Продолжая тему прогрессивных способов MIG/MAG сварки, сегодня я хотел бы рассказать про процесс STT от Lincoln Electric. Это сокращение от выражения Surface Tension Transfer – процесс переноса металла силами поверхностного натяжения. Он представляет собой один из разновидностей процесса MIG/MAG сварки c переносом электродного металла короткими замыканиями. Важным отличием STT-процесса является то, что расплавленный металл переносится за счет сил поверхностного натяжения (относительно больших) сварочной ванны, которая втягивает в себя жидкую каплю (относительно низкие силы поверхностного натяжения) на конце проволоки. Электромагнитное сжимающее давление при пинч-эффекте дополнительно помогает капле отделиться, но не является основным механизмом переноса, как это наблюдается при обычной сварке короткими замыканиями.
Преимущества процесса STT по сравнению с обычной полуавтоматической сваркой короткими замыканиями:
- Скорость сварки корня при STT в четыре раза выше.
- Возможно выполнение вертикальных швов на спуск.
- Значительно реже возникает непровар.
- Сварка выполняется под строгим контролем сварочной ванны.
- Сокращается время обучения сварщиков.
- Сварка отличается низким уровнем разбрызгивания и дымообразования.
Область назначения и принцип работы
Способ разработан для сварки тонколистовых конструкций и качественной сварки корневого шва взамен других способов сварки (ручная дуговая покрытыми электродами, ручная аргонодуговая неплавящимся электродом).
Процесс STT основан на управлении микропроцессором источника питания значениями сварочного тока в соответствии с мгновенными потребностями дуги на протяжении всего сварочного процесса. Источник отслеживает все этапы переноса капли с торца сварочной проволоки в расплавленную ванну и способен воздействовать на все стадии переноса капли через дугу в зависимости от реальной ситуации в дуге. Для наглядного представления на рисунке ниже представлены вольтамперные характеристики стандартного процесса MIG/MAG сварки и STT процесса.
Сразу бросается в глаза отличие STT-процесса, заключающееся в изменении поведения тока и напряжения в процессе сварки. Давайте разберемся, что происходит на каждой стадии.
На этапе "А" - происходит подготовка капли жидкого металла на конце электрода к моменту короткого замыкания. Сварочный ток поддерживается на базовом уровне.
На этапе "В" - в момент замыкания капли на сварочную ванну источник понижает ток ниже базового уровня, чтобы предотвратить преждевременный отрыв капли и не допустить разбрызгивание металла.
На этапе "C" - после кратковременной задержки источник резко повышает ток, что приводит к стремительному росту электромагнитных сил сжатия жидкой перемычки и образования на ней шейки (пинч-эффект). На второй стадии пинч-эффекта повышение тока производится более плавно. Источник готовится к разрушению шейки и отделению капли от электрода. Контур обратной связи отслеживает изменение напряжения в единицу времени, что соответствует изменению поперечного сечения шейки.
На этапе "D" - когда шейка готова к разрушению, источник прекращает плавное наращивание тока и резко снижает его до уровня ниже базового тока. В этот момент силы поверхностного натяжения уменьшаются, и капля переходит в сварочную ванну. Под контролем сварочного источника отделение капли происходит без разбрызгивания.
На этапе "E" - источник увеличивает ток до пикового уровня. Начинается формирование новой капли. Одновременно усиливается давление дуги на сварочную ванну, вызывая её сжатие, что препятствует слиянию капли с поверхностью сварочной ванны.
На этапе "F" - плазменный столб дуги создаёт энергию, необходимую для роста новой капли. Давление дуги препятствует слиянию капли с поверхностью сварочной ванны. Длительность действия пикового тока, как правило, устанавливается равной 1 мс для электродов из углеродистых сталей и 2 мс для электродов из нержавеющих сталей и сплавов на никелевой основе.
На этапе "G" - после того как сформирована капля необходимого объёма, источник понижает ток до базового уровня по экспоненциальному закону. Это приводит к увеличению тепловложения в сварочную ванну без изменения длины дуги, что способствует улучшению сплавления с основным металлом и позволяет повысить скорость сварки. Корневые проходы при сварке трубопроводов выполняют с установкой регулятора скорости снижения тока на минимальное значение.
Сварочный аппарат для процесса STT
Источник, используемый для процесса STT, нельзя назвать стандартным источником питания для MIG/MAG сварки с падающей или жесткой вольтамперной характеристикой. Более правильным будет причислить данный аппарат к источнику питания с микропроцессорным регулированием и высокой скоростью управления сварочным процессом. Ниже представлен внешний вид источника питания для процесса сварки по методу STT (в состав оборудования также входит механизм подачи электродной проволоки).
Ниже представлены органы управления источника питания Invertec STT II
Настройка источника питания Invertec STT II выглядит иначе, чем у обычного полуавтомата с жёсткой характеристикой. Поскольку процесс сварки полностью подконтролен микропроцессору, то сварщик лишь задаёт параметры и форму токовых импульсов, возникающих в контуре при переносе капли: устанавливается величина базового (0–125 А), пикового (0–450 А) токов, а также длительность заднего фронта импульса роста капли. Кроме того, перед началом работы простым переключением двух тумблеров источник настраивается на материал свариваемого изделия (углеродистая / нержавеющая сталь) и диаметр используемой сварочной проволоки (1,0 мм и менее / 1,2 мм и более).
Влияние параметров процесса STT на форму корневого шва
Скорость подачи сварочной проволоки - влияет на скорость наплавки. Более высокая скорость подачи предопределяет более высокую скорость сварки. Изменяя скорость подачи сварочной проволоки, можно контролировать форму корневого шва (наружный и обратный валик).
Пиковый ток - управляет длиной дуги и формой наплавленного валика. Увеличение пикового тока приводит к увеличению длины дуги и формированию более плоской внешней поверхности шва. Высокие значения пикового тока могут привести к образованию вогнутой поверхности. Величина пикового тока обычно выше базового и лежит в диапазоне от 250 до 400 А.
Базовый ток - определяет общее тепловложение и форму обратного валика. Если базовый ток очень высокий, то в верхней части трубы будет наблюдаться чрезмерное проплавление, а в потолочном положении - провал. Значение базового тока ниже пикового и составляет 25 - 100 А.
Горячий старт - регулирует время действия стартового тока, превышающего на 25 - 50 % установленное значение, для облегчения зажигания и компенсации влияния на процесс холодной детали. Шкала регулятора стартового тока проградуирована до 10. Максимальное значение шкалы соответствует четырем секундам.
Длительность заднего фронта импульса (TAILOUT) - увеличивая длительность заднего фронта импульса, увеличивает тепло, вводимое в сварочную ванну, без изменения длины дуги. Это особенно рекомендуется при сварке высоколегированными проволоками нержавеющих сталей. При увеличении данного параметра необходимо понизить базовый и/или пиковый ток, чтобы выдержать необходимую форму наплавленного валика. В большинстве случаев при сварке корневых швов регулятор ’’TAILOUT’’ устанавливают в позицию ’’0’’.
Расход газа - расход газа в данном процессе обычно ниже, чем при обычной сварке в среде защитных газов, т.к. размер ванны меньше. Высокий расход газа может значительно охладить сварочную ванну. Обычно он составляет 12 л/мин. Расход газа увеличивают в том случае, если сварка происходит в полевых условиях при ветровых нагрузках или когда контактный наконечник выступает от торца сопла на расстоянии более 6 мм.
В качестве защитного газа при сварке углеродистых сталей используется 100 % СО2. Могут быть использованы также различные смеси аргона. Однако большое содержание аргона в этих смесях приводит к струйному переносу.
Сварку нержавеющих сталей ведут в среде:
- 90% He - 7.5% Ar - 2.5% CO2
- 55% He - 42.5% Ar - 2.5% CO2
- 98% Ar - 2.0% O2 или 96% Ar - 4 % CO2
Если применяются смеси аргона, то величина пикового тока значительно ниже, чем при использовании чистого СО2.
В основном сварка корневых швов процессом STT ведется на спуск. Кроме этого, возможна сварка на подъем. При этом процесс проходит на низких скоростях подачи и характеризуется невысокой производительностью. Заполняющие и облицовочные слои могут быть также выполнены с помощью STT. Однако низкие скорости наплавки замедляют процесс сварки. Технология сварки неповоротных стыков трубопроводов может иметь различные варианты. Один из них: корневой шов - полуавтоматическая сварка STT; заполняющие и облицовочные швы - полуавтоматическая сварка порошковой самозащитной проволокой.
Рекомендуемые режимы сварки труб
Ниже представлены сравнительные показатели процесса STT по сравнению с ручной дуговой сваркой покрытыми электродами с целлюлозным и основным типом покрытия.
Процесс STT не так чувствителен к плохой подготовке кромок или увеличенным зазорам. На рисунках ниже представлен пример сварки корневого слоя шва методом STT и сварка пластин толщиной 2 мм с зазором в 10 мм.
Спасибо за внимание, подписывайтесь на мой Дзен-канал, ставьте лайки и оставляйте комментарии. До новых встреч! 🔥✨