Лекция 6. Области режимов дуговой сварки с учётом ВАХ
Источников питания.
План лекции. Области режимов сварки на статической ВАХ дугового процесса. Параметры режима электродуговой сварки и их влияние на форму и размеры шва. Характеристики производительности электродуговой сварки, параметры сварного соединения. Источники питания для дуговой сварки, внешние статические ВАХ источников питания. Сварочные инверторы и их техническая характеристика.
Статическая ВАХ дуги. При различных величинах скорости сварки, в зависимости от напряжения зависимость сварочного тока будет различной.
| ||||||
| ||||||
| ||||||
Рисунок 6.1 Области режимов сварки на статической ВАХ дугового процесса.
а) – сварочный контур; б) – статическая ВАХ дуги; в) – изменение параметров сварки.
1 область: 
- РДС (ручная дуговая сварка);
2 область: 
- сварка под слоем флюса;
3 область: 
- сварке в среде защитных газов.
Такие плотности тока характерны для определенных видов сварки. Чем больше температура катодного пятна Ткат, рис. 6.1, тем больше электронов и больше сварочный ток.
Когда увеличиваем ток, температура пятна растет. Количество электронов тоже резко возрастает и проводимость столба дуги растет быстрее, чем падение напряжения.
В области 1при дальнейшем увеличении тока, растет и площадь пятна катода, Sкат, рис.6.1.
Во 2 области вся площадь торца превращается в катодное пятно. Увеличение тока возможно только за счет увеличения температуры катода, проводимость растет пропорционально току, напряжение постоянно.
В 3 области при сварке в среде углекислого газа вынуждены применять сварочную проволоку значительно меньшего сечения, чем при сварке под флюсом, т.к. горелку сварщик держит в руках. Металл закипает, повышение температуры на торце электрода невозможно, вся площадь занята площадью катода. Увеличить количество электронов за счет повышение температуры катода невозможно.
Чтобы возрастало количество энергии в дуге, возрастает падение напряжения и автоэле-ктронная эмиссия преволирует над термоэлектронной за счет увеличения напряжения на дуге.
Вывод: в связи с наличием 3-х областей статической характеристик дуги и их соответствия определенным способам сварка каждому из этих способов необходимо формировать специальную характеристику источника питания для того чтобы дуга горела стабильно и условия возбуждения были доступны.
Рисунок 6. 2 Условие устойчивости электродугового процесса.
Условие устойчивости процесса электродуговой сварки (ЭДС) является абсолютным для всех видов сварки и областей статической характеристики дуги, но не достаточным:
Обозначения даны на рис. 6.2.
Влияние режимов ЭДС на форму и размеры шва. К основным параметрам режима дуговой сварки относятся:
- величина, плотность, полярность и род сварочного тока;
- напряжение дуги;
- скорость сварки;
- площадь сечения (диаметр) проволоки (электрода).
Дополнительные параметры:
- толщина и состав электродного покрытия;
- вылет сварочной проволоки;
- положение электрода и изделия при сварке;
- размер зерен сварочного флюса и его состав.
От этих параметров зависят форма и размеры шва, его химический состав. На форму и размеры шва также влияет и техника сварки.
С повышением сварочного тока возрастает глубина провара, а ширина шва практически не изменяется, рис. 6.3.
Рисунок. 6.3 Влияние тока на форму и размеры сварного шва
С увеличением напряжения дуги ширина шва резко возрастает, глубина провара уменьшается, рис. 6.4. Также снижается и выпуклость (высота усиления) шва. При сварке на постоянном токе (в особенности обратной полярности) ширина шва будет гораздо больше, чем при сварке на переменном токе с таким же значением напряжения.
Рисунок 6.4 Влияние напряжения дуги на форму и размеры сварного шва
С возрастанием скорости сварки ширина шва уменьшается, а глубина провара сначала увеличивается (до скорости 40–50 м/ч), а затем понижается, рис. 6.5. При скорости сварки свыше 70–80 м/ч возможны подрезы по обеим сторона шва из-за недостаточного прогрева основного металла.
Рисунок 6.5 Влияние скорости сварки на форму и размеры шва
С уменьшением диаметра проволоки (при прочих равных условиях) возрастает плотность тока в электроде, что приводит к росту глубины провара и выпуклости шва, но при этом снижается ширина шва. Таким образом, при уменьшении диаметра проволоки можно получить более глубокий провар при неизменной силе тока или такой же провар при меньшей силе тока.
При возрастании вылета проволоки диаметром не более 3 мм из токоподводящего мундштука снижается глубина провара, что может привести к возникновению краевых наплавов в шве. Повышение вылета проволоки диаметром 5 мм с 60 до 150 мм не оказывает влияние на форму сварного шва.
Источники питания для дуговой сварки, внешние статические ВАХ источников питания.
Среди ВАХ источников питания выделяют три типа: падающая, жёсткая и возрастающая.
а)падающая б)жёсткая в) возрастающая
Рисунок 6.6 Внешние характеристики источников питания.
В зависимости от вида сварки используют источники питания с различными типами ВАХ:
- для сварки ММА и TIG – падающая;
- для сварки MIG/MAG - пологопадающая или жёсткая;
- для сварки SAW - жёсткая или возрастающая.
Последнее время для дуговой сварки всё чаще применяют источники питания с возрастаю-/щей характеристикой, работа на которой позволяет получить более стабильную и эластичную дугу, лучший перенос металла и быструю реакцию дуги на изменяющиеся условия сварки.
Классификация сварочных источников питания основана на методе создания или преобразо-вания энергии и роде сварочного тока.
Сварочные трансформаторы. Самый простой тип источника сварочного тока. Сварочный трансформатор преобразует переменный ток промышленной частоты (50 Гц) в переменный сварочный ток той же частоты с необходимой формой ВАХ, которая формируется специальным дросселем.
Используются для сварки методами ММА и SAW.
Сварочный трансформатор также является одной из частей сварочного выпрямителя.
Сварочные выпрямители. Преобразуют переменный ток промышленной частоты в постоянный сварочный ток. Состоят из силового трансформатора, выпрямительного блока и системы регулирования тока. Могут иметь различные формы ВАХ, в том числе комбинированные
Используются для сварки методами ММА, MIG/MAG и SAW.
Сварочные инверторы. Самый современный тип сварочных источников питания. Действие основано на принципе фазового инвертирования постоянного тока. Преобразуют переменный ток промышленной частоты в импульсный сварочный ток высокой частоты (до нескольких десятков МГц). Несущий сварочный ток в том числе может быть модулирован с преобразова-нием формы импульса.
Отсутствие силового трансформатора позволяет существенно снизить габариты и массу оборудования. Обладают высокими сварочными свойствами - стабильная дуга, лёгкое зажигание, высокая эластичность дуги, могут использоваться для любого метода сварки.
Использование импульсного тока высокой частоты и возможность быстрого (за доли секунды) переключения силового блока позволяют существенно облегчить даже такой процесс, как сварка ММА. Сварочные инверторы ММА обычно имеют ряд функций, включающихся в работу без участия сварщика и облегчающих процесс сварки:
Hot Start: предварительное кратковременное повышение тока для облегчения зажигания дуги; позволяет зажигать дугу лёгким касанием к детали без привычного "чирканья"
Anti Stick: предотвращение "залипания" электрода к детали; при "залипания" электрода ток резко возрастает на короткое время для пережигания перемычки и восстановления дуги
Arc Force: форсирование дуги (увеличение тока) при уменьшении длины дугового проме-жутка для восстановления длины дуги и стабильных условий сварки
Сварочные генераторы. Источники питания, преобразующие энергию вращения внешнего привода в постоянный сварочный ток. Обычно являются частью сварочного преобразователя или агрегата.
Сварочные преобразователи. Сочетание сварочного генератора и электродвигателя в качестве внешнего привода вращения.
Сварочные агрегаты. Сочетание сварочного генератора и привода вращения на базе двигателя
