Управляемый кремний дуговой сварки под флюсом заводы

Вот уже лет десять наблюдаю, как многие путают управляемый кремний с обычными тиристорами для сварочных преобразователей. Особенно на старых заводах, где до сих пор пытаются модернизировать советские А-1196 под флюсовую сварку. Сам когда-то считал, что разница лишь в цене, пока на 'Северстали' не столкнулся с прожогом трубных швов из-за нестабильного поджига дуги. Тогда и пришлось разбираться, что ключевая особенность — именно в динамике переключения при переходе через ноль, а не в максимальном токе.

Конструктивные особенности систем с управляемым кремнием

Если брать наши модернизации для цехов толстолистовой сварки, то там всегда идёт разделение силовых цепей и управляющих. Например, в преобразователях ПДГ-502 мы ставили сборки ТЧ-40, но с дополнительными RC-цепочками параллельно каждому тиристору. Без этого — постоянные сбои при работе с флюсами АН-348, особенно зимой, когда влажность в цехах падает.

Запомнился случай на заводе 'Уралмаш' в 2018: при замене модулей в автомате АДС-1000-4 экономили на охлаждении управляющих электродов. В итоге при непрерывной сварке кольцевых швов резервуаров (толщина 40 мм, ток 1200А) тиристоры 'уплывали' по фазе уже через два часа работы. Пришлось переделывать систему обдува с добавлением датчиков температуры прямо на медных шинах.

Сейчас многие переходят на полностью цифровое управление, но в условиях сильных электромагнитных помех цехов флюсовой сварки аналоговые системы с ручной подстройкой часто надёжнее. Как-то сравнивали японские IGBT-модули с нашими ТЧ-32-800 — при сварке под ОФ-6 на токах свыше 800А наши показали лучшую стабильность дуги, хоть и проигрывали в КПД.

Практические проблемы при интеграции в заводские линии

Особенно сложно с автоматизацией старых линий — например, при модернизации сварочных тракторов ТС-17. Там родные трансформаторы ТД-500 вообще не рассчитаны на импульсное регулирование. При первом запуске управляемых кремниевых сборок постоянно срабатывала защита от перенапряжений, пока не поставили варисторы на 1600В непосредственно на вторичной обмотке.

Ещё момент — согласование с системами подачи флюса. На 'Камазе' как-то пытались синхронизировать скорость подачи проволоки СВ-08Г2С с фазовым регулированием тока. Оказалось, что при резком снижении тока ниже 300А флюс не успевает проплавляться, образуются поры. Пришлось разрабатывать алгоритм плавного изменения параметров с учётом теплового состояния шва.

Сейчас в новых проектах, например для сварки мостовых конструкций, сразу закладываем запас по току в 40% для управляемых кремниевых систем. Особенно важно для многостанционных комплексов, где одновременно работают 6-8 сварочных постов. Помню, на строительстве Лахта-центра в Питере как раз из-за неучёта этого нюанса простаивала целая секция арматурных каркасов.

Специфика работы с разными типами флюсов

С флюсами АН-60 и АН-15 — разные настройки. Первые требуют более жёсткой ВАХ, иначе неравномерное проплавление по краям шва. Как-то на сварке котлов высокого давления получили брак 12% стыков именно из-за этого. Пришлось пересчитывать углы открытия тиристоров отдельно для каждого типа соединений.

Интересный опыт был с керамическими флюсами — там вообще другая динамика плавления. При стандартных настройках управляемого кремния дуга постоянно гасла, пока не увеличили скорость нарастания тока в начале каждого полупериода. Кстати, это потребовало замены стандартных дросселей на более мощные, с сечением магнитопровода 35 см2 вместо 25.

Сейчас многие переходят на порошковые проволоки с комбинированной защитой, но для ответственных швов всё равно требуется флюс. Особенно при сварке нержавейки 12Х18Н10Т — там только ОФ-6 даёт стабильный результат. Но управляемый кремний должен обеспечивать очень точное поддержание тепловой мощности, иначе легирующие элементы выгорают.

Взаимодействие с другими системами автоматизации

На современных заводах уже не обойтись без интеграции в АСУ ТП. Например, при реализации проекта для ООО Чэнду Кайхан Жуньсян Технология (cdkhrx.ru) столкнулись с необходимостью сопряжения их источников питания с нашей системой управления на базе ОВЕН ПЛК210. Особенность их оборудования — встроенная диагностика состояния тиристорных сборок, что очень упрощает профилактику.

Кстати, их последние разработки по цифровому управлению дугой хорошо показали себя при сварке под слоем флюса толстостенных труб. Но пришлось дорабатывать алгоритмы под наши сетевые реалии — скачки напряжения в промсетях иногда достигают 15%, а их штатная защита срабатывала слишком часто.

Сейчас совместно тестируем систему предиктивного обслуживания, где по гармоникам в цепи управляющих электродов предсказывается износ тиристоров. Уже наработали статистику по 2000 часов наработки — точность прогноза деградации ключей достигла 85%. Это позволит сократить простои на ремонт в среднем на 30%.

Экономические аспекты применения

Многие недооценивают стоимость обслуживания. На примере цеха с 20 постами дуговой сварки под флюсом: замена тиристорных сборок раз в 3-4 года обходится дороже, чем первоначальная экономия на оборудовании. Особенно если используются неоригинальные комплектующие — их ресурс в 2-3 раза меньше.

Сейчас считаем целесообразность перехода на полностью транзисторные системы для новых проектов. Для сварки под флюсом это пока спорно — стоимость выше в 1.8-2 раза, а преимущества в качестве шва проявляются только при работе с особо тонкими листами (менее 3 мм). Для толстостенных конструкций управляемый кремний всё ещё выигрывает по надёжности.

Интересный расчёт сделали для завода ЖБИ в Новосибире: при работе в три смены окупаемость модернизации системы управления на базе управляемого кремния составила 14 месяцев. Основная экономия — за счёт снижения брака с 5.2% до 1.8% и экономии электроэнергии около 7% за счёт более точного поддержания режима сварки.

Перспективы развития технологии

Сейчас вижу тенденцию к гибридным системам, где управляемый кремний работает в паре с ШИМ-преобразователями. Например, в установках для сварки кольцевых швов больших диаметров это позволяет компенсировать основной недостаток — инерционность регулирования.

Первые испытания таких систем на заводе 'Ижорские трубные технологии' показали увеличение производительности на 18% при сварке труб диаметром 1420 мм. Но пришлось полностью менять систему водяного охлаждения — тепловыделение возросло почти в 1.5 раза.

Думаю, в ближайшие 5-7 лет управляемый кремний останется основным решением для тяжелой промышленности, особенно учитывая развитие систем диагностики и прогнозирования остаточного ресурса. А вот для мелкосерийного производства уже сейчас выгоднее переходить на транзисторные технологии, несмотря на их высокую первоначальную стоимость.