Главная » Статьи » Сварка

Сварка модулированным током

Впервые сварка модулированным током осуществлена в ИЭС им. Е.О. Патона в 1949 г. А.А. Казимировым с сотрудника­ми (способ сварки под флюсом пульсирующей дугой). При ана­лизе способов сварки модулированным током (изменение пара­метров режима по заданной программе) будем придерживаться терминологии, предложенной Шигаевым Т.Г. [Шигаев Т.Г. О терминологии сварки модулированным током // Сварочное производство.- 1980.- №7.- С.40. ]. Все извест­ные и возможные способы сварки с изменением параметров ре­жима по определенному закону автор считает целесообразным именовать сваркой модулированным током (СМТ) или его раз­новидностью (рис.1). Известно большое количество названий способов СМТ: импульсная, импульсно-дуговая, пульсирующей дугой, нестационарной дугой, с программным регулированием процесса и т.д. Сварка модулированным током преследует, главным образом, две технологические цели. К первой следует отнести обеспечение управляемого переноса электродного ме­талла, повышение стабильности процесса и уменьшение раз­брызгивания, а к второй- управление скоростью и направлением кристаллизаиции металла сварочной ванны,


Рис. 1. Классификация способов и устройств для сварки модулированным током

термоциклическое воздействие на околошовную зону, создание благоприятных ус­ловий для формирования шва в различных пространственных положениях. Для решения этих задач требуется выполнение вполне определенных условий, что дает возможность произвести сле­дующую классификацию процессов СМТ. Импульсно-дуговая сварка - разновидность СМТ, при которой обеспечивается управляемый перенос электродного ме­талла. Сварку ведут на двух энергетических уровнях. Высокий (импульс) и низкий (пауза). В период низкого энергетического уровня (пауза) ток либо отсутствует (рис. 2а), либо имеет не­большую величину (рис. 2 6). Импульсы тока имеют, как правило, прямоугольную или близкую к ней форму (скорость нарас­тания тока dl/dx >10 кА/с), частота переноса капель соответст­вует частоте следования импульсов тока/> 25 Гц.


Рис. 2. Характер изменения тока при импульсно-дуговой сварке

Сварка пульсирующей дугой - разновидность СМГ, при которой обеспечивается улучшение механических свойств свар­ного соединения путем термоциклического воздействия на ван­ночку и околошовную зону. Параметры режима сварки - время нарастания тн и спада тс тока соизмеримы со временем импульса ти и паузы тп. Скорость изменения тока dl/dx < 10 кА/с, частота следования импульсов / <25 Гц. В зависимости от способа мо­дулирования сварочного тока и типа применяемого источника питания циклограмма процесса сварки пульсирующей дугой может иметь вид (рис. 3) Г641.


Рис. 3 Циклограммы процессов сварки пульсирующей дугой

Небольшая скорость изменения тока и низкая частота следования импульсов (рис. 3,а, б) требует синхронного из­менения скорости подачи сварочной проволоки для сохранения устойчивости процесса [А.с. 285139 СССР Способ электродуговой сварки // И.И. Заруба, В.К. Лебедев, ПЛ. Шейко и др.- Опуб. в Б.И., 1970.-№33]. Модулирование сварочного тока осуществляется также путем изменения напряжения питания двигателя подачи проволоки [Патент 3345551 США]. При модулировании переменного сварочного тока про­исходит периодическое изменение его амплитуды (рис. 3,в). При сварке алюминия нашел широкое применение способ свар­ки разнополярными импульсами (рис. 3,г), который обеспечивает эффективную катодную очистку.


В работе [Патент 3781511 США] предложено модулировать сварочный ток по закону, представленному на рис. 1.10,а, д (так называемая сварка пачками импульсов). Частота следования импульсов тока 5000...50000 Гц, частота изменения амплитуд импульсов 50...500 Гц. Этот прием по утверждению автора, позволяет дос­тичь "резонансных" колебаний расплавленного металла ванны. Структура металла шва в таком случае отличается плотноупакованными столбчатыми кристаллитами; повышается прочность шва. Процесс СМТ, представленный на рис. 1Л03е использу­ется в случаях, когда необходимо уменьшить скорость нараста­ния тока импульса. Роль второго (промежуточного) импульса двояка: он может быть подогревающим либо подготавливающим очередной сброс капли металла в ванну (при дуговой сварке плавящимся электродом )[А.с. 247430 СССР Способ импульснодуговой сварки // Б.Е. Патон, А.Г. Потапьевский.- Опуб. В Б.И., 1969-№22].

Для модуляции сварочного тока используют различные приемы [Шигаев Т.Г. Приемы модулированния сварочного тока и устройства для их осуществления (Обзор) // Автоматическая сварка.- 1983.- №8.- С.51-55. ]:

1.  Воздействием на эффективный потенциал ионизации атмосферы дуги UI3f изменяют проводимость дугового проме­жутка. Этот способ модулирования сварочного тока реализуется через применение расхода защитного газа или состава защитной атмосферы.
2.  Воздействием на электромагнитное поле дуги изменя­ют ее геометрические размеры, фокусируют или отклоняют столб дуги. Применяют наложение как поперечных, так и про­дольных магнитных полей. При наложении поперечных магнит­ных полей столб сварочной дуги по мере увеличения напряжен­ности поля деформируется, причем активное пятно на электроде остается практически неподвижным, а пятно на изделии пере­мещается в направлении действия электродинамической силы. Управляя перемещением последнего, являющегося центром теп­лового потока, вводимого в металл, создают [А.с. 221867 СССР Способ дуговой сварки // MLC. Гри- щенко, М.П. Андреев, И.А. Багелис- Опуб. В Б.И., 1968, №22] термический цикл, аналогичный наблюдаемому при сварке модулированным током.
3. При воздействии на скорость подачи присадочного ма­териала изменение тока происходит благодаря явлению саморе­гулирования. Скорость подачи электрода изменяют путем при­менения подающих роликов различной формы (с лысками, про­филированных и т.д.). Модулирование сварочного тока может осуществляться путем изменения скорости вращения двигателя подачи электродной проволоки [Патент 1264365 Великобритания . ]. Общими недостатками рассмотренных приемов является неглубокое модулирование сварочного тока (М==1,0...2,5), низ­кая частота следования цмпульсов, ограниченные возможности регулирования режима сварки. При сварке пульсирующей дугой (разновидности СМТ) ток и напряжение на дуге изменяются без наложения каких-либо импульсов тока [71]. Весь цикл пульсации состоит из двух со­ставляющих (рис. 4), одна из которых соответствует времени Ти, в течении которого напряжение генераторов и скорость пода­чи электродной проволоки увеличиваются, а вторая - времени тр, в течении которого они уменьшаются.


Рис. 4. Осциллограммы напряжения холостого хода (Uxs) и ско­рости подачи
электродной проволоки (Vnn) при работе сварочпого генератора и подающего механизма в пульси­рующем режиме


При этом, электрическая мощность периодически изменяется в диапазоне, который обуславливается пределами пульсации на­пряжения и тока дуги. Устойчивый процесс сварки обеспечива­ется при соответствии характера изменения электрических па­раметров дуги в каждый момент характеру изменения скорости подачи электродной проволоки. Авторы производили сварку стали толщиной 14 мм с V-образной разделкой (угол раскрытия 60 или 40°) полуавтоматом ПДГ-302 и источником питания ПСГ-500. Для сравнения выполняли сварку непрерывно горящей и пульсирующей дугами при одинаковой средней скорости по­дачи электродной проволоки 11,9 см/с проволокой 0 1 мм. При сварке в обычном режиме ток составлял 130... 150 А, а в пульси­рующем изменялся от 50...70 до 200...220 А; напряжение на ду­ге в первом случае равнялось 20...22 В, а во втором в течение цикла пульсации оно возрастало от 16 до 26 В. В обоих случаях швы сваривали в вертикальном положении снизу вверх с попе- репными колебаниями электрода. Время цикла пульсации дуги тц = 1,44с (тн = 0,7с, хр = 0,74с). Авторы считают, что при сварке в пульсирующем режиме производительность по сравнению с обычным режимом возрастает в 1,5..Л,8 раза при хорошем формировании внешнего вида шва. Это возможно потому, что пульсирующая дуга имеет больший, чем обычная коэффициент сосредоточенности и обеспечивает качественную сварку с меньшим углом разделки. В работе [72] приведены результаты исследований по сварке пульсирующей дугой под флюсом. Если при сварке в уг­лекислом газе пульсирующая дуга позволяет управлять перено­сом электродного металла, то при сварке под флюсом она по­зволяет управлять условиями формирования шва. Авторы пред­ложили схему сварки пульсирующей дугой, при которой ско­рость вращения ведущих роликов поддерживается постоянной и программировали длительность периодов подачи электрода п и длительность пауз т без синхронного изменения напряжения на выходных зажимах источника питания дуги. Для проведения экспериментов использовали сварочный флюс АН-348А и про­волоку Св-08А диаметром 1,6 и 2,0 мм. В качестве источника питания использовали выпрямитель ВС-600. Проведенные ис­следования показали, что при постоянных значениях Vce, можно изменить форму и сечение шва в широких пределах, ре­гулируя параметры пит. Исследовали влияние этих парамет­ров в пределах: п = 0,35...1,448с, т = 0,29..0,617с, глубина про- плавления увеличилась, соответственно от 1,6 мм до 2,15 мм. При сварке на непрерывном режиме и одинаковой погонной энергией глубина проплавления составляет 2,3 мм. Предложенная сварка пульсирующей дугой под флюсом электродами диаметром 1,6 и 2,0 мм позволяет управлять усло­виями формирования шва. Однако, при одинаковой погонной энергии процесса сварки пульсация режима горения дуги сни­жает ее проплавляющую способность. Сварка пульсирующей дугой корневых швов была предло­жена для промышленного опробования на толстостенных тру­бопроводах [Меркулов Б.А., Шульман И.Е., Капустин В.М., Павлов Н.А. Сварка пульсирующей дугой плавящимся электродом сты­ковых соединений // Сварочное производство.- 1978.- №2.- С.36- 38. ]. Модулирование осуществлялось аналогично [Меркулов Б.А., Капустин В.М., Вернигора Д.А. Тех­нологические особенности сварки пульсирующей дугой под флюсом // Сварочное производство.-1975.- №3.- С.13-15. ], путем программирования подачи электродной проволоки с заданной продолжительностью периодов подачи и пауз между ними. Питание дуга при этом производится от стандартных ис­точников постоянного тока с жесткой характеристикой. Была произведена сварка труб из стали перлитного класса (12Х1МФ) с толщиной стенки 26 мм. Сверху выполняли проволокой Св- 08Г2С диаметром 2 мм под флюсом АН-348А на следующем режиме: сварочный ток 110 А; напряжение дуги 28 В; скорость сварки 0,33 см/с (12 м/ч); длительность импульса 0,6 с; частота пульсации 0,9 пер/с. Исследования показали, что твердость в зоне термического влияния после сварки составляла HV 260. После термической обработки она снизилась до допустимых значений HV 170... 180. Опыт промышленного применения по­казал, что при выполнении корневых и промежуточных швов пульсирующей дугой плавящимся электродом резко снижается склонность к появлению трещин в корне стыковых швов. Сварка пульсирующей дугой корневых швов неповорот­ных стыков трубопроводов с толщиной стенки до 25 мм может выполняться и неплавящимся электродом [74]. Для сварки ис­пользовали модернизированный аппарат АТА-ЗМ и реле пуль­сации дуги (РПД-М). Реле пульсации дуги было включено по­следовательно в цепь питания выпрямителя обмотки возбужде­ния генератора, к которой параллельно подсоединен электродви­гатель сварочной головки. Пульсирующий режим создается в результате воздействия реле на обмотку возбуждения генерато­ра. Время тс (рис. 5), в течении которого сварочный ток уменьшается, и время v когда сварочный ток возрастает, плав­но и независимо регулируются в пределах 0,3... 1 с, а величина минимального тока Ice. min плавно регулируется в пределах 0... 0,9 номинального значения. С изменением сварочного тока от lcB.min до Ice. max синхронно изменяется скорость перемещения сварочной головки. Постоянство отношения Ice/Vce предотвра­щает появление непроваров и прожогов. Корневые швы на тру­бах из теплоустойчивой стали сваривали с предварительным по­догревом до 200...250°С. Способ сварки пульсирующей дугой под флюсом применен и при сварке угловых швов с односторонней разделкой кромок [Меркулов Б.А., Капустин В.М., Иванов A.M. Техноло­гические особенности сварки пульсирующей дугой под флюсом угловых швов с односторонней разделкой кромок // Сварочное производство.- 1981.-№4.- С.21-23. ]. Изучению процесса дуговой сварки с программировани­ем подачи электродной проволоки посвящена работа [Управление процессом дуговой сварки путем про­граммирования скорости подачи электродной проволоки / Б.Е. Патон, Н.М. Воропай, В.Н. Бучинский, В.В. Растегаев, С В. Фенев // Автоматическая сварка.- 1977.- №1.- С.1-5. ]. Для реализации процесса сварки с программированием скорости по­дачи электрода в ИЭС им. Е.О. Патова создан полуавтомат, предназначенный для соединения различных металлов и сплавов толщиной 1...4 мм при Ice — 60...300 А во всех пространствен­ных положениях. Результаты исследований показали, что про­граммирование подачи электродной проволоки позволяет не только управлять характером переноса металла, но и регулиро­вать тепловложение в основной металл и управлять фермой
проплавления и т.д.


Рис 5. Характер пульсации сварочного тока


Параметры режима сварки сталей и алюми­ниевых сплавов проволокой диаметром 1...2 мм в аргоне опти­мальны при шаге подачи в пределах 0,5...2,8 мм, частоте следо­вания импульсов 15... 100 при скорости подачи проволоки во время импульса 1,5...2 м/с и интегральной скорости ее подачи 1,4...8,3 см/с (50...300 м/ч). Всесторонне рассмотрен вопрос сварки пульсирующей дугой в работе [А.с. 315531 СССР Способ сварки импульсной дугой / Вагнер Ф.А.ДСазаров В.А..- Опуб. В Б.И., 1971- №29]. В книге автором рас­смотрены сущность процесса сварки пульсирующей дугой и его технологичность, проведена систематизация материала по обо­рудованию и производятся характеристики качества сварных соединений, полученных сваркой пульсирующей дугой. Автор считает, что способ сварки пульсирующей дугой был впервые предложен им [А.с. 315531 СССР Способ сварки импульсной дугой / Вагнер Ф.А.ДСазаров В.А..- Опуб. В Б.И., 1971- №29], хотя по другим источникам считается, что способ был предложен в ЮС им. Е.О. Патона в 1949 г. А.А. Казимировым с сотрудниками [Зацерковный С.А. Семинар по сварке модулирован­ным током // Автоматическая сварка - 1984 - №12.- С.68-69]. Имеется также третье мнение [Шигаев Т.Г. Приемы модулированния сварочного тока и устройства для их осуществления (Обзор) // Автоматическая сварка.- 1983.- №8.- С.51-55], что способ сварки с периодически изменяемой мощностью сварочной дуги впервые предложен в 1953 г. [А.с. 100898 СССР Способ сварки тонколистовой свали электрической дугой / М.П. Зайцев.- Опубл. в Б.И., 1955.- №7.- С. 21.]. Сущность способа сварки пульсирующей дугой состоит в том, что скорость сварки и количество вводимой в изделие те­плоты определяются режимом пульсации дуги. График измене­ния электрической мощности дуги принимает различную форму и может напоминать, например, прямоугольник, треугольник, трапецию или меть вид плавной кривой. Электрический ток при этом пульсирует в пределах от нескольких единиц до сотен ам­пер при небольшой частоте пульсации, при этом продолжитель­ность цикла колеблется от нескольких десятых секунды до 1,5 с и более, в то время как при импульсной сварке изменение тока и напряжения в электрической цепи соизмеримы по времени со временем переходных процессов в этой цепи и измеряется мик­росекундами. При пульсирующей сварке изменение мощности (тока) во времени происходит таким образом, при котором за время после спада и очередного увеличения мощности теплота успевает распространиться по свариваемым деталям. Кривые изменения тока при этом являются, с известным допущением, экспонентами с различными показателями степени. Пульси­рующая дуга предназначена для сварки самых различных мате­риалов как малых, так и больших толщин плавящимся и неплавящимся электродами. Пульсация электрических параметров дуги обеспечивается путем изменения электромагнитных пара­метров в цепях возбуждения сварочных генераторов, в свароч­ной цепи генераторов, трансформаторов и выпрямителей, а так­же в первичной цепи трансформаторов и выпрямителей. Пуль­сация температуры в изделии может быть достигнута путем по­дачи электродной или присадочной проволоки с переменной скоростью и могут применяться также комбинации указанных способов. Импульсно-дуговая сварка, как уже отмечалось выше, позволяет управлять переносом электродного металла. В работе [Бучинский Й.Н., Потапьевский А.Г. Выбор параметров режима иКтульснодуговой сварки стальным плавящимся элек­тродом // Автоматическая сварка.-1979.- №6.- С.15-18] исследовали влияние параметров импульсов на процесс сварки в аргоне и смесях на его основе и их взаимосвязь с со­ставляющими режима. Исследованиями было установлено, что оптимальная длительность импульсов при сварке стальным плавящимся элек­тродом в аргоне и смесях на его основе находится в пределах 2.5...5 мс. амплитуда П,8...2,8) Др. частота повторения импуль­сов 25...100 с"1. Глубина проплавления и друге параметры швов не зависят от длительности импульсов. Использование програм­мы изменения тока с завышенными амплитудами импульсов приводит к появлению дефектов и ухудшению формы швов. Перспективность применения импульснодуговой сварки плавящимся электродом толстолистового алюминиевого сплава АМгб показана в работе [Барабохин Н.С., Шиганов Н.В., Иванов В.Я. Импульс- нодуговая сварка плавящимся электродом сплава АМгб боль­ших толщин // Сварочное производство.-1973 - №3.- С. 16-18]. Исследован процесс сварки ука­занного сплава в среде инертных газов. Сплав толщиной 50 мм сваривали за 4 прохода в среде гелия на следующих режимах: 1и = 850 А, 1п - 260 А, ти = 2 мс, VC6 = 0,6 см/с (22 м/ч). В последние годы наметилась тенденция применения импульснодуговой сварки и при изготовлении толстолистовых конструкций [Импульснодуговая сварка на повышенных режимах / В.К. Границын, В.П. Дмитренко, В.В. Никонов, А.Г. Потапьев­ский // Сварочное производство.- 1984.- №10 - С.39-40.]. Для осуществления процесса сварки на повы­шенных режимах необходимо использование двух источников питания, включенных последовательно или параллельно. Сварку модулированным током применяют также при использовании покрытых электродов. В работе [Мазель А.Г., Дедюх Р.И. Влияние параметров модули­рованного тока на процесс расплавления электрода и глубину проплавления при ручной дуговой сварке // Сварочное произ­водство- 1976.- №4.- С.9-10.] изучено влияние параметров модулированного тока на процесс расплав­ления электрода и глубину проплавления основного металла. Были исследованы различные марки электродов при сварке ста­ли МСтЗ. Питание дуги осуществляли от преобразователя ПСО- 300М или ПД-303. Дня модулирования тока использовали спе­циальное устройство, которое включали в сварочную цепь ис­точника питания. Исследования показали, что проплавляющая способ­ность импульсной дуги в диапазоне (0,3-1,2 с) практически не зависит от длительности цикла. Установлено, что при сварке на токах 120... 180А изменение характера введения тепла в изделие не оказывает влияние на эффективный к.п.д. нагрева изделия дугой 7]и. Для электродов ОЗС-4 он составляет 77 ... 85 %. Однако значение термического к.п.д. процесса проплавления основного металла и геометрические размеры швов при сварке модули­рованным током выше, чем при сварке смодулированным. Изучению влияния параметров режима сварки перемен­ным модулированным током на скорость плавления покрытых электродов посвящена работа [Влияние параметров модулированного тока на ско­рость плавления покрытых электродов / Д.А.Дудко, С.А. Зацер­ковный, B.C. Свдорук, JI.A. Тараборкин, Н.М. Махлин Н Авто­матическая сварка.-1986.- №5.- С.38-40.]. Сваривали сталь СтЗсп тол­щиной 10 мм электродами АНО-21 диаметром 3 мм. Авторами исследован характер проплавления электрода в зависимости от параметров режима сварки с применением метода планирования эксперимента. Ток импульса 1Иизменяли в пределах 120...200 А, ток паузы 1п - в интервале 40... 120 А, длительность импульса ти и паузы тп - в диапазоне 0,02... 0,4 с. Исследованиями было установлено, что при сварке мо­дулированным током скорость плавления электрода повышается примерно на 20 % по сравнению со сваркой стационарной дугой, преимущественно за счет увеличения тока импульса. Получен­ные результаты позволили оптимизировать процесс ручной ду­говой сварки переменным модулированным током и разработать режимы сварки стыковых соединений толщиной до 10 мм. Таким образом, существующие способы сварки толсто­листового металла - электрошлаковая, электроннолучевая, в среде защитных газов или под флюсом при всех своих возмож­ностях имеют существенные ограничения и недостатки. Приме­нение способа сварки с модуляцией сварочного тока расширяет область использования указанных выше способов и повышает их технологические возможности, но не снимает ряд серьезных проблем, таких, как - большая трудоемкость сварочных опера­ций и большой расход сварочных материалов, необходимость специального оборудования, проведение термообработки и др. Расширение возможностей однопроходной сварки тол­столистового металла (как наиболее простого и производитель­ного способа) возможно путем программирования параметров режима и представляется наиболее перспективным. С целью создания более производительного и эффектив­ного способа сварки с программированием параметров режима, позволяющего сваривать однопроходным швом металл толщи­ной до 90... 100 мм необходимо изучить влияние параметров программирования на следующие процессы: проплавление ос­новного металла, формирование геометрических параметров шва, кристаллизацию металла шва, образование структуры шва и ОШЗ, формирование свойств сварных соединений, тепловые процессы в ОШЗ и др.






Категория: Сварка | Добавил: Виктор (21.06.2013)
Просмотров: 2590 | Теги: сварка | Рейтинг: 5.0/2

Получить прайс


Яндекс.Метрика
города Новокузнецк, Кемерово Бесплатные объявления Казахстана - Freeads.kz