В этой статье: виды сварочных аппаратов, принцип их работы, характеристики, ГОСТы; стоимость сварочных аппаратов; как сделать сварочный аппарат своими руками; критерии выбора сварочного аппарата.
Среди всего строительного оборудования сварочный аппарат занимает особое место хотя бы потому, что ни одна стройка без него не обходится — иного способа надежно соединить металлические конструкции и трубы просто не существует. Что могло бы заменить сварное соединение? Крепление анкерами, болтами или заклепками, соединение труб хомутами — все эти и подобные им способы дают либо временное решение проблемы, либо неприменимы по множеству причин. Сварочные аппараты бывают разных конструкций и типов — трансформаторы, выпрямители, инверторы, генераторы, полуавтоматы — разобраться в этом многообразии поможет данная статья.
Сварочный трансформатор
Его задача — понижение напряжения из электрической сети до необходимого уровня (ниже 141 V) и регулировка сварочного тока до желаемых значений.
Конструкция любого трансформатора должна соответствовать ГОСТ 95-77, она включает в себя стальной магнитопровод (сердечник) и две обмотки в изоляции — первичную (подключается к сети) и вторичную (соединена с держателем электродов и объектом сварки). В трансформаторах популярной серии ТДМ первичная обмотка жестко соединена с сердечником, катушки вторичной обмотки удалены от катушек первичной (их по две на каждую обмотку) на некоторую дистанцию. Зажигание дуги требует напряжения на вторичной обмотке в диапазоне 55-60 V, для большинства электродов, применяемых при ручной сварке, достаточно 50 V.
Вращением винта с помощью ручки соединенные с сердечником катушки вторичной обмотки перемещаются по вертикали — выполняется настройка сварочного тока до необходимых параметров. При сближении обмоток (рукоять вращают по часовой стрелке) уменьшаются индуктивное сопротивление и магнитный поток рассеивания, сварочный ток при этом возрастает, обратным вращением достигается его уменьшение. Диапазон регулировки сварочного тока: при параллельном соединении катушек в обеих обмотках — 65-460 А, при последовательном — 40-180 А. Рукоятка на крышке трансформатора предназначена для переключения диапазонов тока.
Что происходит в сварочном трансформаторе при подключении его к сети переменного тока? Поступление переменного тока в первичную обмотку вызывает намагничивание сердечника. Пройдя через вторичную обмотку, магнитный поток сердечника вызывает в ней переменный ток более низкого напряжения, чем поступающий на первичную обмотку. При большем количестве витков на вторичной обмотке напряжение будет более высоким, при меньшем — напряжение ниже.
Величина сварочного тока регулируется посредством управляемого индуктивного сопротивления, изменяющего поток магнитного рассеивания. Способов изменения сварочного тока два: перемещаемые катушки (как в трансформаторах ТДМ), магнитные шунты или витковое (ступенчатое) регулирование; дополнение конструкции трансформаторов реактивной катушкой. Выбор способа регулирования зависит от магнитного рассеивания в данном трансформаторе: при повышенном рассеивании используется первый способ регулировки; при нормальном — второй.
КПД сварочных трансформаторов невысок — редко превышает 80% барьер, их вес внушителен. Проводя сварочные работы с этим оборудованием сложно добиться высокого качества шва, разве что использовать особые стабилизирующие электроды, способные улучшить сварной шов. Однако минусы сварочных трансформаторов компенсируются невысокой ценой (от 6 000 руб.) и их неприхотливостью.
Сварочный выпрямитель
Этот аппарат требует подключения к сети постоянного тока. Конструкция выпрямителя включает в себя блок вентилей, трансформатор и дроссель (в некоторых моделях) — исполнение по ГОСТ 13821-77. Наибольшее распространение получили многофазные выпрямители — их габариты гораздо меньше, чем у трансформаторов, поэтому их проще использовать в сварочных работах. Вентили в конструкции выпрямителей могут быть кремниевыми или селеновыми — первый их тип обладает меньшими размерами, но требует дополнительного охлаждения. КПД селеновых вентилей ниже, но они обладают большей устойчивостью к перегрузкам, чем кремниевые.
Регулировка сварочного тока в выпрямителе выполняется тремя способами: увеличением/уменьшением дистанции между обмотками; с помощью дросселя насыщения; обмоток трансформатора, разделенных на секции. Схемы, по которым собираются сварочные выпрямители — трехфазная мостовая и однофазная мостовая с двухполупериодным выпрямлением. Сборка по первой схеме более распространена, т.к. построенный по ней выпрямитель содержит в конструкции меньшее число вентилей — при этом сварочная дуга горит более устойчиво.
Сварочный выпрямитель крайне неустойчив к перегреву — необходимо постоянно следить за исправностью вентиляторов обдува, иначе сварочный аппарат сгорит. Стоимость сварочного выпрямителя — от 12 000 руб.
Сварочный генератор
Состоит из двух основных элементов — генератора постоянного тока и асинхронного двигателя, установленных в одном корпусе (якорь генератора и ротор двигателя установлены на общий вал). Технические требования к конструкции сварочных генераторов приведены в ГОСТ 304-82.
Сварочные генераторы создаются по нескольким схемам, среди которых наиболее популярны две. Первая — обмотка возбуждения независима, размагничивание происходит через последовательную обмотку. Питание такого генератора выполняется через выпрямитель с селеновыми вентилями от сети переменного тока — образуется магнитный поток, индуктирующий напряжение на щетках генератора, что вызывает возбуждение дуги. Изменяя (переключая) на последовательной обмотке число витков, оператор сварки регулирует сварочный ток до необходимых характеристик.
Вторая по популярности схема сварочного генератора — обмотка возбуждения параллельна, обмотка размагничивания последовательна. Для магнитных полюсов таких генераторов требуется ферромагнитная сталь — они должны обладать остаточным магнетизмом. В качестве источника питания используется бензиновый (дизельный) двигатель.
По своим характеристикам сварочные генераторы далеко не идеальны — они дороги (средняя цена — от 50 000 руб.), имеют сложную конструкцию, их КПД низок (0,7), высок расход электроэнергии (5 кВт/ч на кг расплавленного металла). Однако в полевых условиях без них не обойтись — только бензиновые (дизельные) сварочные генераторы обеспечат зажигание и устойчивость дуги в отсутствии электросети.
Сварочный инвертор
Этот сварочный агрегат построен на транзисторных электрических схемах. ГОСТ на устройство и рабочие параметры сварочных инверторов в России не разработан — каждый производитель разрабатывает собственные ТУ (технические условия). Принцип его работы таков: переменный ток из электросети поступает в выпрямитель (преобразуясь в постоянный ток), затем в силовой модуль, где постоянный ток вновь становится переменным, но уже с более высокой частотой. Следующий этап — высокочастотный трансформатор, откуда выпрямленное напряжение направляется на сварочную дугу.
Конструкция сварочного инвертора отлична от устройства сварочных трансформаторов и выпрямителей — в ней нет силового трансформатора. Его работа построена на инверсии (фазовом сдвиге) напряжения — усиление тока выполняется каскадом и управляется микропроцессором. Получаемый в результате сварочный ток имеет практически идеальное значение, что качественно влияет на сварочные работы. Электрические блоки силовых схем сварочных инверторов построены на транзисторах MOSFET (МОП — металл/оксид/полупроводник) или IGBT (биполярный транзистор, затвор изолирован).
Преимущества сварочного инвертора: небольшой вес (не более 10 кг) и габариты; высокий КПД — 85-90%; микропроцессор отслеживает малейшие изменения напряжения и тока (залипание электрода в процессе сварки полностью исключено); «тонкая» регулировка сварочного тока в широком диапазоне.
Недостатки: высокая чувствительность к пыли, к сварочным перегрузкам (например, к попыткам разрезать металл внушительной толщины), высокая стоимость — от 9 000 руб.
Сварочный полуавтомат
Исполняется по условиям ГОСТ 18130-79. Состоит из источника питания (обычно сварочный инвертор или выпрямитель), блока управления, механизма подачи и самой сварочной проволоки (d от 0,6 до 2,0 мм), баллона с активным газом (углекислый газ — MAG-сварка или аргон — MIG-сварка). Для работы на этом сварочном аппарате держатель электродов (как сами электроды) не используется — рабочим инструментом здесь служит горелка, через которую подается проволока. Кстати о проволоке для сварочных полуавтоматов — используется нержавеющая, стальная, флюсовая и алюминиевая проволоки (лучше, если с обмеднением). Флюсовая проволока также изготовлена из стали, однако производить сварку с ней можно без создания среды защитного газа.
Подача защитного газа к объекту сварки позволяет вытеснить кислород, не давая тому окислять сварочный шов, тем самым многократно улучшая характеристики сварки.
Преимущества сварочного полуавтомата: достижение прочного сварного шва длиной до нескольких метров, легкая и безопасная сварка тонкого металла (любых марок стали и сплавов алюминия). Блок управления позволяет сохранить заданные режимы сварки, с последующей их активацией.
Недостатки: потребность в громоздких баллонах с газом, высокий расход недешевого инертного газа (в среднем MIG-сварка потребует расхода аргона 9 л/мин).
Средняя стоимость сварочного полуавтомата составляет 11 000 руб. (220 V) и 20 000 руб. (380 V).
Сварочный аппарат своими руками
Конструкция большинства самодельных сварочных аппаратов требуют для их создания определенных навыков и специфических материалов. Между тем, наиболее простое устройство для сварки в быту можно устроить и без знания электротехники — понадобятся лишь обычные автомобильные аккумуляторы (сойдут и б/у).
Итак, четыре 12-вольтовых аккумулятора или два 24-вольтовых последовательно соединяются электрическими кабелями с зажимами-«крокодилами», к « — » крайнего аккумулятора подсоединяется кабель с держателем сварочных электродов, « + » другого крайнего аккумулятора соединяется через кабель и зажим со свариваемой деталью. Вот и все — просто и эффективно! Такой сварочный аппарат, выполненный своими руками, имеет несколько преимуществ: ровный сварочный шов (нет никаких скачков напряжения), независимость от электросети в процессе сварки. Наконец, по завершении сварочных работ аккумуляторы можно использовать по их прямому назначению — для 3-х мм электрода понадобится ток силой в 90-120 A, т.е. он не потребует и 60% от штатной нагрузки аккумулятора.
Для постоянного использования сварочного аппарата из аккумуляторов понадобится 54-вольтовое зарядное устройство (если аккумуляторов четыре) и зарядный ток в 5 A (если емкость аккумуляторов 55 Ah. Используя самодельный сварочный аппарат из аккумуляторов летом, необходимо периодически доливать в аккумуляторные банки дистиллированную воду (не водопроводную!) — ее уровень будет понижаться из-за испарения. При использовании необслуживаемых аккумуляторов никаких действий с ними выполнять не требуется.
Как выбрать сварочный аппарат
Прежде всего — не полагаться на внушительный вес предлагаемого аппарата. Современные сварочные аппараты по сравнению с «тяжеловесными» трансформаторами имеют в два-три раза меньший вес. Килограммы, составляющие вес аппарата для сварки, особенно ощутимы при частом перемещении от одного объекта работ к другому — если предполагается такое передвижение, то стоит выбрать наиболее легкий сварочный прибор.
От какой сети будет запитан аппарат? На производстве чаще всего это 380 V, в быту — 220 V. Стоит сразу отметить — если напряжение в сети скачкообразно, то лучше выбрать сварочный инвертор, т.к. любой другой сварочный аппарат попросту сгорит.
Какой металл будет свариваться? Для цветного металла или чугуна потребуется сварочный выпрямитель или генератор, т.к. здесь требуется постоянный ток. Для сварочных работ на тонком металле кузова автомобиля лучше подойдет полуавтомат. Сварка черного металла допустима простым сварочным трансформатором.
При выборе конкретной модели обратите внимание, сколько времени может работать данный аппарат без угрозы перегрева — в паспорте эти данные будут указаны под аббревиатурой «ПВ» (продолжительность включения) или «ПВР» (продолжительность времени работы). В России и СНГ эталоном являются 5 минут, в Европе — 10 минут. Т.е. паспортное значение «ПВ» 20% для отечественного сварочного аппарата означает, что работать с ним можно 5 х 20% = 1 минуту, после чего прибору требуется четырехминутный перерыв; для импортного те же 20% означают — 10 х 20% = 2 минуты работы и 8 минут «отдыха». Чем меньше сила сварочного тока, тем выше значение «ПВ» (меньше перегревается аппарат) и наоборот. Оптимальным значением будет «ПВ» 15-20% (в быту), 60% (на производстве).
Выходные параметры сварочного аппарата — чем выше показатели напряжения и выходного тока, тем с более толстым металлом он может работать. С другой стороны при высоких параметрах обмотки аппарата быстрее нагреваются, т.е. его быстрее отключит встроенный термостат, поэтому фактических рабочих циклов будет меньше, а простоев — больше. Правильным будет здесь остановится на приборе с выходными параметрами, превышающими необходимые на 30%.
Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
