Вах источника сварочного тока

Обновлено: 18.05.2024

Требования к источнику питания определяются родом сварочного тока (постоянный, переменный) и характером его модуляции (непрерывный, импульсный униполярный, импульсный разнополярный, высокочастотный), которые в свою очередь зависят от марки и толщины свариваемого металла.

Источник постоянного тока рекомендуется для сварки большинства материалов средних толщин за исключением алюминиевых сплавов. Сварка выполняется, как правило, дугой прямой полярности (минус на электроде). В сравнении с дугой обратной полярности здесь более благоприятное распределение тепла дуги, поскольку большая его часть идет в анод—свариваемое изделие. Это позволяет увеличить токовую нагрузку на электрод и благодаря этому поднять производительность. Обычно источник представляет собой выпрямитель, состоящий из трансформатора и выпрямительного блока на диодах или тиристорах. Возможно использование и инверторного выпрямителя.

Источник переменного тока используют при сварке алюминиевых сплавов. На него распространяются все вышеизложенные требования, относящиеся к источнику постоянного тока. При этом необходимо учитывать различие физических свойств тугоплавкого вольфрамового электрода и сравнительно легкоплавкого основного металла — алюминия.

Импульсный источник для сварки пульсирующей дугой рекомендуют для соединения деталей малой толщины, поскольку при правильном подборе параметров импульса и паузы удается снизить опасность прожога. Программное управление током осуществляется с помощью маломощного генератора импульсов — полупроводникового мультивибратора.

Источник разнополярных импульсов предназначен для сварки алюминиевых сплавов. Обычно он имеет два силовых канала, каждый из которых включает в себя трансформатор и выпрямительный блок. Один канал предназначен для питания дуги прямой полярности, другой — дуги обратной полярности. С помощью силового полупроводникового коммутатора каналы попеременно подключаются к дуге, генерируя прямоугольные импульсы прямой и обратной полярности.

Высокочастотный источник обычно создаётся на базе инверторного.

Вспомогательные оборудование для сварки в инертных газах

Осцилляторы и возбудители используются для начального зажигания дуги без короткого замыкания электрода на изделие. Они представляют собой источники высокого напряжения и высокой частоты, способные вызывать искровой разряд между электродом и деталью. Для пробоя межэлектродного промежутка длиной 1 мм в воздухе требуется напряжение около 1 — 3 кВ, в аргоне напряжение пробоя снижается. Серийные осцилляторы и возбудители изготовляются на напряжение 2 — 20 кВ. Ток разряда достигает 1 — 10 А, а его энергия 0,05 — 1 Дж. Пробой межэлектродного промежутка приводит к его ионизации, благодаря чему возникает дуга от основного источника. Частота разряда у серийных осцилляторов и возбудителей составляет 100 — 1000 кГц. При такой частоте высокое напряжение безопасно для сварщика, поскольку высокочастотный ток протекает по поверхностным участкам тела и поэтому не вызывает электролиза крови и не повреждает жизненно важных органов. Различают поджигающие устройства непрерывного действия (осцилляторы) и импульсные (возбудители). С основным источником они могут включаться последовательно и параллельно.

Рис. 1. Принципиальная схема осцилляторов параллельного и последовательного включения

Достоинством осциллятора является высокая эффективность бесконтактного зажигания дуги. Его недостатки — низкая надежность разрядника и опасность поражения сварщика высоким напряжением низкой частоты. Разрядник нуждается в частой зачистке вольфрамовых электродов и настройке расстояния между ними. Поражение сварщика высоким напряжением (до 6 кВ) низкой частоты (50 Гц) возможно при попадании напряжения со вторичной обмотки трансформатора T1 непосредственно на дугу, от этого защищает конденсатор C6 и предохранитель F2. Также обязательно заземление корпуса осциллятора.

Недостатком осциллятора параллельного включения является еще и необходимость в громоздком дросселе L. У осциллятора последовательного включения, представленного на рис. 1, такого недостатка нет. Хотя катушка связи L4 этого осциллятора соединена последовательно с основным источником, высокочастотный ток замыкается по цепи L4 — С — дуга. В этой цепи высокое напряжение осциллятора почти полностью приложено к дуге, а источник шунтирован конденсатором C, имеющим малое сопротивление для высоких частот. Недостатком такого осциллятора являются большие размеры катушки связи L4, по которой идет сварочный ток. Поэтому осцилляторы последовательного включения изготовляют на ток не более 400 А, в качестве примера можно привести осциллятор.

Главным преимуществом импульсных возбудителей в сравнении с осцилляторами является отсутствие опасного высокого напряжения низкой частоты. Некоторые из них не имеют и разрядников, что повышает их надежность и снижает уровень радиопомех.

Импульсный стабилизатор предназначен для повторного зажигания дуги переменного тока,особенно при переходе к полупериоду обратной полярности. При сварке алюминия неплавящимся электродом стабилизатор должен генерировать пиковый импульс с амплитудой напряжения Uи = 200 — 600 В. Стабилизатор с частотой следования импульсов 50 Гц стимулирует зажигание дуги только обратной полярности, с частотой 100 Гц — дуги и обратной, и прямой полярности.

Устройства подавления постоянной составляющей переменного тока улучшают условия работы с варочного трансформатора, при этом подавление может быть полным или частичным.Простейшее устройство подавления включает в свой состав диод и резистор. Ток обратной полярности идет беспрепятственно через диод. Ток прямой полярности идет через резистор и поэтому снижается. При переходе на новый режим резистор необходимо заново настраивать. Этот способ из-за больших потерь в резисторе рекомендуется только для маломощных источников.

Источники постоянного тока для сварки в инертных газах

Пост аргоно-дуговой сварки на постоянном токе можно собрать на основе источника общепромышленного назначения. Для этих целей пригодны выпрямители для ручной сварки с крутопадающей характеристикой, например, серии ВД, или тиристорные выпрямители серии ВДУ. Кроме того, необходимы осциллятор или возбудитель, дополненные фильтром высокой частоты. Однако более эффективно использование комплектных специализированных источников, описываемых ниже. Подробно рассмотрим конструкцию специализированной инверторной установки УДГ-350 (рис. 72). Она предназначена для аргоно-дуговой сварки как непрерывной, так и пульсирующей дугой. В ее состав входят автоматический выключатель QF, сетевой фильтр C1—С6, L1—L3, сетевой выпрямительный блок VD, сглаживающий дроссель L4 и четыре транзисторных

Рис. 2. Упрощённая схема установки УДГ-350 УХЛ4

инверторных модуля A1—A4. Каждый инверторный модуль в свою очередь собран из 10 транзисторов по ранее описанной однотактной полумостовой схеме. В составе каждого модуля имеются собственный высокочастотный трансформатор и выпрямительный блок с фильтром. Благодаря этому повышается надежность работы источника, поскольку после выхода из строя одного из модулей установка продолжает работать, хотя и при меньшем токе. Частота инвертора достигает 16 кГц. Внешние крутопадающие характеристики сформированы за счет обратной связи по току, установка обеспечивает плавное регулирование тока с высокой кратностью, а также плавное нарастание тока и заварку кратера. Предусмотрена индикация работоспособности отдельных узлов, что облегчает пуско-наладочные работы. Подобное устройство имеют установки УДГ-1601 иУДГ-2504, а также выпрямитель ВДЧИ-252.

Источники переменного тока для сварки в инертных газах

Пост аргоно-дуговой сварки на переменном токе можно собрать из сварочного трансформатора с механическим регулирующим устройством типа ТДМ или СТШ,возбудителя-стабилизатора ВСД-01 или БП-80 и конденсаторной батареи для подавления постоянной составляющей тока. При сварке на малых токах, если допустимо контактное зажигание дуги, используют трансформаторы ТДК-315 или«Разряд», укомплектованные импульсными стабилизаторами дуги на 50 или 100 Гц.Ниже описаны более эффективные комплектные источники.

Подробно рассмотрим конструкцию специализированной установки УДГ-501-1 (рис. 3). В состав установки входят автоматический выключатель QF, пускатель K1, силовой трансформатор T с переключателем S, диодно-тиpистоpное устpойство VD, VS, блок поджига G с фильтром L, C1, а также не показанные на схеме вентилятор, газовый клапан и система

управления. Силовой трансформаторT с подмагничиваемым шунтом имеет крутопадающую характеристику. Для ступенчатого регулирования тока используют переключатель S, в положении II он обеспечивает параллельное соединение катушек первичной и вторичной обмоток, при котором ток в 3 — 4 раза выше, чем при последовательном соединении, получаемом в положении I. Плавное регулирование тока осуществляется с помощью обмотки шунта, которая получает питание от блока A через резистор R2 «Ток». Заварка кратера обеспечивается плавным снижением тока обмотки шунта при разряде конденсатора C2 на переменный резистор R3 «Время заварки».

Универсальные по роду тока источники

Желательно,чтобы один источник годился для сварки алюминиевых сплавов на переменном токе и остальных металлов на постоянном. Такой источник называют универсальным по роду тока.

Установка УДГУ-302 УХЛ4 (рис. 4) имеет в своем составе автоматический выключатель QF, контактор K, силовой трансформатор T1 с увеличенным рассеянием, вентильный блок V1 — V6, блок подпитки V7, V8, R, импульсный

Рис.4. Упрощённая схема (а), осциллограмма переменного (б) и
постоянного (в) тока установки УДГУ-302 УХЛ4

стабилизатор A1 и возбудитель дуги A2. При сварке на переменном токе работают диод V1, нерегулируемый, т.е. полнофазно включаемый тиристор V3 и попеременно включаемые регулируемые тиристоры V5, V6. Так, в полупериоде прямой полярности ток идет по цепи T1—V5—дуга—V1—T1, а в полупериоде обратной полярности по цепи T1—V3— дуга—V6—T1. С помощью тиристоров V5, V6 не только регулируется ток и формируется падающая характеристика, но еще и подавляется постоянная составляющая. При сварке на постоянном токе работают диод V1 и тиристоры V2, V4, V5, образуя несимметричную однофазную мостовую схему выпрямления, в которой поочередно работают то пара вентилей V1, V5, то пара V2, V4. При сварке на постоянном и переменном токе используется блок подпитки. При сварке на постоянном токе подпитка при указанном на схеме положении контакта S образована диодами V7, V8 и балластным реостатом R. При сварке на переменном токе контакт S переключается, поэтому подпитка выполнена прямо от трансформатора T1 через балластный реостат R. Осциллограмма переменного тока показана на рис. 4,б, а постоянного тока — на рис. 4,в.

Источники разнополярных импульсов

Источник с индуктивными накопителями энергии (ИНЭ) И126 предназначен для сварки алюминия разнополярными импульсами (рис. 5). В его состав входят два автономных источника постоянного тока — регулируемые выпрямители G1 и G2, а также индуктивные накопители — дроссели L1 и L2, разделительные диоды VD1 и VD2, тиристорный коммутатор VS1, VS2 и коммутирующий конденсатор C. Как видно, выпрямитель G1 с накопителем L1 питает дугу прямой полярности по цепи G1—L1— дуга—VD2—VS2, а выпрямитель G2 c накопителем L2 питает дугу обратной полярности по цепи G2—L2— дуга—VD1—VS1.

Рис. 5. Силовая часть схемы источника
разнополярных импульсов И-126

При колебаниях напряжения дуги ток импульса благодаря высокой электромагнитной инерции накопителей практически не меняется, следовательно, крутопадающая внешняя характеристика в источнике с ИНЭ формируется параметрически. Для начального зажигания дуги источник комплектуется осциллятором параллельного включения G3 с фильтром высоких частот. Система управления обеспечивает плавное нарастание тока в начале и плавный спад в конце сварки.

Источники сИНЭ могут генерировать и униполярные импульсы для сварки пульсирующей дугой дpугих металлов за исключением алюминия.

Высокочастотные источники для сварки в инертных газах

В качестве примера рассмотрим источник ИПИД-80 (рис. 6). В его состав входят понижающий трансформатор T, неуправляемый выпрямитель VD, транзисторный регулятор мощности VT1, коммутатор высокочастотных импульсов VT2, осциллятор G и система управления. Транзисторный регулятор VT1 осуществляет широтно-импульсное регулирование режима с частотой 1 — 2 кГц. Он состоит из двух транзисторных ключей, работающих со сдвигом по фазе на 180″.

Рис. 6. Блок-схема высокочастотного источника ИПИД-80

Регулятор, используя сигналы обратной связи по току и напряжению, формирует необходимые внешние характеристики. Благодаря высокому быстродействию транзисторного регулятора источник может быстро переходить от одного типа характеристики к другому. Так, при контактном поджиге дуги в течение десятых долей секунды используется крутопадающая характеристика, что предотвращает перегрев вольфрамового электрода. После этого за тысячные доли секунды источник переходит к работе с пологопадающей характеристикой, при которой благодаря своеобразному саморегулированию по плавлению основного металла стабилизируются размеры сварочной ванны.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Вольт-амперная характеристика дуги (ВАХ)

Статическая вольт-амперная характеристика дуги показывает зависимость между установившимися значениями тока и напряжения дуги при постоянной ее длине.

Характеристика имеет три области

Первая область I характеризуется резким падением напряжения Uд на дуге с увеличением тока сварки Iсв. Такая характеристика называется падающей и вызвана тем, что при увеличении тока сварки происходит увеличение площади, а следовательно, и электропроводности столба дуги.

Во второй области II характеристики увеличения тока сварки не вызывают изменения напряжения дуги. Характеристика дуги на этом участке называется жесткой. Такое положение характеристики на этом участке происходит за счет увеличения сечения столба дуги, анодного и катодного пятен пропорционально величине сварочного тока. При этом плотность тока и падение напряжения на протяжении всего участка не зависят от изменения тока и остаются почти постоянными.

В третьей области III с увеличением сварочного тока возрастает напряжение на дуге Uд. Такая характеристика называется возрастающей. При работе на этой характеристике плотность тока на электроде увеличивается без увеличения катодного пятна, при этом возрастает сопротивление столба дуги и напряжение на дуге увеличивается.

Род тока при сварке - постоянный или переменный, полярность на постоянном токе может быть прямой (минус от источника на электроде), или обратной (минус от источника присоединяется к детали).

Ток обратной полярности применяют при сварке тонкого металла легкоплавких сплавов, легированных, специальных и высокоуглеродистых сталей, чувствительных к перегреву, при полуавтоматической сварке арматуры и металлоконструкций легированной проволокой сплошного сечения, при сварке электродами с фтористо-кальциевым покрытием.

При сварке на переменном токе полярность электродов и условия существования дуги периодически изменяются в соответствии с частотой тока.

В каждом полупериоде ток и напряжение меняют полярности при переходе синусоиды через нулевое значение. Дуга при этом угасает, температура активных пятен и дугового промежутка снижается. Повторное зажигание дуги в новом полупериоде происходит при повышенном напряжении - пике зажигания, которое выше напряжения на дуге.

Для повышения устойчивости дуги переменного тока добавляют в покрытия электродов и сварочные флюсы такие материалы, как мел, мрамор, полевой шпат и др., содержащие калий, натрий, кальций и другие элементы.

Газы, вводимые в зону горения дуги для защиты расплавленного металла, оказывают влияние на зажигание дуги переменного тока. При сварке с инертными газами (гелий, аргон) зажигание дуги затруднено, но возбужденная дуга горит устойчиво.

При сварке вольфрамовым электродом в среде аргона происходит испарение частиц металла с поверхности сварочной ванны и ближайших холодных зон, вместе с которыми удаляются и окисные пленки, что улучшает условия сварки и качество шва.

Углекислый газ при сварке на переменном токе действует отрицательно, поэтому сварка в углекислом газе применяется преимущественно на постоянном токе обратной полярности.

Источники питания сварочной дуги имеют также свои вольт-амперные характеристики, которые могут быть падающими, жесткими и возрастающими.

Для стабильного горения дуги необходимо, чтобы было равенство между напряжениями и токами дуги (Uд, Iд) и источника питания (Uп, Iп).

Источники питания с падающей и жесткой характеристиками применяют при ручной дуговой сварке, с возрастающей характеристикой - при полуавтоматической сварке, с жесткой и возрастающей - при автоматической сварке под флюсом и для наплавки.

Устойчивое горение сварочной дуги возможно только в том случае, когда источник питания сварочной дуги поддерживает постоянным необходимое напряжение при протекании тока по сварочной цепи.

Работу сварочной цепи и дуги нужно рассматривать при наложении статической вольт-амперной характеристики (ВАХ) сварочной дуги на статическую вольт-амперную характеристику источника питания (называемую также внешней характеристикой источника питания) .

Ручная электросварка обычно сопровождается значительными колебаниями длины дуги. При этом дуга должна гореть устойчиво, а ток дуги не должен сильно изменяться. Также часто требуется увеличить длину дуги, поэтому дуга должна иметь достаточный запас эластичности при удлинении, т. е. не обрываться.

Статическая характеристика сварочной дуги при ручной сварке обычно является жесткой, и отклонение тока при изменении длины дуги зависит только от типа внешней характеристики источника питания. При прочих равных условиях эластичность дуги тем выше, а отклонение тока дуги тем меньше, чем больше наклон внешней характеристики источника питания. Поэтому для ручной электросварки применяются источники питания с падающими внешними характеристиками. Это дает возможность сварщику удлинять дугу, не опасаясь ее обрыва, или уменьшать длину дуги без чрезмерного увеличения тока. Также обеспечиваются высокая устойчивость горения дуги и ее эластичность, стабильный режим сварки, надежное первоначальное и повторное зажигание дуги благодаря повышенному напряжению холостого хода, ограниченный ток короткого замыкания.

Ограничение этого тока имеет большое значение, так как при ручной дуговой сварке происходит переход капли расплавленного металла электрода на изделие, и при этом возможно короткое замыкание.

При больших значениях тока короткого замыкания происходят прожоги металла, прилипание электрода, осыпание покрытия электрода и разбрызгивание расплавленного металла. Обычно значение тока короткого замыкания больше тока дуги в 1,2-1,5 раз.

Основными данными технических характеристик источников питания сварочной дуги являются напряжение холостого хода, номинальный сварочный ток, пределы регулирования сварочного тока.

Напряжение холостого хода источника сварочного тока - напряжение на его зажимах при отсутствии дуги, номинальный сварочный ток - допустимый по условиям нагрева источника питания ток при номинальном напряжении на дуге.

В процессе сварки непрерывно меняются значения тока и напряжения на дуге в зависимости от способа первоначального возбуждения дуги и при горении дуги - характера переноса электродного металла в сварочную ванну.

При сварке капли расплавленного металла замыкают дуговой промежуток, периодически изменяя силу тока и длину дуги, происходит переход от холостого хода к короткому замыканию, затем к горению дуги с образованием капли расплавленного металла, которая вновь замыкает дуговой промежуток. При этом ток возрастает до величины тока короткого замыкания, что приводит к сжатию и перегоранию мостика между каплей и электродом. Напряжение возрастает, дуга вновь возбуждается, и процесс периодически повторяется.

Изменения тока и напряжения на дуге происходят в доли секунды, поэтому источник питания сварочной дуги должен обладать высокими динамическими свойствами, т. е. быстро реагировать на все изменения в дуге.

Выбор параметров режима

Сварку обычно выполняют на постоянном токе обратной полярности. Иногда возможна сварка на переменном токе. При прямой полярности скорость расплавления в 1,4-1,6 раз выше, чем при обратной, однако дуга горит менее стабильно, с интенсивным разбрызгиванием.

Диаметр электродной проволоки

Выбирают в пределах 0,5-3,0 мм в зависимости от толщины свариваемого материала и положения шва в пространстве. Чем меньше диаметр проволоки, тем устойчивее горение дуги, больше глубина проплавления и коэффициент наплавки, меньше разбрызгивание.

Больший диаметр проволоки требует увеличения сварочного тока.

Сварочный ток

Устанавливают в зависимости от диаметра электрода и толщины свариваемого металла. Сила тока определяет глубину проплавления и производительность процесса в целом. Ток регулируют скоростью подачи сварочной проволоки.

Напряжение на дуге

С ростом напряжения на дуге глубина проплавления уменьшается, а ширина шва и разбрызгивание увеличиваются. Ухудшается газовая защита, образуются поры. Напряжение на дуге устанавливают в зависимости от выбранного сварочного тока и регулируют положением вольт-амперной характеристики, изменяя напряжение холостого хода источника питания.

Скорость подачи электродной проволоки

Связана со сварочным током. Устанавливают с таким расчетом, чтобы процесс сварки происходил стабильно, без коротких замыканий и обрывов дуги

Скорость сварки

Устанавливают в зависимости от толщины свариваемого металла с учетом качественного формирования шва. Металл большой толщины лучше сваривать узкими швами на высокой скорости.

Медленная сварка способствует разрастанию сварочной ванны и повышает вероятность образования пор в металле шва.

При чрезмерной скорости сварки могут окислиться конец проволоки и металл шва.

Расход защитного газа

Определяют в зависимости от диаметра проволоки и силы сварочног о тока. Для улучшения газовой защиты увеличивают расход газа, снижают скорость сварки, приближают сопло к поверхности металла или используют защитные экраны.

Вылет электрода

Расстояние от точки токоподвода до горна сварочной проволоки. С увеличением вылета ухудшаются устойчивость горения дуги и формирование шва, интенсивнее разбрызгивается металл. Малый вылет затрудняет процесс сварки, вызывает подгорани газового сопла и токоподводяшего наконечника.

Выпуск электрода

Расстояние от сопла горелки до торца сварочной проволоки. С увеличением выпуска ухудшается газовая зашита зоны сварки. При малом выпуске усложняется техника сварки, особенно угловых и тавровых соединений.

Вылет и выпуск зависят от диаметра электродной проволоки:

Диаметр проволоки, мм

Вылет электрода, мм

Выпуск электрода, мм

Расход газа, л/мин

Оптимальная совокупность параметров режима делает процесс стабильным на трех стадиях:

1 - при зажигании дуги и установлении рабочего режима сварки;
2 - в широком диапазоне рабочих режимов;
3 - в период окончания сварки.

Процесс сварки считается стабильным, если электрические и тепловые характеристики его не изменяются во времени или изменяются по определенной программе. В связи с этим механизированную сварку в защитных газах ведут стационарной дугой, импульсно-дуговым способом, с синергетической системой управления.

Сварка стационарной дугой

Случайные колебания скорости подачи электродной проволоки и длины дуги могут нарушить стабильность процесса, привести к коротким замыканиям. обрыву дуги. Во избежание этого необходимо изменять скорость плавления электрода, т.е. соответствующим образом варьировать силу сварочного тока.

вольт-амперная характеристика дуги (ВАХ дуги) в защитных газах при плавящемся электроде имеет возрастающий характер.

В определенный момент стабильного процесса сварки скорость подачи электродной проволоки V_п1 равна скорости плавления V_пл1. При этом параметры по току и напряжению определялись рабочей точкой А₁ с длиной дуги l_д1. Допустим, что в связи со сбоями в механизме подачи проволоки скорость подачи уменьшилась. Тогда возникает относительная скорость плавления ΔV_пл = V_пл1 - V_п2, которая приводит к перемещению рабочей точки в новое положение - А₂. Оно характеризуется уменьшением сварочною тока (Δl), что приводит к уменьшению первоначальной скорости плавления. Процесс сварки вернулся в точку А₁ с длиной дуги l_д1. Этот процесс носит название -саморегулирование по длине дуги. Оно становится интенсивнее при более жесткой волыамперной характеристике источника питания.

При сварке от источника с жесткой характеристикой сварщик корректирует режим по току, регулируя скорость подачи проволоки. Однако при этом изменяются длина дуги и напряжение на ней. Для поддержания нужной длины дуги при настройке режима следует корректировать вольт-амперную характеристику ИП, переходя с одной (I) на другую (II).

Стабильность дуги, особенно в потолочном положении, а также размеры шва и его качество зависят от вида переноса электродного металла через дуговой промежуток. Таких видов переноса существует три.

1. Крупнокапельный перенос с короткими замыканиями дуги. Образуются капли размером в 1,5 раза превышающие диаметр электродной проволоки. Процесс сопровождается короткими замыканиями с естественным импульсно-дуговым процессом, обусловленным параметрами режима. Напряжение на дуге периодически снижается до 0 и в момент отрыва капли увеличивается до рабочего значения. Ток в момент короткого замыкания возрастает, что приводит к отрыву капли электродного металла.

Процесс протекает с разбрызгиванием металла, что ухудшает внешний вид сварного соединения, приводит к непроварам, чрезмерной выпуклости шва.

2. Среднекапельный перенос без коротких замыканий.

Дуга горит непрерывно, а электродный металл переносится через дугу каплями, диаметр которых близок к диаметру проволоки.

Сварка идет с периодическим изменением напряжения на дуге и сварочного тока.

Импульсно-дуговой процесс зависит от параметров режима сварки и также сопровождается разбрызгиванием, снижается качество шва.

3. Струйный перенос.

Дуга горит непрерывно, оплавленный конец электрода вытянут конусом, с которого в сварочную ванну стекают капли размером менее 2/3 диаметра электрода. Масса капли невелика, поэтому электродный металл легко переносится в ванну при сварке во всех пространственных положениях.

Разбрызгивание при струйном переносе незначительно. Производительность высока. Получить струйный перенос можно в аргоне. В углекислом газе такой перенос достигается при высокой плотности сварочного тока или при проволоках, активированных редкоземельными элементами

Управляемый перенос электродного металла с требуемыми размерами капель успешно достигается при импульсно-дуговом процессе, когда периодически измененяют напряжение на дуге и ток сварки.

Импульсно-дуговая сварка

Импульсно-дуговая (нестационарной дугой) сварка способом MIG/MAG возможна при низком сварочном токе во всех пространственных положениях шва при минимальном разбрызгивании и качественном формировании шва.

Существуют два основных вида переноса электродного металла:

с непрерывным горением дуги - "длинной дугой";
с короткими замыканиями дугового промежутка - "короткой дугой"

Особенность импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом состоит в том, что процессом переноса электродного металла можно управлять. При сварке "длинной дугой" возможны две разновидности переноса:

один импульс - одна капля;
один импульс - несколько капель.

Перенос "короткой дугой" характерен для сварки в углекислом газе. Нестабильность и усиленное разбрызгивание электродного металла определяются свойствами источника питания и зависят от характера изменения мгновенной мощности как в период горения дуги, так и при коротком замыкании.

При импульсно-дуговой сварке способом MIG/MAG эффективно синергетическое управление процессом.

Синергетическое управление

Инверторные источники питания позволяют ускорить изменения параметров по току до 1000 А/мс. Высокое быстродействие источника способствует оптимальному выбору токов импульса и паузы, времени импульса и паузы, частоты импульса в зависимости от скорости подачи проволоки Это обеспечивает стабильный перенос капли электродного металла за один импульс.

В современных полуавтоматах внедрены микропроцессорные технологии управления импульсными процессами сварки в зависимости от марки стали, диаметра проволоки, вида защитного газа. Такие системы называются синергетическими.

Благодаря предварительному программированию импульсных режимов во время сварки регулируются только два параметра: сварочный ток и длина дуги. Синергетическое оборудование легко перестраивает режимы сварки в зависимости от марки свариваемой стали, диаметра электродной проволоки и вида защитною газа.

В синергетической системе оборудования фирмы "Кемппи" запрограммированы оптимальные параметры режима сварки для различных комбинаций материала: углеродистая сталь, нержавеющая сталь, алюминиевые сплавы; диаметров электродной проволоки сплошного сечения: 1,0; 1,2; 1,6 мм; времени заварки кратера.

Для каждого диаметра проволоки имеется широкий диапазон токовых значений режима, который позволяет сваривать материалы разной толщины и во всех пространственных положениях. Синергетические системы повышают производительность на 20% по сравнению с обычной сваркой MIG/MAG.

Вольт-амперные характеристики источников сварочного тока

ВДМ-6301

Статические характеристики источников сварочного тока

Вольт-амперной характеристикой дуги называют зависимость между напряжением и током дуги в установившемся (статическом) режиме. Напряжение в процессе сварке зависит от длины дуги, чем длиннее сварочная дуга, тем выше напряжение. Чем круче вольт-амперная характеристика источника сварочного тока, тем меньше влияет длина сварочной дуги на сварочный ток.

При ручной сварке статическая характеристика сварочной дуги обычно является жесткой, и отклонение тока при изменении длины дуги зависит только от типа внешней характеристики источника питания.

Внешняя вольт-амперная характеристика представляет собой зависимость Uи= f(Iд), которую в общем виде получим из анализа схемы энергетической системы «источник- дуга»

Источник может pаботать в одном из тpех режимов: холостой ход, нагpузка, коpоткое замыкание.

При холостом ходе дуга не горит, ток отсутствует. В этом случае напряжение источника, называют напряжением холостого хода, максимальное напряжение источника

При нагрузке по дуге и источнику идет ток, напряжение, ниже, чем при холостом ходе, на величину падения напряжения внутри источника.

Экспериментально внешняя характеристика источника снимается измерением напряжения и тока при плавном изменении сопротивления нагрузки, при этом дуга обычно имитируется линейным активным сопротивлением-балластным реостатом.

Графическое представление полученной зависимости напряжения от тока и есть внешняя вольт- амперная характеристика источника. При уменьшении сопротивления нагрузки увеличивается ток и снижается напряжение источника. Таким образом, в общем случае внешняя вольт- амперная характеристика источника- падающая.

Оценим коэффициент полезного действия источников тока и режимов их работы. Очевидно, что для повышения коэффициента полезного действия, т.е. повышения эффективности расходования энергии, следует уменьшать внутренние сопротивление источника. Самый высокий коэффициент, близкий к единице, получается при самых малых сварочных токах, когда сопротивление приближается к бесконечности.

Динамические свойства источника сварочного тока

Динамические свойства характеризуются временем восстановления напряжения с момента короткого замыкания, до рабочего значения, когда горит дуга. Чем быстрее восстанавливается напряжение, тем лучше динамичнее свойства источника тока

Процессы в реальной системе «источник — дуга» чрезвычайно быстры. Интервалы установившегося состояния длятся не более нескольких секунд. Переходные процессы возникают от воздействия со стороны сварщика вызывают, переход от режима холостого хода к короткому замыканию и далее к режиму нагрузки, плавное снижение тока при удлинении дуги в конце сварки. Процессы могут вызываться внешним воздействием, такими, как колебания напряжения сети, или внутренними, возникающими, например, при капельном переносе электродного металла. Импульсные воздействия могут генерироваться источником для управления переносом электродного металла и формированием шва. Но чаще пульсирующий характер питающего напряжения считается недостатком, такое напряжение имеют, например, трехфазные сварочные выпрямители и особенно однофазные выпрямители без сглаживающего фильтра. В режиме непрерывного переходного процесса идет сварка дугой переменного тока. В этой связи возникает вопрос о правомерности понятия статической вольт- амперной характеристики применительно к источникам переменного и выпрямленного не сглаженного тока. Однако доказано,что если статическая характеристика такого источника построена для действующих(или средних) значений тока и напряжения, то почти все выводы, полученные для источника постоянного тока, с известной точностью pаспpостpаняются и на нее.

В простейших источниках необходимый уровень динамических свойств обеспечивался подбором таких параметров источника, как напряжение холостого хода, внутреннее сопротивление, а также индуктивность сварочной цепи.

Развиваются также источники с обратными связями. В них с помощью датчиков тока и напряжения контролируется фактическое значение характеристик переходного процесса(пикового тока, длительности короткого замыкания и т.д.), а после сопоставления их с регламентированными значениями система управления воздействует на источник, приводя эти характеристики в норму. Этот принцип управления динамическими свойствами назван компенсационным.

Разумеется, в конкретном источнике могут сочетаться несколько принципов управления.

Проверка свойств сварочных свойств источников питания

Для испытания источников питания ручной дуговой сварки применяют дифференцированный и совокупный методы.

Дифференцированный метод применяют для оценки:

начального зажигания дуги;
стабильности процесса сварки;
разбрызгивания металла;
качества формирования шва;
эластичности дуги.

Совокупный метод испытаний применяют при сравнительных испытаниях для оценки сварочных свойств в целом по единичному обобщенному показателю, при этом сравнение проводят с двумя образцовыми источниками питания с заранее известными и различными по значению показателями сварочных свойств.

Для испытания источников питания автоматической и полуавтоматической сварки в углекислом газе применяют дифференцированный метод, по которому оценивают:

надежность установления процесса сварки;
потери металла;
качество формирования шва.

Дифференцированный метод оценки сварочных свойств источников питания ручной дуговой сварки применяют при периодических, типовых, предварительных и приемочных испытаниях, а источников питания сварки в углекислом газе, кроме того, при сравнительных испытаниях.

При предварительных, приемочных и сравнительных испытаниях, наряду с оценкой сварочных свойств источников, проводят оценку сварочных свойств серийного источника того же назначения.

Подбор силы тока и диаметра электрода

Под режимом сварки понимают группу контролируемых параметров, определяющих ее условия. Параметры режима сварки подразделяют на основные и дополнительные.

К основным параметрам режима ручной сварки относят Силу тока, род и полярность тока, напряжение на дуге, диаметр электрода и скорость сварки. К дополнительными параметрам, состав и толщина покрытий электрода, положение электрода и положение изделия при сварке.

Самым важным и первичным этапом в определение режимов сварки является подбор диаметра электродов. Диаметр электрода выбиратеся в зависимости от толщины металла и пространственного положения сварного шва и вида соединения. Примерное соотношение между толщиной металла S и диаметром электрода при сварке шва приведено в таблице ниже. Пространственные положение в которых можно варить электродами указана на пачке. Подробнее об обозначении характеристик электродов и их расшифровке читайте в статье Покрытые электроды, характеристики, технические требования. Классификация, маркировка ГОСТ 9466-75

Сварные шва вертикальные, горизонтальные и потолочные вне зависимости от толщины металла варят электродами диаметром как правило 3 мм максимум до 4 мм, чтобы избежать стекание жидкого металла и шлака из сварочной ванны.

Также корень шва выполняют электродами диаметром не более 3 мм, для обеспечения полного провара, а последующие слои шва выполняют электродами большего диаметра.

Настройка силы тока в зависимости от диаметра электрода

Силу сварочного тока выбирают в зависимости от марки и диаметра электрода, при этом учитывают положение шва в пространстве, вид соединения, толщину и химический состав свариваемого металла, а также температуру окружающей среды. Сварочный ток — один из главных параметров процесса сварка, от которого зависит качество и надежность полученного сварного шва. При учете всех указанных факторов необходимо стремиться работать на оптимально возможной силе тока обеспечивающем стабильный процесс сварки.

Важно: Сварочный ток и диаметр электрода взаимосвязаны.

К выбору сварочного тока нужно подходить ответственно! Неправильно выбранный сварочный ток приведет к дефектам. При слишком большой силе тока будут получать прожоги свариваемых деталей. При недостаточной силе сварочного тока металл не будет плавиться получаться непровары и несплавления.
Ничего сложного в выборе сварочного тока нет. Рекомендации по выбору силы тока можно найти на пачке с электродами или в справочниках и нормативных документах. Рекомендованные усредненные значения сварочного тока приведены в таблице ниже. В зависимости от пространственного положения сварного шва, значение силы тока необходимо корректировать, так для сварки вертикальны и потолочных швов силу тока уменьшают на 10-15%. Не следует забывать, что для этих положений сварки диаметр электрода не должен превышать 4 миллиметров. При следовании этим правилам процесс сварки будет идти стабильно и металл не будет стекать из сварочной ванны. Подробней про технику сварки в различных пространственных положениях читайте в статье: Техника ручной дуговой сварки покрытыми электродами

Напряжение сварочной дуги на аппаратах выставляется автоматически, так что этот параметр не рассматриваем

Таблица 1 — Выбор диаметра электрода при сварке стыковых соединений

Толщина деталей, мм	1,5-2,0	3,0	4,0-8,0	9,0-12,0	13,0-15,0	16,0-20,0	более 20
Диаметр электрода, мм	1,6-2,0	3,0	4,0	4,0-5,0	4,0-5,0	4,0-5,0	4,0-5,0

Таблица 2 — Выбор диаметра электрода при угловых и тавровых соединений

Катет шва, мм	3,0	4,0-5,0	6,0-9,0
Диаметр электрода, мм	3,0	4,0	5,0

Силу сварочного тока определяют по формуле

где d_э — диаметр электрода (электродного стержня), мм;

j — допускаемая плотность тока, А/мм 2 .

При приближённых подсчётах величина сварочного тока может быть определена по одной из следующих формул:

где dэ — диаметр электрода (электродного стержня), мм;

k₁, k₂, α — коэффициенты, определённые опытным путём:

Рекомендации по выбору силы тока можно найти на пачке с электродами или в справочниках и нормативных документах.

Покрытие электрода	Диаметр электрода, мм	Ток, А
Основное (электроды УОНИ-13/55, ЦУ-5,	2,5	70-90
ТМУ-21У, ТМЛ-3У, ТМЛ-1У, ЦЛ-39 и др.)	3,0	90-110
4,0	120-170
5,0	170-210
Рутиловое (электроды МР-3, ОЗС-4, АНО-6 и др.)	2,5	70-90
3,0	90-130
4,0	140-190
5,0	180-230