Виды современных сварочных аппаратов

Один из видов неразъемных соединений металла — сварочный шов. Образуется при локальном нагреве места стыка. Надежность обеспечивается созданием межатомных связей. Для производства такого соединения используется специальное оборудование — сварочный аппарат.

Виды соединений

Оборудование для сварки используется с целью термической обработки краев металлических изделий посредством создания электрической дуги. Общеупотребительное название — сварочная дуга.

Источником питания дуги служит электрический ток:

  1. Переменный. Изменение направления вектора тока приводит к поочередной смене полярности у анода и катода (детали и электрода). Электродуга исчезает при прохождении тока через нулевое значение напряжения.
  1. Постоянный. Вектор тока направлен в одну сторону. Значение напряжения в исходный момент постоянно (меняется при приложении нагрузки).
  1. Пульсирующий. Или однонаправленный ток с меняющейся величиной напряжения, отличным от нуля.

Последние два вида имеют полярность:

  • Прямая. Свариваемый объект подсоединен к «плюсу» — аноду. Электрод — к «минусу», катоду.
  • Обратная. «Плюс» — это электрод, «минус» — деталь.

Значение полярности важно для перенаправления теплового потока. Прямое подключение усиливает тепловой баланс на обрабатываемом изделии, то есть сильнее плавится металл детали. Обратный — на электроде.

Регулировка параметров (частота и длительность импульса) пульсирующего тока позволяет переносить расплавленный металл электрода буквально по каплям.

Электродуговая сварка (один из видов сварки) подразделяется:

  • ручная электродуговая;
  • полуавтоматическая в среде защитных газов;
  • под флюсом;
  • неплавящимся электродом.

Соответственно, для выполнения того или иного типа соединения применяется свой комплект сварочного оборудования.

Кроме электрических аппаратов широко распространена газовая сварка — тепловой нагрев осуществляется газовым факелом. В производстве и домашних работах представлены такие виды сварочных аппаратов и приспособлений.

Сварочный трансформатор

Самый первый в истории сварочный аппарат, использующий для зажигания и поддержания дуги электричество — сварочный трансформатор. Преобразует стационарное напряжение (220 или 380V) в пониженное (60-80V). При этом значения тока могут достигать нескольких тысяч ампер.

Регулировка тока осуществляется:

  • индуктивным сопротивлением;
  • величиной холостой хода (показатель — вторичное напряжение).
Схема сварочного трансформатора
Рис.1 Схема сварочного трансформатора

Агрегат для сварочных работ состоит из корпуса, объединяющего:

  • трансформатор, состоящий из первичной и вторичной обмотки;
  • металлический сердечник;
  • устройство перемещения вторичной обмотки (регулировка силы тока);
  • блок управления.

Трансформаторы подразделяются:

  • одно- или двухфазные;
  • по количеству рабочих мест — постов;
  • способ регулировки: посредством переключения обмоток, дросселем насыщения, магнитным рассеиванием.

Основные характеристики:

  • показатель коэффициента мощности {cosφ}, среднее значение 0.4-0.5;
  • напряжение электросети (220 или 380V);
  • вторичное напряжение (60-80V);
  • мощность оборудования — влияет на толщину обрабатываемых деталей и диаметр электродов;
  • диапазон регулировки тока.

Принцип действия приспособления для сварки — понижение напряжения до необходимого уровня и поддержание силы тока в процессе обработки детали. Осуществляется при прохождении сетевого тока по первичной обмотке, создании магнитного потока и возникновении пониженного напряжения во вторичной обмотке.

Преимущества

  • простота конструкции;
  • невысокая и доступная цена;
  • несложное обслуживание;
  • длительный ресурс эксплуатации.

Недостатки

  • нестабильная электродуга;
  • сложность зажигания дуги;
  • зависимость от скачков и величины сетевого напряжения;
  • необходим определенный практический навык со стороны рабочего.

Сварочный аппарат, выполненный на основе трансформатора, применяется для ручной дуговой сварки под флюсом. Можно использовать для резки металла.

Сварочный выпрямитель

Отличие от трансформатора — на выходе постоянный ток. Если точнее — пульсирующий. Выполняется по одно- или трехфазной схеме. Последняя предпочтительнее, так как снижается пульсация тока.

Принципиальная схема трехфазного выпрямителя
Рис.2 Принципиальная схема трехфазного выпрямителя.

Конструктивно состоит из нескольких основных узлов (на схеме поз. «а»):

  • силовой трансформатор (поз.1);
  • блок выпрямителей (поз.2);
  • электрод и деталь.

На поз. «б» приведен вид пульсирующего тока.

Силовой трансформатор понижает ток до уровня, обеспечивающего режим сварки. Необходимая величина выставляется посредством регуляторов, входящих в конструкцию. Преобразование переменной составляющей в постоянную производится кремниевыми или селеновыми полупроводниковыми вентилями.

Обобщенно, в состав оборудования входит:

  • несущий корпус с колесиками для удобной транспортировки;
  • силовой трансформатор;
  • блок полупроводниковых выпрямителей;
  • блок регулирующей аппаратуры;
  • вентилятор охлаждения;
  • передняя панель с приборами и ручками переключения, разъемами подключения кабелей.

Основной технический параметр выпрямителя — ВАХ (вольтамперный показатель). Характеризует устойчивость электродуги. ВАХ бывает падающей или жесткой.

Выпрямитель на падающей характеристике основан на кремниевом вентиле. Режим выставляется посредством смены обмоток или плавным смещением магнитного шунта.

Плюсы

  • увеличенный КПД, меньшие потери электроэнергии;
  • улучшенные показатели динамических свойств;
  • повышенная надежность, увеличенный ресурс;
  • простота конструкции и обслуживание;
  • малошумность в процессе сварки.

Минусы

  • достаточно высокая цена по сравнению с трансформатором;
  • высокая чувствительность к скачкам напряжения в электросети.

Выпрямитель производится для одного рабочего места или многопостовым. Целесообразно использовать для ручных операций в промышленных условиях. Впрочем, оборудование, собранное своими руками, сможет найти применение в бытовых целях.

Инвертор

Современное сварочное оборудование — это инвертор. Является источником зажигания и питания сварочной электродуги. Самый популярный сварочный аппарат в XXI веке.

Принципиальная схема сварочного инвертора
Рис.3 Принципиальная схема сварочного инвертора

Сварочное оборудование представляет собой:

  • первичный блок выпрямителя;
  • силовой трансформатор, понижающий показатель стационарного напряжения до уровня холостого хода;
  • блок полупроводниковых деталей: силовые транзисторы (инвертор), стабилизирующий дроссель, сглаживающий пульсации тока;
  • высокочастотный трансформатор;
  • вторичный выпрямитель для перевода переменной компоненты в постоянную;
  • блоки стабилизации, регулировки и управления.

Перевод стационарного тока в сварочный осуществляется:

  1. Сетевое напряжение (220 V, 50 Hz) преобразуется в постоянный ток на первичном выпрямителе.
  2. Инверторный блок (транзисторная группа) трансформирует ток в переменный с высокой частотой (десятки килогерц).
  3. Напряжение посредством высокочастотного трансформатора понижается с одновременным возрастанием силы тока.
  4. Вторичный выпрямитель преобразует переменную составляющую в постоянную. Далее ток направляется на электрод.
Пример внутренней компоновки инвертора
Рис.4 Пример внутренней компоновки инвертора, расположение на фасадной панели ручек управления и клемм

Преимущества инвертора

  • Обеспечение высоких показателей стабильности электродуги.
  • Независимость от колебаний напряжения в электросети.
  • Возможность изменять рабочие показатели тока в широком диапазоне.
  • Работа на переменном и постоянном токе любыми видами электродов с флюсовой обмазкой.
  • Малое образование брызг расплавленного металла.
  • Соединение широкого перечня металлов, в том числе со слабой свариваемостью: конструкционная сталь, чугун, цветные металлы и сплавы (медь, алюминий).
  • Обеспечение работы в режимах MMA (ручная дуговая), TIG (неплавящимся электродом в среде газов), MIG/MAG (плавящимся электродом в среде защитных газов).

К дополнительным плюсам относятся:

  • Функция «HotStart» (горячий старт). Упрощает зажигание дуги. Отсутствует привычное залипание электрода, как у сварочного трансформатора.
  • Функция «ArcForce» (буквально, форсаж дуги). Основное назначение — поддержание стабильности дуги при нештатных режимах.

Основные характеристики:

  • Сварочный ток. Определяет толщину обрабатываемого материала.
  • Диаметр электрода. Показывает на диапазон применяемых электродов.
  • Стационарное напряжение. Сварочный аппарат спроектирован для эксплуатации в одно- или трехфазной сети.
  • Мощность. Влияет на толщину обрабатываемого металла, продлевает ресурс оборудования при штатных режимах без перегрузок.

Инвертор применяется для всех видов ручной сварки. Схема применена в полуавтоматических приборах, оборудовании, работающем в среде защитных газов. Агрегат — находка для начинающих сварщиков. На нем удобно постигать азы сварочной науки.

Полуавтомат

Полуавтоматическая сварка — это применение в качестве электрода и присадочного металла проволоки. Последняя автоматически подается в зону электродуги.

Полуавтоматы выполняются по принципу:

  • трансформатора;
  • выпрямителя:
  • инвертора.

Основное отличие — блок подачи проволоки в зону горения и оборудование с газовой средой.

Общий перечень узлов, применяемых для полуавтоматической сварки
Рис.5 Общий перечень узлов, применяемых для полуавтоматической сварки

Для полуавтомата используется стальная омедненная калиброванная проволока. Покрытие обеспечивает хороший электрический контакт и скольжение сквозь мундштук держателя.

Ток подается на токопроводящий мундштук. Электродуга плавит проволоку. Обеспечение необходимой и постоянной длины проволоки производится механизмом подачи. Газ подается через сварочную горелку. Назначение газовой компоненты — образование защитного облака, отсекающего влияние кислорода воздуха.

Полуавтомат может производить работы без среды защитных газов. Для этого применяется специальная проволока с флюсом в виде порошка. Конструкция представляет собой оболочку из собственно сварочной проволоки, внутри которой находится защитный порошок.

Преимущества

  • высокие показатели качества сварного шва;
  • обработка материалов, трудно поддающихся сварке;
  • возможность работы с тонким листовым металлом (например, автомобильный лист);
  • почти полное отсутствие угара, малое разбрызгивание;
  • допускается проводить работы без предварительной разделки кромок обрабатываемых полуфабрикатов;
  • экономичность — меньший расход металла (проволоки), использование газа вместо дорогостоящего флюса (электрода);
  • повышение производительности труда;
  • упрощение процедуры сварочных операций — отсутствует эффект примерзания проволоки к детали по окончании процесса.

Недостатки

  • наличие дополнительного оборудования — механизма подачи проволоки, газового оборудования;
  • осложнения при транспортировке из-за громоздкости всего комплекта;
  • необходимость защиты газового факела от ветра при работе на открытой местности;
  • увеличение стоимости оборудования.

В целом, сварка и сварочное оборудование при полуавтоматическом процессе почти незаменимы при работах с тонкостенными изделиями (автомобильная промышленность). Или при обработке химически активных (алюминий, титан) или трудносвариваемых (чугун, высоколегированные стали и т.п.) материалов.

Точечная сварка

Точечная или контактная сварка — технологический процесс соединения металлических изделий на малой локальной площади (точке).

Схема точечной (поз. «а») и роликовой (поз. «б») сварки
Рис. 6 Схема точечной (поз. «а») и роликовой (поз. «б») сварки

Прочность сварного стыка определяется:

  • формами и размерами электродов;
  • величиной тока;
  • времени процесса;
  • силы сжатия электродов;
  • состоянием соединяемых поверхностей.

Принцип действия, конструкция

В основе процесса лежит принцип теплового воздействия на стыкуемые изделия. Электроды прижимаются к поверхности обрабатываемых деталей. При подаче тока, последний проходит от электрода к электроду сквозь полуфабрикат.

Металл электродов обладает высокой электропроводностью. В точке сварки образуется зона с повышенным электрическим сопротивлением — выделяется тепло и происходит расплавление соединяемого металла. Образуется ядро шва размером 4-10 мм.

Существует два режима точечного стыка:

  • Мягкий. Отличается увеличенным временем сварки, постепенным нагревом (до 3 секунд)
  • Жесткий. Характеризуется повышенными токами, меньшим временем обработки, значительными усилиями сжатия электродов.

Первый способ отличается:

  • меньшей нагрузкой на сеть;
  • применением оборудования меньшей мощности, соответственно, более дешевого;
  • снижение общей площади закалки металла, возникающей при нагреве;
  • применяется для обработки стали, склонной к закалочным процессам.

Второй:

  • повышенным расходом электроэнергии, нагрузкой на сеть;
  • потреблением мощности;
  • усиленное оборудование;
  • используется для работ с алюминием, медью, высоколегированных сталей, изделий разной толщины.
Процесс точечной сварки
Рис.7 Процесс точечной сварки
Клещи для точечной сварки
Рис.8 Клещи для точечной сварки

Параметры процесса задаются изначально:

  • диапазон усилий сжатия и время приложения давления;
  • время обработки током;
  • сила тока.

Точечная контактная сварка нашла применение для стыковки изделий в электронике (толщина детали не менее 0.02мм), автомобильной промышленности, судо- и авиастроении и т.п.

Бытовой сварочный аппарат — это конструкция в виде клещей.

Сварочный агрегат (генератор)

Для работ «в поле» при отсутствии стационарной электрической сети используются изделия, сочетающие несколько функций:

  • сварочный аппарат;
  • генератор электричества.

Сварочный агрегат состоит:

  • двигатель внутреннего сгорания (дизельный или бензиновый);
  • топливный бак;
  • генератор;
  • сварочный инвертор (трансформатор, выпрямитель);
  • блоки коммутации, управления.
Общий вид на генератор
Рис.9 Общий вид на генератор

Двигатель создает крутящий момент, приводящий в действие генератор. Последний вырабатывает электрический ток;

  • преобразуемый в 220V для подключения других потребителей электрической энергии (через розетку на корпусе);
  • подающийся на сварочное оборудование для выработки необходимых параметров для сварочных работ.

Плюсы

  • полная независимость от внешнего источника питания — электрической сети;
  • функция «2 в 1»: выработка электроэнергии для сварочного аппарата и других потребителей;
  • экономия финансов — один агрегат стоит дешевле, нежели два по отдельности;
  • устройство занимает меньше места, чем два отдельных.

Основное преимущество — это использование в местах с полным отсутствием электричества. Этот факт очень важен для выбора оборудования при проведении ремонтных или строительных работ в полевых условиях.

Газосварочный комплект

Газовая сварка — создание тепла для расплавления металла посредством сгорания горючего газа в среде кислорода. При высокой температуре (700-3000°C) происходит расплавление присадочной проволоки, оплавление краев обрабатываемых деталей. Создается ванна расплавленного металла, при остывании образующая сварочный шов.

Схема газовой сварки
Рис.10 Схема газовой сварки

Область применения:

  • соединение стали с толщиной до 5мм;
  • сплавление цветных металлов и сплавов;
  • стыковка элементов из инструментальной стали, требующая плавного нагрева и медленного охлаждения;
  • сварка чугуна — особенность химической структуры и свойства самого материала.

Достоинства

  • простота технологического процесса;
  • доступность энергетического носителя (газа) и окислителя (воздух, кислород);
  • отсутствует необходимость в стороннем источнике энергии — процесс сжигания является тепловыделяющей операцией;
  • легкий контроль за параметрами сварочного процесса — временем нагрева, тепловым потоком, скоростью резки и сварки.

Недостатки

  • малая скорость прогрева зоны сварки;
  • из-за широкого рассеивания газового факела значительно увеличивается зона нагрева детали;
  • отсутствует возможность сужения факела — происходит нерациональное использование теплового потока;
  • с увеличением толщины металла падает производительность труда — время тратится на разогрев зоны обработки;
  • экономический эффект ниже по сравнению с электродуговым соединением;
  • невозможность автоматизации процесса.
Типовое газовое оборудование для сварки и резки металла
Рис. 11 Типовое газовое оборудование для сварки и резки металла

Приобретать такое оборудование для решения собственных бытовых задач целесообразно при совмещении с оказанием сторонних услуг газовой сварки. В противном случае оно будет просто пылиться на складе.

Выбор сварочного аппарата

Выбор сварочного аппарата, покупка оборудования — ответственный шаг. Кроме финансовых затрат, необходимо:

  • организовать рабочее место (при стационарном использовании);
  • оборудовать зону для хранения оборудования;
  • выбрать и купить приспособления для сварки;
  • изучить устройство сварочного аппарата, овладеть навыками работы;
  • озаботиться техникой безопасности — сварочные материалы и оборудование относятся к приспособлениям с повышенным риском.

На выбор повлияют условия применения оборудования. В местности с отсутствием электричества применимы сварочный агрегат или газовое оборудование. В пользу генератора — выработка электроэнергии для других потребителей: освещение, электроинструмент, бытовая плитка для приготовления пищи и т.п.

Другой вариант — оснащение электросетью в 220 или 380V. Небольшие аппараты в 220V выполнят широкий круг задач при строительстве собственного дома. Использование напряжения 380V значительно расширяет возможности оборудования. Позволит применять оборудование для решения домашних проблем и в малом бизнесе.

Выбирая, какой сварочный аппарат лучше, вы должны помнить общие критерии:

  • Экономическая целесообразность покупки. Необходимо оценить окупаемость затрат. Вполне возможно, что арендовать аппарат или пригласить специалиста окажется выгоднее.
  • Сетевое напряжение. Оборудование подбирается в соответствии с обеспечением электроэнергией: в одно- или трехфазном исполнении.
  • Типы сварочных аппаратов. Агрегат выбирается исходя из навыков владения тем или иным видом оборудования, видов работ, финансовых возможностей.
  • Сила тока. Определяет толщину обрабатываемого металла и диаметр электрода. С ростом показателей увеличивается толщина и диаметр.
  • Экономичность. Инвертор существенно меньше потребляет электроэнергии в процессе эксплуатации.
  • Условия эксплуатации. Преимущество за трансформатором, способным работать в непрерывном режиме в полевых условиях.
  • Ремонтопригодность. Трансформатор и выпрямитель проще отремонтировать в силу простоты конструкции. Нет проблем с поиском запчастей.
  • Масса. Инвертор легче других электроаппаратов в 2-3 раза.
  • Цена. Цепочка выглядит (по возрастанию): трансформатор→выпрямитель→инвертор.

Опытный мастер сам сможет определиться с необходимым оборудованием. Для начинающего электросварщика порекомендуем:

  • инвертор;
  • максимальный ток 160-200А;
  • напряжение питания 220В;
  • возможность применять электроды Ø 1.6-4мм;
  • выполняет все виды швов в ручном режиме дуговой сварки.

Какой сварочный аппарат лучше определит только сам потребитель. Если у вас возникло желание поделиться своими знаниями и опытом работы на сварочнике, информацию можно оставить в блоке «контакты» нашего сайта.

Поиск записей с помощью фильтра:
Вид обработки
Вид проката
Вид материала
Закрыть