Хроники дуговой сварки. Часть II

На рис. 1б показаны падающие характеристики 1 и 2 источника питания при жесткой характеристике дуги 3.

Основу оборудования для дуговой сварки плавящимся электродом составляют источники сварочного тока для ручной и механизированной сварки, полуавтоматы и автоматы для сварки в защитных газах и под флюсом.

Для выбора типа оборудования и правильной его эксплуатации наряду с главными требованиями – производительностью, качеством сварного соединения – следует учитывать ряд критериев, связанных с технологическими и эксплуатационными характеристиками. К ним относятся условия, связанные с конструкцией свариваемого изделия: протяженность и пространственное расположение швов, удобство подхода к шву и доступность соединения для автомата, точность подготовки соединения под сварку, число изделий в партии и связанная с этим периодичность переналадки оборудования, а также условия производства – цеховые и монтажные условия, необходимость энергоснабжения, газо- и водоснабжения, возможность отвода аэрозолей от места сварки, требования по очистке от брызг.

Наиболее распространено оборудование для ручной сварки штучными электродами. Оно включает трансформаторы, преобразователи и выпрямители на токи до 500 А. Благодаря технологической гибкости ручной сварки, возможности сварки в различных пространственных положениях и простоте организации работ эти источники широко применяются в промышленности и строительстве.

Оборудование для сварки под флюсом применяется при производстве сварных конструкций с протяженными швами, например, при строительстве мостов, судов, изготовлении вагонов, резервуаров, труб большого диаметра. Автоматы общего назначения рассчитаны для сварки стыковых и угловых швов металлов толщиной от 2 до 80 мм, специальные автоматы выполняют сварку металлов толщиной до 400 мм.

Полуавтоматы для сварки плавящимся электродом в защитных газах используются в цеховых условиях при производстве разнообразных изделий в различных пространственных положениях. Применение полуавтоматов взамен ручной сварки штучными электродами повышает производительность в 1,5–3 раза.

Для сварки в различных пространственных положениях применяется процесс с короткими замыканиями, когда капли переходят с конца электрода в сварочную ванну, образуя мостик короткого замыкания, который разрывается под действием пинч-эффекта. Сварка ведется проволоками диаметром 0,8–1,4 мм. Для углеродистых сталей применяется углекислый газ либо смеси 80% аргона и 20% углекислого газа. Газовые смеси обеспечивают меньшее разбрызгивание, плавное очертание шва и более мягкую дугу.

Сварка со струйным переносом электродного металла производится в смесях газов, содержащих не менее 90% аргона, металлов толщиной от 2 мм и выше. В этом процессе электродный металл переходит через дугу в виде мелких капель диаметром равным или меньшим диаметру электрода. Поэтому разбрызгивание минимально, а формирование шва плавное с гладкой поверхностью.

Сварка с капельным переносом выполняется в углекислом газе, который является наиболее дешевым. При этом процессе электродный металл переходит через дугу в форме разнообразных по диаметру капель и сопровождается значительным разбрызгиванием. Разбрызгивание может быть уменьшено на режимах с пониженным напряжением, когда дуга погружается в сварочную ванну, а торец электродной проволоки находится ниже поверхности сварочной ванны. Другим вариантом уменьшения разбрызгивания при сварке в СО₂ является сварка на больших плотностях тока 350–450 А/мм², одновременно повышается производительность наплавки.

При импульсно-дуговой сварке плавящимся электродом на базовый сварочный ток накладываются импульсы тока, управляющие переносом капель электродного металла. Параметрами режима наряду с базовым током являются амплитуда, частота импульсов, которая регулируется в пределах от 25 до 100 Гц. Алюминий, магний, медь, титан и их сплавы свариваются в аргоне. Высоколегированные стали – в смеси аргона с 1–5% кислорода. При импульсной сварке обеспечивается перенос металла без разбрызгивания на токах меньше критического для данного диаметра проволоки.

Полуавтоматы с инверторными выпрямителями. Инверторные выпрямители, управляемые компьютером, обеспечивают стабильное быстрое зажигание дуги, минимальное разбрызгивание и высокую стабильность дуги. Продолжительностью зажигания является промежуток от момента касания электрода детали до момента достижения стабильного процесса сварки. Благодаря двукратному уменьшению времени (высокой скорости нарастания сварочного тока) инверторные выпрямители обеспечивают зажигание дуги с первого касания.

Плавная регулировка индуктивности позволяет выбрать оптимальные условия горения дуги, снизить разбрызгивание и получить плавное формирование шва. При переходе на проволоку большего диаметра индуктивность должна быть увеличена. При увеличении индуктивности дуга горит «мягче», с малым разбрызгиванием, обеспечиваются большая глубина проплавления и плавная конфигурация шва с мелкой чешуйчатостью. При уменьшении индуктивности дуга становится «жесткой», разбрызгивание увеличивается, шов имеет усиление с резким переходом к основному металлу.

Двухрежимная сварка предусматривает возможность для сварщика изменить режим между двумя заранее установленными уровнями (малый ток – большой ток) нажатием на кнопку горелки. Эта функция позволяет быстро переходить с режима на режим при сварке в различных пространственных положениях. Она очень эффективна при сварке соединений, собранных с повышенными зазорами. Участки с большим зазором выполняются на малых режимах, а там, где зазоры маленькие, сварочный ток увеличивается.

Сварочными автоматами принято называть аппараты, предназначенные для выполнения автоматической сварки, т.е. механизированной подачи электродной проволоки и перемещения дуги вдоль оси шва.

Автоматы, снабженные устройством для перемещения вдоль оси шва, называют самоходными. Подвесные автоматы закрепляются на станке, а свариваемое изделие перемещается, вращается со сварочной скоростью с помощью вращателей, манипуляторов.

Сварочными тракторами называются аппараты, перемещающиеся непосредственно по свариваемому изделию или специальному рельсу. Автоматы комплектуются из унифицированных узлов, имеющих определенное функциональное назначение, что позволяет собирать автоматы в различных компоновках. Автоматы общего применения классифицируются по способу защиты сварочной дуги – под флюсом, в защитных газах, универсальные, обеспечивающие сварку несколькими способами. По количеству электродов – одноэлектродные с общим источником питания дуг (сварка расщепленным электродом) и многоэлектродные с раздельными источниками питания дуг. По назначению – автоматы для сварки и наплавки; по типу плавящихся электродов – автоматы для сварки проволоками или лентами. Главным параметром автомата принято считать величину сварочного тока.

К.т.н. Н.В. Смирнов, к.т.н. В.Б. Вихман, инженеры А.Л. Рывкин, А.Ф. Гарбуль, Д.В. Поваляев, Институт сварки России, Санкт-Петербург