14 556
Вибір зварювального апарату для ручного електродугового зварювання – це перше, з чим необхідно розібратися починаючому зварнику.
Ці прилади діляться по багатьом критеріям навіть якщо вибирати з ряду для побутового застосування: сила струму, тривалість зварювання, тип напруги на виході і багато іншого.
І для того, щоб навчитися розрізняти за характеристиками і функціоналомзварювальні апарати, потрібно вникнути не тільки в основи фізики, але і конструктивно розібрати зміст. Це дасть розуміння про принцип роботи і такі характеристики, як довговічність і надійність зварювального апарату, приміром, трансформаторний прилад складається з пари котушок і конденсатора, там ламатися нема чому.
Для початку, коли ви прийдете в будівельний магазин, на кожен апарат будуть представлені характеристики:
- струм зварювання;
- напруга холостого ходу;
- тривалість включення;
- діаметр електрода;
- тип зварювального струму;
- тип зварювального апарату;
- тип зварювання.
Струм зварювання – параметр, від якого залежить, якої товщини метал він може варити, який діаметр електродів підійде. Для простих господарських робіт, що робяться зрідка з невеликою товщиною металу, підійде і апарат зі 160 Ампер силою зварювального струму. Для середнього ремонту або невеликого будівництва рекомендується 200А, а для відповідальних металоконструкцій, зі зварюванням швелерів, несучих широкополочних куточків і так далі – вам потрібно буде витратитися на 220А прилад.
Напруга холостого ходу, по-іншому кажучи – вихідна напруга, тобто та, яка утворюється на ділянці вторинного ланцюга і протікає через зварювальний електрод і виріб. У простих апаратах ця характеристика зустрічається в межах 20-60, рідко – до 90 В. Більш висока напруга застосовується для зварювання електродами з тугоплавкою обмазкою специфічних сплавів. Ця характеристика підбирається в резонанс зі струмом зварювання (автоматично або в ручному режимі) і відповідає за краще запалювання і горіння дуги. Якщо підібрати напругу неправильно, то можна отримати утворення шлаку.
Тривалість включення – відсоткова величина виміру часу, з 10-хвилинного циклу, яку апарат може безперервно працювати на максимальному струмі зварювання. Тобто, якщо в характеристиках до апарату написано 70%, то це означає, що апарат може працювати 7 хвилин, і 3 повинен відпочивати. Його називають також цикл роботи, і деякі виробники можуть давати не час роботи на максимальному струмі, а 100% ПВ на певному, скажімо, 140 А з 200 А.
Діаметр електрода, на який розрахований апарат, досвідчений зварник може визначити, глянувши на значення струму зварювання, але все-таки він вказується в характеристиках. Для того щоб дізнатися більше, рекомендуємо статтю «Види сучасних електродів для роботи з ручним електродуговим зварюванням» – там можна знайти таблицю залежності діаметрів електродів від струму зварювання і товщини зварюваних деталей. У напівавтоматичних зварювальних апаратах, в яких застосовується зварювальний дріт, вказується його діаметр.
Тип зварювального струму може бути змінним (AC) і постійним (DC), і від цього залежить, в основному, тип металу, що зварюється. Постійним струмом можна зварювати всі види металів, включаючи кольорові.Побутовий зварювальний апарат зі змінним струмом, як правило, купується тільки для зварювання чорного металу. В принципі, є спеціальні електроди і прийоми роботи ручним електродуговим зварюванням змінного струму по кольоровим металам, але при цьому виникає багато складностей, у тому числі сильне розбризкування металу, а також самі електроди дуже дорогі.
Тип зварювального апарату – трансформаторні або інверторні, нового покоління. Про це як раз піде мова далі. Про сучасні прилади, які вміщують у собі електронні елементи управління, в тому числі системи контролю перенапруги, перегріву, підтримки горіння дуги та ін.
Тип зварювання в даному випадку – ручне електродугове зварювання плавкими електродами (MMA). Тип зварювання напівавтоматичними апаратами зварювальним дротом в середовищі інертного газу позначається як MIG/MAG. Є ще позначення ручного зварювання неплавкими (вольфрамовим, вугільними) електродами в захисному газовому середовищі – TIG.
Улаштування, особливості та принцип роботи трансформаторних зварювальних апаратів
Ці апарати використовувалися з самого початку винаходу зварювальних робіт, і донині їх «начинка» практично не змінилася. В основі лежить трансформатор, який знижує напругу із вхідних 220/380 В до 20-90 В, при цьому збільшуючи силу струму до 140-220 А. Регулюється напруга (сила струму) шляхом переміщення рухомих частин трансформатора, або за шляхом керованої реактивної котушки (дроселя), включеної у вторинну ланцюг, або замість неї використовується блок тиристорного фазорегулятора.
Варто відразу сказати про перевагу апаратів з тиристорним фазорегулятором перед амплітудними (пересувні трансформаторні сердечники або з регульованим дроселем) пристроями. По-перше, зменшується час переходу імпульсу через нульове значення, завдяки чому зварювальна дуга горить стабільніше, менше ймовірність загасання, а також якість зварного шва значно підвищується. По-друге, такий зварювальний апарат для дому і дачі, завдяки тиристорному фазорегулятору, не має рухомих механічних деталей в трансформаторі і відсутній дросель з регулятором, завдяки чому ланцюг спрощується і прилад вважається більш надійним і довговічним.
На схемі вище знаходиться трансформатор (А) з первинною (1) і вторинною (2) обмотками, а також реактивна котушка-дросель (Б), включена у вторинний ланцюг, що йде від обмотки. В даному випадку трансформатор не має рухомих шунтів/обмоток, якими регулюють силу струму і напругу зварювання. Цю функцію виконує дросель з рухомим регулятором. Крім того, він потрібен, щоб не використовувати трансформатор зі збільшеним розсіюванням, урізавши, таким чином, конструкцію для підвищення надійності і спрощення ремонту за потреби.
З цієї схеми випливає, що змінний струм напругою 220 В входить в трансформатор з нормальним розсіюванням, з первинної котушки перетворюється у вторинній з характеристиками холостого ходу (20-90). Проходячи через регульований механічно дросель, набуваються необхідні для зварювання вольт-амперні характеристики (не будемо заглиблюватися в фізику), а також з’являється обмеження струму короткого замикання.
Переваги трансформаторних зварювальних аппаратрв – це дешевизна і довговічність. Також легко проводити ремонт, тому що весь блок містить всього пару деталей. Варто відзначити високий ККД, що дорівнює 70-90%. На цьому перерахунок переваг закінчено.
Недоліки більш великі, і основний з них – це часте переривання горіння дуги, яке обумовлено самою властивістю змінного струму затухати в момент зміни полярності. А також на стабільність зварювальної дуги впливають коливання характеристик вхідної напруги. Ще є проблема – громіздкість приладу, причому, чим більше потужність апарату, тим масивніший трансформатор, і тим більше просідає напруга в мережі при його роботі.
Улаштування, особливості та принцип роботи трансформаторних випрямних зварювальних апаратів
Ці пристрої практично ідентичні трансформаторним, з різницею лише в тому, що мають випрямний блок і блок фільтрів (у найпростіших моделях – фільтрувальний конденсатор). Завдяки останнім двом, на виході з апарату виходить не змінний, а постійний струм з вольт-амперними характеристиками, сформованими тим же трансформатором і реактивною котушкою-дроселем. Однак тепер струм набуває полярність, яку можна використовувати як пряму та зворотну, з різними електродами і металами, що дає розширений функціонал в порівнянні з апаратами змінного струму.
Схема являє собою найпростіший трансформаторний випрямляч зварювального струму. В ньому: статичний трансформатор з нормальним розсіюванням (А) з основною (1) і вторинною (2) обмотками; випрямний блок (Б) на основі діодів (Б1); регульована реактивна котушка-дросель (В); фільтрувальний полярний конденсатор постійного струму (Г). Подача на електрод умовна і означає підключення прямої полярності, якщо поміняти місцями деталь і електрод, то вийде зварювання в зворотній полярності.
У цьому випадку найпростіший трансформатор, який вміщує в собі це улаштування зварювального апарату, видає змінний струм зі скромними вольт-амперними характеристиками, який, пройшовши через випрямний блок (Б), ще званий діодним мостом, стає постійним. Далі, для корегування характеристик струму, в ланцюг вміщено керований дросель (В), з приєднаним паралельно конденсатором, який виконує функцію фільтра постійного струму.
Переваги апаратів постійного струму трансформаторного типу складаються в більшій стабільності горіння дуги і меншому розбризкуванні металу при зварюванні. Відповідно, зварний шов виходить більш якісним, рівним і естетичним. Крім того, змінним струмом можна варити практично всі метали і сплави.
Недоліки – з тих, що і в трансформаторних апаратах змінного струму: вплив перепадів вхідної напруги на горіння дуги, сильне «осідання» напруги мережі при роботі, а також дуже велика вага. Справа в тому, що діоди прикріплені до великих і важких радіаторів, плюс прохолоджуються додатковим вентилятором – це на додачу до масивного трансформатора.
Улаштування, особливості та принцип роботи інверторних зварювальних апаратів
Зварювальні інвертори – це сучасні високотехнологічні прилади, які за якістю зварювання в рази перевершують трансформаторні апарати. Вони також мають цілий комплекс захистів і контролю горіння дуги, які управляються спеціальним транзисторним блоком IGBT, який часто є найдорожчою частиною приладу. З таким зварювальним апаратом досить якісний шов може виконати навіть людина, яка в перший раз в житті взялася варити.
На відміну від застарілих апаратів, в яких регулювання параметрів струму і напруги зварювання відбувається через трансформатор з механічними рухомими частинами, реактивною котушкою-дроселем або фазним блоком керування тиристорами, побутової зварювальний апарат інверторного типу діє на вольт-амперні характеристики через перетворювач частоти. Цим досягається ряд переваг.
На блок-схемі показано умовне з’єднання елементів: випрямляч напруги (А); фільтр постійного струму (Б); інвертор – перетворювач частоти (В); блок управління (Г); трансформатор (Д); випрямляч високочастотного струму (Е). Блок управління сучасного зразка заснований на IGBT транзисторах, час роботи яких в рази перевершує минуле покоління. Принцип дії апарату далі.
Вхідна змінна напруга 220 В, побутової частоти 50 Гц надходить спочатку в випрямляч (А), потім – у фільтр (Б), та набуває характеристики рівної постійної напруги. Далі інвертор/перетворювач частоти (В) перетворює її назад в змінну напругу, але з частотою в десятки кілогерц (кГц), після чого трансформатор (Д) знижує напругу до холостого ходу (20-90 В) з підвищенням зварювального струму (140-220 А). Після струм вирівнюється у високочастотному випрямлячі (Е) і він подається на електрод/зварювальний виріб.
Вся «фішка» знаходиться в тому самому перетворювачі частоти. Адже для перетворення високочастотного струму холостого ходу в струм зварювання, не потрібно громіздкого трансформатора: в деяких випадках, він може важити до кілограма.
Переваг інверторних зварювальних апаратів цілий ряд: невелика вага (до 10 кг) і розмір; виключено нагрівання обмоток і перемагнічування сердечника трансформатора; високий ККД (85-95%); тривалість включення 80%; споживаюча потужність при зварюванні однаковими електродами у інверторних апаратів в 1,5-2 рази нижче, ніж у трансформаторних. Прилад має плавне регулювання і великий діапазон значень струму зварювання і напруги холостого ходу, що дозволяє використовувати найтонші електроди (1,6 мм).
Для новачків є ряд функцій: Hot start (автоматичне збільшення струму зварювання на початку зварювання для полегшення загоряння дуги); Anti-stick (запобігання залипання електрода на поверхні за рахунок зниження струму); Arc force (автоматичне збільшення струму зварювання на мізерний проміжок часу при відділенні великої краплі металу електрода для запобігання різних складнощів, наслідків).
Недоліки також є, і досить істотні, серед них: вартість ремонту, вимоги до зберігання і умов навколишнього середовища при роботі. Якщо накриється блок управління, а особливо якщо він на основі транзисторів IGBT, то за ремонт доведеться віддати навіть половину вартості нового апарату. Електронна начинка піддана впливу різних факторів, тому прилад чутливий до умов зберігання і роботи. Наприклад, пил у приміщенні проникає в пристрій і осідає на радіаторах охолодження тиристорів, з-за чого може відбуватися перегрів.
Види сучасних зварювальних апаратів для дому і дачі за ступенем механізації зварювання
Говорячи про обладнання для зварювання побутових/господарських потреб, неможливо не згадати про те, які бувають зварювальні апарати за ступенем механізації. Найпростіші – трансформаторні, змінного струму для роботи по чорному металу плавкими електродами із захисною обмазкою (тип зварювання MMA) ми розглянули. У них тільки один спосіб застосування за ступенем механізації – ручний труд. Суть його зводиться до того, що зварювальник вручну здійснює всі робочі операції протягом циклу робіт, включаючи і заміну електрода.
Можна віднести до зварювання ручним способом електродами та інші види зварювальних апаратів, але вони також можуть бути у вигляді напівавтоматів, які працюють з дротом замість електродів і подають його в автоматичному режимі по мірі процесу зварювання (тип зварювання MIG/MAG). Переваги таких апаратів в тому, що збільшується швидкість роботи і дріт, який заміщує електроди, коштує набагато дешевше. З іншого боку – апарат сам по собі громіздкий, так як вміщує в собі пристрій подачі дроту, а також, зварювання проводиться із застосуванням захисного газу, що виходить з сопла зварювального апарату паралельно з дротом.
Є варіант зменшити громіздкість напівавтоматичного зварного апарату, виключивши балон з газом: зарядити у пристрій подачі так званий порошковий дріт, який має у складі домішки, що виділяють при плавленні той самий захисний газ. Але знову-таки, як вибрати зварювальний апарат для дому, якщо вартість такого дроту дуже велика, що залишає лише одну перевагу перед ручним зварюванням електродами – швидкість зварювання. Ще зауважимо, що напівавтомат може працювати і з електродами в режимі ручного зварювання.
На малюнку вище представлено головну конструкційну відміну напівавтомата – пристрій подачі дроту. У всіх подробицях механізми і пристрій сопла з подачею газу розглядати не будемо в цій статті, так як тема велика, але необхідно знати, з яких модулів складається такий апарат: джерело живлення (трансформатор з випрямлячем або інвертор), пристрій подачі дроту, газовий балон, пальник з газовим дифузором і контактним наконечником.
На цьому дана стаття закінчена, рекомендуємо також статтю «Види і способи з’єднань зварних деталей, їх оброблення швів та країв» в добавок до статті про види електродів. Це допоможе Вам у більшому обсязі дізнатися про зварювання.
Статья полезная