Импульсная сварка: принцип работы, подготовка, настройка

Что это такое? Импульсная сварка – один из режимов работы обычного сварочного аппарата. Используется при соединении ответственных деталей, где необходим особенно прочный гладкий шов. Также применяется при работе с алюминием.

Как варить? Перед началом работы аппарат необходимо подготовить и правильно настроить. Нужно подобрать правильную длину силового кабеля, выбрать силу тока, форму волны.

Что собой представляет импульсная сварка

Импульсная MIG/MAG-сварка является разновидностью обычной MIG/MAG-сварки, в которой ток пульсирует с определенной частотой. Обычно на аппарате имеется регулятор частоты такой пульсации. Так как скорость подачи электродной проволоки отличается от скорости ее плавления, то используется дополнительный ток для контроля переноса металла при сварке малым током. Для этого накладываются кратковременные высокочастотные импульсы. Операция заключается в создании электрических импульсов заданной частоты в совокупности с током неизменной частоты, в результате обеспечивается формирование капли на конце электрода.

Под электродинамическим действием шейка капли сжимается, приводя к ее сбросу в сварочную ванну. В ходе работ могут использоваться как одиночные импульсы, так и группа таковых. Качество импульсной точечной MIG/MAG-сварки сильно зависит от соотношения между продолжительностью и частотой импульсов и паузами между ними.

За счет подбора оптимального тока импульса и дуги появляется возможность повышения скорости плавления проволоки, контроля размеров и формы сварного шва. Также можно понизить минимально допустимую величину сварного тока, необходимого для надежного горения дуги.

Режим импульсной сварки обеспечивает контролируемый перенос металла на свариваемую поверхность, брызги и непроплавленные участки при этом полностью отсутствуют, что значительно повышает качество и аккуратность шва.

По сравнению с использованием неплавящихся электродов импульсная сварка проволокой позволяет значительно, в 3-8 раз, увеличить скорость выполнения работ, минимизировать деформацию металла, а шов имеет практически аналогичное качество. Даная технология подходит для выполнения точных операций со многими сплавами – алюминиевыми, никелевыми, медными, стальными, титановыми при толщине заготовок от 1 до 50 мм.

Читайте также: «Сварка вертикальных швов: как правильно выполнять»

Соединение может выполняться в любом положении. Высокая пространственная стабилизация дуги и вылет проволоки большой длины обеспечивает соединение стыков толстых листов с узкощелевыми кромками.

Виды импульсной сварки

Для процесса импульсной сварки необходимо преобразование тока, возбуждающее импульс. Для этого применяются следующие методы.

Аккумуляторный способ

Устройства для импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом имеют щелочную батарею, которая обеспечивает ток достаточной мощности для возникновения импульса. Аккумулятор обладает небольшим внутренним сопротивлением. В результате выходное напряжение значительно превышает входное. Возбуждающие электрические импульсы короткие замыкания нейтрализуются почти сразу.

В настоящее время аккумуляторная трансформация тока мало распространена, однако это связно не с недостатками технологии как таковой, а с большими габаритами используемого для ее реализации оборудования. Инженеры активно пытаются решить эту проблему.

Конденсаторное преобразование энергии

Данный метод импульсной сварки плавящимся электродом разработан еще в 1930-е годы. Импульс генерируется за счет мощного разряда, создаваемого конденсаторным аккумулятором. Выходной ток может иметь силу до 100 000 А. Аппарат не дает возможность точно контролировать мощность тока, используемого для возникновения импульса. Широкий диапазон значений мощности выходного тока позволяет использовать такое устройство для самых разных задач.

Читайте также: «Как выполнить точечную сварку своими руками»

При конденсаторной сварке имеет значение толщина соединяемых заготовок, при этом одна из них может иметь любую толщину, а вторая ограничена мощностью аппарата. Изначально данный метод применялся для приваривания крепежа к листовым деталям. Сегодня конденсаторный импульсный режим сварки используется для соединения алюминиевых деталей, изделий из нержавеющей стали в электронной промышленности.

Магнитно-импульсный способ

Магнитная импульсная сварка осуществляется за счет трансформации электрической энергии в механическую. Процесс основан на электромеханических сдвигах вихревого тока. Соединение заготовок происходит под воздействием высокой температуры и давления, образуемого магнитным полем.

Технология следующая. Одна из заготовок фиксируется статично, а вторая деталь движется под действием электромагнитного поля, создаваемого сварочным устройством. При сближении деталей инициируется мощная сварочная дуга, которая соединяет заготовки друг с другом.

Аппараты для магнитно-импульсной сварки широко используются в машиностроении для соединения между собой трубчатых изделий и с плоскими поверхностями. Кроме того, технология позволяет сваривать листы стали по контурам. Оборудование для этих работ эксплуатируется недолго, кроме того, его настройки должны быть очень точными, что делает невозможным применение данного метода для бытовых нужд.

Инерционная импульсная сварка

Сварочное устройство оснащено маховиком, раскручивающимся до высокой скорости электрическим двигателем. Далее выполняется торможение маховика, при этом возникает инерционный резонанс, преобразующийся в сварной импульс. Для такого режима сварки используется полуавтоматический инвертор.

Преимущества и недостатки импульсной сварки

Мы выяснили, что такое импульсно-дуговая сварка, теперь рассмотрим подробнее преимущества и недостатки данной технологии. Сначала о плюсах.

• Высокая производительность работ.
• Допускается соединение тонколистового металла, например, при помощи импульсной сварки можно варить листовой алюминий толщиной не более 1 мм.
• Аккуратность шва, отсутствие необходимости его дополнительной обработки.
• Легче контролировать кристаллизацию обрабатываемого сплава.
• Деформации соединения практически отсутствуют.
• Отсутствие прогаров в материале, хотя вся операция выполняется под воздействием экстремально высоких температур.
• Малый расход электродов и газа.
• Постоянство рабочего положения.
• Возможен точный контроль сварного процесса, вплоть до наблюдения момента начала плавления металла.
• Исключена опасность короткого замыкания при запуске сварочного аппарата.
• Нет брызг металла, отсутствие дыма.

Читайте также: «Ацетиленовая сварка: оборудование, технология»

Теперь рассмотрим недостатки импульсной сварки полуавтоматом или иным сварочным аппаратом.

• Сильный нагрев трансформатора импульсного электроемкого тока.
• Возможность обработки ограниченной пощади поверхности заготовок.
• Практически полностью отсутствует возможность использования оборудования в быту.
• Работа с аппаратом требует навыков, обслуживание и ремонт сложны.
• Высокая рыночная стоимость оборудования.

В конечном счете преимущества импульсной контактной сварки значительно перевешивают недостатки.

Сферы применения импульсной сварки

Как вы уже поняли, импульсная сварка используется в основном в промышленности. Основная сфера ее применения – соединение стальных трубопроводов высокого давления. При выполнении таких операций высокая точность необходима, жесткие требования к качеству и технологии определяются ГОСТ 16037-80.

Также за счет тока импульсной сварки выполняют соединение металлических заготовок в следующих сферах:

• Автомобилестроение.
• Сборка кузовов, кранов, землеройных машин.
• Сборка железнодорожного подвижного состава, локомотивов, вагонов.
• Кораблестроение (работы по обшивке корпусов).
• Строительство мостов, иных конструкций, подвергающихся повышенным нагрузкам.
• Медицина (работы по протезированию и ортопедии).

Подготовка и настройка импульсной сварки

Подготовка

Для инициирования импульсов требуется качественное заземление. Желательно применять силовой провод с двойной изоляцией. Длина кабеля не должна превышать 15 метров, при большей протяженности возникает индуктивность. Не разрешается наматывать кабель на токопроводящий элемент, при росте индукции импульсы сглаживаются.

Читайте также: «Какую маску для сварки выбрать: важные критерии и характеристики»

Важное значение имеет настройка оборудования. Она в значительной степени влияет на качество получаемых швов. Все соединения должны быть правильно собраны и надежно закреплены. Настройкой формы импульсной волны подбирают такие показатели сварного тока, которые обеспечат эстетичность шва.

• Сила тока должна быть минимальна, но при этом такой, чтобы ее хватало для стабильного горения дуги.
• Сила тока растет.
• При максимальной силе тока происходит разрушение оксидной пленки, капля отрывается от электрода.
• Сила тока снижается, происходит остывание сварочной ванны и кристаллизация металла.

Настройка формы волны

Используется четыре разновидности формы:

• Синусоида. Дуга имеет мягкую широкую форму, провар неглубокий на относительно широкой площади.
• Прямоугольная кривая. Провар глубокий даже при высокой скорости перемещения электрода. Дуга отличается стабильным горением.
• Скругленная прямоугольная. Образует гладкую пологую дугу, позволяющую следить за границами зоны расплава. Используется при соединении тонкостенных заготовок.
• Треугольная. Наиболее эффективная форма, которая сводит к минимуму деформации шва благодаря умеренному нагреву при максимальной электропотоковой нагрузке.

Настройка формы волны выполняется в соответствии с рекомендациями производителя сварочного аппарата. Также на многих моделях есть возможность настройки кривой. Имеется опция выбора силы тока с учетом характеристик присадочной проволоки и условий выполнения работ.

Читайте также: «Режимы и параметры сварки: как правильно подобрать»

Источник питания, в котором используются полупроводниковые элементы, позволяет получить волну определенной геометрии. Это дает возможность контролировать интенсивность изменения ширины и высоты волны. В результате повышается качество швов, однородность стыка без деформации зоны нагрева. Кроме того, оптимизируется каплеобразование, при снижении интенсивности волны поддерживается оптимальное смачивание при переносе металла.

Устройства с возможностью управления выходной кривой обычно оснащаются наборами заранее заданных настроек. Сварщик может по своему усмотрению выбирать скорость возрастания и убывания волны, длительность пиковой мощности, получая необходимую волновую геометрию.

Нюансы импульсной сваркой

Проблемы могут возникнуть при выполнении сварки тонкостенных заготовок постоянным током обратной полярности. В этом случае электрод питается от положительного контакта, а отрицательный контакт подключается к массе. Изменение полюсов дает возможность сместить зону наибольшего нагрева металла на конец электрода, он начинает плавиться интенсивнее, что приводит к образованию капель. Соединяемые изделия нагреваются с меньшей интенсивностью.

При любых условиях настройка импульсного режима сварки может выполняться в ограниченных пределах. Представленные в продаже устройства имеют функцию синергии – взаимозависимости ключевых характеристик работы аппарата, их влияния друг на друга. Все величины сварного тока определяются автоматически либо при настройке силы тока и напряжения. Специалисты обычно выбирают ручные настройки ряда параметров.

• Частота либо динамические колебания импульса. Позволяют обеспечить перенос оптимального числа капель расплава за ограниченное время. В результате растет производительность выполнения операции. Швы отличаются большим объемом.
• Высота дуги. Изменяется расстояние между концом электрода и сварочной ванной. В результате достигаются оптимальные показатели переноса металла согласно выбранной скорости выполнения работ. Чем выше частота дуги, тем больше ее длина, и наоборот.

От правильно выбранных регулировок оборудования значительно зависит качество шва, отсутствие непроваренных зон, аккуратность соединения.

Часто задаваемые вопросы об импульсной сварке

Для чего требуется двойной импульс?

В процессе MIG/MAG-сварки с двойными импульсами происходит модуляция несущего сварочного тока высокой частоты, генерируемого инвертором, с токами малой частоты, которые производятся вторичным инвертором. Это приводит к значительному изменению геометрии импульса и соотношению тока/простоя.

Вследствие изменения формы импульса и угла фронта волны импульса возникают условия для образования управляемого малокапельного переноса путем короткого замыкания.

Из чего исходить при выборе устройства для импульсной сварки?

Необходимо учесть необходимое количество фаз (две или три), мощность сварочного тока (доступны модели, генерирующие до 400 А).

Принцип работы у таких устройств одинаков, отличия между ними заключаются в ВАХ, наличии жесткой или мягкой вольтамперной характеристики.

Для сварщиков без опыта желательно использование инверторных аппаратов с синергетической настройкой. В этом случае при изменении скоростных настроек подачи проволоки автоматика соответственно изменит и форму волны, частоту рабочего тока. Это позволяет обойтись без ручного подбора всех настроек, вылет присадки подбирается автоматически, также автоматически изменяются параметры дуги при изменении угла наклона сопла.

По какой причине импульсная сварка предпочтительнее при соединении алюминиевых заготовок?

Вследствие повышенной теплопроводности алюминия короткая дуга имеет значительную теплоемкость. При использовании «холодного» метода не удается разрушить оксидную пленку (для этого требуется нагрев до 2 044 градусов по Цельсию). В результате присадка не сплавляется с основным материалом, что понижает качество и прочность шва.

В то же время применение избыточно высоких мощностей влечет увеличение сечения шва, то есть расход электродов также растет. Кроме того, могут интенсивно образовываться брызги (алюминий плавится уже при температуре 600 градусов по Цельсию). Усложняется контроль стабильности дуги, возникают прогары. Таким образом, импульсная MIG/MAG-сварка – едва ли не единственный подходящий метод соединения заготовок из такого материала.

Сегодня импульсная сварка получает все более широкое распространение в промышленности. Изначально данная технология была разработана как альтернатива электродуговому методу, от которого такая сварка отличается наложением дополнительных электроимпульсов на постоянный сварочный ток. Мощности импульса могут отличаться от силы основного тока в несколько раз. Соединение заготовок формируется за счет наложения капель, что позволяет избежать образования брызг и надежно сваривать даже тонколистовые детали без прогаров.