Для понимания технической стороны использования импульсной сварки необходимо понять принципы традиционных дуговых процессов.
Основные принципы: когда сварочная проволока при сварке касается заготовки, возникает короткое замыкание, ток увеличивается, что приводит к переносу материала, т.е. отрыву капель за счёт сил электромагнитного взаимодействия. После перехода капли между проволокой и заготовкой образуется зазор, что приводит к возгоранию дуги. Образующееся тепло расплавляет конец проволоки и цикл повторяется. В диапазоне от низкой до средней мощности каждый переход капли металла происходит через короткое замыкание.
Однако по всему диапазону мощности дуги характеристики переноса металла сильно различаются:
Основные принципы: когда сварочная проволока при сварке касается заготовки, возникает короткое замыкание, ток увеличивается, что приводит к переносу материала, т.е. отрыву капель за счёт сил электромагнитного взаимодействия. После перехода капли между проволокой и заготовкой образуется зазор, что приводит к возгоранию дуги. Образующееся тепло расплавляет конец проволоки и цикл повторяется. В диапазоне от низкой до средней мощности каждый переход капли металла происходит через короткое замыкание.
Однако по всему диапазону мощности дуги характеристики переноса металла сильно различаются:
Короткая дуга: отрыв капли происходит в фазе повышенного тока, соответствующего короткому замыканию. Обрыв короткого замыкания, т. е. возобновление горения дуги, может привести к образованию брызг. Так, как сварка ведется в диапазоне низких токов, образуются брызги малого размера, которые не прилипают к поверхности заготовки. Опытные сварщики могут отлично контролировать короткую дугу, так как умеют постоянно отслеживать стабильность образования и переноса капель в сварочную ванну.
Промежуточная дуга: Основной принцип отрыва капель при повышенном токе во время короткого замыкания, остается таким же. Поскольку сила тока значительно выше, отрыв капель сопровождается образованием большего количества брызг. Также образуются более крупные, шарообразные (глобулярные) капли, которые отделяются от конца проволоки без короткого замыкания. В результате сварочные брызги становятся более частыми, а также более крупными и неизбежно прилипают к обрабатываемой детали, что значительно увеличивает объем послесварочной зачистки. В результате сварка на промежуточной дуге с глобулярным переносом создает большое количество брызг и сварочных дымов.
Струйная дуга: при применении высоких мощностей конец проволоки нагревается сильнее, капли сжимаются под действием магнитного поля тока (пинч-эффект), становясь все мельче и направляются в сварочную ванну в виде цепочки или струи. Перенос металла не требует короткого замыкания, что приводит к чистому, стабильному переносу материала. В результате струйная дуга дает сварщикам ощущение устойчивого процесса – управление дугой и, таким образом, соединение металлов происходит очень мягко.
Импульсная дуга: электротехническая хитрость!
Наиболее предпочтительным было бы получить свойства струйной дуги, в идеале, на всем диапазоне мощности: гладкие, симметричные швы, идеальное заполнение, низкое разбрызгивание и, конечно, высокие скорости сварки. Однако получить такие свойства на короткой и промежуточной дуге невозможно при традиционной реализации дуговых процессов. Вместо этого требуется немного электротехнической изобретательности… и результат называется «сварка импульсной дугой».
В отличие от стандартной дуги, импульсная дуга полностью исключает короткие замыкания, прямой контакт между проволокой и сварочной ванной отсутствует. Настоящий секрет заключается в постоянных пульсациях между крайне низким базовым и высоким импульсными токами. По сути, задача базового тока состоит в том, чтобы предотвратить разрыв дуги и поддержать сварочную ванну в жидком виде. Импульсный ток генерирует достаточно тепла, чтобы сформировать и отделить каплю, при этом реализуется пинч-эффект, как и при струйной дуге. В отличие от короткой дуги, капля отделяется в фазе максимального тока. Проволочный электрод расплавляется, и порция жидкого металла сжимается в определенный момент времени путем приложения высокого тока в течение примерно одной-двух миллисекунд – во время импульса. Незадолго до того, как ток снова достигнет значения низкого базового тока, сжатая капля высвобождается и плавно скользит в сварочную ванну. При соответствующей длине дуги между проволочным электродом и сварочной ванной никогда не возникает контакта, поэтому импульсная сварка практически не подразумевает коротких замыканий. Таким образом обеспечивается чрезвычайно чистый перенос материала.
Кроме того, размер капель остается небольшим и примерно одинаковым во всем диапазоне мощности дуги, что положительно влияет на перенос материала. Изменяется только количество импульсов и, следовательно, количество отделенных капель, при этом частота импульсов ниже в диапазоне низкой мощности и значительно выше в диапазоне высокой мощности, что воспринимается даже на слух: чем больше мощность, тем выше тон (частота импульсов).
Преимущества импульсной сварки.
Тепловложение: Максимумы тока, необходимые для выраженного пинч-эффекта, должны достигать как минимум 450 А. Поэтому импульсная сварка всегда является более горячей, чем стандартная сварка короткой дугой. Сварщики часто предпочитают работать короткой дугой, в частности, для тонколистового металла, где требуется максимальное снижение погонной энергии, чтобы избежать прожига. Однако дополнительная тепловая отдача может быть идеально преобразована в более высокие скорости сварки.
С другой стороны, если мощность приближается к диапазону струйной дуги, происходит обратное: импульс позволяет уменьшить тепловложение, особенно в диапазонах высокой мощности, поскольку высокие токи протекают прерывистыми отрезками времени.
Уменьшение сварочных брызг: сварочные брызги уменьшаются практически на 100 % за счет отрыва капель без короткого замыкания и, как следствие, чрезвычайно чистого переноса материала. Поэтому импульсная сварка настоятельно рекомендуется, в частности, в диапазоне средней дуги, поскольку она позволяет сэкономить значительный объём послесварочной обработки.
Еще одна логическая причина использования импульсного режима заключается в том, что сварочные задачи - это сварка не только в удобном нижнем положении. Во многих случаях позиционная сварка кольцевых, стыковых швов также выполняется в различных труднодоступных местах. В этих случаях импульсная сварка является идеальной альтернативой традиционной дуге за счёт снижения тепловложения с применением дополнительных низкочастотных импульсов или интервальных режимов.
В применении импульсной сварки нет необходимости в совершении длительных колебательных движений и других специальных методов позиционной сварки. Чешуйчатость шва достигается применением импульса. Это, в свою очередь, обеспечивает экономию времени, снижает требования к квалификации сварщика, значительно повышает скорость сварки и внешний вид шва.
Всегда один и тот же тип дуги: от минимальной до максимальной мощности. Квалифицированные сварщики описывают импульсный режим как “лучший способ сварки”. И, вероятно, самым решающим аспектом здесь является тот факт, что при использовании импульсной дуги, не требуется полностью перенастраивать сварочный режим и менять проволоку для получения стабильного процесса: регулируется только мощность в зависимости от выполняемой сварочной задачи, что значительно облегчает управление сварочной системой, поскольку большая часть диапазона мощности может быть покрыта всего одной дугой.
Преимущество технологии многопроходной сварки: Импульсная сварка идеально подходит для обеспечения сплавления слоев.
Гарантированно гладкие швы
Особенно необходимо для алюминия
Короткая дуга обладает слишком низким тепловложением из-за высокой теплопроводности алюминия. Если сварка слишком “холодная”, не разрушается оксидная пленка (разрушение оксидной пленки при 2044 0С), а значит присадочный материал не сплавляется с основным, шов получается слабым. С другой стороны, если используются слишком высокие мощности, это приводит к получению шва увеличенного сечения (перерасход присадочного материала), также сварочная ванна разбрызгивается (плавление алюминия при 600 0С), дугу сложно контролировать, увеличивается количество подрезов и прожогов.
Поэтому для сварки алюминия импульсный сварочный аппарат MIG/MAG просто незаменим.
Благодаря адаптированным импульсным характеристикам легко избежать прожига и избыточного заполнения и в то же время добиться чистого переноса металла с получением вогнутого шва. Еще одним преимуществом импульсной дуги на алюминии является ее экономичность за счет более высоких скоростей сварки и особенно высоких результатов сварки без брызг во всем диапазоне мощности. Результаты безупречны как при внешней визуальной оценке, так и во внутренней структуре.
Необходимо отметить, что в сварочных источниках ТЕНА (Kolarc) реализована возможность применения не просто импульсных режимов, но и применение процессов, таких как: DuoPulse (двойной импульс), Position (чередование импульса с, например, короткой дугой, а также спецпроцессов). (Об этом в следующей публикации)
Вывод: импульсная сварка незаменима в среднем диапазоне мощности, а также более предпочтительна по сравнению с другими видами дуги. Стабильная дуга, безупречный вид шва, высокие скорости сварки – достоинства неоспоримы. Поэтому наличие импульсной сварки в современных сварочных системах обязательно!
