Выбор сварочного аппарата для ручной электродуговой сварки – это первое, с чем необходимо разобраться начинающему сварщику.
Эти приборы делятся по многим критериям даже если выбирать из ряда для бытового применения: сила тока, продолжительность сварки, тип напряжения на выходе и многое другое.
И для того, чтобы научиться различать по характеристикам и функционалу сварочные аппараты как выбрать подходящий прибор, нужно вникнуть не только в основы физики, но и конструктивно разобрать содержимое. Это даст понимание о принципе работы и таких характеристиках, как долговечность и надежность сварочного аппарата, к примеру, трансформаторный прибор состоит из пары катушек и конденсатора, там ломаться нечему.
Для начала, когда вы придете в строительный магазин, на каждый аппарат будут представлены характеристики.
напряжение холостого хода.
продолжительность включения.
диаметр электрода.
тип сварочного тока.
тип сварочного аппарата.
Ток сварки параметр, от которого зависит, какой толщины металл он может варить, какой диаметр электродов подойдет. Для простых хозяйственных работ, производимых изредка с небольшой толщиной металла, подойдет и аппарат со 160 Ампер силой сварочного тока. Для среднего ремонта или небольшой стройки рекомендуется 200А, а для ответственных металлоконструкций, со сваркой швеллеров, несущих широкополочных уголков и так далее – вам нужно будет потратиться на 220А прибор.
Напряжение холостого хода . по-другому говоря – выходное напряжение, то есть то, которое образуется на участке вторичной цепи и протекает через сварочный электрод и изделие. В простых аппаратах эта характеристика встречается в пределах 20-60 В, редко – до 90 В. Более высокое напряжение применяется для сварки электродами с тугоплавкой обмазкой специфических сплавов. Эта характеристика подбирается в резонанс с током сварки (автоматически или в ручном режиме) и отвечает за лучшее зажигание и горение дуги. Если подобрать напряжение неправильно, то можно получить образование шлака и пор.
Продолжительность включения – процентная величина измерения времени, из 10-и минутного цикла, которое аппарат может беспрерывно работать на максимальном токе сварки. То есть, если в характеристиках к аппарату написано 70%, то это значит, что аппарат может работать 7 минут, и 3 должен отдыхать. Его также называют цикл работы, и некоторые производители могут давать не время работы на максимальном токе, а 100% ПВ на определенном, скажем, 140 А из поддерживаемых аппаратом 200 А.
Диаметр электрода . на который рассчитан аппарат, опытный сварщик может определить, взглянув на значение тока сварки, но все-таки он указывается в характеристиках. Для того чтобы узнать больше, рекомендуем статью «Виды современных электродов для работы с ручной электродуговой сваркой » там можно найти таблицу зависимости диаметров электродов от тока сварки и толщины свариваемых деталей. В полуавтоматических сварочных аппаратах, в которых применяется сварочная проволока, указывается ее диаметр.
Тип сварочного тока может быть переменным (AC) и постоянным (DC), и от этого зависит в основном, тип свариваемого металла. Постоянным током можно сваривать все виды металлов, цветные включая. Простой бытовой сварочный аппарат с переменным током, как правило, приобретается только для сварки черного металла. В принципе, есть специальные электроды и приемы работы ручной электродуговой сваркой переменного тока по цветным металлам, но при этом возникает уйму сложностей, в том числе сильное разбрызгивание металла, а также сами электроды очень дорогие.
Тип сварочного аппарата – трансформаторные или инверторные, нового поколения. Об этом как раз пойдет речь дальше. О современных приборах, которые вмещают в себе электронные элементы управления, в том числе системы контроля перенапряжения, перегрева, поддержания горения дуги и др.
Тип сварки в данном случае – ручная электродуговая сварка плавящимися электродами (MMA). Тип сварки полуавтоматическими аппаратами сварочной проволокой в среде инертного газа обозначается как MIG/MAG. Есть еще обозначение ручной сварки неплавящимися (вольфрамовыми, угольными) электродами в защитной газовой среде – TIG.
Устройство, особенности и принцип работы трансформаторных сварочных аппаратов.
Эти аппараты использовались с самого начала изобретения сварочных работ, и по сей день их «начинка» практически не поменялась. В основе лежит трансформатор, который понижает напряжение с входных 220/380 В на 20-90 В, при этом увеличивая силу тока до 140-220 А. Регулируется напряжение (и сила тока) путем перемещения подвижных частей трансформатора, либо по средствам управляемой реактивной катушки (дросселя), включенного во вторичную цепь, либо вместо него используется блок тиристорного фазорегулятора.
Стоит сразу же сказать о преимуществе аппаратов с тиристорным фазорегулятором перед амплитудными (подвижные трансформаторные сердечники или регулируемый дроссель) устройствами. Во-первых, уменьшается время перехода импульса через нулевое значение, благодаря чему сварочная дуга горит стабильнее, меньше вероятность затухания, а также качество сварного шва значительно повышается. Во-вторых, такой сварочный аппарат для дома и дачи, благодаря тиристорному фазорегулятору, не имеет подвижных механических деталей в трансформаторе и отсутствует дроссель с регулятором, благодаря чему цепь упрощается и прибор считается более надежным и долговечным.
На схеме выше находится трансформатор (А) с первичной (1) и вторичной (2) обмотками, а также реактивная катушка-дроссель (Б), включенная во вторичную цепь, идущую от обмотки. В данном случае трансформатор не имеет подвижных шунтов/обмоток, которыми регулируют силу тока и напряжение сварки. Эту функцию выполняет дроссель с подвижным регулятором. Кроме того, он нужен, чтобы не использовать трансформатор с увеличенным рассеянием, урезав, таким образом, конструкцию для повышения надежности и упрощения ремонта при надобности.
Из данной схемы следует, что переменный ток напряжением 220 В входит в трансформатор с нормальным рассеянием, из первичной катушки преобразуется во вторичной с характеристиками холостого хода (20-90 В). Проходя через регулируемый механически дроссель, приобретаются необходимые для сварки вольт-амперные характеристики (не будем углубляться в физику), а также появляется ограничение тока короткого замыкания.
Преимущества трансформаторных сварочных аппаратрв – это дешевизна и долговечность. Также легко проводить ремонт, потому что весь блок содержит всего пару деталей. Стоит отметить высокий КПД, равный 70-90%. На этом пересчет преимуществ окончен.
Недостатки более обширны, и основной из них – это частое прерывание горения дуги, которое обусловлено самим свойством переменного тока затухать в момент смены полярности. А также на стабильность сварочной дуги влияют колебания характеристик входного напряжения. Еще имеется проблема – громоздкость прибора, причем, чем больше мощность аппарата, тем массивнее трансформатор, и тем больше проседает напряжение в сети при его работе.
Устройство, особенности и принцип работы трансформаторных выпрямительных сварочных аппаратов.
Эти устройства практически идентичны трансформаторным, с разницей лишь в том, что имеют выпрямительный блок и блок фильтров (в простейших моделях – фильтровальный конденсатор). Благодаря последним двум, на выходе из аппарата получается не переменный, а постоянный ток с вольт-амперными характеристиками, сформированными тем же трансформатором и реактивной катушкой-дросселем. Однако теперь ток приобретает полярность, которую можно использовать как прямую и обратную, с различными электродами и металлами, что дает расширенный функционал по сравнению с аппаратами переменного тока.
Схема представляет собой самый простой трансформаторный выпрямитель сварочного тока. В нем: статичный трансформатор с нормальный рассеянием (А) с основной (1) и вторичной (2) обмотками; выпрямительный блок (Б) на основе диодов (Б1); регулируемая реактивная катушка-дроссель (В); фильтровальный полярный конденсатор постоянного тока (Г). Подача на электрод условна и означает подключение прямой полярности, если поменять местами деталь и электрод, то получится сварка в обратной полярности.
В этом случае самый простой трансформатор, который вмещает в себе данное устройство сварочного аппарата, выдает переменный ток со скромными вольт-амперными характеристиками, который, пройдя через выпрямительный блок (Б), еще называемый диодным мостом, становится постоянным. Далее, для корректирования характеристик тока, в цепь вмещен управляемый дроссель (В), с присоединенным параллельно конденсатором, который выполняет функцию фильтра постоянного тока.
Преимущества аппаратов постоянного тока трансформаторного типа состоят в большей стабильности горения дуги и меньшем разбрызгивании металла при сварке. Соответственно, сварной шов получается более качественным, ровным и эстетичным. Кроме того, переменным током можно варить практически все металлы и сплавы.
Недостатки – из тех, что и у трансформаторных аппаратов переменного тока: влияние перепадов входного напряжения на горение дуги, сильная «просадка» напряжения сети при работе, а также очень большой вес. Дело в том, что диоды прикреплены к большим и увесистым радиаторам, плюс охлаждающихся дополнительным вентилятором – это в придачу к массивному трансформатору.
Устройство, особенности и принцип работы инверторных сварочных аппаратов.
Сварочные инверторы – это современные высокотехнологичные приборы, которые по качеству сварки в разы превосходят трансформаторные аппараты. Они также имеют целый комплекс защит и контроля горения дуги, которые управляются специальным транзисторным блоком IGBT, который часто является самой дорогой частью прибора. С таким сварочным аппаратом довольно качественный шов может выполнить даже человек, который в первый раз в жизни взялся варить.
В отличие от устаревших аппаратов, в которых регулирование параметров тока и напряжения сварки происходит по средствам трансформатора с подвижными механическими частями, реактивной катушки-дросселя или фазного блока управления тиристорами, бытовой сварочный аппарат инверторного типа действует на вольт-амперные характеристики через преобразователь частоты. Этим достигается ряд преимуществ.
На блок-схеме показано условное подключение элементов: выпрямитель напряжения (А); фильтр постоянного тока (Б); инвертор – преобразователь частоты (В); блок управления (Г); трансформатор (Д); выпрямитель высокочастотного тока (Е). Блок управления современного образца основан на IGBT транзисторах, время работы которых в разы превосходит прошлое поколение. Принцип действия аппарата далее.
Входное переменное напряжение 220 В, бытовой частоты 50 Гц поступает сначала в выпрямитель (А), затем – в фильтр (Б), приобретая характеристики ровного постоянного напряжения. Далее инвертор/преобразователь частоты (В) превращает его обратно в переменное напряжение, но с частотой в десятки килогерц (кГц), после чего трансформатор (Д) производит понижение напряжения до холостого хода (20-90 В) с повышением сварочного тока (140-220 А). После следует выравнивание тока в высокочастотном выпрямителе (Е) и он подается на электрод/свариваемое изделие.
Вся «фишка» находится в том самом преобразователе частоты. Ведь для преобразования высокочастотного тока в холостого хода ток сварки, не нужно громоздкого трансформатора: в некоторых случаях, он может весить до килограмма.
Преимуществ инверторных сварочных аппаратов целый ряд: небольшой вес (до 10 кг) и размер; исключен нагрев обмоток и перемагничивание сердечника трансформатора; высокий КПД (85-95%); продолжительность включения 80%; потребляемая мощность при сварке одинаковыми электродами у инверторных аппаратов в 1,5-2 раза ниже, чем у трансформаторных источников. Прибор имеет плавную регулировку и большой диапазон значений тока сварки и напряжения холостого хода, что позволяет использовать тончайшие электроды (1,6 мм.
Для новичков имеется ряд функций: Hot start (автоматическое увеличение тока сварки в начале сварки для облегчения загорания дуги); Anti stick (предотвращение залипания электрода на поверхности по средствам понижения тока); Arc force (автоматически увеличение тока сварки на мизерный промежуток времени при отделении большой капли металла от электрода для предотвращения различных сложностей, последствий.
Недостатки также имеются, и весьма существенные, среди них: стоимость ремонта, требования к хранению и условиям окружающей среды при работе. Если накроется блок управления, а особенно если он на основе транзисторов IGBT, то за ремонт придется отдать даже половину стоимости нового аппарата. Электронная начинка подвержена влиянию различных факторов, поэтому прибор чувствителен к условиям хранения и работы. К примеру, пыль в помещении проникает в устройство и оседает на радиаторах охлаждения тиристоров, из-за чего может происходить перегрев.
Виды современных сварочных аппаратов для дома и дачи по степени механизации сварки.
Говоря про оборудование для сварки бытовых/хозяйственных нужд, невозможно не упомянуть про то, какие бывают сварочные аппараты по степени механизации. Самые простые – трансформаторные, переменного тока для работы по черному металлу плавящимися электродами с защитной обмазкой (тип сварки MMA) мы рассмотрели. У них только одни способ применение по степени механизации – ручной труд. Суть его сводится к тому, что сварщик вручную осуществляет все рабочие операции на протяжении цикла работ, включая и замену электрода.
Можно отнести к сварке ручным способом электродами и остальные виды сварочных аппаратов, но они также могут быть в виде полуавтоматов, работающих с проволокой вместо электродов и подающих ее в автоматическом режиме по мере процесса сварки (тип сварки MIG/MAG). Преимущества таких аппаратов в том, что увеличивается скорость работы и проволока, которая замещает электроды, стоит гораздо дешевле. С другой стороны – аппарат сам по себе громоздкий, так как вмещает в себе устройство подачи проволоки, а также, сварка производится с применением защитного газа, выходящего из сопла сварочного аппарата параллельно с проволокой.
Есть вариант уменьшить громоздкость полуавтоматического сварного устройства, исключив баллон с газом: зарядить в устройство подачи так называемую порошковую проволоку, которая имеет в составе примеси, выделяющие при плавлении тот самый защитный газ. Но опять-таки, как выбрать сварочный аппарат для дома, если стоимость такой проволоки очень велика, что оставляет только одно преимущество перед ручной сваркой электродами – скорость сварки. Еще заметим, что полуавтомат может работать и с электродами в режиме ручной сварки.
На рисунке выше представлено главное конструкционное отличие полуавтомата – устройство подачи проволоки. Во всех подробностях механизмы и устройство сопла с подачей газа рассматривать не будем в этой статье, так как тема обширная, но необходимо знать, из каких модулей состоит такой аппарат: источник питания (трансформатор с выпрямителем или инвертор), уст-во подачи проволоки, газовый баллон, горелка с газовым диффузором и контактным наконечником.
На этом данная статья окончена, рекомендуем также статью «Виды и способы соединений сварных деталей, разделка их швов и кромок » в добавок к статье про виды электродов. Это поможет Вам в большем обьеме узнать о сварке.