Сварочные инверторы TIG (аргонодуговая сварка)

При сварке неплавящимся электродом, или аргонодуговой сварке, (т. е. сварке методом TIG) дуга горит между вольфрамовым электродом и свариваемым изделием. При этом отсутствует перенос расплавленного металла через дуговой промежуток, что облегчает условия горения дуги и обусловливает ее высокую стабильность, а также исключает разбрызгивание металла, сокращает потери на испарение и улучшает качество сварного шва за счет ограничения взаимодействия расплавленного металла с газами столба дуги.

Аргонодуговую сварку обычно ведут на переменном токе или постоянном токе прямой полярности («плюс» — на детали, «минус» — на вольфрамовом электроде), т. к. при анодном подключении происходит сильный перегрев вольфрамового электрода и снижается стойкость; в этом случае возможно также оплавление или выкрашивание торца электрода, что может привести к возникновению дефектов сварного шва.

Основными элементами установок для данного вида сварки являются: источник питания, осциллятор, стабилизатор дуги, генератор импульсов тока, регулятор нарастания/спада тока, устройство подавления постоянной составляющей тока и электромагнитный газовый клапан.

Источники питания

Как правило, в качестве источника питания (ИП) в установках для аргонодуговой сварки применяют выпрямители с падающими или крутопадающими вольтамперными характеристиками (для формирования тока сварки в выпрямителях используются трансформаторы с нормальным или повышенным регулируемым магнитным рассеянием и трансформаторы, управляемые посредством неподвижного магнитного шунта; выпрямительные блоки — мостовые двухфазные или шестифазные с транзисторным или тиристорным регулированием тока). Такие схемы построения ИП дают возможность более точной настройки режима сварки, что очень важно изза затрудненного теплоотвода с боковых поверхностей вольфрамового электрода и ограничения плотности тока, определяющей стойкость вольфрамового электрода.

Обычно в одном корпусе с источником питания размещаются система охлаждения сварочной горелки (встроенный водоохладитель при жидкостной системе охлаждения) и электронные схемы системы управления сварочным процессом, включающие осцилляторы (возбудители дуги), устройства подавления постоянной составляющей тока (используются в установках переменного тока), генераторы импульсов, устройства заварки кратера (блоки формирования спада тока), фильтры и т. д. (рис. 1).

Рис.1. Блоксхемы источников питания для арганодуговой сварки на постоянном (а) и переменном (б) токе

Некоторые производители изготавливают отдельные блоки для управления сваркой TIG, которые могут быть состыкованы с различными типами ИП, имеющими необходимую вольтамперную характеристику.

Осцилляторы

В месте контакта вольфрамового электрода и свариваемого изделия протекает ток короткого замыкания, который при падающих вольтамперных характеристиках достигает максимально возможных значений. Изза малой площади зоны контакта плотность тока короткого замыкания может превысить критические значения и начнется разрушение вольфрамового электрода, что приведет к попаданию в сварной шов твердых частиц вольфрама, которые могут стать причиной образования трещин. Поэтому одним из важнейших условий процесса аргонодуговой сварки является бесконтактное зажигание дуги. Как правило, осуществляется оно при помощи высокочастотных генераторов, называемых осцилляторами.

Обычный осциллятор состоит из повышающего трансформатора, колебательного контура, генерирующего высокочастотные колебания при помощи искрового разрядника или кварцевого резонатора, и высокочастотного дросселя, первичной обмоткой которого является индуктивная катушка колебательного контура. Частота колебаний в осцилляторах составляет 250–300 Гц, а выходное напряжение — 2–10 кВ. В первичную обмотку повышающего трансформатора включается помехозащитный фильтр, который подавляет радиопомехи, возникающие при работе осциллятора. Блокировочный конденсатор, включаемый между осциллятором и контуром дуги, исключает возможность поражения оператора током высокого напряжения. Осцилляторы обычно автоматически отключаются после возбуждения дуги.

Устройства подавления постоянной составляющей тока

Из-за различия теплофизических свойств вольфрама и материала свариваемых деталей и разных условий нагрева анодного и катодного участков дуги при сварке на переменном токе значения напряжения дуги при положительном и отрицательном полупериоде тока отличаются, то есть нарушается симметрия полупериодов относительно нулевого значения и появляется так называемая постоянная составляющая тока IПС (рис. 2). Наличие IПС приводит к затрудненному зажиганию дуги при отрицательных полупериодах, а на малых токах дуга начинает работать как выпрямительный вентиль и стабильность ее горения резко падает. Кроме того, постоянная составляющая тока увеличивает магнитное сопротивление вторичных  обмоток  силового  трансформатора и снижает мощность, отдаваемую дуге. Самым простым способом компенсации постоянной составляющей тока IПС является включение в сварочный контур параллельно вторичной обмотке силового трансформатора RCцепочки, которая состоит из мощного резистора и электролитического конденсатора. При разрядке конденсатор дает импульсы тока в обратной полярности, что смещает отрицательные полупериоды тока и убирает постоянную составляющую тока IПС. Другой способ компенсации IПС — включение в сварочный контур полупроводникового однополупериодного выпрямителя или тиристорного коммутатора.

Стабилизаторы дуги и генераторы импульсов

Стабилизаторы дуги применяют в установках, предназначенных для сварки на переменном токе. Их основная функция заключается в подаче на дугу стабилизирующих импульсов припрохождении кривой тока через нулевое значение. Простейший стабилизатор представляет собой открытый однополупериодный выпрямитель с включенным параллельно дуге конденсатором, который разряжается на дуговой промежуток во время отрицательного полупериода. Такой стабилизатор может быть совмещен с устройством компенсации постоянной составляющей тока.Генераторы импульсов тока, включающие в себя и регуляторы нарастания/спада тока, представляют собой достаточно сложную электронную схему и обычно применяются в мощных промышленных установках. Они осуществляют цикл сварки (рис. 3), существенно повышающий качество сварного соединения. При такой схеме цикла сварки регулируются все составляющие цикла — IИ, IП, tН, tИ, tП, tК. Наиболее важной составляющей является tК — при плавном спаде тока в конце сварки происходит равномерная и качественная заварка кратера шва, что дает возможность завершать сварку на самом изделии, не прибегая к трудоемкой технологии установки выводных пластин. Генератор также управляет открытием электромагнитного газового клапана и позволяет осуществлять предварительный (до зажигания дуги) и последующий (после гашения дуги) обдув защитным газом. При предварительном обдуве защитный газ вытесняет атмосферный воздух из зоны сварки, а последующий обдув газом обеспечивает завершение кристаллизации и остывание металла шва в течение 35 сек. после окончания сварки, что очень важно при сварке легкоокисляемых сплавов на основе алюминия, титана, меди и никеля. Схема открытия газового клапана приведена на рисунке 4. При этом tпр и tпосл также можно регулировать.Такой цикл сварки обычно управляется кнопкой включения на сварочной горелке, работающей по схеме «4 нажатия»: первое нажатие— подача газа, второе нажатие — бесконтактное зажигание дуги, третье нажатие— гашение дуги, четвертое нажатие — закрытие газа.

Как правило, на мощных промышленных установках сварки TIG для упрощения настройки режима работысхема цикла сварки наносится на панель управления (рис. 5).

Назад