Сварка МИГ/МАГ с первого взгляда. К 75-летию флагмана машиностроения Украины

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «СВАРКА И ТЕРМИЧЕСКАЯ РЕЗКА»

MIG/MAG Welding at First Sight. To the 75th anniversary of Ukrainian machine-building industry leader
MIG/MAG welding is one of the cutting-edge technologies of arch welding and its wide spread is well deserved. The specialists from NKMZ were among the first to employ the inverter technology of electric arch MIG/MAG welding for metal structures production and have already been using it for many years. This technology showed itself to good advantage when welding high-strength steels, as it ensures low hydrogen content in the seam metal, which results in decreased crack formation.

Сварка МИГ/МАГ является одной из самых современных технологий дуговой сварки и заслуженно получила широкое распространение. Кто, как не специалисты Новокраматорского машиностроительного завода, которые одними из первых внедрили инверторную технологию сварки на производстве и много лет ее успешно используют, лучше расскажет о ее преимуществах и особенностях эксплуатации оборудования.

Сварка МИГ/МАГ является одной из самых современных технологий дуговой сварки и заслуженно получила широкое распространение. Метод был изобретен в США и впервые использован в 1948 году. Вскоре эта технология пришла в Европу. В настоящее время сварка МИГ/МАГ пользуется большой популярностью практически во всех отраслях промышленности — от небольших мастерских до крупных предприятий, так как процесс сварки частично механизирован уже на заводе-изготовителе оборудования, а впоследствии его можно полностью автоматизировать. НКМЗ одним из первых предприятий тяжелого машиностроения бывшего СССР внедрил инверторную технологию электродуговой MИГ/MАГ сварки при производстве металлоконструкций. Дальнейшее развитие сварочного производства на НКМЗ показало, что приоритеты в выборе и развитии сварочного передела были выбраны верно. Что же такое инверторная технология сварки MИГ/MАГ?

Принцип МИГ/МАГ сварки заключается в том, что на подводимый от катушки при помощи двигателя проволочный электрод вблизи выхода из горелки подается ток через токоподводящий мундштук, благодаря чему между концом проволочного электрода и изделием горит электрическая дуга. Защитный газ подается через газовое сопло, концентрически окружающее проволочный электрод. Благодаря этому осуществляется защита наплавляемого металла от атмосферных газов — кислорода, водорода и азота. Помимо основной защитной функции, газ выполняет и другие задачи. Состав атмосферы в области электрической дуги влияет также на ее электропроводность и, следовательно, на сварочные характеристики. Кроме того, вследствие процессов обгорания и потерь металла газ влияет на химический состав возникающего металла шва, то есть оказывает и металлургическое воздействие.

За исключением последних разработок, сварка МИГ/МАГ производится постоянным током, при этом электрод подключается к положительному полюсу источника тока, а изделие — к отрицательному. При некоторых видах сварки порошковой проволокой может использоваться обратная полярность. В последнее время в очень специфических случаях, например, при сварке МИГ очень тонких алюминиевых листов, используется и переменный ток.

Плавящиеся проволочные электроды для сварки МИГ/МАГ нелегированных и мелкозернистых конструкционных сталей регламентированы в стандарте DIN EN 440. Согласно данному стандарту различаются 11 сортов сварочной проволоки в зависимости от ее химического состава. Проволоки, стержни и проволочные электроды для сварки в среде защитного газа производятся при помощи холодного волочения. У сплошных проволок для сварки МИГ/МАГ наиболее часто используемые диаметры составляют 0,8; 1,0; 1,2 и 1,6 мм.

Защитные газы для сварки МИГ/МАГ приведены в стандарте DIN EN 439. В нем регламентированы все защитные газы для электродуговой сварки и резки в среде защитного газа.

Аппараты для сварки МИГ/МАГ состоят из источника питания, устройства управления и устройства подачи проволоки с пакетом шлангов и горелкой. Для различных целей они могут использоваться как компактные или универсальные устройства. У компактного устройства источник питания, управление и устройство подачи проволоки размещены в одном корпусе. Радиус действия равен длине пакета шлангов горелки. Она составляет 3–5 м в зависимости от диаметра используемого проволочного электрода. Поэтому компактные устройства используются обычно на постоянных рабочих местах, например, в сварочных постах или на производственных конвейерах. У универсального устройства, называемого также некомпактным, устройство подачи проволоки размещается в отдельном корпусе и связано с источником тока и устройством управления при помощи промежуточного кабеля. Его можно установить рядом с изделием, благодаря чему радиус действия увеличится на 10–20 м по сравнению с компактным устройством. Поэтому универсальные устройствами используются большей частью на сменных рабочих местах и строительных площадках.

Источник питания необходим для производства электрической энергии, необходимой для сварочного процесса. Так как при сварке МИГ/МАГ используется, за исключением самых последних разработок, только постоянный ток, в качестве источников тока используются только выпрямители и инверторы. Источники питания для сварки МИГ/МАГ обладают горизонтальной, либо слегка понижающейся статической характеристикой (характеристикой постоянного напряжения). Это необходимо для внутреннего регулирования процесса. Более требовательные аппараты сварки МИГ/МАГ выполнены на основе инверторов. Инвертор представляет собой электронный источник питания. Ранее в течение долгого времени применялись аналоговые источники с генерацией импульсов на вторичной либо первичной стороне, в настоящее время используются инверторные источники питания с генерацией импульсов на первичной стороне. Их принцип работы полностью отличается от обычных источников питания. Подаваемый от сети ток сначала выпрямляется, а затем, когда он уже может быть трансформирован, он разделяется на короткие отрезки при включении и выключении. Этот процесс называется тактированием. Он осуществляется благодаря быстро реагирующим электронным переключателям — транзисторам. Первые инверторы на транзисторах работали с импульсной частотой примерно 25 кГц. Сегодня новейшие транзисторы обеспечивают частоту 100 кГц и более. После «прерывания» (тактирования) тока он трансформируется на требуемую высокую силу тока и низкое напряжение. За трансформатором возникает прямоугольный переменный ток, который затем еще раз выпрямляется. Преимущество высокой частоты заключается в том, что вес трансформатора может быть очень небольшим.

Система управления этих источников так же важна, как и силовая часть. Регулирование тока производится, например, на тактируемых источниках путем изменения соотношения между временем включения/выключения тока. Изменение тактовой частоты также может использоваться для регулировки силы тока. Для генерации импульсного тока отношения времени включения и выключения циклически изменяется системой управления. Аналогичным образом можно включить и отключить ток в начале и конце сварки. А благодаря новой технике стало возможным также создание регулируемого источника тока, который уже давно требовался для сварочной техники. Контрольное устройство измеряет сварочный ток и напряжение и сравнивает их с заданными значениями. Если фактические сварочные параметры отклоняются от заданных, например, из- за возникновения нежелательных сопротивлений в цепи сварочного тока, устройство управления выполняет подстройку. Подстройка производится очень быстро, в течение микросекунд.

В устройстве подачи проволоки проволочный электрод подается к месту сварки в соответствии со скоростью его расплавления при помощи подающих роликов. При этом электрод вытягивается с катушки и проводится по пакету шлангов, на конце которого расположена горелка. Для этого перед подающими роликами расположен направляющий мундштук, приводящий проволоку в нужное положение, а позади роликов, в начале пакета шлангов, — приемный мундштук для проволоки. Подающие ролики приводятся в движение электродвигателем постоянного тока с плавно регулируемой скоростью вращения. В современных устройствах скорость подачи проволоки измеряется тахометром и регулируется вне зависимости от нагрузки. При сварке МИГ/МАГ скорость подачи проволоки, как правило, составляет от 2 до 20 м/мин, в высокопроизводительных аппаратах и больше.

В зависимости от установленных сварочных параметров и используемого защитного газа при сварке МИГ/МАГ устанавливаются различные формы перехода материала, называемые также рабочими состояниями дуги. В DIN 1910 классифицируются и описываются 4 вида дуги.

Короткая дуга. Короткая дуга появляется в нижней части диапазона, т. е. при низких силах тока и напряжениях дуги. При короткой дуге речь идет об относительно «холодном» процессе. Он проходит при всех защитных газах и в особенности подходит для сваривания корневых слоев, тонких листов и для сварки в стесненных условиях.

Длинная дуга. Возникает в верхней части диапазона мощности, когда сварка ведется в среде диоксида углерода или в среде защитных газов с высоким содержанием CO2. При этом процессе, проходящем в верхнем диапазоне силы тока и напряжения, возникает большая и горячая сварочная ванна. Поэтому этот процесс пригоден только для сварки в нижнем положении. Сварка в стесненных условиях невозможна.

Капельная дуга. В среде аргона и смесей с высоким содержанием аргона дуга при образовании капли окутывает весь конец электрода, поэтому при достаточной силе тока пинч-эффект может проявиться оптимально. При этом виде дуги также образуется большая и горячая сварочная ванна, поэтому этот процесс допустим для сваривания в стесненном положении с ограничениями.

Смешанная дуга. Между короткой дугой, с одной стороны, и капельной и длинной дугами, с другой стороны, можно поместить смешанную дугу, при которой переход материала происходит как в коротком замыкании, так и в свободном падении. Однако в этой части диапазона возникает сильное брызгообразование, в том числе в среде богатых аргоном смесей.

Импульсная дуга. Появляется, если для сварки вместо постоянного тока используется импульсный ток. Импульсная дуга проявляется во всем диапазоне мощности и хорошо подходит для сварки в стесненных условиях при низких и средних значениях силы тока.

Синергетическая настройка сварочных параметров. Так как сварщики достаточно высокой квалификации есть не на всех предприятиях, современные установки для сварки МИГ/МАГ предоставляют возможность упрощенной настройки сварочных параметров, например, микропроцессорные аппараты PHOENIX компании EWM. Сегодня стандартом сварки МИГ/МАГ является еще большее упрощение управления. Идеальные рабочие характеристики для часто встречающихся задач сварки сохраняются в памяти машины. Оператор при помощи, например, клавиш задает только свариваемый материал, требуемый диаметр проволоки и подключаемый защитный газ. При этом вызывается заранее запрограммированная идеальная рабочая характеристика. Плавное регулирование мощности сварки производится одной ручкой, для коррекции длины дуги существует отдельная кнопка.

Доля сварки МИГ/МАГ во всех технологиях электродуговой сварки в пересчете на реализованный металл шва составляет по по-следним данным статистики около 80 %. Технология используется при возведении стальных конструкций в мостостроении, судостроении и машиностроении. В производстве кранов и землеройных машин используется все больше высокопрочных сталей, для которых хорошо подходит технология сварки МАГ, так как обеспечивает низкое содержание водорода в металле шва, благодаря чему не возникают холодные трещины. Несколько в меньшей степени сварка МАГ представлена в котлостроении, приборостроении и строительстве трубопроводов, где из-за отличных характеристик металла шва в основном еще используется сварка основными стержневыми электродами.

Практически не существует такой промышленной отрасли, в которой не применялась бы эта сварка. Успешное и многолетнее использование на НКМЗ инверторной технологии при изготовлении сварных металлоконструкций — полное тому подтверждение.

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.