Как выбрать сварочный аппарат

Предлагаемая вашему вниманию статья не только окажет действенную помощь в нелегком выборе оптимальной модели сварочного аппарата, но и раскроет физическую суть процесса сварки, а также познакомит вас с наиболее популярными типами аппаратов. Кроме того, мы предложим несколько рекомендаций, объясняющих основные отличия видов источников питания, уровень их функциональности и степень эффективности, расскажем, как выбрать сварочный аппарат для своих нужд. Однако сначала небольшой экскурс в историю.  

1. Изобретение сварки.

Первый патент на данное изобретение гласил: «Предметом изобретения служит способ, основанный на процессе образования вольтовой дуги и позволяющий соединять и разъединять металлы посредством воздействия электрического тока. Этот метод позволяет выполнить довольно широкий спектр работ, включающий соединение (разъединение) и разрезывание металлов, устройство отверстий (сверление) и полостей, а также позволяет производить наплавление слоями».

Произошло это событие в 1886 году, а автором изобретения стал малоизвестный в широких кругах российской науки инженер Николай Бенардос.

2. Теория процессов, обеспечивающих работу сварки.

Высокая популярность технологии дуговой сварки обусловлена возможностью производства неразъемных соединений металлов, при которых соединительный шов обладает прочностью, сопоставимой с прочностью соединяемых материалов.  Данный фактор предопределен непрерывностью образования новых структур и появлением молекулярных связей между свариваемыми деталями.   

Процесс сварки основан на воздействии высоких температур, вызывающих межатомные соединения металлов.

2.1 Электрическая дуга

Образование соответствующего температурного режима (до нескольких тысяч градусов) обусловлено возникновением электрической дуги (коротким замыканием между размещенными на определенном расстоянии электродами). Оператор постепенно повышает значение напряжения на электродах до момента возникновения «пробоя» (эмиссии электронов от катода к аноду) изолятора (воздуха). В дальнейшем физическая картина происходящего такова:

• образование разряда (искрение);
• импульсное замыкание электрической цепи;
• ионизация воздушного зазора;
• образование плазмы;
• снижение сопротивления воздушной прослойки;
• рост силы тока;
• повышение температуры дуги и ее проводимости;
• замыкание электрической цепи.

2.2 Описание процесса сваривания металлов

Воздействие электрической дуги на свариваемые металлы может быть двух типов:

- косвенным, то есть организованным без участия основного металла;

- прямым, в котором свариваемая деталь включена в состав электрической цепи.

Прямой тип розжига электрической дуги используется значительно чаще, нежели косвенный.

Итак, разгоревшаяся под воздействием электрического тока (как переменного, так и постоянного) дуга по краям свариваемых деталей образует «сварочную ванну» (расплавление металла до жидкого агрегатного состояния). Происходит соединение жидкого металла свариваемых деталей и электрода со «шлаковой ванной». При удалении дуги от зоны сваривания происходит отвердевание металл и формирование сварного шва, покрытого шлаковой коркой.

2.3 Проблемные вопросы и пути их решения

Технология выполнения сварочных работ допускает использование не только плавящегося стержня-электрода (присадочной проволоки), но и электродов, выполненных из неплавких (тугоплавких) материалов: графит, уголь, вольфрам и т.д.

Осуществляя выбор типа электрода, рекомендуем учитывать следующие факторы, оказывающие существенное влияние на химический состав шва, а, следовательно, и на его качество:

• диаметр  и материал сердцевины электрода;
• форма кромок и пространственное положение сваривания;
• специфика шихты и некоторые другие.

Грамотный выбор типа электрода (равно, как и метода сварки) исключительно важен, поскольку определяет надежность сварного шва и его соответствие механическим характеристикам основного металла.  

Для обеспечения эффективности сварочного процесса необходимо обеспечить действенную защиту металла сварочной ванны от окисления, то есть воздействия окружающего воздуха. В настоящее время применяют две технологии, создающие  особую зону рабочей среды.

• «MIG-MAG», обеспечивающая защиту посредством подачи газа (гелий, аргон, CO²) из дополнительного баллона;

• Вещества, используемые для покрытия современных электродов, сгорая, обеспечивают связывание молекул кислорода, выводя его из шва, ионизируют дугу, упрощая розжиг и стабилизируя ее, обуславливают рафинирование и легирование металла шва, повышая его качества.

  технология, предполагающая образование шлакового (шлакогазового) купола в процессе сгорания шихты (обмазки) электрода.

Сварка – довольно нестабильный процесс, поскольку температурный режим всецело зависит от постоянства характеристик питающего электрического тока. Однако нестабильность дуги, особенно в фазах розжига и затухания, чревата возникновением дефектов сварного шва, то есть снижения уровня качества конечного результата. Массивность свариваемых деталей предполагает достаточно большую глубину плавления металла, что достигается применением электродов повышенной мощности и, естественно, большого диаметра.  

Высокой степенью актуальности обладает и проблема определения силы тока, определяемая зачастую исключительно опытным путем.

Практика доказала, что источник постоянного тока формирует более стабильную дугу, нежели источник переменного тока.

Сварка, обеспечиваемая источником переменного тока, требует наличия определенной сноровки и минимального опыта выполнения процесса, поскольку он (процесс) характеризуется разбрызгиванием металла (смена полярности) и необходимостью поддержания оптимального состояния дуги.

Специалисты рекомендуют сваривать детали из алюминия ил его сплавов исключительно переменным током, ибо это обусловлено его уникальными физическими свойствами.

3. Какой сварочный аппарат выбрать - классификация

Процесс дуговой сварки независимо от типа источника питания предусматривает выполнение нескольких обязательных операций:

• прием электроэнергии из сети;
• изменение электрических характеристик (понижение напряжение, увеличение силы тока до значений рабочего диапазона (100-200 Ампер), перестройка частоты).

В качестве исключения из данного правила можно рассматривать обеспечение электрической дуги аппаратами, получающими ток из генераторов, оснащенных ДВС, или аккумуляторных батарей.

Далее мы предлагаем развернутое описание технических особенностей, достоинств и недостатков основных видов современных аппаратов дуговой сварки, что поможет понять, какой сварочный аппарат выбрать.  

3.1 Инверторы

Данный класс аппаратов является не только наиболее современным, но и исключительно перспективным, поскольку серийное производство данных устройств, позиционируемых, как выпрямители, оснащенные транзисторными инверторами, началось лишь 25-30 лет назад. Характерной особенностью таких аппаратов служит постоянный процесс изменения параметров электричества:

- выпрямление;

- прохождение по полупроводнику;

- сглаживание при помощи специального фильтра;

- преобразование постоянного тока в переменный с одновременным повышением его частоты;

- снижение напряжение посредством миниатюрного трансформатора;

- увеличение силы тока;

- высокочастотная фильтрация и выпрямление.

Образование электрической дуги в инверторных аппаратах происходит  в результате подачи постоянного тока.

Именно возможность увеличения частотных характеристик электрического тока, позволяющая минимизировать габаритные размеры и собственный вес устройства (ярким примером служит «IMS 201TIG» AC/DC), служит наиболее характерным позитивным параметром инверторных аппаратов, но отнюдь не единственным:

• Минимальные значения потерь энергии, позволяющие использовать в качестве источника питания обыкновенную розетку, применяемую в быту;
• Высокая экономичность процесса, обуславливающая КПД на уровне 85-95 процентов;
• Продолжительность непрерывных рабочих циклов;
• Широкий диапазон регулирования силы тока (5,0-165,0 Ампер), позволяющий использовать электрода различных диаметров;
• Возможность плавного регулирования напряжений и токов;
• Действенные системы контроля режима работы (микропроцессоры, управляющие схемы), обеспечивающие облегченный розжиг и действенную стабилизацию дуги («ERGUS C 201» CDi0999);
• Повышенная степень электробезопасности;
• Действенная система, защищающая устройство от  скачков напряжения;
• Высокое качество шва, не зависящее от его пространственного положения;
• Способность к соединению «сложносвариваемых» материалов;
• Минимальное разбрызгивание расплава.     

Справедливости ради следует отметить и некоторые, хоть и немногочисленные, недостатки устройств инверторного типа:

• Неэффективная пылевая защита корпуса неспособная предотвратить попадание пыли и мелкой металлической стружки на токоведущие элементы конструкции;
• Высокая чувствительность электроники к уровню влажности и низким температурам, провоцирующим выпадение конденсата и проблематичность эксплуатации и хранения  в зимний период;
• Возможность возникновения помех в основной сети;
• Оснащение инверторов автоматизированными системами и электронными устройствами в совокупности с небольшим собственным весом, компактными габаритами и отличным функционалом позволяет успешно использовать  данные аппараты, как профессионалу, так и  неискушенному оператору.

Стоимость инверторов, превышающая в несколько раз цену устройств других типов, а также немалая стоимость ремонтно-восстановительных работ.   

3.2 Сварочные трансформаторы

До настоящего времени сварочные аппараты данного типа являются наиболее востребованными, а, следовательно, самыми распространенными. Они недороги, неприхотливы и надежны в эксплуатации, просты в конструктивном исполнении и имеют вполне доступную стоимость.

3.2.1 Принцип действия

Значения величины напряжения (прямо пропорционально) и силы тока (обратно пропорционально)  зависят от количества витков катушек вторичной обмотки.

Электрическая энергия в данном устройстве преобразовывается посредством силового трансформатора, работающего на частоте 50 Герц. Составной сердечник осуществляет подготовку тока при помощи механической регулировки магнитного потока. Запитанная первичная обмотка намагничивает сердечник, а вторичная – индуцирует переменный ток, характеризующийся пониженным до 50-90 Вольт напряжением и повышенной до 100-200 Ампер силой. Именно этот ток организует электрическую дугу. 

Конструктивное устройство сварочных трансформаторов позволяет осуществлять регулировку силы тока. Выполняется она механическим способом, заключающемся в изменении расстояний между витками вторичной обмотки сердечника. Расстояние обратно пропорционально значениям силовых характеристик.  

3.2.2 Достоинства сварочных трансформаторов

• Отсутствие «капризных» конструктивных элементов, обеспечивающее высокую надежность устройства;
• Простота конструкции, обуславливающая высокую степень ремонтопригодности;
• Доступность ценовой категории.
• Низкая стабильность дуги, создающая трудности в работе малоопытным операторам;
• Невысокий КПД (не более 80%);
• Солидный собственный вес и громоздкость;
• Низкая энергоэффективность.

3.2.3 Недостатки трансформаторных агрегатов

Однако, несмотря на наличие, довольно существенных изъянов сварочные аппараты трансформаторного типа успешно применяются не только для решения бытовых проблем, характеризующихся низким уровнем требовательности к качеству шва, но и на производстве.

3.3 Сварочные выпрямители

Принцип действия сварочных агрегатов данного типа во многом аналогичен принципу действия трансформаторных устройств, однако существует и принципиальное  отличие, заключающееся в прохождении преобразованного тока через блок выпрямителей (селеновых или кремниевых), являющихся по существу полупроводниковыми вентилями, пропускающими ток лишь в одну сторону («Telwin Etronithy» 400CE).

Подаваемый таким образом на электроды постоянный ток  обеспечивает высокую стабильность сварочной электрической дуги.

Конструктивное исполнение сварочных выпрямителей является более сложным, поскольку требует организации принудительного охлаждения посредством вентиляторов. Кроме того, выпрямители нередко оснащаются следующими элементами:

• дополнительными дросселями, формирующими необходимые характеристики тока (сглаживание, фильтрацию и т.д.);
• аппаратура различного функционального назначения (защитная, пускорегулирующая, измерительная);

• Наибольшей популярностью у специалистов пользуются трехфазные выпрямители, обладающие исключительно рациональным набором функциональных характеристик, например «ДУГА 318 М1».

  устройства, обеспечивающие токовую и температурную стабильность (плавкие предохранители, автоматы, ветровые реле, термостаты и т.п.).

3.3.1 Преимущества сварочных выпрямителей:

• Легкая стабилизация сварочной дуги;
• Высокий уровень качество сварочного шва;
• Большая глубина плавления металла;
• Слабое разбрызгивание материала, используемого в качестве присадочного;
• Возможность надежного сваривания цветных металлов, чугуна и теплоустойчивой стали;
• Уменьшенные (в сравнении с трансформаторными аппаратами) габаритные размеры и масса.

3.3.2 Недостатки

Несмотря на определенную степень условности недостатков сварочных выпрямителей, они существуют:

• Отсутствие возможности запитки от бытовой электрической сети;
• Стоимость агрегата, сопоставимая со стоимостью инвертора, несмотря на более низкий КПД;
• Осуществление постоянного контроля работоспособности системы охлаждения;
• Достаточно сложное конструктивное исполнение.

3.4 Сварочные полуавтоматы

Принцип действия данного типа аппаратов основан на подаче посредством специального механизма сварочной проволоки (D0,6-1,6 миллиметра) в рабочую зону и дальнейшем ее (проволоки) расплавлении в среде активного газа и попадании в сварочную ванну («MIG/MAG» технология). Вытеснение газом (гелием, аргоном, углекислым газом) воздуха в непосредственной близости от сварочной ванны предохраняет шов от негативного воздействия кислорода.

Применение флюсовой проволоки делает подачу газа в рабочую зону необязательной.

3.4.1 Достоинства сварочных полуавтоматов:

• Высокий уровень производительности;
• Возможность использования разнообразных настроек и регулировок;
• Простота сваривания тонколистовых деталей;
• Возможность сваривания материалов, обладающих богатым спектром физических свойств (алюминий и его сплавы, нержавеющая и легированная сталь);
• Получение качественного шва, независимо от его длины.

3.4.2 Недостатки сварки полуавтоматом:

• Высокая стоимость не только оборудования, но и расходных материалов: газ, проволока и т.п.;
• Сложности организации рабочего процесса на открытом воздухе;
• Стационарность, обусловленная необходимостью подключения газовых баллонов (специальной сети).

4. Характеристики, влияющие на выбор модели

а) Питающее напряжение сети

Данный параметр всецело зависит от предполагаемого применения сварочного аппарата. «Домашнему» агрегату вполне достаточно однофазного напряжения 220 Вольт, в крайнем случае, имеющим далеко идущие планы, рекомендуем приобрести универсальное устройство, использующее, как 220, так и 380 Вольт.

б) Напряжение режима «холостого хода»

Характеристика, определяющая способность агрегата осуществлять первоначальный и повторный розжиг и горение дуги.

в) Максимальная мощность (потребляемая)

Производители указывают данную характеристику двояко:

- КВт или активная мощность;

- кВА или полная мощность.

Знание максимальной мощности помогает осуществлять контроль корректности подключения. 

г) Продолжительность рабочего цикла

Этот параметр характеризует процентное разделение времени непрерывной работы аппарата и «отдыха».

д) Температурные ограничения

Требования ГОСТа ограничивают температурный диапазон следующими рамками: +40⁰….-40⁰С. И если положительный предел хлопот не доставляет, то минусовой явно преувеличен, особенно у инверторов.

Специалисты рекомендуют учитывать рекомендации завода-изготовителя.

е) Возможность работы от генератора. Характеристика, необходимая для желающих организовать рабочий процесс в условиях отсутствия промышленного электричества.

ж) Дополнительные функции

Современные производители радуют потенциальных покупателей присутствием дополнительных функций, призванных упростить их общение со сварочной дугой. Вот некоторые из них:

• Форсирование дуги;
• Горячий старт;
• Индикация параметров;
• Системы электробезопасности;
• Антиприлипание при выключении и некоторые другие.

Важными критериями в вопросе как и какой сварочный аппарат выбрать, являются не только его технические и эксплуатационные характеристики, но и степень открытости производителя, максимальная комплектация, адекватный русскоязычный паспорт и сертификационные документы. Надеюсь, мы ответили на вопрос "как выбрать сварочный аппарат", удачной вам работы!

Как выбрать сварочный аппарат - ВИДЕО