Вольт амперная характеристика в сварке

Обновлено: 19.09.2024

Вообще только сейчас подумал, что динамическая ВАХ - свойство не дуги, а источника. Дуга вполне статична. А вот собственно процесс сварки включает в себя всякие там поджиги и прочие переносы капель и чем шустрее эти изменения отрабатывает источник (т.е чем лучше у него динамические характеристики) тем лучше идёт процесс. Чем жирнее дроссель на выходе - тем хуже динамика

BAN , надо замутить ОС по напряжению.

И вставить в сварочную цепь дроссель, либо подобрать АЧХ ОС для эмуляции дросселя электронным способом.

6. Прошу прощения за получившуюся длинную паузу, но, чтобы довести тему до конца, продолжу о самом интересном - взаимосвязи формы ВАХ источника и удобстве и качестве работы сварщика.

Напомню виды ВАХ для ММА на примере которых удобно проиллюстрировать суть дела:

Первая картинка описывает «классику жанра» поведение источника с регулировкой тока с помощью балласта, вторая «старого доброго» тиристорного или простого «без затей» инверторного источника, третья - современного профессионального инвертора.

Напомню, синяя кривая – это ВАХ дуги данная нам природой повлиять на нее можно только одним способом - удалять электрод от детали - дуга будет длиннее напряжение дуги возрастет – кривая, сохранив форму, пойдет выше, либо приближать электрод к детали – соответственно напряжение дуги понизится и синяя кривая будет идти ниже.

Красная кривая – ВАХ источника , а зеленый овал – типовая область пересечения ВАХ дуги и источника при нормальном режиме сварки при постоянной или мало меняющейся длинне и, соответственно, напряжении дуги (синяя кривая при этом синхронно приподнимается или опускается).

Три гиперболических кривых – это подсказки кривые равной мощности, условно Р1, Р2, Р3 (на представленном графике 0,6 кВт, 1,3 кВт и 2 кВт соответственно (произведение тока на напряжние в любой точке этих кривых величина постоянная).

Суть происходящего при сварке ММА: Для получения ровного шва при ВАХ источника первого или второго типа необходимо строго выдержывать постоянную длину дуги. Увеличение длинны приводит к повышению мощности выделяемой дугой и более интенсивному плавлению электрода и разбрызгиванию, снижение длинны приводит к снижению мощности выделяемой дугой, остыванию ванны и увеличению риска «залипания» электрода. Для более тонкого управления сваркой во многих случаях необходимо совершать сложные точно выверенные манипуляции электродом, чем с успехом пользуются высококлассные сварщики, но все равно возможности управления сваркой существенно ограничены.

Источники способные реализовывать более сложные комбинированные ВАХ (например как на третьем рисунке кстати не самую мудреную из возможных) предоставляют большую свободу и удобства в работе, позволяя избегать грубых ошибок новичкам и быть виртуозным инструментом в руках Мастера. Работает такая система источник-дуга-сварщик следующим образом. В нормальной длинне дуги (зеленый овал) все как обычно. При сближении электрода с деталью сверх допустимого (напряжение дуги идет в низ) ток сварки, а соответственно мощность существенно повышаются, ванна остается горячей, а электрод плавиться быстрее, в результате (при достаточном запасе источника по току) спровоцировать залипание электрода практически не возможно, даже если с силой давить на электрод. При увеличении длинны (напряжения) дуги сверх заданного уровня, ток и мощность дуги быстро падают но остаются достаточными для ее поддержания без обрыва, при этом ванна охлаждается и появляется возможность ее эффективно контролировать.

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.

Жесткая и падающая вольт-амперная характеристика

Статическая вольтамперная характеристика является зависимостью напряжения дуги от поступаемого сварочного тока при постоянном значении длины дуги. Эта характеристика напрямую зависит от источника питания. Существует три типа статических характеристик:

падающая;
жесткая;
возрастающая.

Сварку, производимую в обычных условиях или с использованием аргона, характеризует первый тип вольтамперной характеристики. При этом используемый сварочный ток имеет небольшие значения силы тока (до 80 Ампер), позволяя получать сварные швы небольшого размера.

При возрастании силы тока, используемой при сварке в обычных условиях, процесс ионизации активизируется и при этом возрастает площадь получаемого сечения дуги, что значительно облегчает процесс сварки. При сварочной дуге в аргонной среде происходит интенсивная ионизация непосредственно самой газовой среды со значительным повышением температуры защитного газа.

Сварочная дуга, которая возникает при силе тока от 80 до 300 Ампер, характеризуется вторым типом, для которого свойственно сложение низких значений напряжения. При этом площадь получаемого сечения будет пропорциональна значению силы тока, используемого при сварке, что позволяет получать швы необходимого размера и соединять различные конструкции, выполненные из разнообразных материалов. Проводимость сварочной дуги при этом остается постоянной.

При сварке с силой тока, превышающей 300 Ампер, говорят о возрастающей вольтамперной характеристике. При этом возникающее напряжение увеличивается в результате скопления большого количества заряженных частиц на электроде, автоматически вызывая падение напряжений на катоде.

Таким образом, можно сказать, что для падающей статической вольтамперной характеристики свойственно увеличение силы тока при снижении напряжения. Для жесткой – характерна независимость напряжения от силы тока. Для возрастающей – свойственно увеличение напряжения при возрастающем сварочном электрическом токе.

В процессе ручной сварки электродом с легирующим покрытием характеристика будет падающей, при возрастании силы тока она будет переходить в жесткую. При сварке с использованием флюса или в углекислой среде жесткая статическая характеристика будет переходить в растущую. При неизменной силе тока напряжение может меняться только от длины дуги.

2.1.2. Вольт-амперная характеристика дуги (вах)

Важнейшей характеристикой дуги является зависимость напряжения на ней от величины тока. Эта характеристика называется волтамперной. Имеет место статическая вольт-амперная характеристика и динамическая вольт-амперная характеристика.

С ростом тока i

увеличивается температура дуги, усиливается термическая ионизация, возрастает число ионизированных частиц в разряде и падает электрическое сопротивление дуги
.
Напряжение на дуге равно
.
Зависимость напряжения на дуге от тока при медленном его изменении называется статической вольт-амперной характеристикой дуги.

Статическая характеристика дуги зависит от расстояния между электродами (длины дуги), материала электродов и параметров среды, в которой горит дуга.

а) Статическая вольт-амперная характеристика

,
—
напряжение на дуге;
—
сумма околоэлектродного падений напряжений;
—
напряженность поля в столбе дуги;

l
—
длина дуги.

Величина l

зависит от тока и условий, в которых горит дуга. Статические вольт-амперные характеристики дуги имеют вид:

Чем больше длина дуги, тем выше лежит ее статическая вольт-амперная характеристика. С ростом давления среды, в которой горит дуга, также увеличивается напряженность Е

и поднимается вольт-амперная характеристика. Охлаждение дуги существенно влияет на эту характеристику. Чем интенсивнее охлаждение дуги, тем больше от нее отводится мощность. При этом должна возрастать мощность, выделяемая дугой. При заданном токе это возможно за счет увеличения напряжения на дуге. Таким образом, с ростом охлаждения вольт-амперная характеристика поднимается. Этим широко пользуются в дугогасительных устройствах аппаратов.

ВАХ дуги (рис.1) приведена для небольших плотностей токов (до 100 А/мм 2 ). При дальнейшем увеличении тока ВАХ становится горизонтальной. Если продолжить увеличение тока – напряжение начнет увеличиваться.

Эластичность сварной дуги.

При проведении сварки необходимо учитывать длину дуги, используемой при сварке, так как от неё напрямую зависит такая важная характеристика как эластичность.

Для получения качественного сварного шва необходимо бесперебойное горение сварочной дуги, которое характеризуется эластичностью сварной дуги. Говорят, что дуга достаточно эластична, если сварочный процесс остается устойчивым при увеличении длины сварной дуги.

Получаемая эластичность находится в прямой пропорциональной зависимости от значения силы тока. При высоких изменяющихся параметрах источника питания происходит сокращения переходного периода при различных изменениях в электрической системе, что позволяет получать качественное соединение за короткий промежуток времени.

Вольт-амперная характеристика дуги

В начальный момент для возбуждения дуги необходимо несколько большее напряжение, чем при ее последующем горении. Это объясняется тем, что при возбуждении дуги воздушный зазор недостаточно нагрет, степень ионизации невысокая и необходимо напряжение, способное сообщить свободным электронам такую энергию, чтобы при их столкновении с атомами газового промежутка могла произойти ионизация. Увеличение концентрации свободных электронов в объеме дуги приводит к интенсивной ионизации дугового промежутка, а отсюда к повышению его электропроводности. Вследствие этого напряжение падает до значения, необходимого для устойчивого горения дуги.

Зависимость напряжения дуги от тока и сварочной цепи называют статической вольт-амперной характеристикой дуги.

Вольт-амперная характеристика дуги (рис. 8, а) имеет три области: падающую 1, жесткую 2 и возрастающую 3. В области 1 (до 100 А) с увеличением тока напряжение значительно уменьшается. Это происходит в связи с тем, что при повышении тока увеличивается поперечное сечение, а следовательно, и проводимость столба дуги. В области 2 (100. 1000 А) при увеличении тока напряжение сохраняется постоянным, так как сечение столба дуги и площади анодного и катодного пятен увеличиваются пропорционально току. Область характеризуется постоянством плотности тока. В области 3 напряжение возрастает вследствие того, что увеличение плотности тока выше определенного значения не сопровождается увеличением катодного пятна ввиду ограниченности сечения электрода. Дуга области 1 горит неустойчиво и поэтому имеет ограниченное применение. Дуга области 2 горит устойчиво и обеспечивает нормальный процесс сварки.

Вольт-амперная характеристика дуги при ручной дуговой сварке низкоуглеродистой стали (рис. 8, б) представлена в виде кривых а (длина дуги 2 мм) и б (длина дуги 4 мм). Кривые в (длина дуги 2 мм) и г (длина дуги 4 мм) относятся к автоматической сварке под флюсом при высоких плотностях тока.

Напряжение, необходимое для возбуждения дуги, зависит: от рода тока (постоянный или переменный), длины дугового промежутка, материала электрода и свариваемых кромок, покрытия электродов и ряда других факторов. Значения напряжений, обеспечивающих возникновение дуги в дуговых промежутках, равных 2. 4 мм, находятся в пределах 40. 70 В.

Коэффициент полезного действия.

Сварка всегда сопровождается выделением большого количества теплоты, которое используется для расплавления свариваемых деталей. Практически вся потребляемая электрическая энергия трансформируется в тепловую энергию, при помощи которой происходит плавление металла и нагревание окружающего воздуха.

КПД при любых сварочных работах имеет различные значения и во много зависит от марки электродов, химического состава флюса, типа сварного соединения и скорости производимой сварки.

Для получения качественных сварных швов при организации процесса сварки обязательно следует учитывать все характеристики сварочной дуги и контролировать их в процессе работы. Это позволит оптимизировать весь процесс и максимально сократить побочные энергетические затраты. Соблюдение всех параметров сварочной дуги при выбранном типе сварки является необходимым условием обеспечения высокого качества работ. К тому же это позволит обеспечить длительный срок эксплуатации соединяемых конструкций.

Классификация источников питания сварочной дуги

По типу сварочного тока

Итак, мы уже разобрали, что источником питания может быть трансформатор, выпрямитель и генератор. Но в более широком смысле все эти источники можно поделить еще на несколько подгрупп. Одна из них — тип тока, который генерирует источник.

Источник может генерировать постоянный или переменный ток. Классический трансформатор и генератор повышенной частоты зачастую генерирует переменный ток. Сварочный выпрямитель генерирует постоянный ток.

Чем отличается источник питания на постоянном токе и на переменном?

Сварочный аппарат переменного тока и постоянного в чем разница? Давайте разбираться.

Аппарат на переменном токе очень прост: он собирается из понижающего трансформатора и специального механизма, который регулирует силу сварочного тока. При применении сварочной дуги переменного тока сварка ведется на переменном токе соответственно.

Аппарат на постоянном токе более технологичен. Его основные компоненты — это понижающий трансформатор, устройство, выпрямляющее ток (выпрямитель), которое преобразовывает поступающий переменный ток в постоянный, и устройство, регулирующее силу тока. Соответственно, здесь сварка ведется на постоянном токе.

Это основные конструктивные различия. Есть еще различия эксплуатационные. Сварка постоянным током предпочтительнее, поскольку у этого источника тока больше преимуществ. Аппараты на постоянном токе намного компактнее и проще в применении, они технологичнее, и в целом считаются более современными. Сварка переменным током сложнее и характеризуется нестабильностью горения дуги.

Также упомянем инверторные источники питания, которые на данный момент считаются самыми технологичными и распространенными. Это сложные аппараты, которые многократно преобразовывают ток, сглаживая его с помощью специальных фильтров, и впоследствии выпрямляют. В результате сварщик получает постоянный ток, а значит крайне стабильную дугу, которая легко поджигается. Также инверторные аппараты снабжаются электронным блоком управления, который прост в применении.

Инверторный источник сварочного тока — самый распространенный тип на данный момент. Такие аппараты самые компактные и легкие (в продаже есть модели весом не более 3-5 кг), при этом они оснащаются дополнительным функционалом, упрощающим сварку.

По количество постов и способу установки

Здесь все намного проще. Вне зависимости от типа источника питания, будь он переменный или постоянный, трансформатор или инвертор, в любом из них может быть либо один разъем для сварки, либо 3 и более.

Аппараты с одним разъемом называются однопостовыми и предназначены для генерирования одной сварочной дуги. Т.е., для применения одним сварщиком. Аппараты с большим количеством разъемов называются многопостовыми, и сразу несколько сварщиков могут производить сварку от одного аппарата.

Источники питания по способу установки могут быть мобильными (переносными) или стационарными.

Материал от Miller - понимание ВАХ и разница между ММА и TIG

Выбор сварочного аппарата постоянного тока (CC) DC для целей обучения.

Понимание индивидуальности сварочного аппарата постоянного тока (CC) означает успешный или неудачный тест на сварку, или приводит к различию между студентом, который сделает карьеру в сфере сварки, и тем, кто может отказаться от профессии, разочаровавшись в результатах. Узнайте, как читать кривую ВАХ (вольт-амперной характеристики) и выбрать подходящий сварочный аппарат для целей обучения.

Реальная история: молодой подмастерье (назовем его Джо) сдавал тесты для работы сварщиком штучными покрытыми электродами (ММА) на трубопроводах, используя незнакомое оборудование. Джо провалил несколько тестов подряд, чего никогда раньше не было. Это вина Джо? Он недостаточно занимался? Нет, Джо делал все правильно, но выбрал для этого неподходящее оборудование. Инструктор заметил неприятности Джо и поставил его на другую сварочную машину, и его следующий шов был безупречен.

То, на что Джо и многие другие не обращали внимания, является двумя разными особенностями («характерами») сварочных аппаратов постоянного тока. Вы можете много узнать об особенностях аппарата, посмотрев на его вольт-амперную кривую, «свидетельство о рождении» сварочника:

1. Сварочные аппараты для сварки штучными электродами (ММА), которые могут сваривать TIG. Примером такого типа сварочного аппарата может быть генератор постоянного тока, блок типа магнитного усилителя «8 шт» или традиционный сварочный аппарат с большим механическим реостатом для контроля силы тока. Старые сварщики называют эти машины «спусками» (“drooper”) из-за формы их ВАХ (см. рис.1).

Рисунок 1 – Наклонная ВАХ традиционного блока ММА (который также может сваривать TIG) позволяет оператору контролировать выход тепла и форму сварного шва путем манипулирования электродом.

2. Сварочные аппараты TIG, которые «могут сваривать ММА». Они имеют падающую ВАХ постоянного тока (см. рис. 2). Примером такого типа сварочного аппарата может служить обычная машина TIG (Джо выбрал аппарат этого типа для сварки электродом E7018).

Рисунок 2 – Обратите внимание на то, что кривая ВАХ на этом современном сварочном аппарате TIG почти вертикальна. Сила тока будет оставаться постоянной, даже если оператор меняет напряжение (длину дуги).

Есть также сварочные аппараты, одинаково хорошо работающие в режимах TIG и MMA, в них часто используется технология инвертора (Джо использовал инвертор для проведения теста на сварку). Сварочные аппараты подобного типа могут формировать как диагональные, так и вертикальные ВАХ (рис.3).

Рисунок 3 - ВАХ инвертора, «изменяющего свойства», при переключении режимов ММА и TIG. Также обратите внимание на то, как проценты для управления силой дуги (форсаж дуги) увеличивают силу тока при падении напряжения.

Чтение кривой ВАХ

Чтобы интерпретировать кривую ВАХ, нужно понимать взаимосвязь между длиной дуги и напряжением. Основным фактом процесса дуговой сварки является то, что по мере увеличения длины дуги напряжение увеличивается. По мере уменьшения длины дуги напряжение падает.

Производители разрабатывают сварочные аппараты для сварки таким образом, что, когда оператор меняет длину дуги, сила тока противоположна напряжению. Если оператор уменьшает длину дуги (понижает напряжение), ток увеличивается. Если оператор увеличивает длину дуги (увеличивает напряжение), ток уменьшается. В сочетании с этой информацией, еще одним основным фактом, который операторы должны помнить, является то, что напряжение представляет собой электрическое давление. Давление (напряжение) контролирует высоту и ширину сварного шва, в то время как сила тока контролирует проникновение.

Вооруженные этими знаниями, повторите анализ Рис. 1. Опытные сварщики ММА знают, что «вытягивание длинной дуги» (увеличение напряжения при понижении силы тока) позволяет им создавать плоский широкий бортик с неглубоким проникновением. Длинная дуга также заставляет сварочную ванну быстрее затвердевать, поскольку она снижает общее количество энергии. И наоборот, приближение электрода к соединению (увеличение силы тока при понижении напряжения) создает более узкий шов, более глубокое проникновение и более жидкую (более горячую) сварочную ванну.

По этой причине производители изготавливают сварочные аппараты «только для TIG», так что изменения напряжения не влияют на ток. Как видно на рис. 2, такой аппарат обеспечивает вертикально падающую ВАХ. Он удерживает постоянную силу тока независимо от напряжения (длины дуги), что и привело к провалу Джо во время его испытания на сварку ММА. Джо, возможно, был лучшим в мире сварщиком, но «машина TIG, способная варить ММА» просто не могла правильно реагировать на манипуляции Джо электродом.

Производители обычных сварочных аппаратов TIG/ММА преодолели некоторые из этих ограничений, добавив функцию форсаж дуги (более подробно о ней – ниже). Тем не менее, во многих учебных заведениях есть более старое оборудование TIG без этой функции или, если у них есть современное оборудование, не все понимают, как использовать форсаж дуги. В любом случае, ученики находятся в невыгодном положении, когда учатся сваривать ММА. Кроме того, TIG-специфические аппараты имеют более сложные элементы управления, которые могут запутать начинающих. Наконец, несмотря на то, что многие сварщики работают очень хорошо, они просто не могут победить преимущества и эффективность новых технологий.

Выбор правильного сварочного аппарата

Инверторная технология позволяет производителям создавать сварочные аппараты с «несколькими характерами», с ВАХ как на рис. 3. В принципе, поскольку характер ВАХ контролируется с помощью микропроцессоров и высокоскоростных токовых коммутационных устройств, инвертор может создавать практически любой вид ВАХ. Короче говоря, инверторы могут выполнять все сварочные процессы одинаково хорошо.

Для многих объектов преобразователь постоянного тока CC/CV с выходной мощностью 350 ампер при 60-процентном рабочем цикле отвечает большинству потребностей в сварке. Этот тип устройств (например, инвертор Miller XMT® 350 CC/CV) позволяет обучать студентов сварке электродами (ММА) и сварке TIG в широком спектре применений, а также обучать студентов процессам MIG и сваркой под флюсом. Обратите внимание, что для TIG-специфического обучения и сварки AC TIG на цветных металлах инвертор AC/DC TIG, такой как Dynasty® 350, обеспечивает максимальную гибкость.

Miller обычно рекомендует инверторы, потому что они обеспечивают школам несколько преимуществ:

· Это тип технологии сварки, которую принимает индустрия, поэтому имеет смысл обучать студентов оборудованию, которое они будут использовать профессионально.

· Инверторы составляют примерно одну пятую размера и веса обычных сварочных аппаратов, они занимают очень мало места, что немаловажно.

· Некоторые инверторы предлагают возможность подключения к одно- или трехфазному питанию в широких диапазонах первичного напряжения (например, от 115 до 460 или от 190 до 630 В переменного тока). Кроме того, инверторы потребляют ток значительно меньшей величины, позволяя подключать больше сварщиков к питанию.

Самое главное, инвертор предлагает расширенные средства управления дугой, которые позволяют учащимся быстрее освоиться. Инвертор может сделать хорошего сварщика из среднего ученика, позволяя отличным студентам выявить свой полный потенциал.

Расширенное управление дугой

Для обеспечения оператора дополнительным управлением дугой, продвинутые сварочные аппараты постоянного тока предлагают функцию контроля форсажа дуги. Эта функция позволяет операторам адаптировать форму ВАХ для лучшего соответствия различным конфигурациям стыков и типам электродов, и она может создавать дугу, которую опытные операторы описывают как «мягкую и эластичную» или «жесткую и направляющую».

Рисунок 4 – Увеличение силы дуги облегчает для этого сварщика труб хорошее проникновение на открытом корневом проходе с электродом E6010.

При нормальных условиях сварки электродом и длине дуги ее напряжение составляет примерно 20 вольт. Однако некоторые сварочные ситуации требуют более короткой длины дуги, например, когда оператор должен подталкивать стержень в плотный угол или в глубокий скос открытого корневого соединения. В этих ситуациях электроды, как известно, склонны «прилипать» (например, напряжение падает настолько низко, что дуга гаснет сама). Управление форсажем дуги преодолевает эту проблему за счет увеличения тока, когда уровни напряжения опускаются ниже примерно 20 вольт (см. Рис.3). Повышение тока увеличивает общую мощность, удерживает сварочную ванну расплавленной, предотвращая прилипание электрода и облегчая работу сварщика (оператора).

Следует помнить, что инверторы могут настраивать сварочный выходной ток тысячи раз в секунду. Таким образом, скорость человеческой руки, толкающей электрод, ничто по сравнению со скоростью микропроцессора! Работа с новейшими современными сварочными аппаратами подобна счету на компьютере в сравнении с обычными счетами.

Для школ и учебных центров, которые хотят преподавать сварку ММА, TIG и MIG*, выбор правильной машины может означать разницу между тем, чтобы помочь студентам стать успешными как можно быстрее или выйти из программы сварки в расстройстве. В целом индустрия отчаянно нуждается в том, чтобы добавить в свои ряды более квалифицированных операторов сварки. Мы обязаны предоставить студентам и стажерам инструменты, которые помогут им добиться успеха.

* Не забывайте о многопроцессных сварочных аппаратах CC/CV, которые обеспечивают питание для ММА, TIG, MIG, флюса и воздушной дуги.

Рисунок 5 – Об авторе. После ухода из военно-морского флота США, где он работал по контракту на подводной лодке, Нил Борхерт присоединился к Miller Electric Mfg. Co. в 1977 году и 12 лет проработал в качестве инструктора. Сегодня, будучи менеджером по развитию бизнеса, он широко работает со школами и учебными заведениями.

Настройка дуги

У каждого сварщика есть свои представления о том, как настраивать форсаж дуги, который регулируется ручкой на передней панели машины. Некоторые общие рекомендации заключаются в следующем:

Для открытых корневых швов на пластине или трубе обычно выбирается электрод XX10 (6010) или XX11 (6011) для первого прохода. Во время этого прохода оператор пытается достичь полного проникновения. Путем добавления управления дугой, обычно к верхнему краю шкалы (скажем, 5 или 6 из 10), оператор может управлять силой тока (пробиванием) по длине дуги.

Для более глубокого проникновения просто уменьшите длину дуги, вставив электрод в соединение. В этот момент - и только в этот момент - управление силой дуги активируется и обеспечивает необходимый импульс тока. Повторяем: операторы будут испытывать изменение дуги только тогда, когда они уменьшают длину дуги до точки, где уровни напряжения опускаются ниже 20 вольт на большинстве машин.

Для электродов, не используемых на открытых сварных швах, увеличьте форсаж дуги до того момента, когда электроды не прилипают во время сварки (возможно, 2-5 по шкале от 1 до 10).

Если вы пользуетесь режимом TIG, установите форсаж дуги на ноль или выключите его (если у вас сварочный аппарат с отдельными настройками для TIG и ММА, это не будет иметь никакого значения). Обычно аппарат отключает управление дугой при переключении в режим TIG.

Читайте также: