Снижение энергопотребления при увеличении скорости сварки


Введение

В условиях постоянного повышения тарифов на электроэнергию одним из путей снижения производственных расходов служит использование энергосберегающего оборудования. Одновременно конкурентная среда требует повышения производительности используемого оборудования. Новое поколение инновационных сварочных аппаратов от ПГ "ДЮКОН" позволяет выполнить одновременно оба условия. Развитие и функционирование конкурентоспособного промышленного производства во многом обеспечивается применением современных технологий. ПГ "ДЮКОН", один из ведущих поставщиков оборудования на промышленные предприятия России, решая задачи технического и технологического перевооружения предприятий, представляет новейшее оборудование для сварки алюминия и легких сплавов.

Проблемы традиционной TIG сварки переменного тока

При сварке переменным током можно использовать относительно высокие токи без существенного ущерба для вольфрамовых электродов и, в то же время, получать хорошее растворение материала. Когда сварка производится электродом положительной полярности, происходит термоэлектронная эмиссия с поверхности материала в направлении электрода, а более тяжелые, положительно заряженные ионы, освобождающиеся на электроде, бомбардируют поверхность материала, разрушая при этом оксидную пленку.

Тем не менее, для сварки легких сплавов толщиной от 0,5 до 6 мм обычно применяется TIG сварка переменного тока

Единственной целью положительной полуволны является удаление оксидной пленки с поверхности металла. Температура электрической дуги поддерживается на 70% за счет положительного полупериода тока и лишь на 30% за счет отрицательного. Другими словами, очевидно, что укорочение положительной полуволны приведет к возрастанию скорости сварки.

Широкая положительная полуволна перегревает вольфрамовый электрод, вызывает необходимость использования электродов большего размера, требует применения более мощных и тяжелых горелок и большего расхода хладагента. Широкая очищенная зона материала также увеличивает риск деформации материала и разрушения структуры металла в зоне температурного воздействия. Возможности сварочных машин поддерживать стабильную дугу уменьшаются, когда оксидный слой удален на значительной площади материала. Поджиг дуги происходит на положительной полуволне и, в случае срыва дуги, повторный поджиг становится затруднительным при отсутствии оксидной пленки на поверхности материала. Все эти проблемы часто возникают в процессе традиционной TIG сварки переменным током.

Система Динамического Оксидного Контроля (D.O.C.) от Migatronic для TIG сварки

Migatronic имеет решение для всех этих проблем, и это - система Динамического Оксидного Контроля сварочного процесса – запатентованная система D.O.C. Эта система автоматически отслеживает необходимость очистки сварочной ванны и непрерывно регулирует энергетический вклад в положительную полуволну. Система D.O.C. сужает положительную полуволну до необходимого значения и гарантирует максимально возможное энерговложение в отрицательную, необходимую, собственно, для процесса сварки. Результатом этого оптимального распределения потребляемой энергии между положительной и отрицательной полуволнами является возрастание скорости сварки. Так как вольфрамовые электроды подвергаются разрушающему воздействию в процессе очистки поверхности, система D.O.C. также, предусмотрительно снижает износ вольфрамовых электродов. Улучшенные условия поджига и повышенная стабильность дуги способствуют повышению качества сварки и комфорта в работе сварочного персонала. Система D.O.C. от Migatronic позволяет повысить скорость сварки до 30%, снизить энергопотребление до 35% и уменьшить износ электродов на 30%.

 


Последние модели сварочных машин от Migatronic экономят электроэнергию не только благодаря тому, что они собраны по инверторной технологии, но и потому, что они также оснащены системой Migatronic D.O.C.

На рис. 1. показан график зависимости тока от времени, используемого в традиционной сварке переменным током.

Традиционная синусоидальная форма переменного тока 

На рис. 2. показана форма тока, используемая машинами нового поколения.

Сварка переменным током прямоугльной формы в условиях стабильной дуги

Как уже упоминалось, для удаления оксидной пленки с поверхности алюминия, необходимо использовать сварку TIG переменным током.

Только положительная полуволна тока через вольфрамовый электрод может удалить оксидную пленку с поверхности алюминия. В большинстве случаев очищающий эффект положительной полуволны слишком велик. По этой причине были разработаны современные машины с генерацией прямоугольных импульсов и контролем баланса положительной и отрицательной составляющих тока.

Плавление вольфрамового электрода предотвращается только ограничением длительности положительной полуволны.

Слишком большая амплитуда положительной полуволны приводит к нестабильности дуги, так как при обширном удалении оксидной пленки, резко падает термоэлектронная эмиссия с поверхности металла, способствующая поддержанию дуги.

На рис. 3 показана форма тока при сварке переменным током прямоугольной формы в условиях обширного удаления оксидной пленки (нестабильная дуга).

Сварка переменным током в условиях нестабильной дуги

Источник питания для сварки прямоугольными импульсами с системой Migatronic D.O.C.

Режим работы системы D.O.C.

После первых, приблизительно, 100 микросекунд, система D.O.C. начинает отслеживать напряжение положительной полуволны, и если оно соответствует напряжению холостого хода (срыв дуги), то следует немедленное перекидывание положительной полуволны в отрицательную область, т.е. непосредственно – в сварочный процесс. При этом отрицательная полуволна получает расширение по времени за счет длительности положительной. На рис. 4 наглядно показан режим работы системы D.O.C.

 Форма переменного тока с системой D.O.C.

Благодаря такому быстрому переключающему управлению, запатентованная система Migatronic D.O.C., впервые и прежде всего, гарантирует высокое качество сварных швов с отсутствием оксидных включений. При этом, сварочная ванна получает максимально возможный энергетический вклад за счет инвертированной положительной полуволны.

Обычно, трудности возникают при сварке алюминия с химически очищенной поверхностью, используя традиционные источники питания. Дуга становится очень нестабильной, т.к. практически отсутствует термоэлектронная эмиссия с обедненной оксидами поверхности металла, а, следовательно, и поджиг положительной полуволны.

Форма тока системы D.O.C., при сварке алюминия с химически удаленной оксидной пленкой, приведена на рис.6.

 Запатентованная форма тока системы D.O.C.

Система D.O.C. установила новый стандарт качества для TIG сварки переменным током алюминия и его сплавов. Энергосберегающий поджиг, стабильная дуга, оптимально контролируемая площадь очищаемой от оксидов поверхности и быстрые динамические характеристики сварочного процесса – все это гарантирует высочайшее качество сварки. На рис. 7. наглядно показаны в сравнении формы сварочного тока синусоидального источника питания и источника питания с системой D.O.C. Очевидно, что энерговложение в сварочный процесс при сварке с системой D.O.C. значительно выше. Этим и объясняется столь высокая производительность.

Сравнение формы сварочного тока синусоидального источника питания и источника питания с системой D.O.C.

Сравнение традиционного источника питания с источником питания от Migatronic D.O.C, на положительной полуволне, показано на рис. 8. Значительное уменьшение тепловыделения на вольфрамовом электроде – очевидно и, тем объясняется снижение износа сварочных горелок.

 Развитие тепловыделения на электроде при сварке Migatronic D.O.C.

Рис. 8. Развитие тепловыделения на электроде при сварке Migatronic D.O.C. 

Зависимость потребляемой мощности от сварочного тока

Динамический контроль энерговложения в положительную полуволну приводит к снижению потребляемой мощности. По сравнению с традиционными сварочными аппаратами, сварочные машины Migatronic, оснащенные системой D.O.C., значительно более экономичны (см. рис. 9). Было проведено сравнение между машинами Navigator/Commander с системой D.O.C. и обычной трансформаторной машиной для AC/DC сварки током прямоугольной формы.

Получить более подробную информацию по данному оборудованию можно у Евгения Гаврилова по т. (495) 642-6860.

Справка

Промышленная Группа "Дюкон" (
www.dukon.ru) основана в 1991 г. Сегодня компания представлена в 16 ключевых городах страны – от Петрозаводска до Красноярска. За годы работы компания стала одним из российских лидеров по поставке и обслуживанию промышленного оборудования от крупных транснациональных концернов, обеспечивает полный цикл внедрения нового оборудования (обучение, пуско-наладка, гарантийное и сервисное обслуживание, обеспечение расходными материалами и т.д.)

Опубликовано 20.12.2010