импульсные технологии сварки и источники питания импульсного типа

В монографии представлено перспективное направление в области
современного сварочного производства — импульсные технологии сварки и источники
питания импульсного типа. Импульсные технологические процессы благодаря своим
достоинствам интенсивно вытесняют из сферы сварочного производства традиционные
дуговые методы сварки на стационарных режимах.

Следует отметить, что большинство серийно выпускаемых импульсных
систем питания реализует алгоритм по жестко задаваемой программе. Это
обстоятельство значительно затрудняет широкое внедрение имеющегося
оборудования. В основном оно применяется для сварки неплавящимся и плавящимся
электродом в среде аргона, а также газовых смесях на его основе. Использование
такого оборудования для сварки в активных газах электродами с покрытием требует его усложнения, введения в его
структуру блоков обратных связей, стабилизации, специальных сильноточных
регуляторов и др., обеспечивающих стабилизацию энергетических характеристик
процессов сварки и наплавки на уровне мгновенных значений.

Вместе с тем анализ номенклатуры сварочных источников
питания, выпускаемых предприятиями электротехнической промышленности России и
стран ближнего зарубежья, показывает, что их продук­ция существенно отстает по
своим динамическим и статическим свойствам, технологическим возможностям от
имеющегося уровня разработок в данной области. В настоящее время наблюдается
большой разрыв между уровнем научно-технических достижений в области сварочного
производства и реальным его состоянием в промышлен­ности.

Большие работы по совершенствованию сварочного
оборудова­ния, совершенствованию технологий сварки и наплавки, разработке новых
источников питания ведутся во многих научно-исследовательских организациях
страны. В монографии обобщены работы, выполненные в Институте физики прочности
и материалове­дения СО РАН (г. Томск) и Томском политехническом университете.
Выполненные разработки внедряются и передаются для серийного производства не
только на электротехнических предприятиях России, но и в широкой сети малых
предприятий и опытных производств, соз­даваемых при крупных научных центрах и
институтах.

Так, при Институте физики прочности и материаловедения
СО РАН (г. Томск) создана фирма «Импульс-С», которая организовала производство
специализированного сварочного оборудования типа: УДИ-204УЗ, БМСТ-1, БМСТ-2,
БМСТ-3, предназначенного для свар­ки корневых швов покрытыми электродами с
обратным формирова­нием валика без применения специальных подкладок и подварки
из­нутри. Это оборудование позволяет проводить сварку в так назы­ваемую
«замочную скважину», которая образуется в результате дей­ствия
импульса тока и остается на интервале паузы, где предприни­маются меры для
предотвращения ее «захлопывания» специальным ал­горитмом управления,
корректируемым через каналы обратных связей по напряжению на дуге. Применение
указанного оборудования весьма эффективно при односторонней сварки судовых
конструкций, трубо­проводов различного назначения, высокоответственного
энергетиче­ского оборудования, где исключается необходимость подварки изнут­ри
и гарантируется высокое качество сварных соединений. Установки типа УДИ
выполнены на базе сильноточного тиристорного регулято­ра, включаемого в цепь
стандартного сварочного источника питания, в соответствующей сварке покрытыми
электродами внешней характе­ристикой. Блок БМСТ-1 предназначен для совместной
работы с вы­прямителями ВДУ-505 и ВДУ-506, а БМСТ-1 — для совместной работы с
источниками питания инверторного типа — ПСС-500, ПС-5000, ПС-3500,   ПСС-3500,  
МП-2400,   ИП-1500,   производимых   фирмой КЕМППИ.

Организованное серийное производство оборудования типа
УД-ГИ-201УЗ, предназначенного для сварки в среде углекислого газа ко­роткой
дугой. Применение УДГИ-201УЗ и других высокоответствен­ных сварных соединений,
требующих высокого, гарантированного ка­чества для сварки неповоротных стыков
магистральных нефте- и газо­проводов, а также судовых конструкций позволит
значительно повы­сить эффективность дуговых сварочных процессов в среде
защитных газов, снизить разбрызгивание электродного металла до уровня 2-3 %,
обеспечит стабильность энергетических характеристик независимо от
пространственного положения сварочной ванны.

Имеется опыт использования создаваемого оборудования
для импульсно-дуговой сварки для различных процессов наплавки. Осо­бенности
такого оборудования для наплавки заключаются в том, что вследствие значительной
теплоинерционности сварочной ванны тре­буются значительные длительности
импульсов и пауз. Переход на им­пульсный режим изменения энергетических
характеристик при на­плавке позволяет обеспечить управление процессами
кристаллизации в сварочной ванне в зоне термического влияния, способствует
уменьшению выгорания легирующих элементов из сварочной ванны, что
обеспечивается ограничением времени их пребывания при высокой температуре
расплава сварочной ванны и увеличением скорости ее кристаллизации. При этом
интенсифицируются гидродинамические процессы в сварочной ванне, что
способствует более равномерном) распределению легирующих элементов по всему
объему расплавлен­ного металла. Такое течение процесса обеспечивает стабильные
механические свойства покрытия по всему объему, что обуславливает его более
высокие эксплуатационные характеристики.

Представленные в монографии электромашинные импульсные
генераторы перспективны и решают задачу внедрения современных импульсных
технологий в автономных системах, где отсутствуют электрические сети. Импульсные
генераторы решают не только задачу преобразования механической энергии в
электрическую, но и форми­руют необходимую форму питающего тока, реализуют
сложный алго­ритм управления процессом. При создании схем импульсных генера­торов
использован ряд нетрадиционных решений, существенно рас­ширяющих возможности
электромеханического преобразователя. Им­пульсная сварка и наплавка является
только одной из областей их ис­пользования. Эффективность их применения
возрастает с увеличением необходимых мощностей. Перспективно их применение для
питания электрофизических установок, генераторов плазмы, устройств, ис­пользующих
мощные магнитные поля.

Представленные в монографии материалы позволяют
оценить сложность и многообразие возможных решений в области применения
импульсных технологических процессов и устройств, обеспечивающих их реализацию.
Работы в этом направлении продолжаются, необхо­димо широкое освоение
предлагаемых разработок в промышленном производстве.