Виды сварочного оборудования, их достоинства и недостатки. Инверторный сварочный аппарат

Сварку называют технологичным процессом по созданию единства между двумя соединёнными сварными частями с помощью межатомного взаимодействия, произошедшего при помощи нагревательной операции (общей и местной), пластичном образовании или объединённости этих двух составляющих. Сегодня существует множество видов сварки (количество их видов близко к 100), характеристика которых позволяет классифицировать на физическую, техническую и технологическую разновидности. Остановимся на каждой более подробно.

Сближение поверхностей веществ происходит на расстоянии действующих сил при межатомном взаимодействии (примерно в 3А). Обычно металлические материалы в комнатных температурных режимах не взаимодействуют ни при каких условиях, даже с помощью значительных усилий. Сцеплению элементов противодействует их твёрдость.

В момент сближения контактируют они в немногих местах, даже если их и обработали. На соединение оказывают влияние многие факторы по загрязнению поверхностей в виде окисей, плёночных образований жира и других. Кроме того, абсорбированность примесей. Поэтому хорошая контактность в обычных условиях невозможна.

Физический контакт всей поверхности возможен из-за расплава вещества, пластической деформации, возникшей под действием сдавливаемых операционных действий.

Вторая стадия подразумевает осуществление электронных взаимодействий атомов соединённых компонентов. Всё это способствует прекращению разделительных процессов с образованием атомно-металлических связей (при сваривании металлов) или связей ковалентного/ионного типа (сваривание диэлектрических или полупроводниковых соединений). По физическому признаку сварку подразделяют на 3 категории.

Взаимопроникновение для этих видов сварки осуществляется при помощи процедур:

распайки;
сдавления;
термомеханических.

В первую относят сварки, осуществляемые при плавлении, не беря во внимание сдавленность. Теплоту обеспечивают детали в виде сварочных дужек, газового пламени, лучевых источниках энергетического характера и «джоулева тепла». Расплав соединённых металлических объектов находится внутри сварочных ванных ёмкостей, которые способствуют кристаллизационным процессам во время охлаждения соединять швы. Это возможно сделать методом mig/mag при воздействии инертных газов.

Вторая включает виды сварки под давлением. Происходит деформация, из-за чего получают текучесть жидкого металла. Затем он растекается по поверхности, способствуя исчезновению загрязнённости слоёв. Непосредственность соприкосновения достигается вследствие вступления свежих слоёв объекта в химические взаимодействия.

Третья осуществляется при поддержке тепловой энергии и сдавления. Механические нагрузки способствуют соединению частей в монолит, пластичность материала обеспечивается из-за обогрева заготовочных элементов.

Важность технологических свойств

Техничность обеспечивают:

защищённость металлического компонента в сварочном шве;
бесперебойность процессов;
механизация сварочного процесса.

Основные виды сварки бывают:

воздушными;
вакуумными;
защитно-газовыми;
под флюсными;
по флюсными;
пенными;
комбинарно - защитными.

В зависимости от характера заменяемости. Какие же виды сварки способны нам помочь? Заменять защитный газ возможно активными газами (углекислым, азотным, водородным, водяным паром и смесью активных газов) - mig, инертными газами (аргонным, гелийным и их смесью) – mag и совокупностью активных и инертных газов.

Расплавленность металлического объекта делят на струйные и контролируемо-атмосферные. Струйные способствуют защитной реакции расплавленного вещества на сварной дужке. Характеризуются односторонностью действий, поэтому так же и названы. Если защищённость от сварочной дужки с корнем шва, то двусторонностью с таким же названием.

Непрерывности характера операций. Включает виды сварки плавлением, состоящие в беспрерывности и прерывности.

В степени механизационной операции способствуют разделению на разновидность с ручным, механизированным (полуавтоматическим), автоматизированным и автоматическим. Из-за влияния на процесс газового вещества (инертного или активного) сварка бывает mig/mag видовой разновидности.

Технологичность – главное свойство сварных работ

Классификация видов сварки, основанная на технологических признаках - самая распространённая. Вид сварки имеет множество подвидов, в том числе:

дуговых;
электрошлаковых;
электронно-лучевых;
плазменно-лучевых;
световых;
газовых;
контактных;
диффузионных;
печных;
холодных;
ультразвуковых.

Остановимся на некоторых типах сварочного процесса.

Преимущества сварочного процесса в виде дуги

Операцию в виде дуги считают самой используемой разновидностью сварки. Подобные виды сварки необходимы как для промышленной, так и бытовой сфер. Предназначение состоит в расплавливаемых процедурах свариваемых веществ с помощью выделений тепла электродужками. Вслед за актом застывания идёт единство элементов. Имеется потребность в сильноточном электроснабжении, работающим с пониженным напряжением. К его зажимным механизмам присоединён электродный провод для прикасания свариваемой детали.

Виды электродуговой сварки

Остановимся на подвидах электродуговых сварных работ. Они бывают:

Ручными . Преимущество заключается в проведении работ с пространственным положением любой степени сложности. Использование специального электрода, покрытого флюсом. Покрытие необходимо для защиты металлических швов от влияния внешних факторов. Сварной процесс производится при постоянном токе с прямым или обратно полярным, а также переменным током (ММА-сварка). Это способствует применению работ по коротким и криволинейным швам в местах, имеющих труднодоступность.
Под воздействием неплавящего электродного элемента . Графитный или вольфрамовый стержень берут в виде электрода. Сварочная операция производится с участием инертных (mig) и активных (mag) газов;
При воздействии плавящего электрода . Используют проволоку из стали, меди или алюминия в качестве заменителя электрода для подведения тока через токопроводящий наконечник. Электродугой расплавляется проволочка, приводя механизм в действие (ММА-плавка);
Под флюсом . Процесс почти аналогичный предыдущему, но действие осуществляется флюсом;
Электрошлаковыми . Теплоисточником считают шлак, через который перемещается ток. Данный способ приемлем для толстостенных конструкций.

На сварку влияет и пламя, которое разное в зависимости от кислородного давления. Если оно велико, то сварка не происходит, а осуществляется скатываемость материалов из сварочных ванн. Виды сварочного пламени также разнообразны. Их делят по принципу:

Восстановления, происходящего при взаимодействии кислорода с ацетиленом.
Окисления, происходящего при взаимодействии больших кислородных объёмов.
Науглероживание, происходящего при низком соотношении кислорода и ацетилена.

Сварка в защитной газовой среде

Остановимся подробнее на разновидности электродугового сварочного процесса, при котором плавление осуществляется в защитной газовой среде. Газообразные вещества подразделяют на инертные и активные. А методологически сварные работы разделяются на миг и маг разновидности. Основное значение метода состоит в универсальности использования материала, берущееся при совокупности механизационных степеней и сварочных позиций. Характер сварки под воздействием защитных газов позволяет производить подобную операцию для сваривания всех материалов, поддающихся сваркам (ММА сварка).

Нелегированность и легированность стального сырья способствует свариванию в среде активного защитного газа, к примеру, углекислого. Этот процесс назван «свариванием в среде активного защитного газа» или в краткой форме mag (металлический химический процесс сварной направленности при воздействии активных газов).

Сталь высоколегированной разновидности и материалы, подобные алюминию, магнию, никельным сплавам, титану подвергаются плавлению под воздействием инертных газов (к примеру, аргона). Этот процесс назвали «свариванием в среде инертного защитного газа» (mig).

Методы снижения напряжения и деформации

Напряжение и деформацию нужно несколько снизить. Это возможно методами термическими, механическими и термомеханическими.

Термический включает отдых и предварительность нагрева. Последний способен снизить текучесть, уменьшив количество остатка напряжённости и деформации. Нагрев объект до 250°С, можно добиться допустимости пределов величин. Это способствует повышению пластичности сварочного шва.

Механически обрабатывают детали с обработкой, что также снижает свойства кристаллической решётки.

Прокатка металла – эффективность метода. Но осуществим только на предприятии. Доступен и прост – метод проковки, где горячий шов подвергается ударной обработке, сняв остаточное напряжение ММА.

К третьему включают совокупность термической и механической видовой категории. Взяв самые преимущественные свойства, добиваются максимальности эффективности.

Сварочные швы бывают нескольких видов, в зависимости от следующих параметров.

Способ удержания расплавленных металлов

подкладные из меди, керамики, асбеста, флюса, газа и т.д;
безподкладочные.

Сторона накладывания

односторонние;
двусторонние.

Материал сварного соединения

при углеродистой и легированной стали;
цветмета;
биметалла;
винилпласта;

Расположение деталей один к другому

остроугольным;
тупоугольным;
прямоугольным;
одноплоскостным.

Объём металла

нормальным;
ослабленным;
усиленным.

Форма

плоская;
сферическая.

Расположение изделия

продольным;
поперечным.

Соединения сварочные

Сварной – неразъёмно-соединённая деталь, подразделённая на:

стыковую;
угловую;
нахлёсточную;
тавровую;
торцевую.

Стыковые соединения - объединение торцевых частей одноплоскостных или одноповерхностных. Размер может быть сходным или различным. Применение – для сваривания труб и резервуаров.

Угловые – объединение угловых элементов. Широко применяются в строительстве.

Нахлёсточные – предусматривающие наложения двух компонентов частично-перекрытого вида, находящихся в одних плоскостях.

Тавровые называются соединения, с расположением двух торцовых частей определённым плавящимся способом.

В результате развития и совершенствования , появились десятки различных способов сваривания металлических изделий. Отличия каждого вида определяются таким фактором, как необходимость создавать неразъёмные соединения материалов, имеющих самые разнообразные свойства.

Определённая технология, с успехом применяемая к одному виду материалов, оказывается совершенно неприемлемой для других. Необходимость выбирать способы сварки и виды сварочного оборудования в каждом конкретном случае диктуется также различием эксплуатационных требований, предъявляемых к той или иной конструкции.

Классификация применяемых сегодня видов сварочных аппаратов, реализующих всё многообразие технологических процессов, может быть построена на основе нескольких базовых свойств, к которым следует отнести:

вид источника тока для осуществления сварочного процесса;
использование различных видов защитных сред для оптимизации образования сварочного соединения;
степень автоматизации сварочного процесса.

Все это относится к электросварке. А кроме нее существует газосварка, лазерная, диффузионная, и многие другие виды. Но сварочные аппараты, работающие за счет действия электрического тока, наиболее распространены на мелком, крупном производстве и в быту.

Трансформаторы

Трансформаторные устройства находятся у самых истоков сварочных технологий. На их основе строятся распространённые виды сварочных аппаратов, по сей день имеющие весьма широкое применение, как на производстве, так и в быту.

Конструктивно такой аппарат представляет собой обычный понижающий трансформатор, имеющий две обмотки. Первичная обмотка может быть рассчитана на напряжение 220 вольт, либо на напряжение 380 вольт.

В первом случае выводы трансформатора подключаются к фазному и нулевому проводам электрической сети. Такие сварочные аппараты чаще всего встречаются в компактном исполнении, имеют относительно небольшую мощность и предназначены для работы в бытовых условиях.

Выводы трансформаторов второго вида подключаются к двум фазным проводам, выпускаются в более широком диапазоне мощностей и предназначены для производственного применения.

Напряжение вторичной обмотки в режиме холостого хода составляет 40 – 60 вольт. Регулирование тока сварки может осуществляться несколькими способами.

Наиболее распространён метод, связанный с плавным изменением величины воздушного зазора в стальном сердечнике трансформатора. Регулирование осуществляется вращением рукоятки, связанной с ходовым винтом, по которому перемещается подвижная часть магнитопровода.

Аппараты с регулированием тока путём переключения отпаек вторичной обмотки менее удобны. Регулирование имеет дискретный характер, возможно в небольшом диапазоне. Кроме этого, при переключении отпаек изменяется напряжение холостого хода, что может затруднять зажигания дуги.

Существует универсальный способ, заключающийся в применении балластного сопротивления, включаемого в сварочную цепь. Регулятор представляет собой проводник из нихрома или другого материала с большим удельным сопротивлением.

Выпрямители

Этот вид аппаратов является источником выпрямленного тока. Сварка, выполняемая на постоянном токе, имеет более стабильные параметры дуги, сварной шов, выполняемый этим способом, выглядит более ровным.

Сварочный выпрямитель состоит из трансформатора и собственно выпрямителя в виде мощных диодов, собранных по мостовой схеме. Трансформатор в таких аппаратах обычно используется трёхфазный, подключаемый к сети 380 вольт.

Вторичное выпрямленное напряжение трансформаторов этого вида обладает малым уровнем пульсаций, хорошо удерживает электрическую дугу.

Выпрямители продолжают пока удерживать лидерство по количеству аппаратов, используемых на производстве для ручной сварки. В крупных цехах обычно прокладываются специальные магистрали, к которым подключены – отдельные рабочие места сварщиков.

Питается магистраль от мощного выпрямителя. Регулирование сварочного тока в таких системах осуществляется индивидуально на постах с использованием балластных сопротивлений.

Генераторы

Сварочные аппараты, самостоятельно генерирующие ток, предназначены для работы в полевых условиях при отсутствии источников электропитания. Представляют собой агрегаты, в которых трёхфазный генератор переменного тока объединён с приводным двигателем внутреннего сгорания.

Выходное переменное напряжение выпрямляется диодным мостом. Такими генераторами комплектуются специализированные машины технической помощи, мощные агрегаты монтируются на автомобильных прицепах.

Современная промышленность выпускает агрегаты мощностью до 10 кВт, габариты и вес которых позволяет перевозить их в багажнике легкового автомобиля.

Инверторы

Появление аппаратов этого вида открыло ряд новых возможностей в сфере сварочного производства. Использование инверторной технологии позволило кардинально уменьшить размеры и вес, а также получить качественно новые характеристики сварочных аппаратов.

В аппарате инверторного типа сетевое напряжение подвергается ряду преобразований. На первом этапе происходит выпрямление и сглаживание пульсаций фильтрующим конденсатором.

Выпрямленное сетевое напряжение поступает в инвертор, являющийся главной частью аппарата. Инвертор построен на мощных IGBT транзисторах, переключение которых создает на его выходе напряжение с частотой, достигающей нескольких десятков килогерц.

На выходе инвертора установлен высокочастотный трансформатор, понижающий напряжение до уровня, требуемого для осуществления сварочных работ. Сниженное напряжение выпрямляется и поступает на выходные клеммы сварочного аппарата.

Смысл описанных преобразований заключается в том, что трансформатор, предназначенный для таких высоких частот, буквально на порядок меньше и легче, чем работающий на промышленной частоте при той же мощности.

То же можно сказать и о фильтровых конденсаторах и дросселях. Появление сварочных инверторов привело к тому, что аппарат, имеющий размеры небольшого чемоданчика, легко переносимый на плечевом ремне, способен выполнять те же операции, что и выпрямитель, весящий сотню килограммов.

Существуют различные виды инверторов, питающихся от однофазной или трёхфазной сети. Трёхфазные аппараты ориентированы на промышленное применение, однофазные разновидности преобразователя используются в аппаратах бытового назначения.

Виды аппаратов, осуществляющих сварку в защитной среде

Газы и пары воды, содержащиеся в воздухе, негативно сказываются на качестве сварочного шва. Поэтому применяют технологии и сварочные аппараты, создающие защитную среду в зоне сплавления металлов.

Сварка в инертных газах

Роль инертных газов играют такие вещества, как аргон, гелий или их смесь. Инертные газы, поступающие под давлением в зону сварки, вытесняют воздух, препятствуя окислению и азотированию образующегося сварного шва. Применение инертных газов позволяет сваривать такие материалы, атмосферная сварка которых затруднена или невозможна.

Аппараты, осуществляющие сварку в защитной среде, различаются по виду применяемых электродов, которые могут быть плавящимися в процессе сварки и неплавкими.

Технические характеристики некоторых инверторных аппаратов позволяют осуществлять несколько видов сварочных процессов. Для этих целей инверторные аппараты комплектуются набором аксессуаров – держателей электродов и горелок.

Сварка в среде активных газов

К такому виду сварочного процесса относится сварка в углекислом газе, которая является разновидностью сварки под флюсом. Преимущество использования углекислого газа вместо порошкового флюса заключается в хорошей видимости протекающего процесса сварки, позволяющей вести за ним эффективный контроль. Обычно функции сварки в инертной и активной среде объединены в одном виде инверторных аппаратов.

Ручные и автоматизированные устройства

Сварочные аппараты могут существенно упрощать работу, если снабжать их некоторыми автоматическими функциями. В зависимости от степени автоматизации аппараты подразделяют на три вида.

Для ручной дуговой сварки

К этому виду электросварочных аппаратов относятся упомянутые выше трансформаторы и выпрямители, а также большой сегмент инверторных преобразователей.

Ручная электросварка характеризуется применением штучных сменяемых электродов, обычно покрытых специальным составом. Химический состав электродных покрытий зависит от того, для сваривания каких материалов и каким видом тока (переменный, постоянный) предназначен электрод.

Для полуавтоматической сварки

Так называется вид аппаратов, использующих в качестве электрода специальную сварочную проволоку, намотанную на катушку. Полуавтоматы отличаются тем, что в процессе сварки подача проволоки осуществляется автоматически, и сварщику остаётся только управлять дугой и визуально контролировать образование шва.

Полуавтоматические инверторы объединяют в себе возможность работать в среде защитных газов. Подача газа происходит по тем же соединительным шлангам, что и подача сварочной проволоки.

Следует заметить, что некоторые инверторные аппараты обладают такой универсальностью, что могут быть использованы для ручной сварки, полуавтоматической сварки в защитных средах и сварки неплавким электродом в аргоне.

Полная автоматизация

Эти аппараты автоматически контролируют процесс сварки. Подобно полуавтоматам используют сварочную проволоку и подачу защитных газов.

В основе современных конструкций таких аппаратов лежит инверторная технология. Конструкция рабочих органов автоматических аппаратов для сварки может быть различной – от перемещающейся вдоль шва на тележке сварочной головки до размещения её на манипуляторе, позволяющем варить швы любой конфигурации из любого положения.

Полностью автоматизированная сварка используется на крупных сборочных конвейерах.

Простые по конструкции, надежные и недорогие. Предназначены для сварки черных металлов встык и внахлест. Самые распространенные аппараты. Применяются плавящиеся электроды с рутиловым или основным (фтористо-кальциевым) покрытием. Покрытие электрода предназначено для защиты сварной ванны или придания различных физико-химических свойств сварному соединению (легирование).

Основные характеристики:

Напряжение питания. Обычно чувствительны к изменению питающего напряжения. При понижении - выходные характеристики существенно ухудшаются. Напряжение питания 220В, 220/380В однофазное или 220/380 трехфазное.
Напряжение холостого хода. Напряжение на выходе трансформатора без нагрузки. Чем оно выше, тем проще зажигание дуги и тем она стабильнее. Для разного типа электродов для нормальной работы требуется разное напряжение холостого хода. Необходимо это учитывать при выборе электродов. Обычно бывает 45 - 52 В, в отдельных аппаратах делают еще один выход с напряжением порядка 70В.
Сварочный ток. Регулируется ступенчато или плавно. Чем выше его максимальное значение, тем большего диаметра электрод возможно использовать и больше производительность. Обычно необходимо 30 - 40А на каждый миллиметр диаметра электрода. Для рутиловых электродов ток требуется меньший, а с основным покрытием больший. Так же это необходимо учитывать при выборе электродов.
Диапазон диаметров электродов. Обычно от 1,5 мм. Для большинства приложений достаточно 2 - 2,5 мм. Возможный диапазон зависит не только от максимального значения тока, но и от вольтамперной характеристики аппарата. Поэтому идентичные по выходным характеристикам аппараты разных производителей могут иметь различные значения максимального диаметра электрода.

Трансформаторные аппараты постоянного тока для сварки плавящимися электродами.

По конструкции похожи на предыдущие аппараты, но на выходе установлены диодный или тиристорный выпрямитель. Переменный ток выпрямляется, но при этом теряется часть мощности. Конструкция более сложная, тяжелая и дорогая. Но работа на постоянном токе более комфортная, дуга стабильнее. Кроме сваривания черных металлов возможна работа с нержавеющей сталью и цветными металлами, применяя соответствующие электроды. Постоянный ток обладает полярностью, поэтому необходимо это учитывать при выборе и подключении электродов. Так же существуют электроды для постоянного тока, есть универсальные. В последнее время многие производители отказываются от производства такого типа аппаратов хобби класса.

Но в профессиональной деятельности они широко применяются.

Характеристики для этих аппаратов совпадают с предыдущим типом.

Аппараты полуавтоматической сварки в среде инертного или активного газа (MIG/MAG).

Более сложные и дорогостоящие аппараты. Но производительные и удобные. Широко применяются в авто ремонте. Небольшой аппарат очень удобен в личном хозяйстве.

Используется для сварки железа, стали, нержавеющей стали, алюминия.

Состоит из трансформатора с крутопадающей вольтамперной характеристикой, выпрямителя, привода проволоки и рукава с горелкой. Сварка производится с помощью проволоки обычно 0,6 - 1,2 мм толщиной из различных металлов в среде защитного газа. Ток на выходе регулируется обычно ступенчато (4,8,16,32 ступени), реже плавно. За редким исключением регулируется скорость проволоки. Комбинацией этих двух параметров устанавливаются режимы работы.

Основные характеристики:

Напряжение питания. Питание бывает 220 или 380В, однофазное или трехфазное.
Напряжение холостого хода. Обычно порядка 35-37В.
Диапазон регулировки тока. Чем больше ток, тем выше может быть скорость работы (при определенном умении), возможность использовать проволоку большего диаметра. При токе больше 165А возможно производить точечную сварку без предварительного засверливания.
Диаметр используемой проволоки. Обычно используют проволоку 0,6 - 0,8 мм.
Материал проволоки выбирается исходя из того, какой металл будет свариваться.
Размер бобины проволоки, устанавливаемой на аппарат. Обычно используются бобины весом 15, 5, 0,8 кг.

Разные модели аппаратов могут работать только с газом, с газом и без газа, только без газа. При необходимости работы без газа используется специальная флюсовая проволока. Это удобно - не требуется баллон, проволока примерно в 5 раз выше. У аппаратов работающих как с газом, так и без него требуется переключать полярность горелки. При сварке разных металлов используется разный газ. Железо - СО2, сталь - смесь СО2 и аргона, алюминий - аргон. Баллон подсоединяется к аппарату через редуктор с регулятором (желательно с манометром). Использовать можно промышленные баллоны или специальные фирменные не перезаряжаемые. При различных режимах сварки требуется различное количество защитного газа, подаваемого в сварочную ванну.

Сварочные аппараты инверторного типа. Инверторы.

Их называют еще импульсными. Эти аппараты были придуманы в 1977 г. Самые продвинутые сварочные аппараты. Очень широко используются во всем мире. В последние годы и в России они приобретают заслуженную популярность.

На базе технологии инверторов сейчас производятся многие виды аппаратов, а также их комбинации. Отличаются очень малым весом (от 3 кг), габаритами, малой зависимостью от входного напряжения. Для улучшения качества и комфорта сварочных работ оснащены схемами стабилизации, усиления поджига дуги и защиты от очень низкого или высокого питающего напряжения. Обладают очень высоким напряжением холостого хода 85-90В. Инвертор - аппарат постоянного тока. Питающее напряжение на входе выпрямляется, а потом преобразуется в переменное напряжение с частотой 20 - 45 кГц, которое и подается на трансформатор. Т.к. частота напряжения высокая, то появляется возможность использовать трансформатор малых размеров и массы. На выходе напряжение выпрямляется.

Все эти достоинства с лихвой компенсируют более высокую стоимость.

Необходимо внимательно относиться к выбору электродов, т.к. от этого зависит качество сварочного шва. Электроды имеют срок годности, а так же должны правильно храниться. Часто пользователи сталкиваются с трудностями, которые при “разборе полетов” на поверку обусловлены плохим качеством электродов, а не качеством сварочного аппарата. Отличные результаты сварки получаются при использовании электродов, рекомендованных производителем сварочного аппарата.

Электроды могут отличаться полярностью, родом тока (переменный/постоянный), покрытием, материалом. Специфические электроды по чугуну, титану, нержавейке и т.д. редко используются в бытовых целях. Часто электроды бывают универсальными по полярности. Чаще используются основное и рутиловое покрытие. При использовании электродов с основным покрытием шов получается прочным и хорошо защищенным от окисления, но для качественной работы требуется напряжение холостого хода порядка 70 В. Некоторые производители делают аппараты с двумя выходами - около 50 В и 70 В для работы разными электродами. Эти аппараты несколько дороже обычных трансформаторов переменного тока, но позволяют получить качество сварного шва и комфорт в работе на уровне аппаратов постоянного тока, являясь при этом значительно более дешевыми по сравнению с последними. Такие аппараты будут хороши как для любителя, так и для профессионала.

Таблица 1.

Средние показатели сварочного тока (Амп)
Диаметр электрода
Электрод с кислотным покрытием
Электрод с рутиловым покрытием
Электрод с целлюлозным покрытием
Электрод с оснóвным (фтористо-кальциевым) покрытием

Таблица 2.

Как видно из первой таблицы для работы электродами с рутиловым покрытием требуется меньший ток, чем для электродов с основным покрытием. Поэтому можно использовать менее мощный, а значит и более дешевый аппарат. Для электродов с целлюлозным покрытием требуется весьма дорогостоящий аппарат, они часто используются для сварки труб. Для большинства работ по низкоуглеродистой стали рутиловые электроды самые предпочтительные. При работе с ответственными конструкциями лучше использовать электроды с основным покрытием.

Из второй таблицы следует что для большинства работ не требуется большая толщина электродов. Самые удобные и позволяющие производить практически любую работу электроды 1,6 - 3,2 мм. 4 и 5 мм электроды используются уже в профессиональных приложениях и чтобы не только поджечь дугу, но и получить действительно качественный и прочный шов требуются большой дорогостоящий аппарат, а главное значительное умение.

Часто после покупке недорогого аппарата на 140-160 А в ценовой категории 2500 - 3500 руб. возникает вопрос: аппарат не варит. Конечно, трудно требовать от такого аппарата серьезных результатов.

Во-первых, аппарат не может сам варить - многое зависит от самого пользователя, от его умения.

Во-вторых, качество применяемых электродов оставляет желать лучшего. Часто применяют электроды позаимствованные на ближайшей стройплощадке, где абсолютно не соблюдаются условия хранения, но в силу того, что техника там применяется мощная - это компенсирует повышенную влажность электродов. Перед работой электроды необходимо прокаливать. В магазинах часто так же продают не совсем качественные электроды. Можно рекомендовать электроды Сычевского завода, Петербургского электродного завода, Ростовского, СТС, ЕСАБ-СВЭЛ, AWELCO и др. Не обязательно применять импортные электроды. Но, как и другие товары - электроды могут быть разного качества.

В-третьих, напряжение питания должно соответствовать указанному в паспорте - это касается любых электрических приборов. Но кроме напряжения существует еще и нагрузочная способность сети. Если подстанция слабая, к ней подключено много потребителей, то напряжение может быть и 220 В, но в момент подключения мощного потребителя (сварочный аппарат, компрессор, станок с мощным двигателем, пусковое устройство для автомобиля и т. д.) происходит просаживание напряжения до 150-170 В, что совершенно не достаточно для работы этих приборов. Компрессор, например, даже не запустится.

В-четвертых, необходимо ориентироваться на мощность аппарата. Как известно мощность это ток умноженный на напряжение. Если говорить о мощности дуги, то необходимо умножить ток дуги на напряжение дуги. В начальный момент, когда аппарат подключен к сети, но работа еще не производится, напряжение между массой и электродом соответствует напряжению холостого хода, которое указано в паспорте или каталоге (non load voltage). Для обычных трансформаторов это примерно 46-50 В для разных моделей. При поджиге дуги начинает течь ток между электродом и деталью. Ток течет установленный пользователем на аппарате, например 150 А, а напряжение дуги уменьшается примерно в 2 раза. Но в зависимости от мощности аппарата это уменьшение будет разным (ток один и тот же). Например у одного аппарата это будет 20В, а у другого 25В.

Соответственно в дугу будет выделяться мощность в первом случае 3 кВт, а во втором 3,75 кВт. Ток установлен один и тот же, а мощность разная - возможности аппаратов разные.

Учитывая все эти факторы необходимо рекомендовать аппарат как минимум с 30% запасом. И чем больше факторов влияет на работоспособность, тем больше этот запас должен быть. Например: нельзя рекомендовать аппарат стоимостью 2500 руб. с максимальным током 150А для уверенной работы электродом 3,2 мм. При достаточном напряжении в сети, качественных электродах и умении пользователя можно рекомендовать его для работы 2,5 мм, а если эти условия не выполняются, то 2 мм. Особенно трудно разжечь дугу при недостаточной мощности и умении - поэтому существует некоторое недовольство покупателей, которые не очень тщательно подошли к выбору аппарата.

Если говорить об инверторах, то в них все несколько проще. Они обеспечивают стабильность выходного тока при + 10% изменении питающего напряжения. Функция Hot Start существенно облегчает поджиг дуги даже при небольшой мощности аппарата. Функция Arc Force помогает стабильно держать дугу. Т.е. аппарат берет на себя часть функций человека. Поэтому для начинающего пользователя - это означает практически гарантированный успех, а для профессионала - повышение качества работ.

Для того чтобы получить стабильную, беспроблемную и длительную работу электродом 3,2 мм классический аппарат должен быть: цена не менее 200 USD, масса 30-35 кг, максимальная потребляемая мощность не менее 5 кВт.

Для тех же самых задач инвертор: 4-5 кг, максимальная потребляемая мощность не более 3,5 кВт. Стоимость для любительских приложений примерно 300 - 350 USD, для профессиональных 450 - 500 USD.

Самая часто используемая проволока для полуавтоматов - стальная омедненная. Но полуавтоматом можно варить нержавейку и алюминий. Для этого применяют соответствующую проволоку и соответствующий газ.

Для сварки алюминия - 100% аргон, стали - газовая смесь из аргона (80%) и двууглекислого газа (20%), железо - только двууглекислый газ.

Также на многих аппаратах возможно использование порошковой проволоки без использования защитного газа. Это очень удобно, но дороже. Хотя если подсчитать расходы на приобретение баллона, заправки его газом (только в специальном месте), транспортные расходы, то для эпизодических работ (особенно для хозяйственных нужд) необходимо рекомендовать использовать порошковую проволоку. Ее использование возможно, если на аппарате указано GAS / NO GAS. Обратите внимание, чтобы работать с газом или без газа необходимо переключить полярность горелки и массы. Изначально обычно установлено для работы порошковой проволокой (см. инструкцию).

Самая распространенная проволока 0,8 мм. Больший диаметр требуется редко и требует дорогостоящего профессионального аппарата и навыков работы для получения качественного сварного шва. 0,6 мм используется для более точных работ или при недостаточной мощности аппарата. Так же как и с электродами, качество проволоки и умение пользователя значительно влияют не только на качество производимых работ, но и на саму возможность их проведения.

Выбор сварочного аппарата.

Зависит во-первых от материала, который необходимо сваривать (переменный / постоянный ток, полуавтомат, аргонно-дуговая). Далее необходимо определиться с выходными параметрами. Чем больше выходной ток и напряжение, тем на большее способен сварочник, тем толще металл можно сваривать или быстрее работать. Но никогда нельзя выбирать аппарат исходя только из максимального значения выходного тока. Чем выше ток, тем больше нагреваются обмотки, тем раньше сработает термостат. Т.е. меньше цикл работы. Поэтому необходимо определиться на каком рабочем токе обычно необходимо варить и выбрать аппарат с запасом (мин. 20-30%).

Например: в основном необходимо работать электродами 2,5 и периодически 3,25 мм. Можно выбрать аппарат с максимальным током 140 А, но гораздо лучше подойдет следующая модель на 150 - 160 А, а чтобы чувствовать себя уверенно в работе лучший вариант - это ~ 180 А. Чтобы работать “четверкой” достаточно 150 А, но качественный шов получится при токе 180 - 220 А и достаточном умении. Также и с “пятеркой”, которую в быту применять нет никакой необходимости, а для профессиональной деятельности требуются совсем другие аппараты, для которых величина выходного тока не единственный важный параметр. Также необходимо обращать внимание на величину цикла работы. Одни производители стремятся снизить цену продукта и снижают цикл работы. Для импортных аппаратов цикл указывается в процентах от 10 мин (30% - значит 3 мин работа, 7 мин отдых при 20С), для отечественных от 5 мин Но для хобби приложений очень высокое значение цикла тоже не нужно, так как при этом сильно увеличивается масса или стоимость или и то и другое. Цикл 10% не очень хорошо. Оптимальное значение 15-20%. Для профессионалов необходимо, чтобы цикл был не менее 60% на рабочем токе. Чем меньше установленный ток, тем выше цикл работы.

Савельев Вячеслав

Сварочный аппарат представляет электрическое устройство, при помощи которого выполняется сварка. Именно данный процесс обеспечивает долговечное и надежное крепление металлических деталей. С помощью сварки производится огромное число работ в различных областях, начиная от микроэлектроники до создания многотонных конструкций. Среди основных достоинств электросварки выделяется надежное и быстрое соединение материалов при минимальных затратах. При необходимости при помощи этого устройства можно даже разрезать металл. В последние десятилетия их изготавливают с использованием электронных компонентов. Благодаря этому их масса и габариты значительно уменьшились, что позволило расширить применение.

Виды и типы

Cварочное оборудование характеризуется широким разнообразием, что обусловлено постоянным развитием сварочного производства, созданием новых приемов и способов сварки. Опираясь на конструктивные особенности, в том числе принцип действия аппаратов можно выделить следующие типы:

Сварочный выпрямитель . Оснащен блоком полупроводниковых диодов, в результате чего ток переходит с переменного в постоянный. Главные достоинства – минимальное разбрызгивание, проварка высококачественных швов. Применяется для сваривания черного и цветного металла, чугуна, алюминия, стали.

Сварочный трансформатор . Работает благодаря переменному току. Бывает нескольких типов – с увеличенным и стандартным магнитным рассеянием. Процесс сварки из-за тяжелого веса с ним представляет довольно трудоемкую работу.

Сварочный полуавтомат . Применяется для сварочных работ в газовой сфере.

Сварочный инвертор . Это легкие и компактные установки.

Сварочный агрегат .

Аппарат для аргонодуговой сварки .

Оборудование для сварки плавлением основного металла может выполнять следующие операции:

Сварка плавлением.
Дуговая сварка и наплавка.
Газовая сварка.
Электрошлаковая сварка и наплавка.
Электроннолучевая сварка.
Наплавка и резка.
Специальные виды сварки.

По степени механизации аппараты для сварки могут быть:

Ручными.
Полуавтоматическими.
Автоматическими.

Следующая классификация аппаратов для сварки звучит так:

Бытовые . Они выделяются небольшой производительностью, для продолжительной работы не приспособлены. Тем не менее, их сфера применения весьма широка, подобные агрегат используют для сварки арок, котлов, труб и так далее;
Профессиональные . Выделяются тяжелым весом и габаритами, работают от сети 220 или 380 Вт. Большинство таких моделей оснащены специальными колесиками, чтобы облегчить перемещение. Используются во многих областях строительства, мастерских, при установках газопроводов, на заводах и тому подобное.

Устройство

Устройство каждой инверторной модели может иметь ряд особенностей, однако большая часть технических узлов повторяются. Плата техники в основном включает следующие элементы:

Каждый сварочный аппарат является своеобразным преобразователем энергии. Агрегат принимает электрический ток из сети, после чего уменьшает его напряжение, повышает силу тока до требуемой величины. При этом происходит изменение частоты тока, или образуется постоянный ток из переменного. Исключением являются лишь аппараты, где электрическая дуга образуется от энергии генераторов с двигателем внутреннего сгорания или батарей аккумуляторов.

Сварочный полуавтомат имеет следующее устройство:

Баллон с газом (аргон или углекислота).
Шланг, подающий газ.
Кассеты с проволокой.
Механизм, подающий проволоку.
Трубопровод подачи проволоки.
Источник питания.
Газовая горелка.
Газовая аппаратура.
Блок управления.
Провод цепи управления.

Сварочный аппарат. Принцип действия

Рассмотрим сварочный инвертор. Вся суть инверторной технологии кроется в выпрямлении переменного тока сети в постоянный сварочный ток с промежуточным частотным изменением.

Выпрямитель – это обычный диодный мост. В данный блок поступает переменный ток, который имеет промышленную частоту 50 Гц.
Фильтр выполнен из конденсатора и дросселя. Выпрямленный ток направляется в фильтр, где он сглаживается. В итоге появляется постоянный ток, инвертор преобразует его в переменный, имеющий частоту 20-50 кГц. На текущий момент имеются технологии, при помощи которых получается ток частотой 100 кГц.
Силовой трансформатор обеспечивает снижение высокочастотного переменного напряжения до 25-40В. К тому же этот элемент повышает значение тока до требуемого тока для сварки. При помощи преобразования высокочастотных токов сварочный ток достигает необходимой силы. Благодаря многоступенчатому преобразованию тока удается задействовать трансформатор малых размеров. Так для получения тока 160 А в сварочном агрегате требуется поставить медный трансформатор весом 18 кг. В инверторе достаточно поставить трансформатор весом 0,25 кг.
Высокочастотный выпрямитель обеспечивает выравнивание переменного тока. Далее он направляется в высокочастотный фильтр, что позволяет получить постоянный сварочный ток.

Указанные процессы преобразования энергии контролируются микропроцессорным блоком управления. Данная часть аппарата для сварки является наиболее дорогим элементом. Инверторные сварочные устройства сегодня производятся по двум различным полупроводниковым технологиям:

MOSFET.
IGBT.

Главное их отличие заключается в транзисторах, которые различаются током коммутации. Транзисторы MOSFET, если сравнивать IGBT, выделяется большими габаритами и весом, однако их стоимость ниже. В то же время их потребуется на порядок больше для обеспечения одинаковой производительности.

При полуавтоматическом методе сварочный аппарат работает следующим образом:

Защитный газ направляется в зону электрической дуги, что позволяет защитить металл от воздействия воздуха от окисления и азотирования. Защитный газ в этом случае может быть активным в виде углекислого газа или инертным в виде гелия и аргона. Работа с металлом в среде инертного газа имеет название MIG. Работа с металлом в среде активного газа имеет название MAG.
Сварочная проволока при помощи электродвигателя, редуктора, а также подающих роликов подается в зону сварки.
Неразъемное соединение получается в газовой среде под действием электрической дуги за счет плавления электродной проволоки, которая поступает в горелку. Необходимые поверхности склеиваются с помощью расплавленного металла, созданного тепловой энергией. В результате получается крепкий долговечный шов.

Полуавтоматическим метод сварки называется так вследствие того, что проволока подается автоматически, при этом контроль подачи, а также процесс сваривания выполняется сварщиком вручную. Наконечник выступает в роли сварочного контакта, к нему подается питание от главного блока. Сила тока подбирается согласно характеристикам обрабатываемого материала. Скорость подачи задается с помощью шестерни или коробки передач.

Применение. Достоинства и недостатки сварочных аппаратов

Сварочный аппаратнаходит широкое применение. Его часто используют в быту, а также в профессиональной деятельности. Без такого аппарата не обойтись во многих сферах производства, отраслях промышленности и специализированных мастерских, к примеру, по ремонту автомобилей. Эти аппараты используются для надежного сваривания металлических каркасов и иных ответственных конструкций в строительстве. Без применения профессионального сварочного оборудования также невозможен монтаж нефтепроводов и газовых труб.

Трансформаторы являются весьма тяжелыми и громоздкими устройствами. Они обладают повышенной чувствительностью к колебаниям напряжения и потребляют много электрической энергии. Не это недорогое устройство. Варить ими можно и встык и внахлест. Опытный сварщик способен хорошо проварить с помощью трансформатора даже ответственный шов. Посредством переменного тока обычно свариваются только определенные марки чугуна и стали «ходовых» марок.
Полуавтоматическая сварка идеально подходит и для дома и для производства. В нашей стране порядка 70% всех сварочных работ выполняются именно сварочными полуавтоматами. Вызвано это простотой эксплуатации, высоким качеством сварки, широкой функциональностью оборудования. Сварочный полуавтомат отличается удобством для сварки тонкого металла, в особенности автомобильных кузовов. Полуавтоматы практически всегда встречаются на предприятиях автосервиса.
Выпрямители имеют высокую стабильность электродуги, что дает возможность проваривать высококачественные и герметичные швы равномерной глубины. При этом значительно снижается разбрызгивание. Соединение благодаря защищенности дуги получается достаточно прочным и однородным. Необходимость в дополнительной очистке изделий от капель «брызгающего» расплава отсутствует. В этом случае можно работать всеми типами электродов.

Область применения выпрямителей на порядок шире: цветные металлы (никель, титан, медь, их сплавы), любая сталь (в том числе высоколегированная) и чугун.

Инверторы . В последнее время пользуются большой популярностью. Выделяются функциональностью, мощностью, компактностью и небольшим весом. Такой сварочный аппарат оптимален для новичков. Специалисты же при помощи них могут повысить свою производительность. Их применяют повсеместно, ведь они позволяют сваривать даже тонкостенный металл. Варить инверторами можно цветные и черные металлы любой толщины в различных положениях в пространстве. Применяются электроды всех видов.

Как выбрать сварочный аппарат

Сварочный аппарат может быть трехфазным или однофазным. Для бытового применения нужно устройство на 220 В. Также можно выбрать универсальный агрегат «220/380».
Напряжение холостого хода. Определяет способность аппарата первоначально и повторно разжигать электродугу, в том числе поддерживать ее горение. Считается, что, чем выше напряжение холостого хода, тем лучше.
Мощность. Следует выбирать устройства хотя бы с небольшим запасом мощности, примерно 30%.
Класс защиты. Сварочный аппарат должен быть стандартизирован и иметь двухциферный код IP, к примеру IP23. Двойка — вовнутрь корпуса не попадут предметы толщиной свыше 12 мм. Вторая цифра – это защиту от влаги. Цифра 3 значит, что вода даже под углом в 60 градусов не сможет попасть в корпус агрегата.
Многие современные аппараты оснащаются дополнительными опциями: «Антиприлипание на выключении», «Форсирование дуги» или «Горячий старт». Они помогут при сварке, особенно новичку.

Нестандартное применение

Сварочный аппаратвполне можно использовать в качестве зарядки автомобильного аккумулятора. Однако необходимо учитывать, что у такого устройства должна быть регулировка понижения ампер и вольт. При наличии такого аппарата нужно переключить его в режим пуско-зарядного устройства. Следует установить 12 вольт на выходе, а амперы установить 1 к 20 мощности аккумуляторной батареи (если мощность 60А — заряжаем 3А).

Заряжать аккумулятор следует в течение порядка 40-60 минут. Этого вполне хватит, чтобы запустить двигатель. Для тщательной зарядки потребуется уменьшение тока в два раза и увеличение времени в 3 раза.

Сварка давно уже стала одним из самых распространенных методов сборки деталей изделия в единое целое. Неразъемное соединение, получаемое с помощью сварки, обладает высокой прочностью и долговечностью - конечно, при условии выбора наиболее подходящего для ее производства оборудования. На сегодняшний день производители предлагают самые разнообразные виды сварочного оборудования, которое может применяться как профессионалами, так и домашними мастерами. Одной из главных особенностей современного сварочного оборудования является как раз то, что для управления им не всегда требуется высокая квалификация мастера - многие производители при разработке новых моделей обращают внимание на достижение идеального сочетания больших функциональных возможностей оборудования с простотой его эксплуатации. Таким образом, при выборе сварочного прибора мастер может основываться не на своей квалификации, а на способностях самого аппарата и на его стоимости.

Рассмотрим самые распространенные виды сварочного оборудования и условия их применения.

Сварочные трансформаторы переменного тока.

Это самые простые сварочные аппараты. Основным элементом их конструкции является понижающий трансформатор, который доводит напряжение в сети до значения, необходимого для производства сварочных работ. Общей характеристикой любого сварочного трансформаторного аппарата этого типа является наличие на выходе переменного тока.

При работе с такими трансформаторами используются плавящиеся электроды диаметром от 1,5 до 2,5 мм с фтористо-кальциевым или рутиловым покрытием. Выбор точного диаметра электродов зависит от характеристик самого аппарата - его максимального тока и напряжения.

Чаще всего такие аппараты применяются для сварки черных металлов с соединением отдельных деталей внахлест или встык. Для того чтобы произвести сварку изделий из цветных металлов, необходимо использовать дополнительное оборудование.

Большое распространение сварочные трансформаторы переменного тока получили не только из-за простоты их конструкции и эксплуатации, но и благодаря высокому КПД, доходящему до 90%. Но здесь необходимо учесть и тот факт, что некоторое количество энергии, потребляемой аппаратом, уходит не на сам процесс сварки, а на нагрев. Избежать перегрева аппарата помогает включение в конструкцию вентилятора, который увеличивает вес и без того довольно тяжелого аппарата. А кроме большого веса, к отрицательным характеристикам такого оборудования относят его «чуткость» к напряжению в сети - если напряжение во время работы понижается, то и выходные значения тока могут существенно отличаться от заданных.

Но несмотря на все эти «недочеты» сварочные трансформаторы переменного тока все же пользуются сегодня большим спросом, особенно у домашних мастеров, для большинства из которых определяющими факторами при выборе аппарата становятся его доступная цена и долгий срок службы.

Сварочные трансформаторы постоянного тока.

Этот тип сварочного оборудования во многом схож с предыдущим. Отличие состоит в том, что в его конструкцию включается выпрямитель (тиристорный или диодный), благодаря которому на выходе получается постоянный ток определенной полярности. Если сравнивать эти трансформаторы с аппаратами переменного тока, то можно отметить и некоторые их преимущества, и определенные недостатки.

К преимуществам относится:

удобство работы на постоянном токе;
стабильность горения дуги;
возможность сваривать не только черные, но и цветные металлы, а также нержавейку при применении соответствующих плавящихся электродов.

Что касается недостатков, то среди них отмечают некоторую «потерю» мощности при работе (часть мощности аппарата уходит на выпрямление тока), сложность конструкции, ее большой вес и более высокую стоимость.

Полуавтоматы.

Этот вид аппаратов отличается довольно сложной конструкцией и высокой в сравнении с предыдущими типами стоимостью. Но при этом аппараты полуавтоматической сварки очень продуктивны и легки в управлении. Кроме того, они могут обладать совсем небольшими размерами и весом, что сделало именно это сварочное оборудование самым востребованным среди профессионалов, занимающихся, например, ремонтом автомобилей, а также у домашних мастеров, ценящих во время работы удобство и функциональность агрегатов.

Применять полуавтоматы можно как для сварки железа и стали, так и для работ с алюминием или нержавейкой. В качестве присадочного материала выступает сварочная проволока диаметром преимущественно от 0,6 до 0,8 мм, подаваемая в автоматическом режиме из бобин. Материал проволоки зависит от того, какой именно металл будет подвергаться сварке.

Инверторы.

Этот тип сварочного оборудования является самым современным и самым технологически «продвинутым». Впервые аппарат подобного типа был произведен в 1977 году. Применение при его разработке инновационных технологий позволило добиться не только высокой точности устанавливаемых параметров работы, но и меньших габаритов и массы аппарата - если проводить сравнение с трансформаторами аналогичной мощности, то инверторное оборудование может весить в 3-6 раз меньше. Например, сварочный трансформатор на 160 А весит около 18 кг, а аналогичный сварочный инвертор в зависимости от конкретной модели и производителя - от 3 до 7 кг.

Конечно, стоимость такого оборудования превышает стоимость всех других типов сварочных аппаратов, но при этом удобство его применения и его преимущества позволяют забыть об этом «недостатке».