Управление технологическими свойствами дуги переменного прямоугольного тока при сварке алюминиевых сплавов малых толщин неплавящимся электродом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.06, кандидат технических наук Киселев, Алексей Сергеевич

• Киселев, Алексей Сергеевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Киселев, Алексей Сергеевич

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ

1. АРГОНОДУГОВАЯ СВАРКА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ. СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ ЕЁ КАЧЕСТВА

1.1. Технологические особенности аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов переменным током

1.2. Способы повышения качества сварных соединений из

алюминиевых сплавов

1.2.1. Сварка модулированным током

1.2.2. Сварка переменным прямоугольным током

1.3. Источники питания для сварки алюминиевых сплаврв переменным прямоугольным током

1.4. Цель работы и задачи исследования

2. ИССЛЕДОВАНИЕ КОММУТАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ТИРИСТОРНОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ

2.1. Выбор схемы полупроводникового преобразователя

2.1.1. Математическая модель тиристорного преобразователя

2.1.2. Анализ коммутационных электромагнитных процессов в тиристорном преобразователе

2.2. Экспериментальное исследование тиристорного преобразователя

при работе на сварочную дугу

2.3. Выводы

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАЧАЛЬНОГО И ПОВТОРНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ ДУГИ ПЕРЕМЕННОГО ПРЯМОУГОЛЬНОГО ТОКА И УСТОЙЧИВОСТИ ЕЁ ГОРЕНИЯ ПРИ СВАРКЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В СРЕДЕ АРГОНА

3.1. Факторы, определяющие надежность начального возбуждения дуги бесконтактным способом

3.1.1. Методика проведения эксперимента

3.1.2. Анализ результатов эксперимента

3.1.3. Возбуждение дуги контактным способом

3.2. Факторы, определяющие надежность повторного возбуждения дуги

3.2.1. Надежность повторного возбуждения дуги прямой полярности

в начальный период процесса сварки

3.2.2. Особенности повторного возбуждения дуги обратной

полярности

3.3. Устойчивость дуги переменного прямоугольного тока

3.4. Выводы

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА ГОРЕНИЯ ДУГИ ПЕРЕМЕННОГО ПРЯМОУГОЛЬНОГО ТОКА НА ЕЁ ПРОСТРАНСТВЕННУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ И СИЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

4.1. Пространственная устойчивость дуги переменного прямоугольного

тока

4.1.1. Пространственная устойчивость дуги с неплавящимся электродом

4.1.2. Факторы, определяющие пространственную устойчивость дуги переменного прямоугольного тока

4.2. Исследование влияния параметров переменного тока на давление

дуги

4.2.1. Методика проведения эксперимента

4.2.2. Результаты эксперимента

4.2.3. Радиальное распределение давления дуги в период

протекания тока прямой полярности

4.3. Выводы

5. РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СВАРКЕ. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1. Особенности аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом тонколистовых алюминиевых сплавов переменным прямоугольным

током

5.2. Исследование влияния параметров переменного прямоугольного

тока на свойства сварных соединений

5.3. Разработка тиристорного преобразователя постоянного тока в переменный прямоугольный

5.3.1. Формирование напряжения на коммутирующем конденсаторе

5.3.2. Формирование напряжения на конденсаторе фильтра

5.3.3. Амплитудная модуляция сварочного тока

5.3.4. Блок управления тиристорным преобразователем

5.4. Внедрение результатов исследований

5.5. Выводы

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Управление технологическими свойствами дуги переменного прямоугольного тока при сварке алюминиевых сплавов малых толщин неплавящимся электродом»

ВВЕДЕНИЕ

Широкое применение алюминиевых сплавов в различных отраслях промышленности, как конструкционного материала, обусловлено комплексом свойств, обеспечивающих им важные преимущества перед другими металлами и сплавами [151]. В авиационной промышленности, в приборостроении и других отраслях особое значение имеет производство тонкостенных неразъёмных соединений, что связано с улучшением технико-экономических показателей изделий.

Изготовление конструкций из алюминиевых сплавов предусматривает использование практически всех известных способов сварки [27, 76]. Однако наиболее широкое применение получила аргонодуговая сварка неплавящимся электродом переменным синусоидальным током, как наиболее отвечающая специфическим металлургическим и технологическим требованиям [1, 39, 45].

Одной из существующих проблем аргонодуговой сварки является изготовление тонкостенных изделий из алюминиевых сплавов. В этом случае необходимо применять малые действующие значения переменного тока при которых горение дуги характеризуется физической и пространственной неустойчивостью. При таких условиях осуществляется неравномерный ввод тепла в изделие, нарушается равновесие сил, действующих на сварочную ванну, что делает процесс сварки неуправляемым и приводит к прожогам или непроварам. В связи с этим возникает необходимость в улучшении технологических свойств малоамперной дуги переменного тока.

Одним из самых распространенных и эффективных способов управления технологическими свойствами дуги является воздействие на параметры режима сварки [16,162]. В 60-х годах было предложено использовать для аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов неплавящимся электродом переменный прямоугольный ток [52...57, 64]. При такой форме тока, в отличие от синусоидальной, обеспечивается возможность независимой регулировки амплитудно-временных параметров режима горения дуги прямой и обратной полярности, что позволяет управлять глубиной проплавления свариваемого металла, эффективностью катодного распыления поверхностной оксидной пленки и динамическим воздействием на расплав сварочной ванны.

Однако отсутствие информации об особенностях горения малоамперной дуги переменного прямоугольного тока и принципах управления её технологическими свойствами в значительной мере препятствует решению проблемы повышения качества и производительности сварки тонкостенных изделий из алюминиевых сплавов.

На основании изложенного можно констатировать, что необходимы дальнейшие исследования, направленные на совершенствование процесса сварки алюминиевых сплавов малых толщин неплавящимся электродом.

Целью данной работы является разработка алгоритма модуляции переменного прямоугольного тока и технических средств реализации, обеспечивающих повышение эффективности аргонодуговой сварки изделий из алюминиевых сплавов малых толщин неплавящимся электродом.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих.выводов и приложения.

В первой главе представлен анализ особенностей аргонодуговой сварки неплавящимся электродом и путей повышения её качества на основе экспериментальных и теоретических работ отечественных и зарубежных авторов. Проведен анализ схемных решений источников питания для сварки переменным прямоугольным током. Сформулированы цель и основные задачи исследования.

Во второй главе приведены результаты исследований коммутационных электромагнитных процессов в тиристорном преобразователе при смене полярности тока в сварочной цепи. Разработана математическая модель тиристорного преобразователя. Определено влияние параметров тиристорного преобразователя на длительность коммутационных процессов при смене полярности тока. Показано, что разработанная схема тиристорного преобразователя в полной мере отвечает требованиям, которые предъявляет дуга переменного тока.

В третьей главе исследованы процессы в сварочной цепи при возбуждении и горении дуги переменного прямоугольного тока. Разработаны методики оценки надежности начального и повторного возбуждения дуги в среде аргона между вольфрамовым электродом и изделием из алюминиевого сплава. Определено влияние параметров режима горения дуги обратной полярности на условия повторного возбуждения малоамперной дуги прямой полярности в начале процесса сварки. Показано, что устойчивость малоамперной дуги переменного прямоугольного тока определяется условиями существования разряда в период протекания тока прямой полярности.

Четвертая глава посвящена исследованию влияния модуляции переменного прямоугольного тока на пространственную устойчивость и силовые характеристики дуги. В ней доказана возможность управления концентрацией ввода тепла в изделие, определена взаимосвязь между давлением дуги и основными параметрами режима сварки.

В пятой главе исследовано влияние модуляции тока на свойства сварных соединений. Определены требования к процессу сварки алюминиевых сплавов малых толщин неплавящимся электродом. Разработано оборудование для аргонодуговой сварки переменным прямоугольным током модулированным по амплитуде.

В приложении представлены акты внедрения результатов работы.

Материалы данной работы базируются на экспериментах, проведенных при аргонодуговой сварке алюминиевых сплавов переменным прямоугольным током неплавящимся электродом.

Научная новизна работы. Впервые определены причины нарушения физической и пространственной устойчивости дуги переменного прямоугольного тока. Установлено, что физическая устойчивость определяется условиями повторного возбуждения дуги обратной полярности, а при токе менее 10 А -условиями горения дуги прямой полярности. Показано, что пространственное положение дуги стабилизируется при кратковременном ограничении тока в сварочной цепи перед сменой полярности с обратной на прямую и в начальный период горения дуги прямой полярности. Установлено влияние параметров мостового тиристорного преобразователя на электромагнитные коммутационные процессы при смене полярности тока в сварочной цепи. Показано, что начальное возбуждение малоамперной дуги следует осуществлять при обратной полярности питающего напряжения. Установлена взаимосвязь между параметрами режима горения дуги обратной полярности, надежностью повторного возбуждения дуги прямой полярности в начале процесса сварки и стойкостью вольфрамового электрода. Показано, что разработанный алгоритм модуляции тока повышает эффективность процесса сварки алюминиевых сплавов малых толщин.

Практическая ценность. На основании проведенных исследований сформулированы требования к способам и средствам управления процессом аргонодуговой сварки неплавящимся электродом алюминиевых сплавов малых толщин, при выполнении которых обеспечивается повышение скорости сварки и

качества сварных соединений. С учетом этих требований разработан принцип построения источников питания на базе тиристорных преобразователей. Опытные образцы источников питания прошли испытания в производственных условиях и внедрены в Томском Конструкторском Бюро "Проект" (1988 г.), в ОКБ НП "Оптика" СО АН СССР (1985 г.) и на Новосибирском заводе химконцентратов (1996 г.).

Автором защищаются:

1. Взаимосвязь параметров мостового тиристорного преобразователя с электромагнитными коммутационными процессами при смене полярности тока в сварочной цепи.

2. Результаты экспериментальных исследований начального возбуждения и физической устойчивости дуги переменного прямоугольного тока.

3. Механизм воздействия амплитудно-временных параметров переменного прямоугольного тока на пространственную устойчивость душ.

4. Требования к способам и средствам управления процессом аргонодуговой сварки неплавящимся электродом алюминиевых сплавов малых толщин.

Работа выполнена на кафедрах "Оборудование и технология сварочного производства" Томского политехнического университета и "Сварка в строительстве" Воронежской государственной архитектурно-строительной академии. По результатам работы получено 5 авторских свидетельств на изобретения. Материалы исследований опубликованы в 10 печатных работах. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили одобрение специалистов на областном семинаре "Сварка и пайка в приборостроении" (г. Пенза,

1981 г.), на 2-й Всесоюзной конференции по сварке цветных металлов (г. Ташкент,

1982 г.), на областной научно-практической конференции "Машиностроению -прогрессивную технологию и высокое качество деталей" (г. Тольятти, 1983 г.), на 5-й

^ Всесоюзной научно-практической конференции "Автоматизация новейших электротехнологических процессов в машиностроении на основе применения полупроводниковых преобразователей частоты с целью экономии материальных, трудовых и энергетических ресурсов" (г. Уфа, 1984 г.), на научно-технической конференции сварщиков Урала и Казахстана "Сварка модулированным током" (г. Караганда, 1985 г.), на Всесоюзном семинаре "Применение импульсных процессов в сварке" (г. Ростов-на-Дону, 1987 г.), на объединенном заседании секций Научного и Координационного советов по сварке "Источники питания и системы автоматического управления сварочным оборудованием" и "Оборудование для

дуговой сварки" (г. Алма-Ата, 1990 г.), на 1-й научно-практической конференции сварщиков Средней Азии и Казахстана (г. Караганда, 1991 г.), на международной научно-технической конференции "Современные проблемы сварочной науки и техники" (г. Ростов-на-Дону, 1993 г.), на Российской научно-технической конференции "Современные проблемы сварочной науки и техники «Сварка-97»" (г. Воронеж, 1997 г.), на научных семинарах кафедры "Оборудование и технология сварочного производства" Томского политехнического университета, кафедры "Сварка в строительстве" Воронежской государственной архитектурно-строительной академии и кафедры "Оборудование и технология сварочного производства" Воронежского государственного технического университета. Разработанный источник питания для сварки алюминиевых сплавов малых толщин демонстрировался на Всесоюзной выставке "Вузы РСФСР - машиностроению" (г. Тольятти, 1983 г.).

Автор благодарит к.т.н. А.Ф.Князькова за консультации по вопросам разработки оборудования для сварки и к.т.н. Р.И.Дедюха за участие в обсуждении результатов экспериментов.

1, АРГОНОДУГОВАЯ СВАРКА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ. СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ ЕЁ КАЧЕСТВА

1.1. Технологические особенности аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов переменным током

Соединения из алюминия и его сплавов получают с помощью дуговых, контактных, лучевых и других способов сварки. Наиболее широкое применение нашел способ дуговой сварки плавлением. В частности, при изготовлении конструкций из алюминиевых сплавов толщиной менее 3 мм применяется аргонодуговая сварка неплавящимся (вольфрамовым) электродом переменным током [1, 2, 3, 4]. Этот способ сварки является наиболее универсальным и обеспечивает возможность получения всех типов соединений в различных пространственных положениях и в труднодоступных местах [2].

Питание сварочной дуги переменным током, а также использование инертного защитного газа связано с металлургическими особенностями сварки алюминия и его сплавов. Так, инертный газ аргон используется для вытеснения воздуха из зоны сварки и защиты от его воздействия на металл сварочной ванны и рабочую поверхность вольфрамового электрода. При этом удаление тугоплавкой оксидной пленки со свариваемых поверхностей осуществляется путем катодного распыления в период горения дуги обратной полярности [5]. Применение дуги переменного тока в этом случае, в отличие от дуги постоянного тока обратной полярности, энергетически более выгодно. Во-первых, снижаются потери на нагрев вольфрамового электрода и его расход. Во-вторых, повышается концентрация нагрева свариваемого металла. Однако дуга переменного тока обладает рядом . особенностей, которые определяют возможность её использования в сварочных целях. Эти особенности проявляются в большей мере при начальном и повторном возбуждении дуги.

Начальное возбуждение дуги переменного тока при сварке алюминиевых сплавов неплавящимся электродом осуществляется, как правило, путем пробоя межэлектродного промежутка импульсами высокого напряжения [3, 6]. В связи с тем, что полярность прикладываемого к электродам напряжения периодически изменяется, а теплофизические свойства вольфрама и алюминиевого сплава существенно различаются, процесс начального возбуждения протекает с

характерными особенностями. В частности, для надежного возбуждения дуги в полупериод прямой полярности питающего напряжения необходимо осуществить предварительный нагрев рабочей поверхности вольфрамового электрода до температуры, обеспечивающей требуемую плотность тока эмиссии [157]. В соответствии с законом Ричардсона зависимость плотности тока термоэлектронной эмиссии от температуры поверхности катода определяется по формуле [7]

]= А-Т2 ехр(-В / кТ), (1.1)

где Т - температура поверхности металла; А- постоянная Ричардсона; к - постоянная Больцмана; В - работа выхода.

Из этой зависимости следует, что для катода из чистого вольфрама (В = 1,602 Дж) характерную для дугового разряда плотность тока можно получить при температуре порядка 3800 К. Кроме того, процесс нагрева рабочей поверхности вольфрамового электрода до указанной температуры является инерционным и, следовательно, растянут во времени.

В полупериод обратной полярности питающего напряжения характер процесса начального возбуждения дуги существенно отличается от рассмотренного выше, так как создаваемая высоковольтным источником напряженность электрического поля в межэлектродном промежутке обеспечивает практически безынерционный процесс автоэлектронной эмиссии с окисленной поверхности катода из алюминиевого сплава [4, 6, 8, 9].

В силу указанных выше причин, на начальном этапе процесса сварки надежное возбуждение дуги осуществляется лишь в полупериоды обратной полярности питающего напряжения, что обеспечивает импульсный характер нагрева вольфрамового электрода [4, 10]. Длительность задержки возбуждения дуги прямой полярности на начальном этапе процесса сварки определяется электрофизическими . свойствами вольфрамового электрода, его диаметром, формой рабочей поверхности, величиной сварочного тока и рядом других параметров. Повышению надежности начального возбуждения дуги и улучшению других технологических характеристик вольфрамовых электродов способствует легирование активирующими присадками [11, 12]. Однако при начальном возбуждении дуги переменного синусоидального тока такие электроды в большей степени, чем электроды из чистого вольфрама, подвержены пусковой эрозии и растрескиванию рабочей поверхности [7, 11]. Кроме того, при определенных эксплуатационных режимах происходит выгорание активирующих присадок, изменяется структура

металла на рабочем участке электрода, что затрудняет поступление присадки из глубинных слоев [7, 13, 14].

Рекомендации по выбору вольфрамовых электродов для аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов переменным током противоречивы. В работе [15] для сварки несущих строительных конструкций рекомендуется применять вольфрамовые электроды с присадкой окиси лантана или иттрия, а для конструкций неответственного назначения - электроды из чистого вольфрама. Электроды с присадкой двуокиси тория (марка ЭВТ-15) для сварки алюминиевых сплавов переменным током применять не рекомендуется, что связано с интенсивным блужданием дуги и повышенной радиоактивностью тория и его соединений [15, 18]. Однако при исследовании процесса сварки алюминиевого сплава 5052 переменным током авторами работы [16] использовался вольфрамовый электрод с двухпроцентным содержанием двуокиси тория. В работе [17] рекомендуется для сварки переменным током использовать электроды из чистого вольфрама или с присадкой окиси циркония, которая повышает надежность начального возбуждения дуги и способствует равномерному оплавлению рабочей поверхности электрода. В работе [18] вольфрамовые электроды, легированные цирконием, рекомендуют использовать при сварке переменным током на повышенных режимах, так как они имеют высокую допустимую нагрузку по току. При высокоавтоматизированной сварке отдается предпочтение электродам из чистого вольфрама, так как обеспечивается наиболее эффективная очистка поверхности металла от оксидной пленки и стабильное горение дуги [18].

Период установления стабильного горения дуги переменного тока в начале процесса сварки, и, соответственно, длительность работы высоковольтного возбудителя, определяется заданной величиной тока. Такая зависимость . подтверждается исследованиями по малоамперной дуге переменного тока, выполненными в ИЭС им.Е.О.Патона. Так, например, при напряжении холостого хода источника питания 200 В и заданном значении тока короткого замыкания 10 А период установления стабильного горения дуги составляет 1 с, а при значении тока короткого замыкания 5 А - 30 с [19]. При напряжении холостого хода сварочного трансформатора 70...80 В и токе менее 12... 15 А дуга в полупериоды прямой полярности практически не возбуждается [4].

Особенности повторного возбуждения дуги по истечении периода установления стабильности ее горения также обусловлены различием

теплофизических свойств электродов. Повторное возбуждение дуги прямой полярности осуществляется при напряжении, величина которого незначительно отличается от напряжения горения дуги. Связано это с тепловой инерцией и термическим характером эмиссии вольфрамового катода, разогретого в предыдущий период горения дуги обратной полярности [4, 10]. Повторное возбуждение дуги обратной полярности осуществляется лишь при повышенном напряжении на межэлектродном промежутке. Сначала при напряжении 60...80 В формируется тлеющий разряд, развитие которого приводит к росту тока и переходу в аномальную стадию. Напряжение горения аномального разряда составляет 200...240 В при токе 1 А. Дальнейшее увеличение тока приводит к формированию дугового разряда. С учетом этих особенностей источник питания должен иметь напряжение холостого хода более 240 В. Однако на практике применяют сварочные трансформаторы с напряжением холостого хода не более 90 В в сочетании с генераторами импульсов высокого напряжения [2, 4, 10, 21, 22, 23].

Различие теплофизических свойств электродов из вольфрама и алюминиевого сплава является причиной вентильного эффекта дуги переменного тока [6, 24, 25, 26]. В сварочной цепи возникает постоянная составляющая тока, которая создает постоянное магнитное поле в магнитопроводе трансформатора. Это приводит к искажению формы кривой тока и снижению коэффициента мощности сварочного трансформатора [6]. Для улучшения энергетических характеристик трансформатора и повышения стабильности горения дуги переменного тока разработаны меры по компенсации постоянной составляющей тока [27].

Таким образом, отмеченные особенности сварки алюминиевых сплавов неплавящимся электродом, а также неравномерное плавление при больших скоростях сварки [28], существенно ограничивают возможности применения для питания дуги переменного синусоидального тока.

1.2. Способы повышения качества сварных соединений из алюминиевых сплавов

Получение высококачественных сварных соединений из алюминия и его сплавов связано с преодолением ряда затруднений, обусловленных специфическими физико-химическими свойствами этих металлов. К таким свойствам относятся: высокая степень сродства к кислороду, повышенная

склонность к порообразованию, большой коэффициент термического расширения, склонность многих сплавов к образованию горячих и холодных трещин [1, 2, 30 и др.]. Одним из путей повышения качества сварных соединений из алюминиевых сплавов является измельчение первичной структуры металла шва [29, 30, 31]. Условием получения мелкозернистой структуры металла шва является подавление направленного роста кристаллов за счет спонтанного образования новых центров кристаллизации в объеме жидкой фазы при температурных колебаниях в зоне кристаллизации [29]. Такие условия создаются при перемешивании расплава путем воздействия на него реверсируемого электромагнитного поля [30, 31, 33, 34, 41, 42] и при низкочастотном колебании дуги в пространстве за счет воздействия на нее внешнего магнитного поля [43, 44]. В результате такого воздействия уменьшается пористость сварных швов, уменьшается склонность к образованию горячих трещин, повышается герметичность соединений, уменьшается ширина зоны термического влияния, и, следовательно, повышается качество сварного соединения.

Однако, несмотря на целый комплекс положительных свойств, применение таких способов повышения качества при ручной сварке не представляется возможным, так как обязательным условием является расположение массивных магнитных индукторов непосредственно на сварочной горелке.

Как показали многочисленные исследования [27, 35, 36, 37, 38 и др.], эффективным способом воздействия на качество сварки является периодическое изменение тепловой мощности дуги при амплитудной модуляции сварочного тока.

1.2.1. Сварка модулированным током

Основными электрическими параметрами режима сварки модулированным . током являются: величина тока импульса; величина тока паузы; длительность импульса тока; длительность паузы тока [38]. Широкий диапазон регулирования этих параметров позволяет эффективно управлять процессом плавления и кристаллизации металла в зоне сварки и, следовательно, качеством сварного соединения [27]. Технологические преимущества процесса сварки модулированным током в большей степени проявляются при изготовлении тонкостенных (менее 3 мм) изделий, так как обеспечивается формирование шва путем расплавления отдельных точек. При этом улучшаются условия формирования шва в различных пространственных положениях и исключаются такие дефекты шва, как провисание и

прожоги [27]. В частности, амплитудная модуляция переменного тока позволяет получать сварные соединения высокого качества из алюминиевых сплавов толщиной 0,2... 1 мм [35].

При сварке тонкостенных конструкций из алюминиевых сплавов особое значение имеет концентрация источника нагрева. Связано это с высокими значениями коэффициентов теплопроводности и термического расширения алюминиевых сплавов, которые определяют уровень деформаций сварных конструкций [45]. Концентрация нагрева и, соответственно, проплавляющая способность дуги, которая характеризуется термическим КПД, повышается при модуляции сварочного тока и определяется основными параметрами режима сварки [27, 35].

Большое влияние на проплавляющую способность импульсной дуги оказывает степень их перекрытия [35]. Существуют оптимальные значения шага точек, соответствующие наибольшему значению термического КПД. При этом отклонение шага точек от оптимального значения вызывает уменьшение термического КПД. В частности, при уменьшении шага точек это объясняется экранирующим действием слоя жидкого металла, остающегося на поверхности в результате отсутствия условий для полной кристаллизации в период паузы тока, а при увеличении шага - снижением температуры предварительного подогрева поверхности металла предыдущим импульсом тока [35, 51].

Положительное влияние амплитудной модуляции тока на качество сварных соединений из алюминиевых сплавов отмечается в работе [47]. Показано, что увеличение частоты следования импульсов тока в диапазоне 1...100 Гц приводит к уменьшению ширины и поперечного сечения шва, измельчению структуры металла шва, а также способствует предотвращению образования горячих трещин. Предел текучести металла шва имеет максимальное значение в диапазоне частот 3...20 Гц.

Однако при сварке алюминиевых сплавов модулированным током возможно появление дефектов, обусловленных особенностями протекания металлургических процессов. В работе [48] показано, что характерным дефектом шва при сварке деталей из сплава АМгб толщиной 2 мм и 2,5 мм являются течи, распределение которых по сечению шва связано с основными параметрами режима сварки модулированным током. При больших длительностях импульса тока течи в шве располагаются, как правило, в области повторного расплавления со стороны предыдущей точки, что, по мнению авторов [48], связано со значительным

повышением давления водорода в несплошностях предыдущей точки вследствие нагрева. При малых длительностях импульса тока большинство течей располагается вне зоны термического влияния последующей точки, так как скорость кристаллизации металла сварочной ванны в этой области увеличивается. При уменьшении длительности паузы тока до значения, при котором не происходит полной кристаллизации металла ванны предыдущей точки, снижается давление водорода в несплошностях и, следовательно, уменьшается вероятность появления течей. Уменьшение шага точек также снижает количество течей в результате переплавления участков шва с микротрещинами и несплошностями.

Таким образом, для повышения герметичности соединений из сплава АМгб следует применять мягкие режимы сварки модулированным током. Однако, согласно результатам работы [35], проплавляющая способность дуги при этом снижается. Достаточно плотные швы можно получить и на жестких режимах сварки, но при малых значениях шага точек [36]. В этом случае снижается производительность процесса сварки.

Проблемой получения качественных сварных соединений из алюминиевых сплавов толщиной 1...3 мм является удаление оксидной пленки из корневой части шва. Протяженность ее в поперечном сечении достигает 80% высоты шва, что служит причиной нарушения герметичности соединения [37]. Сварка модулированным током решает эту проблему частично, так как протяженность оксидной пленки сохраняется на уровне 50% высоты шва.

Более полное удаление оксидной пленки , залегающей в стыке соединения, возможно путем наложения на основной ток дуги кратковременных мощных импульсов тока в полупериод прямой полярности [37]. При этом процесс удаления оксидной пленки интенсифицируется при увеличении амплитуды импульсов тока и . их длительности, а также при уменьшении длительности паузы. Кроме того, импульсное воздействие на расплав сварочной ванны активизирует перемешивание металла, что способствует выделению газовых пузырьков и снижению пористости. Применение предложенного способа питания дуги позволило получить вакуумно-плотные сварные соединения при максимальной протяженности оксидной пленки не более 20% высоты шва.

Из представленного выше анализа следует, что сварка модулированным током, по сравнению с непрерывным процессом, обладает существенными преимуществами. Тем не менее, область применения этого способа сварки

ограничена. Одной из причин является применение переменного синусоидального тока и, следовательно, низкая устойчивость горения дуги в период протекания тока паузы [4]. При такой форме тока равенство периодов горения дуги прямой и обратной полярности, а также амплитудных значений тока, способствует высокому тепловложению в вольфрамовый электрод в период протекания тока импульса и снижает его стойкость. Кроме того, ограничение скорости сварки, обусловленное требованиями металлургического характера [48] и низкой пространственной устойчивостью дуги [50], снижает производительность процесса.

1.2.2. Сварка переменным прямоугольным током

В 60-х годах получил развитие способ аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом переменным прямоугольным током [52, 53].» Основные преимущества такой формы тока в сварочной цепи (рис.1.1) заключаются в следующем. Во-первых, существенно повышается стабильность горения дуги за счет сокращения длительности коммутационных процессов при смене полярности тока. Во-вторых, расширяются технологические возможности процесса сварки за счет раздельного регулирования основных параметров режима: величины тока дуги прямой полярности, величины тока дуги обратной полярности, периода горения дуги прямой полярности, периода горения дуги обратной полярности.

Результаты экспериментальных исследований этого способа сварки приведены в многочисленных работах [16, 52...64 и др.]. В каждой из указанных работ отмечается существенное влияние асимметрии параметров режима горения дуги прямой и обратной полярности на целый комплекс характеристик процесса сварки.

Так, глубина проплавления свариваемого металла, характеризующая эффективность источника нагрева, повышается с увеличением соотношения величин тока дуги прямой и обратной полярности [16, 54, 55, 64] и длительностей их горения [16, 52, 54, 57, 58, 63], что объясняется наличием постоянной составляющей тока в сварочной цепи [54]. Снижение энергии дуги обратной полярности уменьшает тепловую нагрузку вольфрамового электрода и, следовательно, повышает его стойкость [16, 53, 57, 58, 62...65].

Ширина шва определяется в основном соотношением длительностей горения дуги прямой и обратной полярности [16, 52, 53]. Увеличение этого соотношения, в

частности, за счет сокращения длительности горения дуги обратной полярности, способствует уменьшению ширины шва. Влияние частоты переменного тока на ширину шва однозначно не определено. Авторами работы [56] отмечено сокращение ширины шва при уменьшении частоты тока дуги с 50 до 20 Гц. В работе [57] показано, что изменение частоты переменного прямоугольного тока в диапазоне 25...1000 Гц практически не влияет на ширину шва.

А у^ПП

^ПП ^ОП ё

^оп

Рис. 1.1. Временная диаграмма тока в сварочной цепи: Inn - ток дуги прямой полярности; 10П - ток дуги обратной полярности; tnn - период горения дуги прямой полярности; ton - период горения дуги обратной полярности.

Особое внимание в работах [16, 52, 54, 57, 63] уделено влиянию параметров режима горения дуги на эффективность катодного распыления поверхностной . оксидной пленки. Критерием эффективности этого процесса являлась ширина зоны катодного распыления. Показано, что с увеличением соотношения периодов горения дуги прямой и обратной полярности ширина зоны катодного распыления уменьшается. При частоте переменного тока 100 Гц максимальным является соотношение периодов 11/1, так как в этом случае ширина зоны катодного распыления соизмерима с шириной шва [16].

Асимметрия параметров режима горения дуги прямой и обратной полярности является причиной пульсации её давления с частотой переменного тока [54...56, 64]. Динамическое воздействие на расплав сварочной ванны повышает плотность

металла шва [55, 56, 59, 61] и способствует измельчению его структуры [54...56], что повышает конструкционную прочность соединения [53, 60]. Оптимальными являются частоты переменного тока в диапазоне 30...60 Гц. При больших значениях частоты, в частности, свыше 300 Гц, пульсация давления дуги уменьшается и снижается прочность сварных соединений [56]. Применение низкочастотной модуляции переменного прямоугольного тока интенсифицирует воздействие дуги на сварочную ванну [65, 66].

Асимметрия параметров режима горения дуги прямой и обратной полярности оказывает влияние на стабильность горения дуги и ее пространственную устойчивость [52, 54, 56, 62, 63, 67]. В работе [62] показана возможность повышения стабильности горения дуги за счет увеличения соотношения периодов протекания тока прямой и обратной полярности. При этом повышается пространственная устойчивость дуги, так как уменьшается зона ее блуждания в период протекания тока обратной полярности [16]. Пространственная устойчивость дуги повышается также с увеличением соотношения величин тока дуги прямой и обратной полярности, однако критическим, по мнению авторов работы [56], является соотношение 4/1...4,8/1, так как его превышение приводит к нарушению стабильности горения дуги и снижению эффективности катодного распыления поверхностной оксидной пленки.

1.3. Источники питания для сварки алюминиевых сплавов переменным прямоугольным током

Непрерывное совершенствование источников питания для сварки обусловлено разработкой новых технологических процессов и развитием . элементной базы силовой электроники [68, 123]. Применение современных силовых полупроводниковых приборов и электронных систем управления в источниках питания способствует повышению точности регулирования и стабилизации параметров режима сварки, улучшению динамических свойств и расширению их технологических возможностей [124]. В частности, применение полупроводниковых преобразователей, с целью формирования в сварочной цепи переменного прямоугольного тока, способствует повышению стабильности горения дуги при сварке алюминиевых сплавов неплавящимся электродом и обеспечивает возможность управления тепловложением в электрод и изделие [16, 53 и др.].

В зависимости от принципа построения силовых схем, источники питания для аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов переменным током с прямоугольной формой волны можно разделить на следующие типы:

а) преобразующие однофазный переменный синусоидальный ток сварочного трансформатора;

б) преобразующие постоянный ток сварочного выпрямителя;

в) с индуктивными накопителями энергии;

г) с промежуточным высокочастотным преобразованием энергии питающей сети.

К источникам питания, преобразующим однофазный переменный синусоидальный ток в прямоугольный, относятся источники типа ТИР-300 [70] и Super Pair 300 RP [125]. Они состоят из силового трансформатора с нормальным рассеянием Т1 (рис.1.2); силового тиристорного мост.а VS1...VS4 с линейным дросселем L1 в цепи постоянного тока; блока управления БУ; импульсного возбудителя-стабилизатора дуги И ВС. В установившемся режиме работы поочередное включение пар тиристоров VS1, VS4 и VS2, VS3 происходит не в начале соответствующего полупериода напряжения вторичной обмотки трансформатора, а с фазовым сдвигом ф, значение которого определяет заданную величину тока в сварочной цепи (рис. 1.3). Благодаря тому, что ток в обмотке линейного дросселя L1 (рис.1.2) к моменту включения очередной пары тиристоров моста VS1...VS4 уменьшается незначительно, форма тока в цепи нагрузки -практически прямоугольная (рис. 1.3).

Анализ переходных процессов в сварочной цепи при питании дуги от источника типа ТИР-300, показал, что, несмотря на высокую скорость изменения тока при смене полярности, длительность перерывов в горении дуги составляет 100...200 мкс. При этом повторное возбуждение дуги обратной полярности возможно лишь при наличии высоковольтных импульсов напряжения, вырабатываемых возбудителем-стабилизатором.

Большая индуктивность линейного дросселя L1 (рис.1.2) определяет динамические свойства источников питания такого типа. В частности, после начального возбуждения дуги ток в сварочной цепи достигает установившегося значения по истечении 0,3...0,4 с. В связи с этим в импульсном режиме работы минимальная длительность импульса и паузы составляет 0,5 с. Относительно большие длительности импульса и паузы, а также малая скорость нарастания и

Рис. 1.3. Временные диаграммы напряжения вторичной обмотки трансформатора и тока в сварочной цепи.

спада тока импульса, существенно ограничивают технологические возможности процесса сварки модулированным током. Кроме того, частота тока в сварочной цепи определяется частотой питающей сети, а регулирование соотношения периодов горения дуги прямой и обратной полярности возможно лишь в небольших пределах, так как связано с увеличением установочной мощности силового трансформатора [70].

Существенное расширение диапазона регулирования параметров режима аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов неплавящимся электродом обеспечивают источники питания, преобразующие постоянный ток в переменный прямоугольный. В качестве электронных переключателей полярности тока в цепи нагрузки используются транзисторные [108] и тиристорные [88, 89, 126, 127] мостовые инверторы.

Функциональная схема источника питания на базе /транзисторного инвертора тока представлена на рис.1.4 [108]. В состав источника питания входят: сварочный выпрямитель (СВ) с крутопадающей внешней характеристикой; транзисторный инвертор тока (\/Т1...\/Т4); диоды (\ЛЭ1...\ЛЭ6), препятствующие протеканию обратного тока; высоковольтный выпрямитель (ВВ); транзисторный коммутатор (\/Т5); блок управления (БУ).

Поочередное включение пар транзисторов \/Т1, \/Т4 и УТ2, УТЗ обеспечивает питание нагрузки - сварочной дуги - током, соответственно, прямой и обратной полярности. При этом длительность открытого состояния каждой пары транзисторов, задаваемая блоком управления (БУ), определяет время горения дуги соответствующей полярности и может регулироваться в широких пределах независимо от частоты переменного тока питающей сети.

Для надежной работы инвертора формируется необходимая траектория переключения транзисторных ключей в зоне их безопасной работы с помощью различного рода демпфирующих цепей [128, 141] или путем задержки включения вступающих в работу транзисторов [142, 143]. Процессы отключения и включения соответствующих пар транзисторов разнесены во времени и, следовательно, смена полярности тока в цепи нагрузки осуществляется с кратковременной (10...50 мкс) бестоковой паузой. Для повторного возбуждения дуги обратной полярности на межэлектродный промежуток подается импульс высокого напряжения (рис.1.5) от дополнительного высоковольтного выпрямителя (рис. 1.4) при включении транзистора УТ5 одновременно с транзисторами УТ2, УТЗ. Как показали

2\

У02 Д

\7

404

II

Г®

-о

вв

УТ2

УТ5

XI У06

УТ4

Рис. 1.4. Функциональная схема источника питания для сварки переменным током.

и

О

и.

/ ь *оп

и

Д ОП

пп

г

и

Д ПП

Рис. 1.5. Временная диаграмма напряжения на межэлектродном промежутке.

исследования [108], амплитуда импульсов должна быть не менее 130 В при длительности 100...300 мкс.

В отличие от транзисторов, которые являются полностью управляемыми полупроводниковыми приборами, применение тиристоров в преобразователях постоянного тока связано со схемными усложнениями, так как для их выключения необходимо уменьшать протекающий ток до нулевого значения при помощи специальных коммутирующих устройств [129, 130].

Несмотря на отмеченные особенности работы тиристоров, их использование в преобразователях повышенной мощности более целесообразно [129]. Во-первых, тиристоры обладают более высокой перегрузочной способностью. Во-вторых, тиристоры имеют более высокий коэффициент усиления по току и мощности. В-третьих, обеспечивается возможность управления тиристорами преобразователя сравнительно короткими импульсами.

В ИЭС им.Е.О.Патона разработан источник питания для сварки алюминиевых сплавов прямоугольными разнополярными импульсами тока (рис.1.6) [126]. Он состоит из трехфазного индуктивно-емкостного преобразователя источника напряжения в источник тока 1, трехфазного силового понижающего трансформатора 2, двух встречно-параллельных тиристорных выпрямителей \/31...\/86 и \/в7...\ZS12, устройства поджига дуги 3 и блока управления 4. В процессе работы на нагрузку тиристорные выпрямители включаются поочередно. При включении тиристоров \/31 ...\/36 возбуждается и горит дуга обратной полярности в течение времени ^п (рис. 1.7), которое задается блоком управления. При включении тиристоров \/Б7...\ZS12 возбуждается и горит дуга прямой полярности в течение времени ^п- По истечении времени горения дуги соответствующей полярности блок управления отключает сигналы управления, что приводит к естественному уменьшению тока в проводящих тиристорах моста \/Э1 ...N/36 или \/37...\/312 до нулевого значения и, следовательно, к их выключению. Лишь после этого блок управления обеспечивает включение тиристоров выпрямителя другой полярности, что предотвращает срыв инвертирования.

Из анализа работы данного источника питания следует, что длительность спада тока в выключаемых тиристорах выпрямителя определяется скоростью убывания тока в соответствующих фазах, а перерывы в горении дуги при смене полярности тока соизмеримы с длительностью восстановления запирающих свойств тиристоров. Так как при погасании дуги сопротивление межэлектродного промежутка

VS1...VS6

4 к ! V

ттт

380 В

/

/-

V

к тиристорам

Рис. 1.6. Источник питания для сварки алюминиевых сплавов.

Ч1П

о

* ОП Ч'

и,

пп

о

и,

оп

Ч)П

К-Н

^пп

N

! \

14.

Рис. 1.7. Временные диаграммы тока и напряжения дуги.

возрастает, то для надежного повторного возбуждения дуги необходимо прикладывать к нему повышенное напряжение [6], что обеспечивает индуктивно-емкостной преобразователь (рис.1.6).

Как отмечалось выше, для форсирования процесса выключения тиристоров в преобразователях постоянного тока применяют специальные коммутирующие цепи. При этом импульсная коммутирующая ЭДС вводится параллельно или последовательно выключаемому тиристору [129]. В преобразователях с параллельной коммутацией форма импульсов выходного напряжения зависит от структуры и параметров коммутирующих цепей, так как после выключения тиристоров в течение некоторого времени продолжается приток энергии в нагрузку из реактивных элементов цепей коммутации. В преобразователях с последовательной коммутацией рабочие процессы в нагрузке протекают в значительной мере независимо от электромагнитных пррцессов в коммутирующих цепях, что обеспечивает практически прямоугольную форму импульсов выходного напряжения [129].

На рис.1.8 [127], рис.1.9,а [88] и рис.1.9,б [89] приведены схемы источников питания для сварки переменным прямоугольным током на базе тиристорных мостовых инверторов с принудительной коммутацией параллельного типа. Исходя из особенностей протекания электромагнитных процессов в коммутирующих цепях такого типа, а также с целью предотвращения срыва инвертирования, включение вступающей в работу пары тиристоров инвертора осуществляется по истечении процессов принудительного выключения выходящей из работы пары тиристоров. При этом искусственно создаются условия для существования кратковременных бестоковых пауз в цепи нагрузки при смене полярности, что требует дополнительных мер для повторного возбуждения дуги обратной полярности [108].

В источнике питания [127] (рис. 1.8) эта проблема решается за счет высокого напряжения холостого хода, так как питание тиристорного выпрямителя (\/Б1...\/8) осуществляется непосредственно от сети. В связи с этим источник питания нельзя использовать для ручной сварки.

Источник питания [88] (рис. 1.9,а) обеспечивает повторное возбуждение дуги обратной полярности путем разряда на межэлектродный промежуток конденсатора С при включении тиристоров \/82...\/53. Предварительно конденсатор заряжается от высоковольтного выпрямителя в период горения дуги прямой полярности, так как тиристоры \/32 и УБЗ на этом этапе закрыты, а разряд конденсатора на дугу через

Л

Ао-В о-

и

л

12 С1

VD2

Л

Л

\

Л Л

1\

Уйз ув13

С2 1.3

404

Рис. 1.8. Принципиальная электрическая схема источника питания

V

Рис. 1.9. Функциональные схемы источников питания.

открытые тиристоры \/Б1 и Б4 блокируется диодом \ЛЭ1. Источник питания [89] (рис. 1.9,6) обеспечивает повторное возбуждение дуги также путем разряда на межэлектродный промежуток конденсатора С при включении соответствующей пары тиристоров инвертора (N/81, N/84 или N/82, N/83). Предварительно конденсатор заряжается до высокого напряжения в период бестоковой паузы за счет энергии, накопленной в дросселе 1_. Применение в качестве накопителя энергии конденсатора позволяет достаточно просто решать проблему повторного возбуждения дуги. Однако в процессе горения дуги конденсатор оказывает шунтирующее действие и, следовательно, снижает устойчивость энергетической системы источник питания - дуга [6]. Наиболее перспективным направлением в разработке мостовых тиристорных преобразователей постоянного тока в переменный является применение принудительной коммутации последовательного типа [129]. При этом обеспечивается возможность совмещать во времени процессы включения и выключения соответствующих пар тиристоров мостового инвертора, что значительно сокращает бестоковую паузу при смене полярности тока.

На рис. 1.10 представлена схема источника питания для сварки алюминиевых сплавов переменным током с прямоугольной формой волны [131]. Смена полярности тока в цепи нагрузки (частота 50 Гц) осуществляется путем поочередного включения пар тиристоров (N/82, Х/БЗ) или (N/84, Х/Э5). Выключение соответствующей пары тиристоров осуществляется путем разряда коммутирующего конденсатора С2 на первичную обмотку импульсного трансформатора Т1 или Т2 через тиристор N/81 или Х/Бб. При этом к выключаемым тиристорам прикладывается встречно ЭДС вторичных обмоток трансформатора. Учитывая, что коммутирующий конденсатор заряжается от сети переменного тока, напряжение, прикладываемое к обмотке импульсного трансформатора в момент смены полярности тока, зависит от фазового сдвига. Такая зависимость отражается на условиях коммутации и ограничивает пределы регулирования длительностей горения дуги прямой и обратной полярности.

Одним из путей решения проблемы сварки алюминиевых сплавов переменным прямоугольным током является использование специализированных источников питания на базе индуктивных накопителей энергии, работающих в режиме неполного разряда [68, 132, 133]. На рис.1.11 представлена функциональная схема источника питания типа И-108, разработанного в ИЭС им.Е.О.Патона. В его состав входят: индуктивные накопители энергии [_1 и !_2;

т Р*2

Рис. 1.10. Функциональная схема источника питания.

зарядные устройства ЗУ1 и ЗУ2; тиристорный коммутатор (тиристоры \/81, \/82; конденсатор С1; диоды \Ю1, \Ю2); блок управления БУ. При включенном тиристоре \/81 на дугу разряжается индуктивный накопитель 1.2, что обеспечивает протекание в сварочной цепи тока прямой полярности, а индуктивный накопитель 1_1 заряжается от зарядного устройства ЗУ1. При включении тиристора \/82 тиристор \/Б1 выключается за счет перезаряда конденсатора С1. С этого момента в сварочной цепи протекает ток обратной полярности за счет разряда индуктивного накопителя И, а индуктивный накопитель !_2 заряжается от зарядного устройства ЗУ2.

Рис. 1.11. Функциональная схема источника питания типа И-108.

У V

^ОП ^ПП ---->

I/ ч ?

Рис. 1.12. Временная диаграмма тока в сварочной цепи. *

Надежное повторное возбуждение дуги обеспечивается за счет ЭДС самоиндукции накопителей энергии. Раздельная регулировка напряжения зарядных устройств обеспечивает соответствующее изменение запасаемой энергии в индуктивных накопителях и, следовательно, величины тока дуги прямой и обратной полярности. Так как по мере разряда индуктивных накопителей энергии ток в сварочной цепи уменьшается (рис. 1.12), диапазон регулирования длительностей горения дуги прямой и обратной полярности ограничен. В частности, источник питания И-108 обеспечивает возможность независимой регулировки длительностей горения дуги прямой и обратной полярности лишь в пределах 0,004...0,015 с. при токе 50...400 А.

В Японии [16] разработан источник питания с одним накопителем (рис. 1.13). В его состав входят: зарядные устройства ЗУ1 и ЗУ2; индуктивный накопитель энергии L1; зарядные транзисторы VT1 и VT2; разрядные диоды VD1 и VD2; транзисторные коммутаторы полярности VT3 и VT4; блок управления БУ. Принцип работы источника питания поясняется временными диаграммами тока в отдельных элементах схемы и в цепи нагрузки (рис. 1.14) из которых следует, что среднее значение тока дуги прямой (Inn) и обратной (Ion) полярности определяется длительностью протекания тока (т) через соответствующий зарядный транзистор при заданном периоде его коммутации (Т). При этом минимальная длительность горения дуги разной полярности равна периоду коммутации (Т) зарядного транзистора, а максимальная - практически неограниченна. Высокая частота коммутации зарядных транзисторов позволяет существенно уменьшить индуктивность накопителя энергии и, следовательно, его массу. Все это выгодно отличает данный источник питания от источника типа И-108. Однако необходимость использования двух зарядных устройств, в отличие от одного стандартного сварочного выпрямителя в ранее рассмотренных схемах, препятствует широкому . применению источников питания с индуктивными накопителями энергии.

Развитие силовой полупроводниковой преобразовательной техники явилось предпосылкой для создания инверторных источников питания, в основу которых положен принцип высокочастотного преобразования энергии сети [134, 135]. Высокая частота преобразования (свыше 3 кГц) предварительно выпрямленного напряжения сети обеспечивает источникам питания такого типа существенные преимущества. В частности, значительно уменьшается поперечное сечение сердечника трансформатора и число витков обмоток и, следовательно, уменьшаются габариты и вес трансформатора. Кроме того, коэффициент полезного

УТ1

А

В

С

УТЗ

Рис.1.13. Функциональная схема источника питания.

1(УТ1)

Чуш)

1(УТЗ)

(УТ2)

I *

(У02)

(УТ4)

О

1ДПП

о

доп 4,

Т

чш

-»г

■м

■> г

Рис. 1. 14. Временные диаграммы тока.

действия инверторных источников питания превышает 70%, a cos ф практически равен единице. Наряду со снижением массы и объема источника питания и потребления энергии из сети инверторный способ регулирования обеспечивает высокое быстродействие. Так, например, при частоте преобразования 20 кГц минимальное время реакции инверторного источника питания на возмущение в процессе сварки составляет 25 мкс, а трехфазного тиристорного сварочного выпрямителя (при частоте питающей сети 50 Гц) - 3,3 млс. В настоящее время созданы инверторные источники питания для сварки алюминиевых сплавов неплавящимся электродом переменным прямоугольным током. На рис.1.15,а представлена функциональная схема источника питания [136], в котором высокочастотный инвертор (20 кГц) выполнен на МДП-транзисторах (VT1...VT4), а низкочастотный (50...100 Гц) - нагрузкой которого является сварочная дуга - на биполярных транзисторах (VT5...VT8). Поочередное включение пар транзисторов VT5, VT8 и VT6, VT7 обеспечивает питание сварочной цепи, соответственно, током прямой и обратной полярности. При этом, как отмечалось выше, смена полярности тока осуществляется с кратковременной бестоковой паузой [142,143].

В мультисистеме PSS 5000 (Kemppi, Финляндия) высокочастотный (5 кГц) инвертор выполнен на тиристорах VS1 и VS2, а низкочастотный (50... 100 Гц) - в цепи нагрузки - на тиристорах VS3, VS4 (рис. 1.15,б) [137]. Поочередное включение тиристоров VS3 и VS4 обеспечивает питание сварочной цепи, соответственно, током прямой и обратной полярности. Выключение проводящего тиристора перед сменой полярности тока в нагрузке осуществляется путем естественной коммутации. При этом включение другого тиристора инвертора должно осуществляться по истечении времени восстановления запирающих свойств выключаемого тиристора. Такой алгоритм переключения тиристоров низкочастотного инвертора предполагает наличие бестоковой паузы при смене полярности и, следовательно, требует дополнительных мер для повторного возбуждения дуги. Кроме того, наличие перерывов в горении дуги, начало которых характеризуется высокой скоростью спада тока от амплитудного значения до нуля, а конец - высокой скоростью нарастания тока от нуля до амплитудного значения, является причиной интенсивного излучения акустических колебаний в широком диапазоне частот [138, 139, 140].

У01..ЛЛЭ6

А о

УТ1 УТЗ Т1

-И"

УТ2 УТ4

-И"

__УТ5 УТ7

И

Л

УТ6 УТ8

А о-

В о-

С

■И"

С1

С2

У07

и ^

408 УБ2

Рис. 1.15 Функциональные схемы инверторных источников питания.

1.4. Цель работы и задачи исследования

Проведенный анализ научно-технической литературы показал, что изготовление сварных изделий из тонкостенных алюминиевых сплавов является сложной технологической задачей. Обусловлено это их специфическими физико-химическими свойствами, которые предъявляют ряд требований к технологии сварки и источнику питания. В частности, необходимо обеспечивать высокую скорость сварки, концентрированный ввод тепла в изделие, катодное распыление поверхностной оксидной пленки, воздействие на металл низкочастотных колебаний. С этой точки зрения наиболее перспективным является способ аргонодуговой сварки неплавящимся электродом переменным прямоугольным током, который характеризуется широкими регулировочными возможностями.

Однако до настоящего времени преимущества .данного способа сварки, несмотря на 30-летний период его известности, в полной мере не реализованы. Об этом говорит тот факт, что, например, в России промышленное применение переменного прямоугольного тока для целей сварки до сих пор обеспечивается лишь благодаря использованию специализированных установок типа ТИР-300 (разработка НИКИМТ), которые реализуют только одно из преимуществ такой формы тока: сокращают длительность коммутационных процессов при смене полярности.

Сдерживающим фактором развития технических средств для реализации данного способа сварки и, соответственно, расширения его технологических возможностей является то, что известные результаты исследований получены при относительно больших действующих значениях переменного прямоугольного тока (свыше 100 А). При этом практически отсутствуют сведения об особенностях начального и повторного возбуждения дуги, её физической и пространственной устойчивости.

Таким образом, для эффективного использования переменного прямоугольного тока при сварке алюминиевых сплавов' в среде аргона неплавящимся электродом необходимы дальнейшие исследования, направленные на изыскание путей управления технологическими свойствами дуги.

Целью данной работы является разработка алгоритма модуляции переменного прямоугольного тока и технических средств реализации,

обеспечивающих повышение эффективности аргонодуговой сварки изделий из алюминиевых сплавов малых толщин неплавящимся электродом.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать схему полупроводникового преобразователя постоянного тока в переменный прямоугольный и исследовать коммутационные электромагнитные процессы при смене полярности тока в сварочной цепи.

2. Исследовать особенности начального и повторного возбуждения дуги. Определить причины нарушения устойчивости горения дуги.

3. Исследовать влияние модуляции переменного прямоугольного тока на пространственную устойчивость дуги и её силовые характеристики.

4. Исследовать влияние варьируемых параметров переменного прямоугольного тока на свойства сварных соединений из алюминиевых сплавов.

5. Разработать оборудование, технологические рекомендации по сварке и осуществить внедрение их в производство.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ КОММУТАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ТИРИСТОРНОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ

Проведенный выше анализ показал, что при разработке процесса сварки алюминиевых сплавов переменным прямоугольным током и соответствующих источников питания основное внимание было уделено проблеме формирования в сварочной цепи разнополярных прямоугольных или близких к ним по форме импульсов тока, обеспечивающих независимое регулирование энергии дуги прямой и обратной полярности. При этом не в полной мере удалось реализовать преимущества такой формы тока. В частности, повторное возбуждение дуги обратной полярности практически во всех известных схемных решениях осуществляется (в связи с наличием бестоковой паузы из-за особенностей работы полупроводниковых преобразователей) по аналогии с синусоидальной формой тока - путем пробоя межэлектродного промежутка импульсом высокого напряжения. Такое решение проблемы повторного возбуждения дуги обратной полярности предполагает использование дополнительных устройств - импульсных стабилизаторов, работа которых должна быть строго синхронизирована с процессами в сварочной цепи.

В связи с этим возникает необходимость в разработке принципиально нового схемного решения полупроводникового преобразователя, исключающего применение дополнительных импульсных стабилизаторов и обеспечивающего стабильное горение дуги переменного прямоугольного тока в широком диапазоне режимов сварки.

2.1. Выбор схемы полупроводникового преобразователя

Исходя из существенных преимуществ систем питания дуги, основанных на принципе преобразования постоянного тока в переменный прямоугольный, была разработана схема мостового тиристорного преобразователя с принудительной коммутацией последовательного типа (рис.2.1) [144, 145]. В состав преобразователя входят: сварочный выпрямитель 1 с жесткой внешней характеристикой; зарядный выпрямитель 2 с регулируемым напряжением; балластный реостат [41; конденсатор фильтра С1; обратный диод \Я)1; зарядный тиристор \/81; коммутирующий конденсатор С2; коммутирующие тиристоры \/82, . Х/ЭЗ; коммутирующие трансформаторы Т1, Т2; тиристоры инвертора \/84... \/Э7, к которым подключены

~1—о 1 4

чт ->

чш

к тиристорам

Заключение диссертации по теме «Технология и машины сварочного производства», Киселев, Алексей Сергеевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель тиристорного преобразователя, позволяющая определять оптимальные параметры элементов схемы и их влияние на электромагнитные процессы при смене полярности тока.

2. Экспериментально установлено, что начальное возбуждение дуги между вольфрамовым электродом и изделием из алюминиевого сплава бесконтактным или контактным способом следует осуществлять при обратной полярности питающего напряжения и заданной величине тока 3.5 А.

3. Для надежного повторного возбуждения дуги переменного прямоугольного тока при первой смене полярности с обратной на прямую необходимо программировать режим горения дуги обратной полярности таким образом, чтобы сопротивление межэлектродного промежутка после её гашения было соизмеримо с сопротивлением дуги прямой полярности при заданной величине тока. Для повторного возбуждения дуги обратной полярности необходимо кратковременно прикладывать к межэлектродному промежутку напряжение с амплитудой не менее 225 В.

4. Устойчивость горения дуги переменного прямоугольного тока при соблюдении условий, обеспечивающих надежное повторное возбуждение дуги прямой и обратной полярности, соизмерима с устойчивостью дуги постоянного тока прямой полярности и определяется заданной величиной тока и электрофизическими свойствами вольфрамового электрода.

5. В период протекания тока обратной полярности отклонение дуги связано с интенсивным перемещением катодных пятен по окисленной поверхности алюминиевого сплава, а в начальный период протекания тока прямой полярности пространственное положение дуги определяется местом формирования анодного пятна, которое совпадает с предыдущим сосредоточением катодных пятен. Экспериментально установлено, что пространственное положение дуги прямой полярности стабилизируется в случае кратковременного ограничения тока дуги обратной полярности до уровня 5 А на завершающем этапе её горения.

6. Установлено, что при увеличении тока импульса прямой полярности и длительности паузы тока прямой полярности, а также при уменьшении тока паузы прямой полярности и тока обратной полярности увеличивается коэффициент контрагирования плазменного потока и амплитудное значение давления дуги прямой полярности и, соответственно, повышается её пространственная устойчивость.

7. Применение пульсирующего режима горения дуги с наложением дополнительных импульсов тока малой длительности в период низкого энергетического уровня обеспечивает улучшение свойств сварных соединений.

8. Разработан мостовой тиристорный преобразователь постоянного тока в переменный прямоугольный, который позволяет осуществлять амплитудную и временную модуляцию параметров режима и в полной мере отвечает специфическим требованиям процесса сварки алюминиевых сплавов неплавящимся электродом в среде аргона. Результаты исследований внедрены на трех промышленных предприятиях и используются при изготовлении сварных конструкций из алюминиевых сплавов толщиной 0.5.3 мм.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Киселев, Алексей Сергеевич, 1998 год

Список литературы

1. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / Под ред. Б.Е.Патона.- М.: Машиностроение, 1974.- 768 с.

2. Газоэлектрическая сварка алюминиевых сплавов / С.Н.Киселев, В.А.Хаванов, В.В.Рощин, В.И.Таран,- М.: Машиностроение, 1972,-176 с.

3. Бродский А .Я. Аргоно-дуговая сварка вольфрамовым электродом.- М.: Машгиз, 1956.- с.

4. Белинский С.М., Каганский Б.А., Темкин Б.Н. Оборудование для сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов,-Л.: Энергия, 1975.-100 с.

5. Рабкин Д.М., Фурсов В.А. О процессе катодного распыления в сварочной дуге //Физика и химия обработки материалов.-1973. № 5.- С. 22-28.

6. Лесков Г.И. Электрическая сварочная дуга.- М.: Машиностроение, 1970.335 с.

7. Приэлектродные процессы в дуговых разрядах /М.Ф.Жуков, Н.П.Козлов,

A.В.Пустогаров и др.- Новосибирск: Наука, 1982.-157 с.

8. Кесаев И.Г. Катодные процессы электрической дуги.- М.: Наука, 1968.- 244

с.

9. Гвоздецкий В.С., Рублевский И.Н., Яринич Л.М. Преддуговые процессы на холодных катодах со слабоионизированным разрядным промежутком // Автоматическая сварка.- 1977,- № 10.- С. 17-22.

10. Оборудование для дуговой сварки: Справочное пособие / Под ред.

B.В.Смирнова.-Л.: Энергоатомиздат, 1986.- 656 с.

11. Амосов В.М., Карелин В.А., Кубышкин В.В. Электродные материалы на основе тугоплавких металлов.- М.: Металлургия, 1976.224 с.

12. Влияние присадки окислов некоторых редких и редкоземельных металлов на свойства вольфрамовых электродов / Д.М.Рабкин, О.Н.Иванова, С.И.Платова и др. // Автоматическая сварка.-1964. № 4.- С.5-9.

13. Елагин В.М., Кислюк Ф.И. О влиянии химического состава вольфрамового электрода на характер его разрушения и блуждание дуги // Сварочное производство.-1972.- № 6.- С.7-9.

14. Анисимов В.В., Букаров В.А., Нестеров А.Ф. Оценка коэффициентов диффузии легирующих элементов вольфрамовых электродов при дуговой сварке // Сварочное производство,- 1988,- № З.С.37-38.

15. Руководство по аргонодуговой сварке соединений элементов алюминиевых строительных конструкций / ЦНИИСК им.Кучеренко.- М.: Стройиздат, 1984.-95 с.

16. Miyake H., Kokura S., Shinida T. Effects of Current Wave Shape on Ark Characteristics and Weld Shape of Thin Aluminium Plates by Rektangular Wave AC TIG Welding // J. Light Metal Weld, and Constr.,- 1985.- V.23, № 10,- P.433-439.

17. Дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа и плазменная сварка в 80-е годы. Часть 1. Технологические основы / Харьковское отделение Бюро переводов,- № 3100/3.- Харьков, 14.07.83.- 23 е.- Пер. ст.: Lucas W. TIG and plasma welding in the 80 s. Past 1. Process fundamentals-TIG // Metal Construction.-1982.- V.14, № 9.- P.488-492.

18. Сварка алюминия и его сплавов / ВЦП.- № Л-60285.- М., 04.02.86,- 11 с,-Пер. ст.: Welding and metal fabrication.- 1985. - V.53, № 7,- P.293, 295.

19. Микроплазменная сварка / Б.Е.Патон, В.С.Гвоздецкий, Д.А. Дудко и др.-Киев: Наукова думка, 1979,- 248 с.

20. А.с. 408727 СССР, МКИ В23К 9/06. Способ возбуждения дуги переменного тока / Г.И.Левин.- № 1698185/25-27; Заявл. 20.09.71; Опубл. 30.11.73, Бюл. № 48 // Открытия. Изобретения.-1973,- № 48.

21. Патон Б.Е., Завадский В.А. Импульсное зажигание дуги с целью значительного снижения напряжения сварочного трансформатора // Автоматическая сварка,-1954.- № 4.- с.46-52.

22. Патон Б.Е., Завадский В.А. Импульсное зажигание дуги при газоэлектрической и ручной дуговой сварке // Автоматическая сварка.- 1956.- № 3.-с.26-35.

23. Дыменко В.В., Заруба И.И. Стабилизация дугового разряда при сварке на переменном токе // Автоматическая сварка.-1978. № 3,- с.37-41.

24. Тиходеев Г.М. Энергетические свойства электрической сварочной дуги.-М,- Л.: АН СССР, 1961,- 254 с.

25. Малин В.Е. Влияние постоянной составляющей тока на энергетические характеристики дуги переменного тока, горящей в аргоне // Автоматическая сварка.-1971.- № 5,- С. 18-22.

26. Фролов В.В. Физико-химические процессы в сварочной дуге. - М.: Машгиз, 1954.-131 с.

27. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. / Редкол.: Г.А.Николаев и др.- М.: Машиностроение, 1978.-Т.1 / Под ред. Н.А.Ольшанского, 1978.- 504 с.

28. Перспективные методы сварки алюминиевых сплавов / ВЦП.- № Е-14007.-М., 21.04.83.- 9 е.- Пер. ст.: Better ways to make aluminium welds // Welding Design and Fabrication.-1981.- V.54, № 54, № 5,- P.83-86.

29. Болдырев A.M. О механизме формирования структуры металла шва при введении низкочастотных колебаний в сварочную ванну // Сварочное производство.-1976.-№ 2,- С.52-54.

30. Абралов М.А., Абдурахманов Р.У. Аргонодуговая сварка алюминиевых сплавов.- Ташкент: Фан, 1989.-232 с.

31. Структура и свойства металла швов на сплаве АМгб при сварке с электромагнитным перемешиванием / В.П.Черныш, В.В.Сыроватка, А.Ф.Грищенко и др.//Автоматическая сварка. 1972.-№ 11.С. 16-19.

32. Расчетный анализ макроструктуры металла шва при сварке с электромагнитным воздействием / Н.Ник.Прохоров, Н.Н.Прохоров, И.Г.Тюменцев,

B.М.Полунин II Сварочное производство.- 1986,- № 8. - С.30-32.

33. Болдырев А.М., Дорофеев Э.Б., Антонов Е.Г. Управление кристаллизацией металла при сварке плавлением II Сварочное производство.-1971,- № 6,- С.35-37.

34. Влияние электромагнитного перемешивания на структуру кристаллизации металла шва при сварке сплава 5052 / ВЦП. № Л-50589.М., 03.01.86.- 29 е.- Пер. ст.:

C.Мукаэ и др. // J.Light Métal Weld. and Constr.,-1984,- V.22. № 7,- P.299-309.

35. Автоматическая сварка неплавящимся электродом тонколистовых алюминиевых сплавов импульсной дугой / Г.А.Славин, А.В.Петров, С.В.Смирнова, Г.М.Короткова // Сварочное производство,-1965. № 12,- С. 18-20.

36. Влияние параметров импульсной дуги на герметичность сварных соединений из сплава АМгб / Г.Д.Никифоров, Е.М.Лапин, Г.А.Славин, В.И.Букуров // Сварочное производство.-1975.- № 4.- С. 18-21.

37. Оптимизация параметров режима сварки тонколистовых алюминиевых сплавов с наложением на дугу кратковременных импульсов тока / Г.А.Славин, Н.М.Трохинская, В.И.Рязанцев и др. // Сварочное производство.- 1986.- № 1.- С.14-15.

38. Шигаев Т.Г. Сварка модулированным током // Итоги науки и техники. Сер. Сварка,- Т. 17.- М.: ВИНИТИ, 1985,- С.91-133.

39. Никифоров Г.Д. Металлургия сварки плавлением алюминиевых сплавов. -М.: Машиностроение, 1972.- 264 с.

40. Новиков О.М., Крюковский В.Н., Жандарев А.П. Влияние электромагнитного перемешивания сварочной ванны на процессы дегазации и разрушения окисных плен в сварных швах сплава Амгб II Сварочное производство.-1975.- № 11.- С.14-15.

41. Структура и свойства металла шва при сварке в продольном электромагнитном переменном поле низкой частоты / Е.В.Бардокин, В.И.Ливенец, В.А.Окишор и др. // Сварочное производство,- 1975. №11.- С. 12-14.

42. Влияние управляющего магнитного поля на структуру и герметичность сварных швов из сплава АМгб / Ю.И.Ситявин, Г.Л.Зубриенко, А.Е.Эйдельштейн и др. // Сварочное производство. - 1978. № 9.- С.33-35.

43. Измельчение структуры металла шва при сварке дугой, колеблющейся в поперечном магнитном поле / А.М.Болдырев, Ю.С.Ткаченко, Н.П.Толоконников и др. //Автоматическая сварка.- 1975. № 7.- С.70-71.

44. Повышение качества сварного шва за счет низкочастотных колебаний дуги / ВЦП,- № М-19688.- М., 25.05.86. - 17 е.- Пер. ст.: Improving Weld Quality by Low Frequency Arc Oscillation // Welding Journal.- 1985.- № 3.- P.51-55.

45. Рабкин Д.М. Металлургия сварки плавлением алюминия и его сплавов. -Киев: Наукова думка, 1986,- 256 с.

46. Рыкалин H.H. Расчеты тепловых процессов при сварке.- М.: Машгиз, 1951,- 296 с.

47. Dorn L., Jahn P., Dietrich Th. Einflus der impulsparameter aufdie Schweisgutebeim WIG-impulsschweisen von AIMgSilF28 II Aluminium (BRG).-1981.- 57, № 9,- S.591-594.

48. Об оценке герметичности сварных соединений сплава АМгб при импульсной сварке / Г.Д.Никифоров, Е.А.Булгачев, Е.М.Лапин, Н.Е.Черкесов // Сварочное производство.-1972.- №11.- С.46-48.

49. Kiesche Manfred. Moduliertes WIG-Schweisen von Aluminium- verkstoffen // ZIS-Mitt.-1976.- 18, № 6,- S.577-582.

50. Лазерно-дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа алюминиевого сплава 5052 / ВЦП.- № Л-06404.- М., 03.03.85.- 22 е.- Пер. ст.: Laser-GTA Welding of Aluminium Alloy 5052 // Welding Journal.- 1984.- V.63, № 6,- P. 1824.

51. Ерохин A.A. Основы сварки плавлением. М.: Машиностроение, 1973.- 448

с.

52. Дуговая сварка алюминия переменным током с прямоугольной формой волны // Экспресс - информация. Автоматизированный электропривод, электротехнология и электроснабжение промышленных предприятий.- М.: ВИНИТИ, 1970,-№9,-с. 14-23.

53. Рабкин Д.М., Воропай Н.М., Мишенков В.А. Аргонодуговая сварка алюминиевых сплавов при прямоугольной форме кривой переменного тока // Автоматическая сварка.-1968.- № 7.- С.74-75.

54. Короткова Г.М., Славин Г.А., Филиппов М.А. Исследование процесса сварки дугой переменного тока прямоугольной формы //Сварочное производство. 1971.- № 10.- С.4-6.

55. Сварка сплава 1420 / Патон Б.Е., Ищенко А.Я., Чаюн А.Г. — В кн.: Металловедение алюминиевых сплавов.- М.: Наука, 1985,- С.48-55.

56. Аргонодуговая сварка алюминиевого сплава 01420 разнополярными импульсами тока / А.Я.Ищенко, А.Г.Чаюн, В.А.Мишенков и др. // Автоматическая сварка. -1978.- № 10,- С.48-50.

57. Сварка тонких алюминиевых пластин неплавящимся электродом в инертном газе от источника переменного тока с прямоугольной формой импульсов тока / Syoji Moritaka, Ikkai Toshikage, Onuma Akira, Ishimaru Kazuyuki //Есэцу гаккайси, J. Jap. Weld. Soc.- 1978.V.47, № 11.- P.747-752 (Отд. вып. РЖ "Сварка", 1979, 6.63.247).

58. Новые концепции в разработке источников сварочного тока для аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом. Докл.7 / Loweri J. A new concept for AC/DC power sources for TIG-welding. Paper 7 //Adv. Weld. Processes. 4th Int. Conf.,

. Harrogate, 1978.- Vol.1.- Abington.- 1978,- P.161-169 ( Отд. вып. РЖ "Сварка", 1979, 6.63.308 ).

59. Выбор режима аргонодуговой сварки на асимметричном разнополярном токе сплава 01420 / А.Г.Чаюн, Н.Н.Фортунатова, В.А.Легостаев, М.И.Саенко // Автоматическая сварка. -1979.- № 1. С.33-35.

60. Ищенко А.Я. Свариваемость современных высокопрочных алюминиевых сплавов // Автоматическая сварка. -1979.- № 2.- С. 18-22.

61. Коэффициенты асимметрии режимов аргонодуговой сварки и их влияние на свойства соединений сплава 01420 / И.В.Пентегов, А.Г.Чаюн, В.А.Легостаев, Е.П.Стемковский //Автоматическая сварка.-1979.- № 5.- С.20-22,32.

62. Влияние отношения времени прямой полярности на электроде к времени обратной полярности на качество сварного соединения при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом тонких алюминиевых листов с применением источника переменного тока с импульсами прямоугольной формы / Kokura S., Miyake H., Sato A., Shoji M., Sugiyama S., Ikkai T. //Есэцу гаккайси, J. Jap. Weld. Soc.- 1982.-V.51, № 12,- P.32-36 (Отд. вып. РЖ "Сварка", 1982, 12.63.196).

63. A better way to weld aluminium // Welding Design and Fabrication.- 1977.-V.50, № 8.-P.61-62.

64. Влияние полярности тока при дуговой сварке неплавящимся электродом в инертном газе алюминия от источника переменного тока стиристорным регулятором / Okada Toshiyuki, Iwamoto Yasuhiro, Wakino Yoshihiko // Кэйкиндзоку есэцу. J. Light Metal Weld, and Constr. -1978,- V.16, № 12.- P.537-543 (Отд. вып. РЖ "Сварка", 1979, 5.63.153).

65. Аргонодуговая сварка сплава 1420 модулированным асимметричным током прямоугольной формы / Р.В.Илюшенко, И.Е.Склабинская, Н.Г.Третяк - В кн.: Тез. докл. Ill Всесоюзной коеференции по сварке цветных металлов.- Тольятти, 1986.- С. 16-17.

66. Источник И-126 для аргонодуговой сварки легких металлов и их сплавов переменным модулированным асимметричным током / И.В.Пентегов, В.А.Легостаев, Е.П.Стемковский, В.Д.Дорошенко - В кн.: Тез. докл. научно-технической конференции сварщиков Урала и Казахстана "Сварка модулированным током".-Караганда, 1985.С.38-39.

67. Явление повторного возбуждения дуги при сварке на переменном токе неплавящимся электродом в инертном газе / Mobuhara Sadao, Kubota Takefumi II Химэдзи коге дайгаку кэнкю хококу, Repts Himeji Inst. Technol. - 1977.- № 30A.- P.41-46 ( Отд.-вып. РЖ "Сварка", 1978, 8.63.195 ).

68. Лебедев В.К., Заруба И.И., Пентегов И.В. Тенденции развития источников питания для дуговой сварки //Автоматическая сварка, -1982.- № 8.- С. 1-9.

69. Iversen К., Schellong В. Vielfach die bessere Losung: Wolfram -Inertgasschweisen von Aluminium mit Wechseldern Polung // Praktiker. 1983.- 35, № 9.-S.400, 402.

70. Закс М.И., Каганский Б.А., Печенин A.A. Трансформаторы для электродуговой сварки.- Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988.-136 с.

71. A.c. 595098 СССР, МКИ В23К 9/06. Способ оценки устойчивости горения сварочной дуги / В.П.Лугин, А.Т.Светлов. Бюл. № 8 // Открытия. Изобретения. 1978.-№ 8.

72. Болдырев A.M., Князьков А.Ф., Киселев A.C. Возбуждение дуги при сварке алюминиевых сплавов неплавящимся электродом переменным прямоугольным током модулированным по амплитуде - В кн.: Тез. докл. научно-технической конференции сварщиков Урала и Казахстана "Сварка модулированным током ".Караганда, 1985.- С.18-19.

73. Дудко Д.А., Федотенков В.Г., Махлин Н.М. Тиристорные генераторы импульсов типа УПД-1 // Автоматическая сварка. 1980.- № 6.- С.61-63.

74. Болотин И.Б., Эйдель Л.З. Измерение в переходных режимах короткого замыкания. - 2-е изд., перераб. и доп.-Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1981.-192 с.

75. Векслер М.С., Теплинский A.M. Шунты переменного тока. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987,-120 с.

76. Гуревич С.М. Справочник по сварке цветных металлов.- Киев: Наукова думка, 1981.- 608 с.

77. Давыдов В.А., Беляков О.В. Устройство дистанционного автоматического зажигания дуги при сварке неплавящимся электродом // Сварочное производство. 1986. - № 7,-С.26-27.

78. A.c. 578173, МКИ В23К 9/16. Способ возбуждения электрической дуги при сварке / М.С.Гриценко, М.П.Андреев. № 1963082/25-27; Заявл. 01.10.73; Опубл. 30.10.77, Бюл. № 40 // Открытия. Изобретения. -1977. № 40.

79. Willgoss R.A. Touch Start Techniques for TIG Welding // Welding and Metal . Fabrication. -1984,- V.52, № 4.- P. 154-159.

80. Лозовский В.П., Завирюха В.И., Тимошенко А.Н. Особенности контактного возбуждения дуги при сварке неплавящимся электродом алюминиевых сплавов II Автоматическая сварка. -1989.- № 2.С.47-48.

81. Weinschenk Н., Schellhase М. Messungen der Bogenbrenn - stabilitat von Schutzgasschweislichtbogen an abschmelzender Elektrode // Schweistechnik. - 1973.23, № 6,- S.246-267.

82. Короткова Г.М. Проводимость дуги переменного тока при сварке сплава АМгб. - В кн.: Тез. докл. III Всесоюзной конференции по сварке цветных металлов,-Тольятти, 1986,- С.4-5.

83. Налимов В.В., Чернова H.A. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов.- М.: Наука, 1965.- 340 с.

84. Патон Б.Е. Об оценке стабилизирующих свойств флюса для автоматической сварки //Автоматическая сварка.-1950.- № 2.С.85-89.

85. Кирдо И.В. О механизме повторного зажигания сварочной дуги переменного тока // Автоматическая сварка. - 1956.- № 6,- С.38-53.

86. Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок. Пер. с англ.- М.: Мир, 1985.- 272 с.

87. Финкельнбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма. -М.: Иностр.лит.,1961.- 369 с.

88. Пат. 52-46901 Япония, кп. 12 В 112.2, (В23К 9/09). Аппарат для электродуговой сварки на переменном токе / К.Такаюки, С.Акира. - № 50-98557; Заявл. 15.08.75; Опубл. 29.11.77, Вып. № 7 II Изобретения в СССР и за рубежом. -1978,- №7,- С.110.

89. Пат. 52-42537 Япония, кл. 12 В 112.2, (В23К 9/06). Аппарат для электродуговой сварки / К.Такаюки, С.Акира.- № 50-98558; Заявл. 15.08.75; Опубл. 25.10.77, Вып. № "6 // Изобретения в СССР и за рубежом.-1978,- № 6,- С. 124.

90. Новиков О.Я. Устойчивость электрической дуги.-Л.:Энергия, 1978. -156 с.

91. Патон Б.Е. Устойчивость горения дуги в сварочной цепи, содержащей индуктивность с насыщенным стальным магнитопроводом // Автоматическая сварка.-1951,- № 2,- С.56-63.

92. Залесский А.М. Электрическая дуга отключения.- М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963,- 266 с.

93. Кирдо И.В. О физических процессах при повторном зажигании дуги переменного тока // Автоматическая сварка.-1956.- С.1-16.

94. Троицкий В.А., Шигаев Т.Г. Критерий устойчивости горения дуги переменного тока // Автоматическая сварка. -1982.- № 11 .С.21-23.

95. Князьков А.Ф., Киселев A.C. Исследование устойчивости горения малоамперной дуги переменного тока с прямоугольной формой волны. В кн.: Тез. докл. к областному семинару "Сварка и пайка в приборостроении". Пенза, 1981.-С. 17-18.

96. Князьков А.Ф., Киселев A.C. Питание дуги переменным прямоугольным током при сварке алюминиевых сплавов. - В кн.: Актуальные проблемы сварки цветных металлов: Докл. II Всесоюзной конф.- Киев: Наукова думка, 1985.- С. 145147.

97. Столбов В.И., Потехин В.П. Модель нагрева поверхности сварочной дугой //Автоматическая сварка,- 1979.- № 12,- С. 10-12.

98. Ковалев И.М. Пространственная устойчивость движущейся дуги с неплавящимся катодом // Сварочное производство. -1972,- № 8.С.1-3.

99. Столбов В.И. Исследование формы сварочной дуги // Автоматическая сварка,-1979,- № 2,- С. 15-17,22.

100. Импульсно-дуговая сварка тонких алюминиевых листов вольфрамовым электродом в среде инертного газа / ВЦП.М"А-50271,- М., 14.06.78.32 е.- Пер. ст.: Сугияма С. // Арутопиа.-1977.- Т.7, № 5,- С. 19-28.

101. Симоник А.Г., Петров A.B. Некоторые причины блуждания дуги и нестабильного проплавления при аргоно-дуговой сварке неплавящимся электродом // Сварочное призводство.-1968,- № 10,- С.34-36.

102. Фан Ван Лан. Динамика катодного пятна дуги при сварке алюминиевого сплава // Автоматическая сварка.- 1979.- № 6.С. 19-20.

103. Самервилл Дж. М. Электрическая дуга,- М,- Л.: Госэнерго- издат, 1962.120 с.

104. Ковалев И.М., Акулов А.И., Мартинсон Л.К. О некоторых закономерностях в течениях дуговых плазменных потоков // Физика и химия обработки материалов.-1972,- № 2,- С.9-14.

105. Электрическая дуга при сварке / ВЦП,- № М-04340,- М., 19.03.86.91 с.-Пер. ст.: The electric arc in welding // The Physics of Welding.Oxford: International

. Institute of Welding, 1984.-P. 134-203.

106. Ковалев И.М., Акулов А.И. Устойчивость сварочной дуги в поперечном магнитном поле // Сварочное производство,-1965,- № 10. - С.6-9.

107. Болдырев A.M., Биржев В.А. Влияние продольного магнитного поля на проплавляющую способность сварочной дуги прямой полярности с неплавящимся электродом // Сварочное производство.- 1982.- № 4.- С. 10-11.

108. Дуговая сварка на переменном токе алюминиевых сплавов вольфрамовым электродом в среде инертного газа / Информэлектро. № 51102.-Вильнюс, 02.09.86,- 16 е.- Пер. ст.: Maruo Н., Hirata Y. Rectanqular ware AC TIG

welding of aluminium alloy // International Institute of Welding. Document.-1986.- № 212647-86.- P. 1-10.

109. Вакуумные дуги: Пер. с англ. / Под ред. Дж. Лафферти.- М.: 1982.- 432 с.

110. Лебедев В.К., Пентегов И.В. Силовое воздействие сварочной дуги // Автоматическая сварка,-1981.- № 1,- С.7-15.

111. Ерохин A.A. Силовое воздействие дуги на расплавленный металл // Автоматическая сварка.-1979.- № 7.- С.21-25.

112. Селяненков В.Н. Некоторые зависимости тепловых и силовых характеристик дуги от электрического режима и геометрических параметров электрода // Сварочное производство.-1981.- № 11.- С.4-6.

113. Суздалев И.В., Явно Э.И. Распределение силового воздействия сварочной дуги по поверхности активного пятна в зависимости от длины дуги и формы неплавящегося электрода // Сварочное производство. 1981,- № 11,- С. 11-13.

114. Газодинамическое давление открытой импульсной дуги / Н.С.Барабохин, Н.В.Шиганов, И.Ф.Сошко, .В.Иванов // Сварочное производство,- 1976,- № 2,- С.4-6.

115. Ильенко H.A., Ситников Б.В. Измерение переходного давления сварочной дуги // Сварочное производство. - 1978.- № 5.- С.50-51.

116. Влияние формы электрода на давление дуги при сварке неплавящимся электродом в инертном газе / ВЦП.- № М-13732. - М., 30.04.86.- 16 с.Пер ст.: Effect of Electrode Geometry on Maximum Arc Pressure in Gas Tungsten Arc Welding II Есэцу гаккай ромбунсю Quart. J. Jap. Weld. Soc.- 1985,- V.3, № 2,- P.246-252.

117. Селяненков В.Н. Исследование силовых характеристик сварочной дуги и разработка методов и средств их измерения: автореф. дис. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. - Свердловск, 1979.- 25 с.

118. Cook G.Е., Eassa E.H. The effect of high-frequency pulsing of a Welding arc . II IEEE Transactions on Industry Applications. 1985.- V.21, № 5,- P. 1294-1299.

119. Киселев A.C., Князьков А.Ф., Болдырев A.M. Влияние модуляции переменного тока с прямоугольной формой волны на силовое воздействие дуги - В кн.: Тез. докл. на Всесоюзн. семинаре "Применение импульсных процессов в сварке" Ростов-на-Дону, 1987.-С.24-25.

120. Селяненков В.Н. Методы экспериментального определения силовых характеристик потока плазмы сварочной дуги //Автоматическая сварка. 1980.- № 10.-С. 28-30.

121. Степанов В.В., Селяненков В.Н. Методика измерения давления сварочной дуги // Автоматическая сварка.-1977,- № 4.- С. 1-3.

122. Шоек П.А. Исследование баланса энергии на аноде сильноточных дуг, горящих в атмосфере аргона // Современные проблеммы теплообмена.М.-Л.: Энергия, 1966,- С.110-139.

123. Васильев A.C., Гуревич С.Г., Иоффе Ю.С. Источники питания электротемических установок,- М.: Энергоатомиздат, 1985.- 248 с.

124. Brown Stuart С. Power supplies in the age of electronics // Welding Desing and Fabrication.-1979,- V.52, № 12,- P.64-69.

125. Akiyama O. Recent TIG Arc Welder for Light Metal // Кейкиндзоки есэцу, J. Light Metal Weld, and Cjnstr. - 1979,- V.17, № 8,- P.352-358.

126. Источник питания для сварки алюминиевых сплавов прямоугольными импульсами тока / Л.Н.Быков, Н.М.Воропай, В.А.Мишенкрв и др. // Автоматическая сварка. -1972,- № 7,- С.72-73.

127. Smith G.A., Brown U.I. An inverter power source for welding application // lEE.-1977,- V.49.- P.58-61.

128. Глазенко T.A., Хрисанов В.И. Полупроводниковые системы импульсного асинхронного электропривода малой мощности.- Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983,-176 с.

129. Глазенко Т.А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока.- Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1973.- 304 с.

130. Герман-Галкин С.Г. Широтно-импульсные преобразователи. - Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1979.- 96 с.

131. Левин Г.И., Виноградов В.А. Источник питания для сварки алюминия малых толщин // Сварочное производство.-1972.- С.43-44.

132. Легостаев В.А. Источник питания И-108 для аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом легких сплавов.- В кн.: Актуальные проблеммы сварки цветных металлов: Докл. I Всесоюзной конф.Киев: Наукова думка, 1978.- С.201-206.

133. Ивашин В.В., Чернявский Н.И. Сварочный генератор разнополярных импульсов с высокой скоростью прохождения тока через нулевое значение. В кн.: Тез. докл. на научно-техн. конф. "Пути повышения эффективности сварочного производства". Красноярск, 1982.

134. Источники питания для дуговой сварки с использованием инверторов / И.В.Пентегов, С.Н.Мещеряк, В.А.Кучеренко и др. // Автоматическая сварка.- 1982.-№ 7,- С.29-35.

135. Фетисов Г.П., Синельников Н.Г. Статические высокочастотные преобразователи энергии для дуговой сварки // Автоматическая сварка. 1982.- № 7.-С.59-63.

136. Выбор источника питания для дуговой сварки неплавящимся электродом в инертном газе / Kasima Т., Mita Т., Yamanaka Y. // Есэцу гидзюцу. Weld Technol.-

1988,- V.36, № 2,- P.72-79 ( Отд. вып. РЖ "Сварка", 1989, 1.63.256 ).

137. Новая техника сварочных установок - улучшение производительности и качества сварки: Проспект / Яри Кемппи/хю. 1985.-10 с.

138. Акустическое измерение напряжения дуги применительно к дуговой сварке и к электродуговым печам / Информэлектро. № 46902.- Вильнюс, 28.11.83.12 е.- Пер. ст.: Drouet М., Nadea F. Acoustic measurement of the arc woltage applicable to arc welding and arc furnace // Journal of Phisics E: Science Instrumentation.- 1982.-V.15, № 13.P.268-269.

139. IIW Doc. VIII-1342-86. Investigation on Welding Arc Sound (Report III) -Effects of Current Waveforms on TIG Welding Arc Sound. Arata Y., Inoue K., Futamata M„ Toh T.

140. IIW Doc. VI11-1344-86. Investigation on Welding Arc Sound (Report V) -Effects of Current Waveforms on TIG Welding Arc Sound (II). Futamata M., Toh Т., Inoue K., Mario H.

141. Заявка 6415283 Япония, МКИ B23K 9/06. Установка для дуговой сварки / Ясухара Йосимити, Кодзима Масато, Китасима Акихико.- № 62172412; Заявл. 09.07.87; Опубл. 19.01.89 // Коккай токке кохо. Сер. 2(2).- 1989.-4.-С.481-484 (Отд. вып. РЖ "Сварка", 1989, 12.63.192П).

142. Заявка 645671 Япония, МКИ В23К 9/06. Источник питания для дуговой сварки / Тэраяма Кикуо, Аагасака Моритоси.- № 62-160475; Заявл. 26.06.87; Опубл. 10.01.89 // Кокай токке кохо. Сер. 2(2). 1989,- 2.- С.421-432 (Отд. вып. РЖ "Сварка",

1989, 12.63.183П).

143. Заявка 63313669 Япония, МКИ В23К 9/06, Н02М 7/48. Способ и устройство управления источником питания для дуговой сварки / Касима Такаюки, Сакабэ Акира, Яманака Йосифуми.- № 62-146952; Заявл. 15.06.87; Опубл. 21.12.88 //

Кокай токке кохо. Сер. 2(2). 1988,- 79,- С.375-381 (Отд. вып. РЖ "Сварка", 1989, 12.63.189П).

144. Князьков А.Ф., Киселев A.C., Зуев В.М. Источник питания для сварки алюминиевых сплавов малых толщин - В кн.: Тез. докл. областной научно-практической конференции "Машиностроению - прогрессивную технологию и высокое качество деталей".- Тольятти, 1983.- С.36.

145. Князьков А.Ф., Киселев A.C. Управляемый источник питания для сварки неплавящимся электродом - В кн.: Тез докл. V Всесоюзной научно-практической конференции "Автоматизация новейших электротехнологических процессов в машиностроении на основе применения полупроводниковых преобразователей частоты с целью экономии материальных, трудовых и энергетических ресурсов".-Уфа, 1984,-С.40.

146. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники: В 2-х т. Учебник для вузов. Том 1.-3-е изд., перераб. и доп.-Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981,- 536 с.

147. Конторович М.И. Операционное исчисление и процессы в электрических цепях: Учебное пособие для вузов.- 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Сов. радио, 1975.320 с.

148. Князьков А.Ф. Разработка и исследование модуляторов тока для сварки.-Дисс. ... канд. техн. наук.- Томск, 1975.-129 с.

149. A.c. 1238919 СССР, МКИ В23К 9/09. Устройство для сварки / А.Ф.Князьков, Б.Г.Долгун, М.Г.Чернов и др.- № 3845223/25-27; Заявл. 15.01.85; Опубл. 23.06.86, Бюл. №23 // Открытия. Изобретения. 1986.- № 23.

150. A.c. 1100056 СССР, МКИ В23К 9/00. Устройство для сварки переменным прямоугольным током / А.Ф.Князьков, А.С.Киселев, В.М.Зуев.- № 3537929/ 25-27; Заявл. 12.01.83; Опубл. 30.06.84, Бюл. № 24 // Открытия. Изобретения.-1984.- N"24.

151. Фридляндер И.Н. Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы.- М.: Металлургия, 1979.- 208 с.

152. Мальцев М.В. Металлография прмышленных цветных металлов и сплавов.- 2-е изд.- М.: Металлургия, 1970.- 364 с.

153. A.c. 1006126 СССР, МКИ В23К 9/16. Способ дуговой сварки неплавящимся электродом / А.Ф. Князьков, A.C. Киселев. № 3350172/25-27; Заявл. 22.10.81; Опубл. 23.03.83, Бюл. № 11 //Открытия. Изобретения. 1983.- № 11.

154. A.c. 1074675 СССР, МКИ В23К 9/10. Датчик коротких замыканий дугового промежутка / А.Ф.Князьков, Ю.Н.Сараев, А.С.Киселев и др. - № 3539538/25-27; Заявл. 17.01.83; Опубл. 23.02.84, Бюл. № 7// Открытия. Изобретения,-1984.- № 7.

155. A.c. 1266687 СССР, МКИ В23К 9/16. Способ дуговой сварки алюминиевых сплавов на переменном токе неплавящимся электродом / А.Ф.Князьков, А.М.Болдырев, А.С.Киселев.- № 3916400/25-27; Заявл. 24.06.85; Опубл. 30.10.86, Бюл. № 40 // Открытия. Изобретения. 1986.- № 40

156. Киселев A.C. Исследование пространственной устойчивости дуги переменного тока с прямоугольной формой волны - В кн.: Тез. докл. 1-й научно-практической конференции сварщиков Средней Азии и Казахстана.Караганда, 1991.-С.12-13.

157. A.c. 1593817 СССР, МКИ В23К 9/00. Способ формирования переменного тока и устройство для его осуществления / М.И.Закс, Б.А.Каганский, Н.М.Юфа.- № 4448686/24-27; Заявл. 27.06.88; Опубл. 23.09.90, Бюл. № 35.

158. Correy Т.В., Atteridge D.G., Page R.E., Wismer М.С. Radio Frequency-Free Arc Starting in Gas Tungsten Arc Welding // Welding Journal. 1986,- № 2.- S.33-41.

159. Киселев A.C. Влияние формы импульсов сварочного тока на структуру и свойства сварных соединений из алюминиевых сплавов - В кн.: Тез. докл. международной научно-технической конференции "Современные проблемы сварочной науки и техники", Ростов-на-Дону, 1993.- С.115-116.

160. Киселев A.C. Особенности повторного возбуждения дуги при сварке алюминиевых сплавов вольфрамовым электродом в среде аргона - В кн.: Прогрессивные технологические процессы в машиностроении, Томск, 1997,- С.127-132.

161. Киселев A.C. Исследование электромагнитных процессов в сварочной цепи при смене полярности переменного прямоугольного тока - В кн.: Материалы Российской научно-технической конференции "Современные проблемы сварочной науки и техники «Сварка-97»", Воронеж, 1997.- С.34-35.

162. Ленивкин В.А., Дюргеров Н.Г., Сагиров Х.Н. Технологические свойства сварочной дуги в защитных газах.- М.: Машиностроение, 1989.- 264 с.