Инверторно (инвекторно) импульсный сварочный аппарат

Современные образцы сварочного оборудования, посредством которых реализуется так называемая импульсная сварка, представлены на отечественном рынке изделиями инверторного типа. Эта разновидность сварочных аппаратов позиционируется как электронные преобразователи высокочастотного типа, способные работать с различными видами расходного материала.

В импульсной сварке применяют как штучные покрытые электроды, так и сварочную проволоку или специальные присадки, используемые при сварке в полуавтоматическом режиме. В отличие от обычных понижающих трансформаторов импульсный сварочный аппарат характеризуется особым подходом к формированию рабочей дуги.

Импульсная сварка – что это за методика?

Импульсная сварка, известная иначе как MIG – это вариация дуговой сварки, при которой сплошные сварные швы создаются путем плавления в конкретных точках и дальнейшем их покрытии. Такая методика является альтернативой традиционной электродуговой технологии, которая отличается невысокой производительностью и низким качеством шва. Особенность импульсно-дуговой сварки состоит в том, что помимо основного рабочего тока возникают переменные импульсы с колебаниями до 250 Гц.

Благодаря этому происходит увеличение силовой нагрузки и существенно экономится присадочный материал, а также уменьшается вероятность непроваров. Основной элемент импульсной сварки – дежурная дуга средней мощности, которая не перестает функционировать в перерывах между повторяющимися импульсами и поставляет лишь незначительную порцию тока. Дежурная дуга имеет специальный режим вкл./выкл., обусловленный программой с учетом природы металлов, а также толщины кромок и расположения швов.

Нагреваясь под воздействием высокой температуры, дуга расплавляет заготовку, перенося ее затем в ванну с минимальным рассеиванием частиц. Такая методика позволяет обрабатывать даже тончайшие металлы, не прожигая их насквозь.

Разновидности

С учетом типа сплавляемых материалов выделяют 4 основных разновидности MIG:

1. Магнитно-импульсная. Элементы соединяются под высоким давлением, шов формируется под влиянием температур и силы сжатия. В основе находится принцип электромеханики вихревых токов. Используется для варки разных материалов с высокой продуктивностью.
2. Конденсаторная. Сварочные аппараты имеют отличные параметры, огромный диапазон силы тока и разные характеристики мощности. Используются для варки деталей из алюминия.
3. Инерционная. Особенность такой сварки состоит в наличии мощнейшего маховика, работающего от электрического двигателя. Кинетическая энергетика затем поступает к импульсным токам, провоцируя возникновение инерционного резонанса.
4. Аккумуляторная. Сварочные устройства оснащены щелочными аккумуляторами, мгновенно стабилизирующими короткие замыкания, образующиеся в процессе розжига электрода.

Также нередко используется TIG-сварка, при которой применяются аргоновые электроды. Методика ТИГ является отличным вариантом для обработки неферромагнитных металлов. В настоящее время огромной популярностью пользуется лазерная сварка, которая в основном применяется в области электронной технике и радиоэлектронике.

Для работы с дентальными сплавами из титана в сфере протезирования зубов используются аппараты дуговой микросварки, работающие не менее эффективно, чем лазерные приборы. Микроимпульсная сварка обеспечивает надежные стыки.

Сферы применения импульсной сварки

Импульсно-дуговая сварка широко применяется в современных сферах промышленности. Чаще всего технология используется для соединения современных трубопроводов, которые должны иметь максимально прочное и надежное сопряжение. Кроме того, импульсная точечная сварка пользуется большим спросом при:

• возведении мостов и других сооружений, на которые оказывается высокая нагрузка;
• сборке кузовов автомобилей;
• изготовлении вагонов поездов;
• производстве кранов, землеройной техники;
• создании корабельных корпусов, обшивок.

Такая разновидность сварочных работ позволяет соединять даже самые прихотливые и капризные металлы с толщиной заготовок от 1 мм до 5 см. Она отлично справляется даже со сложнейшими стыковыми швами. Такие аппараты могут применяться как на крупных производствах, так и в автосервисах, небольших мастерских.

Особенности схемных решений

Электронная схема инверторного аппарата содержит в своём составе несколько блоков, каждый из которых отвечает за определённый шаг в общем преобразовании входного напряжения. За счёт такого распределения функций удаётся сформировать токовые импульсы значительной величины, поддерживающие электрический разряд требуемого качества.

Преобразовательная цепочка импульсного аппарата начинается с низкочастотного выпрямителя, на который подаётся сетевое напряжение 220 Вольт (50 Герц). На его выходе образовавшиеся после выпрямления пульсации сглаживаются конденсаторным фильтром.

После фильтра постоянный ток поступает на непосредственно инвертор (блок высокочастотных транзисторных переключателей), коммутирующий выпрямленное входное напряжение с частотой порядка 55-75 килогерц. За счёт этого осуществляется обратное преобразование выпрямленного напряжения в переменный ток, но уже более высокой частоты.

На следующем этапе переменное напряжение подаётся на понижающий трансформатор, обеспечивающий возможность подключать к вторичной обмотке большую по величине токовую нагрузку.

На выходе трансформаторной схемы осуществляется повторное выпрямление напряжения с целью организации заданного режима сварного тока, поступающее на держатель с электродом.

Правильность функционирования всего комплекса преобразовательных модулей обеспечивают встроенные в систему блоки обратной связи и управления.

Даже поверхностное знакомство со схемой инверторного устройства позволяет сделать вывод, что вся цепочка преобразований используется с одной целью – получить на выходе аппарата ток требуемой мощности и качества.

Преимущества и недостатки методики

Такой метод обработки материала, как MIG, имеет массу преимуществ сравнительно с другими технологиями:

• высокая скорость провара;
• возможность соединения тончайших алюминиевых заготовок;
• отличное качество сварного шва;
• возможность контроля и минимизации кристаллизации металла;
• минимальный риск деформации сварочного шва, выгорания материала;
• экономия проволоки и газа;
• экономия трат на расходные материалы;
• стабильность рабочих положений;
• точный контроль момента расплавления;
• исключение риска замыкания при запуске;
• исключение разбрызгивания окалины, образования дыма;
• низкое вложение тепла.

Технология MIG дх-808 отличается высокой производительностью, универсальностью, надежностью и безопасностью, благодаря чему прекрасно подходит как для сварщиков, как с большим опытом, так и с полным его отсутствием.

Однако имеются и определенные минусы, о которых нужно знать перед началом работы. К недостаткам МИГ-сварки можно отнести следующие моменты:

• перегревание преобразователя;
• возможность работы только на небольших площадях;
• отсутствие моделей для бытового использования;
• сложности в уходе;
• высокая стоимость.

Плюсы импульсной сварки существенно превышают ее недостатки, благодаря чему она и пользуется большим спросом.

Преимущества

К преимуществам импульсного сварочного оборудования можно отнести следующие его свойства:

• высокая точность отслеживания момента расплавления присадочного материала (формирования сварочной ванны) и сохранение заданных параметров во всём диапазоне режимов работы;
• в момент зажигания дуги при импульсной сварке не наблюдается короткого замыкания, что положительно сказывается на сварочных процедурах (образуется меньше брызг);
• независимость положительных характеристик сварочного процесса от типа применяемого расходного материала.

Благодаря системному управлению в инверторно-импульсных сварочных аппаратах удаётся реализовать автоматическое управление режимами, определяемыми такими параметрами как толщина металла, скорость подачи проволоки и сила тока.

В импульсных аппаратах применяются инновационные технологии, позволяющие получать эффективную дугу с возможностью двукратного снижения производственных затрат.

Несмотря на относительно высокие стоимостные показатели, образцы импульсной сварочной техники используются не только на массовых производствах, но и в домашнем хозяйстве.

Наибольшей популярностью пользуются они у профессионалов, поскольку позволяют выполнять любые сварочные работы с более высоким качеством шовных соединений.

Технология выполнения импульсной сварки

Весь процесс импульсной сварки полуавтоматом происходит в несколько этапов:

1. Небольшая капля расплавленного металлического расходного материала под мощным импульсом отделяется и помещается поверх заготовки.
2. Сила тока снижается до того уровня, которого будет достаточно для поддержания дуги.
3. Металл в сварочной ванне моментально остывает.
4. Идет циклическое повторение вышеперечисленных действий.

Для надлежащей работы автомата должна быть произведена настройка, включающая в себя выполнение следующих действий:

• Обеспечить хорошее заземление, необходимое для надежного контакта в период импульса, когда появляются высокие токи.
• Убедиться в верности подсоединения всех кабелей.
• Снизить значение индуктивности, используя силовые кабели длиной до 15 м.
• Повысить эффективность варки, избегая наматывания кабелей вокруг предметов, проводимых ток.

Очень важно правильно настраивать форму импульсной волны при MIG, поскольку от этого качественность провара и эстетичность шва.

Импульсная сварка: преимущества и возможности.

«Сварка – процесс создания неразъёмного соединения в результате расплавления кромок, образования общей сварочной ванны и последующей её кристаллизации» — так звучит определение хорошо известного многим сварочного процесса.

Как известно, сварка в своём нынешнем виде была изобретена в 30-е – 40-е годы прошлого века. За столь долгий срок некогда простой процесс обрёл вид сложной технологической операции, на смену неплавящемуся угольному электроду пришла расходуемая сварочная проволока, трансформаторы уступили место электронике и инверторам, а качество соединений повысилось за счёт применения различной газовой и порошковой защиты.

В последнее время наибольшее распространение получила полуавтоматическая сварка плавящейся проволокой в среде защитных газов благодаря простоте использования, обширному диапазону свариваемых материалов и толщин, невысокой цене на оборудование при его малых габаритах и возможности автоматизации и роботизации. Многие сварщики как частники, мелкие конторки так и рабочие промышленных гигантов государственного масштаба остановили свой выбор именно на полуавтоматах, подчёркивая повышенный КПД (в сравнении с применяемой ранее ручной дуговой сваркой плавящимся электродом), неприхотливость в работе и значительное сокращение дефектов шва на выходе изделий.

Прогресс не стоит на месте, а значит и без того простые в применении аппараты для полуавтоматической сварки с каждым годом приобретают всё новые технологии по улучшению сварочного процесса и предотвращению возникновения дефектов и напряжений в сварочном шве.

Одной из таких технологий является возможность импульсной сварки.

Процесс создания сплошных сварных швов посредством расплавления металла с управляемым переносом «один импульс – одна капля» получил название импульсной сварки.

Используя импульсную дугу в виде источника тепла, можно существенно расширить возможности традиционной сварки в защитной газовой среде.

Импульсная MIG/MAG сварка представляет собой вариант обычного процесса сварки MIG/MAG, в котором ток пульсирует с частотой. Некоторые современные аппараты позволяют регулировать частоту импульса. Поскольку скорость подачи электродной проволоки не равна скорости её плавления, был введён дополнительный импульс для контроля переноса металла при работе на малых токах путем наложения импульсов высокого тока короткой длительности. Цикл состоит из применения многократного импульсного тока в течение постоянного фонового тока, что обеспечивает образование капли на конце электрода.

Электродинамические силы, резко увеличиваясь, сужают шейку капли, сбрасывая ее в сварочную ванну. В данном случае можно применять как одиночные, так и целую группу импульсов.

Стабильность всего MIG/MAG процесса напрямую зависит от соотношения длительности и величины импульсов и пауз между ними.

Методом подбора тока импульса и дуги можно ускорить плавку проволоки электрода, способствовать изменению формы и размеров сварочного шва. Наконец, можно уменьшить нижний предел сварочного тока, который отвечает за стабильность горения дуги.

Управляемый перенос металла помогает улучшить качество сварки. Данный метод является одним из самых лучших и эффективных. Во время осуществления импульсной сварки разбрызгивания совершенно отсутствуют, не образуются несплавления.

По сравнению со сваркой неплавящимся электродом импульсная сварка позволяет в 3—8 раз повысить производительность процесса и значительно снизить сварочные деформации при практически одинаковом качестве сварных соединений. Импульсная сварка может применяться для конструкций ответственного назначения из разных марок сталей, алюминиевых, медных, никелевых сплавов и титана толщиной от 1 до 50 мм при выполнении швов во всех пространственных положениях. Благодаря высокой пространственной стабилизации дуги и возможности применения вылета электрода большой длины этот процесс может быть успешно применен для сварки стыковых соединений толстолистовых материалов с узкощелевой подготовкой кромок.

Наибольшее распространение импульсная сварка получила для соединения алюминиевых сплавов толщиной ≥1,5 мм и специальных сталей толщиной > 1 мм.

Для каждого сварочного тока должны быть выбраны оптимальные частота и энергия импульсов. Частоту 50 Гц следует применять при малых токах, когда использование частоты 100 Гц невозможно. При токах свыше 70—100 А следует применять частоту 100 Гц, так как при частоте 50 Гц увеличивается чешуйчатость шва, его пористость и дымообразование.

Современные сварочные аппараты позволяют использовать широкий диапазон амплитуд импульсов различной длительности и формы волны на частотах от нескольких герц до нескольких сотен герц. Амплитуда и длительность импульса, объединённые должным образом, создают дугу, способную расплавить и отсоединять каплю электродной проволоки диаметром, близким к толщине этой проволоки.

Такая дуга в паузах между возбуждениями импульса не оказывает существенного влияния на глубину расплавления металла. За счет этого достигается устойчивое горение дуги в пространстве, улучшается качество сварки: отсутствует разбрызгивание расплавленного металла проволоки, целиком устраняются кратеры из сварных точек при уменьшении требуемых участков перекрытия в месте сварного шва. Выбор целесообразного отношения токов дуг (импульсной и дежурной) способен также значительно ускорить процесс сварки, но этот процесс является сложной операцией. Высота и длительность импульса зависят от состава проволоки, её диаметра и в меньшей степени от состава защитного газа.

Более всего для контроля параметров импульса подходят аппараты с синергетической системой управления. Такие аппараты позволяют не только настраивать основные параметры сварочного процесса: величину фонового и импульсного тока, времени их протекания, длину дуги и т.д., но и отталкиваться от предустановленных программ, рассчитанных специально под конкретные данные, как свариваемого материала, так и используемых «расходников»: состава газовой защиты и присадочной проволоки. Подобные настройки хорошо заметны на приведённых ниже изображениях меню аппарата CEA DIGITECH.

Меню выбора программ для сварки различных материалов аппарата DIGITECH

Основные преимущества импульсного режима MIG/MAG сварки:

• Она позволяет добиться плавной, без брызг сварки на средних токах (50-150A), которые иначе подходят только для сварки короткой дугой с непериодичной подачей металла в зону сварки и, как следствие, появление брызг металла.

• Импульсная передача является промежуточной между струйным переносом и сваркой короткой дугой, которая может быть слишком «холодной» (из-за прерывистого образования электрической дуги, дуга эффективно ‘выходит’ между каждым циклом плавления). Это делает его идеальным для сварки больших толщин, где необходим контроль тепловложения, но для которых струйный перенос будет уже слишком «горячим».

• Импульсный режим MIG сварки позволяет сваривать при более высоких скоростях там, где погружённая дуга или струйный перенос не применимы.

• Возможность перехода капельного переноса в мелкокапельный и струйный.

Двойной импульс

Сутью MIG/MAG процесса с двойными импульсами является модулирование высокочастотного несущего сварочного тока, вырабатываемого силовым инвертором, с низкочастотными импульсами, которые формируются вторичным инвертором. При этом существенно изменяется форма импульса и соотношения ток/пауза.

За счет изменения формы импульса и угла наклона фронта волны импульса появляется возможность получения управляемого мелкокапельного переноса в режиме короткого замыкания.

Режим короткого замыкания характеризуется плавным перетеканием капли с конца электродной проволоки в сварочную ванну.

Размер капли практически соответствует диаметру электродной проволоки, что позволяет уменьшить размер ванны жидкого металла и улучшить растекание капли в ванне. Уменьшение размера ванны ведет к правильному равномерному формированию обратного валика, повышая качество корневого прохода и улучшая условия сварки тонкого металла.

При работе с тавровыми швами двойной импульс тока позволяет получить шов с вогнутым катетом и избежать появления вероятных концентраторов напряжений в зоне сплавления.

Что касается системы настроек режима сварки, то она, прежде всего, зависит от назначения аппарата, цены и, если есть возможность, предустановленных программ, расширяющих функции. Так, аппарат СЕА DIGITECH, помимо наглядного интуитивно понятного меню, обладает гибкими настройками параметров сварки как импульсной, так и двойным импульсом на всех этапах процесса.

Регулировочные параметры отображены квадратами, настраиваемый параметр подсвечен зелёным.

Слева направо: предварительная подача газа, стартовая скорость, горячий старт, начальный ток, начальная длина дуги, начальное нарастание, конечное затухание, конечный ток, конечная длина дуги, растяжка дуги, послесварочный газ.

Диаграмма двойного импульса с настройками: первая модуляция (от I1 до I2), разность токов двойного импульса, длительность двойного импульса, баланс двойного импульса, частота двойного импульса, вторая модуляция (от I2 до I1).

Регулировка динамики/частоты импульса для режима ULTRASPEED (специальная функция полуавтоматов СЕА).

В линейке СЕА следующие аппараты имеют возможность полуавтоматической сварки MIG/MAG с использованием импульса/двойного импульса: DIGISTAR 250, DIGITECH VISION PULSE 5000. C описанием аппаратов Вы можете ознакомиться, просто нажав на интересующую модель.

Необходимое оборудование и материалы

Сварочный аппарат имеет несложную конструкцию, поэтому при наличии необходимого оборудования и материалов можно соорудить устройство для импульсной сварки своими руками. Для этого нужно подготовить следующие детали:

• низкочастотный выпрямитель напряжения;
• высокочастотный преобразователь трансформаторного типа;
• инверторный блок с транзисторами;
• трансформатор с понижающими обмотками;
• блок управления;
• силовой фильтр;
• рабочий шунт;
• система подачи проволоки.

Все составляющие несложно найти, стоят они недорого. После подготовки оборудования остается подсоединить детали согласно схеме. При выборе деталей нужно обратить внимание на их качество. Особенно не стоит экономить на транзисторах, поскольку именно они ломаются чаще всего.

Принцип действия

Что касается непосредственно конструкции изделий инверторно-импульсного типа, то отличие от обычных аппаратов выражается в наличии в их составе специального встроенного блока управления.

Характерной особенностью модификации сварочных аппаратов с импульсным режимом сварки является наличие в них встроенного преобразователя, работающего на высоких частотах.

Типовая схема такого устройства обеспечивает получение требуемой величины тока во вторичной обмотке путём его импульсного преобразования. Полученное на выходе напряжение ещё раз преобразуется затем в удобную для сварки форму (выпрямляется или приводится к требуемому виду).

Чисто конструктивно инвертор представляет собой понижающий трансформатор импульсного типа с рядом дополнительных функций, обеспечивающих работоспособность самого электронного преобразователя и схемы его управления.

Действующие значения переменного напряжения во вторичной цепи инверторных аппаратов могут понижаться до значений порядка 60-70 Вольт. Это гарантирует возможность подключения к ним токовой нагрузки величиной до 110-130 Ампер.

Встроенная в импульсный аппарат электроника позволяет управлять его работой и поддерживать требуемый характер сварки (аргонный режим или любой другой).

По своей сложности инверторные полуавтоматы превосходят все известные типы сварочных аппаратов, однако при этом с их помощью удаётся достичь более высокого качества соединений.

Также необходимо отметить, что самостоятельная работа с импульсным оборудованием вследствие его надёжности и высокого уровня автоматизации доступна даже начинающим сварщикам.