Сварка в защитном газе CO2: Идеальный контроль тока и напряжения

Сварка в газовой защите CO2, разновидность газовой дуговой сварки металлов (GMAW), использует электрическую дугу для выделения тепла, расплавляя как сварочную проволоку (электрод), так и основной металл. Сварочное напряжение, обычно составляющее от 15 до 35 вольт, служит основным источником энергии, контролирующим длину дуги и влияющим на профиль сварочной фаски.

При увеличении сварочного напряжения длина дуги увеличивается, что приводит к более высокой теплоотдаче и, соответственно, к более быстрому расплавлению проволоки. Эта зависимость нелинейна, при этом скорость плавления увеличивается быстрее при более высоком напряжении из-за увеличения резистивного нагрева при удлинении проволоки.

Сварочный ток, обычно составляющий от 50 до 600 ампер в зависимости от области применения, в системах постоянного напряжения является саморегулирующимся. Он определяется динамическим равновесием между скоростью подачи проволоки и скоростью плавления. Устройство подачи проволоки непрерывно подает проволоку с заданной скоростью, а источник питания регулирует ток для поддержания стабильной длины дуги. Этот баланс обеспечивает стабильное качество сварки и глубину проплавления.

1. Сварочный ток

Выбор сварочного тока является критическим параметром для получения высококачественных сварных швов и зависит от множества факторов, включая толщину основного металла, положение сварки, скорость перемещения, состав материала и конфигурацию шва.

При газовой дуговой сварке металлов (GMAW) с использованием защитного газа CO2 необходимо поддерживать синергетическое соотношение между сварочным током, напряжением дуги и скоростью подачи проволоки. Этот баланс имеет решающее значение для оптимизации скорости плавления электродной проволоки и обеспечения стабильной длины дуги на протяжении всего процесса сварки.

Для данной сварочной проволоки увеличение размера кабеля приводит к увеличению скорости подачи проволоки.

Аналогично, если сила тока остается постоянной, использование более тонкой сварочной проволоки приведет к увеличению скорости подачи проволоки.

2. Сварочное напряжение

Сварочное напряжение, также известное как напряжение дуги, - это критический параметр, который регулирует энергию, вводимую в процесс сварки. Он играет решающую роль в определении характеристик сварочной фаски и общего качества сварки.

Напряжение дуги напрямую влияет на длину и ширину дуги, влияя на распределение тепла по сварочной ванне. Более высокое напряжение дуги приводит к:

1. Увеличение потребляемой энергии при сварке
2. Более высокая скорость плавления сварочной проволоки
3. Повышенный сварочный ток
4. Более широкий и плоский профиль сварной фаски

Эффективное напряжение дуги можно рассчитать, вычтя падение напряжения в сварочной цепи из выходного напряжения источника питания. Эта зависимость выражается следующим уравнением:

U_дуга = U_выход - U_потеря

Где:
U_дуга = Напряжение дуги (В)
U_выход = Выходное напряжение источника питания (В)
U_потеря = Потеря напряжения в сварочной цепи (В)

В правильно установленной сварочной установке, соответствующей стандартным требованиям к монтажу, основной источник потери напряжения обычно связан с удлинением кабеля. Эта потеря обусловлена электрическим сопротивлением удлиненных кабелей.

Когда сварочные кабели необходимо удлинить, чтобы достать до удаленных деталей, необходимо компенсировать падение напряжения. Выходное напряжение сварочного аппарата следует регулировать в соответствии со следующими рекомендациями:

Важно отметить, что чрезмерная длина кабеля может привести к значительному падению напряжения, что может ухудшить качество сварки. Поэтому для минимизации потерь напряжения рекомендуется использовать кабель наименьшей практической длины и увеличивать площадь поперечного сечения кабеля при работе на больших расстояниях.

3. Настройка сварочного напряжения

Выбор подходящего сварочного напряжения имеет решающее значение для достижения оптимального качества и эффективности сварки. Напряжение определяется на основе сварочного тока, который, в свою очередь, зависит от таких факторов, как толщина листа, конфигурация шва и положение сварки. Для расчета рекомендуемого диапазона сварочного напряжения используйте следующие формулы:

• Для токов < 300A: Сварочное напряжение = (0,05 × Сварочный ток + 14 ± 2) В
• Для токов ≥ 300 А: Сварочное напряжение = (0,05 × Сварочный ток + 14 ± 3) В

Пример 1: Сварочный ток 200 А (< 300 А)
Сварочное напряжение = (0,05 × 200 + 14 ± 2) В
= (10 + 14 ± 2) V
= 24 ± 2 V
Рекомендуемый диапазон напряжения: 22 - 26 В

Пример 2: Сварочный ток 400 А (≥ 300 А)
Сварочное напряжение = (0,05 × 400 + 14 ± 3) В
= (20 + 14 ± 3) V
= 34 ± 3 V
Рекомендуемый диапазон напряжения: 31 - 37 V

Примечание: Эти расчеты являются отправной точкой для настройки напряжения. Может потребоваться точная настройка в зависимости от конкретных условий сварки, свойств материала и желаемых характеристик шва. Всегда обращайтесь к спецификации сварочных процедур (WPS) и проводите пробные сварные швы для обеспечения оптимальных результатов.

4. Влияние сварочного напряжения на сварочный эффект

Сварочное напряжение существенно влияет на характеристики дуги и геометрию сварного шва, непосредственно влияя на общее качество сварки. Оптимальный выбор напряжения имеет решающее значение для достижения желаемых свойств сварного шва и минимизации дефектов.

При чрезмерно высоком напряжении:

• Длина дуги увеличивается, что приводит к менее целенаправленной подаче тепла
• Образуются более крупные частицы брызг, что повышает риск образования пористости в сварном шве
• Сварочный шов становится более широким, но неглубоким, с уменьшенной глубиной проплавления
• Высота армирования (высота излишков) уменьшается, что потенциально снижает прочность соединения
• Стабильность дуги может уменьшиться, издавая характерный звук "паттер! паттер!".

И наоборот, когда напряжение слишком низкое:

• Дуга становится нестабильной, что приводит к увеличению количества брызг, так как сварочная проволока часто замыкается с основным металлом
• Сварной шов сужается, что может привести к отсутствию плавления на краях шва
• Увеличивается как глубина проникновения, так и высота арматуры, что может привести к чрезмерному армированию и потенциальной концентрации напряжений
• Нестабильность дуги проявляется в виде характерного звука "бах! бах! бах!", указывающего на частое короткое замыкание

Оптимальные параметры напряжения зависят от таких факторов, как процесс сварки (например, GMAW, FCAW), скорость подачи проволоки, толщина материала и конфигурация шва. Современные источники сварочного тока часто оснащены синергетическим управлением, автоматически регулирующим напряжение в зависимости от других параметров для поддержания оптимальных характеристик дуги.

Правильный выбор напряжения в сочетании с другими параметрами сварки необходим для получения высококачественных сварных швов с минимальным количеством дефектов, оптимальным проплавлением и требуемыми механическими свойствами.