Технические характеристики и классификация сварочного оборудования

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.

Что нужно для процесса сварки?

Чтобы соединить металлы в одно целое, люди догадались нагреть их до очень высокой температуры, достигнув тем самым текучести материала. Накаливание становится возможным из-за прохождения через проводник-электрод тока. Но переменное напряжение непостоянно, поэтому шов может быть некачественный и неровный.

Регулирование дуги происходит через изменение величины силы тока. Поэтому постоянный ток был бы идеальным вариантом для получения равномерного и качественного шва. Его можно получать от аккумуляторов, химических батарей или генераторов. Но сварочные аппараты подключены в сеть именно переменного тока, и для понижения напряжения в их конструкции предусмотрены трансформаторы, которые могут регулировать его величину.

Через трансформатор сварочного аппарата проходит переменный ток от электросети, который на выходе становится постоянным. Этого хватает для создания электрической дуги. После этого становится возможным процесс сварки.

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.

Технологические приспособления

Применение сборочно-сварочных приспособлений снижает трудоемкость сборочных операций, уменьшает остаточные деформации, повышает качество конструкций и упрощает контроль и приемку собранных конструкций. Правильно спроектированное и изготовленное приспособление должно отвечать следующим требованиям: быть удобным в эксплуатации, обеспечивать проектные размеры изделия, быструю установку элементов и съем собранного или сваренного изделия, иметь невысокую стоимость и удовлетворять требованиям техники безопасности при выполнении сборочных и сварочных работ. Тип приспособления определяется серийностью производства и степенью сложности конструкции. В единичном производстве обычно применяют универсальные приспособления. В серийном производстве, в зависимости от количества изготовляемых однотипных изделий, используют как универсальные, так и специализированные приспособления. В массовом производстве распространены приспособления различных типов, от простых до сложных, быстродействующих, с элементами автоматики.

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.

Правила выбора прибора

Правила выбора прибора зависят от того, какой именно сварочный аппарат будет использоваться.
Так, при покупке трансформаторов рекомендуется обращать внимание на следующие моменты:

• Рабочее напряжение. Для домашнего использования подойдут трехфазные или однофазные приборы 380/220 В. Можно также приобрести универсальный агрегат, который подходит к любому типу напряжения.
• Мощность устройства. Не обязательно приобретать прибор самой высокой мощности. Главное, чтобы аппарат подходил к домашней сети.
• Параметры рабочих токов и размер электродов. В этом случае все зависит от того, для какого материала будет использоваться прибор.
• Габариты агрегата. Чем меньше размер, тем легче будет выбрать для хранения прибора и транспортировать его.

При выборе выпрямителей рекомендуется ориентироваться на такие моменты:

• Наличие импульсного выпрямительного тока. Только в этом случае устройства гарантируют стабильную дугу и минимальное разбрызгивание металла. Кроме того, такие приборы формируют качественный шов и не требуют частой замены расходников.
• Рабочее напряжение. Оно должно подходить к домашней сети.
• Принципы регулировки режимов сварки. Это обеспечивает удобство выполняемой процедуры.

Каким сварочным аппаратом пользуетесь Вы?

ПолуавтоматомИнверторным

Критерии выбора инверторных сварочных аппаратов:

• Рабочее напряжение. Оно должно подходить к домашней сети.
• Характеристики токов и режимов сварки. В этом случае все зависит от того, для какой толщины материала будет использован прибор.
• Продолжительность включения ПВ. От этого показателя будет зависеть то, как долго будет функционировать устройство при максимальном токе. Чем он больше, тем лучше.
• Мощность. От этого показателя зависит тот момент, можно ли использовать кабель для подключения прибора и будет ли работать устройство, не вызывая скачков напряжения.
• Диапазон питающего напряжения. От этого показателя зависит возможность использования прибора при перепадах напряжения.
• Дополнительные опции. Они повышают функциональность и удобство применения агрегатов.

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.

Виды сварочного оборудования

• Электродуговая сварка. Один из способов соединения деталей электрической дугой при помощи сварочного трансформатора или инвертора. Температура дуги достигает значений более 5000 градусов – это выше температуры плавления любого известного металла. (Есть даже инверторные сварочные аппараты с пускозарядным устройством.)

• 
  Полуавтоматическая сварка. Процесс сваривания, при котором электрод в виде сварочной проволоки подается непрерывно в место сварки с выбранной скоростью, куда также поступает активный или инертный газ для защиты расплава металла от негативного воздействия воздушной среды. Подробнее про полуавтоматы здесь.

• Ручная дуговая сварка (mma). Осуществление сварочного процесса при помощи покрытого металлического электрода. Ручное дуговое сваривание относится к наиболее старому и универсальному методу дуговой сварки. Узнать больше об аппаратах mma сварки.
• Сваривание под флюсом. Оборудование по данной технологии работает по методу сваривания электрической дугой. Образующаяся между деталью и бесконечным электродом дуга, не видна, так как она вместе с ванной расплавленного металла находится под слоем зернистого флюса. Шлак из расплавленного флюса осуществляет защиту зоны сваривания от влияния атмосферы.

• Газопламенная сварка. Оборудование газопламенной сварки обеспечивает плавление основного металла и присадочного материала в открытом пламени горелки. Постоянная работа такой горелки обеспечивается подачей одного или смеси горючих газов (жидкости) в смеси с кислородом.

• 
  Электрошлаковая сварка. В основе работы оборудования электрошлаковой сварки лежит принцип проводимости расплавленного шлака, в объеме которого выделяется теплота при прохождении сварочного тока. Электрод с основным металлом связан через расплавленный шлак электрически. Благодаря выделяющейся в шлаковой ванне теплоты, температура поднимается выше плавления металлов. В результате кромки основного металла с электродом оплавляются и стекают на дно расплава с образованием ванны расплавленного металла.

• Термитная сварка. Технология термитной сварки обеспечивается порошкообразной смесью магния или алюминия при соединении с окалиной железа. В процессе реакции алюминий восстанавливает железо с окалины с выделением огромного количества тепла.

• Аргонодуговая сварка (TIG). Осуществляется в среде аргона – инертного газа. Может проводиться посредством плавящегося или неплавящегося электрода (применяется обычно вольфрамовый электрод).
• Плазменная сварка. В таком оборудовании для расплавления металла и присадки используется поток высокотемпературной плазменной дуги. Технология плазменной сварки во многом напоминает

  
  аргонодуговую сварку. (Узнать больше)

• Электронно-лучевая сварка. Для осуществления данного вида сварки применяется оборудование, преобразующее кинетическую энергию направленного в зону обработки пучка электронов в тепловую.
• Лазерная сварка. Сущность работы лазерного оборудования заключается в использовании энергии лазерного луча, который можно сконцентрировать и сфокусировать при помощи оптических линз на небольшом участке.
• Контактная сварка (стыковая сварка сопротивлением). Оборудование, которое обеспечивает образование неразъемных соединений металлических изделий методом

  
  нагрева их проходящим электрическим током при пластической деформации усилием сжатия зоны соединения. При контактной сварке решающая роль принадлежит электрическому сопротивлению зоны соединения, что является основанием для второго названия – электрическая стыковая сварка сопротивлением.

• Точечная сварка. Является разновидностью контактной сварки, методом соединения деталей по отдельным участкам соприкосновения, ограниченным площадью рабочих торцов электродов, которые передают усилие сжатия и подводят электрический ток. (Узнать больше)
• Стыковая сварка. Специальное оборудование стыковой сварки используется для соединения деталей из ПВХ, полиэтилена, полибутена по плоскости касания. Детали (фитинги, трубы) между собой при нагревании легко свариваются.
• Стыковая сварка непрерывным оплавлением. Оборудование контактной стыковой сварки обеспечивает эффективную технологию соединения стержней в результате подключения к ним электрического напряжения и при последующем соприкосновении образуют электрическую замкнутую цепь.

• 
  Диффузионная сварка. Оборудование диффузионной сварки обеспечивает соединение деталей за счет сдавливания и нагрева соединяемых деталей без расплавления основного металла. Сваривание происходит в результате пластического деформирования имеющихся микронеровностей на поверхности свариваемых изделий при температурах ниже значений температуры плавления.

• Сварка высокочастотными токами. Особенность оборудования сварки высокочастотными токами заключается в обеспечении значительного концентриривания электромагнитной энергии в поверхностных слоях нагреваемого изделия и выделении тепловой энергии в массе обрабатываемого металла вследствие эффекта близости и поверхностного эффекта.

• 
  Сварка трением. Процесс сварки трением является разновидностью сварки давлением, нагрев при которой осуществляется трением при перемещении (вращении) какой либо части свариваемого изделия.

Однако для выполнения качественного сварочного процесса основного оборудования будет недостаточно, поэтому очень важно правильно подобрать для этого дополнительное оборудование, оснастку и расходные материалы. К ним относятся электроды, щетки для съема шлака, сварочные маски, клеммы заземления, держатели электродов, электрические кабели, проволока, протяжные ролики и горелки и прочие необходимые элементы. От правильно выбранного оборудования, как основного, так и дополнительного, зависит качество сварного соединения и шва.

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.