Стабилизация сварочной дуги и снижение количества сварочного дыма

Всем известно, что в процессе сварки выделяются вредные испарения. Если вы стремитесь снизить их пагубное влияние на здоровье сварщиков, а также повысить безопасность и гигиену труда на рабочем месте, вам следует не только рассмотреть возможность использования других сварочных процессов, но и озаботиться внедрением надежной вытяжной системы. Интенсивность выброса главным образом зависит от параметров процесса сварки: скорость подачи проволоки, длина дуги и параметры коррекции сварочной дуги оказывают значительное влияние на уровень образования вредных веществ. Компания Fronius International GmbH заручилась поддержкой Ахенского сообщества по исследованию и технологии соединения (FEF, г. Ахен, Германия), и подробнее рассмотрела различные настройки параметров.

Сварка горелкой с дымоотводом: горелка Fronius MTW 500i Exento и вытяжная система Fronius Exento HighVac

В итоговом отчете FEF об исследовании сварочного дыма от 13 октября 2021 года отображено следующее: использование импульсной сварочной дуги способствовало наиболее эффективному переносу материала и наиболее низкому уровню выделения вредных испарений (FER = Fume Emission Rate) по сравнению с дугой с низким уровнем разбрызгивания (LSC = Low Spatter Control) и стандартной дугой. Сравнение проводилось с использованием оборудования Fronius. В ходе дальнейших испытаний удалось определить, насколько сильно различные положения сварочной горелки, значения скорости подачи проволоки и коррекции длины сварочной дуги влияют на уровень выделения испарений. Сварка была выполнена импульсной сварочной дугой PMC с использованием аппарата TPS 500i от Fronius.

Испытания проводились при следующих условиях: 

FER при сварке в нижнем положении

Теоретически уровень выброса сварочного дыма является самым низким при скорости подачи проволоки 5 м/мин и работе сварочной горелки в нейтральном положении. Но на практике при скорости 11 м/мин испарения выделяются менее активно, чем при 8 м/мин. Если сравнить методы управления горелкой, такие как сварка под углом назад и сварка под углом вперед, то можно обнаружить, что в первом случае количество выделяемых газов лишь немногим ниже вне зависимости от выбранной скорости подачи проволоки.

Стабилизировав сварочную дугу путем коррекции ее длины (с установкой горелки во время испытания в нейтральное положение), сварщики могут значительно снизить уровень выброса сварочного дыма при подаче проволоки на любой из доступных скоростей. В отличие от нестабилизированной дуги: в данном случае при скорости подачи проволоки 8 м/мин и выбросе испарений 0,9 мг/с сварочный дым выделяется в несколько меньшем количестве, чем при скорости 11 м/мин и выбросе 1,1 мг/с. См. рис. 1.

Рисунок 1: Нижнее положение, процесс сварки PMC (импульсная)

Сравнение кривых напряжения при скорости подачи проволоки 5 м/мин

Уровень выделения сварочного дыма и количество коротких замыканий, без сомнения, взаимосвязаны. Чем их больше, тем интенсивнее образуются вредные испарения. В ходе исследования выяснилось, что это явление связано с процессом переноса металла. Короткие замыкания приводят к прерываниям в сварочном процессе, что становится причиной образования паров и брызг металла. Если вы хотите свести выбросы к минимуму, рекомендуем воспользоваться настройками сварочного процесса, при котором значения длины дуги и количество коротких замыканий приходят к общему знаменателю. Так сварочная дуга не будет слишком короткой или слишком длинной. При незначительном увеличении среднего напряжения снижается и количество коротких замыканий, и уровень выбросов (рис. 2). 

Рисунок 2:
(Сверху) Скорость подачи проволоки 5 м/мин при нейтральном положении сварочной горелки

(Снизу) Скорость подачи проволоки 5 м/мин при нейтральном положении сварочной горелки, сварочный процесс процесса со значением коррекции длины сварочной дуги +0,4 В

Что касается взаимосвязи среднего напряжения, коротких замыканий и выброса сварочного дыма, то она прослеживается при выполнении процессов сварки как на скорости 8 и 11 м/мин, так и на скорости 5 м/мин.

FER при сварке угловых швов

При импульсной сварке со скоростью подачи проволоки 5 м/мин или 8 м/мин выделяется гораздо меньше испарений (0,55 мг/с и 0,7 мг/с соответственно), нежели при 11 м/мин. При такой скорости подачи проволоки количество выбросов составляет 1,7 мг/с, что более чем в три раза превышает их уровень при скорости 5 м/мин. Как и в случае со сваркой в нижнем положении, низкий уровень испарений объясняется менее частым возникновением коротких замыканий; использование при управлении горелкой под углом назад, опять же, приводит к снижению выбросов. Это особенно ощутимо при скорости подачи проволоки 11 м/мин (см. рис. 3). В данном случае испарений выделилось даже меньше, чем при размещении сварочной горелки в нейтральном положении.

 

Рисунок 3: Угловые швы, процесс сварки PMC (импульсная)

Если сравнивать со сваркой в нижнем положении, то в этом случае уровень выброса сварочного дыма, в целом, ниже. Самое низкое значение каждой из скоростей подачи проволоки отвечает уровню выбросов во время выполнения оптимизированных процессов сварки (см. рис. 1, зеленые столбцы) в нижнем положении.

При скорости подачи проволоки 8 м/мин значения выброса сварочного дыма при размещении сварочной горелки в положениях для сварки под углом назад и под углом вперёд приближаются к идеальным — так же, как и в случае при выполнении сварки в нижнем положении. А вот в процессе сварки под углом вперёд при скорости подачи проволоки 11 м/мин уровень выделения вредных испарений значительно превышает предыдущий, составляя 2,8 мг/с.

Сравнение кривых напряжения при скорости подачи проволоки 11 м/мин

В ходе испытания сообщество FEF подробнее изучило взаимосвязь между уровнем выброса сварочного дыма, средним напряжением и скоростью подачи проволоки 11 м/мин. Самым низким из трех измеренных значений оказалось 1,36 мг/с (была выполнена коррекция длины сварочной дуги -1,5 В). В этой рабочей точке периодически возникает короткое замыкание, хотя сварочная дуга не слишком длинна. В процессе сварки без коррекции длины сварочной дуги образуется больше выбросов (1,72 мг/с) из-за более длинной сварочной дуги и высокой производительности. Снижение среднего напряжения (коррекция длины сварочной дуги -2,5 В) приводит к более частому возникновению коротких замыканий, что, в свою очередь, ведет к интенсивному образованию сварочного дыма (1,6 мг/с), см. рис. 4.

Рисунок 4: Взаимосвязь напряжения и выделения сварочного дыма

Вывод: использование оптимизированных процессов позволяет значительно снизить уровень вредного сварочного дыма.

Управление процессами — в руках сварщиков: Специалисты по сварке могут значительно снизить уровень образования сварочного дыма, целенаправленно выбрав подходящие процесс сварки, скорость подачи проволоки и длину дуги. 
Подведем итоги: уровень выброса сварочного дыма зависит от скорости подачи проволоки или общей производительности сварочного процесса, однако ключевую роль во всем этом играет способ переноса металла. Слишком короткая или длинная сварочная дуга может стать причиной более частого возникновения коротких замыканий, что в результате приведет к более интенсивному выделению сварочного дыма. 
Но если привнести в процесс сварки улучшения в виде коррекции длины сварочной дуги и использования горелки с дымоотсосом (например, Fronius MTW 500i Exento с вытяжной системой Fronius Exento HighVac), то возможность удаления сварочного дыма возрастает до 99%.

Высокоэффективное точечное всасывание

Горелки с дымоотсосом препятствуют распространению сварочного дыма, отводя его непосредственно из зоны образования — сварочной ванны. Таким образом, они защищают от вредных испарений при сварке детали не только самих сварщиков, но и работающих вблизи этой зоны сотрудников.

При разработке горелок с дымоотсосом особое внимание компания Fronius уделила их эргономике. Было крайне важно создать простую в использовании конструкцию, особенности которой не оказывали бы негативного влияния на здоровье и производительность сварщиков. При сварке горелка очень удобно лежит в руке, а встроенная светодиодная лампочка позволяет выполнять работу в условиях плохого освещения без потери качества.

Горелки с дымоотсосом Exento соответствуют требованиям стандарта DIN EN ISO 21904-1 «Техника безопасности и забота о здоровье при сварке и связанных с ней работах».

За дополнительной информацией обращайтесь:

Казахстан (представитель Welding Company):

Иван Телегин, Тел.: + 7 (705) 501 73 87

Эл. почта: ivan@svarka.kz