Сварка шин - Источники сварочного тока

Сварные соединения шин выполняются дуговой сваркой.
Контактная сварка нашла применение при изготовлении медно-алюминиевых пластин, при сварных соединениях стали с алюминием, при изготовлении сталеалюминиевых штырей и для соединения пакетов алюминиевых лент с катодными стержнями (блюмсами) в электролизерах алюминия.
Для дуговой сварки шин применяют как постоянный, так и переменный ток. Источником тока служат сварочные вращающиеся преобразователи, выпрямители и трансформаторы. Минимальное напряжение, необходимое для зажигания дуги, составляет при переменном токе 50—55 В, при постоянном токе 30—35 В.

Таблица 2
Технические данные сварочных трансформаторов

Основные требования, предъявляемые к источникам сварочного тока при дуговой сварке, следующие:
Напряжение холостого хода (напряжение зажигания дуги) должно быть выше рабочего напряжения и достаточным для возбуждения дуги.
Для ручной электросварки напряжение должно быстро меняться при изменении длины дуги, т. е. иметь падающую характеристику, при которой с увеличением длины дуги напряжение возрастает, при уменьшении — падает.
Таблица 3
Технические данные вращающихся сварочных преобразователей

* Преобразователь многопостный — регулирование на каждом посту.
3. Для полуавтоматической и автоматической сварки напряжение должно оставаться постоянным при изменении длины дуги, т. е. иметь жесткую характеристику.
Основные технические данные наиболее часто применяемых преобразователей, выпрямителей и сварочных трансформаторов приведены в табл. 2—4.
При необходимости вести сварку на постоянном токе возможно использование сварочного трансформатора при подключении к нему выпрямительной приставки. Она обеспечивает получение выпрямленного тока до 400 А при ПВ = 65%.

Технические данные сварочных выпрямителей

• Выпрямитель многопостный — регулирование на каждом посту.

Приставка состоит из выпрямительного блока и дросселя.

*Приставка разработана Ленинградским проектно-экспериментальным отделением ВНИИпроектэлектромонтаж и трестом Сибэлектромонтаж.

Выпрямительный блок собирается из четырех или восьми кремниевых вентилей типа ВК-200 или ВКД-200, имеющих радиаторы для воздушного охлаждения. Дроссель включается в цепь выпрямленного тока для сглаживания пульсаций сварочного тока и стабилизации сварочной дуги.
Для работ в полевых условиях или на монтаже, когда нет возможности подключить сварочный трансформатор или преобразователь к электрической сети, промышленность выпускает преобразователи с двигателями внутреннего сгорания типа АД-301, АДБ-306, АДБ-307. АДД-303 и др.
Сварочные выпрямители предназначены для выпрямления трехфазного или однофазного переменного тока частотой 50 Гц в постоянный ток и служат для питання одного или нескольких сварочных постов.
Выпрямители имеют как падающую, так и жесткую внешнюю характеристику. Для получения падающей характеристики от выпрямителей, имеющих жесткую характеристику, и возможности регулирования сварочного тока служат балластные реостаты. Выпрямители типа ВКСМ-1000, В ДМ-1600, ВДМ-3001 предназначены для многопостовой сварки и имеют жесткую характеристику. Эти выпрямители могут быть использованы также и для однопостовой сварки. В этом случае они включаются без балластных реостатов и падающая характеристика создается сварочным проводом (для ВКСМ-1000 сварочный провод применяют сечением 120—150 мм²- длиной 50 м).  
Для выполнения аргонодуговой сварки неплавящимся вольфрамовым электродом применяются установки УДАР-300, УДАР-500, состоящие из шкафа управления, сварочного трансформатора и дросселя насыщения, а также установки УДГ-301, УДГ-501 и АП-6 в однокорпусном исполнении. Установки должны быть доукомплектованы баллоном с аргоном и ротаметром, которые в комплект поставки не входят. Технические данные установок для сварки вольфрамовым электродом в защитном газе приведены в табл. 5.
Аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом может выполняться при применении сварочного поста, собранного из стандартного сварочного оборудования. Пост состоит из любого сварочного трансформатора на ток до 300 А электросварочного осциллятора типа ОСПЗ-2М- ОСПЗ-2М-1, электросварочного балластного реостата РБ-200, РБ-300 или РБ-500. Входящее в пост оборудование просто в эксплуатации, менее громоздко, поэтому удобно для использования на монтаже. Пост должен быть доукомплектован баллоном с аргоном, ротаметром и горелкой.

Таблица 5
Технические данные установок для сварки вольфрамовым электродом в защитном газе

В последнее время начала широко применяться импульсно-дуговая сварка. При импульсно-дуговой сварке на основной сварочный ток накладываются дополнительные импульсы тока, создаваемые от специальных импульсных генераторов. Импульсные генераторы подключаются параллельно с источником сварочного постоянного тока, имеющего жесткую или полого падающую внешнюю характеристику.
Технические данные генераторов импульсного тока приведены в табл. 6.
Для сварки тяжелых алюминиевых шин может применяться автоматическая электрошлаковая сварка.
Таблица 6
Технические данные сварочных импульсных генераторов

В комплект установки входит автомат А-550У, сварочный трансформатор однофазный типа ТШС-3000-1 или трехфазный типа ТШС-3000-3 и пневматический механизм для сборки шин под сварку. Автомат имеет шесть исполнений в зависимости от частоты вращения электродвигателя (1500 и 3000 об/мин) и высоты колонны установки (1500, 2100, 2700 мм).
Автомат состоит из механизма подачи пластинчатого электрода, зажима с токоподводом и станины с вертикальной колонной, внутри которой смонтирована пуско-регулирующая аппаратура.
Контактная сварка алюминия с медью и сталью выполняется на специальных сварочных машинах. Для сварки алюминиевых прямоугольных шин с медными размером до 10X120 мм применяются переоборудованные машины типа МСМ-150, МСМУ-150 и специально выпущенная машина типа МС-2006. Для сварки алюминиевых шин или пакетов лент сечением до 8000 мм² со стальными стержнями сечением до 24000 мм² или алюминиевых шин с медными сечением до 4000 мм² применяются специально выпускаемые для этой цели машины типа МС-3201 (рис. 1).

Рис. 1. Контактная сварочная машина МС-3201 для сварки стали с алюминием.

Соединения медных шин с алюминиевыми могут также свариваться между собой методом холодной сварки на выпускаемых промышленностью машинах типа МСХС-20-3.
Для повышения надежности контактного соединения при подключении алюминиевых шин к выводам электрооборудования алюминиевые шины могут оконцовываться медными накладками. Для этой цели применяются выпускаемые промышленностью машины типа МСХА-50-5.
Для канализации электроэнергии применяются прямоугольные шины и шины из различных профилей из алюминия марки АДО и алюминиевого сплава марок АД31Т и АД31Т1. Шины изготовляются методом прессования и выпускаются прямоугольными размером от 3Х10 до 12X120 и 15X80, 20X100 и 110X120 мм по ГОСТ 15176-70 и сложного профиля по ГОСТ 15175-70. Прямоугольные шины могут изготовляться нагартованными методом проката.
Промышленность изготовляет тяжелые алюминиевые шины размерами: 29X250, 37X250, 35X310, 43X350, 50 X360, 60X480 и 70x515 мм главным образом для цехов электролиза.
При описании технологии сварки применены общепринятые в сварочной технике термины по ГОСТ 2601-74.

Рис. 2. Схемы методов сварки.
а — правый; 6 — левый: стрелкой показано направление сварки.
При выполнении сварки применяют правый и левый методы сварки.
правый метод сварки — метод, при котором присадочный пруток перемещают за дугой электрода или пламени горелки. Дугу или пламя направляют в сторону уже выполненного шва (рис. 2,а);
левый метод сварки — метод, при котором присадочный пруток перемещают впереди дуги электрода или пламени горелки. Дугу или пламя горелки направляют на еще не сваренные кромки шин (рис. 2,6).

Вне зависимости от способа сварки участки, прилегающие к сварному шву, должны быть очищены от грязи и консервирующих смазок и от пленок окиси. Для очистки шин от грязи и консервирующих смазок применяют чистый обтирочный материал и растворители: бензин неэтилированный, ацетон, уайт-спирит. Шины перед сваркой и швы после сварки зачищают стальными щетками— механическими дисковыми вращающимися или ручными.
Сварка шин из алюминия и алюминиевых сплавов АД31Т и АД31Т1 имеет ряд особенностей, которые необходимо знать и учитывать сварщику, выполняющему сварные соединения шин.

Рис. 3. Различные способы дуговой сварки шин.
а — нижняя угольным электродом; б — вертикальная с формующей шторкой; е — нижняя металлическим электродом; г — в защитном газе неплавящимся электродом на переменном токе; а —в защитном газе плавящимся электродом на постоянном токе; е — электрошлаковая.
Алюминий и его сплавы, применяемые для шин, очень быстро окисляются на воздухе, при этом на их поверхности образуется пленка окиси (А1203). Пленка начинает образовываться спустя 15—20 мс после зачистки поверхности.
Температура плавления алюминия и его сплавов около 659° С, пленка окиси плавится только при температуре 2100 С. Пленка, находясь в сварочной ванне, затрудняет процесс сварки и снижает качество сварного соединения. Теплопроводность алюминия ниже, чем у меди, но все же почти в 3 раза выше, чем у стали, вследствие этого при сварке приходится применять мощные источники тепла.

Рис. 4. Сварные соединения шин прямоугольного профиля. а — встык; 6 — встык под углом; в — приварка встык ответвления: г — приварка косынки к шине; д — приварка ответвления внахлестку к шине, расположенной на плоскость; е — приварка ответвления к шинам, расположенным на ребро; ж — компенсатор с приваренными пластинами; э — компенсатор со сплавленными в монолит концами лент; I — шина: 2 — сварной шов; 3 — пакет лент; 4 — пакет лент, но сплавленный в монолит.

Алюминий и его сплавы не изменяют своего цвета при нагревании, тем самым затрудняют контроль при нагревании и расплавлении металла. Алюминий и его сплавы имеют очень незначительный интервал температур, при которых металл или сплав находится в пластическом состоянии при расплавлении.
В нагретом состоянии металл обладает хрупкостью, а в расплавленном состоянии жидкотекучестью.
Сварка шин из алюминия выполняется различными способами, при этом в ряде случаев применение того или   иного способа сварки зависит от случайных причин: наличия оборудования, материалов, квалификации сварщика и т. д. Наиболее распространенные способы сварки алюминия приведены на рис. 3.
Сварка шин из сплавов АД31Т и АД31Т1 выполняется только в защитном газе неплавящимся электродом на переменном токе, плавящимся электродом на постоянном токе и импульсной сваркой на постоянном токе. Для токопроводов наибольшее применение получили шины прямоугольного профиля, а из сложных  профилей — «труба круглая» и «корытный», из которого в мастерских электромонтажных заготовок (МЭЗ) изготовляют коробчатые шины. Реже применяются профили «двойное Т», «полутруба» и др. В ошиновках, выполняемых из шин прямоугольного профиля, наиболее часто применяют соединения, приведенные на рис. 4.

Рис. Б. Сварные узлы шин корытного профиля.
а — сварной короб из двух корытных профилей; б — соединение двух коробов; в — ответвление вбок; г — ответвление вниз; д — ответвление вверх; е — ответвление прямоугольной шины от короба; ж — ответвление трех прямо угольных шин от короба; з — компенсатор на шинах коробчатого профиля- и —короб с приваренными пластинами для подсоединения к аппарату к — соединение двух коробов через промежуточную вставку (сварка возможна с одной стороны); 1 — шина корытного профиля; 2 — прямоугольная шина- 3 — скоба сборки и формовки стыка; 4 — планка; 5 — вставка корытного профиля; 6 — компенсатор; 7 — сварной шов.
Сварные узлы из шин корытного профиля приведены на рис. 5, трубчатого — на рис. 6.
Нижняя сварка алюминиевых шин угольным электродом на постоянном и переменном токе. При сварке угольным электродом применяют электроды из графитированного угля (по ТУ-35-ЭП-559-66 «Сварочные угли»).

Рис. 6. Сварные узлы шин трубчатого профиля.
а — встык; 6 —под углом; в — ответвление шины трубчатого профиля: г — ответвление шиной прямоугольного профиля, расположенной на плоскость; д — ответвление шиной прямоугольного профиля, расположенной на ребро; е — оконцевание медно-алюминиевой пластиной, приваренной к сплющенному трубчатому профилю; ж — компенсатор; з — компенсатор в резиновом шланге для охлаждаемого водой токопровода.
Они могут быть изготовлены также из отходов графитированных электродов дуговых электроплавильных печей. Кроме графитированных электродов могут применяться угольные электроды, которые, однако, имеют по сравнению с графитироваиными в 3 раза большее электрическое сопротивление, допускают меньшую плотность тока и служат значительно меньше.
При изготовлении электродов концы, на которых возбуждается дуга, запиливают на конус. Противоположные концы запиливают таким образом, чтобы обеспечить надежный контакт с электрододержателем.
Электрододержатели для угольных электродов изготовляют в мастерских электромонтажных заготовок.
На токи до 800 А электрод закрепляют в губках из жаропрочной стали, на токи свыше 800 А электрод закрепляют в цилиндрической или прямоугольной втулке с помощью стального клина. Сварочные провода к электрододержателям приваривают около губок или около втулки для крепления электрода с тем, чтобы сварочный ток не проходил через рукоятку электрододержателя, которую держит сварщик. Для защиты от теплового действия дуги провод обматывают асбестом.

Рис. 7. Электрододержатели для угольных электродов.
а — на ток до 800 А; б — на ток свыше 800 А; 1 — губки; 2 — втулка; 3 — асбестоцементная планка; 4 — токоподводящий провод, защищенный асбестом; 5 —экран; 6 — рукоятка; 7 — шланг.

На токи свыше 800 А к полой рукоятке электрододержателя подводят шланг с сжатым воздухом, который служит для обдувки зоны сварки. Общий вид электрододержателей приведен на рис. 7.
В процессе сварки для лучшего заполнения сварочного шва в сварочную ванну вводится добавочный металл из присадочного прутка.
Присадочные прутки по своему химическому составу при сварке алюминия должны быть из того же металла, что и свариваемые шины. Для сварки алюминия прутки диаметром до 10 мм нарезают из проволоки, а диаметром более 12 мм отливают из алюминия марки А5 или А6 (ГОСТ 11069-74).
Присадочные прутки могут изготовляться и квадратного сечения. В этом случае их нарезают из прямоугольных шин или листа. Сторону квадрата принимают равной рекомендуемому диаметру. Присадочные прутки диаметром до 10 мм изготовляют длиной 500 мм; при большем диаметре их длина должна быть 600—800 мм. При сварке применяют флюс, имеющий различное назначение в металлургическом процессе во время сварки. Флюс имеет температуру плавления ниже температуры плавления металла, он легче свариваемого металла, поэтому при расплавлении всплывает на поверхность сварочной ванны и препятствует проникновению кислорода воздуха в сварное соединение.
Флюс, находясь в жидкой сварочной ванне, которая в процессе сварки непрерывно волнообразно перемещается, как бы сдирает окисную пленку металла, раздробляет ее и выносит вместе с легкоплавким шлаком на поверхность сварочной ванны. При сварке алюминиевых шин применяют флюс ВАМИ, изготовляемый промышленностью по техническим условиям ЦМТУ-05-129-69. Флюс состоит из 50 частей хлористого калия (КС1), 30 частей хлористого натрия (NaCl) и 20 частей криолита (Na3AlF6).
При изготовлении флюса каждый компонент размалывают отдельно на шаровой мельнице, затем просеивают через сито с числом отверстий не меньше 1000— 1200 на 1 см² и только после этого смешивают.

Рис. 8. Приспособление, устанавливаемое на шинах, смонтированных на плоскость для сварки.
а — сборных шин; б — ответвления; 1 — сборная шина; 2 — шина ответвления: 3 — корпус приспособления; 4 — угольный брусок: 5 — струбцина; 6 — угольник для закрепления шины ответвления.

Благодаря наличию в флюсе хлористого калия и хлористого натрия он активно поглощает влагу из воздуха, поэтому его хранят в герметически закрывающейся стеклянной таре.
Принцип сварки угольным электродом заключается в следующем. Между свариваемыми шинами и угольным электродом, присоединенным к источнику питания, 
возбуждается дуга, под действием которой начинается расплавление металла шин и образование сварочной ванны. В процессе сварки для лучшего заполнения сварочного шва в сварочную ванну вводят присадку. Расплавленный металл стекает в пространство между торцами шин и при охлаждении образует сплошное соединение. При постоянном токе сварку ведут на прямой полярности.
Для предотвращения растекания жидкого алюминия сварку выполняют в специальных приспособлениях, на подкладках с уплотнением торцов швов угольными или керамическими брусками. Приспособления для сварки различны в зависимости от того, ведется ли сварка в МЭЗ или на смонтированных шинах. В МЭЗ сварку шин производят на сварочных столах. В монтажной зоне смонтированные шины сваривают встык с помощью приспособления, приведенного на рис. 8,а. Сварка ответвлений с шиной, смонтированной на плоскость, производится в приспособлении, показанном на рис. 8,6.

Перед укладкой шин или установкой приспособлений на шинах производят очистку, обезжиривание и зачистку кромок шин. После зачистки на кромки шин и на присадочные прутки наносят флюс. Рекомендуется предварительно развести флюс водой до состояния густой пасты в сосуде из нержавеющей стали, фарфора или стекла, затем наносить его на кромки шва и на присадочный пруток.

Рис. 9. Нижняя сварка угольным электродом. 1 — свариваемая шина; 2 — угольный электрод: 3 — присадочный пруток; 4 — сварной шов; 5 — формующий брусок; 6 — формующая подкладка.
При толщине шин до 12 мм включительно сварку производят за один проход дуги.  Выполняют ее в следующей последовательности — на формующем угольном бруске, расположенном ближе к сварщику, возбуждают дугу, которую затем переносят на кромки свариваемых шин. Факел дуги концентрируют на кромках до расплавления их по всей толщине шины.
Во время сварки электрод располагают в вертикальной плоскости, проходящей по оси шва под углом 80—90° к плоскости шины. Присадочный пруток сварщик держит в левой руке наклонно к плоскости шины под углом 35—40° и передвигает его вслед за электродом по мере образования шва (рис. 9). Электрод и присадочный пруток сварщик перемещает в направлении от себя.
Конец присадочного прутка окунают в сварочную ванну, где он от теплового воздействия ванны и дуги плавится, заполняя зазор между шинами и образуя шов. Для обеспечения доброкачественного провара нижних кромок, уплотнения шва и ускорения всплытия на поверхность шлаков сварщик концом присадочного прутка перемешивает расплавленный металл в сварочной ванне по всей его глубине и сгоняет всплывший шлак в прилив, образуемый лункой торцового бруска.
После заварки всего соединения дугу обрывают, происходит усадка металла, в результате которой в конце шва образуется кратер. Для заполнения его на конце присадки, помещенной в кратер, вторично возбуждают дугу, которую обрывают после того, как расплавленный металл присадки полностью заполнит кратер.
Алюминиевые шины толщиной до 12 мм включительно сваривают как на постоянном, так и на переменном токе. Сварку алюминиевых шин толщиной больше 12 мм выполняют только на постоянном токе.
Выполнение сварки на переменном токе вследствие короткой и менее устойчивой дуги труднее, поэтому такая сварка требует большого навыка и квалификации.
Рекомендуемый режим нижней сварки встык алюминиевых шин как прямоугольных, так и сложного профиля угольным электродом приведен в табл. 7. При толщине шин 29 и 35 мм сварку производят в три прохода, а при толщине 50, 60 и 70 мм — в четыре прохода.
Тяжелые шины сваривают в следующей технологической последовательности: после обрезки на механической пиле шины тщательно очищают от масла, а места сварки зачищают проволочной щеткой для удаления пленки окиси. Зачищенные шины подают по рольгангу на сварочный стол, на котором их устанавливают с необходимым технологическим зазором так, чтобы кромки формующей канавки на чугунной плите находились на одинаковом расстоянии от торцов свариваемых шин. Угольные или графитовые бруски, служащие для формовки боковых сторон, поджимают к стыку с помощью клиньев, забиваемых между брусками и боковыми пластинами сварочного стола. В скобы этого стола вставляют прижимные устройства с винтовыми зажимами, которыми поджимают шины к чугунной плите. На свариваемые кромки (на участках длиной 20 мм) и в технологический зазор наносят флюс. Во время первого прохода производят разогрев торцов шин с подплавлением дугой нижних кромок.

Режимы нижней сварки алюминиевых шин угольным электродом встык

Верхние кромки при этом также частично подплавляются от соприкосновения с раскаленным электродом и газами, окружающими дугу. Дугу попеременно направляют на нижние кромки обеих шин. Во время второго прохода интенсивно расплавляют кромки шин и сплавляют присадочный пруток. Пруток располагают под углом 35° к плоскости шин.
Концом прутка сварщик делает петлеобразные движения в вертикальной плоскости с небольшими поперечными колебаниями для тщательного перемешивания сварочной ванны и удаления шлаков. Во время третьего или четвертого проходов окончательно формуют шов, разогревая дугой наплавленный ранее металл, и придают шву равномерную чешуйчатую форму ритмичным колебанием присадочным прутком в сварочной ванне. В том случае, если сварку выполняют в четыре прохода (для шин толщиной 50, 60 и 70 мм), заполняют шов металлом (сплавление присадочного прутка) не за один, а за два прохода.

Рис. 10. Приварка внахлестку ответвительной шины к сборной, расположенной на плоскость.
а — при одинаковой толщине шин; 6 — при меньшей толщине ответвительной шипы; 1 — сборная шина; 2 — ответвительная шина: 3 — угольный брусок; 4 — стальная подкладка; 5 — стальная рамка; 6 — сварной шов; 7 — электрозаклепка.

Сварка тяжелых шин угольным электродом на постоянном токе до настоящего времени является основным способом сварки. Этот способ достаточно производителен: например, время сварки шин сечением 250X29 мм не превышает 2,5 мин, а сечением 430Х Х60 мм — 6—7 мин. Однако ручная сварка вследствие интенсивного выделения тепла и газов, шума, создаваемого дугой, приводит к сильному утомлению сварщика и требует применения специальных мер, облегчающих труд и предотвращающих профессиональные заболевания.
При сварке шин следует стремиться всегда выполнять стыковые соединения, которые по сравнению с нахлесточными имеют большую механическую прочность и не приводят к перерасходу металла. Однако в ряде случаев приходится выполнять и нахлесточные соединения, например, когда необходимо выполнить ответвление от горизонтально расположенной сборной шины и нет места, необходимого для приварки его встык.
При ответвительных шинах толщиной 8 мм и более предварительно подогревают кромки дугой, а для повышения надежности и механической прочности дополнительно к шву внахлестку, выполняемому по торцу ответвительной шины, делают еще пробковое соединение (электрозаклепкой) диаметром 25 мм (рис. 10,а).
Если ответвление от сборной шины имеет толщину до 6 мм, нахлесточный шов располагают не у кромок сборной шины, а в середине ее, при этом провар производят не только по торцу ответвительной шины, но и по боковым ее кромкам на длине, примерно равной половине ширины этой шины (рис. 10,6).
Перед сваркой на шины устанавливают специальное приспособление, в которое вставляют угольные бруски, формующие шов. Высота брусков на 2—4 мм больше, чем толщина ответвительной шины. Во время сварки следят за тем, чтобы в первую очередь расплавлялась сборная шина, так как в противном случае натеки металла ответвительноп шины вызовут непровар. При сварке интенсивно сплавляют присадочный пруток для заполнения металлом всего пространства между торцом ответвительной шины и угольным бруском, формующим шов.
При ответвлениях от пакета сборных шин прямоугольного профиля толщиной до 12 мм, смонтированных на ребро, ответвительные шины монтируют в промежутках между сборными шинами таким образом, чтобы торец ответвительной шины был заподлицо с верхними кромками сборных шин. Сварку производят по верхним кромкам пакета и выполняют в специальном приспособлении (рис. 11,о), благодаря чему устраняются опасности растекания алюминия. Получение необходимого сечения обеспечивают наплавкой слоя металла. Если толщина ответвительной шины меньше, чем промежуток между сборными шинами, или если необходимо от трех- шинного пакета ответвиться одной шиной, зазор уплотняют прокладками из обрезков шин или заформовывают.
В тех случаях, когда шины ответвляются вверх, предварительно к боковым кромкам этих шин приваривают башмаки (рис. 11,6), которые вместе с ответвлениями монтируют между сборными шинами. Башмаки приваривают к сборным шинам по верхним кромкам в приспособлении, приведенном на рис. 11,е.
До монтажа ответвлений зачищают места сварки от пленки окиси.
Сварку начинают после установки приспособления для формовки шва. В начале прогревают шины, направляя растянутую дугу на свариваемый участок.

Рис. 11. Подготовка шин к сварке по верхним кромкам. а — приспособление, установленное на сборных шинах для приварки ответвлений, отходящих вниз; б — башмак, приваренный к ответвительной шине; в - приспособление, установленное на сборных шинах для приварки ответвлений, отходящих вверх; 1 — сборная шина; 2 — ответвительная шина; 3 — башмак; 4 — угольный брусок; 5 — плита; 6— шпилька.
Электродом кроме движения вдоль производятся колебательные движения поперек шва. За электродом под углом 40 градусов к горизонтали передвигают присадочный пруток, который плавится в сварочной ванне вместе с расплавленным металлом шин, образуя шов. Глубина расплавления должна быть не больше 3—4 мм.
При сварке по верхним кромкам сварщик следит за тем, чтобы была расплавлена поверхность ранее наплавленного металла. Только в этом случае будет обеспечена доброкачественная сварка. Высота наплавленного металла всегда должна быть не меньше толщины шины.
После окончания сварки снимают формующие приспособления, остатки флюса и шлаков удаляют проволочной щеткой.
При монтаже тяжелых шин толщиной 29 мм и выше встречается необходимость, как это имеет место в ошиновках электролизеров алюминия, сварки пакета шин стояка с горизонтальным пакетом. В этом случае торцы свариваемых шин при сборке этого узла смещают по высоте на толщину шин пакета (рис. 12). Места сварки зачищают металлической щеткой, собирают в формующем приспособлении и смазывают флюсом.

Рис. 12. Сварка шин стояка с горизонтальным пакетом. а — свариваемые шины в приспособлении; б — схема сборки шин под сварку; 1 — шина стояка; 2 — горизонтальная шина; 3 — каркас приспособления; 4 — угольный брусок; 5 — стяжной винт.
Сварку выполняют на постоянном токе при прямой полярности. Дугу возбуждают на угольном бруске формующего приспособления и переносят на шины, где сначала производят одновременный прогрев и сплавление трех кромок—двух боковых и одной нижней. После сплавления кромок и образования сварочной ванны вносят сварочный пруток и начинают сварку.

Сначала проваривают один угол шва, затем другой, после чего направляют металл в имеющийся зазор между шинами до полного его заполнения. Концом присадочного прутка, находящегося в сварочной ванне, перемешивают жидкий металл для уплотнения шва и повышения качества сварки. Сварку выполняют при тех же значениях тока, как и при сварке шин встык (см. табл. 7).
При монтаже токопроводов встречается необходимость сваривать прямоугольные шины с пакетами гибких лент. Это выполняется в тех случаях, когда необходимо компенсировать изменение длины протяженных токопроводов (температурные компенсаторы), соединить жестко закрепленную шину с передвижным электроприемником, например, при подводе питания от трансформатора к электродам дуговой электропечи; при соединениях катодного пакета шин одной ванны с анодным пакетом другой (в ошиновках электролизеров алюминия) и др. Установка компенсаторов при подключениях к аппаратам позволяет также возмещать неточности размеров как заготовок, так и строительных конструкций.
Сварку пакета лент с прямоугольными шинами или пластинами выполняют только при нижнем положении шва.
При изготовлении компенсаторов производят заготовку лент одинаковой длины. Для изгибания лент и придания компенсатору необходимой формы ленты укладывают в приспособление сразу в количестве, необходимом для изготовления двух компенсаторов. После придания лентам необходимой формы собирают пакеты для компенсаторов: первая лента для первого компенсатора, вторая — для второго, третья — для первого, четвертая — для второго и т. д. При укладке таким образом лент обеспечивается необходимый зазор между ними и гибкость компенсатора. Согнутые ленты и пластины, к которым приваривают ленты, укладывают и зажимают в приспособлении для сварки так, чтобы канавка в подкладке приходилась по центру зазора между пластиной и пакетом лент. Канавка обеспечивает провар и усиление шва с обратной стороны (рис. 13).
Консервирующую смазку на листах или лентах тщательно удаляют, так как получить доброкачественную сварку при наличии даже следов жира невозможно.
Перед сваркой каждую ленту на участке шириной 10— 15 мм зачищают от пленки окиси стальной щеткой. При сборке ленты укладывают ступенчато так, чтобы между пакетом лент и торцом пластины образовалась разделка под углом 45°.

Рис. 13. Приспособление для сварки компенсаторов. 1 — пакет гибких лент; 2 — пластина: 3 — основание приспособления; 4 — угольный брусок, 5 — прижим.
Под нижнюю и на верхнюю ленты гибкого пакета укладывают полоски из той же ленты для защиты от подплавления поверхности крайних лент и обеспечения достаточного провара компенсатора. Флюс наносится на кромки пластины п на присадочные прутки. Нужно стремиться наносить флюс в минимальном количестве, так как удалить остатки флюса и шлаки после сварки, если они остались между лентами, почти невозможно. Сварщики высокой квалификации наносят флюс только на присадку, остатки пленки окиси и шлак они удаляют из сварочной ванны в процессе сварки присадкой.
Сварку выполняют в два прохода. Во время первого прохода, при котором сварщик ведет дугу на себя, разогревают кромку пластины, а при втором проходе, который сварщик выполняет от себя, расплавляют кромки пластины и сплавляют присадочный пруток. Как во время разогрева, так и во время сварки факел дуги направляют только на пластину. Разогрев кромок лент и их расплавление происходит раскаленными газами, окружающими дугу. Присадочным прутком защищают ленты от сварочной дуги, перемешивают сварочную ванну и смещают пленку окиси в конец шва. Устраняют усадочную раковину так же, как и при сварке встык шин: вторично возбуждают дугу на присадочном прутке и поддерживают ее до расплавления прутка и заполнения усадочной раковины.
Компенсаторы можно также изготовить, сплавляя торцы лент (после придания им необходимой формы) в монолит. Такие компенсаторы могут привариваться к шинам без наконечников.
Компенсаторы изготовляют размером 8X80; 10Х100; 10X120 и 12X120 мм для шин прямоугольных и сложных профилей, применяемых в распределительных устройствах, и размером 29 x250, 35X 310, 50 x360, 60X430 и 70X515 мм для прямоугольных шин, применяемых в ошиновках электролизеров и электропечей.
Сварку компенсаторов для тяжелых шин, а также приварку к этим шинам гибких лент, применяемую при монтаже электролизеров алюминия, выполняют нижней сваркой в режимах, которые приведены в табл. 7.
На пакет лент перед сваркой на расстоянии 15— 20 мм от свариваемых кромок укладывают и плотно прижимают медную пластину толщиной 8—10 мм, служащую для отвода тепла. Длину пластины берут равной ширине лепты, а ширину берут 100 мм для пакета лент толщиной 29 и 35 мм и 150 мм для пакета толщиной 50—70 мм.
Сварку шин сложного профиля рекомендуется выполнять ручной или полуавтоматической аргонодуговой сваркой. Однако в сухих помещениях можно выполнять сварку профильных шин и угольным электродом.
Нижнюю сварку сложного профиля на МЭЗ выполняют, применяя кантовку. Сварку неповоротных стыков в монтажной зоне можно выполнить с применением дополнительных переходных пластин, которые приваривают к нижней стороне стыкуемых профилей: к одному в МЭЗ и ко второму на монтаже. Сечение пластины выбирают таким, чтобы обеспечить прохождение тока без дополнительных потерь. Для улучшения токораспределения приваривают пластину также и к верхним полкам профиля.

Рис. 14. Приспособления для сварки шин корытного профиля. а — формующая скоба: б — корытные профили, уложенные в формующую скобу для сварки; в — приспособление для сборки короба: г — фиксатор зазора, д — формующая лопатка; е — корытные профили, собранные в приспособление для сварки короба.

При изготовлении токопроводов из профильных шин все сложные узлы и укрупненные прямоугольные секции выполняют в МЭЗ с тем, чтобы в монтажной зоне свести до минимума работы по сборке и сварке. Изготовление укрупненных секций коробчатых токопроводов длиной 20—40 м на передовых МЭЗ выполняют по следующей технологии: выправленные с обрезанными под прямым углом концами корытные стандартные профили длиной 6—7 м укладывают на сварочный стенд.  Зачищают свариваемые концы стальной щеткой и смазывают их флюсом: на стыки надевают формующие скобы (рис. 14,с и б). Сварка ведется по внутренней поверхности профиля с кантовкой. Вначале сваривают все стенки, затем плеть разворачивают на 90° сначала в одну сторону, затем в другую для сварки полок. После сварки места стыков тщательно очищают от остатков флюса и промывают водой.
Для предупреждения возможного развития в дальнейшем коррозии на место стыка всегда целесообразно нанести противокоррозионное покрытие. В качестве таких покрытий рекомендуют применять эпоксидную коррозионностойкую эмаль ЭП-4171, термостойкую пентафталиевую эмаль ПФ-133 с предварительным покрытием поверхности грунтом В Л 08, а также эпоксидную шпатлевку Э-4021 с добавкой пластификатора (дибутилфталат) в количестве 12% и отвердителя № 1 (50%-ный раствор гексаметилендиамина в спирте) в количестве 7%- Покрытие наносят равномерным слоем кистью или пульверизатором.
Заготовленные плети укладывают на стеллаж для сварки перемычек (сухарей) между полками. Перед сваркой две шины корытного профиля стягивают скобами приспособления (рис. 14,в), а в зазор между ними устанавливают фиксаторы (рис. 14,г). Фиксатор представляет собой ручку, имеющую на конце эллипсное сечение, при этом меньшая ось эллипса равна, а большая— на 3—4 мм больше проектного зазора. Вначале перед сваркой фиксаторы устанавливают в зазор с большей осью эллипса, затем сразу после выполнения сварки фиксаторы, находящиеся с обеих сторон завариваемой перемычки, поворотом ручек на 90° устанавливают с проектным зазором. При этом зазоре происходит остывание и усадка металла шва. Различные размеры фиксируемого зазора при сварке и остывании металла позволяют избежать трещин в сварном шве. Формование шва перемычки производят (рис. 14,д) лопаткой с противовесом, устанавливаемой в зазор короба. Торцы шва формуют графитом или глиной.
Обратная сторона шва перемычки малодоступна и трудно поддается очистке и промывке. Поэтому в тех случаях, когда для приварки перемычек вынуждены применять дуговую сварку угольным электродом, флюс следует наносить только на присадку.

После сварки всех перемычек с одной стороны короба, стягивающие скобы снимают, и короб кантуют на 180°, в зазор устанавливают фиксаторы и производят сварку перемычек с другой стороны короба.
Для перемычек используют нарезанные пластинки такой же ширины, как и зазор между корытными профилями.
Чтобы сварить между собой на монтаже секции токопровода, изготовленные в МЭЗ, к одному из торцов секции по внутреннему периметру приваривают алюминиевую скобу толщиной 4—6 мм, которая служит направляющей при сборке и формующей подкладкой при сварке. Приварку этих скоб выполняют нижней сваркой с кантовкой короба.
При изготовлении сложных узлов из коробчатых шин, а также узлов из других профилей, требующих выполнения сварки в различных пространственных положениях, применять дуговую сварку угольным электродом не рекомендуется.

Вертикальная сварка алюминиевых шин угольным электродом на постоянном токе с формующей шторкой.

Вертикальная сварка алюминиевых шин может выполняться с помощью специального приспособления с передвижной формующей шторкой (см. рис. 3,6). Такая сварка является нижней сваркой угольным электродом с образованием вертикального шва между установленными на ребро шинами. Этот способ применяют при сварке пакетов тяжелых шин.
При сварке алюминиевых шин толщиной 29, 35, 50, 60 и 70 мм концы их очищают от масла и грязи и зачищают до блеска проволочной щеткой. На зачищенную поверхность наносят флюс ВАМИ. Шины устанавливают перед сваркой с зазором 25 мм, после чего на них закрепляют формующее приспособление, которое состоит из стального каркаса, задней формующей стенки, передней формующей шторки, нижнего формующего бруска и механизма подачи шторки. Задняя формующая стенка, составляющая одно целое со всем приспособлением, имеет стальные карманы, в которые вставляют угольную пластину. Передняя формующая шторка состоит из стального кармана, в который вмонтирована угольная пластинка. Шторку прижимают к плоскости шин с помощью реек, степень нажатия реек регулируют винтами. Механизм передвижения шторки по вертикали состоит из шестерни и зубчатой рейки, прикрепленной к шторке.
Шестерня вращается с помощью храпового колеса, поворачивающегося на 30° от нажатия на педаль. Ход педали и разворот храпового колеса рассчитаны так, что от одного нажатия подвижная формующая шторка поднимается на 6 мм.
После установки на шины приспособления до начала сварки проверяют отсутствие щелей между формующей шторкой и шиной, для чего с помощью механизма подачи шторку прогоняют снизу доверху. Приступая к сварке, формующую шторку устанавливают в нижнем положении так, чтобы верхний край угольной пластины находился на расстоянии 20 мм от нижнего края шин. Дугу возбуждают на угольной пластинке и переносят на одну из кромок шин, где она поддерживается до начала расплавления, затем дугу переносят на кромку другой шины, а в сварочную ванну вводят присадочный пруток, концом которого в процессе сварки перемешивают расплавленный металл. По мере заполнения заформованного пространства металлом шторку поднимают. Чем выше поднимается шов, тем меньше времени задерживают дугу на кромках шин, направляя ее главным образом на конец присадочного прутка.
В конце сварки дугу направляют только на присадочный пруток, так как кромки шин плавятся за счет тепла расплавленного металла сварочной ванны.
Шины толщиной 29, 35, 50, 60 и 70 мм сваривают соответственно при токе 900, 1000, 1100, 1200 и 1300 А.
Присадочные прутки отливают из обрезков шин. Перед сваркой их очищают от пленки окиси и обмазывают флюсом ВАМИ.

Нижняя сварка металлическим электродом.

Принцип метода заключается в следующем. Между металлическим электродом со специальным покрытием и свариваемыми шинами возникает дуга. Стержень электрода, расплавляясь, дает присадочный металл, который стекает в сварочную ванну, образуя шов (см. рис. 3,в). Сварка металлическим электродом по сравнению со сваркой угольным электродом дает возможность концентрировать тепло на узком участке и тем самым уменьшить зону термического влияния.

В качестве электродов применяется алюминиевая электродная проволока марок А5, А6 или АКЗ диаметром 4, 5, 6, 8 и 9 мм с покрытием пастой, приготовленной из флюса ВАМИ. При выполнении сварки металлические электроды приготовляют в МЭЗ.
Выпускаемые промышленностью электроды типа АЗА-1 применять при сварке шин не рекомендуется, так как обмазка, которой покрыты электроды, вследствие содержания в ней хлористого лития способствует коррозии соединения.
Незначительные преимущества сварки металлическим электродом по сравнению со сваркой угольным электродом, возможность попадания капель расплавленного металла при разбрызгивании на изоляцию электрооборудования, а также сложность приготовления электродов явились основными причинами того, что этот вид сварки не нашел широкого применения в электромонтажной практике.

Сварка в среде защитных газов.

В настоящее время получает широкое применение метод сварки в среде защитных газов.
Преимущество этой сварки: простота процесса, высокая производительность, возможность сварки в нижнем, вертикальном и горизонтальном положении шва. Сварка может выполняться как вручную, так и полуавтоматически. При этом способе сварки отпадает необходимость применения флюса, а следовательно, и последующая очистка швов от его остатков и шлаковой корки, которые, находясь на поверхности соединения, способствуют возникновению последующей коррозии. От кислорода воздуха сварочную ванну при этой сварке защищает газ.
В качестве защитного газа используется аргон первого состава марки А по ГОСТ 10157-73, содержащий не менее 99,9% аргона, или аргон чистый по ГОСТ 5457-70. Только применением чистого аргона обеспечивается получение доброкачественной сварки и разрушение пленки окиси. Если аргон содержит примеси активных газов: азота, кислорода, паров воды и др., то при сварке пленка окиси не только не разрушается, но, наоборот, образуется вследствие окисления расплавленного алюминия.
В качестве защитного газа может применяться также гелий. Однако из-за высокой его стоимости и дефицитности он используется редко. Возможна сварка при 80% аргона и 20% гелия, она требует наличия двух различных баллонов и смесителя, поэтому широкого применения не получила. Гелий поставляется по МРТУ 51-77-66. Защитные газы поставляют в баллонах.
Аргон поставляется в баллонах, нижняя часть которых окрашена в черный цвет, верхняя — в белый цвет с надписью «Аргон». Баллоны с гелием окрашены в коричневый цвет с надписью белой краской «Гелий».