3 Требования к процессу сварки

Специфика автоматической сварки особо ответственных конструкций позволяет сформулировать основные требования к процессу сварки в следующем виде:

- процесс должен обеспечивать форсированное возбуждение дуги так первоначальное, так и повторное при случайном обрыве;

- возможность гибкого и оперативного управления в процессе сварки, как при смене программы, так и при автокоррекции режима по состоянию объекта по состоянию объекта;

- процесс должен обеспечивать улучшение формирования шва за счёт динамической стабилизации ванны;

- процесс должен обеспечивать независимое и раздельное управление плавлением и переносом электродного металла и плавлением основного металла за счёт регулирования одного параметра режима сварочного тока;

- процесс должен обеспечивать повышение качества сварного соединения при повышенной производительности за счёт уменьшения ввода тепла в изделие и увеличение глубины проплавления.

Для сварки должны использоваться широко применяемые материалы. Процесс сварки в СО₂ может осуществляться с короткими замыканиями длиной дугой. Для управления переносом в сварке в СО₂ плавящимся электродом длиной дугой необходимо применять методы импульсного питания. По принципу импульс – капля сварочная дуга питается импульсами сварочного тока в промежутках между которыми горит маломощная дуга, обеспечивающая непрерывность горения, и играющая роль измерительной дуги.

Во время импульса происходит перенос и расплавление капли электродного металла при «номинальных» для диаметра проволоки и условий сварки параметров режима.

Во время паузы плавление резко снижается, восстанавливается длина дуги, увеличивающаяся при отрыве капли и ускоренном плавлении электрода. Набор базовых микроциклов определяется алгоритмом управления сварочным процессом, как программируемым, так и с обратными связями по сварочной дуге (рисунок 6).

Рабочая точка перемещается по замкнутому циклу ABCD. В момент времени соответствующий концу паузы, рабочая точка соответствует т.А. При включении импульса тока режим перемещается в т.В и по мере оплавления электрода и удлинения дуги в т.С, соответствующей длине дуги l. Отрыв капли в конце импульса означает переход в т.D. Поскольку во время паузы плавления не происходит , то рабочая точка возвращается в т.А.

Рисунок 6 – Алгоритм управления сварочным процессом, с обратными связями по сварочной дуге

4 Особенности выбора системы питания

На основании требования к процессу сварки можно сформулировать требования к системе питания. Система должна обеспечивать соблюдение следующих требований:

- стабилизация параметров режима на стадии капли;

- отработку всех типовых возмущений со стабилизацией горения дуги;

- форсированное возбуждение дуги;

- ограничение тока во время коротких замыканий;

- различать режимы холостого хода, горения дуги и короткого замыкания.

Существующие системы импульсного питания могут быть квалифицированны по принципу преобразования электрической энергии следующим образом:

- системы импульсного питания с накоплением энергии[5, 6]. В качестве накопительной системы могут быть использованы конденсаторы, формирующие линии, магнитные элементы. вращающиеся массы;

- системы с непосредственным преобразованием энергии электрической сети через выпрямитель с понижающим трансформатором[6, 7, 8];

- системы питания с импульсным регулированием сопротивлением. В этой системе питания сварочной дуги во время импульса и паузы осуществляется от выпрямителя. В качестве импульсно-регулируемого сопротивления может быть использована комбинация сопротивлений включенных последовательно, одно из которых на время импульса закорачивается полупроводниковым ключом. При разомкнутом ключе сопротивление определяет значение тока в паузе, а при замкнутом значение тока в импульсе. Это система с ключевыми элементами находящимися на низкой стороне, то есть непосредственно в сварочной цепи.

На рисунке 7 представлена функциональная схема системы импульсного питания, выполненного по принципу импульсного- регулируемого сопротивления. Система состоит из обычного выпрямителя СВ, балластного реостата R_б, тиристорного ключа – К, блока обратной связи – БОС (ДН), частотного импульсного модулятора – ЧИМ, линии задержки - .

При разомкнутом состоянии тиристорного ключа – К, протекает ток паузы, определяемый величиной сопротивления балластного реостата - R_б. Замкнутое состояние ключа – К обеспечивает протекание тока импульса. Заданное напряжение в блоке обратной связи сравнивается с напряжением дугового промежутка, а разность этих напряжений на вход частотно – импульсного модулятора (ЧИМ) и является для него модулирующей функцией. На выходе ЧИМ появляется последовательность управляющих импульсов промодулированных по частоте. Эти импульсы обеспечивают замыкание ключа – К, определяя тем самым начало протекания импульса тока. Эта же последовательность импульсов, проходя через линию задержки ( ) с некоторым запозданием, определяемым значением , также подаётся на ключ К и вызывает его размыкание, определяя тем самым длительность импульсов тока. При работе по программе обратная связь отключается, а частотно-импульсный модулятор работает как релаксационный генератор с заданной частотой.

Импульсное питание (модулирование тока), при различных процессах сварки значительно расширяет технологические возможности. На базе импульсного питания целесообразно создание технологического процесса для сварочных роботов, так как процесс импульсного питания позволяет гибко и оперативно управлять технологическим процессом, обеспечивая форсированное возбуждение дуги, как первоначально, так и при случайном обрыве, управление и программирование режима без нарушения параметров на стадии капли, заварку кратера, малых участков.

Рисунок 7 – Функциональная схема системы импульсного питания