Введение

Одним из наиболее перспективных направлений поисков новых высокоэффективных вариантов дуговой сварки порошковыми проволоками является направление, предусматривающее регулируемое введение энергии в зону сварки, что должно способствовать управляемому переносу электродного металла в сварочную ванну, стабилизацию ее движений и минимальное разбрызгивание электродного металла. Наиболее эффективно сформулированную задачу решают адаптивные импульсные технологические процессы, которые обеспечивают программируемое изменение энергетических параметров процесса в зависимости от состояния объекта управления (источник питания – электрод – дуга – сварочная ванна – изделие) и корректируемое через каналы обратных связей [1 -12].

Реализация алгоритмов импульсного управления энергетическими характеристиками процесса позволяет, осуществляя программируемый ввод тепла в зону сварного соединения, управлять процессами плавления и переноса каждой капли электродного металла, формирования структуры шва и зоны термического влияния, уменьшать степень остаточных деформаций сварных соединений при обеспечении стабильности импульсного режима в различных пространственных положениях. В отличие от известных в мировой практике процессов дуговой сварки, в том числе и импульсных, использующих алгоритмы управления по жёстко заданной программе, адаптивные импульсные процессы реализуют корректировку выбранного алгоритма через каналы обратных связей по мгновенным значениям основных энергетических параметров сварочного процесса в зависимости от состояния объекта управления: источник питания – дуга – зона сварочного соединения.

Указанные преимущества определяют широкую область применения и возможности адаптивных импульсных процессов не только в области прогнозирования качества и надёжности неразъёмных соединений, но и обеспечения заданных эксплуатационных характеристик получаемых изделий.

Одним из основных преимуществ процесса сварки импульсной дугой являются лучшие, чем при сварке стационарной дугой, условия выполнения швов в разных пространственных положениях. При наплавке вертикальных и потолочных швов крайне важно предупредить вытекание металла из ванны. Способность металла вытекать из ванны под действием различных сил определяет текучесть ванны, которая является сложной характеристикой, зависящей от массы ванны, поверхностного натяжения металла, условий охлаждения вытекающего металла, его теплосодержания, кинематической вязкости и т. п.

Главную роль играет масса ванны, которая определяет не только силу, противодействующую силам сцепления и удерживающим жидкий металл, но и запас теплоты в ванне. Чем больше размер ванны, тем больший в данных условиях теплоотвода промежуток времени требуется для ее охлаждения. Скорость охлаждения определяет как текучесть ванны, так и ее массу в единицу времени, которые обеспечивают возможность сварки в разных пространственных положениях [2, 4, 9,10].

Для реализации адаптивных импульсных технологии сварки используют специализированное оборудование с блочно-модульным принципом построения, обеспечивающим возможность дозирования энергии, стабилизации мгновенных значений основных энергетических параметров процесса сварки и контроля качества (стабильности) технологического процесса [2, 3, 11, 12]. По сравнению со стационарными адаптивные импульсные технологии сварки обеспечивают:

- управление процессами плавления, переноса и кристаллизации металла сварочной ванны при значительно меньших средних значениях технологических параметров (сварочный ток, дуговое напряжение, мощность отдельного микроцикла);

- увеличение скорости кристаллизации сварочной ванны вследствие нестационарного энергетического воздействия источника нагрева на сварочную ванну, уменьшающего температуру расплавленного металла;

- уменьшение степени деформационных процессов сварных соединений; повышение качественных характеристик (повышение однородности химического состава по всему объему металла шва; повышение механических свойств сварного соединения).

Отмеченные достоинства достигаются направленной кристаллизацией сварочной ванны и усилением гидродинамических процессов в расплавленном металле, способствующим интенсивной дегазации сварочной ванны и равномерному распределению легирующих элементов по всему объему расплава, что особенно важно при сварке порошковыми проволоками.