Конструкции, виды и особенности сварочного оборудования

Берегите глаза | 23.02.2016

Сварка, как вид соединения металлических элементов, получила массовое распространение чуть больше века назад. Однако сегодня применяется во многих сферах деятельности, от производства электроники до строительства гигантских конструкций. Поскольку состав используемых при этом металлов бывает весьма разнообразным, для получения надёжных сварочных швов было придумано и реализовано множество видов оборудования. Наиболее популярными среди них являются сварочные аппараты. Рассмотрим, какие бывают сварочные аппараты, виды, плюсы и минусы каждого.

Трансформаторы

Трансформатор является наиболее традиционным видом электрического сварочного аппарата. Одновременно он один из самых простых по конструкции. Основным элементом конструкции этого типа сварочников служит понижающий трансформатор, преобразующий напряжение электросети до значения, необходимого для сварки. Сила тока при этом изменяется с помощью разных методик, наиболее известный — смещение одной обмотки относительно второй. По мере изменения промежутка между обмотками меняется ток.

Особенностью сварочных трансформаторов считается переменный ток на выходе, что приводит к заметному разбрызгиванию металла и ухудшению качества швов. Чтобы проводить сварку цветных металлов, повысить качество горения дуги, в структуру аппарата нужно добавлять достаточно массивные и громоздкие компоненты. Основной элемент — трансформатор — также не отличается компактностью и малым весом. При использовании аппарата для производства серьёзных работ необходимы специфические (для переменного тока) электроды и немалый опыт сварщика.

КПД прибора достаточно высокий, достигает 90%, однако часть энергии тратится на нагрев. Охлаждение осуществляется при помощи вентиляторов разной мощности, поскольку требуется охлаждать агрегат весом в несколько десятков, а иногда и сотен килограммов. Применение этого вида сварочных аппаратов сегодня сокращается, но они всё же пользуются спросом, из-за низкой стоимости, надёжности и долговечности. Используются трансформаторы для сварки низколегированных типов стали.

Типы электричества

Большинство преподавателей, которые предоставляют студентам информацию об электричестве, говорят в основном о постоянном токе (DC). Он представляет собой поток электронов, которые следуют друг за другом на определенном расстоянии. Наиболее популярная аналогия от опытных учителей — сравнение потока с муравьями, идущими колонной и несущими на себе обычные сухие листья.
Такое представление довольно обобщенное, но основная идея правильная. Схема напоминает сплошную электрическую петлю, приводящую в работу обычный фонарик. Однако в больших бытовых приспособлениях электричество работает по-другому. Розетки, вмонтированные в стену, поставляют приборам источник энергии, основанный на переменном токе (AC). В нем электричество переключается с большой скоростью, составляющей 50−60 раз в секунду, то есть частота таких переключений — 50−60 Гц.

Обычному человеку, который не обладает знаниями в области электроники, не совсем понятно, как такой ток питает приборы, если постоянно меняет направление своего движения. Однако ответ на этот вопрос прост. Например, можно взять обычную настенную лампу, работающую от источника переменного тока. При включении ее в розетку электроны начинают активно двигаться, меняться местами и менять направление движения. Весь процесс происходит очень быстро, поэтому в проводах образуется тепло.

Именно это тепло и будет переходить в лампу, приводя к ее свечению. Переменный ток также эффективно питает приспособления, как и постоянный, но электроны в нем движутся на месте.

Выпрямители

Сварочные выпрямители можно считать усовершенствованием аппаратов-трансформаторов. В сварочных швах, полученных при помощи выпрямителей, практически исключены те изъяны, что обусловлены применением переменного тока. Устройства, кроме понижающего трансформатора, имеют в конструкции диодный блок (выпрямитель), элементы регулирования, запуска и защиты. Переменный ток не только меняет напряжение, но и преобразуется в постоянный. Это даёт возможность получить ровную, устойчивую дугу. Соответственно, снижается разбрызгивание металла, шов получается более качественным. Работать можно любыми электродами.

Расширяется также сфера использования сварочника — можно соединять не только низколегированные «чёрные» стали, но и цветные металлы, нержавейку, чугун (применяя соответствующие электроды). Поскольку постоянный ток обладает полярностью, не следует об этом забывать — при подключении электродов этом параметр следует учесть. Некоторые сварочные работы целенаправленно выполняются на обратной полярности (сварка алюминия).

Многие производители сегодня снижают изготовление этого вида бытовых аппаратов. Если же говорить о профессиональном использовании, они до сих пор используются довольно широко. Недостатками можно считать большой вес, необходимость работы квалифицированного сварщика, серьёзную «просадку» напряжения в электросети в процессе сварки. Достоинства — невысокая цена, надёжность и неплохое качество шва.

Полуавтоматы

Полуавтоматические сварочные аппараты в среде инертных или активных газов, или просто полуавтоматы — устройства более сложные, нежели трансформаторы или выпрямители. Однако в использовании более удобны. Часто применяются при кузовном ремонте автомобилей, достаточно широко используются в быту, частном домохозяйстве.

Конструкция состоит из следующих компонентов:

• трансформатора;
• выпрямителя;
• привода, подающего проволоку;
• газового баллона;
• рукава с горелкой.

Сваривание деталей осуществляется плавящейся в электрической дуге проволокой, которая в процессе расположена в среде защитного газа. Регулировка тока осуществляется чаще всего ступенчато, подвержена изменению также скорость подачи проволоки. Соотношением этих параметров устанавливается необходимый режим работ.

Различные модели полуавтоматов работают:

• только с газом;
• с газом или без газа (переключается);
• только без газа.

Если работа производится без газа, применяется специальная проволока (флюсовая). Отличается от обычной флюсовая проволока тем, что в её состав, кроме металла, включается флюс. При горении составляющих флюса образуется облако защитного газа, который предотвращает окисление сварной ванны воздухом. Кроме того, активные элементы состава флюса придают металлу нужные параметры, дуга становится более стабильной. При этом не нужен газовый баллон, что удобно, однако сама проволока существенно дороже.

При работе с различными металлами используют разный газ — углекислый при сварке железа, смесь аргона и углекислоты, если работают со сталью, при сварке алюминия — аргон. Газовые баллоны следует применять промышленные либо фирменные.

Полуавтоматы отличаются высокой производительностью, дают прекрасный качественный шов на различных металлах. Недостатками можно отметить разбрызгивание металла и большой расход материалов на угар.

Инверторы

Аппараты этого типа называют также импульсными. Сегодня сварочные инверторы считаются одними из самых распространённых аппаратов из-за своего небольшого веса и общедоступности. И если ещё лет 10 назад инверторы были дороги и не очень надёжны, то сейчас эти недостатки устранены. Использование инверторной методики даёт сегодня уменьшение размеров трансформатора, повышение качественных свойств дуги, оптимизации КПД, снижение разбрызгивания металла при сварке.

Сварочный инвертор состоит из силового трансформатора, назначением которого является снижение сетевого напряжения до нужной величины, блока электросхем и дросселя-стабилизатора, нужного для минимизации пульсаций тока.

Напряжение питающей сети подаётся в инверторе на выпрямитель, на выходе которого блок схем трансформирует постоянный ток в переменный, обладающий высокой частотой. Этот, полученный на выходе силового блока, переменный ток подаётся на сварочный трансформатор высокой частоты, более компактный и лёгкий, чем обычный сетевой преобразователь. Напряжение на выходе сварочного трансформатора снова выпрямляется и подаётся на дугу.

Принцип работы

Действует инвертор по простому принципу, который можно понять, если привести конкретный пример. Обычный аккумулятор работает примитивно и выдает постоянный поток тока, не меняющего своего направления. Если в эту конструкцию добавить переключатель, который на выходе будет менять направление движения электронов, то к прибору будет поступать уже AC. Чтобы сделать его правильным, переключатель должен работать исправно и на протяжении секунды срабатывать не менее 50 раз. В минуту происходит около 3000 изменений в потоке электронов.
Механический инвертор работает несколько иначе и посредством специальных магнитов также быстро изменяет направление тока. Принцип его функционирования напоминает дверной звонок. При нажатии на кнопку человек воздействует на пружину, которая подает сигнал к изменению мощности и потока электроэнергии. При отпускании все возвращается в исходное положение. Устройство также оснащено специальным контроллером, который выполняет и другие функции:

• регулирование напряжения в приспособлении;
• синхронизация частоты переключения;
• обеспечение защиты от перегрузок и поломок.

Благодаря этому даже механическая модель устройства позволяет крупным электроприборам работать бесперебойно.

Аргонодуговой сварочный аппарат

Этот вид оборудования для сварки использует специальные неплавящиеся электроды из вольфрама, газом для защиты служит гелий или аргон.

Аргонодуговой аппарат с использованием вольфрамового электрода содержит следующие компоненты:

• источник, обеспечивающий получение постоянного или переменного сварочного тока;
• приспособление регуляции для работы с током;
• комплект горелок для применения с различными напряжениями;
• управляющая схема, обеспечивающая координацию цикла сварки и защиту;
• стабилизирующее устройство для возбуждения, а также выравнивания дуги.

Агрегаты этого вида применяют, если есть необходимость в качественной сварке цветных металлов.

Общая информация

Сварочные агрегаты – это автономные устройства, применяемые на объектах, где отсутствует прямой доступ к электросети. От традиционных установок они отличаются полной независимостью от электричества и мобильностью, позволяющей легко перемещать их вручную или посредством специального транспорта.

Благодаря этому установки абсолютно незаменимы для проведения работ на открытом воздухе, в том числе и в сложных климатических условиях – в жару и морозы, ветер и дождь, снег и град. Их используют при возведении жилых, промышленных и гидротехнических объектов, для строительства и ремонта, прокладки дорог и геологических исследований, ликвидации последствий аварий и ЧС.

Также автономные сварочные агрегаты применяют в закрытых пространствах с ограниченным или затрудненным доступом к источнику питания. Главное назначение данных аппаратов – нарезка и соединение металлов. Кроме того, они исполняют солидный спектр задач, в том числе по обеспечению электропитанием бытовой и промышленной техники.

Аппарат для точечной сварки

Сварка точечным способом является одним из видов контактных сварок термомеханического класса. Сам процесс состоит из нескольких моментов. Для начала детали, сложенные необходимым образом, помещаются между электродами и сжимаются друг с другом, после чего нагреваются до момента достижения пластичности и совместно деформируются. Скорость сварки в условиях завода — до 10 точек в секунду.

Детали разогреваются при помощи мгновенного (0,01–0,1 сек.) импульса тока сварки. Этот быстрый импульс даёт возможность достичь разогрева металла до расплавления, что приводит к возникновению объединённой для обеих деталей жидкой зоны. После прекращения действия тока детали по-прежнему совмещены, прижаты друг к другу до снижения температуры и отвердевания расплавленной точки. Сжатие деталей прекращается с задержкой по времени, для создания условий лучшей кристаллизации металла.

Достоинствами точечной сварки можно выделить экономичность, надёжность и прочность шва, несложность достижения автоматизации. К сожалению, подобного вида сварочный шов не обладает герметичностью, что ограничивает сферу его использования.

Аппарат для газовой резки и сварки

Газовая сварка предполагает нагрев детали до расплава пламенем высокой температуры. При этом применяются горючие газы — водород, природный газ, ацетилен. Отличительным свойством этих газов является хорошее горение на воздухе. Чаще всего в газосварочных аппаратах используют ацетилен, легко получаемый с помощью карбида кальция и воды. Температура горения этого газа 3200–3400 °C.

Достоинства газовой сварки и резки металлов:

1. Несложная технология.
2. Не требуется доступ к электрической сети, нет необходимости в использовании электрического тока.
3. Оборудование, на базе которого выполняется сварка, достаточно несложно.

Следует, однако, отметить, что газовая сварка не обеспечит высокую скорость работ и производительность, ведь выполняется лишь вручную.

Серьёзное внимание при газовой сварке уделяется подготовке деталей, регулированию мощности горелки, установке её в нужное положение.

Основные параметры

Технические характеристики инверторных аппаратов позволяют проводить сварку в стабильном режиме. При возможных перепадах напряжения в питающей сети, снижении напряжения во время работы генератора процесс сварки не прерывается. Использования микропроцессора обеспечивает малый вес агрегата. Главные технические характеристики инвертора и его рабочие параметры:

• масса;
• мощность;
• выходной сварочный ток (минимальные и максимальные показатели);
• напряжение питания, тип используемой сети;
• диаметр электрода.

В зависимости от характеристик и параметров использования сварочные инверторы классифицируются:

• полуавтоматические;
• ручной дуговой сварки;
• для плазменной резки металла;
• для аргонодуговой сварки.