Термическая и антикоррозийная обработка цветных металлов
Термической (тепловой) обработкой называются процессы, при которых металл нагревают или охлажда...

Цветные металлы
В последнее время цветные металлы и сплавы все более распространены в употреблении. Свое назван...

Эмали для металла
Эмаль, то есть суспензия из смол, красящих и стабилизирующих веществ и растворителя, является о...

все статьи ...

Cварочный аппарат - обзор современного оборудования

Опубликовано: 06.09.2018

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:

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. Постоянный. Вектор тока направлен в одну сторону. Значение напряжения в исходный момент постоянно (меняется при приложении нагрузки). 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).

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.

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.

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:

Сетевое напряжение (220 V, 50 Hz) преобразуется в постоянный ток на первичном выпрямителе. Инверторный блок (транзисторная группа) трансформирует ток в переменный с высокой частотой (десятки килогерц). Напряжение посредством высокочастотного трансформатора понижается с одновременным возрастанием силы тока. Вторичный выпрямитель преобразует переменную составляющую в постоянную. Далее ток направляется на электрод.

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.

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).

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.

Рис.7 Процесс 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.

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.

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.

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.

rss