Технологические особенности сварочного процесса STT
Аббревиатура STT расшифровывается как "Surface Tension Transfer" - это так называемый механизм переноса капли с помощью сил поверхностного натяжения. Он представляет собой один из разновидностей процесса переноса короткими замыканиями, который реализуется при дуговой сварки в среде защитных газов с одним важным отличием - расплавленный металл переносится за счет сил поверхностного натяжения (относительно больших) сварочной ванны,которая втягивает в себя жидкую каплю (относительно низкие силы поверхностного натяжения) на конце проволоки. Электромагнитное сжимающее давление при Пинч-эффекте дополнительно помогает капле отделиться, но не является основным механизмом переноса, как это наблюдается при обычной сварке короткими замыканиями. Области его применения в целом аналогичны тем, что характерны для обычных аппаратов полуавтоматической сварки короткими замыканиями. В качестве защитных газов используется 100 % углекислый газ и его смеси с аргоном для сварки низкоуглеродистых сталей, а также смеси с гелием для сварки нержавеющих сталей.
Основными преимуществами этого метода являются:
- уменьшение разбрызгивания;
- стабильность процесса сварки (стабильность дуги при изменении вылета электрода во время сварки);
- более низкие уровни излучения дуги и дымообразования;
- пониженное тепловложение при сварке тонколистового металла.
Уменьшение разбрызгивания приводит к сокращению времени зачистки перед окончательной отделкой изделия. Кроме того, увеличивается время эксплуатации сопла сварочной горелки до следующей зачистки, особенно при использовании 100% углекислого газа. Такой метод управления облегчает работу сварщика, освобождая его от жесткого контроля вылета электрода в процессе сварки и угла наклона сварочной горелки. При этом он гарантируется получение качественного шва с низким уровнем разбрызгивания. Снижение уровня излучения дуги и дымообразования достигается за счет общего среднего укорочения дуги и минимизации разогрева электрода.
Компанией Lincoln Electric специальнодля этогопроцесса разработан 225-ти амперный инверторный источник питания Invertec STT II, реализующий технологию управления формой сварочного тока. При сварке за счет регулирования определенным способом формы выходного тока (что-то вроде импульсно дуговой сварки) добиваются вышеуказанных преимуществ. Invertec STT II отличается от обычных сварочных источников. Он не является ни источником с жесткой характеристикой, ни источником с крутопадающей характеристикой. Аппарат имеет обратную связь, которая отслеживает основные этапы переноса капли и мгновенно реагирует на процессы, происходящие между электродом и сварочной ванной, изменяя величину и форму сварочного тока.
Источник не осуществляет регулировку напряжения дуги. Напряжение, требуемое дугой, автоматически устанавливается самой машиной. Это приводит к тому, что величина тепла, вводимого в сварочную ванну, не зависит от скорости подачи проволоки. Помимо этого, улучшаются условия контроля за формированием сварочной ванны. Этап Пинч-эффекта также автоматически контролируется источником.
Процесс STT
В процессе сварки управляемая источником величина тока зависит от состояния дугового промежутка. Источник определяет, существует ли напряжение между электродом и деталью или электрод закорочен на сварочную ванну. Весь цикл разбит на несколько этапов:
1.Базовый ток (Т0 - Т1): Постоянный уровень сварочного тока перед этапом короткого замыкания, лежащий в диапазоне 50 - 100 А.
2.Начальный период короткого замыкания (Т1 - Т2): При замыкании электрода на сварочную ванну (на базовом уровне тока) специальный датчик напряжения дуги подает источнику сигнал о возникновении короткого замыкания. Источник понижает ток с базового уровня до 10 А на время 0,75 миллисекунд. Этот временной интервал необходим для залипания капли, образовавшейся на конце электрода, к поверхности сварочной ванны.
3.Этап Пинч-эффекта (Т2 - Т3): По истечении указанного времени источник увеличивает ток. Увеличение тока проходит в две стадии и с различными скоростям. На первой стадии происходит резкое повышение тока, что приводит к образованию шейки на конце электрода за счет электромагнитного сжимающего давления, возникающего при Пинч-эффекте. Необходимо отметить, что во время короткого замыкания напряжение между электродом и деталью не равно нулю, т.к. расплавленный металлимеет высокое электрическое сопротивление. На второй стадии происходит более плавное нарастание тока.
4.Расчет скорости изменения напряжения дуги dv/dt (Т2 - Т3): В процессе образования шейки происходит изменение напряжения между электродом и изделием. При этом источник постоянно измеряет напряжение и рассчитывает скорость его изменения. Когда величина dv/dt достигает определенного значения, сигнализирующее источнику, что вот-вот произойдет отрыв капли (этот расчет включен в этап Пинч-эффекта), протекающий по электроду ток уменьшается до 50 А в течении нескольких микросекунд. (Это происходит перед отрывом капли, Т4 - момент времени отделения капли при низком значении сварочного тока).
5. Рост капли (Т5 - Т6): Этот этап следует сразу же после разрыва перемычки между электродом и сварочной ванной. Сварочный ток увеличивается до пикового значения и действует в течении всего этапа. При этом происходит быстрое расплавление конца электрода, рост новой капли и увеличение дугового промежутка. (Геометрия капли на конце электрода неправильная).
6.Переход на базовый ток (Т6 - Т7): В этот период сварочный ток уменьшается отпикового до базового. С окончанием этого этапа заканчивается сварочный цикл и начинается новый.
Процесс формирования капли
Таким образом, STT обеспечивает более высокое качество при выполнении швов во всех пространственных положениях благодаря низкому тепловложению, незначительному окислению металла шва и лучшему проплавлению даже при низком качестве сборки под сварку.Улучшение проплавления связано с тем, что при STTвыполняется прецизионный контроль сварочного тока на всём протяжении цикла сварки. По этой же причине практически полностью отсутствует разбрызгивание металла, а следовательно, снижается расход электрода, и воздействие дуги концентрируется на основном металле. В результате применения более сжатой дуги предупреждается образование наплывов на швах с зазором в вершине разделки при сварке труб и сосудов высокого давления.Благодаря снижению общего тепловложения уменьшается деформация материала и снижается опасность прожогов, так как энергии дуги хватает только на выполнение шва. Это особенно важно при сварке деликатных материалов, например, нержавеющей стали. Такой точный контроль тепловложения позволяет сваривать детали даже из тонколистового металла с гальваническим покрытием, не опасаясь повредить это покрытие с обратной стороны шва.
Снижение рабочих затрат достигается за счёт замены электродов малого диаметра более дешёвыми электродами большого диаметра, применения CO2 в качестве защитного газа и экономии наплавляемого металла благодаря снижению разбрызгивания. Применение сварочной проволоки большого диаметра способствует сокращению времени сварки и повышает эффективность работы сварщика.Значительное снижение затрат также связано с использованием более дешёвого углекислого газа при сварке стали и её сплавов.Низкий уровень разбрызгивания ведёт к значительной экономии средств благодаря сокращению затрат на механическую обработку поверхностей стыка шва перед выполнением последнего прохода, а также снижению расхода электрода, металл которого практически полностью остаётся в сварочной ванне.Кроме того, увеличивается интервал обслуживания горелки, так как на сопле горелки образуется меньше нагара.
Улучшаются и условия работы сварщика: уменьшается разбрызгивание металла, снижается дымообразование, излучение сварочной дуги слабее, чем при обычной сварке короткими замыканиями.
Процесс STT идеально подходит для следующих областей применения:
- корневые швы по открытому зазору– сварка труб и деталей из листового металла;
- сварка нержавеющих сталей и никелевых сплавов – нефтехимическая отрасль и пищевая промышленность;
- детали из тонколистового металла – автомобильная промышленность;
- кремнистая бронза – автомобильная промышленность;
- оцинкованная сталь – печные дымоходы;
- полуавтоматическая и роботизированная сварка.
Для получения детальной информации или проведения презентации работы источника питания Invertec STT II, свяжитесь с представителями нашей фирмы.
.com