Тенденции развития механизированной сварки с управляемым переносом электродного металла (Обзор)
Проведена оценка современных разработок механизированного оборудования для сварки и наплавки плавящимся электродом. Показано, что современные технические решения связаны с управлением переноса электродного металла как основного средства совершенствования механизированных дуговых процессов. Приведе...
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102952 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Тенденции развития механизированной сварки с управляемым переносом электродного металла (Обзор) / В.А. Лебедев // Автоматическая сварка. — 2010. — № 10 (690). — С. 45-53. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-102952 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1029522016-06-14T03:02:48Z Тенденции развития механизированной сварки с управляемым переносом электродного металла (Обзор) Лебедев, В.А. Производственный раздел Проведена оценка современных разработок механизированного оборудования для сварки и наплавки плавящимся электродом. Показано, что современные технические решения связаны с управлением переноса электродного металла как основного средства совершенствования механизированных дуговых процессов. Приведены примеры реализации управления переносом электродного металла. Assessment of modern developments of mechanized equipment for consumable electrode welding and surfacing was performed. It is shown that modern technical solutions involve control of electrode metal transfer as the main means of improvement of mechanized arc processes. Examples of realization of electrode metal transfer control are given. 2010 Article Тенденции развития механизированной сварки с управляемым переносом электродного металла (Обзор) / В.А. Лебедев // Автоматическая сварка. — 2010. — № 10 (690). — С. 45-53. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102952 621.791.927.5:537.63 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Лебедев, В.А. Тенденции развития механизированной сварки с управляемым переносом электродного металла (Обзор) Автоматическая сварка |
| description |
Проведена оценка современных разработок механизированного оборудования для сварки и наплавки плавящимся
электродом. Показано, что современные технические решения связаны с управлением переноса электродного металла
как основного средства совершенствования механизированных дуговых процессов. Приведены примеры реализации
управления переносом электродного металла. |
| format |
Article |
| author |
Лебедев, В.А. |
| author_facet |
Лебедев, В.А. |
| author_sort |
Лебедев, В.А. |
| title |
Тенденции развития механизированной сварки с управляемым переносом электродного металла (Обзор) |
| title_short |
Тенденции развития механизированной сварки с управляемым переносом электродного металла (Обзор) |
| title_full |
Тенденции развития механизированной сварки с управляемым переносом электродного металла (Обзор) |
| title_fullStr |
Тенденции развития механизированной сварки с управляемым переносом электродного металла (Обзор) |
| title_full_unstemmed |
Тенденции развития механизированной сварки с управляемым переносом электродного металла (Обзор) |
| title_sort |
тенденции развития механизированной сварки с управляемым переносом электродного металла (обзор) |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102952 |
| citation_txt |
Тенденции развития механизированной сварки с управляемым переносом электродного металла (Обзор) / В.А. Лебедев // Автоматическая сварка. — 2010. — № 10 (690). — С. 45-53. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT lebedevva tendenciirazvitiâmehanizirovannojsvarkisupravlâemymperenosomélektrodnogometallaobzor |
| first_indexed |
2025-07-07T13:06:32Z |
| last_indexed |
2025-07-07T13:06:32Z |
| _version_ |
1836993579333976064 |
| fulltext |
УДК 621.791.927.5:537.63
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКИ
С УПРАВЛЯЕМЫМ ПЕРЕНОСОМ ЭЛЕКТРОДНОГО МЕТАЛЛА
(Обзор)
В. А. ЛЕБЕДЕВ, д-р техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Проведена оценка современных разработок механизированного оборудования для сварки и наплавки плавящимся
электродом. Показано, что современные технические решения связаны с управлением переноса электродного металла
как основного средства совершенствования механизированных дуговых процессов. Приведены примеры реализации
управления переносом электродного металла.
К л ю ч е в ы е с л о в а : сварка, наплавка, импульс, источник,
инвертор, перенос, управление, механизм подачи
Разрабатываемые и предлагаемые на рынке по-
луавтоматы для сварки и наплавки постоянно со-
вершенствуются с целью получения швов и нап-
лавленных валиков с оптимальными соотно-
шениями геометрических параметров и качества
металла, в том числе и околошовной зоны; сни-
жения затрат на последующую обработку; умень-
шения расхода материальных и энергетических
ресурсов; уменьшения влияния на процессы свар-
ки и наплавки сварщика-оператора.
Все приведенные выше направления объеди-
няла главная тема концерна ESAB «Увеличение
производительности» на выставке «Сварка и рез-
ка», которая прошла в Эссене (Германия) с 14
по 19 сентября 2009 г. В данной работе исполь-
зован иллюстративный материал из рекламных
проспектов ведущих фирм-экспонентов выставки.
Задачи совершенствования сварочного обору-
дования в разные периоды решали различными
способами, в том числе путем создания новых
сварочных материалов, применения многокомпо-
нентных смесей защитных газов, совершенство-
вания основных и вспомогательных узлов и обо-
рудования в целом.
В 1960-е годы получил достаточно широкое
распространение импульсно-дуговой процесс
сварки, суть которого заключалась в использо-
вании импульсных алгоритмов управления источ-
ником сварочного тока процессом переноса элек-
тродного металла [1].
В настоящее время совершенствование свароч-
ных процессов и оборудования для механизиро-
ванной сварки в основном происходит с учетом
возможностей, которые можно получить, исполь-
зуя инверторные источники сварочного тока и
разнообразие алгоритмов управления переносом
электродного металла и циклом сварки. Это про-
демонстрировали на выставке большинство пред-
ставленных фирм-производителей соответствую-
щего оборудования для сварки сталей, сплавов
алюминия, титана. В основном это оборудование
относится к полуавтоматам для сварки плавящим-
ся электродом.
Одними из первых разработок в области уп-
равляемого переноса электродного металла с ис-
пользованием инверторных источников сварочно-
го тока явились технические решения, предложен-
ные фирмой «КЕMPPI» (Финляндия), в виде си-
нергетического управления. Суть этого способа
управления известна и описана в работе [2]. Тех-
нологии и оборудование фирмы «КЕMPPI» пос-
тоянно развиваются и совершенствуются. В ка-
честве примера такого совершенствования пред-
ложен новый МИГ/МАГ процесс FastROOT —
сварка модифицированной короткой дугой, кото-
рая основана на цифровом контроле параметров
дуги (сварочного тока и напряжения). Она при-
меняется для сварки низкоуглеродистых и леги-
рованных сталей и облегчает, а также ускоряет
работу сварщика. Сварка может проводиться во
всех пространственных положениях, с хорошим
проплавлением и при практически полном отсут-
ствии брызг. Технология FastROOT обеспечивает
лучшее качество шва, чем при сварке ТИГ, при
более высокой производительности. Принцип ра-
боты FastROOT основан на разделении цикла
сварки на два периода: период короткого замы-
кания и период горения дуги, чередующихся меж-
ду собой (рис. 1). В период короткого замыкания
проволока замыкается накоротко на сварочную
ванну, ток резко увеличивается и остается на за-
данном уровне. В начале периода короткого за-
мыкания есть короткий резкий скачок сварочного
тока. В течение периода короткого замыкания при
резком скачке тока до заданного уровня возрас-
тает электродинамическая сила, обеспечивающая
отделение капли металла с торца сварочной про-
волоки. При медленном снижении сварочного то-
© В. А. Лебедев, 2010
10/2010 45
ка происходит плавное отделение капли. В мо-
мент переноса капли в сварочную ванну начи-
нается второй период увеличения тока и зажи-
гается дуга. Точное управление временем увели-
чения и снижения тока гарантирует отсутствие
брызг при переходе от короткого замыкания к
горению дуги.
В период горения дуги формируется сварочная
ванна и обеспечивается необходимое проплавле-
ние корня шва. Эти два периода увеличения тока
следуют друг за другом, в конце каждого из них
ток устанавливается и удерживается на заданном
уровне. Точно выставленная базовая сила тока га-
рантирует перенос каждой следующей капли в
течение периода короткого замыкания, что соз-
дает условия бесперебойного отделения капель и
их перенос в сварочную ванну практически без
брызг с гарантией стабильности дуги и простоты
управления процессом сварки.
Полуавтомат с реализацией рассмотренного
процесса FastMIG Synergic приведен на рис. 2.
В настоящее время продолжает интенсивно
развиваться направление, в котором основное
внимание уделяется разработке систем и способов
управления переносом электродного металла, поз-
воляющим эффективно решать задачи обеспече-
ния качества процессов, а также энерго- и ре-
сурсосбережения. Подтвердить целесообразность
этого пути развития механизированной сварки и
наплавки позволяет как весь экспонируемый мно-
гочисленными фирмами широкий ряд полуавто-
матов для сварки и наплавки на международной
выставке «Сварка и резка 2009» в Эссене, так и
комплекс работ, выполняемый в ИЭС им. Е. О.
Патона.
Большинство полуавтоматов современных
конструкций содержат источники сварочного тока
с различными алгоритмами изменения выходных
параметров, позволяющих осуществить управле-
ние переносом электродного металла. При этом
используются SST-технологии, технологии «хо-
лодной сварки», их различные варианты и ком-
бинации воздействий на дуговой процесс (управ-
ляемое формирование и перенос капли электрод-
ного металла).
Наиболее широкий спектр технологических
новшеств был представлен известной фирмой
«CLOSS» (Германия). Среди них «холодный про-
цесс» (СР), реализованный с помощью сварочного
полуавтомата этой фирмы типа GLC 353 QUINTO
CP, который имеет существенные преимущества
по сравнению с обычной технологией, особенно
при сварке тонкостенных деталей. Благодаря но-
вой форме импульсов сварочного тока достигается
снижение термической нагрузки на основной ма-
териал (уменьшение внесения энергии) и одновре-
менно повышается мощность плавления сварочной
проволоки и, следовательно, скорость сварки. Цикл
переноса электродного металла происходит по сле-
дующему алгоритму (рис. 3):
в фазе положительного основного тока про-
исходит очищение основного материала (разру-
шение оксидного слоя), в материал вносится точ-
но рассчитанное количество тепловой энергии;
в фазе пульсации происходит отрыв капли без
образования брызг;
в фазе отрицательного основного тока (кап-
леобразование) дуга охватывает конец проволоки.
Происходит передача определенного количества
тепловой энергии в сварочную проволоку, при
этом сварочная ванна остывает.
В результате обеспечивается отличная перек-
рываемость зазоров свариваемых деталей, точ-
ность и повторяемость результата сварки.
Сварка СР является оптимальной и эффектив-
ной для соединения высокопрочных, нержавею-
щих сталей, материалов с покрытием, алюмини-
евых сплавов, а также для МИГ пайки.
Рис. 1. График изменения сварочного тока в процессе FastROOT
Рис. 2. Полуавтомат FastMIG Synergic
46 10/2010
К преимуществам СР сварки с указанными
другими алгоритмами формирования импульсов
сварочного тока следует отнести следующие: вы-
сокая скорость сварки; повышение производи-
тельности; высокое качество шва; снижение пере-
дачи тепловой энергии в материал; уменьшение
тепловых деформаций; снижение риска образо-
вания трещин в зоне шва из-за перепада темпе-
ратур; минимум брызг расплавленного металла;
отсутствие последующей обработки; возможность
использования электродной проволоки большого
диаметра; снижение расходов на электродную
проволоку; возможность получения нового про-
цесса — пайка в инертном газе (МИГ пайка).
На выставке была широко представлена тех-
нология и оборудование для сварки с использо-
ванием STT-процесса, разработанного в компании
«Lincoln Electric» (США). При этом обеспечивается
высококачественная полуавтоматическая сварка
корневых швов с обратным формированием сое-
динения, сварка тонколистого материала, уменьше-
ние разбрызгивания электродного металла.
Формы кривых сварочного тока и напряжения
при полуавтоматической сварке методом STT
представлены на рис. 4. Рассмотренный процесс
реализован в сварочном источнике INVERTEC
STT2, который представлен на рис. 5.
Необходимо отметить следующие разработки
компании «Lincoln Electric»: источники свароч-
ного тока типа Power Wave 355М — универсаль-
ные инверторные источники питания дуги, в том
числе для импульсно-дуговой полуавтоматичес-
кой сварки в среде защитного газа с синергети-
ческим управлением параметрами сварки и прог-
раммным управлением формой импульса тока.
Источник вобрал в себя последние достижения
в силовой инверторной технике и микропроцес-
сорном управлении с оптимизированным прог-
раммным обеспечением, разработанным в ком-
пании «Lincoln Electric», что обеспечивает ши-
рокие возможности сварки в сочетании с прос-
тотой использования. Сварщику следует просто
выбрать одну из более 60 сварочных программ
в зависимости от типа материала, диаметра про-
волоки и защитного газа и установить скорость
подачи сварочной проволоки. Источник автома-
тически обеспечивает оптимальные форму и па-
раметры импульсов тока, поддерживая контроль
за каждой каплей наплавляемого металла. Спектр
свариваемых материалов очень широк — стали,
нержавеющие стали, алюминий, никелевые спла-
вы и т. д. Оборудование позволяет снизить тре-
бования к профессионализму сварщика и в то же
время обеспечивает повышенное качество и про-
изводительность сварочных работ; технология уп-
равления формой и параметрами импульсов сва-
рочного тока Wave Control обеспечивает опти-
мальное течение сварочного процесса, т. е. для
каждого типоразмера проволоки и материала сва-
Рис. 3. Процесс управления переносом электродного металла при холодном процессе: а — фаза положительного тока; б —
фаза пульсации; в — фаза отрицательного тока
Рис. 4. Диаграммы переноса капли электродного металла при
SST управлении Рис. 5. Источник сварочного тока INVERTEC STT2
10/2010 47
рочные свойства источника устанавливаются оп-
тимальными для получения наилучших резуль-
татов сварки. Основными преимуществами новой
технологии управления формой сварочного тока
являются точное управление параметрами свароч-
ного процесса, их взаимодействие, мгновенная ре-
акция на возможные отклонения параметров дуги,
простота использования.
Новые режимы, предложенные и демонстри-
руемые на выставке компанией «Lincoln Electric»:
— «постоянная энергия» (Power Mode) —
обеспечивает стабильный, спокойный процесс
при сварке короткой дугой тонких материалов;
— «импульс в импульсе» (Pulse-in-Pulse) —
улучшает очистку при полуавтоматической свар-
ке алюминия и формирует сварной шов такого
же внешнего вида, как при сварке вольфрамовым
электродом;
— «быстрая дуга» (Rapid Arc) — предназначен
для высокоскоростной (до 2,5 м/мин — по мате-
риалам разработчика) полуавтоматической сварки
углеродистых сталей толщиной до 4 мм.
Все новые разработки компании «Lincoln Elec-
tric» базируются на адаптивных синергетических
программах, т. е. имеют программные обратные
связи для корреляции возникающих отклонений
сварочного процесса, что отличает источник от
большинства аналогов с жесткоустановленными
параметрами импульсов. Сварочные программы
постоянно дополняются новыми, разрабатывае-
мыми производителем. Заметим, что потребитель
этого оборудования имеет возможность создания
собственных сварочных программ, используя при-
обретенное программное обеспечение Wave De-
signer. Этим, по нашему мнению, объясняется
очень широкое распространение STT-процесса и
его различных модификаций, которые отличаются
друг от друга некоторыми особенностями в форме
импульса, а в некоторых случаях содержат до-
полнительные воздействия за счет программного
обеспечения и возможностей современных источ-
ников питания. Так, фирма «STEL» (Италия) раз-
работала и использует в полуавтоматах комби-
нированное управление, которое включает как им-
пульсные синергетические алгоритмы, так и мо-
дуляцию, что обеспечивает хорошие условия тру-
да сварщиков, в том числе в положениях, отлич-
ных от горизонтального, при выполнении корот-
ких и точечных швов при высоком и повторяемом
качестве.
Для сравнения рассмотрим разработки НПО
«СЭЛМА-ИТС» (Россия–Украина) [3]. Предло-
жен новый сварочный процесс, который также
является разновидностью полуавтоматической
сварки с периодическими короткими замыкани-
ями и получил название процесса сварки с вы-
нужденными короткими замыканиями — процесс
ВКЗ. Основой разработки послужил анализ не-
достатков способа STT — высокая стоимость
сложной инверторной сварочной техники; доро-
гостоящее программирование параметров свароч-
ного режима при необходимости сварки в нес-
тандартном для данного сварочного аппарата ре-
жиме и сложность технического обслуживания;
управление сварочным аппаратом осуществляется
изменением циклограммы тока сварочной дуги,
что обусловливает невозможность использования
импульсных режимов и низкую надежность при
длинных соединительных кабелях (более 25 м от
источника питания до подающего механизма), что
в свою очередь накладывает серьезные техноло-
гические ограничения; снижение производитель-
ности сварочного процесса как минимум на 25 %
из-за уменьшения времени свободного горения
сварочной дуги и наличия значительного коли-
чества коротких замыканий.
Способ ВКЗ базируется на использовании ис-
точников сварочного тока с комбинированными
внешними вольт-амперными характеристиками.
Сущность использования таких характеристик
заключается в том, что в зависимости от размера
капли электродного металла и фазы перехода кап-
ли в сварочную ванну (рост капли, формирование
перемычки между каплей и электродом, переход
капли в ванну, разрыв перемычки) вольт-амперная
характеристика может быть жесткой или падаю-
щей. При этом ограничивается мощность дугового
разряда в момент разрыва перемычки и увели-
чивается напряжение холостого хода после раз-
рыва перемычки и перехода капли в сварочную
ванну для стабилизации сварочного процесса. Уп-
равление переносом проводится не по току, а по
напряжению на дуге. Применение других тирис-
торных или инверторных источников (без специ-
альных алгоритмов управления) не обеспечивает
высокого качества сварного соединения при ме-
ханизированной сварке из-за разброса размера ка-
пель электродного металла, хаотического перехо-
да от процесса сварки длинной дугой к сварке
короткой дугой, значительного разбрызгивания,
низких сварочных свойств при изменении диа-
метра электродной проволоки и пространствен-
ного положения.
При течении процесса ВКЗ по сравнению с
традиционным процессом сварки в среде CO2
(рис. 6) с короткими замыканиями дугового про-
межутка значительно уменьшается время контак-
та капли электродного металла с дугой, умень-
шается время горения дуги (на величину длитель-
ности коротких замыканий) и соответственно уме-
ньшаются размеры сварочной ванны, процесс ста-
новится более гибким и регулируемым с техно-
логической точки зрения.
Рассмотрим еще несколько технических реше-
ний, которые использует ряд ведущих фирм-про-
изводителей механизированного оборудования.
48 10/2010
Функция QSet — последняя разработка швед-
ского концерна ESAB в области интеллектуаль-
ной цифровой сварки. Современная электроника
позволяет разрабатывать программное обеспече-
ние, помогающее сварщикам в управлении про-
цессом сварки МИГ/МАГ. Достаточно одного на-
жатия кнопки QSet и нескольких секунд пробной
сварки, чтобы автоматически установить все па-
раметры короткой дуги — оптимальное соотно-
шение между продолжительностью горения дуги
и продолжительностью короткого замыкания, при
котором достигается более эффективное исполь-
зование дуги при той же частоте коротких за-
мыканий. Такая процедура повторяется при из-
менении марки или диаметра проволоки и/или ти-
па защитного газа. Аппарат сам находит опти-
мальные установки. Скорость подачи проволоки
можно изменять в любое время при процессе свар-
ки или между сварками. Если различная геомет-
рия стыка, толщины материала или сварочные по-
ложения требуют различной скорости подачи, то
устанавливаемые оптимальные сварочные пара-
метры гарантируют стабильную короткую дугу,
которая обеспечит высокое качество сварки. С по-
мощью функции QSet устанавливается стабиль-
ный процесс сварки короткой дугой при различ-
ном вылете проволоки при изменении геометрии
свариваемого изделия, что помогает сварщикам.
Например, при сварке узких зазоров экономится
время и на зачистке сварных швов, поскольку иде-
альная регулировка дуги сводит к минимуму об-
разование брызг. На рис. 7 представлен источник
сварочного тока типа Origo Mig C3000i со
встроенной QSet-функцией.
Очень интересным решением, реализо-
ванным в оборудовании ESAB, является
импульсный алгоритм управления, позво-
ляющий в широком диапазоне влиять на
соотношение времени «горение дуги–ко-
роткое замыкание», при одной и той же
частоте переноса (рис. 8). Имеется также
возможность изменять частоту коротких
замыканий дугового промежутка путем из-
менения индуктивности дросселя. При
этом с увеличением индуктивности дрос-
селя частота коротких замыканий снижа-
ется. Это все достигается функцией QSet.
Установки индуктивности дросселя, напряжения
сварки и скорости подачи электродной проволоки,
кроме обеспечения стабильности процесса, су-
щественно влияют на тепловложение. При боль-
шей индуктивности увеличивается время горения
дуги, уменьшается частота коротких замыканий
и повышается тепловложение.
Рассмотрим способ управления дуговым про-
цессом forceArc, разработанный компанией EWM
(Германия). При механизированной сварке в среде
защитных газов (инертный газ или смесь газов
с высоким содержанием аргона) часто использу-
ется струйный процесс переноса электродного ме-
талла мелкими каплями без коротких замыканий.
Это возможно при относительно большой длине
дуги с высоким значением напряжения сварки,
что не всегда эффективно на практике, так как
из-за магнитного дутья дуга может отклоняться
и, кроме того, могут возникать подрезы или поры,
а также выгорание легирующих элементов. При
укорачивании дуги в результате снижения нап-
ряжения сварки происходит увеличение длитель-
ности фаз короткого замыкания и усиление об-
разования брызг.
Появление инверторной техники и современ-
ных цифровых систем управления дало возмож-
ность при очень короткой дуге с длинными фа-
Рис. 6. Кинограммы процесса переноса электродного метал-
ла: а — процесс с ВКЗ; б — импульсно-дуговой процесс
Рис. 7. Источник сварочного тока Origo Mig C3000i
Рис. 8. Возможности управления временем короткого замыкания и го-
рения дуги (а, б)
10/2010 49
зами короткого замыкания быстро «вмешиваться»
в процесс регулирования. Ток при возбуждении
дуги снижают до достижения запрограммирован-
ного значения напряжения дуги. В результате за-
метно сокращаются длительности коротких замы-
каний, а образование брызг минимально. Переход
электродного металла в шов носит струйный ха-
рактер с мельчайшими каплями и практически без
короткого замыкания. При дальнейшем снижении
напряжения длина дуги будет сокращаться. Дуга
горит в углублении расплавленного металла, воз-
никающем под давлением потока плазмы. Меня-
ется размер капель металла, переходящих в ванну
— от мелко- до среднекапельного. Плотность сле-
дования капель друг за другом увеличивается до
такого состояния, когда их цепочка образует крат-
ковременный контакт с расплавом, что приводит
к коротким замыканиям с увеличенным разб-
рызгиванием металла. На такой перенос воздейс-
твует алгоритм управления инверторных источ-
ников тока. В этом случае индуктивность наст-
раивается с помощью электронной системы. При
коротком замыкании ее можно полностью отклю-
чать (остается только индуктивность сварочных
проводов). Поэтому увеличение и снижение тока
в фазе короткого замыкания и при возбуждении
дуги можно очень быстро регулировать. При этом
образование брызг очень незначительное.
В качестве задающих параметров для процесса
регулировки используют падение и увеличение
напряжения. При этом непрерывно измеряется
напряжение и соответствующим образом реаги-
руется каждое его изменение (высокодинамичная
регулировка мгновенных значений).
Такой тип управления с обеспечением струй-
ного переноса в процессе сварки называется
«EWM-forceArc». При этом можно обеспечить из-
менение тока и напряжения без существенного
разбрызгивания.
Быстрая регулировка процесса позволяет вести
сварку с длинным вылетом проволоки, что по-
ложительно влияет на шов при ограниченном дос-
тупе к нему (сложный доступ к месту сварки),
однако при этом необходимо обеспечить доста-
точный расход защитного газа.
Горение дуги и перенос электродного металла
при действии «EWM-forceArc» демонстрируют
кадры высокоскоростной съемки на рис. 9.
Сварочный полуавтомат PHOENIX 500 EX-
PERT PULS, в котором реализовано управление
процессом МИГ/МАГ сварки forceArc, приведен
на рис. 10.
При использовании процесса forceArc могут
быть достигнуты следующие результаты: повы-
шенное проплавление за счет высокого давления
плазмы в дуге; отсутствие подрезов как следствие
очень короткой дуги; высокая экономичность бла-
годаря высокой скорости сварки; лучшее качество
шва в отношении зоны нагрева и коробления бла-
годаря незначительному нагреву.
Известная австрийская фирма «Fronius» сущес-
твенно расширила возможности СР-процесса, раз-
работав СМТ — холодный перенос металла. Но-
визна этого способа управления состоит в методе
Рис. 9. Характерная картина горения дуги и переноса электродного металла при традиционном процесса МИГ (а) и при
EWМ-forceArc (б)
Рис. 10. Полуавтомат PHOENIX 500 EXPERT PULS
50 10/2010
отделения капли, при котором, помимо других
особенностей, перенос металла относительно хо-
лодный по сравнению с обычными процессами.
Используется не только подача проволоки в нап-
равлении сварочной ванны, но и обратное дви-
жение, т. е. электродная проволока подается впе-
ред и в определенной фазе переноса капли ре-
версируется, способствуя переходу электродного
металла в сварочную ванну. При этом использу-
ется инверторный источник сварочного тока, ал-
горитм управления которого сопряжен с движе-
нием электродной проволоки. Основные моменты
цикла переноса электродного металла, обеспечи-
ваемые реверсивным движением электродной
проволоки, приведены на рис. 11.
Получение холодного переноса металла (СМТ)
с программируемой работой механизма подачи
приводит к процессу с новыми характеристиками.
Становится возможным выполнение сварных и
паяных швов практически без разбрызгивания,
что позволяет избежать последующей дорогосто-
ящей и затратной по времени механической об-
работки. Отличие процесса СМТ по сравнению
с традиционными процессами дуговой сварки зак-
лючается в том, что перенос металла происходит
при почти нулевом токе. При обычной сварке пог-
руженной дугой ток значительно повышается в
фазе короткого замыкания, а в процессе СМТ в
этой фазе значение тока остается низким, при
этом, несмотря на очень низкое значение тока в
фазе короткого замыкания, отделение капли все
равно возможно, так как этому способствует ре-
версивное движение проволоки, что можно объяс-
нить поверхностным натяжением жидкого метал-
ла по аналогии с SST-процессом, получаемым за
счет управления параметрами источника свароч-
ного тока.
Качество формирования швов (внешний вид,
возможность сварки на весу без подкладок, не-
большая зона термического влияния и др.) при
сварке тонколистового металла при СМТ-процес-
се приведены на рис. 12.
Процесс позволяет регулировать тепловложе-
ние, что в свою очередь влияет на геометрию
сварного шва. Комбинации процесса СМТ и им-
пульсной дуги применяют при необходимости ус-
транения непровара сварного шва или увеличения
скорости сварки. СМТ-процесс обеспечивает пре-
имущества и при возбуждении дуги.
Следует заметить, что ряд фирм использует
импульсное движение проволоки с достаточно
высокими частотами (например, «MEGATRO-
NIC», Дания) — частота в десятки герц, однако
это лишь для случаев применения присадочных
проволок.
Использование импульсной подачи электрод-
ной проволоки в оборудовании для сварки и нап-
лавки, представленном на выставке в Эссене, ог-
раничилось рассмотренными выше разработками
фирмы «Fronius», суть которых заключается в
том, что обычный алгоритм движения электрод-
ной проволоки с заданной скоростью, обеспечи-
вающей интегральное значение скорости ее плав-
ления, прерывается в нужное время реверсивным
движением электрода обратно от изделия.
Проанализировав рассмотренные алгоритмы
управления переносом электродного металла по
типу SST, CMT, можно прийти к заключению,
что такие технологии практически не управляют
переносом активным образом, как, например, это
выполняется в импульсно-дуговом процессе [1],
Рис. 11. Цикл переноса электродного металла при СМТ сварке: а, б, г — движение проволоки в зону горения дуги; в —
реверсивное движение
Рис. 12. Внешний вид сварных швов при использовании СМТ процесса
10/2010 51
а лишь создают оптимальные (щадящие) условия
для переноса, однако, не могут быть широко рас-
пространены, например, при сварке и наплавке
порошковыми электродными проволоками.
Ряд алгоритмов управления переносом элект-
родного металла с заданными параметрами пред-
ложен российскими исследователями [4]. Техни-
ческая реализация таких алгоритмов весьма слож-
на и реальных решений, которые могли быть ос-
новой для промышленного оборудования в этом
направлении, не было предложено, хотя в иссле-
дованиях действительно были получены весьма
интересные и перспективные результаты по реа-
льному управлению переносом электродного ме-
талла. Исключение составляет механизм подачи
с электромагнитным приводом и движителями —
односторонними захватами. Такая система подачи
сложно регулируема и ограничена как в периоде
эксплуатации (ненадежность конструкций однос-
торонних захватов), так и в типах электродных
проволок (невозможно подать порошковую про-
волоку).
Регулирование параметров импульсной подачи
можно считать основной задачей, которая во всех
аспектах рассмотрена в работе [5].
В ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины также
большое внимание уделяется системам импуль-
сной подачи с односторонними захватами с элек-
тродвигателями и электромагнитами. Достигнуты
определенные результаты. Создан ряд экспери-
ментальных полуавтоматов, однако до промыш-
ленного внедрения работа не была доведена. В
настоящее время, имея достаточно большой объем
необходимых теоретических исследований по воз-
можностям импульсной подачи электродной про-
волоки [6], разработана концепция построения ме-
ханизмов импульсной подачи, которая основана
на применении электродвигателей по двум основ-
ным направлениям:
с применением специальных преобразователей
вращательного движения вала электродвигателя
в импульсное движение подающих роликов и
электродной проволоки;
с применением специальных быстродейству-
ющих электродвигателей и установкой подающе-
го ролика непосредственно на валу электродви-
гателя.
Оба направления эффективны по регулирова-
нию параметров импульсов подачи, хотя в первом
случае система имеет некоторые люфты, но дос-
таточно дешева (дешевле обычных редукторных
систем подачи). Система по второму направлению
совершенна, управляема (в настоящее время до
70 Гц, в ближайшей перспективе более 100 Гц).
С помощью этих систем можно действительно
получить управляемый перенос электродного ме-
талла при использовании проволок различных
конструкций и в достаточно широком диапазоне
способов и режимов дуговой сварки и наплавки.
При этом в ИЭС им. Е. О. Патона разработан
способ дуговой сварки с импульсной подачей, ре-
ализация которого практически гарантирует уп-
равление переносом с фазой короткого замыка-
ния, при котором снижается уровень потерь элек-
тродного металла и затраты электроэнергии с по-
лучением швов, имеющих хорошую форму и то-
варный вид.
На рис. 13 представлены характерные осцил-
лограммы скорости импульсной подачи электрод-
ной проволоки и напряжения сварки стали. Каж-
дый перенос капли соответствует импульсу по-
дачи при правильно подобранных параметрах им-
пульсного движения электродной проволоки, а
указанный перенос осуществляется в разных фа-
зах импульсов для процессов сварки сталей и алю-
миния.
На рис. 14 представлены валики наплавлен-
ного металла из сплавов алюминия, полученные
обычным механизированным процессом и про-
цессом с импульсной подачей электродной про-
волоки. Очевидны отсутствие подрезов, регуляр-
ное формирование валиков при визуальном от-
сутствии включений при использовании процесса
с импульсной подачей. Возможность получения
качественного валика металла при наплавке на
тонколистовой металл показана на рис. 15.
Выявление особенностей переноса электрод-
ного металла при сварке с импульсной подачей
дает возможность сформулировать требования
еще к одному способу управляемого переноса: с
одновременным использованием механизма им-
пульсной подачи и импульсного источника сва-
рочного тока. Это направление практически ре-
ализовано в ИЭС им. Е. О. Патона [7]. Такой
способ принудительного управления переносом
Рис. 13. Осциллограммы скорости подачи проволоки 1 и
напряжения 2 при сварке стали (проволока Св-08Г2 диамет-
ром 1,2 мм; напряжение сварки 21…22 В; ток сварки 120 А)
52 10/2010
дает очень хорошие результаты при незначитель-
ных затратах энергии на формирование импульса
от импульсного источника (в 3…5 раз ниже, чем
в импульсно-дуговом процессе при сварке алю-
миния). Однако до настоящего времени этот спо-
соб был трудноосуществим из-за ряда специаль-
ных требований к механизму импульсной подачи.
Наличие в ИЭС им. Е. О. Патона разработки но-
вого типа полностью управляемых импульсных
механизмов подачи на основе специальных кон-
струкций компьютеризированных вентильных
электродвигателей делают возможным промыш-
ленную реализацию управления переносом с вли-
янием на каплю двух источников импульсных воз-
действий, работающих по определенному алго-
ритму.
В заключение можно констатировать, что од-
ним из основных направлений в совершенство-
вании оборудования для механизированных спо-
собов сварки и наплавки является обеспечение
возможности эффективного управляемого перено-
са электродного металла. При этом наивысшего
эффекта можно достичь, использовав совершен-
ные источники сварочного тока инверторного ти-
па с компьютеризированными системами управ-
ления и регулирования («Lincoln Electric», «Fro-
nius», «CLOOS» и др.), а также результаты тео-
ретических изысканий и разработок систем им-
пульсной подачи электродной проволоки, про-
водимых в Украине и России.
1. Потапьевский А. Г. Сварка в защитных газах плавящим-
ся электродом. — М.: Машиностроение, 1974. — 240 с.
2. Воропай Н. М., Илюшенко В. М., Ланкин Ю. Н. Особен-
ности импульсно-дуговой сварки с синергетическим уп-
равлением параметрами режимов (Обзор) // Автомат.
сварка. — 1999. — № 6. — С. 26–32.
3. Особенности современных установок для механизиро-
ванной сварки плавящимся электродом в защитных га-
зах / М. В. Карасев, Е. М. Вышемирский, В. И. Беспалов,
Д. Н. Работинский // Там же. — 2004. — № 12. — С. 38–
41.
4. Брунов О. Г., Федько В. Т., Слистин А. П. Разновидности
способов импульсной подачи сварочной проволоки для
сварки плавящимся электродом в CO2 // Свароч. пр-во.
— 2002. — № 11. — С. 58.
5. Лебедев В. А., Пичак В. Г., Смолярко В. Б. Механизмы
импульсной подачи электродной проволоки с регулиро-
ванием параметров импульсов // Автомат. сварка. —
2001. — № 5. — С. 31–37.
6. Лебедев В. А., Пичак В. Г. Механизированная дуговая
сварка в CO2 с регулируемой импульсной подачей элек-
тродной проволоки // Свароч. пр-во. — 1998. — № 5. —
С. 30–33.
7. Патон Б. Е., Лебедев В. А., Микитин Я. И. Способ ком-
бинированного управления процессом переноса элект-
родного металла при механизированной дуговой сварке
// Там же. — 2006. — № 8. — С. 27–32.
Assessment of modern developments of mechanized equipment for consumable electrode welding and surfacing was
performed. It is shown that modern technical solutions involve control of electrode metal transfer as the main means of
improvement of mechanized arc processes. Examples of realization of electrode metal transfer control are given.
Поступила в редакцию 18.12.2009
Рис. 14. Наплавка на пластины из сплавов алюминия: с им-
пульсной подачей электродной проволоки (1) и обычной (2)
Рис. 15. Наплавка на тонколистовые (толщина 1,2 мм) сталь-
ные пластины с импульсной подачей электродной проволоки
(1) и обычной (2)
10/2010 53
|