УСТАНОВКА ДУГОВОЙ СВАРКИ

Полезная модель относится к машиностроению, преимущественно к атомной промышленности и может быть использована для получения герметичных изделий с избыточным внутренним давлением инертного газа, в частности, тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов.
Известно устройство - установка УСКС для дуговой автоматической сварки в контролируемой атмосфере (Сварка в машиностроении: справочник в 4-х т. / Под ред. Г.А.Николаева - М.: Машиностроение, 1978, т.4, с.122), которая принята за прототип. Эта установка включает в себя источник сварочного тока с напряжением холостого хода порядка 70 В, герметичную сварочную камеру, электрод, осциллятор для зажигания сварочной дуги, блок управления, вакуумный насос, источник инертного газа и позволяет проводить дуговую сварку изделий в среде инертного газа.
Неодостатком установки УСКС является невозможность проведения сварки изделий при давлении инертного газа в камере существенно выше атмосферного давления. Указанный недостаток обусловлен недостаточной прочностью корпуса, а также применением осциллятора и источника сварочного тока с низким выходным напряжением, не позволяющими зажечь сварочную дугу и поддерживать ее стабильное горение при высоком давлении газовой среды. Свариваемое изделие и механизм перемещения электрода размещены в камере, что требует наличия камеры с большим внутренним объемом. Большой расход газа для заполнения камеры снижает экономичность установки.
Технический результат полезной модели - получение герметичных изделий с внутренним давлением инертного газа 0,1÷20 МПа при повышении экономичности процесса изготовления.
Предлагаемая установка дуговой сварки состоит из источника сварочного тока, электрода, камеры, блока управления, вакуумного насоса и источника инертного газа.
В отличие от прототипа корпус камеры выполнен разъемным с уплотнением для ее герметизации, внутри одной части корпуса установлен электрод с возможностью подвода к изделию и соединенный с корпусом, а снаружи установлен электромагнит для управления перемещением электрода. Камера снабжена приспособлением для размещения внутри нее свариваемого изделия и изоляции его от корпуса. В корпусе может быть выполнено, по меньшей мере, одно отверстие с уплотнительным узлом для введения внутрь камеры свариваемого изделия или части изделия.
Наличие разъемной камеры позволяет установить изделие и выставить заданный дуговой промежуток. Точность установки дугового промежутка существенно влияет на процесс сварки изделия при высоком давлении. Отклонение величины дугового промежутка от оптимального изменяет энерговыделение в процессе сварки и приводит к браку.
Уплотнения камеры позволяют сделать ее герметичной и получить заданное давление инертного газа внутри изделия. При неполной герметичности камеры в процессе сварки образуется избыточное внутреннее давление внутри изделия, что приводит к дефектам или разрушению сварного шва.
Наличие подвижного электрода управляемого электромагнитом позволяет зажечь сварочную дугу при высоком давлении инертного газа в камере. Возбуждение электрической дуги происходит при отрыве электрода от изделия. Применение неподвижного электрода затруднено ввиду необходимости использования нестандартного осциллятора и токоподводов, рассчитанных на более высокое напряжение.
Следующие признаки позволяют минимизировать внутренний объем камеры, т.е. повысить экономичность установки (уменьшается расход инертного газа, снижается необходимая толщина стенок камеры, повышается безопасности установки):
- электромагнит управления отрывом электрода расположен вне сварочной камеры;
- электрод соединен с корпусом камеры, а изделие изолировано от корпуса;
- в корпусе имеется отверстие для введения в камеру длинномерных изделий или части изделий. Уплотнение происходит по оболочке изделия.
Новыми существенными признаками являются конструкция камеры, наличие подвижного электрода, управляемого электромагнитом и применение источника сварочного тока с высоким напряжением холостого хода. Это позволяет сделать вывод, что заявляемое решение обладает новизной.
Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом, на котором изображена схема установки.
Предлагаемая установка дуговой сварки состоит из источника сварочного тока (1), камеры (2), блока управления (3), вакуумного насоса (4) и источника инертного газа (5). Для герметизации камеры предусмотрены уплотнения (6). Для изоляции изделия (7) от корпуса камеры применен изолятор (8). Внутри камеры установлен электрод (9) с возможностью подвода его к изделию и соединенный с корпусом, снаружи установлен электромагнит (10) для управления перемещением электрода. Камера снабжена приспособлением (11) для установки внутри нее свариваемого изделия.
Для ионизации дугового промежутка при давлении выше атмосферного необходима большая разница потенциалов между электродом и изделием. Этот эффект не позволяет применить для возбуждения и поддержания сварочной дуги стандартный осциллятор и сварочный трансформатор, т.к. их напряжения будет недостаточно для ионизации дугового промежутка. В данной установке применен способ возбуждения сварочной дуги путем отрыва электрода от свариваемого изделия. Электрод перемещается в процессе сварки из положения контакта с изделием в положение с заданным дуговым промежутком. Дуговой промежуток задается при установке изделия в камеру. Источник сварочного тока имеет напряжение холостого хода 127÷220 В.
Примером применения предлагаемой установки может служить изготовление образца для испытания материалов оболочки твэла на радиационно-термическую ползучесть. Диаметр изделия 6,9 мм, длина 80 мм, толщина стенки оболочки 0,4 мм. Изделие герметизируется путем сварки последнего шва -
капилляра. Внешний диаметр капилляра 3 мм, внутренний диаметр 1 мм, высота 3 мм. Необходимое внутреннее давление гелия в изделии 12 МПа. Предлагаемая установка работает следующим образом. В открытую камеру устанавливается изделие. Задается дуговой промежуток между изделием и электродом. Камера герметизируется. Из камеры откачивается воздух с помощью вакуумного насоса и подается гелий с давлением 12 МПа. Задается время сварки - 1 с, ток сварки - 20 А. После окончания сварки гелий удаляется из камеры, камера открывается. Готовое изделие с внутренним давлением гелия под оболочкой 12 МПа. Проведенные исследования сварных швов показали высокое качество сварки. Потери инертного газа в процессе изготовления изделия минимальны.
Предлагаемая установка не требует специальных материалов, может быть изготовлена с помощью известных технических средств и обеспечивает технический результат. Следовательно, установка обладает промышленной применимостью.