включении лю­ бого из тиристоров гасит ранее работавший. Переклю­ чение осуществляется кнопочным переключателем. Ток каждого режима задается заранее с помощью смены соответствующих сопротивлений. Ток первого режима 60—70 А, второго— 120 А и третьего— 150 А. Пусковое устройство узла разогрева состоит из повышающего (до 4 кВ) трансформатора поджига Тр2, воздушного разряд­ ника Рр, автотрансформатора Три первичная обмотка которого с конденсатором С4 образует колебательный контур, а вторичная повышает напряжение высокой час­ тоты до 30 кВ. Замыкается цепь поджига лампы через

конденсатор	С3. Дроссели Др\ и Др2, конденсаторы
С\, С2 и С5,	С6 служат для защиты питающей сети и

элементов источника питания от пробоя энергией высо­ кой частоты и напряжением поджига. Лучистый поток ксеноновой лампы содержит 9% ультрафиолетового из­ лучения, 35% излучения в видимой области спектра и 56% инфракрасного излучения, причем 40% с длиной волны 0,8— 1 мкмкм. Материалы, подлежащие сварке, помещаются в фокусе системы и при облучении нагре­ ваются. Скорость нагрева и температура зависят от размеров, формы и материала свариваемых деталей, а также условий сварки. По мере расплавления детали должны передвигаться вдоль свариваемого шва, так как узел разогрева имеет только небольшое перемещение, необходимое для фокусировки луча, и во время работы остается неподвижным. Сварка может производиться на воздухе, в струе нейтрального газа или в специальной камере, имеющей кварцевое окно для ввода лучистой энергии. Использование камеры позволяет проводить сварку световым лучом в вакууме или газовой среде. С помощью описанной установки можно проводить от­ жиг деталей, а также пайку. Температура в пятне не ниже 2000°С.

159

2-4. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ОТКАЧНЫХ СИСТЕМ

ВАКУУМНАЯ ОБРАБОТКА ЗВП

Одним из основных технологических процессов изго­ товления электровакуумных приборов, определяющих в значительной мере их качество и долговечность, яв­ ляется процесс вакуумной обработки. Вакуумная обра­ ботка приборов преследует цель получения такой сте­ пени вакуума внутреннего объема обрабатываемого прибора и таких условий для сохранения достигнутого вакуума, которые должны обеспечить нормальное функ­ ционирование и работоспособность обработанного элек­ тровакуумного прибора на протяжении заданного срока службы. Вакуумная обработка представляет целый комплекс различных операций, большинство которых производится при непрерывном удалении газов из внут­ реннего объема обрабатываемого прибора. В связи с этим вакуумная обработка проводится на специальном оборудовании, базой которого является вакуумная си­ стема, снабженная различными вспомогательными устройствами для осуществления отдельных операций технологического процесса вакуумной обработки. В ка­ честве этих вспомогательных устройств используются различного рода печи (вплоть до печей с программным управлением), генераторы высокой частоты, различные источники питания для обработки катода и электронной бомбардировки электродов; приборы контроля, измере­ ния и записи результатов измерения вакуума, темпера­ туры, токов и т. д. Таким образом, для проведения ва­ куумной обработки требуется довольно сложное специа­ лизированное откачное оборудование, выполненное с учетом характерных особенностей откачиваемых при­ боров.

Повышенный спрос на различные изделия электрон­ ной промышленности заставил ее перейти к массовому выпуску различных типов приборов, что привело не только к количественным, но и качественным измене­ ниям производства. Для обеспечения высокой произво­ дительности труда при сохранении высокого качества работ, получения низкой себестоимости при малой тру­ доемкости возникла необходимость технического пере­ вооружения — массовая продукция требует применения автоматических методов производства и автоматических систем управления производством. Так появилась сна­ чала машинная технология откачки для приемно-усили-

160