Какие бывают сварочные аппараты и виды сварочных работ

Какие бывают сварочные аппараты и виды сварочных работ

Все аппараты для сварки делятся на два класса: бытовой и профессиональный.
К бытовому классу относятся устройства имеющие силу тока до 200 Ампер и небольшую продолжительность беспрерывного включения. Обычно для них достаточно напряжения в розетке до 220 В с частотой до 50 Гц.
Такие аппараты удобно использовать для выполнения сварочных работ в домашних условиях, на даче и приусадебном участке (сварка решеток, ворот, петель, палисадников, каркасов для садовых построек, отопительных регистров и труб).

Профессиональные аппараты имеют мощность тока свыше 200 Ампер, как правило, требуют подключения к сети с промышленным напряжением (380 В) и частотой до 50 Гц. Они отличаются более существенным весом, зачастую снабжаются транспортировочными колесами. Применяются в цехах и небольших мастерских, при проведении монтажа металлоконструкций, при строительных, ремонтных и высотных работах и во многих других производственных областях.
И профессиональные, и бытовые модели могут быть

• однофазными
• трехфазными.

В сварочном процессе используется переменный или постоянный ток, в зависимости от требований к качеству шва и вида металла.
Наибольшее распространение благодаря доступной цене, простоте устройства и долговечности получили сварочные аппараты для сварки штучным покрытым электродом (ММА). В них различают трансформаторы, выпрямители и инверторы.

ТРАНСФОРМАТОРЫ (Простое устройство как залог надежности)

Трансформаторы представляют собой самые простые сварочные устройства. В них переменный ток большого напряжения электросети, преобразуется в переменный ток меньшего напряжения для проведения процесса сварки.
Сила тока регулируется положением катушек обмоток относительно сердечника и друг друга. В зависимости от способа настройки характеристик выделяют трансформаторы:

• с нормальным магнитным рассеиванием,
• увеличенным магнитным рассеиванием
• тиристорные - с фазовым регулированием.

Крутопадающие характеристики обуславливают особенности работы всех трансформаторов.
Использование переменного тока делает электрическую дугу непостоянной и трудно поддерживаемой. Непостоянство дуги, наличие ненужных шлаковых и газовых включений ведет к низкому качеству шва и разбрызгиванию металла.
Также эти устройства отличаются существенным весом, значительным энергопотреблением и высокой чувствительностью к перепадам напряжения в сети, в то же время делают возможной стыковую и нахлестную сварку. Для успешной работы таким аппаратом сварщик должен иметь высокую квалификацию.
Сварочные трансформаторы имеют самое широкое повсеместное применение. Использование переменного тока позволяет сваривать только черные металлы – различные марки стали, некоторые виды чугуна.

ВЫПРЯМИТЕЛИ (Стабильная дуга - качественный шов)

Негативное влияние переменного тока на качество сварочного процесса исчезает при применении сварочных выпрямителей.

В данных аппаратах помимо уменьшения напряжения сетевого тока происходит преобразование переменного тока в постоянный. Это обеспечивается наличием системы диодных полупроводников, способствующих преобразованию поступающего синусоидального переменного тока в линейный постоянный ток с пологопадающими внешними характеристиками.

Стабильность дуги позволяет выполнять качественный герметичный шов, глубокий провар, снизить уровень разбрызгивания, дуга получает лучшую защиту, сварное соединение имеет хорошую прочность и однородность, отпадает необходимость дополнительной зачистки от капель металла прилегающих ко шву поверхностей, возможно использование всех видов электродов.

Применение постоянного тока обратной полярности дает возможность работать с алюминиевыми деталями. На поверхности алюминия, находящегося даже в расплавленном состоянии, располагается оксидная пленка, препятствующая образованию свободных атомарных связей и сварке металла. Разрушение этой пленки возможно только при движении заряженных частиц изнутри расплавленного материала. Это освобождает связанные прежде атомарные связи для образования молекулярной решетки между соединяемыми алюминиевыми поверхностями.

Так же выпрямители применяются для работы со всеми видами чугуна, «нержавейкой» и высоколегированными марками стали, с медью, никелем титаном их сплавами.

ИНВЕРТОРЫ (Выгодное сочетание малого веса и высокой функциональности)

Сварочные инверторы являются одним из последних научных изобретений в области сварки. Малый вес, мобильность, мощность, многофункциональность и автоматизация рабочих настроек делают их оптимальным выбором, как для новичков, так и для профессиональных сварщиков.

Схема устройства всех инверторов проста. Переменный сетевой ток проходит сетевой выпрямитель, преобразуется в постоянный и сглаживается. Затем, с помощью преобразователя частоты (инверторного блока) переходит в переменный ток, но уже с высокой частотой. Далее он поступает в высокочастотный трансформатор, где понижается его напряжение, проходит силовой выпрямитель и на выходе из аппарата становится постоянным током большой мощности.

Работа преобразователя частоты контролируется микропроцессорным управлением и позволяет получать диапазон от крутопадающей до возрастающей вольтамперной характеристики. Ток на выходе имеет очень гладкую кривую с минимальными колебаниями, что обуславливает высокую стабильность электрической дуги. Малые размеры высокочастотного трансформатора обуславливают небольшой вес и компактность сварочных инверторов.

Инверторные аппараты, благодаря возможности тонкой регулировки характеристик электрической дуги, позволяют работать с тонким листовым металлом, делать аккуратный шов без разбрызгивания, так же они нечувствительны к перепадам сетевого напряжения, обладают высоким (более 90%) коэффициентом полезного действия и низким энергопотреблением. Наличие функций антиприлипания электрода (anti-sticking), горячего старта (hot start) и импульсной сварки (arc force) дает возможность качественно сваривать детали даже новичкам.
Применяются инверторные технологии для сварки черных и цветных металлов любой толщины, в различных пространственных положениях и любыми электродами.

ПОЛУАВТОМАТЫ (Путь автоматизации)

С целью уменьшения затрат времени на выполнение сварочных операций и улучшения качества сварного шва применяются полуавтоматические аппараты для сварки в среде активного или инертного газа (MIG-MAG). Полуавтоматическим этот процесс называется в связи с возможностью самостоятельной подачи электродной проволоки к электрической дуге.

Любой полуавтоматический аппарат состоит из источника тока, газового баллона и горелки с кабелями. По типу источника тока различают трансформаторы, выпрямители и инверторы.

В зависимости от вида свариваемого материала применяется активный (углекислый газ, кислород, азот) или инертный (аргон, гелий) защитный газ, но чаще встречаются их смеси. Газ подается из баллона по несущим патрубкам в горелку, а из нее в зону электрической дуги. Его использование защищает сварную ванну от воздействия газового состава воздуха, дополнительно стабилизирует дугу, добавляет определенные химические свойства металлу сварного шва.

При использовании газов в зону сварки через горелку автоматически подается непрерывная проволока, выполняющая роль электрода.
Подбирая определенные сочетания разных газовых смесей и различных видов проволоки можно достигать нужных металлургических свойств сварной ванны.
Существуют полуавтоматы с возможностью сварки не обычной стальной проволокой, а самозащитной порошковой. Она отличается наличием внешней металлической оболочки и сердечника из различного по химическому составу флюса. При ее сгорании образуется газовое облако, защищающее сварную ванну от воздействия воздуха, а различные химические компоненты порошка добавляют определенные свойства металлу сварного шва и стабилизируют горение электрической дуги.

Некоторые полуавтоматические модели являются универсальными, то есть могут сваривать с использованием как газов, так и самозащитной проволоки.
Подающие проволоку механизмы могут быть встроенными в сам аппарат, либо выносными, что расширяет рабочее пространство сварщика. По количеству роликов различают двухроликовые и четырехроликовые подающие системы. Сами ролики также имеют разный вид в зависимости от типа используемой проволоки (порошковая, стальная, алюминиевая, омедненная). Выбор типа и диаметра проволоки зависит от металла соединяемых поверхностей.

Регулировка и настройка внешних характеристик может проходить автоматически, с применением электронных систем, либо вручную самим оператором устройства.
Сварочные аппараты MIG-MAG отличаются большой производительностью, возможностью работать с любыми металлами, даже разнородными, с тонколистовым поверхностями и деталями толщиной более 20 мм. Их недостатком является использование только постоянного тока, высокие потери на угар металла и его разбрызгивание.

TIG – выбор профессионалов

Сварочные установки и инверторы TIG позволяют выполнять сварку с очень высоким качеством сварного шва, потому они применяются при необходимости создания ответственных швов, отличающихся большой надежностью и внешней эстетичностью.
В данных аппаратах используются неплавящиеся вольфрамовые или графитовые электроды, установленные в горелке, к которой по кабелям и патрубкам подается постоянный или переменный ток и защитный инертный газ. В качестве защитного инертного газа используются аргон, гелий, азот и их смеси. При сварке неплавящимся электродом не происходит капельного переноса электродного металла в сварную ванну. Потому используют присадочные прутки в виде металлических лент или проволоки. Применяя различные по химическим свойствам присадки, возможно изменять свойства металла сварного шва. Переменный ток используется для сварки алюминия, меди и их сплавов, а постоянный для работы с различными марками стали и чугуна.
Аргонодуговая сварка является процессом сложными, требующим от оператора немалых навыков и знаний, потому новичкам выбор TIG аппаратов не рекомендуется, хотя инверторы и обладают значительной компьютеризацией настроек сварки и различными облегчающими ее проведение функциями.

Сварочные аппараты TIG применяются для работы с легированной и нелегированной сталью, с листовой сталью и всеми видами чугуна, с цветными металлами и их сплавами. Небольшая производительность компенсируется малой потерей металла и высоким качеством шва.

ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА

Оборудование для резки металла с применением плазмы работает следующим образом. К плазменной горелке подается ток для образования электрической дуги. Также по патрубку с высокой скоростью подается газ или воздух. Взаимодействие электрической дуги и газового потока вызывает ионизацию последнего. Температура ионизированного потока газа (плазмы) составляет до 20000 К. Разрез металла происходит за счет его плавления струей плазмы и последующего вымывания ионизированным потоком (испарения).

В нашем магазине такая технология представлена в виде мощных, габаритных и тяжеловесных установок для плазменной резки и компактных, легких инверторных аппаратов.

Достоинства плазменной резки очевидны. Использование плазмы позволяет проводить резку любых металлов, экономит затраты времени, снимает необходимость дополнительной обработки деталей, делает возможным фигурный раскрой листового металла, резку деталей толщиной до 200 мм при отсутствии температурной деформации краев. Единственным недостатком можно считать наличие большого количества расходных материалов (сопла, диффузоры, электроды, защитные колпаки и направляющие) срок службы которых вдвое короче, чем у расходных материалов ручной дуговой сварки.

ТОЧЕЧНАЯ СВАРКА

Точечная сварка применяется при необходимости локального соединения металлических деталей. Аппараты точечной сварки (споттеры) находят широкое применение в автомобильной промышленности, в крупных автосервисах и в обычных гаражах. Для станций технического обслуживания, занимающихся кузовным ремонтом, наиболее подойдут более мощные универсальные модели аппаратов точечной сварки, а для личного использования в условиях гаража или небольшой автомастерской целесообразно приобретение клещей точечной сварки.

Принцип действия этих аппаратов основан на применении электрического тока для соединения металла под давлением. Заготовки зажимаются внахлест между двумя медными электродами аппарата. Электрическая дуга, проходя от одного электрода к другому сквозь свариваемый материал, вызывает локальное расплавление металла в обеих заготовках. Кратковременное действие дуги прекращается, а давление клещей усиливается. Расплавленный металл кристаллизуется и создает соединение деталей. Точечная сварка используется преимущественно для листового металла.

Для скрепления широкоформатных листов металла в центре используется односторонний пистолет. При этом образуется два расположенных рядом сварных соединения. Сварочный ток может достигать 9000 ампер, но имеет крайне короткий период воздействия. Для споттеров предусмотрено большое количество расходных материалов в виде шпилек, заклепок, наварных рихтовочных крючков и петель. Точечная сварка отличается высокой производительностью, эстетичностью и прочностью соединения.

МЕТАЛЛ И ВИД СВАРКИ

Для следующего шага выбора аппарата необходимо определиться с предполагаемым материалом и видом работы. Разные типы сварочных аппаратов пригодны для работы с разными металлами и выполнения различных производственных целей.
Для соединения черных металлов наиболее часто применяются трансформаторы переменного тока. Они просты в устройстве и неприхотливы в эксплуатации. С ними применяются штучные плавящиеся электроды с различными покрытиями. Такие устройства могут быть выбором как новичка, так и профессионала. Позволяют выполнять широкий спектр задач (сварка решеток, ворот, уголков, листового железа, оградок, калиток) используются при монтаже различных металлоконструкций.

Трансформаторы постоянного тока (выпрямители) более сложны в комплектации, но отличаются большим постоянством электрической дуги, хотя за счет выпрямления переменного тока в них наблюдается потеря мощности на выходе. Эти устройства позволяют проводить сварку как черных, так и цветных металлов, нержавеющей стали с применением специальных электродов. Такие трансформаторы наиболее популярны в профессиональной среде.
Применение инверторных источников питания позволило сделать аппараты дуговой сварки и плазменной резки легкими и малогабаритными. Несмотря на высокую цену, инверторы находят широкое применение в быту и в профессиональном производстве, благодаря высокому качеству шва и многофункциональности, позволяя работать с любыми металлами и сплавами в различных внешних условиях.

Выбор метода сварки в зависимости от материала

Ручная сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в среде инертного защитного газа (аргона, гелия, азота и др.) с использованием постоянного тока (DC) применяется для углеродистой, нержавеющей и других видов сталей. А с переменным током (АС) для работы со сплавами алюминия, магния, титана. Этот вид сварки (TIG) характеризуется высоким качеством шва, отсутствием брызг и шлака, потому широко используется в электротехнической промышленности, при создании ответственных швов, требующих внешней аккуратности и эстетичности.

Полуавтоматическая сварка сплошной проволокой в среде защитного инертного или активного газа чрезвычайно популярна. Выбор вида газа зависит от свариваемого металла: углекислота применяется при работе с обычным железом, смесь углекислого газа и аргона для различных сталей, аргон для алюминия и его сплавов. Выбор используемой проволоки также будет зависеть от материала и присутствия/отсутствия газа в технологическом процессе. Высокая производительность MIG-MAG сварки делает ее оптимальным выбором при планировании большого объема работ.
Для проведения кузовных ремонтов подойдет контактная точечная сварка, а для разрезания различных металлов и сплавов и получения сварных швов высокого качества применима технология плазменной резки.
Подробнее про типы сварки...

ПАРАМЕТРЫ ОБОРУДОВАНИЯ

Подбирая аппарат, обратите внимание на его вес и габариты. Если для Вас важны мобильность и легкость в транспортировке, то есть смысл выбирать малогабаритные легкие модели со специальными ручками для переноски, с сумками, снабженными плечевыми ремнями. Если же вам необходим аппарат для стационарного использования, то есть варианты приобретения мощных, тяжеловесных моделей, с возможностью длительного беспрерывного применения.

Сила тока- показатель, характеризующий мощность аппарата. Измеряется в амперах. Чем она больше, тем большим диаметром электродов можно будет варить. А чем больше диаметр используемого электрода, тем выше производительность. Это показывает прямую зависимость между величиной силы тока и работоспособностью аппарата.

Для бытовых нужд, когда предполагаются небольшие объемы периодических сварочных работ вполне достаточно аппарата с силой тока 130-200 Ампер, но приобретая модель для стационарного поста в цеху или мастерской, следите, чтоб этот показатель был не менее 200 Ампер.
Можно примерно рассчитать нужную силу тока, исходя из предполагаемого диаметра электрода, которым вы будете пользоваться. Учитывая тот факт, что на 1 мм сечения электрода необходима сила тока примерно в 40 Ампер, то для сварки 4 мм электродом необходим аппарат с мощностью 160 Ампер.
Не рекомендуется применять электроды максимально возможных диаметров, так как это уменьшает глубину провара шва и снижает его качество. Например, с аппаратом мощностью 160 Ампер, можно работать электродом диаметром до 4 мм, но при этом мощность дуги падает и возрастает вероятность непровара шва. В свою очередь, модель в 260 Ампер, может использовать электроды диаметром до 6,5 мм и потому с таким аппаратом с легкостью применяются 4-миллиметровые электроды без угрозы неполного формирования шва.
Кроме того, сварка разного металла электродом одного диаметра требует различной силы тока. Например, использование электрода диаметром 4 мм для сварки малоуглеродистой стали требует силы тока в 150 Ампер, а для соединения деталей из «нержавейки» - 170 Ампер.
Так же рекомендуется выбирать аппарат с запасом силы тока на 1/3 от предполагаемой величины использования для исключения его работы на максимальной мощности и продления срока амортизации.

Продолжительность включения (ПВ) -данный показатель характеризует отрезок времени непрерывной работы в 10-минутном периоде при определенной силе тока и температуре внешней среды. Например, показатель ПВ при t=20 С - 80 (45%). Это значит, что данный аппарат, при t=20 С и силе тока в 80 Ампер, способен непрерывно работать без перегрева в течении 4,5 минут и должен иметь перерыв в работе 6,5 минут. Рабочий период необязательно должен быть непрерывным, а может набираться по совокупности в течение 10-минутного интервала.

Практика показывает, что в сварочном процессе 80% рабочего времени занято подготовкой (передвижение детали, смена электродов, зачистка, откол шлака, перемещение самого сварщика относительно детали и т.д.) и только 20% приходится непосредственно на сварку.
Кроме основных характеристик существуют дополнительные показатели, которые помогут сделать выбор между моделями, на первый взгляд, схожими.

Дополнительные показатели

Напряжение питания - некоторые модели могут работать как от бытовой сети в 220 Вольт, так и от промышленной, с напряжением тока 380 Вольт. Соответственно, все сварочные аппараты разделяются по данной характеристике на однофазные (220В) и трехфазные (220/380В). Модели, работающие на 380 Вольтах, выдают сильный сварочный ток, но имеют более значительный вес. Возможность работать с бытовой и промышленной сетью делает такие сварочные аппараты универсальными.
Напряжение холостого хода - это величина, характеризующая минимальную силу тока на зажимах сварки без присутствия дуги. Чем выше этот показатель, тем легче проводить инициацию электрической дуги. Нормативными документами установлен верхний безопасный для здоровья порог в 100В при постоянном и 80В при переменном токе.
Номинальное рабочее напряжение - обычно в 2-2,5 раза меньше напряжения холостого хода. Это показатель минимального напряжения, присутствующего в дуге. Низкое его значение полезно при сварке тонких металлических деталей.
Вес и габариты – крайне не маловажные характеристики, если для работы нужна легкость и мобильность. Лидерами в этих показателях являются сварочные инверторы. В них компактность достигается за счет применения в их конструкции не силового, а высокочастотного генератора тока, который имеет небольшие размеры и малый вес.
Диаметр электрода – указывает диапазон диаметров поперечного сечения электродов, доступных к использованию с данной моделью. Возможный диаметр зависит от силы тока сварочного аппарата.
Коэффициент полезного действия (КПД) – характеризуется отношением полезной мощности сварочного аппарата к общей, им потребленной. Общая потребленная мощность источника является мощностью тока при номинальном напряжении и полезной мощности с учетом потерь на преодоление внутреннего сопротивления и трения в самом аппарате. Умножение номинального напряжения и тока дает величину полезной мощности. Наименьшими потерями мощности отличаются модели инверторов, имеющие КПД до 90% и более, в отличие от трансформаторов, где КПД может составлять всего около 30% .
AC/DC – эта аббревиатура характеризует возможность аппарата работать на постоянном и переменном токе. Существуют трансформаторы, работающие только на переменном токе и аппараты, использующие только постоянный ток, но наиболее часто представлено сочетание возможности применения и того, и другого.
Так же возможна смена полярностей. При положительном заряде клеммы на свариваемом металле будет полярность прямая, а при положительном заряде на электроде – обратная. Прямая полярность увеличивает температуру детали, обратная - электрода. Изменение полярности необходимо для сварки постоянным током различных видов металла в зависимости от его свойств.
IP (Ingress Protection Rating) – аббревиатурное название квалификационной системы, характеризующей степень защиты электроаппаратов от проникновения твердых предметов и влаги. Например, IP 31. Первая цифра означает наличие защиты от проникновения внутрь аппарата с помощью инструментов, вторая характеризует защиту этой модели только от вертикально падающих капель влаги.

Выбирая сварочный аппарат, внимательно ознакомьтесь с этой характеристикой, ведь от нее будет зависеть возможность работы в различных условиях и уровень вашей безопасности.