Ручная импульсная дуговая сварка

Обновлено: 05.10.2024

Понятие «универсальный сварщик» говорит много хорошего об уровне квалификации специалиста. Тем не менее, это определение вовсе не тождественно тому, что для всех операций по свариванию металлов годится один и тот же аппарат. Действительно, вариантов оборудования много, и у каждого своё назначение. Наверняка многие слышали об импульсной сварке, но что это такое в деталях?

Для чего нужен импульсный сварочный аппарат, какие плюсы и минусы у оборудования, чем его получится заменить, если такое вообще возможно — на эти и другие вопросы ответим в этой статье.

В процессе сварки неразъёмное соединение металлов создаётся путём расплавления кромок. При высоких температурах на стыке металлов образуется сварочная ванна, которая при охлаждении кристаллизуется с образованием шва.

В аппаратах импульсной сварки (к примеру, FUBAG INTIG 200 DC PULSE ) повышение температуры до необходимых параметров осуществляется посредством кратковременных импульсов сварочного тока. В результате получается своеобразный точечный нагрев, затрагивающий только необходимую для соединения область без изменения характеристик прилегающих зон.

Такой метод идеально подходит для сварки металлов и сплавов, то есть для всех случаев, когда требуется выполнить максимально равномерный и прочный шов. Ниже показан результат сварки TIG-аппаратом в импульсном режиме и без него.

Как работает полуавтоматическое оборудование MIG в режиме импульсной сварки

Исключить прямое соприкосновение свариваемого металла с присадочным материалом (чтобы не допустить короткого замыкания).
Свести к нулю перегрев зоны сварки.
Снизить образование брызг в результате понижения температуры нагрева в момент отрыва капли.
Исключить варианты с прожигом изделия.
Увеличить производительность.
Обеспечить чистоту образования шва.

Импульсный аппарат для сварки точечно размещает металл по определенной траектории. Иными словами, каждый импульс аппарата позволяет перейти в расплав одной капле.

В процессе импульсной сварки полуавтоматом MIG в межимпульсный период величина силы тока уменьшается, благодаря чему свариваемые поверхности остывают. Таким образом, прилегающие к сварочной ванне участки не испытывают влияния структурных изменений, связанных с разогревом. Это идеальные условия для применения сварочных импульсных аппаратов для соединения листовых, в том числе тонкостенных, металлов и сплавов.

Дымообразование и разбрызгивание сводятся к минимуму. В процессе работы аппарата в сварочную ванну попадает только металл от присадочной проволоки. Такая схема образования неразъёмного соединения в разы увеличивает однородность и прочностные характеристики шва.

Самое приятное то, что импульсный сварочный аппарат могут использовать даже сварщики без многолетнего опыта. Работа оборудования при минимальных навыках мастера практически гарантирует получение добротного шва.

Эксплуатационные ограничения

Если предполагается варить низкоуглеродистые или низколегированные стали, то использовать импульсное оборудование нецелесообразно.

Помним, что в процессе переноса капли значение тока снижается и температура падает, а затем снова возрастает в момент прохождения следующего импульса. Такие тонкие настройки совершенно ни к чему во время сварки указанных сталей. Разумеется, такой режим им не навредит, а снижение разбрызгивания и дымообразования даже пойдёт на пользу, но, в общем и целом, стали низких марок прекрасно сплавляются и обычными сварочниками.

Как работает импульсная сварка TIG

Аргонодуговые сварочные аппараты с функцией импульсного нагрева (например, FUBAG INTIG 200 AC/DC PULSE) работают по тому же принципу: в цикле прохождения одного импульса металл разогревается (максимальный ток) и остывает (на токе паузы).

Импульсный режим настраивается в зависимости от толщины свариваемых металлов. Чем чаще подаётся пиковый ток, тем более концентрированной будет дуга. Это уменьшит и размер отдельных чешуек, образующих линию шва.

Обратное действие приводит к следующему: снижение частоты импульсов сварочного аппарата позволяет лучше контролировать состояние сварочной ванны (что актуально для новичков). Кроме того, понижение частоты оказывается полезным при работе импульсной сваркой в неудобных положениях.

Применение импульсного режима в оборудовании TIG

Сваривание в импульсном режиме позволяет лучше контролировать состояние зоны расплава в сравнении с обычной TIG–сваркой.
Скорость процесса оказывается выше, проплавление лучше, деформации прилегающих зон сводятся к минимуму, а сам шов получается более аккуратным.
Функция используется для соединения тонколистовых металлов и сплавов, в том числе нержавейки, где требуется снизить до возможного минимума тепловложения от сварочной дуги.
На высоких частотах TIG–дуга становится концентрированней и точнее, что улучшает и облегчает сварочный процесс.

В процессе сваривания легированных сталей образующийся шов приобретает дополнительную устойчивость к коррозии за счёт образования микрокристаллической структуры.

Ручная электродуговая сварка: принцип действия, базовые основы технологии выполнения, техника безопасности

Сварка – создание неразъёмного соединения путём установления межатомных связей между соединяемыми предметами при нагревании. Проще – когда атомы свариваемых кромок, расплавляясь и перемешиваясь в месте соединения, образуют сварной шов. Сваривают металлы и неметаллические материалы: стекло, пластмассу и другие.

Процесс дуговой сварки – плавление материала в месте соединения деталей. На электрод подаётся электрический ток, между ним и свариваемым металлом при контакте возникает электрическая дуга, в зоне которой материал оплавляется, образуя сварочную ванну.

Виды электродуговой сварки

По уровню автоматизации электродуговая сварка подразделяется на четыре вида:

ручная;
механизированная – применяются средства автоматизации, но участие сварщика обязательно;
полуавтоматическая – процесс автоматизирован, но детали двигает рабочий;
автоматическая – работа автоматизирована, оператор контролирует ход процесса.

Классификация и способы

Электродуговая сварка классифицируется по методу защиты сварочной ванны:

не защищена – процесс происходит при свободном доступе воздуха;
в вакууме – воздух откачивается;
шов делается в защитном газе – инертном или активном;
процесс под флюсом – жидкий металл защищается от воздуха расплавленным шлаком, образующимся при плавлении флюса;
комбинированные способы защиты.

По виду тока подразделяется на сварку:

переменным – от трансформатора;
постоянным – от сети с помощью выпрямителя или генератора;
импульсно-дуговым – электричество подаётся импульсами, это позволяет контролировать дугу при условии регулирования тока.

Разновидности

Типы процессов различают по типу дуги:

прямого действия – возникает между электродом и свариваемой деталью;
косвенного действия – дуга горит между анодом и катодом, а металл не входит в электрическую цепь;
дуга горит между плавящимися электродами и соединяемыми кромками, электропитание переменным трёхфазным током;
сжатая дуга – радиус горения ограничивают подающиеся к месту сваривания струи газа.

Электроды бывают плавящимися (стальными, чугунными, алюминиевыми, медными) и неплавящимися. Первые выполняют и функцию присадочного материала. Для ручной дуговой – электроды в виде стержней круглого сечения различного диаметра. Состав материала обмазки выбирается в зависимости от металла свариваемых частей и особенностей техпроцесса.

Ручная дуговая сварка

Параметры ручной электродуговой сварки указаны в межгосударственном стандарте ГОСТ 5264-80, действующим взамен принятого в СССР в 1981 году ГОСТ 5264-69. В нём учтены:

тип соединения;
форма подготовленных кромок;
характер сварного шва;
поперечное сечение шва и кромок;
толщина свариваемых деталей.

ГОСТ регламентирует предельные отклонения в сочетаниях вышеперечисленных признаков. Требования ГОСТ 5264-80 не распространяются на сварные соединения стальных трубопроводов, для них – ГОСТ 16037-80.

Принцип действия

Источником нагрева соединения является сварочная дуга – концентрированная лучистая энергия в промежутке между электродом и изделием. Питание происходит от трансформатора при переменном токе или преобразователя – при постоянном. От источника питание подаётся проводами на электрод, зажатый в держателе, и на изделие. При контакте между ними возникает дуга. Шов образуется от расплавления электрода и соединяемой кромки.

Создание дуги

Дуга возникает от нагревания торца электрода, являющийся в электрической цепи катодом. Он соприкасается с изделием, цепь замыкается. При прохождении тока через контакт с большим сопротивлением выделяется большое количество тепловой энергии. При отрыве электрода на расстояние 1-2 миллиметра зажигается дуга, и начинается термоэлектронная эмиссия. Зажигание и горение возможны при наличии трёх компонентов:

Электрический источник питания, у которого напряжение холостого хода выше напряжения дуги.
Ионизация в столбе дуги.
Реактивное сопротивление в сварочной цепи – это повышает стабильность горения.

Области сварочной дуги

Сварочная дуга включает в себя три основные зоны:

Катодная – находится между столбом дуги и поверхностью катода.
Столб дуги – между катодной и анодной зонами.
Анодная – состоит из анодного пятна и приэлектродной части. Ток в ней образуется потоком электронов из столба.

Под влиянием высокой напряжённости возле катода с его пятна вырываются свободные электроны, которые летят к аноду. За счёт бомбардировки электронов происходит интенсивное нагревание катода.

Источники питания

Трансформатор – источник питания электрической дуги. Напряжение подаваемого из сети тока изменяется регулировкой расстояния между первичной и вторичной обмоткой: приближение уменьшает индуктивное сопротивление и увеличивает ток. Удаление уменьшает его. Обмотка, подключенная к сети – первичная, к держателю и свариваемому изделию – вторичная.

Примерная стоимость трансформаторов. Яндекс.Маркет

Используемые электроды

При сварке постоянным и переменным током электроды применяют разные, маркировка первых имеет в маркировке буквенную аббревиатуру УОНИ, вторых — МР. И те, и другие покрываются специальной обмазкой для сварки сталей:

углеродистых и низкоуглеродистых конструкционных;
легированных конструкционных;
легированных теплоустойчивых;
высоколегированных с особыми свойствами;
для наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами.

По толщине обмазки в прямой зависимости от соотношения диаметра электрода к диаметру стального сердечника:

с тонким покрытием, соотношение меньше 1,20;
со средним, D/d между 1,20 и 1,45;
с толстым, D/d между 1,45 и 1,80;
с особо толстым, D/d больше 1,80.

По составу покрытия маркируются:

кислое – А;
целлюлозное – Ц;
рутиловое – Р;
основное – Б;
прочие – П.

Смешанное покрытие отмечается сочетанием соответствующих ему символов.

Ещё одна маркировка – по положению электрода по отношению к поверхности детали:

для всех – 1;
для всех, кроме вертикального – 2;
для нижнего, горизонтального к вертикальной плоскости сварки и вертикального снизу вверх – 3;
для нижнего и нижнего в лодочку (свариваемые поверхности под прямым углом) – 4.

Технология выполнения ручной дуговой сварки

Перед основным процессом проводят подготовительные, без которых сварной шов не будет качественным: правку, очистку, разметку, резку и сборку. Зажигание дуги между электродом и изделием выполняется в два приёма: прикосновение к поверхности, короткое замыкание, отрыв на расстояние, равное диаметру электрода. Зажигают двумя способами: впритык и чирканьем. В первом случае металл разогревается в точке, где происходит короткое замыкание, во втором – в нескольких местах.

После зажигания электродный и основной металлы начинают плавиться, на месте шва образуется ванна расплава. Задача сварщика – поддерживать длину дуги постоянной, от этого зависит качество соединения. Оптимальная длина дуги – от 0,5 до 1,1 диаметра.

Угол наклона к поверхности обеспечивает достаточную глубину плавления свариваемых деталей. Также он зависит от толщины и состава металла, диаметра электрода, толщины и вида покрытия, расположения сварки в пространстве.

Перемещение электрода

Если вести сварку вдоль линии соединения, то ширина валика зависит только от сварочного тока и скорости операции, она составит не больше 1,5 от диаметра электрода. Такие швы не обеспечивают качество сварки толстых листов металла. Крепкий шов и широкий валик получится, если вести процесс колебательными движениями электрода из стороны в сторону.

Что влияет на качество и размеры сварного шва

Эти два показателя зависят от выбора режима сварки:

диаметр и угол наклона электрода;
скорость;
напряжение на дуге;
сварочный ток.

Диаметр электрода выбирают исходя из толщины металла и типов соединения и шва. На качество шва существенно влияет длина дуги. На практике оптимальную её величину определили в 2-8 мм.

Сварочный ток устанавливают в зависимости от диаметра электрода.

Импульсно-дуговая сварка: суть, виды, сфера применения, алгоритм, достоинства и недостатки метода

Импульсно-дуговая сварка – это вид дуговой сварки, при котором на дежурную дугу накладываются импульсы большего тока. Метод применим при сварке как в среде защитных газов, так и плавящимися и неплавящимися электродами.

Технология импульсно-дуговой сварки

Импульсно-дуговая сварка осуществляется посредством сварочного оборудования, предполагающего возможность наложения на постоянную дугу импульса, превосходящего в разы по силе тока показатели дежурной дуги.

Импульсно-дуговая сварка происходит, согласно следующему алгоритму:

на фоне базового тока импульсом высокой мощности происходит расплавление конца электрода и формирование на его конце капли нужного размера;
далее сформированная капля отделяется и переносится на металлическую заготовку;
сила тока падает до базового значения, позволяющего поддерживать дежурную дугу;
происходит осаждение металла в сварочной ванне;
далее следует повторение данного процесса.

Преимущества и недостатки

Импульсно-дуговой способ сварки разрабатывался как более универсальная и производительная альтернатива дуговому способу. Среди его достоинств можно назвать:

исключение возможного брака в виде прожогов и несплавлений;
отсутствие разбрызгивания металла во время сварочного процесса;
экономичный расход сварочной проволоки и электродов;
возможность сварки разных по составу металлов;
благодаря малому числу возникающих дефектов, значительно упрощена обработка сварных швов.

Недостаток импульсно-дугового способа сварки: данный способ неприменим для больших сварочных объемов.

Сфера использования

Изначально данный способ был придуман для сварки нержавеющий стали. Его первое применение – строительство в 1932 году американского поезда Pioneer Zephyr, где применение сваренной этим способом нержавеющей стали позволило сократить вес состава, а, значит, увеличить его скоростные параметры.

Позже выяснилось, что импульсно-дуговая сварка может успешно применяться при соединении друг с другом как разных марок сталей, так и цветных металлов: алюминиевых, медных, никелевых сплавов и титана.

Диапазон заготовок, который можно сваривать с помощью импульсного способа сварки – от 1 до 50 мм.

Сейчас импульсно-дуговой способ широко применяется при монтаже трубопроводов разного назначения. Он обеспечивает качественный сварной шов практически без дефектов, хорошо сформированный обратный валик, не требующий зачистки, и достаточную прочность сварного соединения, что является приоритетным для данных видов конструкций.

Виды импульсной сварки и их краткая характеристика

Классификация видов импульсно-дуговой сварки основана на разнице способов преобразования тока для создания импульса. Всего их выделяют четыре: магнитно-импульсный, аккумуляторный, инерционный и конденсаторный.

Магнитно-импульсный вид

Суть данного вида сварки – соединение металлических деталей путем их соударения с использованием в процессе импульсного электромагнитного поля.

В процессе сварки одна деталь остается неподвижной, а вторая приводится в движение электромагнитным полем, генерируемым сварочной установкой. В момент их сближения образуется дуга, которая сваривает заготовки. Магнитно-импульсная сварка актуальна в машиностроении для соединения трубчатых деталей между собой и с другими деталями. Также ее применяют для сварки плоских деталей по их наружному и внутреннему контуру. Магнитно-импульсная сварка может применяться для соединения деталей с диапазоном толщин заготовок 0,5-2,5 мм.

Этот вид сварки не получил широкого распространения из-за сложности технологически-настроечного процесса и быстрого износа сварочного оборудования.

Аккумуляторный вид

В сварочных аппаратах, предназначенных для этого вида сварки, необходимая сила тока для импульса генерируется с помощью щелочных аккумуляторов. Их отличительная конструкционная особенность – низкое значение внутреннего сопротивления, что позволяет выдать ток короткого замыкания, который по силе во много раз превосходит ток стандартной разрядки. Подобный вид сварки на данный момент находится в стадии разработки и широко не применяется.

Инерционный вид

В инерционном виде сварки применяется накопленная энергия вращающегося маховика, который приводится в движение общим валом роторного силового генератора.

Схема сварки трением

В момент сварки скорость движения маховика замедляется, и он трансформирует запасенную кинетическую энергию в форме импульса сварочного тока.

Конденсаторный вид

При конденсаторной сварке импульс, необходимый для сварного процесса, обеспечивается энергией короткого импульса тока при разряде конденсатора. Этот вид сварки имеет ограничения по максимальному сечению свариваемых заготовок. Область его применения – соединение листового металла с крепежными элементами различной конструкции (шпильками, втулками, гвоздями и т. д.). Также он успешно используется в производстве электронных компонентов и приборостроении, где необходимо сваривать между собой мелкие детали и металлы малых толщин.

Виды сварки MMA, MIG-MAG, TIG в преимуществах и недостатках

В настоящее время существует более 50-и способов сварки. Мы же рассмотрим самые распространенные виды сварки в быту и профессиональной сфере: ручную электродуговую (MMA), в среде защитного газа (MIG-MAG) и аргонодуговую (TIG). В чем принципиальное отличие оборудования? Какими достоинствами и недостатками обладает тот или иной тип сварки? Давайте разберемся по порядку и постараемся дать краткую характеристику для перечисленных способов, понятную даже новичку.

Ручная электродуговая сварка (MMA) – легкий старт для новичка

Первое, что отличает данный способ – доступность и простота. Именно он является базой для многих сварщиков-новичков. Для проведения ручной дуговой сварки необходим сам аппарат, горелка и штучные электроды. Под действием теплоты электрической дуги электрод плавится, оставляя на месте соприкосновения с деталью неразъемное соединение – скрепляющий шов.

Сварочные аппараты (инверторы) доступны по цене

Легкая и компактная конструкция оборудования

Возможность сварки в любых положениях

Дополнительные функции для облегчения процесса сварки

Дешевые расходные материалы

Ограничение по виду и толщине свариваемых металлов

Низкая производительность относительно других видов сварки (MIG-MAG, TIG)

Дополнительные усилия и временные траты на удаление шлака и окалины

Когда пригодится сварочный аппарат для электродуговой сварки? Если оборудование необходимо периодически и производительность не играет особой роли, то инвертор прекрасно подойдет для решения ремонтных и строительных задач. Такой агрегат часто используется в быту и занимает почетное место среди инструментария у многих домашних мастеров.

Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов (MIG-MAG) – производительность и перспектива

Аппараты MIG-MAG – шаг в сторону профессиональных сварочных агрегатов. Конечно же, полуавтоматы можно встретить и в быту, но чаще ими пользуются в промышленных предприятиях для производства и мастерских по ремонту автомобилей или слесарным работам.

Основные особенности вида сварки: использование тонкой проволоки вместо электрода и защитного газа для изоляции от окружающей среды. Во время варочного процесса проволока подается автоматически, а сам механизм работы позволяет добиться качественного и эстетичного сварного шва.

В зависимости от газа полуавтоматическая сварка может быть:

MIG (Metal Inert Gas) – с использованием инертного газа. MIG аппараты отлично подойдут для сварки алюминия, меди, титановых изделий, никеля и различных сплавов.

MAG (Metal Active Gas) - с использованием азота, углекислого газа и других газов, связывающих кислород. Вид сварки используют для заготовок из низколегированных, нелегированных и коррозионно-устойчивых сталей.

В ряде случаев можно не использовать газ вовсе. Для этого понадобится флюсовая проволока, которая изначально имеет достаточную защитную оболочку.

Экономия времени на замене электрода

Расширенный диапазон рабочих таков

Отсутствие необходимости в постобработке шва

Качественный и прочный шов

Удобство эксплуатации за счет широкого набора функций

Возможны затруднения в сварке в труднодоступных местах

Дорогостоящий стартовый комплект (помимо аппарата необходимы: горелка, катушка с проволокой, газовые баллоны, редукторы и шланги)

Резюмируя скажем: данный вид сварки предполагает частое использование и уже является настоящим вложением, которое требует отдачи. Хотя для бытового использования в линейках производителей есть доступные аппараты. Например, в серии полуавтоматов FUBAG к таким относится IRMIG 160 и его старшие аналоги.

Аргонодуговая сварка (TIG) – исключительное качество сварного шва

Данный вид сварки не принесет результата, если у сварщика нет должного опыта и подготовки. Начинать с него не стоит, все же инвертор или полуавтомат станут более взвешенным решением.

В отличие от предыдущих способов, здесь вместо проволоки или расходного электрода, используется тугоплавкий электрод из вольфрама с высокой температурой плавления. Процесс проходит в среде защитного газа – аргона. Сам по себе электрод для аргонодуговой сварки не поддается плавлению. Поэтому для шва может использоваться присадочный материал из того, же металла, что и заготовка. В некоторых случаях шов формируется в результате расплавления кромок.

Возможность работать с любыми металлами малых толщин

Высокое качество сварного шва

Широкий диапазон сварочного тока

Тонкая настройка параметров аппаратов

Дополнительные функции для облегчения процесса

Малая скорость сварочного процесса (относительно других видов сварки)

Ручная подача сварочного прутка

Тщательная подготовка заготовки

Дорогостоящий комплект оборудования

Необходимость использования аппарата в закрытом помещении

Тем не менее, данный способ сварки не имеет конкурентов в работе с тонкостенным материалом. Поэтому он всегда остается востребованным для специфических задач.

Что нужно знать о TIG аппаратах ? В зависимости от конструкции устройства могут варить на постоянном и (или) переменном токе. Выбирать сварочник на постоянном токе стоит для стали, нержавейки, титана и меди. Агрегаты на переменном токе подойдут для работы с алюминием и его сплавами.

Некоторые сварочные аппараты обладают функцией импульсной сварки. Она важна при работе с алюминием и материалами, содержащими данный вид металла. При помощи функции можно контролировать тепловложение.

Какие из основных видов сварки предпочтительнее?

Итак, обобщим все вышесказанное. Воспользуйтесь таблицей ниже, чтобы подобрать идеальный вариант сварочного аппарата под ваши запросы.

ВИДЫ МЕТАЛЛОВ

ТОЛЩИНА МЕТАЛЛА, мм

ПРЕИМУЩЕСТВА

ОГРАНИЧЕНИЯ

стали (углеродистая, низколегированная, высоколегированная)

Простота и доступность процесса сварки

Минимальный набор расходных материалов

Сварка в любых положениях

Ограничения по видам и толщинам свариваемых металлов.

Необходимость удаления шлака с деталей.

Все виды сталей, медь, алюминий и его сплавы, чугун

Необходимость в дополнительных расходных материалах и доп. оборудовании

Все виды сталей, медь и ее сплавы, чугун, титан

Алюминий и его сплавы

От 0,5 мм и выше

Возможность сварки любых металлов

Эстетический и качественный шов

Вы можете закрепить материал и узнать больше из нашего видео, в котором приведена классификация видов сварки:

Ручная импульсная дуговая сварка

Корзина

И.В. Макарова
С.В. Федюкин

В настоящее время с развитием инверторных сварочных технологий, микропроцессорного управления сварочными источниками появилось несколько режимов сварки с алгоритмами так называемого «управляемого» каплепереноса. Все они, так или иначе, разбивают сварочный процесс на несколько циклов, во время прохождения которых меняются параметры сварки (исходя из заданного алгоритма). Такие сварочные режимы позволяют облегчить выполнение многих специфических задач. К «умным» режимам можно отнести следующие: для полуавтоматической сварки импульсная сварка (PULS), сварка с минимальным тепловложением для тонкого металла (ColdArc и аналоги), некоторые виды высокоскоростной сварки с модулированием или форсированием дуги (HighSpeed, ForceArc и др), режимы импульсной сварки для неплавящегося электрода Puls TIG. Однако вопрос импульсного режима для сварки штучным электродом до сих пор является открытым, имеются противоположные мнения о его полезности. В данной статье мы попытаемся рассмотреть мнения «pro et contra» и выяснить, какие преимущества (или недостатки) имеет данный режим по сравнению с традиционной сваркой электродом.

Что же представляет собой адаптивный импульсный режим ручной дуговой сварки (АИРД)? Как ясно из названия, имеет место управляемый сварочный процесс, суть которого заключается в повторении микроциклов, состоящих из тока импульса и тока паузы. Сварочный алгоритм задается соотношением четырех основных параметров: величины токов импульса/паузы и времени их действия.

В моменты действия импульса тока происходит расплавление электрода. Величину тока импульса выбирают такой, чтобы обеспечивались: во-первых, оптимальный режим плавления электрода, во-вторых, сварочно-технологические и химические свойства наплавленного металла.

Ток паузы выбирается меньший, чем минимальный ток, рекомендованный для данного типа электрода. На таком токе плавление электрода минимально, а перенос металла носит крупнокапельный характер с короткими замыканиями дугового промежутка. Во время тока паузы сварочная ванна при минимально возможном токе горения дуги должна охладиться и частично закристаллизоваться. Для обеспечения устойчивости и постоянства длинны дуги, а так же для предотвращения замыкания и залипания электрода, ток паузы дополнительно модулируется короткими высокочастотными импульсами, которые стабилизируют дуговой разряд на интервале паузы.

Таким образом плавление основного металла происходит с учетом высокой тепловой инерции сварочной ванны. Регулирование объема, вязкости сварочной ванны и формирование шва выполняется с помощью подбора среднего сварочного тока. Средний ток задается соотношением продолжительности и величин тока импульса и паузы.
На протяжении всего цикла сварки осуществляется непрерывное автоматическое управление параметрами режима сварки. На интервалах коротких замыканий, в моменты перехода капель электродного металла в сварочную ванну, сварочный источник адаптирует свои свойства (выходные характеристики), обеспечивая гарантированное перетекание металла и снижая вероятность прилипания (примерзания) электрода. После окончания короткого замыкания сварочный источник нормирует энергию в момент повторного возбуждения дуги для успокоения колебаний сварочной ванны. Такая адаптация энергетических параметров режима сварки в зависимости от характера переноса электродного металла в сварочную ванну, повышает стабильность, устойчивость процесса сварки в импульсном режиме.

Рис. 1. Временная диаграмма сварочноготока в режиме АИРД.

Разобравшись с принципом действия импульсного режима АИРД, переходим к главному вопросу – а зачем он, собственно, нужен, какие преимущества несет по сравнению с обычной сваркой штучным электродом?

Говоря о преимуществах АИРД, можно выделить два критерия: во-первых, улучшение качественных и прочностных свойств сварного соединения и, во-вторых, фактор упрощения и снижения трудозатратности некоторых видов сварки (корневых проходов, потолочных и вертикальных швов, сварки тонких металлов). Как показали исследования, применение адаптивной импульсно-дуговой сварки позволяет улучшить качественные и прочностные свойства сварного соединения. Так, при сварке труб большого диаметра (1420 мм и 1020 мм) из марганцовистых сталей типа 10Г2С и 17Г1СУ, предназначенных для нефте- и газопроводов повышается однородность структуры и в 2–3 раза уменьшается размер зерна металлов сварного шва и зоны термического влияния основы. Повышается пластичность зон сварного соединения стали типа 10Г2С, увеличивается ударная вязкость металла шва стали 17Г1СУ при положительной температуре (20°С) на 8–27 % и отрицательной (-60°С) на 15–24 %, а также на 25–30 % повышается усталостная прочность сварных соединений в металле шва и зоне термического влияния [1].

Оценка импульсного режима по второму критерию сложна, ибо носит во многом субъективный характер. Многие склоняются к мнению, что импульсный режим для электрода нужен «как собаке пятая нога». Однако отметим несколько важных моментов.
90% дефектов, выявляемых при контроле качества сварных соединений, связано с дефектами в корневых слоях сварных швов: подрезами, непроварами, неметаллическими включениями, порами. Чтобы избежать такого рода дефектов, квалификация сварщика должна быть достаточно высока, так как управление размерами сварочной ванны достигается сложным перемещением плавящегося электрода относительно свариваемого изделия. Аналогичная ситуация существует и для сварки вертикальных и потолочных стыков: для удержания капли и избежания истеков металла сварщик вынужден подстужать сварочную ванну (с помощью перемещения либо оттяжки сварочной дуги). Адаптивный импульсный режим для ручной дуговой сварки позволяет существенно облегчить
работу сварщика и избежать многих дефектов, весьма характерных для сварки корневых, потолочных и вертикальных швов. Чередование интервалов 1) импульса, обеспечивающих расплав электродного металла и тепловую инерцию ванны, и 2) пауз, во время которых металл сварочной ванны остужается и частично кристаллизуется, позволяет обойтись без сложных манипуляций электродом со стороны сварщика. Электрод ведется по одной координате поступательно, сварочная ванна имеет форму «замочной скважины». При этом упрощается технология однопроходной сварки и выполнение корневых проходов при многослойной сварке труб и металлоконструкций без подкладок, также повышается эффективность процесса сварки и улучшается формирование швов. Швы получаются с плавными очертаниями и мелкой чешуйчатостью.

Рис. 2. Внешний вид пульта управления.

Некоторые сварщики критикуют импульсный режим при сварке электродом за своего рода «автоматичность», т. к. управление сварочной ванной происходит во многом за счет заданных параметров, а не за счет манипуляций электродом – дескать, сварщик «не видит», «не чувствует» при таком режиме сварочной ванны. Действительно, восприятие процесса сварщиком в импульсном режиме отличается от традиционного, но это скорее вопрос привычки и практики.

Вторым элементом критики является подбор параметров АИРД под конкретную задачу, а именно большая вариативность такого подбора. Эту проблему может решить выработка определенных сварочных программ для конкретных целей, которые могут быть внесены в техническую документацию в виде технологических карт либо «зашиты» в блоке управления сварочного источника. Во всяком случае, это задача должна решаться производителем соответствующего оборудования.

В написании статьи мы руководствовались опытом, полученным при разработке и внедрении адаптивно-импульсного режима в сварочный источник «МАГМА-315» производства ООО «НПП «ФЕБ» (г. Санкт-Петербург). Источник МАГМА-315 зарекомендовал себя при работе на передвижных установках для строительства и ремонта магистральных нефте- и газопроводов. Из особенностей источника нужно отметить широкий диапазон питающего напряжения (175–570В), отличные мощностные характеристики (ПВ 100% на токе 315А в режиме ММА), небольшие габариты (25 кг.) Расширенный температурный диапазон (от 40°С минус до 40°С) позволяет применять установку на всей территории России от юга до Крайнего Севера.

Реализация АИРД в источнике МАГМА-315 выполнена в виде подключаемого девайса (Блока управления АИРД), который инициирует соответствующую программную надстройку источника. С помощью герметичной пленочной клавиатуры и цифрового суперяркого светодиодного индикатора (Рис. 2), пульт управления позволяет легко устанавливать и настраивать параметры сварочного режима.

Также пульт хранит в памяти 10 наборов параметров сварочного режима, это дает возможность оперативного переключения на предварительно настроенный сварочный режим. Например, переключение между режимами, предназначенными для сварки корня шва на режим, предназначенный для заполнения и далее на режим для облицовки.
Конструкция пульта полностью герметична, имеет степень защиты IP55 и предназначена для работы в полевых условиях.

Алгоритм данного импульсного режима был разработан совместно с НПО «Импульсные технологии» г. Томск под руководством профессора доктора технических наук Сараева Ю.Н. и реализован на базе сварочного инверторного источника «МАГМА-315» производства НПП «ФЕБ»

1. Сараев Ю.Н., Безбородов В.П., Полетика И.М., и др. Улучшение структуры и свойств сварных соединений труб большого диаметра из низколегированной стали при импульсно-дуговой сварке. // Автоматическая Сварка № 12, 2004 г.

Читайте также: