О сварке и сварочных аппаратах

О сварке и сварочных аппаратах

Сварка является самым распространенным методом соединения деталей в строительстве и промышленности.


Сварочные аппараты применяют при изготовлении и ремонте самых разнообразных изделий из различных металлов и сплавов. Потребителями сварочных аппаратов для различных методов сварки являются производители строительных конструкций, автосервисы, заводы железобетонных изделий, строительные организации, машиностроительные заводы.

Без сварочных аппаратов не обходится ни одна стройка, ни одно предприятие машино- и судостроения, ни один промышленный комплекс и ремонтно-эксплуатационный участок. Не случайно профессия сварщика относится к числу самых престижных рабочих специальностей, а темпы разработки и внедрения новых сварочных аппаратов не ниже, чем в автомобилестроении, компьютерной технике и других экономически привлекательных отраслях.

Выбор сварочного аппарата всегда начинается с определения круга задач, выполняемых данным сварочным аппаратом. Имеет значение то, какой материал будет свариваться, его толщина из расчета 30 - 50А на 1 мм материала и объем работ.


Сварка

Сварка – процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. Неразъемные соединения, выполненные с помощью сварки, называют сварными соединениями.

При сварке плавлением детали по соединяемым кромкам оплавляются под действием источника нагрева. Расправленный металл, сливаясь в общий объем, образует жидкую сварочную ванну. При охлаждении сварочной ванны жидкий металл затвердевает и образует сварочный шов. Шов может быть образован только за счет расплавления металла свариваемых кромок или за счет металла кромок и дополнительного введения в сварочную ванну расплавляемой присадки.


Основные типы сварки

Простейший способ сварки - ручная дуговая сварка покрытым электродом (ММА - Manual Metal Arc). При этом способе сварка выполняется в ручную штучными покрытыми электродами. Покрытый электрод представляет собой металлический стержень с нанесенным на его поверхность покрытием (обмазкой). Покрытие электродов готовят из порошкообразной смеси различных компонентов. Его назначение  - повысить устойчивость горения дуги, провести металлургическую обработку сварочной ванны, обеспечить защиту расплавленного металла от атмосферных газов (прежде всего кислорода) и улучшить качество сварки. Сварной шов образуется за счет расплавления металла свариваемых кромок и плавления стержня сварочного электрода. При этом сварщик вручную выполняет два основных технологических движения: подачу покрытого электрода в зону сварки по мере его расплавления и перемещения дуги вдоль свариваемых кромок. Ручная дуговая сварка  покрытыми электродами – один из наиболее распространенных способов, используемых при изготовлении сварных конструкций. Достоинства способа: простота, универсальность и доступность массовому потребителю; возможность выполнения соединений в различных пространственных положениях и труднодоступных местах. Недостатки способа: малая производительность процесса; зависимость качества сварки от квалификации сварщика
.


ММА сварка плавящимися электродами на переменном токе (AC) (такие аппараты называются «трансформаторами») и постоянном токах (такие аппараты называются выпрямителями), дающая возможность сваривать в непроизводственных условиях большин­ство сталей, включая нержавеющие (при постоянном токе). Огромную популярность приобретают Инверторные сварочные аппараты, которые также, как и выпрямители варят постоянным током, но преобразование мощности происходит за счет полупроводникового инвертора.

Трансформаторы– это электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Работа трансформатора основана на электромагнитном взаимодействии двух или нескольких  не связанных между собой обмоток провода. Все просто, дешево и казалось бы надежно, но есть один серьезный недостаток: значение КПД (коэффициента полезного действия) лежит в пределах 60%. Т.е. 40% электроэнергии теряется. Почему это важно? Да просто из розетки мы не можем черпать мощность бесконечно! Её просто может не хватить для сварочных работ. Что, кстати, часто происходит на дачных участках. Помните мигающую лампочку освещения? А здесь сварочные работы уже под вопросом.

Итак, покупая сварочный трансформатор, вы экономите в деньгах (это самый дешевый аппарат) но и самый прожорливый по мощности. Важно, чтобы этой мощности у вас хватило.

А что происходит, когда мощности не хватает? Обратимся к школьному курсу физики. Трансформатор преобразует мощность. Напряжение питания 220В, ток около 15-20А. Для поджига дуги, например, рутилового электрода нужно напряжение на выходе 48 Вольт. Преобразование напряжения происходит с коэффициентом 4,6. Т.е. трансформатор снижает напряжение в 4,6 раз. Если мощности не хватает, то напряжение в электросети «просаживается». Т.е. будет не 220, а 180, к примеру. Тогда во вторичной обмотке напряжение уже будет не 48, а 180/4,6=39 Вольт (коэффициент преобразования трансформатора всегда постоянен). А с таким напряжением зажечь дугу уже очень сложно, если вообще возможно.


Физика процессов на основе ММА сварки.


Почти все свариваемые материалы могут быть сварены электродами, например конструкционная сталь, котельная сталь, стальные трубы, чугун, нержавеющая сталь, высокопрочная сталь, и т.д. Сварка электродами проста и безопасна. Так как нет необходимости в газе, сварка может быть выполнена на открытом воздухе, даже на ветру.

Электрод представляет собой стальную проволоку в специальной обмазке. При горении дуги, обмазка сгорает и продукты горения образуют облако смога (газовую среду), которое препятствует контакту расплавленного металла и кислорода из воздуха.

Для возбуждения дуги необходимо коснуться сва­риваемого изделия торцом электрода и сейчас же от­вести электрод от изделия на 3–4 мм. Во время горения дуги под электродом образуется углуб­ление, в котором находится жидкая ванна металла — кратер.


При сварке на переменном токе безразлично, к ка­кому зажиму сварочного трансформатора присоедине­ны изделие и электрод. Сварку на постоянном токе выполняют при соединении «плюса» источника пита­ния с изделием (прямая полярность) или электродом (обратная полярность). Во время горения сварочной дуги при прямой полярности больше нагревается сва­риваемое изделие, при обратной полярности — элек­трод. При этом скорость плавления электродов из низ­коуглеродистой стали на 10–40% выше скорости их плавления при прямой полярности. Исходя из этого, выбирают прямую или обратную полярность в зави­симости от вида сварочных работ (прихватка или свар­ка), толщины свариваемых элементов (тонкие или тол­стые), электродов (углеродистая сталь, хромоникелевая) и др. При сварке тонких листовых деталей, а так­же некоторых специальных сталей, например корро­зионно-стойких и жаропрочных, применяют соедине­ние с обратной полярностью.

При сварке электрод перемещают в направлении его оси (для поддержания определенной длины дуги), вдоль и поперёк сварного шва. При слишком быстром дви­жении электрода шов получается узким, неровным и неплотным. Если движение электрода замедленно, воз­можны перегрев и пережог металла. Ширина широкого шва должна составлять 6–15 мм, а ниточного — на 2–3 мм больше диаметра электрода.


Род и полярность тока выбирают в зависимости
от марки и толщины свариваемого металла.


Для на­чального определения диаметра стержня электрода и сва­рочного тока при сварке тонкой стали можно воспользоваться таблицей ниже. Окончательно же диаметр электрода и сварочный ток подбираются в процессе работы.

Толщина свариваемых деталей, мм

Диаметр электрода,
мм

Ток,
А

0,5

1

30÷50

1,5

2

40÷70

2,0

2,5

70÷100

2,5

3

90÷140

3,5

4

140÷170

4,5

5

180÷230

5

6

210÷260

Из таблицы сразу видно, что для сварки тонких листов металла требуется тонкий (1мм) электрод. Но наша промышленность выпускает электроды в основном от 2,5 мм.  Связано это с тем, что электроды имеют длину 300мм, а прочность такого тонкого электрода не позволяет вести сварку обычным методом (электроды будут деформироваться, обмазка растрескиваться и осыпаться, не будет плотного облака смога, и кислород из воздуха будет проникать в область сварки, окисляя металл и делая сварной шов непрочным и неоднородным). Поэтому ММА аппарат (трансформатор) для сварки тонких листов металла не подходит. Но выход всегда есть, и мы узнаем о нем ниже.

Дуга на постоянном токе более устойчива. У таких аппаратов сварочный ток не пульсирует, дуга устойчива и сварочный шов получается более качественным. Еще один плюс в копилку сварочных инверторов, которые дают на выходе постоянный ток.

Режим работы источника питания характеризуется продолжительностью его нагрузки ПН (еще этот параметр называют циклом работы) или продолжительностью включения ПВ, что практически одно и то же. Этот параметр указывается для определенного значения сварочного тока или мощности. Вот где предмет спекуляции и некорректных сравнений! Суть этого понятия следующая: напряжение питания не может быть преобразовано в сварочное напряжение без потерь. Они связаны с внутренним сопротивлением проводника. При работе сварочного аппарата он достаточно сильно нагревается. Кому нет необходимости объяснять почему, могут пропустить следующий абзац.

По обмоткам течет ток, сопротивление обмоток всегда имеет какую-то величину (сверхпроводимость рассматривать не будем J). На этом сопротивлении идут потери мощности и выделяется тепло. Обмотки греются. Понятно, что аппарат может работать какое-то время, а потом сработает тепловая защита, которая не даст обмоткам расплавиться. При равном токе более толстая проволока в обмотке имеет меньшее сопротивление, чем более тонкая. Поверьте. Косвенно сравнительную оценку диаметра провода обмотки можно провести, сравнивая вес аппаратов (здесь имеются ввиду только трансформаторы, к инверторам такие прикидки не подходят), при равных технических характеристиках. В итоге, при равных технических характеристиках, и конструктивных особенностях, чем больше вес, тем больше мощность трансформатора.

Следовательно, с более тонкой проволокой аппарат будет сильнее нагреваться и тепловая защита сработает быстрее. И сварщик пойдет на перекур. Но более толстая проволока в обмотке - это значительно более высокая цена за сам сварочный трансформатор! Где найти золотую середину? Как сравнить два аппарата от конкурентов?

Ввели это самое значение- продолжительность нагрузки. Сколько времени аппарат проработает до срабатывания тепловой защиты и сколько ему нужно «отдохнуть», чтобы можно было опять приступить к работе? В Европейских стандартах EN 60974 и EN 50060 берется 10 минутный цикл и измеряется это время. Т.е. если ПН-60%, то 6 минут из 10 аппарат будет работать. 60% это очень хорошее значение, 35%-хорошее, 10%- посредственное (представляете 1 минуту работаем, 9 отдыхаем. Экономим на покупке аппарата, проигрываем в производительности при работе). Параметр позволяет как-то сравнивать аппараты от различных производителей: при постоянном параметре ПН, можно сравнивать аппараты по максимальному сварочному току.

Если на аппарате указано, что он выдает ток 160А, например, при ПН-100%, это значит, что аппарат при таком сварочном токе может работать непрерывно целую рабочую смену. Когда я говорю, что аппарат работает, то я имею ввиду, что аппарат постоянно варит. Но ведь нужно останавливаться, чтобы поменять электрод, наметить детали, отдохнуть в конце концов. Поэтому ПН-100% имеет смысл рассматривать только для индустриальных сварочных роботов, которых здесь мы касаться не будем.

Но и здесь есть тонкость. 10 минут это европейские стандарты EN 60974 и EN 50060. Но если не придерживаться методик этих стандартов и значительно чаще выключать аппарат (сократив время полного цикла до 5 минут, как это делается в Российском стандарте), то значение ПН сильно увеличивается. Это иногда и происходит. Поэтому если аппарат сертифицирован по российскому стандарту, то характеристики по сварочному току у него завышены по отношению к аппаратам, которые проходили сертификацию в Европе. Это нужно всегда иметь ввиду при подборе аналогов из линейки Profhelper отечественной продукции.

А что же такое инвертор? И чем он так хорош?

Итак, сварочный инвертор – это не способ сварки, а сварочный полупроводниковый аппарат. Инверторные технологии используются в ММА сварке, в полуавтоматах, аргонно-дуговой, в плазменной резке.

Как и в трансформаторе, в инверторе также преобразуется мощность. Вот только в отличие от трансформатора, в инверторе КПД 80-90%, а это означает, что мощности при преобразовании теряется намного меньше! Но и это еще не все.

В инверторе всеми процессами преобразования управляет процессор. И процессор может менять коэффициент преобразования напряжения. А это уже очень большой плюс. Помните дачу, где лампочка мигает? Так вот: при провалах напряжения процессор сварочного инвертора отслеживает эти провалы и корректирует коэффициент преобразования таким образом, что напряжение на выходе инвертора остается постоянным и работая, вы не чувствуете, как у вас напряжение в питающей сети пляшет.

Но и это еще не все! Помните, как нужно варить?
Держа электрод в нескольких миллиметрах от детали, и плавно перемещая его вдоль шва. Как красиво написано! Это в маске, через которую ничего не видно и когда еще летит сноп искр! Если вы не робот, то обязательно коснетесь электродом детали. Что тогда произойдет? Если вы варите трансформатором, то электрод прилипнет к детали, произойдет короткое замыкание во вторичной обмотке и если вы не оторвете электрод с силой, то сварочный трансформатор уйдет в перегрев, сработает тепловая защита, если она есть или начнет гореть обмотка трансформатора.

Если же вы работаете инвертором, то скорей всего и не почувствуете, что коснулись электродом детали. Процессор отследит касание падением напряжения в дуге и моментально увеличит кратковременно ток, сильный ток подплавит электрод и вы сможете спокойно отвести электрод от детали – он не «прилипнет». Если вы специально коснулись и держите электрод у детали, то процессор отключит питание на выходе трансформатора и он не перегреется.

Т.е. инвертор «прощает» нам с вами наш непрофессионализм в работе! Но и это еще не все!


Функция "HOT START”: автоматическое повышение сварочного тока при начале сварки для облегчённого зажигания дуги позволяет легко зажигать дугу, работая не только рутиловыми, но и основными, и целлюлозными электродами (прочность сварочного шва значительно выше). И самое главное – вес. Инверторы при равном сварочном токе с трансформаторами  весят в 4-5 раз меньше! И намного меньше по габаритам. Благодаря тому, что преобразование мощности у инверторов происходит на частоте 50-60 кГц (в 1000 раз выше, чем у трансформаторов), размер основной детали – преобразующего трансформатора- удалось снизить в несколько раз.

1 >>>> 2 >>>> 3

Получить прайс

^ Наверх