ГлавнаяО компанииПродукцияСервисДистрибьютерыСертификацияВидеоПолезноеКонтакты

Главная >> Полезное >> Краткие сведения о дуговой сварке и оборудовании фирмы MIGATRONIC

Краткие сведения о дуговой сварке и оборудовании фирмы MIGATRONIC

 

СОДЕРЖАНИЕ


1.    Краткая историческая справка о сварке. Основные понятия и обозначения

2.    Основные особенности процесса дуговой сварки покрытыми электродами – ММА

3.    Основные особенности процесса дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа - MIG/MAG, GMAW

4.    Основные особенности процесса дуговой сварки неплавящимся электродом в среде инертного защитного газа - TIG, GTAW

5.    Оборудования для дуговой сварки. Рекомендации по выбору источников питания для конкретных условий применения

6. Основные и дополнительные функции сварочного оборудования, улучшающие его потребительские свойства, и как они реализованы в оборудовании фирмы MIGATRONIC семейств FLEX, PILOT, NAVIGATOR и др.

6.1    Динамичный контроль катодной очистки окисной пленки при сварке алюминиевых сплавов (DOC)

6.2    Контактные и бесконтактные способы возбуждения дуги при сварке TIG

6.3    «Горячий (быстрый) старт», функция Anti sticking (защита от примерзаний электрода) и ARC FORCE при сварке покрытыми электродами ММА

6.4    Синергетическое управление параметрами сварки MIG/MAG и Pulsed MIG/MAG

6.5    «Мягкий старт» при сварке MIG/MAG

6.6    Предварительная продувка защитного газа

6.7    Задержка выключения газовой защиты в конце сварки

6.8    Дополнительное оплавление торца электродной проволоки в конце сварки

6.9    Регулирование времени нарастания тока в начале сварки

6.10    Регулирование времени снижения тока при окончании сварки

6.11    Регулирование индуктивности

6.12    Двух- четырехтактные режимы управления

6.13    Режим сварки Quattro PulseÔ

6.14    Режим сброса остающейся на торце электродной проволоки капли

{mospagebreak}
 

1.    КРАТКАЯ ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА О СВАРКЕ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ


(краткая историческая справка; основные понятия; классификация способов сварки; международно-признанные графические обозначения и коды для процессов сварки, а также графические обозначения для различных типов сварочного оборудования)



ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА ОБ ИЗОБРЕТЕНИИ СВАРКИ

Сваркой называется технологический процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

В 1802 г. русский ученый Петров В.В. открыл электрический дуговой разряд и указал на возможность использования его для расплавления металла. На Западе принято считать, что первым в этом был английский ученый Хамфрей Дэйвис, работы которого в этой области также относятся к началу XIX века.

В 1882 г. русский инженер Бенардос Н.Н. открыл способ электродуговой сварки металлов неплавящимся угольным электродом. Им были также разработаны способы дуговой сварки в защитном газе, дуговой резки и др.

Несколькими годами позже (в 1888 г.) другой русский инженер Славянов Н.Г. предложил производить дуговую сварку плавящимся металлическим электродом. Он создал первый сварочный генератор, предложил флюсы, позволяющие получить высококачественные сварные швы.

Работы Славянова Н.Г. и других ученых были использованы шведским инженером Оскаром Кельбергом, который в 1907 году создал первый покрытый электрод. Так была изобретена сварка покрытыми электродами. При этом использовался постоянный ток, получаемый от сварочных генераторов. Сварку покрытыми электродами на переменном токе стали применять начиная с 20-х годов XX-го столетия.

В 30 - 40-х годов прошлого столетия был разработан способ полуавтоматической и автоматической сварки под флюсом, позволяющий повысить производительность процесса сварки в несколько раз.

С 1920 года получил промышленное применение способ дуговой сварки неплавящимся электродом в инертных газах (ТИГ). Хотя первый патент, относящийся к данному способу сварки, был зарегистрирован еще в 1890 году.

Дуговая сварка плавящимся электродом в защитных газах (МИГ/МАГ) впервые была предложена в США в 1948 году.

В 1950-52 г. группой советских ученых под руководством Любавского К.Ф. и Новожилова Н.М. разработан способ сварки в среде углекислого газа низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

В настоящее время сварка покрытыми электродами, сварка плавящимся и неплавящимся электродом в защитных газах, а также сварка под флюсом, которые являются электрическими дуговыми способами сварки, широко применяются в промышленности.

Однако существуют и другие (не дуговые) способы сварки. Так одним из широко применяемых не дуговых способов сварки является контактная сварка, при которой расплавление металла деталей в точке их соединения происходит за счет выделения тепла в месте контакта при прохождении электрического тока. Первые патенты по этому способу сварки относятся к 1885 году.

В настоящее время нашли применение и такие способы сварки как электронно-лучевая, лазерная, индукционная, сварка трением и другие.



КЛАССИФИКАЦИЯ ОСНОВНЫХ СПОСОБОВ СВАРКИ

Как показано на схеме ниже, все существующие способы сварки могут быть разделены на две основные группы:
•    сварку плавлением: газовая, электрическая дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная и др.;
•    сварку давлением: контактная, трением, диффузионная, ультразвуком и др. 

Сварка плавлением осуществляется плавлением кромок соединяемых деталей и присадочного материала с образованием общей сварочной ванны. Сварное соединение образуется без внешних усилий.

Сварка давлением осуществляется посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями с применением внешних усилий. 

 

ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

Газовая сварка - химический способ сварки плавлением, источником нагрева металла которой является тепловая энергия, получаемая в результате химического процесса сгорания газообразного (или парообразного) горючего в смеси с кислородом. Сварное соединение образуется за счет основного металла или металла присадочной проволоки, расплавленных газовым пламенем.
 
Электрическая дуговая сварка – источником тепла является электрическая дуга. К этому виду сварки относится: ручная дуговая сварка покрытыми электродами (ММА), электродуговая сварка в среде защитных газов (МИГ/МАГ и ТИГ), электродуговая сварка под слоем флюса, плазменная сварка и др.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами (ММА). Сварной шов формируется за счет расплавленного основного и электродного металлов.

Дуговая сварка плавящимся электродом в среде защитного газа – сварной шов формируется за счет расплавленного основного металла и металла электродной проволоки (сплошного сечения или порошковой).

Дуговая сварка неплавящимся (вольфрамовым) электродом в среде защитного инертного газа - сварной шов формируется либо только за счет расплавленного основного металла, либо также и за счет металла присадочной проволоки.
 

СТРУКТУРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВАРОЧНОЙ ДУГИ

Электрическая сварочная дуга – это длительный электрический разряд между двумя электродами в газовом промежутке под действием приложенного к ним напряжения.

Дуга получила свое название от характерной формы, которую она принимает при горении между двумя горизонтально расположенными электродами; нагретые газы стремятся подняться вверх и этот электрический разряд изгибается, принимая форму арки или дуги.

Общей характеристикой газов является то, что они в нормальных условиях не являются проводниками электрического тока. Однако, при благоприятных условиях (высокая температура и наличие внешнего электрического поля высокой напряженности) газы могут ионизироваться, т.е. их атомы или молекулы могут освобождать или, для электроотрицательных элементов наоборот, захватывать электроны, превращаясь соответственно в положительные или отрицательные ионы. Благодаря этим изменениям газы переходят в четвертое состояние вещества называемого плазмой, которая является электропроводной. Под действием напряжения источника питания электроны перемещаются к аноду, а положительно заряженные ионы – к катоду.

Электрические свойства дуги определяются процессами, протекающими в ее трех характерных зонах – столбе, а также в приэлектродных областях дуги (катодной и анодной), которые находятся между столбом дуги с одной стороны и электродом и изделием с другой.

Для поддержания плазмы дуги при сварке плавящимся электродом достаточно обеспечить ток от 10 до 1000 ампер и приложить между электродом и изделием электрическое напряжение порядка 15 – 40 вольт. При этом падение напряжения на собственно столбе дуги не превысит нескольких вольт. Остальное напряжение падает на катодной и анодной областях дуги. Длина столба дуги в среднем достигает 10 мм, а вот катодная и анодная области, напротив, характеризуются очень короткой протяженностью (около 0.0001 мм для катодной области и 0.001 мм для анодной). Экспериментально установлено, что для случая сварки плавящимся электродом падение напряжения в катодной области превышает падение напряжения в анодной области: 12 – 20 В и 2 – 8 В соответственно. Однако, в условиях сварки TIG катодное падение напряжения, напротив, значительно ниже анодного падения напряжения.

 

МЕЖДУНАРОДНЫЕ КОДЫ И АББРЕВИАТУРА ДЛЯ ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ СВАРКИ

 

Цифровой код по EN ISO 4063, апрель 2000

Европейская (EA) и американская (AA) аббревиатура

Полное наименование

111

EA

MMA

Manual Metal Arc Welding

AA

SMAW

Shielded Metal Arc Welding

114

EA

FCAW

Flux-cored wire metal arc welding without gas shield

AA

FCAW

Flux-cored arc welding

12

EA

SAW

Submerged Arc Welding

AA

SAW

Submerged Arc Welding

13

EA

MIG/MAG

Gas Shielded Metal Arc Welding

AA

GMAW

Gas Metal Arc Welding

131

EA

MIG

Metal-arc Inert Gas Welding

AA

GMAW

Gas Metal Arc Welding

135

EA

MAG

Metal-arc Active Gas Welding

AA

GMAW

Gas Metal Arc Welding

136

EA

FCAW

Flux-cored wire metal-arc welding with active gas shield

AA

FCAW

Flux-cored arc welding

137

EA

FCAW

Flux-cored wire metal-arc welding with inert gas shield

AA

FCAW-S

Flux-cored arc welding

139

EA

FCAW

Flux-cored wire metal-arc welding with active gas shield

AA

FCAW

Flux-cored arc welding

141

EA

TIG

Tungsten Inert Gas Welding

AA

GTAW

Gas Tungsten Arc Welding



В соответствии со стандартом IEC 60974-1 «Оборудование для дуговой сварки» Часть 1 «Источники питания для сварки» (“Arc welding equipment” Part 1: “Welding power sources”) вводятся следующие условные обозначения типов сварочных источников питания.

     Однофазный трансформатор
     Однофазный или трехфазный выпрямитель
     Однофазный или трехфазный инверторный выпрямитель
     Однофазный комбинированный источник питания переменного и постоянного тока

В соответствии с этим стандартом также вводятся следующие условные обозначения основных способов сварки и рода тока сварки.

     Ручная дуговая сварка покрытыми электродами
     Дуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертного газа
     Дуговая сварка в среде инертного и активного газа плавящимся электродом, включая порошковую проволоку (МИГ/МАГ)
     Дуговая сварка самозащитной порошковой проволокой
     Дуговая сварка под флюсом
     Плазменная резка

Плазменная строжка
     Постоянный ток
     Переменный ток


{mospagebreak}

 

 

2.    ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ДУГОВОЙ СВАРКИ ПОКРЫТЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ – ММА


(Сущность процесса; влияние полярности; сравнительная оценка сварки на переменном и постоянном токе; достоинства и недостатки; …)



СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ММА

При сварке покрытым электродом расплавляющееся по мере плавления стержня покрытие образует газошлаковую защиту, изолирующую зону дуги и сварочную ванну от атмосферного воздуха. По мере удаления дуги происходит остывание и кристаллизация металла сварочной ванны и формирование шва. Расплавившееся покрытие всплывет на поверхность и после остывания образует шлаковую корку. Сварное соединение образуется за счет расплавленного основного металла и металла стержня электрода (иногда и металла из покрытия электрода).

За рубежом принято для краткости называть этот процесс как сварка ММА (Manual Metal Arc).



ВЛИЯНИЕ ПОЛЯРНОСТИ НА ПРОЦЕСС СВАРКИ

Полярность тока сварки существенным образом сказывается на характере протекания процесса сварки покрытыми электродами. Так при использовании обратной полярности («плюс» на электроде) процесс сварки характеризуется следующими особенностями:
•    повышенный ввод тепла в изделие;
•    более глубокое проплавление основного металла;
•    меньшая скорость плавления электрода;
•    более стабильный характер переноса металла.

В то время как при сварке на прямой полярности наблюдается:
•    сниженный ввод тепла в изделие;
•    менее глубокое проплавление;
•    бóльшая скорость плавления электрода;
•    более высокое разбрызгивание металла.

Различия свойств дуги при прямой и обратной полярности связано с различием выделения тепла дуги на катоде и аноде. Это различие, в свою очередь, определяется разностью в значениях падения напряжения в анодной и катодной областях дуги. В условиях сварки покрытыми электродами катодное падение напряжения примерно в два раза превышает анодное падение напряжения. Соответственно, тепла на катоде выделяется больше. Этим, а также большей концентрацией мощности, объясняется более глубокое проплавление основного металла на обратной полярности, более высокая скорость расплавления электрода на прямой полярности, а также наблюдаемый на прямой полярности неблагоприятный перенос металла, когда капля имеет тенденцию быть оттолкнутой в противоположную сторону от сварочной ванны.

Таким образом, сварка покрытыми электродами на обратной полярности имеет явные преимущества по отношению к сварке на прямой полярности.

Рекомендуемая полярность тока для конкретной марки электрода указывается на заводской этикетке на упаковке электродов.



ВЛИЯНИЕ РОДА ТОКА НА ПРОЦЕСС СВАРКИ

Сварка покрытыми электродами может осуществляться как на переменном, так и на постоянном токе. При выборе рода тока необходимо учитывать следующее.

Сварочная дуга переменного тока горит менее устойчиво, чем дуга постоянного тока. Поэтому сварку конструкций ответственного назначения из сталей повышенной прочности и сталей со специальными свойствами рекомендуется выполнять на постоянном токе.

Низкоуглеродистые и низколегированные конструкционные стали экономически более выгодно сваривать на переменном токе, так как используемые при этом источники питания (сварочные трансформаторы) являются более простыми по конструкции и более дешёвыми.

Если электроды позволяют выполнять сварку на обоих родах сварочного тока, на постоянном токе они будут обеспечивать более устойчивую дугу, и будет облегчена сварка на пониженных режимах в вертикальном и поточном положениях.

Недостатком сварки на постоянном токе является иногда появляющееся (на повышенных режимах) магнитное дутье. На переменном токе магнитного дутья не бывает.



ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Ручная дуговая сварка покрытым электродом – универсальный технологический процесс, пригодный для сварки черных и цветных металлов и различных сплавов практически любой толщины (от 1 до 200 и более миллиметров), но все же обычно диапазон толщин находится в пределах от 3 до 20 мм. Сварку можно выполнять во всех пространственных положениях и в условиях монтажа.

Ручную дуговую сварку покрытыми электродами рационально применять для коротких швов, расположенных в различных пространственных положениях и при мелкосерийном производстве. На монтаже применение этого способа сварки оправдано при небольшом объеме работ.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами рациональна для выполнения прихваток при сборке конструкций под сварку и при исправлении дефектных участков шва небольшой протяженности.

Этим видом сварки можно осуществлять и наплавку. Его также целесообразно применят и при ремонте.



ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ПРОЦЕССА СВАРКИ ММА

По сравнению с другими способами сварки (сварка в защитных газах плавящимся электродом – МИГ/МАГ, сварка ТИГ, сварка под флюсом) сварка ММА характеризуется следующими преимуществами:
•    оборудование для ММА простое, недорогое и может быть переносным;
•    не требуется дополнительной газовой или флюсовой защиты;
•    обеспечивается более надежная защита области сварки от воздействия ветра и сквозняков, по сравнению со сваркой МИГ/МАГ;
•    этот способ сварки можно использовать в местах с ограниченным доступом;
•    сварка ММА пригодна для сварки большинства черных и цветных металлов и различных сплавов практически любой толщины.

К недостаткам этого способа сварки можно отнести:
•    перерывы в работе, связанные с заменой электрода;
•    необходимость удалять шлак после выполнения шва, а также в местах замков шва или перед следующим проходом;
•    первые два фактора не позволяют повысить коэффициент использования рабочего времени выше 25%;
•    из-за наличия огарков и вследствие возможного разрушения покрытия имеет место большие потери электродов. В целом использует не более 65% электрода;
•    этот способ не подходит для сварки таких химически активных металлов, как титан, цирконий и тантал, так не обеспечивается требуемой защиты металла шва и околошовной зоны от окисления кислородом;
•    в связи с тем, что сварочный ток постоянно проходит по всей длине электрода это ограничивает максимально допустимый ток из-за опасности перегрева электрода и разрушения покрытия.

Тенденции развития сварочной техники свидетельствуют о том, что объем использования ручной дуговой сварки покрытыми электродами будет сокращаться, но она еще долгое время не потеряет своего значения.

{mospagebreak}


3.    ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В СРЕДЕ ЗАЩИТНОГО ГАЗА - MIG/MAG, GMAW


(Сущность процесса; сравнительная оценка сварки в среде СО2 и в среде защитной смеси на базе аргона; достоинства и недостатки различных видов переноса металла при сварке MIG/MAG; достоинства и недостатки; импульсно-дуговая сварка; …)



СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА СВАРКИ МИГ/МАГ

Механизированная дуговая сварка плавящимся электродом в среде защитного газа - это разновидность электрической дуговой сварки, при которой электродная проволока подается автоматически с постоянной скоростью, а сварочная горелка перемещается вдоль шва вручную. При этом дуга, вылет электродной проволоки, ванна расплавленного металла и ее застывающая часть защищены от воздействия окружающего воздуха защитным газом, подаваемым в зону сварки. Сварное соединение образуется за счет расплавленного основного металла и металла электродной проволоки.

За рубежом принято для краткости называть этот процесс как сварка МИГ/МАГ (MIG/MAG – Metal Inert Gas / Metal Active Gas).



РАЗНОВИДНОСТИ ПРОЦЕССА СВАРКИ МИГ/МАГ

MIG (МИГ) означает “Металл Инертный Газ”. При этой разновидности процесса используется инертный (неактивный) газ, т.е. такой который не реагирует химически с металлом сварочной ванны, например аргон или гелий. Как правило, при сварке в чистом инертном газе, несмотря на хорошую защиту сварочной зоны от воздействия окружающего воздуха, формирование сварного шва ухудшается, а дуга становится нестабильной. Этих недостатков можно избежать если применять смеси инертных газов с небольшими добавками (до 1 - 2%) таких активных газов, как кислород или углекислый газ (СО2).

MAG (МАГ) означает “Металл Активный Газ “. К этой разновидности сварки в защитных газах относится сварка в смесях инертных газов с кислородом или углекислым газом, содержание которых составляет 5 – 30%. При таком содержании кислорода или углекислого газа смесь становится активной, т.е. она влияет на протекание физико-химических процессов в дуге и сварочной ванне.

Сварку малоуглеродистых сталей можно производить в среде чистого углекислого газа (СО2). В некоторых случаях использование чистого углекислого газа обеспечивает лучшую форму проплавления и снижает склонность к порообразованию.

Так как при данном способе сварки электродная проволока подается автоматически, а сварочная горелка перемещается вдоль шва вручную, этот способ сварки называется механизированным, а сварочная установка - сварочным полуавтоматом. Однако сварку в защитных газах можно выполнять также и в автоматическом режиме, когда используются передвижные тележки или передвижные сварочные головки.



СВАРОЧНЫЕ ПРОВОЛОКИ

В качестве плавящегося электрода может применяться электродная проволока сплошного сечения и трубчатого сечения. Проволока трубчатого сечения заполнена внутри порошком из легирующих, шлако- и газообразующих веществ. Такая проволока называется порошковой, а процесс сварки, при котором она используется, - сварка порошковой проволокой. 

Имеется довольно широкий выбор сварочных электродных проволок для сварки в защитных газах, отличающихся по химическому составу и диаметру. Выбор химического состава электродной проволоки зависит от материала изделия и, в некоторой степени, от типа применяемого защитного газа. Химический состав электродной проволоки должен быть близким к химическому составу основного металла. Диаметр электродной проволоки зависит от толщины основного металла, типа сварного соединения и положения сварки.

 

ТРЕБОВАНИЯ К ИСТОЧНИКАМ ПИТАНИЯ

В качестве источника питания используются сварочные выпрямители, которые должны иметь жесткую или пологопадающую внешнюю вольт-амперную характеристику. Такая характеристика обеспечивает автоматическое восстановление заданной длины дуги при ее нарушениях, например, из-за колебаний руки сварщика.



ВЛИЯНИЕ ПОЛЯРНОСТИ ТОКА НА ПРОЦЕСС СВАРКИ МИГ/МАГ

Полярность тока сварки существенным образом сказывается на характере протекания процесса сварки МИГ/МАГ. Так, при использовании обратной полярности процесс сварки характеризуется следующими особенностями:
•    повышенный ввод тепла в изделие;
•    более глубокое проплавление;
•    меньшая скорость плавления электрода;
•    большой выбор реализуемых типов переноса металла, позволяющий выбрать оптимальный (с короткими замыканиями, крупнокапельный, мелкокапельный, струйный, ИДС, ...).

В то время как при сварке на прямой полярности наблюдается:
•    сниженный ввод тепла в изделие;
•    менее глубокое проплавление;
•    бóльшая скорость плавления электрода;
•    характер переноса электродного металла крайне неблагоприятен (крупнокапельный с низкой регулярностью).
 
Различия свойств дуги при прямой и обратной полярности связано с различием выделения тепла дуги на катоде и аноде при сварке плавящимся электродом; тепла на катоде выделяется больше, чем на аноде (аналогично случаю сварки ММА).



ТИПЫ ПЕРЕНОСА МЕТАЛЛА ПРИ СВАРКЕ МИГ/МАГ

Процесс сварки МИГ/МАГ, будучи процессом, при котором используется плавящийся электрод, характеризуется переносом электродного металла через дугу в сварочную ванну.

Перенос металла осуществляется посредством капель расплавленного электродного металла формирующихся на торце электродной проволоки. Их размер и частота перехода в сварочную ванну зависят от материала и диаметра электродной проволоки, типа защитного газа, полярности и значения тока сварки, напряжения дуги и других факторов.

Характер переноса электродного металла определяет, в частности, стабильность процесса сварки, уровень разбрызгивания, геометрические параметры, внешний вид и качество сварного шва.

При сварке МИГ/МАГ перенос металла осуществляется, в основном, двумя формами. При первой форме капля касается поверхности сварочной ванны ещё до отделения от торца электрода, образуя короткое замыкание и вызывая погасания дуги, отчего этот тип переноса получил название переноса с короткими замыканиями.

Обычно, перенос металла с короткими замыканиями имеет место при низких режимах сварки, т.е. малом токе сварки и низком напряжении дуги (короткая дуга гарантирует, что капля коснётся поверхности ванны раньше своего отделения от торца электрода). Благодаря низким режимам сварки, а также тому факту, что в течение части времени дуга не горит, тепловложение в основной металл при сварке с короткими замыканиями ограничено. Эта особенность процесса сварки с короткими замыканиями делает его наиболее подходящим для сварки тонколистового металла.

Сварочная ванна малых размеров и короткая дуга, ограничивающая чрезмерный рост капель, обеспечивают лёгкое управление процессом и позволяют осуществлять сварку во всех пространственных положениях, включая потолочное и вертикальное, как показано на этом рисунке.

При второй форме капля отделяется от торца электрода без касания поверхности сварочной ванны и, поэтому, этот тип переноса называется переносом без коротких замыканий.

Последняя форма переноса металла подразделяется на крупнокапельный перенос и мелкокапельный перенос.

Крупнокапельный перенос металла имеет место, когда сварка ведётся на высоких напряжениях дуги (исключающих короткие замыкания) и средних значениях тока сварки. Он, как правило, характеризуется нерегулярным переходом крупных капель расплавленного электродного металла (превышающих диаметр электрода) и низкой частотой переноса (от 1 до 10 капель в секунду).

Из-за того, что сила тяжести играет решающую роль в этом типе переноса металла, сварка ограничена только нижнем положением. При сварке в вертикальном положении некоторые капли могут падать вниз, минуя сварочную ванну (как это видно на последнем кадре ниже).

Сварочная ванна имеет большие размеры и, поэтому, трудноуправляема с тенденцией стекания вниз при сварке в вертикальном положении или выпадения при сварке в потолочном положении, что также исключает возможность сварки в этих пространственных положениях.

Эти недостатки, а также неравномерное формирование сварного шва приводят к нежелательности использования этого типа переноса металла при сварке МИГ/МАГ.

Мелкокапельный перенос металла характеризуется одинаковыми каплями малых размеров (близкими к диаметру электрода), отделяющихся от торца электрода с высокой частотой. Такой тип переноса обычно наблюдается при сварке на обратной полярности в защитной смеси на базе аргона и при высоких напряжениях дуги и токах сварки.

Главными характеристиками процесса сварки с мелкокапельным переносом являются: высокая стабильность дуги, практическое отсутствие разбрызгивания, умеренное образование сварочных дымов, хорошая смачиваемость кромок шва и высокое проплавление, гладкая и равномерная поверхность сварного шва, возможность ведения сварки на повышенных режимах и высокая скорость наплавки.

В связи с тем, что этот тип переноса требует использования высокого тока сварки, приводящего к высокому тепловложению и большой сварочной ванне, он может быть применён только в нижнем положении и не приемлем для сварки тонколистового металла. Его используют для сварки и заполнения разделок металла больших толщин (обычно более 3 мм толщиной), в первую очередь при сварке тяжёлых металлоконструкций и в кораблестроении.

При сварке МАГ в среде СО2 возможен только один тип переноса – с короткими замыканиями.



ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СВАРКИ МИГ/МАГ

Процессы сварки МИГ или МАГ подходят для сварки всех обычных металлов, таких как нелегированные и низколегированные стали, нержавеющие стали, алюминий и некоторые другие цветные металлы. Более того, этот процесс сварки может быть использован во всех пространственных положениях. Благодаря своим многочисленным преимуществам сварка МИГ/МАГ находит широкое применение во многих областях промышленности.



ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ

Главными достоинствами процесса сварки МИГ/МАГ (по сравнению со сваркой ММА) являются высокая производительность и высокое качество сварного шва. Высокая производительность объясняется отсутствием потерь времени на смену электрода, а также тем, что этот способ позволяет использовать высокий ток сварки.

Еще одним достоинством этого способа сварки является низкое тепловложение, особенно при сварке короткой дугой (при сварке с короткими замыканиями), что делает этот способ наиболее подходящим для сварки тонколистового металла, а также для сварки во всех пространственных положениях.

К недостаткам этого процесса по сравнению со сваркой покрытыми электродами можно отнести следующее:
•    оборудование более сложное и более дорогое;
•    сложнее выполнять сварку в труднодоступных местах, так как горелка, как правило, крупнее электрододержателя и должна находиться близко от зоны сварки, что не всегда возможно;
•    более сложная взаимосвязь между параметрами сварки;
•    предъявляются более высокие требования к подготовке и очистке кромок;
•    более сильное излучение от дуги.



СУЩНОСТЬ ИМПУЛЬСНО-ДУГОВОЙ СВАРКИ (Pulsed MIG/MAG)

Процесс импульсно-дуговой сварки (ИДС) сочетает в себе достоинства процесса сварки с короткими замыканиями (такие как низкое тепловложение и возможность сварки во всех пространственных положениях) и процесса сварки с мелкокапельным переносом (отсутствие разбрызгивания и хорошее формирование металла шва).

При этом методе управления переносом металла ток принудительно изменяется между двумя уровнями, называемыми током базы (Iб) и током импульса (Iи). Уровень тока базы выбирается из условия достаточности для обеспечения поддержания горения дуги при незначительном влиянии на плавление электрода. Функцией тока импульса, который превышает критический ток, является оплавление торца электрода, формирование капли определённого размера и срыв этой капли с торца электрода действием электромагнитной силы (Пинч-эффект). В течение одного импульса тока может быть сформировано и перенесено в сварочную ванну от одной до нескольких капель. Оптимальным является такой перенос металла, когда за каждый импульс тока формируется и переносится лишь одна капля электродного металла, как это показано на рисунке ниже.

В связи с тем, что формирование и отрыв капли управляется амплитудой и длительностью тока импульса, средний ток сварки может быть существенно снижен (либо простым увеличением времени базы, т.е. снижением частоты импульсов, либо снижением тока базы). Таким образом, мелкокапельный перенос металла может обеспечивается при очень низком токе сварки. Например, применительно к малоуглеродистой электродной проволоке диаметром 1,2 мм можно поддерживать управляемый мелкокапельный перенос металла на токе сварки менее 50 А, хотя при обычной сварки МИГ/МАГ в этих условиях для получения мелкокапельного переноса металла потребовалось бы установить не менее 220 - 240 А.

Благодаря низкой мощности дуги и скорости расплавления электрода, сварочная ванна имеет малые размеры и легко управляема. Таким образом, становится возможным реализация желаемого мелкокапельного переноса электродного металла, как при сварке тонколистового металла, так и при сварке металла больших толщин во всех пространственных положениях.

Другим преимуществом процесса ИДС является возможность использования проволок бóльших диаметров для скоростей наплавки характерных для проволок малых диаметров, что снижает стоимость единицы веса наплавленного металла. При этом также возрастает эффективность наплавки благодаря снижению потерь на разбрызгивание электродного металла.

К недостаткам этого процесса можно отнести повышенные требования к квалификации сварщиков, а также использование значительно более сложного оборудования в совокупности с более низкой гибкостью (универсальностью) процесса.



ПРОЦЕСС ИДС ПАЧКАМИ ИМПУЛЬСОВ

Процессом ИДС пачками импульсов (MIG-ПИ) называется разновидность импульсно-дуговой сварки, при которой, при сохранении управляемого переноса металла, обеспечивается периодическая низкочастотная (от 0,5 до 5 Гц) модуляция частоты импульсов тока между фазой с высокой частотой (фазой теплового импульса) и фазой с низкой частотой (фазой тепловой паузы). Таким способом достигается модуляция тепловложения в сварочную ванну, т.е. управление формированием сварного шва; во время фазы высокой частоты импульсов тока происходит интенсивное расплавление основного металла, в то время как, при низкой частоте импульсов тока тепловложение падает, что приводит к охлаждению и частичной кристаллизации сварочной ванны. Таким образом, посредством регулировки частоты модуляции и длительностей фаз теплового импульса и паузы достигается управление сварочной ванной, обеспечивая как требуемое проплавление основного металла, так и удержание ванны во всех пространственных положениях. При этом сохранятся управляемый перенос электродного металла благодаря тому, что как при низкой частоте следования импульсов тока, так и при высокой, осуществляется импульсное управление переносом электродного металла. В связи с тем, что скорость плавления электродной проволоки зависит от частоты следования импульсов тока, скорость подачи проволоки должна синхронно изменяться с этой же частотой.

Процесс ИДС пачками импульсов находит основное применение для сварки алюминия и алюминиевых сплавов.

Одновременно осуществляемая высокочастотная (для управления переносом металла) и низкочастотная (для управления формированием сварочной ванны) пульсация тока послужила основанием для закрепления за этим процессом таких названий, как “double pulse”, “inter pulse” “thermo pulse” или Quattro PulseÔ.

Еще одним достоинством этого способа сварки является низкое тепловложение, особенно при сварке короткой дугой (при сварке с короткими замыканиями), что делает этот способ наиболее подходящим для сварки тонколистового металла, а также для сварки во всех пространственных положениях.

К недостаткам этого процесса по сравнению со сваркой покрытыми электродами можно отнести следующее:
•    оборудование более сложное и более дорогое;
•    сложнее выполнять сварку в труднодоступных местах, так как горелка, как правило, крупнее электрододержателя и должна находиться близко от зоны сварки, что не всегда возможно;
•    более сложная взаимосвязь между параметрами сварки;
•    предъявляются более высокие требования к подготовке и очистке кромок;
•    более сильное излучение от дуги.

{mospagebreak} 

 

4.     ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ДУГОВОЙ СВАРКИ ВОЛЬФРАМОВЫМ ЭЛЕКТРОДОМ В СРЕДЕ ИНЕРТНОГО ЗАЩИТНОГО ГАЗА - TIG, GTAW


(Сущность процесса, влияние полярности, достоинства и недостатки, …)



СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА СВАРКИ ТИГ

Кромки свариваемого изделия и присадочный металл расплавляются дугой, горящей между неплавящимся электродом и изделием. Дуга, сварочная ванна, торец сварочной проволоки и кристаллизирующийся шов защищены от воздействия окружающей среды инертным газом, подаваемым в зону сварки горелкой. Сварное соединение образуется за счет расплавленного основного металла или металла присадочной проволоки.

За рубежом принято для краткости называть этот процесс как сварка ТИГ (TIG – Tungsten Inert Gas).



ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Сварка углеродистых, конструкционных и нержавеющих сталей, алюминия и его сплавов, титана, никеля, меди, латуней, кремнистых бронз, а так же разнородных металлов и сплавов; наплавка одних металлов на другие.

Способ также широко применяется в химической, теплоэнергетической, нефтеперерабатывающей, авиационно-космической, пищевой, автомобилестроительной и других отраслях промышленности.



ВЛИЯНИЕ ПОЛЯРНОСТИ НА ПРОЦЕСС СВАРКИ

В отличии от сварки плавящимся электродом (к которой относится сварка ММА и МИГ/МАГ) при сварке неплавящимся электродом в защитной среде инертного газа различия в характере процесса сварки на обратной и прямой полярности носят противоположный характер.

Так при использовании обратной полярности процесс сварки ТИГ характеризуется следующими особенностями:
•    сниженный ввод тепла в изделие и повышенный в электрод (поэтому при сварке на обратной полярности неплавящийся электрод должен быть большего диаметра при одном и том же токе; в противном случае он будет перегреваться и быстро разрушится);
•    зона расплавления широкая, но неглубокая;
•    наблюдается эффект катодной чистки поверхности основного металла, когда под действием потока положительных ионов происходит разрушение окисной и нитридной пленок (так называемое катодное распыление), что улучшает сплавление кромок и формирование шва.

В то время как при сварке на прямой полярности наблюдается:
•    повышенный ввод тепла в изделие;
•    зона расплавления узкая, но глубокая.

Как и в случае сварки ММА и МИГ/МАГ, различия свойств дуги при прямой и обратной полярности при сварке ТИГ связано с несимметричностью выделения энергии на катоде и аноде. Эта несимметричность, в свою очередь, определяется разностью в значениях падения напряжения в анодной и катодной областях дуги. В условиях сварки ТИГ катодное падение напряжения значительно ниже анодного падения напряжения.



ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ПРОЦЕССА СВАРКИ ТИГ

По сравнению с другими способами сварки (ММА, МИГ/МАГ, сварка под флюсом) сварка ТИГ характеризуется следующими преимуществами:
•    позволяет получить сварные швы высокого качества применительно к практически всем металлам и сплавам;
•    практически не требуется обработка поверхности шва после сварки;
•    обеспечивается хороший визуальный контроль сварочной ванны и дуги;
•    благодаря отсутствию переноса металла через дугу не имеет места разбрызгивание металла;
•    как и в случае сварочных процессов МИГ/МАГ и ММА сварку ТИГ можно выполнять во всех пространственных положениях;
•    также как и в случае сварки МИГ/МАГ при сварке ТИГ нет шлака, а это означает, что не бывает шлаковых включений в металл шва.

К недостаткам этого способа сварки можно отнести низкую производительность и высокую стоимость источника питания (по сравнению со сваркой плавящимся электродом).

{mospagebreak}
 

5. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ


(классификация; внешние вольт-амперные характеристики источников питания; таблички с техническими данными; рекомендации по выбору источников питания для конкретных условий применения; …)

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ ПО РОДУ ТОКА СВАРКИ

Технологические свойства сварочных источников питания определяются их статическими и динамическими свойствами, которые отражены соответственно в их Внешней Вольт-Амперной Характеристике (ВВАХ) и в скорости изменения тока сварки при резких изменениях сопротивления сварочной цепи (например, при сварке с короткими замыканиями).

По виду ВВАХ сварочные источники питания подразделяются на источники обеспечивающие жесткую (пологопадающую) ВВАХ и падающую ВВАХ. Все источники питания для сварки ММА и ТИГ имеют падающую ВВАХ, а источники питания для механизированной сварки в среде защитных газов (МИГ/МАГ) – пологопадающую (жесткую).

Внешней вольт-амперной характеристикой источника питания является зависимость среднего значения напряжения на клеммах источника от силы тока в сварочной цепи.

 

ПАДАЮЩАЯ  ВВАХ

Источники питания с падающей ВВАХ характеризуется следующими основными свойствами:

•    имеют высокое напряжение холостого хода (≈ 2 … 2,5 раза выше рабочего напряжения дуги);

•    напряжение на клеммах источника питания падает существенно при повышении тока сварки;

•    имеют ограниченный ток короткого замыкания (не выше, чем 1.1 … 1.3 от номинального тока сварки).

Источники питания для ручной дуговой сварки покрытыми электродами имеют падающую ВВАХ, которая, благодаря высокому напряжению холостого хода обеспечивает надежное зажигание и высокую эластичность дуги при манипуляции торцом электрода. Ограниченный ток короткого замыкания снижает разбрызгивание при коротких замыканиях дугового промежутка переходящими каплями расплавленного электродного металла.

Ток короткого замыкания при сварке покрытыми электродами должен быть ограничен и по причине того, что зажигание дуги осуществляется посредством короткого замыкания электрода на изделие. Если бы ток ограничен не был, то происходили бы взрывы в месте контакта электрода с изделием, а также перегрев электрода и разрушение его покрытия. Источник питания также мог бы выходить при этом из строя.

Современные электронные источники питания для ручной дуговой сварки могут иметь еще один вид ВВАХ, а именно, комбинированной формы, которая обеспечивает лучшие условия для сварки покрытыми электродами. Она позволяет регулировать ток короткого замыкания и подбирать его, с одной стороны, достаточно высоким, чтобы не было примерзаний электрода, а с другой, ограничивать его, чтобы не было излишнего разбрызгивания электродного металла. Эта функция источника питания получила название ARC FORCE. Она реализована в аппаратах семейства Flex.



ПОЛОГОПАДАЮЩАЯ  ВВАХ

Источники питания с жесткой ВВАХ характеризуются следующими основными свойствами:

•    выходное напряжение падает незначительно при повышении тока сварки;

•    ток короткого замыкания может достигать очень высоких значений (в 2 … 3 раза превышающих номинальный ток сварки).

Пологопадающую ВВАХ имеют, в основном, источники питания для сварки МИГ/МАГ, так как она обеспечивает саморегулирование длины дуги.



УСТРОЙСТВО И СВОЙСТВА ИНВЕРТОРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

В последнее время (начиная примерно с начала 80-х годов двадцатого века) все большее распространение получают сварочные инверторные источники питания. Основным блоком такого выпрямителя является инвертор – устройство, преобразующее постоянное напряжение в высокочастотное переменное.
 
Сварочный инвертор работает следующим образом. Сетевой выпрямительный блок преобразует переменное напряжение сети в постоянное. Затем это выпрямленное напряжение преобразуется в однофазное переменное высокой частоты с помощью инвертора. Далее напряжение понижается трансформатором, вновь выпрямляется, сглаживается и подается на дугу.

Благодаря тому, что на выходе инвертора напряжение имеет высокую частоту, размеры и вес трансформатора может быть резко снижен, так как эффективность трансформации повышается с увеличением частоты переменного тока. При этом также снижается длина провода первичной и вторичной обмоток. На рисунке ниже это показано на примере трансформатора мощностью 20 кВт: в одном случае трансформатор рассчитан на работу при частоте 50 Гц, а в другом - 50 кГц.

Зависимость объема трансформатора (т.е. его габаритных размеров), массы и других параметров от частоты переменного тока

Благодаря малому весу и размерам понижающего трансформатора инверторные источники питания также оказываются небольшими по габаритам и легкими, что, собственно говоря, и являются основным достоинством этих источников. Их рекомендуют использовать в тех случаях, где имеют значение малые масса и габариты – при сварке на монтаже, в быту, на ремонтных работах.

Другим достоинством является их универсальность, так как их внешние вольт-амперные характеристики могут быть любой формы (см. выше), поскольку формируются искусственно с помощью системы управления с использованием обратных связей по току и напряжению (т.е. в реальном масштабе времени).

Благодаря своим высоким динамическим свойствам (т.е. высокому быстродействию) и возможности управления параметрами сварки в реальном масштабе времени эти источники питания обладают лучшими сварочными свойствами по сравнению с другими типами источников питания, а также часто наделяются дополнительными функциями, которые способствуют улучшению процесса сварки. О них речь пойдет в следующем разделе.



ВЫБОР  ИСТОЧНИКА  ПИТАНИЯ

При выборе источника питания необходимо руководствоваться требованиями технологического процесса: способом и режимом дуговой сварки, свойствами свариваемого металла, условиями сварочных работ.

После выбора способа сварки необходимо выбрать род тока (если, конечно, данный способ сварки позволяет выполнять сварку, как на постоянном, так и на переменном токе), а также требуемую форму ВВАХ источника питания. Ниже в таблице представлены данные для выбора рода тока и формы ВВАХ источника питания в зависимости от способа дуговой сварки.


Способ сварки

Постоянный ток

Переменный ток

Падающая ВВАХ

Жесткая ВВАХ

Падающая ВВАХ

 

Сварка неплавящимся электродом:

 

ТИГ

 

Сварка плавящимся электродом:

 

ММА

 

МИГ/МАГ

 

Импульсно-дуговая сварка

 

Сварка порошковой проволокой

 

 

 

 

Да

 

 

 

Да

 

Возможна

 

Специальная

 

Да

 

 

 

 

Нет

 

 

 

Нет

 

Да

 

Специальная

 

Да

 

 

 

 

Да

 

 

 

Да

 

Нет

 

Нет

 

На стадии

эксперимента



Сварочные источники питания выпускаются для разных диапазонов сварочного тока. Следует выбирать источник питания, номинальный ток которого близок к требуемому току сварки. Источник питания со слишком высоким номинальным током будет использоваться не эффективно. Он также будет потреблять значительную энергию при работе на холостом ходу.

Сварочные источники питания также рассчитываются на разные режимы работы (непрерывный или повторно-кратковременный).

Повторно-кратковременный режим оценивается относительной продолжительностью работы (ПР; иногда обозначается ПН – Период Нагрузки):

ПР

=

время работы (сварки)

· 100%

время всего цикла (сварки и паузы)

 

Длительность всего цикла работы (сварки и паузы) для источников, предназначенных для ручной дуговой сварки, принята равной 5 мин (в странах СНГ). Например, если ПР = 20%, то это означает, что после 1 минуты сварки на номинальном токе необходимо, чтобы источник остывал не менее чем 4 минуты. В противном случае он может перегреться и выйти из строя.

Внимание! В Европе длительность цикла работы принята равной 5 мин

Значение ПР зависит от тока, на котором производится сварка. Если ток сварки ниже номинального, то значение ПР будет выше (т.е. можно дольше варить и делать менее длительные паузы). И наоборот, если ток сварки выше номинального, то значение ПР снижается. Реальное значение ПР можно определить по следующей формуле:

Новое значение ПР

=

(номинальный ток сварки)2

· номинальный ПР

(реальный ток сварки)2

 

Например, если номинальный ток 300 А при ПР = 40%, а сварка выполняется на токе 200 А, то реальное значение ПР будет:

Новое значение ПР

=

(300)2

· 40%

= 90%

(200)2



То есть, данным источником питания можно выполнять сварку током 200 А практически непрерывно.

При выборе источника питания необходимо учитывать и параметры силовой сети (одно- или трехфазная), к которой предполагается подключить источник питания.

На табличке с техническими данными источника питания обычно указываются: требования к сети питания, номинальный ток сварки, напряжение холостого хода, форма ВВАХ, ПР (ПН) и другие технические сведения об источнике питания.

 


{mospagebreak} 


6.    ОСНОВНЫЕ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ СВАРОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ, УЛУЧШАЮЩИЕ ЕГО ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА, И КАК ОНИ РЕАЛИЗОВАНЫ В ОБОРУДОВАНИИ ФИРМЫ MIGATRONIC СЕМЕЙСТВ FLEX, PILOT, NAVIGATOR И ДР.



6.1    Динамичный контроль катодной очистки окисной пленки при сварке алюминиевых сплавов (“Migatronic DOC”).


Своей высокой коррозионной стойкостью алюминий обязан пленки окиси алюминия, которая образуются в результате его окисления кислородом. Однако, точка плавления окиси алюминия - 2028 ºС, что в три раза выше точки плавления чистого алюминия – 658 ºС. Для того чтобы сварить вместе две алюминиевые детали эту окисную пленку необходимо разрушить. Если мы подключим электрод к отрицательному полюсу, как это обычно делается при сварке ТИГ, мы получим очень существенное тепловложение (см. раздел 4). Металл будет плавиться, но окисная пленка останется нетронутой. Если же поменять полярность и подключить электрод к положительному, а изделие к отрицательному полюсу, то тепловложение снизится, однако, как только металл начнет плавиться, окисная пленка также начнет разрушаться благодаря тому, что тяжелые положительно заряженные ионы, притягиваясь катодом, бомбардируют поверхность деталей в области сварочной ванны. 

На практике при сварке ТИГ обратная полярность используется редко, так как при этом на электроде выделяется слишком много тепла, и он может перегреваться. Однако, комбинация прямой и обратной полярности позволяет использовать преимущества их обоих; мы получаем и необходимое тепловложение и очистку поверхности от окиси алюминия. Поэтому для сварки ТИГ алюминия используется переменный ток.

Дальнейшим развитием технологии сварки переменным током является разработка источников питания с, так называемой, прямоугольной формой полуволны тока вместо синусоидальной. Это дает много преимуществ. Одним из которых является возможность регулировки баланса кривой с прямоугольной формой полуволны. Путем регулировки соотношения длительности полупериодов прямой и обратной полярности кривую можно делать более «положительной» или более «отрицательной». При повышении длительности полупериодов обратной полярности улучшается эффективность разрушения окисной пленки, в то время как увеличение длительности полупериодов прямой полярности способствует повышению тепловложения и, соответственно, проплавления основного металла.

Такая регулировка выполняется сварщиком в зависимости от чистоты поверхности основного металла. Причем он ее выполняет перед сваркой. При этом приоритетом для него служит необходимость обеспечить надежную очистку от окисной пленки, т.е. он устанавливает длительность положительных полупериодов несколько завышенной. Это приводит к тому, что окислы удаляются полностью, но дуга становиться нестабильной (обывы дуги в полупериоды обратной полярности, как показано ниже на рисунке), так как окислы способствуют зажиганию дуги в полупериоды обратной полярности и их некоторое количество является необходимым.

Для исключения «холостых» полупериодов обратной полярности, более эффективного использования энергии дуги при обеспечении надежной очистки деталей от окисной пленки фирма Migatronic предложила контролировать состояние поверхности основного металла в реальном масштабе времени. Это так называемый режим «Динамичной окисной очистки (“Migatronic DOC” – Dynamic Oxide Control). Он заключается в следующем. В начале каждого полупериода обратной полярности (спустя 0.1 мс от момента смены полярности) проверяется факт зажигания дуги. Если окажется, что напряжение не упало до уровня напряжения горения дуги, а находится на уровне напряжения холостого хода, т.е. дуга не зажглась, это будет означать, что поверхность основного металла чиста от окисной пленки. В этом случае обратная полярность сразу же меняется на прямую, повышая тем самым эффективность расплавления основного металла.

Если же дуга в полупериод обратной полярности возбудится, это будет означать, что на поверхности основного металла окисная пленка присутствует. В этом случае будет продолжено горение дуги на обратной полярности для обеспечения катодной очистки поверхности металла.

При таком подходе очистка поверхности металла от окисной пленки «включается» только тогда, когда это требуется. При этом, примерно на 30% можно повысить скорость сварки. Благодаря снижению общего времени горения дуги в полупериоды обратной полярности, когда существует опасность перегрева вольфрамового электрода, также примерно на 30% уменьшается его расход.    

Режим «Динамичной окисной очистки (“Migatronic DOC”) реализован в таких аппаратах как: Navigator и Commander.



6.2    Контактные и бесконтактные способы возбуждения дуги при сварке TIG.

Зажигание дуги при сварке ТИГ может производится тремя способами:

1. Бесконтактным способом с использованием осцилляторов (HF IGNITION).

2. «Чирканьем» торца вольфрамового электрода по поверхности изделия (SCRATCH START).

3. Отрывом электрода от изделия при подавленном токе КЗ (LIFT IGNITION, LIFT ARC или LIFTIG).

В первом случае используется осциллятор, который вырабатывает кратковременный импульс напряжения, обеспечивающий пробой и последовательное развитие искрового разряда вплоть до дугового. Благодаря высокой частоте и малой мощности осциллятора высокое напряжение неопасно для человека.

Высокочастотный поджиг обеспечивает самое высокое качество сварного шва, так как при нем не происходит контакта вольфрамового электрода с изделием, и, поэтому, исключается попадание частичек вольфрама в сварочную ванну.

При таком поджиге также не происходит разрушения торца вольфрамового электрода. 
Однако, применение осцилляторов может приводить к выходу из строя устройств чувствительных к электромагнитному воздействию.

При втором способе зажигания дуги возможно попадание частичек вольфрама в сварочную ванну, а также имеет место разрушение торца вольфрамового электрода, так как в момент контакта электрода с изделием протекает ток короткого замыкания. 

Третий способ, хотя и не исключает контакта электрода с изделием, не имеет недостатков предыдущего способа, так как в момент КЗ протекает заблаговременно сниженный ток. Этот способ зажигания дуги при сварке ТИГ реализован в аппаратах Pilot.



6.3    «Горячий (быстрый) старт», функция Anti stickING (защита от примерзаний электрода) и ARC FORCE при сварке покрытыми электродами ММА.

Для улучшения начального зажигания дуги, в первую очередь, для снижения склонности электрода к «примерзанию» при сварке ММА, некоторые инверторные источники питания снабжаются такой функцией как «Горячий Старт» (“Hot Start”). Она работает следующим образом. При первом касании торцом электрода изделия происходит включение специальной схемы управления, которая на короткое время (0,5 … 1,5 с) повышает ток сварки на 20 … 50% от заданного уровня.

Указанное время «Горячего Старта» необходимо для ускоренного формирования на торце электрода характерной втулки, после образования которой расплавленный металл сварочной ванны и жидкий металла на торце электродного стержня будут надежно защищены газовой защитой, образующейся из расплавляемого покрытия электрода. 
 
Благодаря «Горячему Старту» происходит более интенсивный (более быстрый) разогрев торца электрода и ускоренное формирование сварочной ванны. Последнее благоприятно сказывается на формировании начального участка шва, так как снижается типичное усиление шва (наплыв металла), а также повышается глубина проплавления. Благодаря повышенному току сварки происходит также измельчение капель расплавленного электродного металла, что снижает склонность электрода к «примерзаниям», вероятность которых очень высока при начальном зажигании, когда торец электрода еще недостаточно разогрет, а сварочная ванна еще не сформирована. В этих условиях из-за повышенного теплоотвода в основной металл и в стержень электрода капля жидкого металла при перетекании в сварочную ванну может преждевременно закристаллизоваться и вызвать «примерзание» электрода.

Наличие «Горячего Старта» позволяет сварщику сохранять короткую дугу, не боясь «примерзаний» электрода при зажигании дуги и, таким образом, не вызывать ухудшения газовой защиты и зарождения стартовой пористости на начальном участке сварного шва.

Параметры «Горячего Старта», а именно, сила тока и время, должны подбираться опытным путем. Электроды с основным видом покрытия, как правило, требуют более высоких значений параметров «Горячего Старта», так как они характеризуются крупнокапельным переносом электродного металла.

«Горячий Старт» используется как при сварке ММА, так и при сварке МИГ/МАГ. Эта функция реализована в таких аппаратах как Flex и Commander.

При выполнении ручной дуговой сварки покрытыми электродами полезной является еще одна функция источника питания, а именно, снижение тока КЗ до очень низких значений (1 … 20 А) при «примерзаниях» электрода (при слишком длительных коротких замыканиях, превышающих установленный временной предел). Это предупреждает электрод от перегрева. После срабатывания этой функции электрод можно легко отделить от изделия без разрушения обмазки и образования брызг. Спустя 1 … 2 с после отделения электрода и, соответствующего разрыва КЗ, источник питания возвращается в нормальное рабочее состояние, обеспечивающее заданный рабочий ток сварки. Английское наименование этой функции - “Anti-sticking”.

Эта функция реализована в аппаратах семейства Flex.

Функция ARC FORCE описана выше на стр. 30.



6.4    Синергетическое управление параметрами сварки MIG/MAG и Pulsed MIG/MAG.

Функция синергетического управления предназначена для облегчения и упрощения процедуры регулирования параметров режима сварки МИГ/МАГ. Ее реализация возможна только на базе инверторного источника питания. Ее суть заключается в том, что сварщик регулирует только один параметр режима сварки, обычно, это скорость подачи электродной проволоки (или ток сварки). Остальные параметры режима, такие как напряжение дуги, расход газа, параметры импульсной сварки настраиваются автоматически в зависимости от алгоритмов, заранее введенных в источник питания (как правило, на заводе изготовителе).

Для того чтобы эти автоматически настраиваемые параметры сварки были как можно ближе к оптимальным, сварщик дополнительно должен ввести в источник питания толщину основного металла, тип материала и диаметр электродной проволоки, а также состав защитного газа.

Принцип синергетического управления параметрами режима сварки МИГ/МАГ схематично показан на этом рисунке.
 
Если синергетические алгоритмы, которые заложены в сварочную установку, правильно отображают взаимозависимость между параметрами режима сварки, тогда при установке «ведущего» параметра в определенном интервале регулирования, синергетично зависимые от него параметры будут также автоматически установлены в соответствующий интервал диапазона регулирования.

Наиболее привлекательной функция синергетического управления является для условий импульсно-дуговой сварки, когда необходимо регулировать одновременно достаточно много параметров (напряжение дуги, амплитуду импульса тока, его частоту, ток базы и др.). Достаточно указать материал и диаметр электродной проволоки, тип защитного газа, а также скорость подачи электродной проволоки, как остальные параметры режима ИДС будут автоматически отрегулированы.

В источниках питания фирмы Migatronic имеется возможность ручного построения кривых синергетических зависимостей. Вся кривая разбита на три фрагмента согласно типу переноса электродного металла: сварка с короткими замыканиями (зона I), переходная зона (зона II) и зона с мелкокапельным переносом электродного металла (зона III). Пользователь должен подобрать оптимальные режимы для рабочих точек 1, 2, 3 и 4 и ввести их (параметры режимов) в память бортового компьютера источника питания. В дальнейшем система синергетического управления будет самостоятельно устанавливать оптимальные параметры сварки, пользуясь линейными зависимостями между этими точками.

Хотя синергетическое управление в целом обеспечивает достаточно точную коррекцию значений искомых параметров, тем не менее, синергетические системы, как правило, имеют также возможность дополнительной тонкой коррекции для более полного согласования значений параметров режима с изменёнными условиями сварки (так называемая trim-регулировка), например если используется какая то особая газовая смесь.

Синергетическое управление реализовано в Flex 330 XMI AUTO.



6.5    «Мягкий старт» при сварке MIG/MAG

Для улучшения начального зажигания дуги при сварке МИГ/МАГ некоторые инверторные источники питания снабжаются такой функцией как «Мягкий Старт». Она работает следующим образом. После нажатия сварщиком на горелке кнопки подачи проволоки и до момента, когда ее торец коснется изделия, происходит замедленная подача проволоки. Благодаря этому не происходит резкого удара торца проволоки об изделие и его смятия с последующим оплавлением проволоки на выходе из наконечника и «отстрелом» 5 … 10 миллиметрового фрагмента проволоки в сторону, как это показано на рисунке ниже.

При использовании функции «Мягкого Старта» дуга после своего возникновения быстро оплавляет торец медленно подающейся проволоки и удлиняется до установления заданной длины. При этом скорость подачи проволоки начинает автоматически повышаться до установленного сварщиком значения и далее процесс сварки протекает в обычном режиме. Таким образом, при использовании функции «Мягкий Старт» процесс сварки устанавливается сразу же после первого касания изделия торцом проволоки.

Функция «Мягкого Старта» реализована в аппаратах семейства Flex.



6.6    Предварительная продувка защитного газа

Предварительная продувка защитного газа необходимо для обеспечения газовой защиты зоны дуги до момента ее зажигания. Время предварительной продувки защитного газа измеряется от момента нажатия на кнопку пуск и до момента начала подачи электродной проволоки при сварке МИГ/МАГ или зажигания дуги при сварке ТИГ. В аппаратах фирмы Migatronic это время может регулироваться в диапазоне от 0 до 10 с.



6.7    Задержка выключения газовой защиты в конце сварки


Задержка выключения газовой защиты в конце сварки необходима для предотвращения окисления жидкого металла остывающей ванны, а также нагретого до высоких температур металла сварного шва. Эта функция особенно актуальна при сварке таких металлов как алюминий, титан и нержавеющая сталь, обладающих повышенным сродством к кислороду при высоких температурах.

Время задержки выключения газовой защиты в конце сварки измеряется от момента погасания дуги и до момента прекращения подачи защитного газа. В аппаратах фирмы Migatronic это время может регулироваться в диапазоне от 0 до 20 с.



6.8    Дополнительное оплавление торца электродной проволоки в конце сварки


Дополнительное оплавление торца электродной проволоки в конце сварки предотвращает образование слишком длинного вылета электродной проволоки (выбега проволоки), которое наблюдается при одновременном выключении тока сварки и питания механизма подачи проволоки. Последний, из-за своей инерционности, не может остановиться мгновенно, и пока тормозится, продолжает подавать проволоку из горелки. Вследствие этого перед последующим возобновлением сварки сварщику приходиться откусывать лишнюю проволоку.

Эта проблема решается упреждающим (по отношению к току сварки) выключением питания подающего механизма.

В аппаратах фирмы Migatronic время упреждения может регулироваться в диапазоне от 1 до 30 условных единиц. Чем больше это число, тем раньше будет выключено питание подающего механизма, и тем дольше будет оплавляться торец электродной проволоки, т.е. тем ближе к контактному наконечнику окажется торец проволоки.



6.9    Регулирование времени нарастания тока в начале сварки



Если при сварке ТИГ ток сварки включать сразу на полный уровень, это может приводить к разрушению торца вольфрамового электрода из-за быстрого его нагрева и к попаданию частичек вольфрама в сварной шов. Во избежании этого используют функцию плавного нарастания тока до заданного уровня.



6.10    Регулирование времени снижения тока при окончании сварки


Плавное снижение тока в конце сварки (slope down time) способствует предотвращению образования кратера в конце сварного шва, так как сварочная ванна (обычно принимающая под действием силы давления дуги форму воронки) успевает выровняться. 



6.11    Регулирование индуктивности


Индуктивность сварочной цепи регулируют для снижения разбрызгивания электродного металла и повышения стабильности процесса сварки.

Высокая индуктивность сварочной цепи спо-собствует замедлению роста тока короткого замыкания и предотвращению отбрасывания капли в момент ее касания поверхности сварочной ванны, таким образом предотвращая Однако при этом возможны „примерзания” проволоки.

При низкой индуктивности сварочной цепи ток короткого замыкания растет быстро, что вызывает появление в месте контакта капли с поверхностью сварочной ванны отталкивающей электромагнитной силы. Отброшенные от поверхности сварочной ванны капли жидкого металла могут отрываться от торца электродной проволоки, падать рядом со швом, порождая образование брызг крупных размеров. Возможно также, что быстро растущий ток короткого замыкания приведет к взрыву перемычки жидкого металла в месте отрыва капли, порождая брызги электродного металла мелких размеров.

Оптимальное значение индуктивности зависит от материала и диаметра электродной проволоки, режима сварки, типа защитной атмосферы и т.п.



6.12    Двух- четырехтактные режимы управления


При двухтактном режиме управления для начала сварки сварщик нажимает кнопку «пуск» и отпускает ее только при окончании сварки. При этом такие функции как «предварительная продувка защитного газа», «задержка выключения газовой защиты в конце сварки», «дополнительное оплавление торца электродной проволоки в конце сварки» и т.п. отрабатываются в соответствии с заранее заданными временными параметрами.

При четырехтактном режиме управления при нажатии кнопки «пуск» выполняются только функция «предварительной продувки защитного газа». Причем, эта функция будет выполняться в течение всего времени, пока будет оставаться нажатой кнопка «пуск». Ток сварки и подача электродной проволоки включаются только после отпускания сварщиком кнопки «пуск». Таким образом, в процессе сварки сварщик просто держит горелку, не нажимая кнопки «пуск». Для окончания сварки ему необходимо снова нажать кнопку «пуск». При этом, выключится подача электродной проволоки и сварочный ток. Однако функция «задержки выключения газовой защиты» будет выполняться в течение всего времени, пока кнопка «пуск» будет оставаться нажатой.



6.13    Режим сварки Quattro PulseÔ

Это режим сварки МИГ/МАГ, при котором, средний ток сварки (или тепловложение в основной металл) изменяется с определенной периодичностью (от примерно 0.5 до 5 Гц). При этом, естественно, циклично изменяется и скорость подачи электродной проволоки, так как именно через скорость подачи электродной проволоки осуществляется регулирование тока при сварке МИГ/МАГ. Общий средний ток сварки оказывается низким, что позволяет производить сварку тонколистового металла, а также облегчается сварка в вертикальном и потолочном положениях. Сварной шов приобретает вид частично перекрывающихся сварных точек.

Принцип Quattro PulseÔ  для условий импульсно-дуговой сварки описан выше в разделе 3.



6.14    Режим сброса остающейся на торце электродной проволоки капли


Как правило, при окончании сварки МИГ/МАГ на торце электрода образуется капля электродного металла (см. рисунок ниже). Это затрудняет последующее зажигание дуги при возобновлении процесса сварки. Поэтому сварщику приходится откусывать торец электрода для удаления таких капель. Но ее можно сбросить и электрическим путем с помощью импульса тока, который подается в момент выключения тока сварки, и который по аналогии с импульсно-дуговой сваркой срывает эту, еще не успевшую застыть, каплю. Эта функция особенно важна при сварке с частыми перерывами, например при выполнении коротких швов, а также при роботизированной сварке, когда отпадает потребность в такой сложной операции, как откусывание торца электродной проволоки.
 

 
« Контактная сварка   Лазерная сварка »
  
    

Баннер

 

 

baner_focus.jpg  

 

 

 

 

 

 

banner2.jpg

 

 

 

 

 

  gallons.jpg

 

 

 

Новости

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

© Migatronic 2003-2016 г. Тел. (495) 660-38-36 E-mail:

proces.jpg