Материал от Miller - понимание ВАХ и разница между ММА и TIG

[serga01net]

Выбор сварочного аппарата постоянного тока (CC) DC для целей обучения.

 

Понимание индивидуальности сварочного аппарата постоянного тока (CC) означает успешный или неудачный тест на сварку, или приводит к различию между студентом, который сделает карьеру в сфере сварки, и тем, кто может отказаться от профессии, разочаровавшись в результатах. Узнайте, как читать кривую ВАХ (вольт-амперной характеристики) и выбрать подходящий сварочный аппарат для целей обучения.

 

Реальная история: молодой подмастерье (назовем его Джо) сдавал тесты для работы сварщиком штучными покрытыми электродами (ММА) на трубопроводах, используя незнакомое оборудование. Джо провалил несколько тестов подряд, чего никогда раньше не было. Это вина Джо? Он недостаточно занимался? Нет, Джо делал все правильно, но выбрал для этого неподходящее оборудование. Инструктор заметил неприятности Джо и поставил его на другую сварочную машину, и его следующий шов был безупречен.

То, на что Джо и многие другие не обращали внимания, является двумя разными особенностями («характерами») сварочных аппаратов постоянного тока. Вы можете много узнать об особенностях аппарата, посмотрев на его вольт-амперную кривую, «свидетельство о рождении» сварочника:

 

1. Сварочные аппараты для сварки штучными электродами (ММА), которые могут сваривать TIG. Примером такого типа сварочного аппарата может быть генератор постоянного тока, блок типа магнитного усилителя «8 шт» или традиционный сварочный аппарат с большим механическим реостатом для контроля силы тока. Старые сварщики называют эти машины «спусками» (“drooper”) из-за формы их ВАХ (см. рис.1).

Рисунок 1 – Наклонная ВАХ традиционного блока ММА (который также может сваривать TIG) позволяет оператору контролировать выход тепла и форму сварного шва путем манипулирования электродом.

 

2. Сварочные аппараты TIG, которые «могут сваривать ММА». Они имеют падающую ВАХ постоянного тока (см. рис. 2). Примером такого типа сварочного аппарата может служить обычная машина TIG (Джо выбрал аппарат этого типа для сварки электродом E7018).

Рисунок 2 – Обратите внимание на то, что кривая ВАХ на этом современном сварочном аппарате TIG почти вертикальна. Сила тока будет оставаться постоянной, даже если оператор меняет напряжение (длину дуги).

 

Есть также сварочные аппараты, одинаково хорошо работающие в режимах TIG и MMA, в них часто используется технология инвертора (Джо использовал инвертор для проведения теста на сварку). Сварочные аппараты подобного типа могут формировать как диагональные, так и вертикальные ВАХ (рис.3).

Рисунок 3 - ВАХ инвертора, «изменяющего свойства», при переключении режимов ММА и TIG. Также обратите внимание на то, как проценты для управления силой дуги (форсаж дуги) увеличивают силу тока при падении напряжения.

 

Чтение кривой ВАХ

Чтобы интерпретировать кривую ВАХ, нужно понимать взаимосвязь между длиной дуги и напряжением. Основным фактом процесса дуговой сварки является то, что по мере увеличения длины дуги напряжение увеличивается. По мере уменьшения длины дуги напряжение падает.

Производители разрабатывают сварочные аппараты для сварки таким образом, что, когда оператор меняет длину дуги, сила тока противоположна напряжению. Если оператор уменьшает длину дуги (понижает напряжение), ток увеличивается. Если оператор увеличивает длину дуги (увеличивает напряжение), ток уменьшается. В сочетании с этой информацией, еще одним основным фактом, который операторы должны помнить, является то, что напряжение представляет собой электрическое давление. Давление (напряжение) контролирует высоту и ширину сварного шва, в то время как сила тока контролирует проникновение.

Вооруженные этими знаниями, повторите анализ Рис. 1. Опытные сварщики ММА знают, что «вытягивание длинной дуги» (увеличение напряжения при понижении силы тока) позволяет им создавать плоский широкий бортик с неглубоким проникновением. Длинная дуга также заставляет сварочную ванну быстрее затвердевать, поскольку она снижает общее количество энергии. И наоборот, приближение электрода к соединению (увеличение силы тока при понижении напряжения) создает более узкий шов, более глубокое проникновение и более жидкую (более горячую) сварочную ванну.

 

Таким образом, сварочные аппараты ММА с характеристиками «drooper» (пологой ВАХ) позволяют оператору контролировать качество и внешний вид сварного шва, манипулируя электродом. Тем не менее, этот сварочный аппарат, идеально подходящий для сварки штучными электродами ММА, плохо подходит для TIG (ниже среднего). Представьте, что вы свариваете наружный угол на нержавеющей стали 18-калибра. Если по какой-либо причине вы сократите длину дуги (более низкое напряжение), «сварочный аппарат для сварки, который может сваривать TIG», будет пытаться поддерживать общую выходную мощность (Вт) за счет увеличения силы тока - и что дополнительная сила тока (проникновение) может прожечь дыру в тонком материале.

 

По этой причине производители изготавливают сварочные аппараты «только для TIG», так что изменения напряжения не влияют на ток. Как видно на рис. 2, такой аппарат обеспечивает вертикально падающую ВАХ. Он удерживает постоянную силу тока независимо от напряжения (длины дуги), что и привело к провалу Джо во время его испытания на сварку ММА. Джо, возможно, был лучшим в мире сварщиком, но «машина TIG, способная варить ММА» просто не могла правильно реагировать на манипуляции Джо электродом.

 

Производители обычных сварочных аппаратов TIG/ММА преодолели некоторые из этих ограничений, добавив функцию форсаж дуги (более подробно о ней – ниже). Тем не менее, во многих учебных заведениях есть более старое оборудование TIG без этой функции или, если у них есть современное оборудование, не все понимают, как использовать форсаж дуги. В любом случае, ученики находятся в невыгодном положении, когда учатся сваривать ММА. Кроме того, TIG-специфические аппараты имеют более сложные элементы управления, которые могут запутать начинающих. Наконец, несмотря на то, что многие сварщики работают очень хорошо, они просто не могут победить преимущества и эффективность новых технологий.

 

Выбор правильного сварочного аппарата

Инверторная технология позволяет производителям создавать сварочные аппараты с «несколькими характерами», с ВАХ как на рис. 3. В принципе, поскольку характер ВАХ контролируется с помощью микропроцессоров и высокоскоростных токовых коммутационных устройств, инвертор может создавать практически любой вид ВАХ. Короче говоря, инверторы могут выполнять все сварочные процессы одинаково хорошо.

 

Для многих объектов преобразователь постоянного тока CC/CV с выходной мощностью 350 ампер при 60-процентном рабочем цикле отвечает большинству потребностей в сварке. Этот тип устройств (например, инвертор Miller XMT® 350 CC/CV) позволяет обучать студентов сварке электродами (ММА) и сварке TIG в широком спектре применений, а также обучать студентов процессам MIG и сваркой под флюсом. Обратите внимание, что для TIG-специфического обучения и сварки AC TIG на цветных металлах инвертор AC/DC TIG, такой как Dynasty® 350, обеспечивает максимальную гибкость.

Чтобы помочь инструкторам выбрать лучший набор оборудования, Miller предлагает рекомендации по выбору учебного оборудования на веб-странице инструкторов по сварке, MillerWelds.com/instructors.

 

Miller обычно рекомендует инверторы, потому что они обеспечивают школам несколько преимуществ:

·       Это тип технологии сварки, которую принимает индустрия, поэтому имеет смысл обучать студентов оборудованию, которое они будут использовать профессионально.

·       Инверторы составляют примерно одну пятую размера и веса обычных сварочных аппаратов, они занимают очень мало места, что немаловажно.

·       Некоторые инверторы предлагают возможность подключения к одно- или трехфазному питанию в широких диапазонах первичного напряжения (например, от 115 до 460 или от 190 до 630 В переменного тока). Кроме того, инверторы потребляют ток значительно меньшей величины, позволяя подключать больше сварщиков к питанию.

 

Самое главное, инвертор предлагает расширенные средства управления дугой, которые позволяют учащимся быстрее освоиться. Инвертор может сделать хорошего сварщика из среднего ученика, позволяя отличным студентам выявить свой полный потенциал.

 

Расширенное управление дугой

Для обеспечения оператора дополнительным управлением дугой, продвинутые сварочные аппараты постоянного тока предлагают функцию контроля форсажа дуги. Эта функция позволяет операторам адаптировать форму ВАХ для лучшего соответствия различным конфигурациям стыков и типам электродов, и она может создавать дугу, которую опытные операторы описывают как «мягкую и эластичную» или «жесткую и направляющую».

Рисунок 4 – Увеличение силы дуги облегчает для этого сварщика труб хорошее проникновение на открытом корневом проходе с электродом E6010.

 

При нормальных условиях сварки электродом и длине дуги ее напряжение составляет примерно 20 вольт. Однако некоторые сварочные ситуации требуют более короткой длины дуги, например, когда оператор должен подталкивать стержень в плотный угол или в глубокий скос открытого корневого соединения. В этих ситуациях электроды, как известно, склонны «прилипать» (например, напряжение падает настолько низко, что дуга гаснет сама). Управление форсажем дуги преодолевает эту проблему за счет увеличения тока, когда уровни напряжения опускаются ниже примерно 20 вольт (см. Рис.3). Повышение тока увеличивает общую мощность, удерживает сварочную ванну расплавленной, предотвращая прилипание электрода и облегчая работу сварщика (оператора).

Следует помнить, что инверторы могут настраивать сварочный выходной ток тысячи раз в секунду. Таким образом, скорость человеческой руки, толкающей электрод, ничто по сравнению со скоростью микропроцессора! Работа с новейшими современными сварочными аппаратами подобна счету на компьютере в сравнении с обычными счетами.

 

Для школ и учебных центров, которые хотят преподавать сварку ММА, TIG и MIG*, выбор правильной машины может означать разницу между тем, чтобы помочь студентам стать успешными как можно быстрее или выйти из программы сварки в расстройстве. В целом индустрия отчаянно нуждается в том, чтобы добавить в свои ряды более квалифицированных операторов сварки. Мы обязаны предоставить студентам и стажерам инструменты, которые помогут им добиться успеха.

 

* Не забывайте о многопроцессных сварочных аппаратах CC/CV, которые обеспечивают питание для ММА, TIG, MIG, флюса и воздушной дуги.

 

Рисунок 5 – Об авторе. После ухода из военно-морского флота США, где он работал по контракту на подводной лодке, Нил Борхерт присоединился к Miller Electric Mfg. Co. в 1977 году и 12 лет проработал в качестве инструктора. Сегодня, будучи менеджером по развитию бизнеса, он широко работает со школами и учебными заведениями.

 

Настройка дуги

У каждого сварщика есть свои представления о том, как настраивать форсаж дуги, который регулируется ручкой на передней панели машины. Некоторые общие рекомендации заключаются в следующем:

 

Для открытых корневых швов на пластине или трубе обычно выбирается электрод XX10 (6010) или XX11 (6011) для первого прохода. Во время этого прохода оператор пытается достичь полного проникновения. Путем добавления управления дугой, обычно к верхнему краю шкалы (скажем, 5 или 6 из 10), оператор может управлять силой тока (пробиванием) по длине дуги.

Для более глубокого проникновения просто уменьшите длину дуги, вставив электрод в соединение. В этот момент - и только в этот момент - управление силой дуги активируется и обеспечивает необходимый импульс тока. Повторяем: операторы будут испытывать изменение дуги только тогда, когда они уменьшают длину дуги до точки, где уровни напряжения опускаются ниже 20 вольт на большинстве машин.

Для электродов, не используемых на открытых сварных швах, увеличьте форсаж дуги до того момента, когда электроды не прилипают во время сварки (возможно, 2-5 по шкале от 1 до 10).

Если вы пользуетесь режимом TIG, установите форсаж дуги на ноль или выключите его (если у вас сварочный аппарат с отдельными настройками для TIG и ММА, это не будет иметь никакого значения). Обычно аппарат отключает управление дугой при переключении в режим TIG.

 

Оригинал на английском: Selecting a Constant Current (CC) DC Welder for Training Purposes

[psi]

Как то сомнительно... Не клеится

[SergDemin]

@psi, а что не клеится? Всё верно, только про форсаж, на мой взгляд, не совсем верно написано. Управлять свойствами дуги, как говорят "жёсткостью" правильнее с помощью изменения угла наклона ВАХ на рабочем участке, о чём, кстати, в начале сказано.  У форсажа иное назначение, он обеспечивает стабильность горения дуги, особенно в режиме малых, для данного диаметра электрода, токов. Аппараты с регулировкой наклона ВАХ уже есть. А именно форсаж, если он грамотно сделан, регулировать не надо.

Изменено 17 июня, 2017 пользователем SergDemin

[serga01net]

@SergDemin, Не знаю, как вы, а я теперь вообще запутался. Все гораздо сложнее, чем казалось вначале.

Насчет форсажа - они пишут, что регулируется фактически только его "злобность" (и то, в критических ситуациях"). Как "управлять" сваркой, если вы не ушли ниже 20 В, ничего не сказано, согласен. 

Теперь я могу только догадываться, почему Интерскол (к примеру) так фигово варит основными электродами, требуя для них конские токи? У него падающая ВАХ при отсутствии заметного ФД? А чтоб дуга не погасла на минимально рабочих токах, помогает ее "оттягивание" (это я заметил на практике). Непонятно - почему? (Или это как раз вписывается в "характер" падающей ВАХ - я повышаю напругу (увеличиваю расстояние), дуга разгорается, но ток не растет (и не падает!)? ) Получается, что Интерсколом надо варить ТИГ (но у него нет такой фичи).

Вот форма ВАХ ИСА-160 (едва ли ИСА-200 будет сильно отличаться) при 160А:

Говорят, что это достаточно приличная ВАХ при практически отсутствующем ФД. Интерсколу мешает [нормально варить основными электродами] только отсутствие ФД? А "впуклая" ВАХ (в рабочей области) ему не мешает?

Еще в статье говорят, что на основе инвертора можно конструировать ЛЮБУЮ ВАХ. Вот китайцы и конструируют, часто - непотребное.

И получается, что учиться варить надо на нормальных, предсказуемых drooper'ах, как это делал Джо....

Изменено 18 июня, 2017 пользователем serga01net

[SergDemin]

 

 

А "впуклая" ВАХ (в рабочей области) ему не мешает?

 Во первых, не факт, что она действительно такая, может измеритель врёт. Во вторых, даже если такая, это особо на сварке не скажется, отклонение от вертикальной, то есть, от стабилизатора тока небольшое. У Форсажа 200М правильная ВАХ, форсаж дуги работает тогда, когда происходит замыкание дугового промежутка.http://grpz.ru/production/civil/welding/item/svarochnyi-apparat-invertor-forsag-200m/  Судя по отзывам, производитель не врёт.

 

 

Теперь я могу только догадываться, почему Интерскол (к примеру) так фигово варит основными электродами, требуя для них конские токи?

Да, так и есть.

[serga01net]

У меня возникло вот какое соображение. Если взять крутопадающую ВАХ, то с увеличением длины дуги (зазора), можно поднять напругу, не меняя при этом ток. ЕСЛИ так, то выход тепла (мощность) должен (должна) ВЫРАСТИ и прожечь дыру.  И наоборот, при уменьшении зазора падает напряжение, ток не меняется, мощность уменьшается, тепло тоже. Но при этом гаснут основные электроды, которые не любят низкого напряжения дуги.

 

Получается, что аппаратам с крутопадающей ВАХ крайне важен форсаж дуги (увеличение тока при падении напряжения дуги) для нормальной работы с основными электродами, что и наблюдается в моем Интерсколе и

 

Redbo Intec-165S

, если отключить у него ФД. Прав тов. @SergDemin, который давно уже советует мне сменить аппарат на более адекватный. Я помню, как @SergDemin тестировал работу Сварога 205В с отключенным ФД и основные электроды у него гасли и липли на малых токах. Получается, что Интерскол сляпали по кальке со Сварога, но "забыли" про ФД. Свароговская крутопадающая ВАХ нужна ему для сварки в режиме ТИГ, а чтоб можно было варить ММА, добавили регулируемый (а не постоянный! ) ФД.  

 

Мне остается докупить к Интерсколу горелку ТИГ, подачу аргона, и вперед, варить ТИГ с зажиганием касанием. И все будет хОКей... (китайцы уроды...)

[midtower]

Мне остается докупить к Интерсколу горелку ТИГ

...с вентилем.

Порой забывал щелкнуть переключатором, но все было нормально, бо форсаж по дефолту стоял в ноль.

Правда, на ваш сварочник заявлен весь комплект от arc force до hot start. Вендор шутит?

Изменено 16 июля, 2017 пользователем midtower

[serga01net]

Вендор шутит?

Шутит.

Форсажа дуги практически нет, поэтому аппарат неуправляем (с такой-то формой ВАХ). Он плохо варит малым током тонкими электродами 2 мм, и только хорошим током - основными (для 3 мм УОНИ меньше 90 реальных А лучше не пытаться). Тянуть дугу можно, но это мало чего дает. Отсутствующий ФД компенсирован с лихвой огромным хотстартом. Ну точно, сконструированный для ТИГ аппарат отправили варить ММА.

Изменено 16 июля, 2017 пользователем serga01net