Управление плавлением и переносом металла при дуговой сварке

Сварка в защитных газах легко поддается управлению. Основным условием стабильности процесса сварки нестационарной дугой является строго закономерное изменение напряжения, тока, длины дуги, и именно они определяют основные характеристики процесса (плавление и перенос электродного металла, проплавление детали и др.). Управление процессом производят путем импульсного повышения и уменьшения тока дуги.

Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом относится к механизированным способам сварки с программным управлением. Программное изменение основных энергетических параметров режима преследует такие технологические цели, как управление плавлением и переносом электродного металла и управление кристаллизацией сварочной ванны и термическим циклом. Достижение первой связано с управлением энергетическими параметрами в частотном диапазоне следования импульсов 25 – 300 Гц, а второй – реализуется в частотном диапазоне 0,25 – 5 Гц. Такой процесс обычно называют сваркой пульсирующей дугой, или модулированным током.

Импульсно-дуговой сваркой плавящимся электродом называется процесс программного управления плавлением и переносом металла путем изменения тока в виде импульсов значительной мощности.

Существуют два основных вида переноса электродного металла при импульсно-дуговой сварке плавящимся электродом: «длинной дугой» – без замыкания дугового промежутка и «короткой дугой» – перенос электродного металла осуществляется во время коротких замыканий дугового промежутка (рис. 3).

а

б

в

Рис. 3. Осциллограммы тока и напряжения дуги при импульсно-дуговой сварке плавящимся электродом «длинной» (а) и «короткой» (б) дугой.

Основными параметрами импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом «длинной дугой» (см. рис. 3, а)помимо известных являются амплитуда импульса I_и, длительности импульса t_и, паузы t_пи цикла T_ц = t_и + t_п, частота импульсов f = 1/T_ц, базовый ток I_б, или ток паузы, скорость нарастания тока импульса и его спада, скважность импульсов Q = T_ц/t_и.

Характерная особенность импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом – управляемый перенос электродного металла. Существуют две разновидности управляемого переноса при сварке «длинной дугой»: 1 – импульс тока обеспечивает перенос одной капли электродного металла; 2 – при каждом импульсе тока от электрода отделяется и переносится в сварочную ванну несколько капель – такой процесс называется импульсно-дуговой сваркой с прерывисто струйным переносом металла. Процесс импульсно-дуговой сварки, обеспечивающий перенос электродного металла «импульс – капля», характерен для сварки в аргоне и углекислом газе, а также для сварки самозащитными порошковыми проволоками. Прерывисто струйный перенос характерен для сварки активированным электродом на токе прямой полярности, как в активных, так и в инертных газах, а также для сварки в аргоне током обратной полярности. При этом длительности импульсов тока во втором случае выбираются значительно большими, чем в первом.

Суть импульсно-дуговой сварки «длинной дугой» заключается в наложении мощных кратковременных импульсов тока на сварочную дугу средней мощности. При этом происходит резкое увеличение электродинамических сил, которые формируют жидкий металл на торце электрода в виде капли и сбрасывают ее строго в сварочную ванну в любом пространственном положении последней. Это дает возможность осуществлять мелкокапельный перенос при сварочном токе основного режима ниже критического значения, при котором в случае стационарного режима сварки с ростом тока резко уменьшается размер переносимых капель электродного металла.

Импульсно-дуговая сварка «короткой дугой» (см. рис. 3,б) реализуется в основном в защитной среде углекислого газа, но может иметь место и в Аr, Аr + СO₂ + O₂ и т.д.

Процесс сварки в углекислом газе «короткой дугой» благодаря высокой производительности, широкой возможности механизации и автоматизации, обеспечению формирования неразъемных соединений в различных пространственных положениях широко применяется в ряде отраслей народного хозяйства. Однако для существующих методов характерны нестабильность и повышенное разбрызгивание электродного металла, что приводит к снижению производительности сварочных работ и дополнительным трудозатратам по зачистке свариваемых изделий от налипающих брызг электродного металла. Указанные недостатки в основном определяются свойствами питающей системы и зависят от характера изменения мгновенной мощности на интервалах горения дуги и короткого замыкания.

Для устранения основных недостатков, характерных для сварки «короткой дугой», наиболее эффективен процесс сварки, контролируемый по каналам обратных связей и зависящий от мгновенных значений его параметров. Он более устойчив как к постоянно действующим возмущениям на протяжении всего цикла сварки, так и к мгновенным возмущениям, действующим в пределах микроцикла. Представленный на рисунке процесс сварки кроме общепринятых показателей характеризуется дополнительными параметрами: Т_ц – периодом повторения микроциклов; t_п1– паузой в протекании сварочного тока к моменту разрыва перемычки; t_и– длительностью горения дуги в импульсе; t_п2– длительностью горения дуги в паузе; I_кз – пиковым значением тока короткого замыкания; t_п– значением тока паузы.

Суть импульсно-дуговой сварки короткой дугой заключается в обеспечении квазистабилизации процесса сварки с короткими замыканиями на стадии каплеобразования и достигается идентичными условиями плавления и переноса электродного металла в сварочную ванну.

Процесс импульсно-дуговой сварки пульсирующей дугой или модулированным током предполагает периодическое изменение энергетического состояния системы источник питания – сварочная дуга между высоким (импульс) и низким (пауза) уровнями.

а)

б)

в)

г)

Рис. 4. Осциллограммы тока дуги процессов сварки модулированным током.

В периоды импульсов тока расплавляется основная часть электродного и свариваемого металлов, в последующие периоды паузы происходит кристаллизация большей части сварочной ванны. Существует большое количество способов сварки модулированным током, рис. 4.

Анализ научно-технической и патентной литературы, касающейся приемов модулирования сварочного тока, показывает, что наиболее приемлемой частотой, с точки зрения управления формированием металла шва, является частота в пределах 0,25 – 25 Гц. Указанный диапазон соизмерим с теплоинерционностью сварочной ванны, что позволяет периодически изменять тепловой поток, вводимый в металл, и тем самым регулировать во время сварки процесс проплавления основного металла и формирования шва. При низкочастотной модуляции тока достигается периодичность плавления и кристаллизации металла, что благоприятно сказывается на свойствах сварного соединения и наплавленного металла, а также значительно упрощается техника формирования сварных соединений во всех пространственных положениях.

Для практической реализации процесса сварки модулированным током в защитных газах требуется синхронная модуляция скорости подачи электродной проволоки с выходными характеристиками источника питания, что требует дополнительной доработки блоков управления сварочным оборудованием.

Поиск по сайту: