Обзор видов сварочного оборудования
1. Трансформаторные аппараты переменного тока для сварки
плавящимся покрытым металлическим электродом (MMA процесс).
Простые по конструкции, надежные и недорогие. Предназначены для сварки черных
металлов встык и внахлест. Самые распространенные аппараты. Применяются плавящиеся
электроды с рутиловым или основным (фтористо-кальциевым) покрытием. Покрытие
электрода предназначено для защиты сварной ванны или придания различных
физико-химических свойств сварному соединению (легирование).
Основные характеристики:
- Напряжение питания. Обычно чувствительны к изменению питающего напряжения.
При понижении – выходные характеристики существенно ухудшаются. Напряжение
питания 220В, 220/380В однофазное или 220/380 трехфазное.
- Напряжение холостого хода. Напряжение на выходе трансформатора без нагрузки.
Чем оно выше, тем проще зажигание дуги и тем она стабильнее. Для разного типа
электродов для нормальной работы требуется разное напряжение холостого хода.
Необходимо это учитывать при выборе электродов.
Обычно бывает 45 – 52 В, в отдельных аппаратах делают еще один выход с
напряжением порядка 70В.
- Сварочный ток. Регулируется ступенчато или плавно. Чем выше его максимальное
значение, тем большего диаметра электрод возможно использовать и больше
производительность. Обычно необходимо 30 – 40А на каждый миллиметр диаметра
электрода. Для рутиловых электродов ток требуется меньший, а с основным
покрытием больший. Так же это необходимо учитывать при выборе электродов.
- Диапазон диаметров электродов. Обычно от 1, 5 мм. Для большинства
приложений достаточно 2 – 2, 5 мм. Возможный диапазон зависит не только от
максимального значения тока, но и от вольтамперной характеристики аппарата.
Поэтому идентичные по выходным характеристикам аппараты разных производителей
могут иметь различные значения максимального диаметра электрода.
2. Трансформаторные аппараты постоянного тока для сварки плавящимися электродами.
По конструкции похожи на предыдущие аппараты, но на выходе установлены диодный или тиристорный выпрямитель. Переменный ток выпрямляется, но при этом теряется часть мощности. Конструкция более сложная, тяжелая и дорогая. Но работа на постоянном токе более комфортная, дуга стабильнее. Кроме сваривания черных металлов возможна работа с нержавеющей сталью и цветными металлами, применяя соответствующие электроды. Постоянный ток обладает полярностью, поэтому необходимо это учитывать при выборе и подключении электродов. Так же существуют электроды для постоянного тока, есть универсальные. В последнее время многие производители отказываются от производства такого типа аппаратов хобби класса.
Но в профессиональной деятельности они широко применяются.
Характеристики для этих аппаратов совпадают с предыдущим типом.
3. Аппараты полуавтоматической сварки в среде инертного или активного газа (MIG/MAG).
Более сложные и дорогостоящие аппараты. Но производительные и удобные. Широко применяются в авто ремонте. Небольшой аппарат очень удобен в личном хозяйстве.
Используется для сварки железа, стали, нержавеющей стали, алюминия.
Состоит из трансформатора с крутопадающей вольтамперной характеристикой, выпрямителя, привода проволоки и рукава с горелкой. Сварка производится с помощью проволоки обычно 0, 6 – 1, 2 мм толщиной из различных металлов в среде защитного газа. Ток на выходе регулируется обычно ступенчато (4, 8, 16, 32 ступени), реже плавно. За редким исключением регулируется скорость проволоки. Комбинацией этих двух параметров устанавливаются режимы работы.
Основные характеристики:
- Напряжение питания. Питание бывает 220 или 380В, однофазное или трехфазное.
- Напряжение холостого хода. Обычно порядка 35-37В.
- Диапазон регулировки тока. Чем больше ток, тем выше может быть скорость работы (при определенном умении), возможность использовать проволоку большего диаметра. При токе больше 165А возможно производить точечную сварку без предварительного засверливания.
- Диаметр используемой проволоки. Обычно используют проволоку 0, 6 – 0, 8 мм.
Материал проволоки выбирается исходя из того, какой металл будет свариваться.
- Размер бобины проволоки, устанавливаемой на аппарат. Обычно используются бобины весом 15, 5, 0, 8 кг.
Разные модели аппаратов могут работать только с газом , с газом и без газа, только без газа. При необходимости работы без газа используется специальная флюсовая проволока. Это удобно – не требуется баллон, проволока примерно в 5 раз выше. У аппаратов работающих как с газом, так и без него требуется переключать полярность горелки. При сварке разных металлов используется разный газ. Железо – СО2, сталь – смесь СО2 и аргона, алюминий – аргон. Баллон подсоединяется к аппарату через редуктор с регулятором (желательно с манометром). Использовать можно промышленные баллоны или специальные фирменные не перезаряжаемые. При различных режимах сварки требуется различное количество защитного газа, подаваемого в сварочную ванну.
4. Инверторы.
Их называют еще импульсными. Эти аппараты были придуманы в 1977 г. Самые продвинутые сварочные аппараты. Очень широко используются во всем мире. В последние годы и в России они приобретают заслуженную популярность.
На базе технологии инверторов сейчас производятся многие виды аппаратов, а также их комбинации. Отличаются очень малым весом (от 3 кг), габаритами, малой зависимостью от входного напряжения. Для улучшения качества и комфорта сварочных работ оснащены схемами стабилизации, усиления поджига дуги и защиты от очень низкого или высокого питающего напряжения. Обладают очень высоким напряжением холостого хода 85-90В. Инвертор – аппарат постоянного тока. Питающее напряжение на входе выпрямляется, а потом преобразуется в переменное напряжение с частотой 20 – 45 кГц, которое и подается на трансформатор. Т.к. частота напряжения высокая, то появляется возможность использовать трансформатор малых размеров и массы. На выходе напряжение выпрямляется.
Все эти достоинства с лихвой компенсируют более высокую стоимость.
5. Электроды и проволока.
Рекомендации по выбору. Необходимо внимательно относиться к выбору электродов, т.к. от этого зависит качество сварочного шва. Электроды имеют срок годности, а так же должны правильно храниться. Часто пользователи сталкиваются с трудностями, которые при “разборе полетов” на поверку обусловлены плохим качеством электродов, а не качеством сварочного аппарата. Отличные результаты сварки получаются при использовании электродов, рекомендованных производителем сварочного аппарата.
Электроды могут отличаться полярностью, родом тока (переменный/постоянный ), покрытием, материалом. Специфические электроды по чугуну, титану, нержавейке и т.д. редко используются в бытовых целях. Часто электроды бывают универсальными по полярности. Чаще используются основное и рутиловое покрытие. При использовании электродов с основным покрытием шов получается прочным и хорошо защищенным от окисления, но для качественной работы требуется напряжение холостого хода порядка 70 В. Некоторые производители делают аппараты с двумя выходами – около 50 В и 70 В для работы разными электродами. Эти аппараты несколько дороже обычных трансформаторов переменного тока, но позволяют получить качество сварного шва и комфорт в работе на уровне аппаратов постоянного тока, являясь при этом значительно более дешевыми по сравнению с последними. Такие аппараты будут хороши как для любителя, так и для профессионала.
В таблицах, приведенных ниже, указаны рекомендации по выбору значения выходного тока, а также диаметров электродов при разной толщине материала.
Таблица 1.
| Средние показатели сварочного тока (Амп) | |||||||
| Диаметр электрода (мм) | 1, 60 | 2, 00 | 2, 50 | 3, 25 | 4, 00 | 5, 00 | 6, 00 |
| Электрод с кислотным покрытием | - | - | - | 100-150 | 120-190 | 170-270 | 240-380 |
| Электрод с рутиловым покрытием | 30-55 | 40-70 | 50-100 | 80-130 | 120-170 | 150-250 | 220-370 |
| Электрод с целлюлозным покрытием | 20-45 | 30-60 | 40-80 | 70-120 | 100-150 | 140-230 | 200-300 |
| Электрод с оснувным (фтористо-кальциевым) покрытием | 50-75 | 60-100 | 70-120 | 110-150 | 140-200 | 190-260 | 250-320 |
Таблица 2.
| Диаметр электродов | Толщина свариваемого металла |
| 1, 5 мм | 1, 5 – 2, 0 мм |
| 2, 0 мм | 1, 5 – 3, 0 мм |
| 2, 5 мм | 1, 5 – 5, 0 мм |
| 3, 2 мм | 2, 0 – 12 мм |
| 4, 0 мм | 4, 0 – 20 мм |
| 5, 0 мм | 10 – 40 мм |
Как видно из первой таблицы для работы электродами с рутиловым покрытием требуется меньший ток, чем для электродов с основным покрытием. Поэтому можно использовать менее мощный, а значит и более дешевый аппарат. Для электродов с целлюлозным покрытием требуется весьма дорогостоящий аппарат, они часто используются для сварки труб. Для большинства работ по низкоуглеродистой стали рутиловые электроды самые предпочтительные. При работе с ответственными конструкциями лучше использовать электроды с основным покрытием.
Из второй таблицы следует что для большинства работ не требуется большая толщина электродов. Самые удобные и позволяющие производить практически любую работу электроды 1, 6 – 3, 2 мм. 4 и 5 мм электроды используются уже в профессиональных приложениях и чтобы не только поджечь дугу, но и получить действительно качественный и прочный шов требуются большой дорогостоящий аппарат, а главное значительное умение.
Часто после покупке недорогого аппарата на 140-160 А в ценовой категории 2500 – 3500 руб. возникает вопрос: аппарат не варит. Конечно, трудно требовать от такого аппарата серьезных результатов.
Во-первых, аппарат не может сам варить – многое зависит от самого пользователя, от его умения.
Во-вторых, качество применяемых электродов оставляет желать лучшего. Часто применяют электроды позаимствованные на ближайшей стройплощадке, где абсолютно не соблюдаются условия хранения, но в силу того, что техника там применяется мощная - это компенсирует повышенную влажность электродов. Перед работой электроды необходимо прокаливать. В магазинах часто так же продают не совсем качественные электроды. Можно рекомендовать электроды Сычевского завода, Петербургского электродного завода, Ростовского, СТС, ЕСАБ-СВЭЛ, AWELCO и др. Не обязательно применять импортные электроды. Но, как и другие товары – электроды могут быть разного качества.
В третьих, напряжение питания должно соответствовать указанному в паспорте – это касается любых электрических приборов. Но кроме напряжения существует еще и нагрузочная способность сети. Если подстанция слабая, к ней подключено много потребителей, то напряжение может быть и 220 В, но в момент подключения мощного потребителя (сварочный аппарат, компрессор, станок с мощным двигателем, пусковое устройство для автомобиля и т. д.) происходит просаживание напряжения до 150-170 В, что совершенно не достаточно для работы этих приборов. Компрессор, например, даже не запустится.
В четвертых, необходимо ориентироваться на мощность аппарата. Как известно мощность это ток умноженный на напряжение. Если говорить о мощности дуги, то необходимо умножить ток дуги на напряжение дуги. В начальный момент, когда аппарат подключен к сети, но работа еще не производится, напряжение между массой и электродом соответствует напряжению холостого хода, которое указано в паспорте или каталоге (non load voltage). Для обычных трансформаторов это примерно 46-50 В для разных моделей. При поджиге дуги начинает течь ток между электродом и деталью. Ток течет установленный пользователем на аппарате, например 150 А, а напряжение дуги уменьшается примерно в 2 раза. Но в зависимости от мощности аппарата это уменьшение будет разным (ток один и тот же). Например у одного аппарата это будет 20В, а у другого 25В. Соответственно в дугу будет выделяться мощность в первом случае 3 кВт, а во втором 3, 75 кВт. Ток установлен один и тот же, а мощность разная – возможности аппаратов разные.
Учитывая все эти факторы необходимо рекомендовать аппарат как минимум с 30% запасом. И чем больше факторов влияет на работоспособность, тем больше этот запас должен быть. Например: нельзя рекомендовать аппарат стоимостью 2500 руб. с максимальным током 150А для уверенной работы электродом 3, 2 мм. При достаточном напряжении в сети, качественных электродах и умении пользователя можно рекомендовать его для работы 2, 5 мм, а если эти условия не выполняются, то 2 мм. Особенно трудно разжечь дугу при недостаточной мощности и умении – поэтому существует некоторое недовольство покупателей, которые не очень тщательно подошли к выбору аппарата.
Если говорить об инверторах, то в них все несколько проще. Они обеспечивают стабильность выходного тока при +10% изменении питающего напряжения. Функция Hot Start существенно облегчает поджиг дуги даже при небольшой мощности аппарата. Функция Arc Force помогает стабильно держать дугу. Т.е. аппарат берет на себя часть функций человека. Поэтому для начинающего пользователя – это означает практически гарантированный успех, а для профессионала – повышение качества работ.
Для того чтобы получить стабильную, беспроблемную и длительную работу электродом 3, 2 мм классический аппарат должен быть: цена не менее 200 USD, масса 30-35 кг, максимальная потребляемая мощность не менее 5 кВт.
Для тех же самых задач инвертор: 4-5 кг, максимальная потребляемая мощность не более 3, 5 кВт. Стоимость для любительских приложений примерно 300 - 350 USD, для профессиональных 450 - 500 USD.
Самая часто используемая проволока для полуавтоматов – стальная омедненная. Но полуавтоматом можно варить нержавейку и алюминий. Для этого применяют соответствующую проволоку и соответствующий газ.
Для сварки алюминия – 100% аргон.
;;;;; стали - газовая смесь из аргона (80%) и двууглекислого газа (20%)
;;;;; железо - только двууглекислый газ.
Также на многих аппаратах возможно использование порошковой проволоки без использования защитного газа. Это очень удобно, но дороже. Хотя если подсчитать расходы на приобретение баллона, заправки его газом (только в специальном месте), транспортные расходы, то для эпизодических работ (особенно для хозяйственных нужд) необходимо рекомендовать использовать порошковую проволоку. Ее использование возможно, если на аппарате указано GAS / NO GAS. Обратите внимание, чтобы работать с газом или без газа необходимо переключить полярность горелки и массы. Изначально обычно установлено для работы порошковой проволокой (см. инструкцию).
Общие рекомендации по использованию проволоки.
Диаметр проволоки, мм 0, 6 0, 8 1, 0 1, 2
Значение тока, А &am p;am p;am p;am p;nb sp; 20-35 40-120 80-150 120-180 A
Толщина материала, мм 1<>2 1<>4 4<>8 >8
Самая распространенная проволока 0, 8 мм. Больший диаметр требуется редко и требует дорогостоящего профессионального аппарата и навыков работы для получения качественного сварного шва. 0, 6 мм используется для более точных работ или при недостаточной мощности аппарата. Так же как и с электродами, качество проволоки и умение пользователя значительно влияют не только на качество производимых работ, но и на саму возможность их проведения.
6. Выбор аппарата.
Зависит во первых от материала, который необходимо сваривать (переменный / постоянный ток, полуавтомат, аргонно-дуговая). Далее необходимо определиться с выходными параметрами. Чем больше выходной ток и напряжение, тем на большее способен сварочник, тем толще металл можно сваривать или быстрее работать. Но никогда нельзя выбирать аппарат исходя только из максимального значения выходного тока. Чем выше ток, тем больше нагреваются обмотки, тем раньше сработает термостат. Т.е. меньше цикл работы. Поэтому необходимо определиться на каком рабочем токе обычно необходимо варить и выбрать аппарат с запасом (мин. 20-30%). Например: в основном необходимо работать электродами 2, 5 и периодически 3, 25 мм. Можно выбрать аппарат с максимальным током 140 А, но гораздо лучше подойдет следующая модель на 150 – 160 А, а чтобы чувствовать себя уверенно в работе лучший вариант – это ~ 180 А. Чтобы работать “четверкой” достаточно 150 А, но качественный шов получится при токе 180 – 220 А и достаточном умении. Так же и с “пятеркой”, которую в быту применять нет никакой необходимости, а для профессиональной деятельности требуются совсем другие аппараты, для которых величина выходного тока не единственный важный параметр. Так же необходимо обращать внимание на величину цикла работы. Одни производители стремятся снизить цену продукта и снижают цикл работы. Для импортных аппаратов цикл указывается в процентах от 10 мин (30% - значит 3 мин работа, 7 мин отдых при 20С), для отечественных от 5 мин Но для хобби приложений очень высокое значение цикла тоже не нужно, так как при этом сильно увеличивается масса или стоимость или и то и другое. Цикл 10% не очень хорошо. Оптимальное значение 15-20%. Для профессионалов необходимо, чтобы цикл был не менее 60% на рабочем токе. Чем меньше установленный ток, тем выше цикл работы.