Источники питания для аргонодуговой сварки

1.Технология TIG сварки

 

TIG - Tungsten Insert Gas- ручная дуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертного защитного газа. Поскольку чаще всего в качестве материала для неплавящихся электродов используется вольфрам, в немецкоязычной литературе используют сокращение WIG (Wolfram Inert Gas); иногда встречается обозначение GTA (Gas Tungsten Arc). Может осуществляться с ручной или автоматической подачей присадочной проволоки или без нее. Так как наиболее распространено применение в качестве защитного газа аргона, за этим методом закрепилось название «аргонно-дуговая сварка», или АДС. Следует, однако, заметить, что такое наименование не совсем правильно, потому что при сварке методом TIG в качестве защитного газа могут использоваться также гелий, азот или различные газовые смести; существует также метод атомно-водородной сварки, схожий по своей физической сущности с методом TIG; коме того, сварка с использованием аргона в качестве защитного газа может вестись и с применением плавящегося электрода. При описании оборудования для сварки методом TIG упоминание самого метода сварки обычно дополняют упоминанием рода тока сварки: DC (Direct Current)-постоянный ток- или AC/DC (Alternating Current/Direct Current)-переменный/постоянный ток.

Сварка в  защитных газах нашла широкое применение в промышленности. Этим способом можно соединять вручную, полуавтоматически или автоматически в различных пространственных положениях разнообразные металлы и сплавы толщиной от десятых долей до десятков миллиметров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1

 

Сущность  способа. При сварке в зону дуги 1 через сопло 2 непрерывно подается защитный газ 3 (рис. 1 ). Теплотой дуги расплавляется основной металл 4 и, если сварку выполняют плавящимся электродом, расплавляется и электродная проволока. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует шов. При сварке неплавящимся электродом электрод не расплавляется, а его расход вызван испарением металла или частичным оплавлением при повышенном сварочном токе.

Образование шва  происходит за счет расплавления кромок основного металла или дополнительно вводимого присадочного металла. В качестве защитных газов применяют инертные (аргон и гелий) и активные (углекислый газ, водород, кислород и азот) газы, а также их смеси (Аr + Не; Аr + СО2; Аr + О2; СО2 + О2 и др.).

По отношению  к электроду защитный газ можно  подавать центрально или сбоку (рис. ↓). Сбоку газ подают при больших  скоростях сварки плавящимся электродом, когда при центральной защите надежность защиты нарушается из-за обдувания  газа неподвижным воздухом. Сквозняки или ветер при сварке, сдувая струю защитного газа, могут резко ухудшить качество сварного шва. В некоторых случаях, особенно при сварке вольфрамовым электродом, для получения необходимых технологических свойств дуги, а также с целью экономии дефицитных и дорогих инертных газов используют защиту двумя концентрическими потоками газа.

Рис.2 

 

Для сварки тугоплавких  и активных металлов, часто выполняемой  вольфрамовым электродом, для улучшения  защиты нагретого и расплавленного металлов от возможного подсоса в зону сварки воздуха используют специальные камеры (сварка в контролируемой атмосфере). Детали помещают в специальные камеры, откачивают воздух до создания вакуума (до 10-4 мм рт. ст.) и заполняют инертным газом высокой чистоты. Сварку выполняют вручную или автоматически с дистанционным управлением.

Для сварки в  контролируемой атмосфере крупногабаритных изделий находят применение обитаемые  камеры объемом до 450 м3. Сварщик находится  внутри камеры в специальном скафандре  с индивидуальной системой дыхания. Инертный газ, заполняющий камеру, регулярно очищается и частично заменяется. Для доступа сварщика в камеру и подачи необходимых материалов имеется система шлюзов. При крупногабаритных изделиях используют переносные мягкие камеры, устанавливаемые на поверхности изделия. После их продувки и заполнения защитным газом сварку выполняют вручную или механизировано. Для этих же целей используют подвижные камеры (рис. 2, г), представляющие собой дополнительную насадку на уширенное газовое сопло горелки. Сварка в этом случае обычно выполняется автоматически.

Теплофизические свойства защитных газов оказывают  большое влияние на технологические  свойства дуги и форму швов. Например, по сравнению с аргоном гелий  имеет более высокий потенциал  ионизации и большую теплопроводность при температурах плазмы. Поэтому дуга в гелии более "мягкая". При равных условиях дуга в гелии имеет более высокое напряжение, а образующийся шов имеет меньшую глубину проплавления и большую ширину. Поэтому гелий целесообразно использовать при сварке тонколистового металла. Кроме того, он легче воздуха и аргона, что требует для хорошей защиты зоны сварки повышенного его расхода (1,5 ... 3 раза). Углекислый газ по влиянию на форму шва занимает промежуточное положение.

Широкий диапазон используемых защитных газов, обладающих значительно различающимися теплофизическими свойствами, обусловливает большие технологические возможности этого способа как в отношении свариваемых металлов (практически всех), так и их толщин (от 0,1 мм до десятков миллиметров). Сварку можно выполнять, используя неплавящийся (угольный, вольфрамовый) или плавящийся электрод.

По сравнению с другими  способами сварка в защитных газах  обладает рядом преимуществ: высокое  качество сварных соединений на разнообразных  металлах и сплавах различной толщины; возможность сварки в различных пространственных положениях; возможность визуального наблюдения за образованием шва, что особенно важно при полуавтоматической сварке; отсутствие операций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака; высокая производительность и легкость механизации и автоматизации; низкая стоимость при использовании активных защитных газов.

К недостаткам способа  по сравнению со сваркой под флюсом относится необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги.

 

Рис.3

2. Общие сведения об источниках питания.

Назначение и основные типы источников.

 

Источник питания входит в состав любой установки для дуговой  и электрошлаковой сварки. Он снабжает дугу или электрошлаковый процесс  электрической энергией необходимых параметров. При дуговой сварке применяются токи от 1 до 3000 А при напряжении 40-141 В. Сварка может выполняться на постоянном и переменном токе, как при непрерывной, так и при импульсной подаче энергии. В зависимости от вида энергии и характера ее преобразования различают следующие типы источников питания. 
Трансформатор понижает переменное напряжение сети до необходимого при сварке. 
Выпрямитель преобразует энергию сетевого переменного тока в энергию постоянного сварочного тока. Генератор преобразует механическую энергию вращения его вала в электрическую энергию постоянного тока. 
Преобразователь является комбинацией трехфазного асинхронного двигателя переменного тока и сварочного генератора и, следовательно, преобразует сетевую энергию в используемую для сварки энергию постоянного тока. 
Агрегат состоит из двигателя внутреннего сгорания и генератора постоянного тока, в нем для получения сварочного тока используется химическая энергия сгорания жидкого топлива. 
Различают источники общепромышленного и специального назначения.

К общепромышленным относятся источники  для ручной сварки покрытыми электродами  и механизированной сварки плавящимся электродом в защитном газе и под  флюсом, они предназначены в основном для сварки углеродистых и легированных сталей средней толщины.

Специализированные источники  предназначены для обслуживания более сложных технологических  процессов, связанных с изготовлением  тонколистовых конструкций, а также  изделий из высоколегированных сталей и цветных металлов. Некоторые  из процессов, родственных дуговой сварке — наплавка, напыление, резка, а также электрошлаковая сварка — тоже нуждаются в специализированном источнике. Эти источники отличаются относительной сложностью, насыщены элементами автоматики, обладают высокими сварочными свойствами.

История развития, современное состояние  и перспективы развития источников

В России серийное производство источников питания для сварки началось с 1924 г., когда на Санкт-Петербургском  заводе «Электрик» под руководством В. П. Никитина был создан первый отечественный генератор СМ-1, а затем и сварочный трансформатор СТН в комбинации с реактивной обмоткой. Дальнейшее развитие электросварочного машиностроения связано, главным образом, с созданием новых способов и разновидностей сварки. С начала 40-х гг. с появлением автоматической сварки под флюсом были изготовлены мощные трансформаторы с дистанционным управлением. В 50-е гг. для механизированной сварки в углекислом газе были разработаны источники с жесткими характеристиками и улучшенными динамическими свойствами. Позднее для управления переносом электродного металла были созданы источники для импульсно-дуговой сварки. Разработка способа сварки непдавящимся электродом в инертном газе привела к созданию специализированных источников с устройствами для стимулирования начального и повторного зажигания, питания дуги пульсирующим током, заварки кратера и т. д. Сварка и резка сжатой (плазменной) дугой потребовала разработки выпрямителей с повышенным напряжением и устройствами для питания дежурной дуги. Для электрошлаковой сварки понадобились мощные трансформаторы с малым сопротивлением и регулируемым напряжением. 
Другое направление качественного совершенствования источников связано с появлением новой элементной базы. Успехи в развитии полупроводниковой техники позволили перейти в начале 50-х гг. к выпуску сварочных выпрямителей взамен генераторов. С появлением силовых управляемых вентилей — тиристоров — с 60-х гг. стали выпускаться универсальные выпрямители, а позднее трансформаторы с электрическим фазовым управлением. С начала 80-х гг. в сварочных источниках стали использоваться силовые транзисторы, они предоставляют возможности существенного улучшения таких сварочных свойств, как характер переноса электродного металла, настройка и стабильность параметров режима. На базе управляемых вентилей (тиристоров и транзисторов) созданы выпрямители с промежуточным высокочастотным звеном — инвертором, что позволило существенно уменьшить их массу и габариты и улучшить динамические свойства источника. 
Последние годы характеризуются существенным усложнением электрических схем источников и широким внедрением устройств автоматики, обеспечивающих универсальность источников, стабилизацию режима, программное и дистанционное управление, защиту от перегрузок. С 80-х гг. источники стали комплектоваться микропроцессорными системами, в том числе синергетического управления по математическим моделям, которые непосредственно связывают параметры режима с размерами сварного шва, что существенно упрощает работу оператора при настройке режима. 
Мировое производство оборудования для дуговой сварки к началу нового столетия оценивается в сумму 2,5 млрд долл., а по прогнозу на 2006 г. — около 3 млрд долл. При этом доля оборудования для ручной сварки составляет около 20%, для сварки в защитных газах — 68%, для сварки под флюсом — 8%, для специальных способов — 4%. Если считать, что в стоимости установки на источник приходится большая часть, то общий объем продаж источников в мире составляет не менее 2 млрд долл. Долю отдельных типов источников в общем выпуске удается установить только для развитых стран с организованной статистической отчетностью. Так, в Японии в 2000 г. при общем объеме производства источников 112 тыс. шт. доля трансформаторов составила 23%, выпрямителей — 43%, вращающихся машин (генераторов и агрегатов) — 25% и специализированных источников — 9% . 
Основным направлением развития источников является не количественный рост, а качественное совершенствование. В структуре выпуска наблюдаются следующие изменения. Прекращен выпуск преобразователей, но в большом количестве производятся агрегаты с двигателями внутреннего сгорания. Снижается доля трансформаторов, особенно в сфере промышленного использования, хотя они находят спрос в строительстве и в быту. Увеличивается доля выпрямителей, причем наибольший относительный рост производства у самых прогрессивных разновидностей — универсальных выпрямителей и инверторных источников. Значительно увеличивается номенклатура и объем выпуска специализированных источников. Традиционным направлением совершенствования источников является снижение затрат при их изготовлении и эксплуатации. Это достигается, в частности, использованием более совершенных материалов — тонкой трансформаторной стали, мощных циклоустойчивых вентилей, стойкой кремний органической изоляции. Перспективные конструкции, использующие дорогие комплектующие, такие, как транзисторные модули и синергетические системы управления, или воплощающие в себе результат трудоемких технологических исследований, также находят своего покупателя, если позволяют поднять качество сварных конструкций на ранее недостижимый уровень. С этой целью непрерывно ведется работа по совершенствованию сварочных свойств источников. Успешно решаются вопросы улучшения возбуждения дуги, уменьшения разбрызгивания металла, управления переносом электродного металла и формированием шва. 

 

 

 

3.Источники  питания для аргонно-дуговой сварки

 

Инверторные источники  серии WS, WSM, WSE предназначены для  ручной дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитного  газа. Вследствие использования передовых  технологий производства сварочного оборудования и встроенных в аппараты профессиональных функций и режимов сварки, позволяют сварщику получить высококачественный сварочный шов и увеличить эффективность энергозатрат.

 

ИНВЕРТОРНЫЙ АППАРАТ  ДЛЯ АРГОНО-ДУГОВОЙ СВАРКИ (TIG/WIG) WS-160 (PN10-160R)

 

Выполнен на базе современных IGBT технологий. Внешние характеристики аппарата стабилизированы, т.е. при  изменении длины дуги сварочный  ток не изменяется и стабилен на протяжении всего цикла сварки. Типовое  применение: Предназначен для сварки конструкций из различных сталей: от углеродистых до высоколегированных. Толщина свариваемого металла: 0.3 - 10 мм Основные функции: переносной, высокоэффективный и экономичный, бесшумный, увеличенный рабочий цикл, устойчивая дуга и легко контролируемая сварочная ванна, отличное качество поверхности сварного шва, высокое напряжение холостого хода, легкое и надежное зажигание дуги

Рис.4

 

Технические характеристики

 Номинальное входное  напряжение, В 220 ± 15% / (50-60) Гц

Номинальный входной ток, А 16

Напряжение холостого  хода,В 42

Диапазон сварочного тока, А 10 - 160

Номинальное сварочное  напряжение, В 16,4

Рабочий цикл, % 60

Потребление без нагрузки, Вт 35

Коэффициент мощности (cos) 0,93

КПД, % 85

Степень изоляции В

Степень изоляции корпуса IP21

Габаритные размеры, мм 375x155x290

Вес, кг 8

 

ИНВЕРТОРНЫЙ АППАРАТ  ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ АРГОНО-ДУГОВОЙ СВАРКИ (PULSE TIG/WIG) WSM-160 (PNE10-160P)

 

Широко используется для различных металлов, кроме  алюминия, магния и их сплавов. Подходит для кислотных электродов и электродов с основным покрытием. Функции: Многофункциональные: сварка постоянного тока вольфрамовым электродом , импульсная сварка. Регулируются: сварочный ток/импульсный ток, мощность дуги/базовый ток, частота повторения импульсов и время спадающего фронта, и т.д. Сварочный ток предварительно устанавливается и выводится на цифровой индикатор. Бесконтактный высокочастотный прожог электродом при сварке. 2/4-ступенчатый переключатель режимов сварки. Защитные функции: максимальная токовая защита от перегрева, отсутствие посадки напряжения.

 

Рис.5

Технические характеристики

Напряжение питающей сети, фаз - В 1-150~264V/(50~60)Hz

Потребляемая мощность, кВА 5,3

Напряжение холостого  хода, В 50~70

Диапазон регулировки  сварочного тока, А 5~160(TIG,MMA)

Диапазон силы дуги(MMA), А 0~110

Вид волны Высокочастотный

Частотный диапазон пульса (TIG) 0.5~15Hz

Диапазон отношения  пульса (TIG) 50%

Время подъема дуги (TIG), сек 1

Время заварки кратера (TIG), сек 0~10

Время подачи газа перед  сваркой (TIG), сек 0.5

Время подачи газа после окончания сварки (TIG), сек 5

Метод поджига дуги (TIG) Высокочастотный, бесконтактный

ПВ 50%(160A,TIG,MMA)

COS ф >0.85

Коэффициент эффективности ( n) 85%

Класс изоляции F

Тип защиты корпуса IP21S

Габариты (мм) 455 x 214 x 340

Масса, кг 11

ИНВЕРТОРНЫЙ АППАРАТ  ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ АРГОНО-ДУГОВОЙ СВАРКИ ПОСТОЯННЫМ И ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ (PULSE TIG/WIG AC/DC) WSE-160

Универсальный инверторный  сварочный аппарат для аргонодуговой  сварки и сварки покрытыми электродами, созданные на основе современных IGBT технологий. Предназначен для сварки различных сталей - от углеродистых до высоколегированных, алюминиевых сплавов, меди и её сплавов. В режиме ручной дуговой сварки могут применяться электроды с любым типом покрытия. Основные функции: Многофункциональность: аргонодуговая сварка на переменном токе (AC TIG), импульсная аргонодуговая сварка (Pulse TIG), аргонодуговая сварка на постоянном токе (DC TIG), ручная дуговая сварка покрытыми электродами (MMA), точечная аргонодуговая сварка (сварка электрозаклепок) (spot TIG). Микропроцессорная технология контроля параметров позволяет получить 100% повторяемость результатов сварки с наивысшим качеством. В системе управления реализован принцип однокнопочного управления (Synergic), что обеспечивает наглядность и простоту управления. Множество устанавливаемых параметров режима сварки для каждого из 5 способов сварки. Все установленные параметры режимов могут быть сохранены в памяти аппарата. Защитные функции: от перегрева, от токовой перегрузки, от изменения сетевого напряжения.

Рис.6

Технические характеристики

Диапазон сетевого напряжения, В 3 - 380

Номинальный входной  ток, А 12

Напряжение холостого  хода, В 65

Способ зажигания дуги Бесконтактный

Диапазон сварочного тока, А 5 - 160

Диапазон мощности дуги, А 0 - 100

Рабочий цикл, % 100

Рабочий период, мин 10

Коэффициент мощности более 0.85

КПД 85

Габаритные размеры (Д*Ш*В), мм 700*340*530

Вес, кг 40

 

 

Установки для дуговой сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов УДГУ-302   УДГ-501-1

Все аргонодуговые установки независимо от их размеров и мощности, имеют широкую гамму функциональных возможностей, обеспечивающих высококачественную сварку:

- Бесконтактное возбуждение  дуги при помощи высокочастотного  возбудителя.