Сварка пульсирующей дугой

Технологические возможности дуговой сварки можно значительно расширить, если применить пульсирующую сварку (ее называют также импульснодуговой сваркой, сваркой модулированным током). Сварка пульсирующей дугой состоит в том, что скорость и количество вводимой в изделие теплоты определяются режимом пульсации дуги, который устанавливают по определенной программе, зависящей от свойств свариваемого металла, его толщины, пространственного положения сварки. Скорость нарастания и спада электрической мощности дуги, частоту и амплитуду ее пульсации можно изменять в довольно широких пределах. Изменяя параметры сварки пульсирующей дугой, можно эффективно воздействовать на форму и размеры сварочной ванны, на временные и остаточные деформации, в широких пределах изменять кристаллизацию металла и таким образом влиять на свойства сварных соединений. При этом способе сварки более эффективно используется поверхностное натяжение расплавленного металла, что позволяет улучшить условия формирования шва в различных пространственных положениях.

Применение пульсирующего дугового разряда позволяет подобрать режим сварки таким образом, чтобы избежать стекания металла сварочной ванны в любых пространственных положениях, увеличить проплавляющую способность сварочной дуги, снизить вероятность прожогов при сварке корневого шва, значительно упростить технику сварки и в результате повысить производительность труда и улучшить качество сварки. При ручной сварке в этом   случае   значительно   снижаются требования к квалификации сварщика. Поэтому сварка пульсирующей дугой широко используется для вертикальных, горизонтальных и потолочных швов в изделиях различной толщины. Этот способ сварки эффективен для изделий из металлов, склонных к образованию горячих трещин. Технологические преимущества пульсирующей дуги особенно проявляются при сварке тонкостенных изделий. Причем практически отсутствуют такие дефекты формирования шва, как подрезы и провисание.

Применяется пульсирующая сварка вольфрамовым и плавящимся электродом; В первом случае дуга пульсирует с постоянным заданным соотношением импульса и паузы. Сплошной шов получают путем расплавления отдельных точек с определенным их перекрытием. При сварке плавящимся электродом на основной сварочный ток непрерывно горящей дуги накладывают кратковременные импульсы тока, под воздействием которых происходит ускорение плавления конца электрода, формирование и отрыв капель металла. Оптимальным считают режим, при котором каждый импульс отрывает каплю и причем в конце импульса. Если капля отрывается при силе тока, близкой к амплитудной, то повышается разбрызгивание, капли летят с большой скоростью.

Пульсирующую сварочную дугу получают с помощью специальных устройств: реле пульсации дуги, прерывателей тока, тиристорных коммутаторов. Источники питания для сварки пульсирующей дугой должны обеспечивать сварку как плавящимся, так и неплавящимся электродами, пульсацию электрических параметров дуги по требуемому режиму. Для этих целей могут служить специальные источники питания или сварочные преобразователи типа ПСО, ПСГ, ПСУ с прерывателями и регуляторами тока. Специальные источники питания позволяют получать пульсирующую мощность дуги за счет управления параметрами сварочной цепи.

В ИЭС им. Е. О. Патона разработана технология ручной дуговой сварки переменным модулированным током для изготовления тонколистовых конструкций и трубопроводов диаметром 10—25 мм с толщиной стенки 0,8—2,5 мм. При этой технологии сварка происходит на высоком (ток импульса) и низком (ток паузы) энергетическом уровнях. За счет непрерывного чередования регулируемых по длительности импульсов и пауз сварочного тока обеспечивается точное дозирование электрической энергии, что позволяет в широких пределах регулировать скорость плавления как основного, так и электродного металлов. В качестве источника питания применяется серийный сварочный трансформатор ТСМ-250 и модулятор-стабилизатор сварочного тока СТМ-301 (ОИ112), которые смонтированы в однокорпусную установку. Модулятор-стабилизатор СТМ-301 предназначен для совместной работы с любым серийным сварочным трансформатором с падающей внешней вольтамперной характеристикой, рассчитанным на номинальный ток до 315 А.

Модулятор-стабилизатор обеспечивает: регулирование тока импульса и тока паузы в пределах 35—315 А; ступенчатое регулирование длительности импульса и паузы в пределах 0,02—0,5 с; плавное регулирование длительности стартового импульса сварочного тока в пределах 0,05—5 с, с которого начинается процесс сварки; эффективное первоначальное возбуждение сварочной дуги и стабилизацию ее горения в процессе сварки; автоматическое отключение напряжения холостого хода сварочного трансформатора при перерывах в сварке длительностью более 1 с. Стабилизация горения дуги вольтодобавочными импульсами, подаваемыми в дуговой промежуток в начале каждого полупериода сварочного тока, позволяет применять электроды практически с любым типом покрытия, предназначенные для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Хорошие результаты получают при сварке углеродистых и нержавеющих сталей. За счет стартового импульса сварочного тока удается избегать дефектов в начальных участках и в «замках» швов  (табл. 14) приведены режимы сварки.

14. Режимы сварки трубопроводов малых диаметров и тонколистовых конструкций

Производительность труда при сварке тонкостенные изделий модулированным током увеличивается на 10— 15 % по сравнению с обычной ручной дуговой сваркой и на 70—80 % по сравнению с газокислородной сваркой.