Оборудование для электрической сварки плавлением

19 Июля 2011

В основу классификации любого метода сварки плавлением по степени механизации положен «принцип двух движений»: первое движение — перемещение зоны сварки (сварочной ванны) вдоль оси шва, второе движение — подача присадочного материала в зону дуги. При ручной дуговой сварке оба этих движения выполняются оператором вручную, при полуавтоматической сварке механизирована подача присадочного материала (сварочной проволоки), при автоматической сварке механизированы оба движения.

Сварочные полуавтоматы
Наибольшее распространение получили сварочные полуавтоматы для сварки в среде защитного газа (метод MIG/MAG). По сравнению со сваркой с флюсовой защитой метод MIG/MAG позволяет вести сварку в любом пространственном положении, кроме того, упрощаются операции последующей обработки сварного шва (удаление шлаковой корки и т. д.).
В состав любого сварочного полуавтомата входят: источник питания, блок управления, подающий механизм, сварочная горелка со шлангом и газовый тракт, включая газовый электромагнитный клапан, газовые шланги и газовый редуктор (рис. 1).
Сварочные полуавтоматы могут быть однокорпусными, когда источник питания, блок управления и подающий механизм собраны в одном корпусе, и двухкорпусными (рис. 2). Двухкорпусными обычно делают мощные промышленные полуавтоматы, работающие в диапазоне 300-600 А. Блок управления этих полуавтоматов встраивается в специальную нишу источника питания и соединяется с выносным подающим механизм коаксиальным кабелем длиной до 30 м. Такие полуавтоматы, предназначенные для длительной работы на повышенных токах, могут снабжаться системами водяного охлаждения сварочной горелки. Отдельно можно выделить так называемые ранцевые полуавтоматы — подающий механизм в них крепится за спиной сварщика. Такие полуавтоматы обычно используют при выполнении монтажа с большим объемом сварки.

Источники питания
В качестве источника тока при полуавтоматической сварке используют источники питания постоянного тока с жесткими или полого-падающими вольтамперными характеристиками. Из отечественных наиболее распространены специализированные выпрямители типа ВДГ и ВС, универсальные выпрямители типа ВДУ, многопостовые выпрямители ВМГ-5000 и ВДУМ- 4x401 (все имеют тиристорное регулирование тока и полого-падающие вольтамперные характеристики) и преобразователи ПСГ-500, состоящие из генератора ГД-501 с жесткой вольтамперной характеристикой и асинхронного электродвигателя переменного тока. Сварочные инверторы применяют в дорогих моделях полуавтоматов промышленного класса, которые работают в составе сварочных комплексов и используются для качественной сварки ответственных швов конструкций, изготавливаемых в основном из легированных сталей и алюминиевых сплавов (примером может служить оборудование фирм ESAB, Kemppi, Fronius, Lincoln Electric и др.).

Блоки управления
При полуавтоматической сварке требуется точное поддержание постоянными основных параметров сварочной дуги — тока и напряжения. Для этого скорость подачи сварочной проволоки должна соответствовать скорости ее плавления в столбе дуги, при этом длина дуги и зависящее от нее напряжение дуги будут колебаться очень незначительно. Добиться точности соблюдения параметров дуги можно двумя путями: принудительным регулированием и саморегулированием дуги.
При использовании принудительного регулирования регулируемой величиной обычно является напряжение дуги. При уменьшении длины дуги и снижении напряжения на ней аппаратура управления сварочного полуавтомата уменьшает скорость подачи сварочной проволоки; при этом происходит увеличение дугового промежутка, и напряжение дуги выравнивается. В момент начала сварки сварочная проволока замыкается на свариваемое изделие и источник питания шунтируется. После этого электродвигатель подачи проволоки реверсируется, проволока «отрывается» от изделия — и это вызывает возбуждение дуги. С возрастанием напряжения дуги электродвигатель подачи снова подает проволоку к изделию, обеспечивая равенство скоростей подачи и плавления присадки. Изменение скорости подачи сварочной проволоки в процессе сварки осуществляется регулятором напряжения дуги.
Схема с использованием саморегулирования дуги проще в изготовлении и поэтому шире распространена, но она требует применения источника питания с более гладкой кривой тока и более высокой квалификации оператора. При использовании саморегулирования дуги необходима предварительная настройка скорости подачи сварочной проволоки в узком диапазоне тока и точное выдерживание скорости перемещения сварочной горелки вдоль стыка шва, зато, применяя такие полуавтоматы, можно возбуждать дугу, не совершая никаких манипуляций с горелкой, и вести сварку, просто опирая горелку на изделие. Кроме того, эта схема позволяет использовать источники питания со ступенчатым регулированием тока, так как в пределах каждого диапазона тока возможна тонкая регулировка скорости подачи сварочной проволоки, т. е. напряжения дуги.
Кроме аппаратуры, отвечающей за включение электродвигателя подачи проволоки, в блоке управления располагаются устройства формирования цикла сварки: осциллятор, импульсный генератор и реле включения/отключения газового клапана. Такие устройства устанавливаются на полуавтоматах, предназначенных для сварки алюминиевых сплавов и высоколегированных сталей и по принципу работы схожи с аналогичными устройствами, применяемыми в установках аргонодуговой сварки (подробнее см. ниже).
Широкое использование инверторных источников питания послужило основой для разработки синергетических сварочных полуавтоматов, то есть полуавтоматов с системой управления, самостоятельно формирующей основные параметры режима сварки и контролирующей их соблюдение. Блоки управления синергетических полуавтоматов построены на основе микропроцессоров, в памяти которых запрограммированы оптимальные режимы сварки. Для таких полуавтоматов достаточно задать основные параметры — марку и диаметр присадочной проволоки, тип свариваемого металла (углеродистая сталь, нержавеющая сталь, алюминиевый сплав) — и режим сварки выбирается автоматически. Дополнительно могут вводиться параметры импульсного режима — тип и частота импульсов. Поскольку каждый производитель стремится создать собственную систему синергетического управления для сварочных полуавтоматов, то эти параметры — тема для отдельной статьи, а, может быть, и целой серии статей.
Блоки управления полуавтоматами размещаются в нише источника питания (рис. 5а) или в одном корпусе с подающим механизмом полуавтомата (рис. 5б) или выполняются в виде отдельного блока (рис. 5в).

Подающие механизмы
Назначение подающего механизма — подача сварочной проволоки в сварочную горелку. В подающем механизме находятся кассета со сварочной проволокой (может размещаться снаружи или внутри корпуса), электродвигатель подачи проволоки, размоточное устройство, механизм правки и подачи проволоки, электромагнитный газовый клапан. На лицевой панели подающего механизма размещаются регуляторы управления полуавтоматом — сварочным током, скоростью подачи проволоки (напряжения дуги), давлением и расходом защитного газа.
В качестве двигателей подачи используются низкооборотные электродвигатели как постоянного, так и переменного тока. Изменение скорости подачи на электродвигателе постоянного тока осуществляется изменением тока якоря, электродвигатели переменного тока регулируются перестановкой сменных шестеренок в редукторе или при помощи управляющей электронной схемы на тиристорном или транзисторном ключе.
Размоточное устройство, на которое устанавливается кассета со сварочной проволокой, имеет систему торможения — чтобы при выключении сварочного тока и остановке электродвигателя подачи проволока не разматывалась с кассеты и не запутывалась.
Посадочные места размоточных устройств, как правило, изготавливаются под так называемые еврокассеты — кассеты заданных размеров, рассчитанные на наматывание определенного количества сварочной проволоки. В тяжелых промышленных полуавтоматах используют еврокассеты диаметром 200 мм (масса проволоки — 5 кг) и 300 мм (масса проволоки — 15 кг) для легких полуавтоматов выпускают кассеты с проволокой массой 0,5, 0,8 и 3 кг. Кассеты обычно делаются из пластика, но в последнее время получили распространение каркасы, изготовленные из толстой стальной проволоки, заменяющие кассеты емкостью 5 и 15 кг.
Самый сложный и ответственный узел в блоке подающего устройства — механизм правки и подачи сварочной проволоки. Простейший механизм правки состоит из двух роликов, один из которых — подающий — крепится на выходном валу редуктора двигателя подачи проволоки, а второй — прижимной — размещается на откидной подпружиненной планке и предотвращает проскальзывание проволоки. Прижимные ролики обычно гладкие, а подающие имеют калиброванные для определенного диаметра проволоки канавки. Такие механизмы эффективно работают с проволоками диаметром 0,6 и 0,8 мм и широко применяются в легких и дешевых бытовых и полупрофессиональных сварочных полуавтоматах. В более мощных промышленных сварочных полуавтоматах используются четырех- или пятироликовые механизмы, позволяющие эффективно снимать остаточное напряжение с проволоки, долгое время пребывающей в скрученном состоянии на кассете, и подавать ее через шланг горелки.
В двухкорпусных сварочных полуавтоматах на лицевой панели подающего механизма обычно размещаются органы управления — переключатели регулировки сварочного тока и скорости подачи проволоки.
Для промышленных полуавтоматов некоторые фирмы изготавливают вспомогательные блоки в виде промежуточных подающих механизмов, которые позволяют увеличить рабочую зону такого полуавтомата.

Горелки сварочных полуавтоматов
Основой горелки является корпус, выполненный в виде изогнутой трубки, внутри которой расположен канал для подачи проволоки и отверстия для подвода защитного газа. На переднем срезе корпуса на резьбе крепится токоподводящий наконечник, изготавливаемый из материала с высокой электропроводностью и достаточной стойкостью к истиранию; обычно это диффузно-упрочненная медь или хромистая бронза. Через изоляционное кольцо на корпусе горелки крепится медное газовое сопло. Изоляция сопла от токоведущих частей позволяет избежать короткого замыкания при случайном касании горелки свариваемых деталей и даже вести сварку, опирая горелку соплом непосредственно на изделие. В кабель-шланге горелки расположены газовые шланги, токоведущий кабель и провода управления, идущие к расположенной на рукоятке горелки кнопке включения сварочного тока и защитного газа. Длина кабель-шланга горелки на легких сварочных полуавтоматах составляет 1,0 1,5 м, а на более мощных моделях — 3, 4 и 5 м.
К подающему механизму кабель- шланг присоединяется при помощи разъема. Сегодня обычно используются так называемые евроразъемы, позволяют производителям сварочных полуавтоматов комплектовать свою продукцию горелками любого производства.
Горелки, рассчитанные на токи 300- 600 А, так же, как и горелки для аргонодуговой сварки, могут иметь водяное охлаждение сопла и токоведущих частей. На рукоятке горелки могут располагаться потенциометры регулировки тока и кнопки управления полуавтоматом (этот обычная практика для дорогих сварочных полуавтоматов промышленного класса).
Дорогие модели промышленных сварочных полуавтоматов могут комплектоваться горелками с электродвигателями подачи проволоки. Тянущая схема подачи проволоки — так называемая «система push-pull», — когда в подающем механизме устанавливается только устройство размотки и правки проволоки, более эффективна, однако работающие по этой схеме мощные электродвигатели имеют большую массу. Поэтому иногда используют схему с двумя электродвигателями подачи: основной двигатель (толкающий) располагается в блоке подающего механизма, а на горелке находится вспомогательный тянущий двигатель. В этом случае в блоке управления полуавтоматом монтируется дополнительная схема согласования двух электродвигателей подачи — двигателя, находящегося в подающем механизме, и двигателя, находящегося в горелке.
В последнее время получают все большее распространение горелки большой мощности со встроенными дымоотсосами.

Валерий Райский
Журнал «Оборудование: рынок, предложение, цены», № 08 август 2003 г.