Зварювальні апарати та технологія зварювання

Трохи більше століття минуло з тих пір, як винайшли зварювальний апарат та ввели в масове користування. Сварка - це метод використання електричного струму для з'єднання, роз'єднання і розрізання металевих елементів, свердління отворів і наплавлення по чорних і кольорових металів.

технологія зварювання

Технологія зварювання і проведення зварювальних робіт грунтується на дії критично високих температур. Дугове зварювання дозволяє зводити метали в нерозривне з'єднання, створюючи не поступається в міцності матеріалу шов. У підсумку виходить безперервна структура за рахунок молекулярного зчеплення елементів.

електрична дуга

Необхідну температуру в 1000◦С створюють за рахунок електричної дуги, яка є коротким замиканням між двома близько розташованим електродами. Подається на електроди напруга збільшується до пробою повітря, що виконує функцію ізолятора. Освічена іскра змушує замкнутися електроланцюг, кисень зазору іонізується. Подача електроструму посилюється в зв'язку з опором повітряної подушки, запалюється дуги, і вона замикає ланцюг.

Далі слід стабілізація дуги за допомогою визначення та встановлення конкретної довжини між електродами і стримування заданих показників енергопостачання.

Обов'язковою учасником в процесі зварювання є зварювальний електрод - спеціалізований стрижень з металу або іншого придатного сировини, придатного для проведення струму до заварюють елементам.

Електроди розрізняються за типами:

Плавляться - з металів;
Неплавкі - вугільні, графітові, вольфрамові.

Від коректності вибору електрода залежить надійність, якісність шва, його відповідність основному металу і властивостями, необхідним для функціонування кінцевого обладнання. Наприклад, для виробів, які використовуються в агресивних окислювальних середовищах, потрібні стрижні, здатні створити стійкий до міжкристалітної корозії шви.

При виборі електрода важливі характеристики:

Діаметр електрода (поширені Ф4 і Ф3);
Тип металу;
Форма крайок деталей;
Рід струму;
Положення зварювання в просторі.

процес зварювання

Дія електродуги різниться як:

Непряме - дуга створюється між незалежними електродами;
Пряме - утворюється між деталлю, що є елементом електричного кола, і електродом.

Спрощена версія технології застосування плавиться електрода

Струм проводиться до металу, що розгорілася дуга теплом плавить кромки зварювальних елементів. Створюється «зварювальний ванна» - тимчасовий стан металу в розплавленому вигляді. У цей момент капає сплав зі стрижня, а палаюче покриття стрижня дає газову захист навколо дуги. З видаленням дуги від зони роботи, метал твердне, формується шов, який захищається панциром або кіркою з сплив шлаку.

Умови для зварювання

Убезпечити метал від окислення - потрібен захист зварювальної ванни від впливу повітря.

Для вирішення даної проблеми існує два способи:

Технологія MIG-MAG, подача газів зі спеціалізованого балона;
Спалювання обмазки електрода, під час чого формується захисне покриття з шлаку.
Забезпечення стійкості електродуги.

Якість зварювання залежить від стабільності електропостачання та параметрів струму (постійний і змінний). Для потрібного результату потрібно забезпечити стабільність електродуги, особливо на початку і кінці процесу, щоб уникнути дефективности шва. Потужність струму оператор вибирає самостійно, часом регулюється безпосередньо в ході роботи, іноді потрібно жорстка регуляція.

Слід враховувати особливість - дуга, утворена від постійного струму, горить стабільно і без стрибків. Це пояснюється тим, що при «постійної» енергії не змінюється полярність, менше утворюється бризок від оброблюваного металу, шов відрізняється якістю і відсутністю дефектів.

І навпаки, зварювання за допомогою змінного струму характеризується ускладненням процесу, оскільки необхідні професійні навички в підтримці оптимальної дуги. І хоча домогтися високоякісного шва в цьому випадку складно, деякі матеріали добре плавляться тільки під дією змінного струму. Особливо це відноситься до таких популярних металів, як алюміній і його сплави.

Відповідність масштабів робіт витрачається потужності і використовуваних інструментів.

Чим більше область зварювання / заварювання, тим більше повинні бути витрати сил. Від розмірів фронту робіт залежить:

Глибина плавлення;
Діаметр електрода;
Режим роботи;
Тип присадки;
потужність;
Людський фактор - першорядне значення.

Саме майстер вибирає інструменти, режими роботи і позицію в просторі, від нього залежить запалювання і підтримку дуги, координація її довжини, переміщення електрода і дуги по лінії накладення шва. Досвід і впевнена рука зварника грають вирішальну роль в міцності, однорідності і естетичності майбутнього доробку.

Види зварювальних апаратів

Виробниками розроблені моделі для дугового і аргонно-дугового зварювання, кожна з яких має технічні та технологічні особливості, плюси і мінуси.

Зварювальний інвертор

Інвертор - це інверторне джерело живлення електродуги, що характеризується неодноразовим зміною роду струму. У цьому пристрої ток йде через напівпровідник і спершу випрямляється, після згладжується спеціалізованим фільтром. Перетворюючи в постійний, стандартної мережевої частоти в 50 Гц, струм змінюється знову в змінний, проте частота вже має значення в десятки кГц. Неодноразове частотне інвертування змінюється відправленням струму на невеликій трансформатор, де збільшується сила струму і знижується напруга. Після таких метаморфоз струм проходить через високочастотний фільтр і випрямляч, де утворена дуга подає електроду постійний струм.

Збільшена частота струму справляється з важкими і габаритними металоконструкціями;
ККД становить значні 85-96%, мінімум енергетичних втрат і підключення джерела можливо від домашньої мережі;
Довгий термін безперервної роботи;
Кілька режимів потужності під поширений ряд електродів, включаючи надтонкі;
Плавний перехід з одного режиму на інший;
Механізм інверторів дає легкий розпал чуйну стабілізацію;
Ефективний запобіжник від стрибків напруги;
В результаті - чудовий шов незалежно від просторової позиції;
Мінімум розбризкування;
Придатні для зварювання різних металів;
Електробезпеки та стабільні в роботі.

У порівнянні з трансформаторними джерелами висока вартість;
Дороге ремонтне обслуговування;
Пил, неминуче затягує при роботі кулерами, відчутно позначається на інверторах, здатна створити замикання електроніки - потрібно регулярне очищення щіткою або продування повітрям;
Хитромудрі схеми чутливі до вологості і мінусових температур - вони створюють умови для випадання конденсату. Тому инверторами складно працювати в холодну пору, їх не можна зберігати в неопалюваних приміщеннях.

зварювальні трансформатори

На даний момент - найпоширеніший тип інструментів для зварювання. Дані пристрої являють собою громіздкий силовий трансформатор, що працює на частоті 50 Гц і перетворює електроенергію за допомогою механічного регулювання магнітного потоку в складеному сердечнику. Після запитання від мережі первинної обмотки намагничивается сердечник, і на вторинній обмотці індукується змінний струм зниженої напруги і збільшеною силою йде на створення електродуги. Сила струму регулюється тільки механічно, через переміщення вторинної обмотки на осерді.

Плюси зварювальних трансформаторів:

Відносно недорога ціна (в 2,5 рази нижче вартості з близькими по функціоналу инверторами);
Нескладний механізм, недорогі комплектуючі;
Невибагливі у догляді за рахунок відсутності складної електроніки.

Мінуси зварювальних трансформаторів:

Важкі і громіздкі;
Змінний струм не дає високоякісного шва;
Малодосвідченому зварнику важко утримати дугу;
Малий ККД (менше 80%) - посилене споживання електроенергії.

Трансформатори актуальні на виробництві та в домашніх умовах, де до якості шва немає серйозних вимог, компактність і вага не принципові, а на особливе обслуговування немає часу і коштів.

зварювальні випрямлячі

Це електроапарати здатні перетворити змінний струм 3-фазної мережі в постійний за допомогою напівпровідникових приладів - випрямлячів з кремнію або селену, напівпровідникових вентилів. Завдяки направленого руху постійного струму електродуги стає стійкіше, з мінімумом стрибків і переривань.

Пристрій випрямлячів досить складне:

Потрібно вентиляційна система;
Ряд моделей оснащені додатковими дросселями - для згладжування і фільтрації струму;
Комплектація захисними, вимірювальними, пускорегулирующими елементами.

Плюси зварювальних випрямлячів:

Високоякісний шов;
Легкість підтримувати дугу;
Розбризкування розплаву мінімально;
Високі показники глибини плавлення;
При порівнянні з трансформаторами тяжкість середня і зручна форма;
Працюють по чавуну, термостійкими різновидів стали, кольорових металів.

Мінуси зварювальних випрямлячів:

Вартість порівнянна з інверторами, проте ККД поступається;
Є потреба у додатковому контроль за системою охолодження;
Заборонено підключення до домашньої мережі;
Складний механізм.

Напівавтомати для зварювання

Зварювальні напівавтомати - спеціалізовані пристрої, до складу яких входять: джерело живлення, система управління, механізм запуску присадного дроту, рукава з пальником, балони з газом і газоподающіе оснастки.

Тонка дріт подається в зону з газом, плавиться і переміщається в зварювальну ванну.

Плюси зварювальних напівавтоматів:

Ефективні для з'єднання тонколистових елементів;
Здатні створити «короткий шов» - високоякісний зачепив, збільшений в довжину або для точкового зварювання;
Відрізняється підвищеним ККД;
Придатні для широкого спектра з'єднання різних металів;
Оснащені різними режимами, настройками і регулюваннями.

Мінуси зварювальних напівавтоматів:

Дорожнеча (виправдана перевагами);
Дорогі витратні матеріали;
Стационарность через газових балонів і необхідності підключення до спеціальної мережі;
Небезпечна робота на відкритій місцевості - потрібен захист газу від здування.

Вибір зварювального апарату

Напруга мережі - розрізняють 1-фазне і 3-фазне. Для побутового застосування підійде апарат на 220 В або агрегат на 220/380 В;
Напруга холостого ходу (Uх.х. або НХХ) - визначає здатність інструменту в перший раз і в наступні розпалити електродуги, підтримувати її горіння. Техніка, яка функціонує на змінному струмі, по ГОСТу повинна працювати не менше, ніж на 80 В, з постійним - 90 В. Більш високі показники відповідають кращій якості;
Потужність - в документах на обладнання потужність тотожна максимальної пікової навантаженні на мережу. Техніка з широким діапазоном регулювання функціональніша обмежених агрегатів;
Тривалість часу роботи (ПВ, ПВР) - європейська техніка працює 3 хвилини і 7 відпочиває, тобто ПВР дорівнює 30%. У реальній роботі подібної тривалості не буває - потрібно заміну електрода, перевірити шов, зчистити шлак, перейти в інше положення, тобто можна використовувати техніку і з ПВР 10%. Однак більш високі показники гарантують більшу витривалість апарату;
Клас захисту - для будь-якої техніки, що працює від електрики, необхідний захист від вологи і пилу. Зварювальний апарат повинен мати індекс не менше IP21, IP23;
Температурні обмеження - по ГОСТу проведення зварювання можливо навіть в критичні температури від -40С до + 40С. Однак багато агрегати не переживуть низькі температури (інвертори);
Робота від генератора - корисна додаткова опція, необхідна для використання техніки на вулиці, далеко від стаціонарної мережі;
Сварка різних металів - деякі моделі відразу випускаються для обробки чорних металів (звичайна ручна дугова зварка - «MMA») і кольорових металів (аргонно-дугова технологія «TIG»), інші - мають можливість докомплектації.