RU2758357C1

RU2758357C1 - Method for welding, surfacing and soldering by a combination of direct and indirect arcs

Info

Publication number: RU2758357C1
Application number: RU2020137659A
Authority: RU
Inventors: Владимир Петрович Сидоров; Дмитрий Эдуардович Советкин
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2020-11-16
Publication date: 2021-10-28

Abstract

FIELD: working of metal.

SUBSTANCE: invention relates to a method for welding, surfacing or soldering with a combination of direct and indirect arcs in an inert gas environment. Melting and non-melting electrodes are used with continuous supply of a melting electrode to the item. The arcs are powered with current pulses of equal frequency on striking thereof using a high-frequency discharge. The powers of the arc pulses are adjusted, wherein the value of the pulse currents on the non-melting electrode is selected in accordance with the straight and reverse polarity currents recommended for single-arc welding from the condition of ensuring resistance thereof. The average value of the current on the melting electrode for the period is set in accordance with the recommended current for single-arc reverse polarity welding. The arcs are powered from one welding power source of alternating current pulses with a frequency of at least 50 Hz, one pole whereof is connected to one of the electrodes, and the second pole is connected to the item and to the second electrode. A valve is included in the circuit connecting the pole of the welding power source with the second electrode, and a second valve is included in the circuit connecting the power source and the item. The valves are included in the circuit so that during the passage of the direct arc pulse current from the first electrode to the item, the first valve locks the passage of the indirect arc current from the first electrode to the second electrode, and during the passage of the indirect arc pulse current between the electrodes, the second valve locks the passage of current between the first electrode and the item. The ratio of the product of the average current of the arc current pulses for the duration of action thereof is varied in the range of 0.1 to 0.9.

EFFECT: method provides a possibility of performing various technological processes during welding, surfacing and soldering of almost all structural alloys.

5 cl, 6 tbl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области сварки и может использоваться в машиностроении для сварки, наплавки и пайки соединений металлических конструкций.The invention relates to the field of welding and can be used in mechanical engineering for welding, surfacing and soldering of joints of metal structures.

Известен способ механизированной сварки в среде инертного газа дугами прямого и косвенного действия, включающий зажигание дуги прямого действия между неплавящимся электродом и изделием и зажигание дуги косвенного действия между неплавящимся и плавящимся электродами, при этом плавящийся электрод непрерывно подают в дугу прямого действия, и питание дуг прямого и косвенного действия осуществляют от разных источников питания с периодической пульсацией величины однонаправленных токов между большим и малым током, при этом неплавящийся электрод подключают к отрицательному полюсу первого источника питания, положительный полюс которого подключают к изделию, а плавящийся электрод подключают к положительному полюсу второго источника питания, отрицательный полюс которого подключают к неплавящемуся электроду, причем во время увеличения тока в дуге прямого действия ток дуги косвенного действия уменьшают, а во время уменьшения тока в дуге прямого действия ток дуги косвенного действия увеличивают, длительность протекания малого тока дуги прямого действия устанавливают в пределах 0,2…0,8 по отношению к длительности цикла протекания тока, при этом величину малого тока дуги прямого действия устанавливают из условия обеспечения стабильного горения дуги прямого действия, величину большого тока дуги прямого действия устанавливают из условия обеспечения заданного проплавления изделия, величину малого тока дуги косвенного действия устанавливают из условия обеспечения стабильности горения дуги косвенного действия, а величину большого тока дуги косвенного действия устанавливают из условия обеспечения заданной скорости расплавления электрода (см. Патент РФ №2646302 «Способ сварки комбинацией дуг». Опубл. 02.03.2018. Бюл. № 9).There is a method of mechanized welding in an inert gas environment with direct and indirect arcs, including the ignition of a direct arc between a non-consumable electrode and a product and the ignition of an indirect arc between the non-consumable and consumable electrodes, while the consumable electrode is continuously fed into the direct arc, and the supply of direct arcs and indirect action is carried out from different power sources with periodic ripple of the magnitude of unidirectional currents between high and low currents, while the non-consumable electrode is connected to the negative pole of the first power source, the positive pole of which is connected to the product, and the consumable electrode is connected to the positive pole of the second power source, the negative pole of which is connected to a non-consumable electrode, and during an increase in the current in the direct arc, the indirect arc current is reduced, and during a decrease in the current in the direct arc, the indirect arc current is increased, the flow rate of a small direct arc current is set within 0.2 ... 0.8 in relation to the duration of the current flow cycle, while the value of a small direct arc current is set from the condition of ensuring stable burning of a direct arc, the value of a large direct arc current is set from the condition of ensuring the specified penetration of the product, the value of the small current of the indirect arc is set from the condition of ensuring the stability of the burning of the indirect arc, and the value of the large current of the indirect arc is set from the condition of ensuring the specified rate of melting of the electrode (see. RF patent №2646302 "Method of welding with a combination of arcs". Publ. 02.03.2018. Bul. No. 9).

Известен также способ механизированной сварки и наплавки алюминиевых сплавов комбинацией дуг в среде инертного газа, включающий зажигание дуги прямого действия между неплавящимся электродом и изделием и зажигание дуги косвенного действия между неплавящимся и плавящимся электродами, при этом плавящийся электрод из алюминиевого сплава непрерывно подают в дугу прямого действия, а питание дуг прямого и косвенного действия осуществляют от двух источников питания, причем неплавящийся электрод подключают к полюсу первого источника питания, второй полюс которого подключают к изделию, а плавящийся электрод подключают к полюсу второго источника питания, второй полюс которого подключают к неплавящемуся электроду, при этом обеспечивают периодическую пульсацию токов дуг с одинаковой частотой, дуги питают от источников разнополярных импульсов тока, причем во время пропускания импульса тока обратной полярности дуги прямого действия пропускают ток дуги косвенного действия с отрицательного плавящегося электрода на неплавящийся электрод, а в период пропускания импульса тока прямой полярности дуги прямого действия пропускают ток дуги косвенного действия с отрицательного неплавящегося электрода на положительный плавящийся электрод, при этом отношение длительности пропускания тока обратной полярности к длительности периода выбирают в пределах 0,2…0,5, величину токов импульсов на неплавящийся электрод выбирают в соответствии с токами прямой и обратной полярности, рекомендуемыми при однодуговой сварке, из условия обеспечения его стойкости, а среднее за период значение тока, подаваемого на плавящийся электрод принимают в соответствии с рекомендуемым током для однодуговой сварки на обратной полярности с учетом выбора необходимого количества наплавленного металла и глубины проплавления. Повторное зажигание дуги в установках для питания разнополярными импульсами тока осуществляется встроенными в них высокочастотными возбудителями дуг (см. патент РФ №2728144, опубл. 28.07.2020. МПК B23K 9/16, 9/09. Бюл. №22).There is also known a method of mechanized welding and surfacing of aluminum alloys with a combination of arcs in an inert gas environment, including the ignition of a direct arc between a non-consumable electrode and a product and the ignition of an indirect arc between the non-consumable and consumable electrodes, while the consumable electrode of aluminum alloy is continuously fed into the direct arc , and the power of the arcs of direct and indirect action is carried out from two power sources, and the non-consumable electrode is connected to the pole of the first power source, the second pole of which is connected to the product, and the consumable electrode is connected to the pole of the second power source, the second pole of which is connected to the non-consumable electrode, when this provides periodic pulsation of arc currents with the same frequency, arcs are powered from sources of bipolar current pulses, and during the passage of a current pulse of reverse polarity of a direct arc, an indirect arc current is passed from a negative melting electrode to a non-consumable electrode, and during the period of passing a current pulse of direct polarity of a direct arc, an indirect arc current is passed from a negative non-consumable electrode to a positive consumable electrode, while the ratio of the duration of the transmission of the current of reverse polarity to the duration of the period is selected in the range 0.2 ... 0, 5, the value of the pulse currents to the non-consumable electrode is selected in accordance with the currents of direct and reverse polarity recommended for single-arc welding, from the condition of ensuring its resistance, and the average value of the current supplied to the consumable electrode over the period is taken in accordance with the recommended current for single-arc welding on reverse polarity, taking into account the choice of the required amount of deposited metal and the depth of penetration. Re-ignition of the arc in installations for supplying multipolar current pulses is carried out by high-frequency arc exciters built into them (see RF patent No. 2728144, publ. 07/28/2020. IPC B23K 9/16, 9/09. Bull. No. 22).

Технической проблемой при использовании данного способа является наличие магнитного взаимодействия дуг прямого и косвенного действия, что создает проблемы стабильности процесса вследствие блуждания дуг.A technical problem when using this method is the presence of magnetic interaction of arcs of direct and indirect action, which creates problems of stability of the process due to the wandering of arcs.

Другой технической проблемой является необходимость использования двух сварочных источников питания, что увеличивает стоимость выполняемых работ, увеличивает затраты на техническое обслуживание оборудования, а также требует точной синхронизации их частоты импульсов, что создает определенные проблемы.Another technical problem is the need to use two welding power sources, which increases the cost of the work performed, increases the cost of equipment maintenance, and also requires accurate synchronization of their pulse frequency, which creates certain problems.

В известном способе сварки, наплавки или пайки комбинацией дуг прямого и косвенного действия в среде инертного газа с использованием плавящегося и неплавящегося электродов с непрерывной подачей к изделию плавящегося электрода, при котором дуги питают импульсами тока одинаковой частоты при их повторном зажигании с помощью высокочастотного разряда, мощности импульсов дуг регулируют, причем величину токов импульсов на неплавящийся электрод выбирают в соответствии с токами прямой и обратной полярности рекомендуемыми при однодуговой сварке из условия обеспечения его стойкости, а среднее за период значение тока на плавящийся электрод принимают в соответствии с рекомендуемым током для однодуговой сварки на обратной полярности.In the known method of welding, surfacing or brazing by a combination of direct and indirect arcs in an inert gas environment using consumable and non-consumable electrodes with a continuous supply of a consumable electrode to the product, in which the arcs are fed with current pulses of the same frequency when they are re-ignited using a high-frequency discharge, power arc pulses are regulated, and the value of the pulse currents to the nonconsumable electrode is selected in accordance with the currents of forward and reverse polarity recommended for single-arc welding from the condition of ensuring its resistance, and the average value of the current on the consumable electrode for the period is taken in accordance with the recommended current for single-arc welding on the reverse polarity.

В отличие от прототипа дуги питают от одного сварочного источника питания импульсов переменного тока частотой не менее 50 Гц, один полюс которого подключают к одному из электродов, а второй полюс к изделию и второму электроду, в цепь, соединяющую полюс сварочного источника питания со вторым электродом, включают электрический вентиль, а второй электрический вентиль включают в цепь, соединяющую источник питания и изделие, причем вентили включают в цепи таким образом, что во время пропускания тока импульса дуги прямого действия с первого электрода на изделие первый вентиль запирает пропускание тока дуги косвенного действия с первого электрода на второй электрод, а во время пропускания тока импульса дуги косвенного действия между электродами второй вентиль запирает пропускание тока между первым электродом и изделием, причем отношение произведений токов импульсов дуг на время их действия изменяют в пределах 0,1-0,9.Unlike the prototype, the arc is powered from one welding power source of alternating current pulses with a frequency of at least 50 Hz, one pole of which is connected to one of the electrodes, and the second pole to the product and the second electrode, into a circuit connecting the pole of the welding power source to the second electrode, turn on the electric valve, and the second electric valve is included in the circuit connecting the power source and the product, and the valves are included in the circuits in such a way that during the passage of the direct arc pulse current from the first electrode to the product, the first valve blocks the passage of the indirect arc current from the first electrode to the second electrode, and during the passage of the current of the arc pulse of indirect action between the electrodes, the second valve locks the passage of current between the first electrode and the product, and the ratio of the products of the currents of the pulses of arcs for the duration of their action is changed in the range of 0.1-0.9.

Один из вариантов способа заключается в том, что один из полюсов источника питания подключают к изделию и неплавящемуся электроду, а второй полюс к плавящемуся электроду, причем вентили в цепях неплавящегося электрода и изделия включают так, чтобы при импульсе тока в дуге прямого действия прямой полярности, в дуге косвенного действия использовался импульс между положительным неплавящимся электродом и отрицательным плавящимся электродом.One of the variants of the method consists in the fact that one of the poles of the power source is connected to the product and the non-consumable electrode, and the second pole to the consumable electrode, and the valves in the circuits of the non-consumable electrode and the product are switched on so that with a current pulse in a direct arc of direct polarity, in an indirect arc, a pulse was used between a positive non-consumable electrode and a negative consumable electrode.

По другому варианту последнего способа, когда один из полюсов источника питания подключают к изделию и неплавящемуся электроду, а второй полюс к плавящемуся электроду вентили в цепях неплавящегося электрода и изделия включают так, чтобы при импульсе тока в дуге прямого действия обратной полярности, в дуге косвенного действия использовался импульс между положительным плавящимся электродом и отрицательным неплавящимся электродом.According to another version of the last method, when one of the poles of the power source is connected to the product and the non-consumable electrode, and the second pole to the consumable electrode, the valves in the circuits of the non-consumable electrode and the product are switched on so that, with a current pulse in a direct arc of reverse polarity, in an indirect arc a pulse was used between the positive consumable electrode and the negative nonconsumable electrode.

Следующий вариант способа состоит в том, что один из полюсов источника питания подключают к изделию и плавящемуся электроду, а второй полюс к неплавящемуся электроду, причем электрические вентили в цепях плавящегося электрода и изделия включают так, чтобы при импульсе тока в дуге прямого действия обратной полярности, в дуге косвенного действия использовался импульс между положительным плавящимся электродом и отрицательным неплавящимся электродом.The next variant of the method consists in the fact that one of the poles of the power source is connected to the article and the consumable electrode, and the second pole to the non-consumable electrode, and the electric valves in the circuits of the consumable electrode and the article are switched on so that with a current pulse in a direct arc of reverse polarity, in an indirect arc, a pulse was used between a positive consumable electrode and a negative nonconsumable electrode.

Можно использовать и вариант последнего способа, который состоит в том, что один из полюсов источника питания подключают к изделию и плавящемуся электроду, а второй полюс к неплавящемуся электроду, причем вентили в цепях плавящегося электрода и изделия включают так, чтобы при импульсе тока в дуге прямого действия прямой полярности, в дуге косвенного действия использовался импульс между положительным неплавящимся электродом и отрицательным плавящимся электродом.You can also use a variant of the last method, which consists in the fact that one of the poles of the power source is connected to the product and the consumable electrode, and the second pole to the non-consumable electrode, and the valves in the circuits of the consumable electrode and the product are switched on so that when a current pulse in the direct arc action of direct polarity, in an indirect arc, a pulse was used between a positive non-consumable electrode and a negative consumable electrode.

Наиболее общей характеристикой процесса сварки дугой с разнополярными импульсами тока является не ток дуги и не отношение времени протекания импульсов, как это обычно принято, а их произведение, которое определяет как мощность дуг, так и тепловую нагрузку на электроды, а также характеризует интенсивность катодной очистки металла при сварке или пайке алюминиевых сплавов. Для наиболее полного использования всего спектра технологических возможностей предлагаемого способа целесообразно, чтобы отношение этого произведения дуг изменялось в широких пределах от 0,1 до 0,9. Данное условие математически можно записать следующим образомThe most common characteristic of the welding process with an arc with multipolar current pulses is not the arc current and not the ratio of the pulse flow time, as is usually accepted, but their product, which determines both the power of the arcs and the thermal load on the electrodes, and also characterizes the intensity of cathodic cleaning of the metal. when welding or brazing aluminum alloys. For the most complete use of the entire range of technological capabilities of the proposed method, it is advisable that the ratio of this product of arcs varied over a wide range from 0.1 to 0.9. This condition can be written mathematically as follows

где I_ПП - ток дуги прямого действия, A, t_ПП - время действия импульса дуги прямого действия; I_дк - ток дуги косвенного действия, t_дк - время действия дуги косвенного действия.where I _PP is the direct arc current, A, t _PP is the duration of the direct arc pulse; I _dk is the current of the indirect arc, t _dk is the time of the indirect arc.

Малые значения отношения α необходимы при пайке, когда не требуется проплавление основного металла, а только его нагрев для обеспечения смачиваемости и диффузии между изделием и припоем. Также малые отношения α необходимы при наплавке, когда требуется максимальная доля участия электродного металла в металле шва. Большие значения отношения необходимы при сварке стыковых соединений без разделки кромок, когда проплавление изделия должно быть максимальным, а количество наплавляемого металла, наоборот минимальным, достаточным для заполнения небольшого зазора, чтобы не было излишней выпуклости сварного шва. Средние значения отношения требуются, например, при сварке корневого слоя шва стыковых соединений с разделкой кромок, когда требуется и существенная глубина проплавления и одновременно заполнение разделки. Также средние значения необходимы при выполнении угловых швов тавровых соединений, когда также требуется получить и глубокий провар свариваемых деталей так и большую заполняемость катета углового шва и в ряде других случаев.Small values of the ratio α are necessary for brazing, when the penetration of the base metal is not required, but only its heating to ensure wettability and diffusion between the product and the solder. Also, small α ratios are required in surfacing, when the maximum proportion of the participation of the electrode metal in the weld metal is required. Large values of the ratio are necessary when welding butt joints without grooving, when the penetration of the product should be maximum, and the amount of deposited metal, on the contrary, is minimal, sufficient to fill a small gap so that there is no excessive bulge of the weld. Average values of the ratio are required, for example, when welding the root layer of a butt weld with a groove, when both a substantial depth of penetration and, at the same time, filling the groove are required. Also, average values are necessary when making fillet welds of T-joints, when it is also required to obtain deep penetration of the parts to be welded and a large filling of the fillet weld leg and in a number of other cases.

При выборе отношения α меньше 0,1 и больше 0,9 возникают проблемы с повторными зажиганиями дуг, так как время действия высокочастного возбудителя дуг сопоставимо с временем действия короткого импульса.When the ratio α is chosen less than 0.1 and more than 0.9, problems arise with re-ignition of arcs, since the time of action of a high-frequency arc exciter is comparable to the time of action of a short pulse.

На фиг.1 представлена вариант схемы реализации способа, при котором к одному полюсу источника питания подключены изделие и плавящийся электрод, на фиг.2 – схема реализации способа по аналогичной схеме, но при противоположном включении вентилей, фиг.3 представлена вариант схемы реализации способа, когда к одному полюсу источника питания подключены изделие и неплавящийся электрод, на фиг.4 – схема реализации способа по аналогичной схеме, но при противоположном включении вентилей, на фиг.5 представлена циклограмма тока импульсов источника питания, на фиг.6 – циклограмма тока в дуге прямого действия, на фиг.7 – циклограмма тока в дуге косвенного действия, на фиг.8 – зависимости для допустимых токов на вольфрамовые электроды, на фиг.9 – схема дуговой пайки.Figure 1 shows a variant of the diagram of the implementation of the method, in which the article and the consumable electrode are connected to one pole of the power source, Fig. 2 is a diagram of the implementation of the method according to a similar scheme, but with the opposite switching on of the valves, Fig. 3 shows a variant of the diagram of the implementation of the method, when a product and a non-consumable electrode are connected to one pole of the power source, in Fig. 4 - a diagram of the implementation of the method according to a similar scheme, but with the opposite switching on of the valves, in Fig. 5 is a cyclogram of the current of pulses of the power source, in Fig. 6 - a cyclogram of the current in the arc direct action, Fig. 7 is a cyclogram of the current in an indirect arc, Fig. 8 - dependences for permissible currents to tungsten electrodes, Fig. 9 is a diagram of arc soldering.

На фиг.1 показана схема реализации предлагаемого способа сварки, наплавки или пайки, при котором к одному полюсу источника питания подключены изделие и плавящийся электрод, а ко второму полюсу - неплавящийся электрод. Неплавящийся вольфрамовый электрод 1, расположенный в сопле сварочной горелки 2 напрямую подключен к полюсу источника питания 3 переменного тока с частотой не менее 50 Гц. Ко второму полюсу источника питания 3 подключен плавящийся электрод 4 и изделие 5. В цепь, соединяющую плавящийся электрод 4 с полюсом источника питания 3, включен электрический вентиль - диод 6, таким образом, чтобы отрицательный контакт (анод) диода 6 соединялся с полюсом источника питания 3, а положительный контакт диода (катод) 6 соединялся с плавящимся электродом 4. К отрицательному контакту диода (аноду) 6 и полюсу источника питания 3 подключен положительный контакт (катод) второго диода 7. Отрицательный контакт диода 7 (анод) соединен с изделием 5. Между неплавящимся электродом 1 и изделием 5 периодически с частотой сварочного источника питания 3 протекают импульсы тока дуги прямого действия 8 прямой полярности, пропускаемые диодом 7. Также между неплавящимся электродом 1 и плавящимся электродом 4 с такой же периодичностью и частотой протекают импульсы тока дуги косвенного действия 9, пропускаемые диодом 6. При этом плавящийся электрод 4 является катодом дуги, а неплавящийся электрод 1 его анодом. Для обеспечения повторных зажиганий дуг 8 и 9 во время смены в них полярности параллельно дугам подключен высокочастотный возбудитель дуги, который является составной частью сварочного источника питания 3. Плавящийся электрод 4 непрерывно подается по мере его расплавления с постоянной скоростью V_э в направлении неплавящегося электрода 1 и изделия 5 с помощью роликов 10 подающего механизма. В сопло сварочной горелки 2 подается инертный защитный газ аргон. Совместное действие дуг 8 и 9 приводит к появлению при наплавке на изделие 5 слоя наплавленного металла 11. Последовательно с диодами 6 и 7 включены балластные сопротивления 12 для дополнительного регулирования токов импульсов.Figure 1 shows a diagram of the implementation of the proposed method of welding, surfacing or soldering, in which a product and a consumable electrode are connected to one pole of the power source, and a non-consumable electrode is connected to the second pole. Non-consumable tungsten electrode 1 located in the nozzle of the welding torch 2 is directly connected to the pole of the AC power source 3 with a frequency of at least 50 Hz. The second pole of the power source 3 is connected to the consumable electrode 4 and the item 5. An electric valve - diode 6 is connected to the circuit connecting the consumable electrode 4 to the pole of the power source 3, so that the negative contact (anode) of the diode 6 is connected to the pole of the power source 3, and the positive contact of the diode (cathode) 6 was connected to the consumable electrode 4. To the negative contact of the diode (anode) 6 and the pole of the power supply 3, the positive contact (cathode) of the second diode 7 is connected. The negative contact of the diode 7 (anode) is connected to the product 5 . Between the non-consumable electrode 1 and the article 5 periodically with the frequency of the welding power source 3, direct-acting arc current pulses 8 of direct polarity, transmitted by the diode 7. Also, between the non-consumable electrode 1 and the consumable electrode 4, with the same frequency and frequency, indirect arc current pulses flow 9, passed by diode 6. In this case, the consumable electrode 4 is the cathode of the arc, and the nonconsumable elec ctrode 1 is its anode. To ensure re-ignition of the arcs 8 and 9 during the change in polarity are connected in parallel arcs of high frequency exciter arc, which is part of the welding power source 3. The consumable electrode 4 is continuously transferred as it melt at a constant velocity V _e in the direction of the electrode 1 and infusible products 5 using rollers 10 of the feeder. An inert shielding gas argon is supplied to the nozzle of the welding torch 2. The combined action of arcs 8 and 9 leads to the appearance of a layer of deposited metal 11 during surfacing on the product 5. In series with the diodes 6 and 7, ballast resistors 12 are included for additional regulation of the pulse currents.

Конструкция источника питания 3 позволяет на выбранной частоте тока регулировать как токи импульсов, так и их длительность в течение периода используемой частоты. Во многих современных источниках питания устанавливают равные токи импульсов и регулировка соотношения средних за период токов полярностей осуществляется только длительностью импульсов. В процессе сварки, наплавки или пайки изделия 5 поочередно зажигаются дуги 8 и 9 с помощью высокочастотного возбудителя дуги, который действует только на подключенный к силовой части источника через диод дуговой промежуток. Если условия сварки обеспечивают устойчивое повторное зажигание дуг 8 и 9 без возбудителя дуги, то во время сварки его можно не использовать.The design of the power supply 3 makes it possible to regulate both the pulse currents and their duration at the selected current frequency during the period of the used frequency. In many modern power supplies, equal pulse currents are set and the ratio of the polarities averaged over the period of the current is adjusted only by the pulse duration. In the process of welding, surfacing or brazing of the product 5, arcs 8 and 9 are alternately ignited with the help of a high-frequency arc exciter, which acts only on the arc gap connected to the power part of the source through the diode. If the welding conditions provide stable re-ignition of arcs 8 and 9 without an arc exciter, then it may not be used during welding.

Использование разнесенных по времени импульсов тока достаточно высокой частоты свыше 50 Гц в обеих дугах 8 и 9 обеспечивает полное отсутствие взаимодействия их магнитных полей и высокую их пространственную устойчивость. В то же время такая частота обеспечивает непрерывное расплавление плавящегося электрода 4 вследствие высокой инерционности тепловых процессов при его плавлении.The use of time-spaced current pulses of a sufficiently high frequency above 50 Hz in both arcs 8 and 9 ensures the complete absence of interaction of their magnetic fields and their high spatial stability. At the same time, this frequency provides continuous melting of the consumable electrode 4 due to the high inertia of thermal processes during its melting.

Включение дуг поочередно от одного источника писания обеспечивает его высокую загрузку, как при сварке дугой прямого действия. Также автоматически обеспечивается синхронизация частоты импульсов, так как они питаются от одного источника.The inclusion of arcs alternately from one source of writing ensures its high load, as in direct arc welding. Synchronization of the pulse frequency is also automatically ensured, since they are powered from the same source.

Дуга 8 прямого действия обеспечивает преимущественно проплавление изделия 5 на требуемую глубину с образованием необходимой площади проплавления поперечного сечения изделия 5. Дуга 9 косвенного действия обеспечивает, главным образом, расплавление требуемого количества наплавляемого металла с образованием необходимой площади поперечного сечения наплавленного металла. Мощность, передаваемая изделию 5 наплавленным металлом, незначительно влияет на его проплавление, так как преимущественно тратится на расплавление самого электрода, а концентрация мощности от капель электродного металла в сварочной ванне невелика. Таким образом, в способе обеспечивается независимое регулирование производительностей расплавления основного металла изделия и наплавляемого металла. Это облегчает регулирование и проектирование химического состав сварного шва.Direct arc 8 predominantly provides penetration of article 5 to the required depth with the formation of the required penetration area of the cross section of the article 5. The indirect arc 9 mainly provides melting of the required amount of deposited metal with the formation of the required cross-sectional area of the deposited metal. The power transmitted to the product 5 by the deposited metal insignificantly affects its penetration, since it is mainly spent on melting the electrode itself, and the power concentration from the electrode metal droplets in the weld pool is low. Thus, the method provides an independent regulation of the rates of melting of the base metal of the product and the weld metal. This facilitates the regulation and design of the chemical composition of the weld.

Так как при работе в качестве анода при горении дуги косвенного действия вольфрамовый электрод испытывает большую тепловую нагрузку, то ток на него в дуге косвенного действия должен быть не больше допустимого тока дуги обратной полярности при однодуговой сварке. Ток импульсов в дуге прямого действия прямой полярности должен быть не больше допустимого тока дуги прямой полярности при однодуговой сварке. В этом случае общая стойкость вольфрамового электрода за период будет обеспечена. Соответственно, снижение тока в одной из дуг позволяет повысить ток во второй дуге, но так, чтобы обеспечивалась допустимая тепловая нагрузка на вольфрамовый электрод.Since when working as an anode during the burning of an indirect arc, the tungsten electrode experiences a large thermal load, the current to it in the indirect arc should not exceed the permissible arc current of reverse polarity in single-arc welding. The current of impulses in an arc of direct action of direct polarity should not exceed the permissible current of an arc of direct polarity in single-arc welding. In this case, the overall durability of the tungsten electrode for the period will be ensured. Accordingly, a decrease in the current in one of the arcs makes it possible to increase the current in the second arc, but so that the permissible thermal load on the tungsten electrode is provided.

Схему на фиг.1 можно рекомендовать при наплавке алюминиевой проволоки на стальное изделие, при которой при определенном содержании алюминия непосредственно в шве образуется интерметаллидный сплав железа с алюминием, обладающий высокой твердостью, износостойкостью и жаростойкостью. При этом обеспечивается разрушение окисной пленки алюминия на проволоке, что повышает качество наплавки.The scheme in figure 1 can be recommended when surfacing an aluminum wire on a steel product, in which, at a certain aluminum content, an intermetallic iron-aluminum alloy with high hardness, wear resistance and heat resistance is formed directly in the weld. This ensures the destruction of the aluminum oxide film on the wire, which improves the quality of the surfacing.

(То, что при наплавке алюминиевой присадочной проволоки на сталь можно получить шов с высокими показателями твердости и жаростойкости показано в патенте РФ №2414336, опубликованном 20.03.2011 г.).(The fact that when surfacing an aluminum filler wire on steel it is possible to obtain a weld with high hardness and heat resistance is shown in the RF patent No. 2414336, published on 03/20/2011).

При использовании предлагаемого способа наплавки повышается стабильность скорости расплавления алюминиевой проволоки и можно с высокой точностью обеспечить требуемое содержания алюминия в шве.When using the proposed method of surfacing, the stability of the rate of melting of the aluminum wire increases and it is possible to provide the required aluminum content in the weld with high accuracy.

Кроме того, несмотря на сравнительно небольшой ток в дуге косвенного действия, она может обеспечивать достаточно высокую производительность расплавления плавящегося электрода α_р⋅I, так как коэффициент расплавления α_р катода намного превышает его значение для анода.In addition, despite the relatively low current in the indirect arc, it can provide a sufficiently high melting _{rate of the consumable electrode α p} ⋅I, since the melting coefficient α _{p of the} cathode is much higher than its value for the anode.

Это показано для стальной проволоки в работе Ленивкина В.Α., Дюргерова Н.Г., Сагирова Х.Н. Технологические свойства сварочной дуги в защитных газах. - Μ.: ООО «БМП-ПР», НАКС, 2011 г., 367 с., а для алюминиевой проволоки в работе «О плавлении алюминиевого электрода аргоновой дугой прямой полярности» / В.П. Сидоров, Н.А. Борисов, Д.Э. Советкин // Вектор науки ТГУ.2019.№4(50). С.52-57.This is shown for steel wire in the work of V.N. Lenivkin, N.G. Dyurgerov, Kh.N. Sagirov. Technological properties of a gas-shielded arc. - Μ .: OOO "BMP-PR", NAKS, 2011, 367 p., And for an aluminum wire in the work "On the melting of an aluminum electrode with an argon arc of straight polarity" / V.P. Sidorov, N.A. Borisov, D.E. Sovetkin // Vector of Science TSU. 2019, No. 4 (50). S.52-57.

Стабильность скорости расплавления электродной проволоки при плавящемся катоде обеспечивается за счет высокой частоты действия импульсов свыше 50 Гц, что снижает подвижность катодного пятна на электроде.The stability of the rate of melting of the electrode wire with a consumable cathode is provided due to the high frequency of the pulses above 50 Hz, which reduces the mobility of the cathode spot on the electrode.

На схеме фиг.2 показано, что диоды 6 и 7 могут быть подключены и противоположным, чем на фиг.1 образом, То есть полюс сварочного источника питания 3 соединяется с анодом диода 6, катод которого подключается к плавящемуся электроду 4. Анод диода 7 при этом должен быть подсоединен к изделию 5, а катод диода 7 соединен с анодом диода 6 и полюсом источника питания 3. Тогда полярность импульсов дуги прямого действия 8 сменится на противоположную по отношению к полярности на фиг.1, это будут импульсы тока обратной полярности. Также изменится направление токов импульсов дуги косвенного действия 9 между неплавящимся вольфрамовым электродом 1 и плавящимся электродом 4. В дуге косвенного действия 9 токи импульсов будут протекать от плавящегося электрода-анода 4 к отрицательному неплавящемуся вольфрамовому электроду-катоду 1. Последовательно с диодами 6 и 7 включены балластные сопротивления 12 для дополнительного регулирования токов импульсов.The diagram of figure 2 shows that the diodes 6 and 7 can be connected in the opposite way than in figure 1, That is, the pole of the welding power source 3 is connected to the anode of the diode 6, the cathode of which is connected to the consumable electrode 4. The anode of the diode 7 when This should be connected to the product 5, and the cathode of the diode 7 is connected to the anode of the diode 6 and the pole of the power source 3. Then the polarity of the pulses of the direct arc 8 will change to the opposite with respect to the polarity in Fig. 1, these will be current pulses of reverse polarity. The direction of the currents of impulses of the indirect arc 9 between the non-consumable tungsten electrode 1 and the consumable electrode 4 will also change. ballast resistors 12 for additional regulation of pulse currents.

Дуга 8 прямого действия будет обеспечивать, главным образом, очистку изделия 5 от окисной пленки, например, при сварке и пайке алюминиевых сплавов. Дуга 9 косвенного действия обеспечивает, главным образом, расплавление требуемого количества наплавляемого металла с образованием необходимой площади поперечного сечения наплавленного металла. Мощность, передаваемая изделию 5 наплавленным металлом, незначительно влияет на его проплавление и может быть получена очень низкая доля основного металла в металле шва 11. Одновременно с включением дуг 8 и 9 начинается плавление электрода 4 и его подача со скоростью плавления V_э в направлении столба дуги прямого действия 8 и изделия 5. Импульсы тока дуги косвенного действия 9 обеспечивают необходимое количество дополнительного металла в процессах сварки, наплавки или пайки. Таким образом, в способе обеспечивается отсутствие магнитного взаимодействия дуг при независимом регулировании производительностей расплавления основного металла изделия и наплавляемого металла.The direct-acting arc 8 will mainly provide cleaning of the product 5 from the oxide film, for example, when welding and brazing aluminum alloys. The indirect arc 9 mainly provides melting of the required amount of the deposited metal with the formation of the required cross-sectional area of the deposited metal. The power transmitted to the item 5 by the deposited metal insignificantly affects its penetration and a very low proportion of the base metal in the weld metal 11 can be obtained. Simultaneously with the switching on of arcs 8 and 9, electrode 4 begins to melt and is fed at a melting rate V _e in the direction of the arc column direct action 8 and products 5. The indirect arc current pulses 9 provide the required amount of additional metal in the processes of welding, surfacing or soldering. Thus, the method provides for the absence of magnetic interaction of arcs with independent regulation of the rates of melting of the base metal of the product and the weld metal.

Возможность различных вариантов подключения диодов 6 и 7 на схемах фиг.1, 2 расширяет технологические возможности способа. При варианте фиг.1 отрицательного плавящегося электрода 4 дуги косвенного действия 9 скорость его плавления при одинаковом токе намного выше, чем при подключении его к положительному полюсу. Изменение полярности дуги прямого действия 8 также влияет на глубину проплавления изделия 5. В целом создаются большие возможности регулирования соотношения производительности расплавления основного и дополнительного металла. Отсюда следуют и дополнительные возможности по регулированию химического состава сварного или паяного шва.The possibility of various options for connecting diodes 6 and 7 in the diagrams of Figs. 1, 2 expands the technological capabilities of the method. In the variant of figure 1 of the negative consumable electrode 4 of the indirect arc 9, the rate of its melting at the same current is much higher than when it is connected to the positive pole. The change in the polarity of the direct arc 8 also affects the depth of penetration of the article 5. In general, great opportunities are created to regulate the ratio of the melting performance of the main and additional metal. Hence, additional possibilities for regulating the chemical composition of the welded or brazed seam follow.

Процесс пайки характеризуется низкой температурой плавления припоя и отсутствием или малой глубиной проплавления основного металла. Вариант схемы на фиг.2 при пайке алюминиевых сплавов обеспечивает очистку изделия от окисной пленки при малой глубине проплавления и расплавление большого количества припоя в виде проволоки в дуге косвенного действия. При этом припой в виде электродной проволоки может иметь и более высокую температуру плавления, чем обычные припои. Выбор тока импульсов в дугах также определяется допустимыми токами на вольфрамовый электрод при однодуговой сварке в зависимости от полярности дуги.The brazing process is characterized by a low melting point of the solder and the absence or small depth of penetration of the base metal. A variant of the circuit in Fig. 2, when brazing aluminum alloys, provides cleaning of the product from an oxide film at a shallow depth of penetration and melting a large amount of solder in the form of a wire in an indirect arc. In this case, the solder in the form of an electrode wire can also have a higher melting point than conventional solders. The choice of the current of pulses in arcs is also determined by the permissible currents to the tungsten electrode in single-arc welding, depending on the polarity of the arc.

На фиг.3 показана схема реализации предлагаемого способа сварки, когда к одному полюсу источника питания подключены изделие и неплавящийся электрод. Неплавящийся вольфрамовый электрод 1, расположенный в сопле сварочной горелки 2, подключен к полюсу источника питания переменного тока 3 с частотой не менее 50 Гц через диод 6. Положительный контакт диода 6 (анод) подключен к источнику 3, а отрицательный контакт (катод) к неплавящемуся вольфрамовому электроду 1. Другой диод 7 включен встречно в цепь между анодом диода 6 и изделием 5 таким образом, что анод диода 6 соединен с катодом диода 7. Ко второму полюсу источника питания 3 напрямую подключен плавящийся электрод 4. Между плавящимся электродом 4 и изделием 5 периодически с частотой источника питания 3 протекают импульсы тока дуги прямого действия 13 обратной полярности, пропускаемые диодом 7. Также между неплавящимся вольфрамовым электродом 1 и плавящимся электродом 4 с такой же периодичностью и частотой протекают импульсы тока дуги косвенного действия 9, пропускаемые диодом 6. Направление токов в дуге косвенного действия 9 от положительного неплавящегося вольфрамового электрода 1 к отрицательному плавящемуся электроду 4. Зажигание дуг прямого действия 13 и косвенного действия 9 производится высокочастотным возбудителем дуг источника питания. Плавящийся электрод 4 непрерывно подается по мере расплавления с постоянной скоростью в направлении неплавящегося электрода 1 и изделия 5 с помощью роликов 10 подающего механизма. В сопло 2 сварочной горелки подается защитный инертный газ аргон. В цепи диодов 6 и 7 дополнительно включены балластные сопротивления 12 для создания возможности дополнительного регулирования токов импульсов. Совместное действие дуг 9 и 13 приводит к наплавке на изделие 5 слоя наплавленного металла 11.Figure 3 shows a diagram of the implementation of the proposed welding method, when a product and a non-consumable electrode are connected to one pole of the power source. Non-consumable tungsten electrode 1, located in the nozzle of the welding torch 2, is connected to the pole of the AC power supply 3 with a frequency of at least 50 Hz through diode 6. The positive contact of diode 6 (anode) is connected to the source 3, and the negative contact (cathode) to the non-consumable tungsten electrode 1. Another diode 7 is connected oppositely to the circuit between the anode of the diode 6 and the product 5 in such a way that the anode of the diode 6 is connected to the cathode of the diode 7. A consumable electrode 4 is directly connected to the second pole of the power source 3 4. Between the consumable electrode 4 and the product 5 periodically with the frequency of the power source 3, direct arc current pulses 13 of reverse polarity, passed by the diode 7, flow. in an indirect arc 9 from a positive non-consumable tungsten electrode 1 to the negative consumable electrode 4. Ignition of arcs of direct action 13 and indirect action 9 is produced by a high-frequency exciter of arcs of the power source. The consumable electrode 4 is continuously fed as it melts at a constant rate in the direction of the non-consumable electrode 1 and the article 5 by means of the feed rollers 10. Shielding inert gas argon is supplied to the nozzle 2 of the welding torch. In the circuit of diodes 6 and 7, ballast resistors 12 are additionally included to create the possibility of additional regulation of pulse currents. The combined action of arcs 9 and 13 leads to surfacing on the item 5 of a layer of deposited metal 11.

Для обеспечения повторных зажиганий дуг 9 и 13 во время смены их полярности параллельно дугам подключен высокочастотный возбудитель дуги, который является составной частью сварочного источника питания 3.To ensure re-ignition of arcs 9 and 13 during the change of their polarity, a high-frequency arc exciter is connected parallel to the arcs, which is a component of the welding power source 3.

В процессе сварки и наплавки изделия 5 поочередно включаются дуги 9 и 13 с помощью высокочастотного возбудителя дуги. Если условия сварки обеспечивают устойчивое повторное зажигание дуг 9 и 13 без возбудителя дуги, то во время сварки его отключают.In the process of welding and surfacing of article 5, arcs 9 and 13 are alternately switched on using a high-frequency arc exciter. If the welding conditions ensure stable re-ignition of arcs 9 and 13 without an arc exciter, then it is turned off during welding.

Использование разнесенных по времени импульсов тока высокой частоты в обеих дугах 9 и 13 обеспечивает полное отсутствие взаимодействия их магнитных полей и высокую их пространственную устойчивость.The use of time-spaced high-frequency current pulses in both arcs 9 and 13 ensures the complete absence of interaction of their magnetic fields and their high spatial stability.

Дуга 13 прямого действия обеспечивает проплавление изделия 5 и определенную производительность расплавления электрода 4. Дуга 9 косвенного действия обеспечивает дополнительное расплавление требуемого количества наплавляемого металла с образованием необходимой площади его поперечного сечения в сварном шве. Мощность, передаваемая изделию 5 наплавляемым металлом с электрода 4, незначительно влияет на его проплавление. Основное влияние на проплавление изделия 5 оказывает воздействие приэлектродной (анодной) области дуги прямого действия 13, расположенной у изделия 5. Одновременно с включением дуг 9 и 13 начинается плавление электрода 4 и его подача со скоростью V_э к изделию. Изменение смены импульсов с достаточно большой частотой свыше 50 Гц приводит к тому, что катодное и анодное пятна дуги на плавящемся электроде 4 пространственно стабилизируется и плавление электрода происходит со стабильной скоростью. Импульсы тока дуги косвенного действия 9 обеспечивают значительное количество наплавляемого металла в процессах сварки соединений с разделкой кромок, угловых швов и наплавке.The direct-acting arc 13 provides penetration of the article 5 and a certain melting rate of the electrode 4. The indirect arc 9 provides additional melting of the required amount of the deposited metal with the formation of the required cross-sectional area in the weld. The power transmitted to the workpiece 5 by the deposited metal from the electrode 4 insignificantly affects its penetration. The main influence on the penetration of the article 5 is exerted by the near-electrode (anode) region of the direct arc 13 located at the article 5. Simultaneously with the switching on of the arcs 9 and 13, the melting of the electrode 4 begins and its supply at a speed V _e to the article. Changing the change of pulses with a sufficiently high frequency above 50 Hz leads to the fact that the cathode and anode arc spots on the consumable electrode 4 are spatially stabilized and the electrode melts at a stable rate. Indirect arc current pulses 9 provide a significant amount of deposited metal in the processes of welding joints with grooving, fillet welds and surfacing.

Вариант способа, изображенный на фиг.3, наиболее целесообразно использовать при сварке больших толщин алюминиевых сплавов для заполнения разделки кромок или при сварке угловых швов. Дуга прямого действия с плавящегося электрода обеспечивает хорошее проплавление кромок и их сплавление с электродным металлом, очистку алюминиевой детали от окисной пленки. Дуга косвенного действия обеспечивает дополнительное расплавление электродного металла и его очистку от окисной пленки, чего не происходит при однодуговой сварке на обратной полярности. Ток на вольфрамовый электрод дуги косвенного действия должен быть минимальным, равным допустимому току при однодуговой сварке обратной полярности. Суммарный средний за ток дуги за период на плавящийся электрод можно выбирать аналогичным рекомендуемым токам для плавящегося электрода при однодуговой сварке на обратной полярности. При этом, как показывают проведенные исследования, ссылка на которые приведена выше, производительность расплавления электрода будет намного выше, чем в дуге обратной полярности, из-за расположения на электроде катодного пятна дуги в течение части периода.The variant of the method shown in figure 3 is most expedient to use when welding large thicknesses of aluminum alloys to fill the groove or when welding fillet welds. The direct arc from the consumable electrode ensures good penetration of the edges and their fusion with the electrode metal, cleaning the aluminum part from the oxide film. The indirect arc provides additional melting of the electrode metal and its cleaning from the oxide film, which does not occur with single-arc welding on reverse polarity. The current to the tungsten electrode of the indirect arc must be minimal, equal to the permissible current for single-arc reverse polarity welding. The total average arc current for the period per consumable electrode can be selected similar to the recommended currents for consumable electrode in single-arc welding on reverse polarity. At the same time, as shown by the studies carried out, the reference to which is given above, the productivity of melting the electrode will be much higher than in an arc of reverse polarity, due to the location of the cathode spot of the arc on the electrode during a part of the period.

Схему на фиг.3 также можно рекомендовать при наплавке стальной проволоки на алюминиевое изделие, при которой при определенном содержании алюминия непосредственно в шве образуется интерметаллидный сплав железа с алюминием, обладающий высокой твердостью, износостойкостью и жаростойкостью. При этом обеспечивается разрушение окисных пленок на проволоке, что повышает качество наплавки.The scheme in figure 3 can also be recommended when surfacing a steel wire on an aluminum product, in which, at a certain aluminum content, an intermetallic iron-aluminum alloy with high hardness, wear resistance and heat resistance is formed directly in the weld. In this case, the destruction of oxide films on the wire is ensured, which improves the quality of surfacing.

На схеме фиг.4 показано, что диоды 6 и 7 могут быть подключены и противоположным, чем на фиг.3, образом. То есть полюс сварочного источника питания 3 соединяется с катодом диода 6, анод которого подключается к неплавящемуся электроду 1. Катод диода 7 при этом должен быть подсоединен к изделию 5, а анод диода 7 соединен с катодом диода 6. Тогда полярность импульсов дуги прямого действия 13 сменится на противоположную, это будут импульсы тока прямой полярности. Также изменится направление токов импульсов дуги косвенного действия 9 между неплавящимся электродом 1 и плавящимся электродом 4. В дуге косвенного действия 9 токи импульсов будут протекать от плавящегося электрода-анода 4 к отрицательному неплавящемуся электроду-катоду 1. Дуга 13 прямого действия обеспечивает проплавление изделия 5 при сварке, поставляет в шов наплавляемый металл 11. Дуга 9 косвенного действия обеспечивает дополнительное расплавление наплавляемого металла 11 для образования необходимой площади поперечного сечения наплавленного металла. Мощность, передаваемая изделию 5 наплавленным металлом, незначительно влияет на его проплавление и может быть получена достаточно низкая доля основного металла в металле шва. Одновременно с включением дуг 9 и 13 начинается плавление электрода 4 и его подача со скоростью V_э в столб дуги прямого действия 13. Таким образом, в способе также обеспечивается независимое регулирование производительностей расплавления основного металла изделия и наплавляемого металла.The diagram of Fig. 4 shows that the diodes 6 and 7 can be connected in a manner opposite to that in Fig. 3. That is, the pole of the welding power source 3 is connected to the cathode of the diode 6, the anode of which is connected to the non-consumable electrode 1. The cathode of the diode 7 must be connected to the product 5, and the anode of the diode 7 is connected to the cathode of the diode 6. Then the polarity of the pulses of the direct arc 13 will change to the opposite, these will be current pulses of direct polarity. The direction of the currents of the impulses of the indirect arc 9 between the nonconsumable electrode 1 and the consumable electrode 4. In the indirect arc 9, the pulse currents will flow from the consumable anode electrode 4 to the negative nonconsumable electrode-cathode 1. The direct arc 13 ensures the penetration of the article 5 when welding, supplies the weld metal 11 to the seam. The indirect arc 9 provides additional melting of the weld metal 11 to form the required cross-sectional area of the weld metal. The power transmitted to the item 5 by the deposited metal insignificantly affects its penetration and a rather low proportion of the base metal in the weld metal can be obtained. Simultaneously with the switching on of the arcs 9 and 13, the melting of the electrode 4 begins and its supply at a speed V _e into the column of the direct arc 13. Thus, the method also provides an independent regulation of the melting rates of the base metal of the product and the weld metal.

Возможность различных вариантов подключения диодов 6 и 7 расширяет технологические возможности способа. В целом создаются большие возможности регулирования соотношения производительности расплавления основного и дополнительного металла. Отсюда следуют и дополнительные возможности по регулированию химического состава сварного, наплавочного или паяного шва.The possibility of various options for connecting diodes 6 and 7 expands the technological capabilities of the method. In general, great possibilities are created for regulating the ratio of the melting capacity of the main and additional metal. This gives rise to additional possibilities for regulating the chemical composition of the welded, surfacing or brazed seam.

Полюса электродов и изделия, которые будут сочетаться в течение периода переменного тока по схемам фиг.1-фиг.4, можно представить в виде таблицы 1.The poles of the electrodes and the product, which will be combined during the alternating current period according to the schemes of Figs. 1-Fig. 4, can be represented in the form of Table 1.

Таблица 1 показывает широкие возможности предлагаемого способа в отношении выбора сочетания полюсов электродов, что обеспечивает широкий выбор технологических возможностей по производительностям расплавления электродного и основного металлов и их очистке, например, от окисных пленок за счет механизма катодного разрушения.Table 1 shows the broad possibilities of the proposed method with regard to the choice of the combination of electrode poles, which provides a wide range of technological possibilities for the productivity of melting the electrode and base metals and their cleaning, for example, from oxide films due to the mechanism of cathodic destruction.

На фиг.5 представлена циклограмма токов прямоугольной формы, генерируемых сварочным источником питания разнополярных импульсов I_и. Циклограмма представляет зависимость изменения тока от времени t. Для схемы на фиг.1 она совпадает с циклограммой токов в неплавящемся электроде I_н=I_и. В общем случае величины токов импульсов и время их протекания не равны между собой, t_ПП обозначена длительность протекания импульса тока прямого действия прямой полярности, t_дк - время импульса в дуге косвенного действия. Весь период протекания тока t_Ц=t_ПП+t_дк. При использовании способа отношение произведения тока импульсов на их длительность в дугах прямого и косвенного действия выбираются в соответствии с формулой (1).Figure 5 shows a cyclogram of rectangular currents generated by a welding power source of bipolar pulses I _and . The cyclogram represents the dependence of the current change on the time t. For the circuit in figure 1, it coincides with the cyclogram of currents in the non-consumable electrode I _n = I _and . In the general case, the values of the pulse currents and the time of their flow are not equal to each other, t _PP denotes the duration of the current pulse of direct action of direct polarity, t _dc is the time of the pulse in the indirect arc. The entire period of current flow t _C = t _PP + t _dk . When using the method, the ratio of the product of the current of pulses to their duration in arcs of direct and indirect action is selected in accordance with formula (1).

На фиг.6 показана циклограмма импульса в дуге прямого действия I_ПП длительностью t_ПП.Figure 6 shows the pulse cyclogram in the direct arc I _{PP with} duration t _PP .

На фиг.7 показан циклограмма импульса в дуге косвенного действия t_дк длительностью t_дк.Fig. 7 shows a cyclogram of a pulse in an arc of indirect action t _{dk with a} duration t _dk .

Для других схема фиг.2-фиг.4 циклограммы аналогичны, на один из электродов воздействуют два импульса, а на второй и изделие - один импульс.For others, the diagram of Fig. 2-Fig. 4, the cyclograms are similar, two pulses act on one of the electrodes, and one pulse is applied to the second and the product.

В дугах периодически протекают импульсы тока одного направления. Из-за выпрямляющего действия электрических вентилей (диодов) в каждый момент времени горит только одна из дуг. Это обеспечивает технический результат способа - полное отсутствие взаимодействия магнитных полей дуг.In arcs, current pulses of one direction periodically flow. Due to the rectifying action of electric valves (diodes), only one of the arcs burns at a time. This provides the technical result of the method - the complete absence of interaction of the magnetic fields of the arcs.

На фиг.8 представлены зависимости по допустимым плотностям тока токам на вольфрамовый электрод при однодуговой сварке постоянным током прямой и обратной полярности в среде аргона. Кривая ПП обозначает зависимость для прямой полярности дуги, а кривая ОП - для обратной полярности. Зависимости имеют вид гипербол.Figure 8 shows the dependence of the permissible current density to the currents to the tungsten electrode in single-arc direct current welding of direct and reverse polarity in argon. The RV curve is for forward arc polarity, and the RV curve is for reverse polarity. Dependencies have the form of hyperbolas.

Допустимые токи на вольфрамовые электроды получены в результате анализа данных таблицы III. 15, С. 195 монографии Г.Л. Петрова. Сварочные материалы. Л.: Машиностроение, 1972. - 280 с. для аргоновой дуги. Для этого рассчитывали средние рекомендуемые токи дуг I_ПП и I_ОП, размах относительных отклонений от них ΔI_ПП и ΔI_ОП в процентах и сравнивали по видам полярностей (таблица 2).Allowable currents for tungsten electrodes are obtained by analyzing the data in Table III. 15, p. 195 monographs by G.L. Petrov. Welding consumables. L .: Mashinostroenie, 1972 .-- 280 p. for argon arc. For this, the average recommended arc currents I _PP and I _{OP were} calculated, the range of relative deviations from them ΔI _PP and ΔI _OP in percent and were compared according to the types of polarities (Table 2).

Зависимости допустимых токов на неплавящиеся электроды от диаметра уточняли, используя весь массив данных их таблицы 2. Для этого аппроксимировали зависимости плотности тока от диаметра для каждой из полярностей из таблицы 2 гиперболической функцией по методу наименьших квадратов с помощью компьютерной программы, приведенной в справочнике: Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке Бейсик для персональных ЭВМ / В.П. Дьяконов. М.: Наука, 1987. - 240 с на стр. 140.The dependences of the permissible currents to nonconsumable electrodes on the diameter were refined using the entire data set from Table 2. For this, the dependences of the current density on the diameter for each of the polarities from Table 2 were approximated by a hyperbolic function using the least squares method using a computer program given in the reference book: Dyakonov V .NS. Reference book on algorithms and programs in the BASIC language for personal computers / V.P. Dyakonov. Moscow: Nauka, 1987 .-- 240 p. On page 140.

Для одного диаметра вводили два значения плотности тока (минимальное и максимальное), что позволило увеличить массив данных до восьми точек вместо четырех и выполнить аппроксимацию более точно. Гиперболическая функция имела видFor one diameter, two values of the current density (minimum and maximum) were introduced, which made it possible to increase the data array to eight points instead of four and to perform the approximation more accurately. The hyperbolic function had the form

где d - диаметр электрода в мм, F, K - коэффициенты аппроксимации. Размерность F - А/мм², размерность К - А/мм.where d is the electrode diameter in mm, F, K are the approximation coefficients. Dimension F - A / mm ² , dimension K - A / mm.

Полученные значения коэффициентов приведены в таблице 3.The obtained values of the coefficients are shown in Table 3.

Наиболее узкий относительный диапазон (в %) допустимых токов ΔI_ПП присущ дуге прямой полярности и этот диапазон стабилен для всех диаметров электрода. Наибольший относительный диапазон токов ΔI_ОП имеет место для дуги обратной полярности. Это связано с тем, что дуга прямой полярности с неплавящимся электродом используется в производстве намного чаще, чем обратной полярности.The narrowest relative range (in%) of allowable currents ΔI _PP is inherent in an arc of straight polarity and this range is stable for all electrode diameters. The largest relative range of currents ΔI _OP takes place for an arc of reverse polarity. This is due to the fact that a straight polarity arc with a non-consumable electrode is used in production much more often than reverse polarity.

В таблице 2 приведены отношения средних допустимых токов прямой и обратной полярности R=I_ПП/I_ОП в зависимости от диаметра электрода. Эта зависимость монотонна, в ней R изменяется от 4,41 до 6,54. Среднее значение R=I_ПП/I_ОП=5,45 при среднем относительном отклонении по абсолютной величине САО=13%, который определяется по методике учебного пособия: Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул / Е.Н. Львовский. - М.: Высш. шк., 1988. - 239 с. С. 28. Отношение R показывает во сколько раз допустимые токи на прямой полярности дуги больше, чем на обратной полярности.Table 2 shows the ratio of the average permissible currents of direct and reverse polarity R = I _PP / I _OP , depending on the diameter of the electrode. This dependence is monotonic, in which R varies from 4.41 to 6.54. The average value R = I _PP / I _OP = 5.45 with an average relative deviation in absolute value CAO = 13%, which is determined by the methodology of the textbook: Lvovskiy E.N. Statistical methods for constructing empirical formulas / E.N. Lviv. - M .: Higher. shk., 1988 .-- 239 p. P. 28. The ratio R shows how many times the permissible currents on the forward polarity of the arc are greater than on the reverse polarity.

Формула (2) совместно с таблицей 3 позволяет легко определить допустимые средние токи на неплавящийся вольфрамовый электрод для импульсов при подключении к нему отрицательного полюса (катода) или положительного полюса анода.Formula (2), together with Table 3, makes it easy to determine the permissible average currents for a non-consumable tungsten electrode for pulses when the negative pole (cathode) or positive pole of the anode is connected to it.

Средний ток на вольфрамовый электрод I_сн за период при прохождении двух импульсов разных направлений и величины для схемы фиг.1Average current to the tungsten electrode I _cn for the period when two pulses of different directions and magnitude for the circuit of Fig. 1 are passed.

где ψ - доля времени импульса дуги прямой полярности за период по отношению к длительности периода, I_ПП - средний ток импульса за время его действия в дуге прямой полярности, I_дк - средний ток импульса в дуге косвенного действия в период ее действия.where ψ is the fraction of the time of the pulse of the arc of direct polarity for the period in relation to the duration of the period, I _PP is the average current of the pulse during its action in the arc of direct polarity, I _dk is the average current of the pulse in the arc of indirect action during the period of its action.

Для того чтобы не допустить перегрузки вольфрамового электрода, необходимо ток импульса дуги прямого действия выбирать по таблице 1 для прямой полярности однодуговой сварки, а дуги косвенного действия - для обратной полярности однодуговой сварки.In order to prevent overloading of the tungsten electrode, it is necessary to select the pulse current of the direct arc according to Table 1 for the direct polarity of single-arc welding, and the indirect arc - for the reverse polarity of the single-arc welding.

Средний ток на плавящийся электрод в дуге косвенного действия за весь периодAverage current per consumable electrode in an indirect arc for the entire period

Ток I_дкс определяет скорость расплавления электродной проволоки. Он должен назначаться по рекомендуемым значениям однодуговой сварки плавящимся электродом на обратной полярности, так как дуга прямой полярности в инертных газах плавящимся электродом практически не используется для сварки.The current I _dc determines the rate of melting of the electrode wire. It should be assigned according to the recommended values for single-arc welding with a consumable electrode on reverse polarity, since the arc of direct polarity in inert gases with a consumable electrode is practically not used for welding.

Современные источники питания дуги с разнополярными импульсами тока прямоугольной формы используют частоту импульсов 50-150 Гц. За счет высокой частоты смены полярности на плавящемся электроде обеспечивается высокая стабильность расположения активных пятен дуг на нем и, соответственно, высокая стабильность скорости расплавления электрода. Такой стабильности дополнительно способствует также то, что катодное пятно дуги размещается на плавящемся электроде сравнительно небольшую часть периода тока, а также отсутствие магнитных полей от второй дуги.Modern arc power supplies with bipolar rectangular current pulses use a pulse frequency of 50-150 Hz. Due to the high frequency of polarity reversal on the consumable electrode, a high stability of the arrangement of active spots of arcs on it and, accordingly, a high stability of the rate of melting of the electrode is ensured. This stability is further promoted by the fact that the cathode spot of the arc is located on the consumable electrode for a relatively small part of the current period, as well as the absence of magnetic fields from the second arc.

В таблице 4 приведены данные о коэффициентах расплавления стальной сварочной электродной проволоки марки Св-08Г2С диаметром 2 мм при вылете электрода 1,54 см на прямой и обратной полярностях дуги при наплавке сталей в среде CO₂.Table 4 shows the data on the melting coefficients of the steel welding electrode wire of the Sv-08G2S brand with a diameter of 2 mm with an electrode protrusion of 1.54 cm on direct and reverse arc polarities when surfacing steels in a CO ₂ environment.

При одинаковых токах I=340 А дуг обратной и прямой полярностей скорость расплавления электрода V_э и его коэффициент расплавления на прямой полярности в 1,7 раза выше. Одинаковые скорости расплавления достигаются, когда ток дуги прямой полярности уменьшили до I=215 А. Данные приведены также в монографии В.А. Ленивкина и др. «Технологические свойства сварочной дуги в защитных газах». М.: Машиностроение, 1989. - 264 с. (С. 115, таблица 20). В этой монографии в главе 4 показано, что производительность расплавления стальной электродной проволоки на прямой полярности значительно выше, однако из-за нестабильного поведения катодного пятна на электроде она неравномерна во времени. Это явление обусловлено тем, что катодное падение напряжения в дуге с плавящимися электродами обычно значительно выше, чем анодное падение напряжения, однако существенно зависит от химического состава поверхности электродной проволоки, от наличия на ней, например, окислов.At the same currents I = 340 A of arcs of reverse and direct polarity, the rate of electrode melting V _e and its melting coefficient on the direct polarity is 1.7 times higher. The same melting rates are achieved when the arc current of straight polarity is reduced to I = 215 A. The data are also given in the monograph by V.A. Lenivkina et al. "Technological properties of a welding arc in shielding gases". M .: Mashinostroenie, 1989 .-- 264 p. (P. 115, table 20). In this monograph in Chapter 4, it is shown that the melting rate of a steel electrode wire on straight polarity is significantly higher, but due to the unstable behavior of the cathode spot on the electrode, it is uneven over time. This phenomenon is due to the fact that the cathodic voltage drop in an arc with consumable electrodes is usually much higher than the anodic voltage drop, but it significantly depends on the chemical composition of the electrode wire surface, on the presence of oxides on it, for example.

При высокой частоте включений и выключений дуги прямой полярности на плавящийся электрод катодное пятно возникает в одной и той же зоне торца электрода и его пространственное положение стабилизируется, что стабилизирует и скорость его расплавления, несмотря на наличие химической неоднородности на поверхности электрода. То, что дуга прямой полярности может быть в определенных условиях стабильной и применяться на практике подтверждается ее использованием при сварке сталей под флюсом на токах выше 600 А (см. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Сварка. ВСН 006-89. Миннефтегазстрой. - М.: 1989. - 216 с. С. 51, п. 2.6.18-2.6.20).At a high frequency of switching on and off the arc of direct polarity to the consumable electrode, the cathode spot appears in the same zone of the electrode end and its spatial position is stabilized, which also stabilizes the rate of its melting, despite the presence of chemical inhomogeneity on the electrode surface. The fact that an arc of straight polarity can be stable under certain conditions and be applied in practice is confirmed by its use in submerged arc welding at currents above 600 A (see Construction of main and field pipelines. Welding. VSN 006-89. Minneftegazstroy. - M. : 1989. - 216 p. 51, p. 2.6.18-2.6.20).

Положение катодного пятна дуги под флюсом в условиях, когда она горит в закрытом пространстве при повышенном давлении газового пузыря, по-видимому, стабилизируется. Это также подтверждается широким использованием дуги под флюсом на переменном токе промышленной частоты.The position of the cathode spot of the arc under the submerged arc under conditions when it burns in a closed space at an increased pressure of the gas bubble, apparently, stabilizes. This is also confirmed by the widespread use of submerged arc with power frequency alternating current.

Также экспериментально показано, что стабильность горения дуги с прямоугольными разнополярными импульсами тока высокая при наплавке стальными покрытыми электродами (см. статью Сидорова В.П., Советкина Д.Э. Наплавка покрытыми электродами дугой, питаемой разнополярными импульсами тока в сборнике: Сварка. Реновация. Триботехника: материалы IX Уральской научно-практической конференции. 21.09.19. - Нижний Тагил: НТИ (филиал) УрФУ, 2019. - С. 58-63).It has also been experimentally shown that the stability of arc burning with rectangular bipolar current pulses is high when surfacing with steel coated electrodes (see article Sidorov V.P., Sovetkin D.E. Tribotechnics: materials of the IX Ural scientific and practical conference. 09.21.19. - Nizhny Tagil: NTI (branch) of the UrFU, 2019. - pp. 58-63).

Также теоретические и экспериментальные исследования показывают, что производительность расплавления алюминиевой электродной проволоки-катода существенно выше, чем анода при одинаковых токах. Эта зависимость установлена как для стальной проволоки в аргоне, так и опытами авторов для алюминиевой проволоки. Поэтому использование в предлагаемом способе в дуге косвенного действия части импульсов тока с отрицательного плавящегося электрода-катода на неплавящийся электрод увеличивает производительность его расплавления по сравнению с дугой обратной полярности.Also, theoretical and experimental studies show that the melting performance of the aluminum electrode wire-cathode is significantly higher than that of the anode at the same currents. This dependence was established both for steel wire in argon and by the experiments of the authors for aluminum wire. Therefore, the use in the proposed method in the arc of the indirect action of part of the current pulses from the negative consumable electrode-cathode to the non-consumable electrode increases the productivity of its melting in comparison with the arc of reverse polarity.

Это показано в статье « О плавлении алюминиевого электрода аргоновой дугой прямой полярности» - Вектор науки ТГУ. - 2019. - №4(50). - С. 52-57.This is shown in the article "On the melting of an aluminum electrode by an argon arc of straight polarity" - TSU Science Vector. - 2019. - No. 4 (50). - S. 52-57.

При одинаковом токе производительность расплавления П=α_P⋅Ι увеличивается с уменьшением диаметра электрода. Изменяя диаметр плавящегося электрода, можно в широких пределах регулировать производительность наплавки. В таблице 5 приведены рекомендации по выбору плотности тока в дуге обратной полярности при однодуговой сварке алюминиевых сплавов.At the same current, the productivity of melting P = α _P ⋅Ι increases with decreasing electrode diameter. By varying the diameter of the consumable electrode, it is possible to regulate the deposition rate within a wide range. Table 5 shows recommendations for choosing the current density in an arc of reverse polarity for single-arc welding of aluminum alloys.

Такие рекомендации приведены в справочнике «Сварка в машиностроении», т. 2. М.: Машиностроение, 1978. 462 с. С. 234, таблица 16.Such recommendations are given in the reference book "Welding in mechanical engineering", vol. 2. M .: Mechanical engineering, 1978. 462 p. P. 234, table 16.

Среднее за период значение тока на плавящийся электрод в зависимости от диаметра электрода и его материала следует выбирать по рекомендациям для однодуговой сварки на обратной полярности в соответствии с рекомендациями таблиц 4, 5 или аналогичных таблиц.The average value of the current per consumable electrode for the period, depending on the diameter of the electrode and its material, should be selected according to the recommendations for single-arc welding on reverse polarity in accordance with the recommendations of tables 4, 5 or similar tables.

Для схемы на фиг.2 формулы (2) и (3) также справедливы. Также справедливо для этой схемы и правила выбора токов на электроды.For the circuit in Fig. 2, formulas (2) and (3) are also valid. It is also true for this circuit and the rules for choosing currents to the electrodes.

Для схемы на фиг.3 ток в плавящемся электроде равен сумме токов дуг в дугах прямого и косвенного действия. При этом средний за период ток на плавящийся электрод должен также выбираться по рекомендуемым значениям при однодуговой сварке на обратной полярности.For the circuit in figure 3, the current in the consumable electrode is equal to the sum of the arc currents in the arcs of direct and indirect action. In this case, the average current for the period to the consumable electrode should also be selected according to the recommended values for single-arc welding on reverse polarity.

Допустимый средний ток импульса за период на неплавящийся электрод дуги косвенного действия I_нс, который при схеме на фиг.3 является анодом, следует выбирать по формуле (2) для обратной полярности электрода при однодуговой сварке. Тогда допустимый средний ток импульса за время его действия может быть рассчитан по формулеThe permissible average pulse current for a period on a nonconsumable indirect arc electrode I _ns , which is the anode in the diagram in Fig. 3, should be selected according to formula (2) for the reverse polarity of the electrode in single-arc welding. Then the permissible average pulse current during its action can be calculated by the formula

I_ни=I_нс/ϕ,I _nor = I _ns / ϕ,

где - доля времени импульса тока дуги косвенного действия от длительности периода.where is the fraction of the time of the indirect arc current pulse from the period duration.

Для схемы на фиг.4 неплавящийся электрод является катодом в дуге косвенного действия. Поэтому допустимый средний ток за период для него должен определяться по формуле (2) для прямой полярности при однодуговой сварке.For the circuit in figure 4, the non-consumable electrode is the cathode in the indirect arc. Therefore, the permissible average current for the period for it should be determined by the formula (2) for straight polarity in single-arc welding.

На фиг.9 показана схема пайки алюминиевых деталей по одному из вариантов предлагаемого способа по схеме фиг.3. Изделие собирается из двух деталей 14 и 15, расположенных по углом 45 градусов к горизонту внахлестку с зазором, таким образом, чтобы паяный шов 16 формировался в положении «в лодочку». Поверхность торца детали 15 и поверхность пластины 14 нагреваются и очищаются катодным распылением импульсами тока дуги обратной полярности 13 небольшой мощности, горящей между плавящимся электродом 4 и деталями 14 и 15. Мощность дуги косвенного действия 9 также небольшая, но достаточная для расплавления припоя 4, а проплавление деталей 14 и 15 отсутствует. При этом за счет зазора между деталями и проникновения в него катодной области дуги 13 очищается от окисной пленки алюминия и часть поверхности детали 14, перекрытой деталью 15 в нахлестке. За счет этого образуется более качественное паяное соединение. Расплавляют припой проволоки 4 оба импульса дуг косвенного действия 9 и прямого действия 13. Происходит и катодная очистка проволоки припоя 4, что повышает качество паяного соединения.Fig. 9 shows a diagram of soldering aluminum parts according to one of the variants of the proposed method according to the diagram of Fig. 3. The product is assembled from two parts 14 and 15, located at an angle of 45 degrees to the horizontal with an overlap with a gap, so that the brazed seam 16 is formed in the "boat" position. The surface of the end face of the part 15 and the surface of the plate 14 are heated and cleaned by cathodic sputtering by pulses of the arc current of reverse polarity 13 of low power, burning between the consumable electrode 4 and parts 14 and 15. The power of the indirect arc 9 is also small, but sufficient to melt the solder 4, and the penetration parts 14 and 15 are missing. At the same time, due to the gap between the parts and the penetration of the cathode region of the arc 13 into it, part of the surface of the part 14, overlapped by part 15, is cleared of the aluminum oxide film. Due to this, a better quality soldered joint is formed. Both indirect arc impulses 9 and direct action 13 are melted by the solder wire 4. Cathodic cleaning of the solder wire 4 also takes place, which improves the quality of the soldered joint.

Припой электродной проволоки 4 имеет низкую температуру плавления, поэтому небольших токов дуг прямого 13 и косвенного действия 9 достаточно для расплавления значительного количества припоя. Скорость пайки подбирается из условия совпадения площадей очистки деталей от окисной пленки и растекания припоя с образованием необходимой площади его поперечного сечения.The solder of the electrode wire 4 has a low melting point, therefore, small currents of arcs of direct 13 and indirect action 9 are sufficient to melt a significant amount of solder. The soldering speed is selected from the condition of the coincidence of the areas of parts cleaning from the oxide film and the spreading of the solder with the formation of the required area of its cross-section.

Пример 1. Выполняли наплавку по схеме фиг.1 алюминиевой проволоки Св-АД0 на пластину из стали 20 толщиной 10 мм для получения износостойкой и жаростойкой наплавки. Исследования показали, что для получения твердого сплава без образования трещин с оптимальными свойствами необходимо содержание алюминия в наплавленном шве по массе 20-25%.Example 1. Surfacing was carried out according to the scheme of Fig. 1 aluminum wire Sv-AD0 on a plate of steel 20 10 mm thick to obtain wear-resistant and heat-resistant surfacing. Studies have shown that to obtain a hard alloy without cracking with optimal properties, an aluminum content in the weld by weight of 20-25% is required.

(То, что при наплавке алюминиевой присадочной проволоки на сталь можно получить шов с высокими показателями твердости и жаростойкости, показано в патенте РФ №2414336, опубликованном 20.03.2011 г.).(The fact that when surfacing an aluminum filler wire on steel it is possible to obtain a weld with high hardness and heat resistance is shown in the RF patent No. 2414336, published on 03/20/2011).

Диаметр вольфрамового электрода использовали 4 мм, расход защитного аргона составлял 10 л/мин. Вольфрамовый электрод располагался в горелке, закрепленной на автомате для аргонодуговой сварки АДСВ-6, оснащенном механизмом подачи присадочной проволоки, который использовался для подачи электродной проволоки.The diameter of the tungsten electrode was 4 mm, the flow rate of protective argon was 10 L / min. The tungsten electrode was located in a torch mounted on an ADSV-6 argon-arc welding machine equipped with a filler wire feed mechanism, which was used to feed the electrode wire.

Предварительно на токе I=100 А при однодуговой сварке при скорости наплавки V_c=0,3 см/с был получен шов с глубиной проплавления Н=2 мм шириной Е=8 мм и площадью поперечного сечения проплавления основного металла F_o=11 мм². Производительность расплавления основного металла при скорости наплавки V_c=0,3 см/с и плотности стали 7,8 г/см³ составилаPreviously, at a current I = 100 A in single-arc welding at a deposition rate V _c = 0.3 cm / s, a weld was obtained with a penetration depth H = 2 mm, a width E = 8 mm and a cross-sectional area of penetration of the base metal F _o = 11 mm ² ... The productivity of melting the base metal at a surfacing rate V _c = 0.3 cm / s and a steel density of 7.8 g / cm ³ was

M/t=0,3⋅7,8⋅0,11=0,26 г/с.M / t = 0.3⋅7.8⋅0.11 = 0.26 g / s.

При среднем содержании алюминия по массе из рекомендуемого диапазона 23% получили необходимую производительность наплавки алюминиевой поволоки M_al=0,26⋅0,23=0,06 г/с. При проволоке диаметром 1,0 мм с учетом потерь проволоки 10% на испарение и разбрызгивание, получим необходимую скорость ее плавленияWith an average aluminum content by weight from the recommended range of 23%, the required productivity of cladding of aluminum filaments M _al = 0.26 - 0.23 = 0.06 g / s was obtained. With a wire with a diameter of 1.0 mm, taking into account the loss of a wire of 10% for evaporation and spraying, we obtain the required rate of its melting

V_Э=0,06/(0,9⋅0,785⋅10^-2⋅2,7)=3,14 см/с.V _E = 0.06 / (0.9⋅0.785⋅10 ^-2 ⋅2.7) = 3.14 cm / s.

При относительной длительности импульсов дуг прямого действия ψ=0,75 получили ток в импульсе дуги прямой полярности 100/0,75=133 А. Коэффициент расплавления проволоки при смешанной полярности (1-75)=0,25 можно оценить в α_P=11 (г/А⋅ч).When the relative pulse durations direct arcs ψ = 0,75 received pulse current straight polarity arc 100 / 0.75 = 133 A. The wire melting coefficient for mixed polarity (1-75) = 0.25 can be estimated as α _P = 11 (g / Ah).

Тогда, исходя из формулы для скорости подачи проволоки,Then, based on the formula for the wire feed speed,

V_Э=(αPj)/ρ,V _E = (αPj) / ρ,

где j - плотность тока в сечении проволоки, А/см², ρ - плотность алюминия, г/см³, получим средний за период на ток на плавящийся электрод 22 А. При (1-ψ)=0,25 ток в импульсе должен составлять 22/0,25=88 А. α_P берется в г/(А⋅с).where j is the current density in the cross section of the wire, A / cm ² , ρ is the density of aluminum, g / cm ³ , we obtain the average for the period per current to the consumable electrode 22 A. At (1-ψ) = 0.25, the current in the pulse should be 22 / 0.25 = 88 A. α _P is taken in g / (A⋅s).

Поскольку ток в импульсе в дуге прямой полярности 167 А для вольфрамового электрода намного меньше допустимого в таблице 2 I_пп=254 А, то данное сочетание токов обеспечило стойкость вольфрамового электрода.Since the current in a pulse in a straight-polarity arc of 167 A for a tungsten electrode is much less than the one allowed in Table 2 I _pp = 254 A, this combination of currents ensured the durability of the tungsten electrode.

Вольфрамовый и плавящийся электроды подключали к источнику питания разнополярных импульсов тока прямоугольной формы типа TIG200P AC/DC. Источник питания позволяет использовать импульсы с частотой 60 Гц при одинаковом токе импульсов. Номинальный ток источника питания 200 А. Технические характеристики источника питания приведены в таблице 6. Для получения импульсов использовали два диода типа Д061-200 на ток до 200 А, включенных по схеме фиг.1. Разницу токов в импульсах дуг прямого и косвенного действия обеспечили последовательным включением в цепи диодов балластных сопротивлений РБ-300.The tungsten and consumable electrodes were connected to a power source for bipolar rectangular current pulses of the TIG200P AC / DC type. The power supply allows 60 Hz pulses to be used at the same pulse current. The rated current of the power supply is 200 A. The technical characteristics of the power supply are shown in Table 6. To obtain pulses, two diodes of the D061-200 type for a current of up to 200 A were used, connected according to the scheme of Fig. 1. The difference in currents in the pulses of arcs of direct and indirect action was ensured by sequential connection of RB-300 ballast resistances in the diode circuit.

Данные приведены в паспорте и руководстве по эксплуатации установок для аргонодуговой сварки универсальных инверторных фирмы «Brima Welding International, 22 с. С.6. Издательство «Тиберис». Сайт: www.tiberis.ru/katalog-brendov/brima/. Дата обращения 04.09.19 г. The data are given in the passport and operating manual for installations for argon-arc welding of universal inverter firms "Brima Welding International, 22 p. C.6. Publishing house "Tiberis". Website: www.tiberis.ru/katalog-brendov/brima/. Date of treatment 09/04/19

Источник питания позволяет изменять долю времени протекания тока обратной полярности и соответственно прямой полярности при установке равных токов импульсов прямой и обратной полярности при однодуговой сварке. Источник питания снабжен высокочастотным возбудителем импульсов дуги.The power source allows you to change the fraction of the flow time of the current of reverse polarity and, accordingly, of direct polarity when setting equal currents of pulses of direct and reverse polarity in single-arc welding. The power supply is equipped with a high-frequency arc pulse exciter.

В результате наплавки получили качественную наплавку, обладающую высокой твердостью и жаростойкостью. В процессе наплавки обеспечивалось стабильное горение дуг и катодная очистка алюминиевой электродной проволоки от окиси алюминия Al₂O₃.As a result of surfacing, a high-quality surfacing with high hardness and heat resistance was obtained. In the process of surfacing, stable burning of arcs and cathodic cleaning of the aluminum electrode wire from aluminum oxide Al ₂ O _{3 were} ensured.

Пример 2. Выполняли наплавку стальной сварочной проволоки марки Св-08А на пластину толщиной 10 мм из алюминиевого сплава АМц для получения износостойкой и жаростойкой наплавки по схеме фиг.2. Наплавку вели от того же источника питания, что и в примере 1. Исследования показали, что для получения твердого сплава без образования трещин необходимо содержание алюминия по массе в наплавленном шве 20-25%. Диаметр вольфрамового электрода 5 мм. Вольфрамовый электрод располагался в горелке, закрепленной на автомате для аргонодуговой сварки АДСВ-6, оснащенный механизмом подачи присадочной проволоки, который использовался для подачи электродной проволоки.Example 2. Surfacing of steel welding wire Sv-08A was performed on a 10 mm thick plate made of AMts aluminum alloy to obtain wear-resistant and heat-resistant surfacing according to the scheme of Fig. 2. Surfacing was carried out from the same power source as in example 1. Studies have shown that to obtain a hard alloy without cracking, an aluminum content by weight in the weld weld of 20-25% is required. The diameter of the tungsten electrode is 5 mm. The tungsten electrode was located in a torch mounted on an ADSV-6 argon-arc welding machine equipped with a filler wire feed mechanism, which was used to feed the electrode wire.

Предварительно на токе I=100 А при однодуговой сварке однофазной дугой переменного тока при скорости наплавки V_c=0,25 см/с был получен шов с глубиной проплавления Н=3 мм шириной Е=10 мм и площадью поперечного сечения проплавления основного металла F_o=20 мм². Скорость расплавления основного металла при скорости наплавки V_c=0,25 см/с, при его плотности 2,7 г/см³ Previously, at a current I = 100 A in single-arc welding with a single-phase AC arc at a surfacing speed V _c = 0.25 cm / s, a weld was obtained with a penetration depth H = 3 mm, a width E = 10 mm and a cross-sectional area of penetration of the base metal F _o = 20 mm ² . The rate of melting of the base metal at a deposition rate V _c = 0.25 cm / s, at a density of 2.7 g / cm ³

M/t=0,25⋅2,7⋅0,20=0,11 г/с.M / t = 0.25⋅2.7⋅0.20 = 0.11 g / s.

Содержание алюминия в наплавленном шве выбрали в середине рекомендуемого диапазона 23% по массе, то есть содержание в нем железа по массе должно быть 100-23=87%.The aluminum content in the weld was chosen in the middle of the recommended range of 23% by weight, that is, the iron content in it by weight should be 100-23 = 87%.

Следовательно, производительность наплавки стальной поволоки должна составлять 0,11⋅0,83=0,09 г/с. При проволоке диаметром 1,0 мм с учетом потерь проволоки 10% на испарение и разбрызгивание, получим скорость ее плавленияConsequently, the productivity of surfacing the steel wire should be 0.11 - 0.83 = 0.09 g / s. With a wire with a diameter of 1.0 mm, taking into account the loss of the wire of 10% for evaporation and spraying, we obtain the rate of its melting

V_Э=(0,09)/(0,9⋅0,785⋅10^-2⋅7,8)=1,47 см/с.V _E = (0.09) / (0.9⋅0.785⋅10 ^-2 ⋅7.8) = 1.47 cm / s.

Проплавляющее действие дуги прямого действия обратной полярности на алюминиевом изделии выше, чем при однодуговой сварке однофазной дугой. Поэтому средний ток дуги обратной полярности, обеспечивший такие же размеры проплавления основного металла получили 70 А.The melting effect of a direct-acting reverse polarity arc on an aluminum product is higher than with a single-arc single-phase arc welding. Therefore, the average arc current of reverse polarity, which provided the same dimensions of penetration of the base metal, was 70 A.

При доле участия прямой полярности в дуге прямого действия ψ=0,7 получили ток в импульсе дуги прямой полярности 70/0,7=100 А. Коэффициент расплавления стальной проволоки при смешанной полярности (1-ψ)=0,3 можно оценить в 9 (г/А⋅ч).With the share of direct polarity in the direct arc ψ = 0.7, the current in the pulse of the direct polarity arc was 70 / 0.7 = 100 A. The melting coefficient of the steel wire with mixed polarity (1-ψ) = 0.3 can be estimated in 9 (g / Ah).

Тогда, исходя из формулы для скорости подачи проволоки, получим средний ток за период на плавящийся электрод 36 А. При (1-ψ)=0,3 ток в импульсе должен составлять 36/0,3=120 А. Этот ток намного меньше допустимого тока прямой полярности для вольфрамового электрода диаметром 5 мм, который составляет 354 А. Поэтому в целом перегрузки вольфрамового электрода не наблюдалось.Then, based on the formula for the wire feed speed, we get the average current for the period per consumable electrode 36 A. At (1-ψ) = 0.3, the current in the pulse should be 36 / 0.3 = 120 A. This current is much less than the permissible current of direct polarity for a tungsten electrode 5 mm in diameter, which is 354 A. Therefore, in general, overloading of the tungsten electrode was not observed.

Рассчитанные токи были обеспечены в цепи с помощью включения последовательно с диодами по схеме фиг.2 балластных реостатов. В результате наплавки получили качественную наплавку, обладающую высокой твердостью и жаростойкостью.The calculated currents were provided in the circuit by connecting in series with the diodes according to the scheme of Fig. 2 ballast rheostats. As a result of surfacing, a high-quality surfacing with high hardness and heat resistance was obtained.

Пример 3. Проводили сварку корневого слоя по схеме фиг.4 одностороннего сварного шва стыкового соединения с разделкой кромок пластин из стали Х18Н10Т толщиной 6 мм по предлагаемому способу электродной проволокой Св-08Х18Н9 по ГОСТ 2246-70. Вольфрамовый электрод диаметром 3 мм располагался в горелке, закрепленной на автомате для аргонодуговой сварки АДСВ-6, оснащенный механизмом подачи присадочной проволоки, который использовался для подачи электродной проволоки.Example 3. Welding of the root layer was carried out according to the scheme of Fig. 4 of a one-sided weld of a butt joint with cutting edges of plates made of steel X18H10T with a thickness of 6 mm according to the proposed method with electrode wire Sv-08X18H9 in accordance with GOST 2246-70. A tungsten electrode 3 mm in diameter was located in a torch mounted on an ADSV-6 argon-arc welding machine equipped with a filler wire feed mechanism, which was used to feed the electrode wire.

Предварительно при однодуговой сварке корня шва вольфрамовым электродом без подачи присадочной проволоки было получено, что ток дуги для качественного формирования шва должен составлять I=100 А на скорости сварки V_c=3 см/с. В результате наплавки получили ширину валика шва со стороны разделки кромок Е=6 мм, площадь поперечного сечения наплавленного металла F_h=12 мм², площадь поперечного сечения проплавления основного металла F_o=7 мм². Доля участия основного металла в металле шва ψ_ο=37%.Previously, in single-arc welding of the seam root with a tungsten electrode without feeding a filler wire, it was obtained that the arc current for high-quality weld formation should be I = 100 A at a welding speed V _c = 3 cm / s. As a result of surfacing, the width of the weld bead from the groove side was E = 6 mm, the cross-sectional area of the deposited metal was F _h = 12 mm ² , and the cross-sectional area of penetration of the base metal was F _o = 7 mm ² . The share of the base metal in the weld metal ψ _ο = 37%.

Расплавленный металл электрода практически не влияет на проплавление изделия, поэтому ток дуги прямой полярности с плавящегося электрода на изделие также должен быть 100 А. Баланс прямой полярности в дуге прямого действия был выбран ψ=0,60. Следовательно, ток дуги прямой полярности в импульсе должен быть 100/0,6=167 А. Источник питания обеспечивает такой ток.The molten metal of the electrode practically does not affect the penetration of the product, therefore, the current of the direct polarity arc from the consumable electrode to the product should also be 100 A. The balance of direct polarity in the direct arc was chosen ψ = 0.60. Therefore, the arc current of straight polarity in the pulse must be 100 / 0.6 = 167 A. The power supply provides this current.

Источник питания должен быть загружен полностью при горении дуги косвенного действия, то есть ток импульса должен составлять 200 А. Тогда средний ток за период в дуге косвенного действия 200(1-0,6)=80 А. Суммарный средний ток на плавящийся электрод 100+80=180 А. Для такого тока при сварке плавящимся электродом на обратной полярности подходит электродная проволока диаметром 1,0 мм.The power source must be fully loaded when the indirect arc is burning, that is, the pulse current must be 200 A. Then the average current over the period in the indirect arc is 200 (1-0.6) = 80 A. The total average current per consumable electrode is 100+ 80 = 180 A. For this current, for consumable electrode welding with reverse polarity, a 1.0 mm diameter electrode wire is suitable.

Такой ток обеспечит производительность расплавления электрода примерно П=180⋅13=2340 г/час=0,65 г/с. При скорости сварки 0,3 см/с это обеспечит площадь заполнения поперечного сечения разделки наплавленным металлом с учетом потерь на разбрызгивание F_h=0,28 см².Such a current will provide the productivity of the electrode melting approximately P = 180 - 13 = 2340 g / h = 0.65 g / s. At a welding speed of 0.3 cm / s, this will provide the area of filling the cross-section of the groove with the deposited metal, taking into account the spatter loss F _h = 0.28 cm ² .

Таким образом, имеет место наряду с качественным формированием корня шва заполнение разделки кромок на значительную величину. Стабильность расположения катодного пятна дуги на плавящемся электроде обеспечивается за счет смены полярности электрода с высокой частотой. При этом процесс стабильный, так как отсутствует магнитное взаимодействие дуг.Thus, along with the high-quality formation of the weld root, the filling of the groove takes place by a significant amount. The stability of the location of the cathode spot of the arc on the consumable electrode is ensured by changing the polarity of the electrode at a high frequency. In this case, the process is stable, since there is no magnetic interaction of the arcs.

Пример 4. Производили автоматическую пайку нахлесточного соединения пластины из алюминиевого сплава АМц толщиной 1 мм со стальной оцинкованной пластиной из стали 08Ю толщиной 0,8 мм. Толщина цинкового покрытия 0,1 мм. Такая сталь широко используется в автомобилестроении. Размеры пластин 200×50 мм. Пластины собирали с нахлесткой 10 мм и зазором между ними 1,0 мм и располагали в горизонтальной плоскости. Внизу располагалась стальная пластина, сверху алюминиевая. Диаметр электродной проволоки Св-АК5 (припоя) составил 0,8 мм, диаметр вольфрамового электрода 5 мм.Example 4. An automatic soldering of the overlap joint of a 1 mm thick AMts aluminum alloy plate with a galvanized steel plate made of 08Yu steel with a thickness of 0.8 mm was performed. The thickness of the zinc coating is 0.1 mm. This steel is widely used in the automotive industry. The dimensions of the plates are 200 × 50 mm. The plates were assembled with an overlap of 10 mm and a gap between them of 1.0 mm and placed in a horizontal plane. A steel plate was located below, an aluminum plate on top. The diameter of the electrode wire Sv-AK5 (solder) was 0.8 mm, the diameter of the tungsten electrode was 5 mm.

Пайка выполнялась по схеме фиг.2 - дуга прямого действия обратной полярности периодически горела с вольфрамового электрода на изделие, а дуга косвенного действия периодически горела между катодом вольфрамового электрода и электродной проволокой-припоем.Soldering was carried out according to the scheme of Fig. 2 - a direct-acting arc of reverse polarity periodically burned from a tungsten electrode to the product, and an indirect-acting arc periodically burned between the cathode of the tungsten electrode and the electrode wire-solder.

Вольфрамовый электрод располагали в сварочной горелке, в которую подавался и аргон. Горелку закрепляли на автомате для аргонодуговой сварки АДСВ-6, оснащенном механизмом подачи присадочной проволоки, который использовался для подачи электродной проволоки. На выходе газа из горелки диаметр сопла составлял 15 мм, что при расходе защитного аргона 5 л/мин обеспечивало хорошую защиту зоны пайки от воздуха. Расстояние от торца вольфрамового электрода до изделия составляло 5 мм. Горелку с вольфрамовым электродом располагали углом вперед 20°, с наклоном относительно стальной пластины 70°. Проволоку, подавали в зону пайки на одинаковом расстоянии между изделием и вольфрамовым электродом позади сварочной горелки.The tungsten electrode was placed in a welding torch, which was also supplied with argon. The torch was fixed on an ADSV-6 argon-arc welding machine equipped with a filler wire feed mechanism, which was used to feed the electrode wire. At the gas outlet from the burner, the nozzle diameter was 15 mm, which, at a protective argon flow rate of 5 L / min, provided good protection of the soldering zone from air. The distance from the end face of the tungsten electrode to the product was 5 mm. The tungsten electrode torch was positioned at a 20 ° forward angle with a 70 ° tilt relative to the steel plate. The wire was fed into the brazing zone at the same distance between the workpiece and the tungsten electrode behind the welding torch.

Относительная продолжительность действия дуги обратной полярности была выбрана (1-ψ)=0,6. Сила тока в импульсе обратной полярности 50 А была выбрана равной предельно допустимого для диаметра вольфрамового электрода 5 мм I=60 А, средний ток за период 50⋅0,6=30 А. Такой ток обеспечивал очистку от окисной пленки поверхность алюминиевой пластины, но их расплавление практически отсутствовало. Требуемая сила тока в изделии была обеспечена от того же источника питания, что и в примере 1 включением последовательно в цепь изделия балластного сопротивления. Средний ток за период на проволоку был выбран по таблице 51=80 А. Ток импульса составлял 80/0,4=200 А, что является максимальным для данного источника и не требует использования балластного сопротивления. Коэффициент расплавления проволоки при однодуговой сварке составил 12 г/(А⋅ч)=0,0033 г/(А⋅с). При таком коэффициенте и среднем токе 80 А объемная производительность наплавки проволоки составила 0,264 г/с или 98 мм³/с. На данном режиме удалось обеспечить стабильную пайку со скоростью 1,0 см/с. Площадь поперечного сечения припоя составила 10 мм². Паяный шов получился без пор и пустот, прочность соединения не уступала прочности на разрыв алюминиевой пластины.The relative duration of the reverse polarity arc was chosen (1-ψ) = 0.6. The current strength in a pulse of reverse polarity 50 A was chosen equal to the maximum allowable for a tungsten electrode diameter of 5 mm I = 60 A, the average current over a period of 50 - 0.6 = 30 A. Such a current ensured the removal of the oxide film from the surface of the aluminum plate, but melting was practically absent. The required current in the product was provided from the same power source as in example 1 by connecting a ballast resistance in series in the product circuit. The average current for the period per wire was selected according to table 51 = 80 A. The pulse current was 80 / 0.4 = 200 A, which is the maximum for this source and does not require the use of ballast resistance. The melting coefficient of the wire in single-arc welding was 12 g / (A⋅h) = 0.0033 g / (A⋅s). With such a coefficient and an average current of 80 A, the volumetric productivity of wire deposition was 0.264 g / s or 98 mm ³ / s. In this mode, it was possible to provide stable soldering at a speed of 1.0 cm / s. The cross-sectional area of the solder was 10 mm ² . The brazed seam is free of pores and voids, the strength of the joint is not inferior to the tensile strength of the aluminum plate.

Способ может быть реализован с помощью выпускаемых промышленностью полуавтоматов и автоматов для механизированной и автоматической сварки в инертных газах с подачей присадочной проволоки совместно с выпускаемыми серийно сварочными источниками питания разнополярных импульсов тока. Поэтому способ обладает промышленной применимостью.The method can be implemented using semi-automatic machines and automatic machines produced by the industry for mechanized and automatic welding in inert gases with filler wire feed in conjunction with serially produced welding power sources of bipolar current pulses. Therefore, the method has industrial applicability.

Claims

1. A method of welding, surfacing or brazing, including a combination of arcs of direct and indirect action in an inert gas environment using consumable and non-consumable electrodes with a continuous supply of a consumable electrode to the product, while the arcs are fed with current pulses of the same frequency when they are ignited using a high-frequency discharge, moreover, the power of the pulses of the arcs is regulated, while the value of the pulse currents to the nonconsumable electrode is selected in accordance with the currents of direct and reverse polarity recommended for single-arc welding from the condition of ensuring its resistance, and the average current value for the period on the consumable electrode is taken in accordance with the recommended current for single-arc welding in reverse polarity, characterized in that the arcs are fed from one welding power source of alternating current pulses with a frequency of at least 50 Hz, the first pole of which is connected to one of the electrodes, and the second pole to the product and the second electrode, while in the circuit connecting pole welder of the power source with the second electrode, the first electric valve is turned on, and the second electric valve is included in the circuit connecting the power source and the product, and the electric valves are turned on in the circuits in such a way that during the passage of the direct arc pulse current from the first electrode to the product the first valve locks the passage of the indirect arc current from the first electrode to the second electrode, and during the passage of the indirect arc pulse current between the electrodes, the second valve locks the current flow between the first electrode and the product, and the ratio of the products of arc pulse currents to the duration of their action is changed within 0.1-0.9.

2. The method of welding, surfacing or soldering according to claim 1, in which one of the poles of the power source is connected to the product and the non-consumable electrode, and the second pole to the consumable electrode, and the electric valves in the non-consumable electrode circuits and the product are switched on so that, when a current pulse in a direct arc of direct polarity, in an indirect arc, a pulse was used between a negative consumable electrode and a positive nonconsumable electrode.

3. The method of welding, surfacing or soldering according to claim 1, in which one of the poles of the power source is connected to the product and the non-consumable electrode, and the second pole to the consumable electrode, and the electric valves in the non-consumable electrode circuits and the product are switched on so that, when a current pulse in a direct arc of reverse polarity, in an indirect arc, a pulse was used between a positive consumable electrode and a negative nonconsumable electrode.

4. The method of welding, surfacing or soldering according to claim 1, in which one of the poles of the power source is connected to the article and the consumable electrode, and the second pole is connected to the non-consumable electrode, and the electric valves in the circuits of the consumable electrode and the article are switched on so that, when a current pulse in a direct arc of reverse polarity, in an indirect arc, a pulse was used between a negative nonconsumable electrode and a positive consumable electrode.

5. The method of welding, surfacing or soldering according to claim 1, in which one of the poles of the power source is connected to the article and the consumable electrode, and the second pole is connected to the non-consumable electrode, and the electric valves in the circuits of the consumable electrode and the article are switched on so that, when a current pulse in a direct arc of direct polarity, in an indirect arc, a pulse was used between a positive nonconsumable electrode and a negative consumable electrode.