RU2763808C1 - Welding method by combination of compressed and free arcs - Google Patents
Welding method by combination of compressed and free arcs Download PDFInfo
- Publication number
- RU2763808C1 RU2763808C1 RU2021106409A RU2021106409A RU2763808C1 RU 2763808 C1 RU2763808 C1 RU 2763808C1 RU 2021106409 A RU2021106409 A RU 2021106409A RU 2021106409 A RU2021106409 A RU 2021106409A RU 2763808 C1 RU2763808 C1 RU 2763808C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- arc
- welding
- free
- compressed
- current
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области сварки и может использоваться для осуществления сварки и наплавки металлов во всех отраслях производства и услуг.The invention relates to the field of welding and can be used for welding and surfacing of metals in all industries and services.
Известен способ плазменной сварки с использованием тугоплавкой вставки из вольфрама, установленной в металлическое сопло плазмотрона. При превышении током сжатой дуги прямого действия прямой полярности порога аварийного двойного дугообразования на кромке выходного отверстия сопла плазменной горелки возникает шунтирующая дуга, которая, перемещаясь по этой кромке, достигает вставки, фиксируется на ней и в дальнейшем горит со вставки. На обрабатываемой детали обе дуги создают вытянутую зону нагрева (см. АС №721273 СССР, опубл. 15.03.80 г., бюл. №10).A known method of plasma welding using a refractory insert made of tungsten, installed in a metal nozzle of the plasma torch. When the direct-acting compressed arc current exceeds the threshold of emergency double arcing, a shunt arc arises at the edge of the outlet hole of the plasma torch nozzle, which, moving along this edge, reaches the insert, fixes on it, and then burns from the insert. On the workpiece, both arcs create an elongated heating zone (see AS No. 721273 of the USSR, publ. 15.03.80, bull. No. 10).
Техническими проблемами при использовании способа обработки изделия шунтированными дугами является нестабильность соотношения токов сжатой и свободной дуги и невозможность управления этим соотношением, малое значение тока сжатой дуги, а также то, что свободная дуга, как и сжатая, является дугой прямой полярности. При использовании сжатой дуги обратной полярности образование свободной шунтированной дуги приведет к появлению на вольфрамовой вставке анодного пятна шунтирующей дуги. Такая дуга вводит в вольфрамовый электрод-анод, которым является вставка, большую мощность, что приводит к ее расплавлению или необходимости использовать очень малые токи.Technical problems when using the method of processing a product with shunted arcs are the instability of the ratio of the currents of the compressed and free arc and the impossibility of controlling this ratio, the low value of the current of the compressed arc, and the fact that the free arc, like the compressed one, is an arc of direct polarity. When using a compressed arc of reverse polarity, the formation of a free shunt arc will lead to the appearance of an anode spot of the shunt arc on the tungsten insert. Such an arc introduces a large power into the tungsten electrode-anode, which is the insert, which leads to its melting or the need to use very low currents.
Известен способ плазменной сварки металлов малых толщин, осуществляемый при горении между электродом и соплом горелки дежурной дуги, при котором на сопло горелки подают положительные относительно изделия импульсы напряжения, а в промежутках между ними на электрод подают отрицательные относительно изделия импульсы напряжения, под действием которых между изделием и электродом формируется плазменная дуга (см. АС №221 477 СССР, 1971 г., бюл. №24).A known method of plasma welding of metals of small thickness, carried out during combustion between the electrode and the burner nozzle of the pilot arc, in which voltage pulses positive relative to the product are applied to the burner nozzle, and in the intervals between them, voltage pulses negative relative to the product are applied to the electrode, under the action of which between the product and a plasma arc is formed by the electrode (see AS No. 221 477 of the USSR, 1971, bull. No. 24).
Между электродом и соплом плазменной горелки в потоке плазмообразующего газа непрерывно горит дежурная дуга постоянного тока, создающая в промежутке сопло - изделие факел плазмы. При подаче на сопло горелки положительного относительно изделия полупериода напряжения между соплом и изделием формируется дуга обратной полярности с пространственно нестационарным катодным пятном. В течение этого полупериода происходит разрушение окисной пленки на кромках алюминиевого изделия.Between the electrode and the nozzle of the plasma torch in the flow of plasma-forming gas, a standby DC arc continuously burns, creating a plasma torch in the gap between the nozzle - the product. When a positive half-cycle voltage is applied to the burner nozzle between the nozzle and the product, an arc of reverse polarity is formed with a spatially non-stationary cathode spot. During this half-cycle, the oxide film is destroyed on the edges of the aluminum product.
Данный способ является способом сварки с использованием комбинации сжатой и свободной дуг.This method is a welding method using a combination of compressed and free arcs.
Техническими проблемами известного способа является низкая пространственная устойчивость свободной дуги между соплом и изделием, низкая мощность этой дуги и ограниченные технологические возможности процесса сварки, что позволяет вести сварку только металлов малых толщин из алюминиевых сплавов.The technical problems of the known method are the low spatial stability of the free arc between the nozzle and the product, the low power of this arc and the limited technological capabilities of the welding process, which allows welding only small-thickness metals from aluminum alloys.
Величина тока и эффективной мощности свободной дуги обратной полярности выбирается только из соображений качественной очистки алюминиевого сплава от окисной и поэтому мала, и почти не оказывает влияния на проплавление изделия.The magnitude of the current and the effective power of the free arc of reverse polarity is chosen only for reasons of high-quality cleaning of the aluminum alloy from the oxide, and therefore is small, and has almost no effect on the penetration of the product.
Для питания обеих дуг используется один сварочный источник питания, о чем свидетельствуют значительные перерывы в горении сжатой дуги прямого действия и дуги между соплом и изделием. Перерывы составляют примерно половину периода переменного тока частотой 50 Гц, то есть 0,01 с. Такие перерывы на два порядка больше времени охлаждения и деионизации дугового промежутка между электродом и изделием 10-4 с. Поэтому обязательным условием выполнения известного способа сварки является непрерывное горение дежурной дуги, что приводит к дополнительным затратам электрической энергии, повышает вероятность возникновения аварийной двойной дуги. Способ обеспечивает возможность обработки изделия только одним сочетанием воздействия на изделие приэлектродных областей сжатой и свободной дуг, а именно анодной области у сжатой дуги и катодной у свободной дуги, что ограничивает использование технологических свойств приэлектродных областей при сварке различных по физическим свойствам металлов.A single welding power source is used to power both arcs, as evidenced by significant interruptions in the burning of the compressed direct arc and the arc between the nozzle and the workpiece. The breaks are about half a period of 50 Hz AC, i.e. 0.01 s. Such breaks are two orders of magnitude longer than the cooling and deionization time of the arc gap between the electrode and the workpiece, 10 -4 s. Therefore, a prerequisite for the implementation of the known method of welding is the continuous burning of the pilot arc, which leads to additional costs of electrical energy, increases the likelihood of an emergency double arc. The method provides the possibility of processing the product with only one combination of the impact on the product of the near-electrode regions of the compressed and free arcs, namely the anode region near the compressed arc and the cathode near the free arc, which limits the use of the technological properties of the near-electrode regions when welding metals with different physical properties.
Значительная асимметрия токов напряжений и токов дуг в импульсах сжатой и свободной дуг требует применения сложного специализированного источника питания.A significant asymmetry of voltage currents and arc currents in pulses of compressed and free arcs requires the use of a complex specialized power source.
Низкая пространственная устойчивость дуги обусловлена расположением анодного пятна свободной дуги на плоской поверхности сопла плазмотрона. Это в значительной степени затрудняет использование тепловой энергии и без того маломощной свободной дуги для проплавления изделия, так как выделение мощности по пятну нагрева носит случайный характер. Таким образом, дуга между соплом и изделием практически не влияет на проплавление изделия. Очистка алюминиевого изделия от окисной пленки также недостаточно стабильна вследствие случайного характера перемещения дуги по поверхностям сопла и изделия.The low spatial stability of the arc is due to the location of the anode spot of the free arc on the flat surface of the plasma torch nozzle. This greatly complicates the use of thermal energy of the already low-powered free arc to melt the product, since the release of power over the heating spot is random. Thus, the arc between the nozzle and the product practically does not affect the penetration of the product. Cleaning an aluminum product from an oxide film is also not stable enough due to the random nature of the movement of the arc along the surfaces of the nozzle and the product.
При этом поверхность сопла испытывает достаточно большую дополнительную тепловую нагрузку в качестве анода свободной дуги, что вызывает его эрозию, что особенно неприемлемо в зоне, близкой к сжимающему каналу сопла.In this case, the surface of the nozzle experiences a sufficiently large additional thermal load as an anode of a free arc, which causes its erosion, which is especially unacceptable in the area close to the compressing channel of the nozzle.
В известном способе сварки металлов комбинацией сжатой и свободной дуг, при котором зажигают дежурную дугу между неплавящимся электродом и соплом плазмотрона и сжатую дугу прямой полярности между неплавящимся электродом и изделием, а между соплом и изделием периодически зажигают свободную дугу обратной полярности, для питания сжатой дуги используют сварочный источник питания с высокочастотным зажиганием дежурной дуги, напряжение на дуговой промежуток между неплавящимся электродом плазмотрона и изделием подают постоянно, после зажигания сжатой дуги ее источник питания переводят в дежурный режим для дугового промежутка между неплавящимся электродом и соплом, а свободную дугу формируют путем подачи разнополярных импульсов тока с частотой не менее 50 Гц от второго источника питания между неплавящейся вставкой, установленной в сопло плазмотрона, и изделием, причем отношение среднего за период тока импульсов прямой полярности в свободной дуге к среднему току за период выбирают в пределах 0,5-0,9.In the known method of welding metals with a combination of compressed and free arcs, in which a pilot arc is ignited between a non-consumable electrode and a plasma torch nozzle and a compressed arc of direct polarity between a non-consumable electrode and a product, and a free arc of reverse polarity is periodically ignited between the nozzle and the product, a compressed arc is used to power the compressed arc. welding power source with high-frequency ignition of the standby arc, voltage is applied to the arc gap between the non-consumable electrode of the plasma torch and the workpiece constantly, after ignition of the compressed arc, its power source is switched to standby mode for the arc gap between the non-consumable electrode and the nozzle, and the free arc is formed by applying bipolar pulses current with a frequency of at least 50 Hz from the second power source between the non-consumable insert installed in the plasma torch nozzle and the product, and the ratio of the average current of pulses of direct polarity in the free arc to the average current for the period is chosen within 0.5 -0.9.
В данном способе вначале может зажигаться сжатая дуга, а затем свободная, и наоборот. Также обе дуги могут зажигаться одновременно.In this method, a compressed arc can be ignited first, and then a free one, and vice versa. Also, both arcs can be ignited at the same time.
На фиг. 1 представлена схема реализации способа, на фиг. 2 - циклограмма токов свободной дуги, на фиг. 3 - расположение дуг при сварке, на фиг. 4 - зависимости допустимых токов на вольфрамовые электроды, на фиг. 5 - зависимости для удельных эффективных мощностей.In FIG. 1 shows a diagram of the implementation of the method, in Fig. 2 - cyclogram of currents of a free arc, in Fig. 3 - the location of the arcs during welding, in Fig. 4 - dependences of permissible currents on tungsten electrodes, in Fig. 5 - dependencies for specific effective powers.
На фиг. 1 представлена схема реализации предлагаемого способа сварки.In FIG. 1 shows a diagram of the implementation of the proposed welding method.
В пространство между вольфрамовым электродом 1, установленным в сопло 2 плазменной горелки и соплом 2, подается плазмообразующий инертный газ. Отрицательный полюс сварочного источника питания постоянного тока 3 подключен к вольфрамовому электроду 1, а положительный полюс к свариваемому изделию через выключатель 5, и через выключатель 6 и регулируемое балластное сопротивление 7 к соплу 2 плазменной горелки. Один из полюсов второго сварочного источника питания 8, генерирующего разнополярные прямоугольные импульсы тока, подключают непосредственно к соплу 2 после балластного сопротивления 7. Поэтому к соплу 2 подсоединяется только один проводник. Второй полюс источника питания 8 подключают к изделию 4 через выключатель 9. В сопло 2 плазменной горелки с ее торца закрепляют тугоплавкую цилиндрическую неплавящуюся вставку из вольфрама 10. Вначале при отключенном выключателе 5 зажигают дежурную дугу 11 между вольфрамовым электродом 1 и соплом 2 с помощью высокочастотного возбудителя дуги, встроенного в источник питания 3. При этом выключатель 6 должен быть включен. Возникает дежурная дуга 11, которая ионизирует дуговой промежуток между вольфрамовым электродом 1 и изделием 4. После этого посредством включения выключателя 5 прикладывают напряжение к ионизированному промежутку между изделием 4 и электродом 1 и зажигается сжатая дуга прямого действия прямой полярности 12. Затем дежурную дугу 11 отключают выключателем 6. Схема питания дуг 11 и 12 работает таким образом, что в случае случайного обрыва сжатой дуги 12 выключатель 6 соединяет полюс источника 3 с соплом 2 и дежурная дуга 11 снова зажигается для зажигания сжатой дуги 12.In the space between the
После зажигания сжатой дуги прямой полярности 12 подают рабочее напряжение между соплом 2 и изделием 4 от источника питания 8, включая выключатель 9. Вследствие растекания плазмообразующего газа между соплом и изделием и действия высокочастотного возбудителя дуги, встроенного во второй источник питания 8 между вставкой из вольфрама 10 и изделием 4 зажигается свободная дуга 13. В сопле 2 могут выполняться отверстия 14 для защиты зоны вокруг свободной дуги 13 от воздуха. Сварочная горелка с соплом 2 перемещается вдоль стыка деталей свариваемого изделия 4 со скоростью сварки Vc. Свободная дуга 13 благодаря неплавящейся вольфрамовой вставке 10 и нестационарному режиму горения, а также действию защитного газа, проходящего через отверстия 14, обладает высокой пространственной устойчивостью. Это позволяет располагать плоскость, проходящую через оси вольфрамового электрода 1 и вольфрамовой вставки 10 под различными углами к направлению сварки и поворачивать эту плоскость на угол от нуля до 180 градусов, в зависимости от технологических потребностей процесса. Регулировка импульсов тока в источнике питания 8 и свободной дуге 13 осуществляется в диапазоне отношения среднего за период тока прямой полярности к полному среднему току за период от ϕ=0,5-0,9, что обеспечивает широкие технологические возможности способа и в то же время высокую стойкость неплавящейся вольфрамовой вставки 10. При расположении электрода 1 и вольфрамовой вставки 10 в одной плоскости вдоль направления сварки достигается эффект тандемной сварки, при котором повышается глубина проплавления изделия 4 или обеспечивается повышение скорости сварки. При сварке алюминиевых сплавов свободная дуга 13 располагается впереди по отношению к направлению сварки, что при выборе отношения средних токов импульсов прямой полярности за период в свободной дуге 13 по отношению к ее полному среднему току ϕ=0,5-0,9, обеспечит разрушение окисной пленки алюминия на изделии 4 за счет катодного распыления. Значения ϕ=0,8-0,9 обеспечат почти такую же стойкость вольфрамовой вставки 10 при сварке сталей, как в дуге постоянного тока прямой полярности. Свободная дуга 13, благодаря преобладанию импульсов прямой полярности может иметь высокие ток и мощность и оказывать большое влияние на глубину проплавления изделия 4. За счет смены полярности в свободной дуге 13 обеспечивается одновременно дополнительное регулирование плотности теплового потока на изделии 4 и давления дуг на сварочную ванну. Это позволяет повысить суммарную мощность дуг и производительность сварки по сравнению с однодуговой сваркой.After ignition of a compressed arc of
Зажигание сжатой дуги 12 и свободной дуги 13 может производиться и в обратной последовательности, что обусловлено наличием в сварочном источнике разнополярных импульсов тока 8 высокочастотного возбудителя дуг. То есть сначала может зажигаться свободная дуга 13 между неплавящейся вставкой 10 и изделием 4 при отключенном от сопла 2 положительном полюсе источника питания 3, а затем подключается сопло 2 и с помощью высокочастотного возбудителя источника питания 3 зажигается сначала дежурная дуга 11, а затем сжатая дуга 12 прямого действия. После зажигания сжатой дуги 12 сопло 2 отключается от источника питания 3 выключателем 6, который начинает работать в режиме ожидания. Электронная схема управления дугами 11, 12, 13 устроена таким образом, что в случае случайного обрыва сжатой дуги 12, выключатель 6 срабатывает и происходит новое зажигание дежурной дуги 11. После зажигания сжатой дуги 12 дежурная дуга 11 вновь отключается выключателем 6. Такая последовательность зажигания предпочтительна при сварке алюминиевых сплавов, так как в первую очередь необходимо обеспечить очистку свариваемых поверхностей от окисной пленки алюминия.The ignition of the
Такой способ зажигания и поддержания сжатой дуги прямого действия 12 необходимо использовать потому, что вследствие большой длины дугового промежутка параметров высокочастотных возбудителей дуг бывает недостаточно для непосредственного зажигания и поддержания горения сжатой дуги.This method of ignition and maintenance of a compressed arc of
В качестве тугоплавкой вставки 10 сопла могут использоваться как все марки вольфрамовых электродов, так и комбинированные электроды, используемые, например, при воздушно-плазменной резке. Тугоплавкая вставка 10 может устанавливаться в сопло как заподлицо с поверхностью сопла, так и выступать из нее. Она может затачиваться под острым углом при преобладании импульсов прямой полярности или приобретать на конце форму полусферы при ϕ=0,5-0,6 из-за оплавления торца вставки.As a
Свободная дуга 13 зажигается и горит устойчиво именно с вольфрамовой вставки 10, поскольку она обладает высокими эмиссионными свойствами, а длина дуги с нее меньше дистанции между соплом 2 и изделием 4.The
Вольфрамовая вставка 10 может устанавливаться в сквозное отверстие и иметь выход и на внутреннюю сторону сопла 2. В этом случае дежурная дуга И может фиксироваться на вольфрамовую вставку 10, что повысит стойкость сопла 2. Стойкость вставки с внутренней стороны сопла при этом будет обеспечена тем, что работа дежурной дуги 11 носит кратковременный характер.The
При сварке высоколегированных сталей и титана свободная дуга 13 может располагаться как впереди по отношению к направлению сварки, так и позади.When welding high-alloy steels and titanium, the
Частоту импульсов в свободной дуге 13 не следует выбирать меньше 50 Гц, так как это привело бы к значительным затратам при изготовлении источника питания, не обеспечив особых технологических преимуществ. Частота 50 Гц соответствует промышленной частоте переменного тока, что облегчает производство и использование необходимых для реализации способа источников питания. Современные источники питания, обеспечивающие генерацию разнополярных импульсов тока прямоугольной формы, используют частоты 50-150 Гц. При этом исследованиями установлено, что изменение частоты в пределах 150-400 Гц не влияет на технологические свойства дуги. В диапазоне 50-150 Гц такое влияние также невелико. Данные о слабом влиянии частоты на технологические свойства дуги приведены в монографии Савинова А.В. и др. Дуговая сварка неплавящимся электродом. М.: Машиностроение, 2011, 477 с., стр. 276-277 и в ряде зарубежных публикаций.The pulse frequency in the
Основными параметрами сжатой дуги являются ток сжатой дуги прямого действия, диаметр и длина цилиндрического участка сопла, расход плазмообразующего газа, расстояние от торца электрода до цилиндрического канала сопла, диаметр вольфрамового электрода, расход защитного газа.The main parameters of the compressed arc are the current of the compressed arc of direct action, the diameter and length of the cylindrical section of the nozzle, the flow rate of the plasma gas, the distance from the end of the electrode to the cylindrical channel of the nozzle, the diameter of the tungsten electrode, the flow rate of the shielding gas.
Для свободной дуги между тугоплавкой вставкой и изделием основными параметрами являются средние токи импульсов дуг за период частота импульсов, диаметр тугоплавкой вставки, расход защитного газа.For a free arc between the refractory insert and the workpiece, the main parameters are the average arc pulse currents per period, the pulse frequency, the diameter of the refractory insert, and the flow rate of the shielding gas.
Общими параметрами процесса сварки комбинацией сжатой и свободной дуг являются скорость сварки, расстояние между соплом и изделием и дистанция между осью сопла плазмотрона и осью тугоплавкой вставки сопла, угол поворота плоскости, проходящей между осями сопла и электрода по отношению к направлению сварки, начальная температура свариваемого изделия.The general parameters of the welding process by a combination of compressed and free arcs are the welding speed, the distance between the nozzle and the product and the distance between the axis of the plasma torch nozzle and the axis of the refractory insert of the nozzle, the angle of rotation of the plane passing between the axes of the nozzle and the electrode with respect to the welding direction, the initial temperature of the welded product .
Сварной шов при дуговой сварке формируется под действием распределенного теплового потока и распределенного давления дуги. Данный способ, благодаря увеличению параметров процесса и диапазонов их изменения, обеспечивает возможности регулирования теплового и силового воздействия дуг на изделие в широких пределах и позволяет отыскивать наиболее благоприятное их сочетание. Таким образом, способ обладает большим числом параметров, что определяет высокую гибкость технологических процессов, реализуемых с его помощью. Под гибкостью понимается возможность обеспечения одновременно двух и более показателей свойств сварного соединения.A weld in arc welding is formed under the action of a distributed heat flux and a distributed arc pressure. This method, due to the increase in process parameters and ranges of their change, provides the ability to control the thermal and force effects of arcs on the product in a wide range and allows you to find the most favorable combination. Thus, the method has a large number of parameters, which determines the high flexibility of technological processes implemented with its help. Flexibility is understood as the possibility of simultaneously providing two or more indicators of the properties of a welded joint.
За счет расширения возможности регулирования распределенности давления дуг и расположения их вдоль направления сварки способ позволяет выполнять одностороннюю сварку стыковых соединений высоколегированных сталей без разделки кромок толщиной до 8 мм и алюминиевых сплавов до 10 мм, что обеспечивает повышение технико-экономических показателей по сравнению с аргонодуговой сваркой более чем в 2 раза.Due to the expansion of the ability to control the pressure distribution of the arcs and their location along the welding direction, the method allows one-sided welding of butt joints of high-alloy steels without cutting edges up to 8 mm thick and aluminum alloys up to 10 mm, which provides an increase in technical and economic indicators compared to argon-arc welding by more than 2 times.
На фиг. 2 представлена в общем виде циклограмма тока свободной дуги между неплавящейся тугоплавкой вставкой и свариваемым изделием. Весь период цикла горения дуги обозначен tc, время горения импульса прямой полярности обозначен tEN, время импульса обратной полярности tEp. Ток импульса прямой полярности обозначен Ien, ток импульса обратной полярности обозначен IEP. В общем случае токи импульсов и время их действия различны. Средний ток импульса прямой полярности Iens за период можно определить по формулеIn FIG. 2 is a general view of the cyclogram of the free arc current between the non-consumable refractory insert and the workpiece to be welded. The entire period of the arc burning cycle is indicated by t c , the burning time of the direct polarity pulse is indicated by t EN , the time of the reverse polarity pulse is t Ep . The forward polarity pulse current is denoted by I en , the reverse polarity pulse current is denoted by I EP . In the general case, the pulse currents and their duration are different. The average current of a direct polarity pulse Iens for a period can be determined by the formula
Средний ток импульса обратной полярности Ieps за период можно определить по формулеThe average reverse polarity pulse current I eps per period can be determined by the formula
Полный средний ток импульсов за период Is равен сумме средних токов прямой и обратной полярностейThe total average pulse current for the period I s is equal to the sum of the average currents of direct and reverse polarity
В специальной литературе приводятся данные, что для хорошей очистки алюминиевых сплавов от окисной пленки необходимо, чтобы длительность импульса тока обратной полярности быть в пределах от длительности периода 0,1875 - 0,375 (см. статью А.В. Савинова и др. Проплавляющая способность дуги переменного тока с прямоугольной формой импульсов. Известия ВолГТУ, Серия Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. Волгоград. 2015. №2 (181), с.135-141). Соответственно длительность импульса прямой полярности должна составлять 0,8125-0,625. По данным обзорной статьи Гринюк А.А. и др. Основные тенденции развития плазменно-дуговой сварки алюминиевых сплавов. Автоматическая сварка. 2015. №11. С.39-50 (рис. 4, стр. 423) значение длительности обратной полярности к длительности цикла для сжатой дуги лежит в диапазоне 0,136-0,174. То есть это значительно ниже значений указанных в предыдущей работе. Таким образом, оценивать интенсивность катодной очистки следует не отношением длительности импульсов, а отношением среднего тока импульса к общему среднему току, так как это более обобщенный, интегральный показатель воздействия дуги на металл.The special literature provides data that for a good cleaning of aluminum alloys from an oxide film, it is necessary that the duration of the current pulse of reverse polarity be in the range of the duration of the period 0.1875 - 0.375 (see the article by A.V. Savinov et al. Izvestiya VolGTU, Series Problems of Materials Science, Welding and Strength in Mechanical Engineering, Volgograd, 2015, No. 2 (181), pp. 135-141. Accordingly, the duration of the pulse of direct polarity should be 0.8125-0.625. According to the review article Grinyuk A.A. and other Main trends in the development of plasma-arc welding of aluminum alloys. Automatic welding. 2015. No. 11. P.39-50 (Fig. 4, p. 423) the value of the duration of the reverse polarity to the duration of the cycle for a compressed arc lies in the range of 0.136-0.174. That is, it is significantly lower than the values indicated in the previous work. Thus, the intensity of cathodic cleaning should be evaluated not by the ratio of the pulse duration, but by the ratio of the average pulse current to the total average current, since this is a more generalized, integral indicator of the impact of the arc on the metal.
Достаточно ясно, что диапазон режимов, удовлетворяющих условию очистки от окисной пленки алюминиевых сплавов нельзя характеризовать только относительной длительностью полярности или током этой полярности. Комплексным показателем интенсивности очистки окисной пленки за период является отношение среднего тока обратной полярности к среднему току за период.It is quite clear that the range of regimes that satisfy the condition of cleaning aluminum alloys from the oxide film cannot be characterized only by the relative duration of the polarity or the current of this polarity. A complex indicator of the intensity of the cleaning of the oxide film for a period is the ratio of the average current of reverse polarity to the average current for the period.
Согласно данному способу режим свободной дуги должен отвечать условиюAccording to this method, the free arc mode must meet the condition
Это позволит обеспечить достаточную стойкость тугоплавкой неплавящейся вставки и катодное разрушение окисной пленки алюминия при сварке алюминиевых сплавов при достаточно большой мощности дуг обеих полярностей.This will ensure sufficient resistance of the refractory non-consumable insert and cathodic destruction of the aluminum oxide film when welding aluminum alloys at a sufficiently high power of arcs of both polarities.
Современные источники питания для сварки разнополярными импульсами тока обеспечивают формирование, как прямоугольных импульсов, так и треугольных. Возможно также применение импульсов любой формы. Поэтому режим горения дуг целесообразнее всего характеризовать не только частотой и длительностью импульсов, но и средними токами за период. Регулирование тока за период осуществляется в более простых конструкциях источников только соотношением длительности импульсов, в более сложных источниках также амплитудой токов. Поэтому средний ток импульса за период является наиболее полной энергетической характеристикой режима.Modern power sources for welding with bipolar current pulses provide the formation of both rectangular and triangular pulses. It is also possible to use pulses of any shape. Therefore, it is most expedient to characterize the arc burning mode not only by the frequency and duration of the pulses, but also by the average currents for the period. The regulation of the current for a period is carried out in simpler designs of sources only by the ratio of the pulse duration, in more complex sources also by the amplitude of the currents. Therefore, the average pulse current for the period is the most complete energy characteristic of the mode.
Первоначальное и повторное зажигание дуг при любой форме импульсов в таких источниках питания дуги обеспечивается действием высокочастотных возбудителей дуг, встраиваемых в источники питания. Частота импульсов тока в таких источниках питания обычно не менее 50 Гц. Высокочастотное зажигание действует только короткое время после погасания очередного импульса тока, пока не произойдет новое зажигание дуги на другой полярности.The initial and re-ignition of arcs with any form of pulses in such arc power sources is provided by the action of high-frequency arc exciters built into the power sources. The frequency of current pulses in such power supplies is usually at least 50 Hz. High-frequency ignition is only active for a short time after the extinction of the next current pulse, until a new arc ignition occurs at a different polarity.
На фиг. 3 показано одно из возможных взаимных расположений дуг при сварке. Сопло 2 плазменной горелки перемещается в направлении сварки со скоростью Vc вдоль изделия 4. При сварке алюминиевых сплавов свободная дуга 13 располагается впереди по направлению сварки, так как она должна обеспечит катодное разрушение окисной пленки алюминия, чтобы обеспечить действие сжатой дуги 12 на очищенный металл. Небольшое расстояние между дугами 12 и 13 обеспечивает эффект тандемной сварки, заключающийся в рассредоточении эффективной мощности дуг вдоль линии сварки и приводящий к повышению глубины проплавления изделия 4. В результате сварки образуется сварной шов 15. Мощности дуг 12 и 13 выбираются из условия разрушения окисной пленки и оптимальной глубины проплавления. Соотношение ϕ целесообразно выбирать максимальным при сварке высоколегированных сталей и титановых сплавов и порядка ϕ=0,5-0,8 при сварке алюминиевых сплавов. Режим сварки при ϕ=0,5 во многом соответствует однофазной аргонодуговой сварке алюминиевых сплавов на переменном синусоидальном токе промышленной частоты.In FIG. 3 shows one of the possible mutual arrangements of the arcs during welding. The
В качестве источника питания свободной дуги могут использоваться и сварочные трансформаторы, оснащенные высокочастотными возбудителями дуг при смене полярности. В качестве источника питания сжатой дуги могут использоваться сварочные выпрямители для аргонодуговой сварки с встроенными высокочастотными устройствами зажигания дуги и электронной схемой для его включения при случайных обрывах сжатой дуги или при использовании сварочных осцилляторов. Сварочные выпрямители имеют напряжение холостого хода до 80 В, что вполне обеспечивает получение значительных токов в сжатой дуге, несмотря на ее повышенное напряжение.Welding transformers equipped with high-frequency arc exciters for polarity reversal can also be used as a power source for a free arc. Welding rectifiers for argon-arc welding with built-in high-frequency arc ignition devices and an electronic circuit to turn it on in case of accidental breaks in the compressed arc or when using welding oscillators can be used as a power source for the compressed arc. Welding rectifiers have an open circuit voltage of up to 80 V, which fully ensures the production of significant currents in a compressed arc, despite its increased voltage.
Следует отметить, что эффекта тандемной сварки сложно достигнуть при двухдуговой сварке двумя независимыми сжатыми дугами, поскольку вследствие значительных габаритов сопел плазмотронов сложно обеспечить достаточно близкое расстояние между дугами.It should be noted that the effect of tandem welding is difficult to achieve in two-arc welding with two independent compressed arcs, since, due to the large dimensions of the plasma torch nozzles, it is difficult to ensure a sufficiently close distance between the arcs.
На фиг. 4 представлены расчетные зависимости допустимых токов на неплавящиеся вольфрамовые электроды на прямой и обратной полярности дуги и на синусоидальном переменном токе. Зависимости получены в статье В.П. Сидорова, Д.Э. Советкина, Г.М. Коротковой. О допустимых токах на вольфрамовый электрод дуги с разнополярными импульсами тока / Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение - 2020. - Т.22, №4. - С.5-12.DOI:10.15593/2224-9877/2020.4.01.In FIG. 4 shows the calculated dependences of the allowable currents on non-consumable tungsten electrodes on the direct and reverse polarity of the arc and on sinusoidal alternating current. Dependencies are obtained in the article by V.P. Sidorova, D.E. Sovetkina, G.M. Korotkova. On the allowable currents on a tungsten arc electrode with bipolar current pulses / Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Mechanical engineering, materials science - 2020. - V.22, No. 4. - С.5-12.DOI:10.15593/2224-9877/2020.4.01.
Верхняя зависимость относится к прямой полярности дуги, нижняя к обратной полярности, а средняя к однофазному переменному синусоидальному току промышленной частоты. Это средние допустимые токи, а возможный их диапазон приведен в таблице 1.The upper dependence refers to the direct polarity of the arc, the lower one to the reverse polarity, and the middle one to single-phase alternating sinusoidal current of industrial frequency. These are the average allowable currents, and their possible range is given in table 1.
Эти зависимости можно использовать для выбора допустимых токов, как для электрода плазмотрона, так и тугоплавкой вставки сопла.These dependencies can be used to select the allowable currents for both the plasma torch electrode and the refractory insert of the nozzle.
Средний допустимый ток сжатой дуги прямой полярности выбирается по верхней кривой на фиг. 4. Средние токи импульсов свободной дуги за время их действия выбираются для импульсов прямой полярности по верхней зависимости, а для импульсов обратной полярности по нижней зависимости. При использовании для питания свободной дуги однофазного переменного тока промышленной частоты выбор среднего тока в одном полупериоде может выполняться по средней кривой на фиг. 4. Диапазон допустимых отклонений средних токов импульсов для свободной дуги приведен в таблице 1.The average allowable current of a compressed arc of direct polarity is selected from the upper curve in Fig. 4. The average currents of the free arc pulses during their action are selected for pulses of direct polarity according to the upper dependence, and for pulses of reverse polarity, according to the lower dependence. When using a single-phase alternating current of industrial frequency to power a free arc, the choice of the average current in one half-cycle can be performed according to the average curve in Fig. 4. The range of permissible deviations of the average pulse currents for a free arc is given in table 1.
В таблице 1 приведены диапазоны допустимых диапазонов токов различных полярностей и процент отклонений предельных значений к среднему значению.Table 1 shows the ranges of permissible current ranges of various polarities and the percentage of deviations of the limit values from the average value.
На фиг. 5 представлены зависимости удельных эффективных мощностей сжатой аргоновой дуги q1 на медном изделии. Зависимости построены на основе данных по калориметрированию сжатой дуги с разнополярными импульсами тока, опубликованных в статье F. Jiang, Ch. Li, Sh. Chen. Experimental investigation on heat transfer of different phase in variable polarity plasma arc welding. Welding in the World (2019) 63: 1153-1162 https://doi.org/10.1007/s40194-019-00722-3.Верхняя зависимость построена для обратной полярности дуги ЕР, нижняя для прямой полярности EN.In FIG. 5 shows the dependences of the specific effective powers of the compressed argon arc q 1 on a copper product. Dependences are built on the basis of data on calorimetry of a compressed arc with current pulses of different polarity, published in the article by F. Jiang, Ch. Li, Sh. Chen. Experimental investigation on heat transfer of different phase in variable polarity plasma arc welding. Welding in the World (2019) 63: 1153-1162 https://doi.org/10.1007/s40194-019-00722-3.
При проведении опытов изменялся ток импульсов одной дуги, а ток импульсов второй дуги не изменялся. У зависимости для полярности ЕР ток полярности EN оставался постоянным 100 А. У зависимости для полярности EN ток полярности ЕР также оставался постоянным 150 А.During the experiments, the pulse current of one arc changed, while the pulse current of the second arc did not change. For the dependence for polarity EP, the polarity current EN remained constant at 100 A. For the dependence for polarity EN, the polarity current EP also remained constant at 150 A.
Удельная эффективная мощность q1 - это мощность, приходящаяся на 1 А тока дугиSpecific effective power q 1 is the power per 1 A of arc current
где q - эффективная мощность дуги, Вт,where q is the effective arc power, W,
I - ток дуги, А.I - arc current, A.
q1 наиболее полно характеризует проплавляющую способность сварочных дуг. Если известна эта величина, то, не нужно знать напряжение сварочной дуги и использовать эффективный КПД для определения эффективной мощности q. Использование удельной эффективной мощности q1 обеспечивает более точный расчет температур в изделии при сварке. Расчеты авторов по данным той же работы показали, что среднее алгебраическое отклонение относительных отклонений от средних значений (САО) удельной эффективной мощности по сравнению с аналогичным показателем для эффективного КПД почти в 2 раза ниже. Согласно графикам на фиг. 5 удельная эффективная мощность сжатой дуги обратной полярности намного выше, чем прямой полярности. В эту удельную эффективную мощность входит и мощность, передаваемая изделию плазмообразующим аргоном, однако такая мощность не зависит от полярности. Поэтому соотношение мощностей для свободной дуги будет близким. Алюминиевое изделие как плавящийся электрод дуги обладает близкими к меди теплофизическими характеристиками. В связи с этим, несмотря на то, что допустимые средние токи импульсов обратной полярности при сварке с РПИ намного меньше, чем прямой полярности, эффективные мощности дуг при сварке алюминия дугой с разнополярными импульсами тока в значительной степени выравниваются.q 1 most fully characterizes the penetration ability of welding arcs. If this value is known, then it is not necessary to know the voltage of the welding arc and use the effective efficiency to determine the effective power q. The use of specific effective power q 1 provides a more accurate calculation of temperatures in the product during welding. The calculations of the authors according to the data of the same work showed that the average algebraic deviation of the relative deviations from the average values (SAO) of the specific effective power compared to the same indicator for the effective efficiency is almost 2 times lower. According to the graphs in Fig. 5, the specific effective power of a compressed arc of reverse polarity is much higher than that of straight polarity. This specific effective power also includes the power transferred to the product by plasma-forming argon, however, this power does not depend on polarity. Therefore, the power ratio for a free arc will be close. An aluminum product as a consumable arc electrode has thermophysical characteristics close to those of copper. In this regard, despite the fact that the allowable average currents of reverse polarity pulses in welding with FTR are much less than those of direct polarity, the effective arc powers when welding aluminum with an arc with current pulses of different polarity are largely equalized.
Согласно графикам на фиг. 5 при токе 110 А отношение q1Ep/q1EN=1,61, а при токе 140 А=1,64, то есть немного возрастает. Обе зависимости показывают линейное снижение удельной эффективной мощности с увеличением тока.According to the graphs in Fig. 5 at a current of 110 A, the ratio q 1Ep / q 1EN \u003d 1.61, and at a current of 140 A \u003d 1.64, that is, it increases slightly. Both dependences show a linear decrease in the specific effective power with increasing current.
На проплавляющую способность свободных сварочных дуг наибольшее влияние оказывают мощности от приэлектродных областей. Плазменные потоки дуг оказывают второстепенное влияние на проплавление изделия вследствие значительно меньшей сосредоточенности их теплового потока. Также аналогично второстепенное влияние на проплавление изделия при сварке плавящимся электродом мощности, переносимой к нему электродным металлом. Последнее показано в статье Сидорова В.П. Влияние рода и полярности тока на плавление основного и электродного металла при сварке под флюсом. Сварка и диагностика. - 2013. - №3. - С.20-23.The penetration ability of free welding arcs is most affected by the power from the near-electrode regions. Plasma fluxes of arcs have a secondary effect on the penetration of the product due to the much lower concentration of their heat flux. Also similar is the secondary influence on the penetration of the product when welding with a consumable electrode of the power transferred to it by the electrode metal. The latter is shown in the article by Sidorov V.P. Influence of the type and polarity of the current on the melting of the base and electrode metal in submerged arc welding. Welding and diagnostics. - 2013. - No. 3. - P.20-23.
Малое влияние электродного металла подтверждается существенным влиянием полярности на проплавление изделия при сварке сталей под флюсом, хотя эффективная мощность дуги при смене полярности не изменяется. Также это подтверждается очень небольшой проплавляющей способностью дуги косвенного действия с плавящимися электродами, несмотря на значительную мощность, переносимую к изделию электродным металлом.The small effect of the electrode metal is confirmed by the significant effect of polarity on the penetration of the product during submerged arc welding of steels, although the effective arc power does not change when the polarity changes. This is also confirmed by the very low penetration ability of an indirect arc with consumable electrodes, despite the significant power transferred to the product by the electrode metal.
В работе «О плавлении алюминиевого электрода аргоновой дугой прямой полярности». Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2019. №4 (50) С.52-57 (стр. 53) получены формулы для приближенного расчета удельной эффективной мощности (на 1 А тока) для дуг прямой q1EN и обратной q1EP полярности на алюминиевом изделии от действия приэлектродной области (без учета мощности от плазменных потоков к изделию)In the work "On the melting of an aluminum electrode with an argon arc of direct polarity." Science vector of Togliatti State University. 2019. No. 4 (50) P.52-57 (p. 53) formulas were obtained for an approximate calculation of the specific effective power (per 1 A of current) for arcs of direct q 1EN and reverse q 1EP polarity on an aluminum product from the action of the near-electrode region (without taking into account the power from plasma flows to the product)
где q1EP и q1EP измеряются в Вт/А.where q 1EP and q 1EP are measured in W/A.
Для обратной полярности больше и постоянный коэффициент линейной зависимости от тока и в 2 раза больше коэффициент пропорциональности. При токе дуги 100 A q1EN=6,01 Вт/А, q1EP=10,32 Вт/А. Отношение составит 10,32/6,01=1,72. При токе дуги 200 A q1EN=7,16 Вт/А, q1EP=12,7 Вт/А. Отношение составит 12,7/7,16=1,77, то есть немного возрастает. Величина отношения хорошо совпадают с приведенными выше отношениями для медного изделия по графикам на фиг. 5. Это отношение характеризует проплавляющую способность импульсов дуг. Однако из-за низкой стойкости вольфрамового электрода на обратной полярности доля обратной полярности и средний ток импульса за период невелики и поэтому влияние обратной полярности на провар относительно невелико.For reverse polarity, the constant coefficient of linear dependence on current is also greater and the coefficient of proportionality is 2 times greater. At an arc current of 100 A q 1EN \u003d 6.01 W / A, q 1EP \u003d 10.32 W / A. The ratio will be 10.32/6.01=1.72. At an arc current of 200 A q 1EN \u003d 7.16 W / A, q 1EP \u003d 12.7 W / A. The ratio will be 12.7 / 7.16 = 1.77, that is, it increases slightly. The ratio values are in good agreement with the ratios given above for the copper product plotted in FIG. 5. This ratio characterizes the penetration ability of arc pulses. However, due to the low resistance of the tungsten electrode at reverse polarity, the proportion of reverse polarity and the average pulse current per period are small, and therefore the effect of reverse polarity on penetration is relatively small.
Пример 1. По предлагаемому способу выполняли автоматическую сварку одностороннего сварного шва стыкового соединения пластин без разделки кромок из алюминиевого сплава АМц толщиной 6 мм. Сжатую дугу прямой полярности питали от сварочного источника питания с разнополярными импульсами тока прямоугольной формы типа TIG200P AC/DC в режиме постоянного тока прямой полярности.Example 1. According to the proposed method, automatic welding of a one-sided weld of a butt joint of plates without cutting edges from an aluminum alloy AMts with a thickness of 6 mm was performed. A compressed arc of direct polarity was fed from a welding power source with bipolar current pulses of a rectangular shape of the TIG200P AC/DC type in direct current mode of direct polarity.
Отрицательный полюс источника питания подключали к вольфрамовому электроду плазмотрона, а положительный к соплу плазмотрона через балластное сопротивление РБ-200 и к свариваемым деталям. В сопло плазмотрона устанавливали вставку из вольфрамового электрода марки ЭВЛ диаметром 4 мм. Диаметр формирующего сжатую дугу сопла составлял 6 мм. Расход плазмообразующего аргона составлял 3 л/мин.The negative pole of the power source was connected to the tungsten electrode of the plasma torch, and the positive pole was connected to the plasma torch nozzle through the RB-200 ballast resistance and to the parts to be welded. An insert made of an
Расстояние между осью вставки и осью сопла 12 мм. Свободную дугу между вольфрамовой вставкой и изделием питали от второго источника питания с прямоугольными разнополярными импульсами тока прямоугольной формы типа TIG200P AC/DC. Источники питания позволяют использовать импульсы с частотой 60 Гц. Номинальный ток источника питания 200 А. Источник питания обеспечивает регулировку только времени протекания импульсов, при одинаковых токах обоих импульсов.The distance between the axis of the insert and the axis of the nozzle is 12 mm. The free arc between the tungsten insert and the workpiece was fed from a second power source with rectangular bipolar rectangular current pulses of the TIG200P AC/DC type. Power supplies allow the use of pulses with a frequency of 60 Hz. The rated current of the power supply is 200 A. The power supply regulates only the time of the pulses, at the same currents of both pulses.
Технические характеристики источника питания приведены в таблице 2.Specifications for the power supply are shown in Table 2.
Данные приведены в паспорте и руководстве по эксплуатации установок для аргонодуговой сварки универсальных инверторных фирмы «Brima Welding International, 22 с. С.6. Издательство «Тиберис» www.tiberis.ru. (Дата обращения 20.12.2020).The data are given in the passport and the operating manual for installations for argon-arc welding of universal inverter firms Brima Welding International, 22 p. C.6. Publishing house "Tiberis" www.tiberis.ru. (Accessed 12/20/2020).
Сварочный плазмотрон был установлен на сварочный автомат для аргонодуговой сварки АДСВ-6. Ток сжатой дуги прямого действия постоянного тока на прямой полярности был 150 А, а ток дежурной дуги меньше в 2 раза.The welding plasma torch was installed on an automatic welding machine for argon arc welding ADSV-6. The current of the compressed arc of direct action of direct current at direct polarity was 150 A, and the current of the standby arc was 2 times less.
Режимы горения свободной дуги были следующие: диаметр электродной вставки из вольфрама 4 мм, угол ее заточки 30 градусов, частота импульсов 60 Гц, ток импульса прямой полярности Ien=140 А, продолжительность импульса tEN=12 мс, средний ток за период tENs=105 А, ток импульса обратной полярности IEP=140 А, продолжительность импульса tEp=4 мс, средний ток за период tEPs=35 А. Среднее напряжение свободной дуги за период 16 В.The free arc burning modes were as follows: the diameter of the tungsten electrode insert was 4 mm, its sharpening angle was 30 degrees, the pulse frequency was 60 Hz, the direct polarity pulse current I en =140 A, the pulse duration t EN = 12 ms, the average current over the period t ENs \u003d 105 A, reverse polarity pulse current I EP \u003d 140 A, pulse duration t Ep \u003d 4 ms, average current per period t EPs \u003d 35 A. Average free arc voltage per period 16 V.
Впереди по отношению к направлению сварки располагалась свободная дуга, так как она обеспечивала разрушение окисной пленки за счет катодного распыления. После зажигания дежурной дуги высокочастотным разрядом источника зажигалась дуга прямого действия и после этого дежурная дуга отключалась. После этого обеспечивалось зажигание свободной дуги от источника разнополярных импульсов и начиналось движение сварочного автомата со скоростью сварки Vc=0,3 см/c.A free arc was located in front of the welding direction, since it ensured the destruction of the oxide film due to cathode sputtering. After the pilot arc was ignited by a high-frequency discharge of the source, a direct-acting arc was ignited and after that the pilot arc was turned off. After that, a free arc was ignited from a source of bipolar pulses and the welding machine began to move at a welding speed V c =0.3 cm/s.
Свободная дуга обеспечивала хорошую очистку алюминиевого сплава от окисной пленки, образование зеркала сварочной ванны и проплавление изделия на глубину 2 мм. Совместное действие свободной и сжатой дуги обеспечило полное проплавление свариваемых деталей, хороший внешний вид шва с лицевой стороны и формирование обратного валика.The free arc ensured a good cleaning of the aluminum alloy from the oxide film, the formation of a weld pool mirror, and the penetration of the product to a depth of 2 mm. The joint action of the free and compressed arc ensured complete penetration of the parts to be welded, a good appearance of the weld from the front side, and the formation of a back bead.
Пример 2. Выполняли сварку одностороннего сварного шва стыкового соединения пластин без разделки кромок из высоколегированной стали Х18Н9 толщиной 6 мм. Сжатую дугу прямой полярности питали от сварочного источника питания с разнополярными импульсами тока прямоугольной формы типа TIG200P AC/DC в режиме постоянного тока.Example 2. Welding of a one-sided weld of a butt joint of plates without cutting edges from high-alloy steel Kh18N9 with a thickness of 6 mm was performed. A compressed arc of direct polarity was fed from a welding power source with bipolar rectangular current pulses of the TIG200P AC/DC type in direct current mode.
Отрицательный полюс источника питания подключали к вольфрамовому электроду плазмотрона, а положительный к соплу плазмотрона через балластное сопротивление РБ-200 и к свариваемым деталям. В сопло плазмотрона устанавливали вставку из вольфрамового электрода ЭВЛ диаметром 4 мм. Расстояние между осью вставки и осью сопла составляло 10 мм. Диаметр и длина цилиндрического канала сопла для формирования сжатой дуги составляли 4 мм. Свободную дугу между вольфрамовой вставкой и изделием питали также от второго источника питания с прямоугольными разнополярными импульсами тока прямоугольной формы типа TIG200P AC/DC. Режимы горения свободной дуги были следующие: частота импульсов 60 Гц, ток импульса прямой полярности IEN=150 А, продолжительность импульса tEN=12 мс, средний ток за период tENS=90 А, ток импульса обратной полярности IEP=150 А, продолжительность импульса IEP=4 мс, средний ток за период Ieps=40 А. Рабочий ток сжатой дуги прямой полярности составлял 200 А, ток дежурной дуги 50 А, расход плазмообразующего аргона 3 л/мин, расстояние от сопла до деталей 3 мм. Напряжение на сжатой дуге составило 30 В, на свободной 15 В. Суммарный ток сжатой дуги и свободной дуги составил 350 А.The negative pole of the power source was connected to the tungsten electrode of the plasma torch, and the positive pole was connected to the plasma torch nozzle through the RB-200 ballast resistance and to the parts to be welded. An insert made of an
При однодуговой аргонодуговой сварке на прямой полярности на таком токе не удается вести сварку, из-за большого давления дуги и нарушения формирования сварного шва. Впереди по отношению к направлению сварки располагалась сжатая дуга. После зажигания дежурной дуги разрядом осциллятора зажигалась дуга прямого действия и после этого дежурная дуга отключалась размыканием балластного сопротивления. После этого обеспечивалось зажигание свободной дуги от источника разнополярных импульсов и начиналось движение сварочного автомата со скоростью сварки Vc=0,4 см/с.With single-arc argon-arc welding at direct polarity at such a current, it is not possible to weld, due to the high pressure of the arc and the violation of the formation of the weld. A compressed arc was located ahead in relation to the direction of welding. After the pilot arc was ignited by an oscillator discharge, a direct-acting arc was ignited and after that the pilot arc was switched off by opening the ballast resistance. After that, a free arc was ignited from a source of bipolar pulses and the welding machine began to move at a welding speed V c =0.4 cm/s.
При сварке наблюдалось устойчивое горение обеих дуг. Сжатая дуга обеспечивала образование зеркала сварочной ванны и проплавление изделия на глубину 4 мм. Совместное действие свободной и сжатой дуги обеспечило полное проплавление свариваемых деталей, хороший внешний вид шва с лицевой стороны и формирование обратного валика.During welding, stable burning of both arcs was observed. The compressed arc ensured the formation of a weld pool mirror and penetration of the product to a depth of 4 mm. The joint action of the free and compressed arc ensured complete penetration of the parts to be welded, a good appearance of the weld from the front side, and the formation of a back bead.
Предлагаемый способ решает указанные технические проблемы известного способа, а также обеспечивает повышение производительности сварки в широком диапазоне толщин или позволяет повысить пределы толщин, свариваемых без разделки кромок. При этом обеспечивается высокое качество сварных швов, как при сварке алюминиевых сплавов, так и высоколегированных сталей и титановых сплавов. Способ может быть реализован с помощью источников питания и других устройств, выпускаемых промышленностью. Высокочастотными возбудителями дуги снабжены все источники питания для сварки разнополярными импульсами тока и оснащается все больше сварочных выпрямителей. Сварочный плазмотрон не требует значительной реконструкции. В качестве тугоплавкой вставки сопла могут использоваться любые неплавящиеся электроды. Поэтому способ обладает промышленной применимостью при данном уровне развития техники.The proposed method solves these technical problems of the known method, and also provides an increase in welding productivity in a wide range of thicknesses or allows you to increase the limits of thicknesses welded without cutting edges. This ensures high quality of welds, both when welding aluminum alloys, and high-alloy steels and titanium alloys. The method can be implemented using power supplies and other devices manufactured by the industry. All power sources for welding with bipolar current pulses are equipped with high-frequency arc exciters, and more and more welding rectifiers are being equipped. The welding plasma torch does not require significant reconstruction. Any non-consumable electrodes can be used as a refractory nozzle insert. Therefore, the method has industrial applicability at this state of the art.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021106409A RU2763808C1 (en) | 2021-03-11 | 2021-03-11 | Welding method by combination of compressed and free arcs |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021106409A RU2763808C1 (en) | 2021-03-11 | 2021-03-11 | Welding method by combination of compressed and free arcs |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2763808C1 true RU2763808C1 (en) | 2022-01-11 |
Family
ID=80040165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021106409A RU2763808C1 (en) | 2021-03-11 | 2021-03-11 | Welding method by combination of compressed and free arcs |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2763808C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117066662A (en) * | 2023-08-16 | 2023-11-17 | 北京工业大学 | Decoupling heteropolarity arc additive manufacturing method based on circumferential global scanning |
| RU2807974C1 (en) * | 2023-03-03 | 2023-11-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" | Direct compressed arc ignition method |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1703328A1 (en) * | 1989-06-01 | 1992-01-07 | Предприятие П/Я Р-6564 | Plasma-arc welding method and plasma-arc welding burner |
| JP2010069494A (en) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Daihen Corp | Two-wire welding method |
| RU2646302C1 (en) * | 2017-02-13 | 2018-03-02 | Владимир Петрович Сидоров | Method of welding by arc combination |
| RU2728144C1 (en) * | 2019-10-28 | 2020-07-28 | ФГБОУ ВО "Тольяттинский государственный университет" | Method of aluminium alloys welding by combination of arcs |
-
2021
- 2021-03-11 RU RU2021106409A patent/RU2763808C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1703328A1 (en) * | 1989-06-01 | 1992-01-07 | Предприятие П/Я Р-6564 | Plasma-arc welding method and plasma-arc welding burner |
| JP2010069494A (en) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Daihen Corp | Two-wire welding method |
| RU2646302C1 (en) * | 2017-02-13 | 2018-03-02 | Владимир Петрович Сидоров | Method of welding by arc combination |
| RU2728144C1 (en) * | 2019-10-28 | 2020-07-28 | ФГБОУ ВО "Тольяттинский государственный университет" | Method of aluminium alloys welding by combination of arcs |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2807974C1 (en) * | 2023-03-03 | 2023-11-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" | Direct compressed arc ignition method |
| RU2815965C1 (en) * | 2023-07-26 | 2024-03-25 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method of plasma surfacing and welding by combination of arcs |
| CN117066662A (en) * | 2023-08-16 | 2023-11-17 | 北京工业大学 | Decoupling heteropolarity arc additive manufacturing method based on circumferential global scanning |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10052706B2 (en) | Method and system to use AC welding waveform and enhanced consumable to improve welding of galvanized workpiece | |
| US5045667A (en) | Manual keyhole plasma arc welding system | |
| US20150183045A1 (en) | Method and system to use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding with controlled arcing frequency | |
| US20150183044A1 (en) | Method and system to use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding with controlled arcing frequency | |
| RU2598715C1 (en) | Method of welding by arc combination | |
| US20150158106A1 (en) | Method and system to use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding with controlled arcing frequency | |
| US9731375B2 (en) | Method for plasma-cutting a workpiece by means of a plasma-cutting system and pulsating current | |
| RU2646302C1 (en) | Method of welding by arc combination | |
| WO2015125008A1 (en) | Method and system to use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding with controlled arcing frequency | |
| US4058698A (en) | Method and apparatus for DC reverse polarity plasma-arc working of electrically conductive materials | |
| RU2763808C1 (en) | Welding method by combination of compressed and free arcs | |
| Grinyuk et al. | Main tendencies in development of plasma-arc welding of aluminium alloys | |
| RU2739308C1 (en) | Method of arc welding of aluminium alloys with combination of non-consumable and consumable electrodes | |
| RU2451584C2 (en) | Method of welding by three-phase arc | |
| RU2763912C1 (en) | Method for plasma surfacing and welding by combination of arcs | |
| CN109202216B (en) | AC pulse argon arc welding machine | |
| Otani | Titanium welding technology | |
| RU2649351C1 (en) | Method of mechanized deposition welding by the combination of arcs | |
| Khoshnaw et al. | Arc welding methods | |
| RU2548542C2 (en) | Method of arc welding with three-phase arc and device for arc welding | |
| RU2668625C1 (en) | Formulated pipe stock butt joint laser-arc welding with consumable electrode method in an atmosphere of shielding gas | |
| RU2639586C1 (en) | Method of arc mechanized two-electrode welding | |
| NO970709L (en) | Method and apparatus for flame-forming metal components | |
| RU2292256C2 (en) | Method of plasma-arc welding of aluminium alloys | |
| RU2728144C1 (en) | Method of aluminium alloys welding by combination of arcs |