Доступно о сварочных аппаратах и сварке

Доступно о сварочных аппаратах и сварке.

Самостоятельно сделать прочную конструкцию из металлического уголка или швеллера: шкафчик для инструмента или для газовых баллонов, каркас скамейки или парника, ворота или калитку, отремонтировать садовый инвентарь удобнее всего с помощью сварки. Обычно при упоминании этого процесса возникают следующие ассоциации: громоздкий сварочный аппарат на колесах и яркие вспышки со снопом искр, от взгляда на которые в глазах «прыгают зайчики».

При необходимости приобрести сварочный аппарат, многих смущают внушительные габариты и другие неудобства в использовании этого «монстра» в домашнем хозяйстве. Вряд ли кому-нибудь доставит особое удовольствие пользоваться сварочным аппаратом «Сварис», перенося его за две металлические ручки по бокам, при весе 35 кг и размерах 310x280x510 мм.

В последнее время в продаже появились бытовые сварочные аппараты, которые настолько меньше промышленных по весу и размерам, что кажутся почти игрушечными. Их можно переносить за специальную ручку или на ремне через плечо без особых усилий. У вас не будет проблем при выделении места для постоянного хранения такого аппарата. Работа же с ним настолько проста, что каждый желающий может овладеть искусством сварки.

Процесс дуговой сварки основан на явлении электрической дуги, при котором кромки свариваемых металлических частей расплавляются дуговым разрядом между электродом и металлом в месте соединения. При постепенном перемещении электрода вдоль свариваемой кромки двух деталей, отдельные точки сварки сливаются в шов. При этом необходимо поддерживать определенный зазор между электродом и свариваемыми кромками, поскольку при их касании происходит короткое замыкание, а при слишком большом зазоре дуга гаснет.

В быту наибольшее распространение получила ручная дуговая сварка или сокращенно РДС. Она сопровождается плавлением электрода в форме металлического стержня со специальным покрытием при использовании переменного или постоянного тока. В России ее еще называют сваркой плавящимся одиночным электродом, а за рубежом — сокращенно ММА. Ручной сварку называют потому, что зажигание дуги и поддержание ее стабильной длины, перемещение электрода по мере расплавления на соединяемые детали с образованием шва полностью осуществляет сам сварщик. В этой статье мы ограничимся рассмотрением малогабаритных сварочных аппаратов весом до 20 кг (это делает доступным перенос их одной рукой), рассчитанных на работу от электросети напряжением 220 В, которая имеется в каждом доме.

Температура в зоне дуги обычно доходит до 6000

7000 градусов и определяется силой сварочного тока, которая при ограниченном весе сварочного аппарата не превышает 160-200 А. Для достижения такой силы тока напряжение на выходе сварочного аппарата снижают до 48-90 В (напряжение холостого хода Uхх), этого достаточно для зажигания дуги и безопасно для жизни сварщика. Напряжение снижают с помощью понижающего трансформатора, являющегося неотъемлемой частью сварочного аппарата. Чем больше сила тока при достаточном Uхх, тем больше может быть диаметр электрода, а чем больше диаметр электрода, тем массивнее могут быть свариваемые детали. Ниже приведены примерные соотношения между толщиной свариваемого металла, диаметром электродов и силой сварочного тока.

Чтобы обеспечить такую силу тока, сердечник трансформатора делают массивным, а провод вторичной обмотки — толстым (с площадью сечения более 10 кв. мм). Силу тока при сварке разных материалов приходится подбирать из приведенных в таблице диапазонов, вот почему должно быть предусмотрено устройство для изменения силы тока, а для исключения перегрева встраивают один или несколько вентиляторов. Все это увеличивает вес бытового сварочного аппарата, поэтому производителям приходится придумывать способы его снижения.

Самый простой способ — ограничение времени работы трансформатора. Специальный показатель ПН — продолжительность нагрузки, измеряется в % по отношению к циклу сварки (в России этот цикл — 5 минут, а в Европе — 10 минут). Например, при ПН=60%, процесс осуществляется следующим образом: 3 минуты — сварка, 2 минуты — остывание трансформатора, затем цикл сварки повторяется, а при ПН=20% — 1 минута сварка, а 4 минуты остывание трансформатора. Этот показатель должен быть приведен в любом паспорте на сварочный аппарат, причем при максимальной силе сварочного тока для каждого аппарата ПН=20-60%, а при наименьшей силе тока ПН=100% и обеспечивает непрерывную сварку.

Однако, стремясь уменьшить время простоя трансформатора, нельзя забывать, что прерывание процесса иногда просто необходимо. Во-первых, для периодической установки в электрододержатель нового электрода вместо использованного, а, во-вторых, после 3-5 минут непрерывной сварки обычно возникает необходимость подготовки деталей для дальнейшей работы. При продолжительной же сварке, например, изгороди из сетки «рабица» с уголковым каркасом, эти перерывы мешают. Чтобы мастер не увлекся сваркой и не сжег трансформатор, многие аппараты оснащены устройством термозащиты для автоматического отключения от электросети в случае перегрева.

Гораздо проще осуществляется дуговая сварка на постоянном токе, поскольку в этом случае на дугу меньше влияет частота напряжения сети. Для преобразования тока из переменного в постоянный после трансформатора устанавливается полупроводниковый выпрямитель, к которому добавлены элементы для сглаживания пульсаций выпрямленного тока. Все это значительно увеличивает вес и снижает надежность аппарата. Но есть и свои преимущества: в сварном шве присутствует больше «родного» металла деталей, чем присадочного металла электродов, в результате чего уменьшается количество окалины и, как следствие, обеспечивается более качественное соединение по сравнению с РДС на переменном токе. Сокращается также стоимость работ и расход электродов. Такой аппарат называют сварочным выпрямителем. Им проще работать, но стоит он дороже сварочного трансформатора в 1,5-4 раза.

Все более широкое распространение находят инверторные сварочные выпрямители (инверторы), в которых перед усилением сначала повышают частоту переменного тока до 10-90 кГц. Вес и размеры высокочастотных трансформаторов существенно меньше, чем у их 50-герцевых собратьев. Эта особенность позволяет значительно уменьшить габариты всего инверторного аппарата по сравнению с обычными сварочными трансформаторами и выпрямителями. Ток после инвертора практически постоянный и не зависит от колебаний длины дуги и напряжения, поэтому его силу можно регулировать плавно и подбирать довольно точно. Дугу также можно подбирать от самой «мягкой», которая легко «тянется», до «грубой», которую обычно используют при резке металла. Это позволяет даже непрофессионалу легко освоить сварку, в том числе «капризных» алюминиевых и медных сплавов, или высоколегированной, например, нержавеющей стали.

Существуют инверторы небольшого размера и весом до 10 кг, их можно носить на ремне через плечо и подключать в общую электрическую сеть через предохранитель на 16 А, конечно, с обязательным заземлением корпуса. Но стоимость их самая высокая: в 4-9 раз выше, чем сварочных трансформаторов. На российском рынке можно найти все перечисленные виды сварочных аппаратов для РДС французской фирмы SAF, финской KEMPPI, австрийской FRONIUS, итальянских CEBORA, TELWIN, DECA, шведской ESAB, американской MILLER, а также российских производителей ООО «ЭВМА», ТОО «Линкор», ООО «ТОР», АО «Невская электрическая компания».

Экономичность работы аппарата характеризуют коэффициентом полезного действия (КПД) в % (чем он ближе к 100%, тем дешевле обходится сварка), и коэффициентом мощности («косинус фи», он должен быть как можно ближе к 1). Следует отметить, что эти параметры характеризуют тщательность проработки конструкции сварочного аппарата, поэтому не все фирмы приводят эти значения в паспорте на аппарат.

Для регулирования силы сварочного тока используют устройства с органами управления и со шкалой на панели аппарата, проградуированной либо в амперах, либо в номерах диапазонов (1,2,3. ), либо в диаметрах электрода. В наиболее простых моделях силу тока можно менять переключателем только ступенчато, а в более сложных — плавно, с помощью поворачивающейся рукоятки.

Ряд моделей имеют устройства плавноступенчатого регулирования силы тока: сначала устанавливают соответствующий диапазон изменения силы тока переключателем, а затем более точно подбирают нужную его величину в пределах этого диапазона поворачивающейся рукояткой. Такие устройства увеличивают стоимость сварочного аппарата на 15-20%. Иногда на панели устанавливают амперметр для фиксации точной величины сварочного тока.

Ресурс работы бытовых сварочных аппаратов рассчитан на 250-350 часов работы, после чего обычно необходим профилактический ремонт (перемотка или замена сгоревшего трансформатора, замена выключателя или регулятора сварочного тока и т. д.). Промышленные переносные аппараты (Transpocket 1400, Master 1500, Caddy 130) прослужат без ремонта намного дольше, но они существенно дороже бытовых.

Для наглядности вышесказанного сравним сварочный трансформатор «Сварис» со сварочным выпрямителем «Терминатор». «Терминатор» обеспечивает более высокую силу сварочного тока при габаритах в 3,5 раза и весе почти в 3 раза меньших, чем у «Свариса», при этом сохраняет возможность запуска двигателя автомобиля, но стоит такой аппарат почти в 2 раза дороже.

Сварочные электроды

Наиболее ходовыми являются универсальные сварочные электроды соответствующего диаметра с рутиловым покрытием марок АНО-3, АНО-4, МР-3, МР-4, ОЗС-3, ОЗС-4. Они подходят для сварки конструкций из углеродистых и низколегированных сталей переменным и постоянным током. Для сварки высоколегированных сталей (нержавеющей, жаростойкой), алюминия и его сплавов, меди и ее сплавов используют не только специальные электроды, предназначенные для сварки постоянным током, но и соблюдают определенную полярность их включения, указанную на упаковке, — прямую или обратную. Если вы не исключаете возможность сваривать эти материалы в домашнем хозяйстве, то при покупке сварочного аппарата поинтересуйтесь, предусмотрено ли для него использование соответствующих электродов.

Рекомендации по использованию сварочных аппаратов

В инструкциях по использованию некоторых сварочных аппаратов вместо показателя ПН приведен показатель ПВ—продолжительность включения. Пусть это вас не смущает: его значение полностью совпадает со значением показателя ПН.

Инверторы более чувствительны к уменьшению напряжения в сети, чем сварочные трансформаторы и выпрямители: при снижении напряжения на 15% такой аппарат просто не запускается.

Любой аппарат следует обязательно периодически использовать (хотя бы раз в 3 месяца), поскольку при отсутствии тока в его отдельных элементах, например в конденсаторах, происходят процессы, снижающие работоспособность аппарата. При преимущественном использовании электродов одного диаметра, например 3 мм, лучше приобрести сварочный аппарат, у которого для них ПН=100%.

Установите предохранитель, рассчитанный на ток не менее 16(25) А, и подводящий провод с сечением не менее 2,5 кв. мм при максимальной силе сварочного тока до 140 А, или отдельный щиток с электросчетчиком, рассчитанным на ток не менее 40 А, например модели СО-И-446М, и подводящим проводом с сечением не менее 6 кв. мм при максимальной силе сварочного тока от 160 до 300 А.

При выборе места для щитка учтите, что длина соединительного кабеля от этого щитка к сварочному аппарату должна быть ограничена. Она обязательно указывается в паспорте на аппарат и составляет обычно от 5 до 15 м.

Рекомендации по ведению сварки

Яркость дуги примерно в 10 тысяч раз выше приемлемой для человеческого глаза яркости света, поэтому при сварке используют защитное стекло, что делает неудобным наблюдение за процессом и, особенно, в момент зажигания дуги. Современная маска сварщика оснащена защитным стеклом-«хамелеоном» с сенсорным эффектом: степень пропускания им света резко уменьшается при зажигании дуги, причем эту степень пропускания можно отрегулировать самому.

Сварочный ток зависит от напряжения сети и при падении последнего до 180-200 В следует перейти на сварку электродом меньшего диаметра.

При наличии амперметра на панели управления сварочным аппаратом можно запомнить точное значение подобранного тока при сварке какого-либо металла и в дальнейшем сразу устанавливать это значение при подобных работах, сократив этим время на подбор режима.

При подготовке статьи использованы сведения из ГОСТ 95-77, ГОСТ 304-82, ГОСТ 9466-75 и ГОСТ 9467-75.

Чем регулировать силу сварочного тока

Регулирование силы сварочного тока при дуговой сварке обычно осуществляется с помощью самого источника питания. Все возможные способы регулирования тока можно свести к двум: изменению напряжения холостого хода источника Uxx, изменению электрического сопротивления источника Z.

При сварке на монтаже или при сварке неповоротного стыка трубопровода, особенно малого диаметра, сварщик меняет положение электрода до 180 градусов за время расплавления (сгорания) одного электрода. При этом сварочный ток для одного пространственного положения оказывается неоптимальным для другого.

На многих зарубежных источниках питания предусмотрена регулировка тока во время сварки. К примеру, при TIG сварке зачастую используется педаль, нажатие на которую может регулировать силу тока (рис. 1) [1]. Либо используют пульт ДУ, который сварщик может установить и на горелку для регулировки силы тока сварки [2].

Рис. 1. Виды педалей управления сварочным током

Рис. 2. Виды пультов управления сварочным током

Недостатком всех этих устройств является их неуниверсальность и применимость только для тех источников питания, в которых данная функция предусмотрена изначально. Модернизировать же любой источник питания не представляется возможным. Также все решения производятся за рубежом. В России же это направление только начинает развиваться.

Целью данной работы является разработка универсального регулятора сварочным током непосредственно с горелки.

Результаты исследования и их обсуждение

Главными требованиями к регулятору сварочным током непосредственно с горелки являются:

1. Универсальность. Регулятор должен работать с любым источником питания, независимо от способа сварки. Исходя из этого, регулировка должна происходить воздействием на органы управления источников питания.

2. Безопасность. При работе с данным регулятором сварщик не должен попасть под действие высокого напряжения. То есть органы управления регулятора должны быть гальванически развязаны от силовой части, а используемые напряжения не должны превышать 12 В.

3. Удобство. Регулятор должен прикрепляться к держателю либо горелке и иметь удобное управление. Он не должен утомлять сварщика во время долгой и непрерывной работы.

Сущность устройства заключается в следующем: регулирование параметров (силы тока, например) осуществляется сервоприводом с помощью контроллера, на который приходит сигнал от датчика давления или дополнительной кнопки или реостата. Контроллер может плавно регулировать параметры на время удержания кнопки или изменять угол поворота ступенчато или по заданной программе. В устройстве, представленном в данной статье, использовался датчик давления. Настройки тока сварки и диапазона регулирования проводятся до процесса сварки. Если во время сварки сварщик чувствует несоответствие сварочного тока, то увеличением давления на датчик давления он приведет в движение сервопривод, прикрепленный непосредственно к регулятору сварочного тока. Чем сильней будет давление на датчик давления, тем на больший угол произойдет движение сервопривода, а значит, будет и больше (или меньше) величина сварочного тока. Максимальный угол, на который может отклониться сервопривод, задается до сварки и не может быть превышен. Чувствительность регулятора тоже выбирается заранее. Принципиальная электрическая схема приведена на рис. 3.

Рис. 3. Принципиальная электрическая схема регулятора сварочного тока (Д – датчик; К – кнопка; М – серводвигатель; штриховая линия – сигнал управления)

Рис. 4. Эскиз доработанной сварочной горелки (1 – медная (латунная) направляющая проволоки; 2 – спиральная металлическая «рубашка»; 3 – кнопка «Пуск»; 4 – рукоять; 5 – шланг; 6 – контакты кнопки; 7 – газовый штуцер; 8 – проточка; 9 – ось двигателя; 10 – эксцентрическая ось; 11 – подшипник; 12 – проволока и бобина; 13 – кнопка с датчиком давления)

Рис. 5. Механизм крепления сервопривода к источнику питания (1 – прижим к корпусу; 2 – крепление сервопривода; 3 – вал)

Кнопка служит для предварительной установки режимов. Микроконтроллер осуществляет движение привода исходя из ранее заданной программы и давления на датчик.

В саму горелку датчик давления встраивается непосредственно рядом с кнопкой «Пуск» (рис. 4) либо под ней, под возвратную пружину, которая будет обеспечивать давление на датчик.

Сервопривод крепится к источнику питания посредством вала с двумя лапами по краям, которые прижимаются к стенкам источника питания. На валу установлен кронштейн, который может перемещаться вдоль вала, что дает устройству универсальность использования с любым источником питания (рис. 5). А установка регулятора без разбора источника питания не нарушит гарантийных обязательств.

Второе применение данного устройства – это низкочастотное модулирование сварочного тока. Модулирование сварочного тока предоставляет возможность освободить сварщика от трудоёмкой операции дозирования теплоты и переложить ее на специальное устройство – модулятор. Сварщику остается лишь сосредоточить своё внимание на заполнении разделки шва. Наложение импульсов тока на дугу небольшой мощности при сварке плавящимся электродом позволяет снизить тепловложение, улучшить формирование шва, упростить технику выполнения сварки. Эффективная (средняя) величина тока при этом уменьшается на 20–30 % [3, 4].

Но у данного способа будет ограничена максимальная частота модуляции, которая будет равна скорости движения сервопривода и реакции устройства на изменение. Современные инверторные источники питания имеют малое время реакции, поэтому исключим его из расчета.

Сервопривод имеет скорость вращения в среднем 60 ° за 120 мс. При стандартной ручке регулировки с углом 270 °, угол в 60 ° будет составлять примерно 25 %. То есть для регулирования в диапазоне 50 % необходимо затрачивать в среднем 500 мс на период, то есть максимальная частота будет составлять 2 Гц. К примеру, такие режимы, как SpeedUp [5] от компании Lorch, имеют частоту модуляции от 0,3 до 5 Гц при рекомендованной частоте 1 Гц. При частоте 1 Гц изменение тока будет иметь следующую закономерность (рис. 6).

Рис. 6. Изменение тока по времени при модуляции (I – сила тока, А; t – время, мс)

Как видно из рисунка, средняя сила тока при этом способе будет равна 75 А.

Апробирование устройства осуществлялось при сварке вертикального шва. Образец был собран из пластин толщиной 4 мм с зазором 1 мм. Сварка производилась сварщиком с низкой квалификацией. Сварка осуществлялась «снизу – вверх» без поперечных колебаний и манипуляций электродом. Ток паузы составлял 40 А при длительности 500 мс. Ток импульса достигал 130 А при длительности 300 мс. Средний ток можно высчитать по следующей формуле:

(1)

где Iимп – сила тока во время импульса, Iп – сила тока во время паузы, tимп – длительность импульса, tп – длительность паузы.

Подставляя данные, получим ток, равный 73 А. Электрод LB-52U диаметром 2,6 мм. Сварочный аппарат СОЮЗ САС-97И255М. Внешний вид доработанного источника питания представлен на рис. 7. На рис. 8 приведен внешний вид сварного шва. Как видно по рисунку, отсутствуют шлаковые включения, подрезы и наплывы. Разбрызгивание невелико.

Рис. 7. Фото источника питания с сервоприводом

Рис. 8. Внешний вид сварного шва

Рис. 9. Макрошлиф сварного шва

На рис. 9 показан макрошлиф сварного шва. На нем видно полное проплавление с допустимым ослаблением обратного валика и отсутствие видимых дефектов.

На рис. 10 представлены микрошлифы наплавленного металла (а), зоны термического влияния (б) и основного металла (в). Металл шва – литая структура с небольшой ориентацией. Линия сплавления выражена неявно. В зоне термического влияния наблюдаются небольшие поля перлита. Дефектов в металле шва и зоне термического влияния не наблюдается.

Рис. 10. Микроструктуры (x100) наплавленного металла (а), зоны термического влияния (б) и основного металла (в)

Таким образом, разработанное устройство позволило добиться высокого качества вертикального сварного шва сварщиком с низкой квалификацией.

Дальнейшие исследования будут направлены на удобство регулятора, на апробирование модуляции тока в разных пространственных положениях и сталей, разных толщин. Также данный регулятор будет испытан для механизированной сварки в среде защитных газов.

Выводы

1. Данное устройство позволит без особых затрат доработать любой источник питания как для ручной дуговой, так и для механизированной сварки.

2. Управление тепловложением в сварное соединение позволит выполнять сварку в различных пространственных положениях даже сварщикам с низкой квалификацией.

3. Разработка позволит сварщикам реагировать на изменение условий сварки без прерывания процесса.

Преимущества и недостатки аппаратов переменного тока для сварки

Во всех электрических сварочных аппаратах используется кабель массы и держателя/горелки. Один конец является плюсом, а второй — минусом. При замыкании контактов и удержании их на расстоянии 3-5 мм, образуется электрическая дуга, которой выполняется плавление кромок основного металла. При этом подается дополнительный присадочный металл для заполнения ширины шва:

Но в сварочных агрегатах, генерирующих постоянный и переменный ток, внутри происходят разные физические процессы, определяющие характеристики сварочной дуги. Природа тока при этом тоже отличается.

Что такое полярность?

Говоря о постоянном токе, стоит упомянуть о полярности. Полярность — это направление движения отрицательно заряженных частиц. В физике они всегда движутся от клеммы минуса к клемме плюса. У переменного тока такой четко заданной направленности нет.

В сварочных аппаратах, работающих на постоянном токе, сварщик может выбрать, в какое гнездо установить разъем держателя (горелки), а в какой кабель массы. Поскольку электроны всегда движутся от минуса к плюсу, в каждом случае сварочный ток получит определенные свойства.

При прямой полярности (держатель на минус, а масса на плюс) отрицательно заряженные частицы перемещаются от держателя к изделию. Это содействует:

Прямая полярность актуальна для сварки толстых сталей.

Обратная полярность подразумевает подключение держателя к плюсу, а кабеля массы к минусу. Это запускает электроны в обратном порядке — тепло концентрируется не на изделии, а на кончике электрода, снижая тепловложение на изделии. Обратная полярность применяется при сварке тонких листов железа, чтобы избежать прожогов. Но использование обратной полярности ведет к перегреву кончика электрода и его ускоренному плавлению.

Какие аппараты какой ток вырабатывают

Теперь рассмотрим, какие сварочные аппараты вырабатывают переменный или постоянный сварочный ток.

Именно трансформаторы вырабатывают переменный ток для сварки. Для этого в их конструкции используется две обмотки — первичная и вторичная. Они наматываются на стальной сердечник, который значительно утяжеляет массу аппарата. Переменный ток из бытовой сети 220 V или трехфазной 380 V поступает на первичную обмотку. За счет большого количества витков возникает электромагнитное поле с концентрацией на сердечнике. На вторичную обмотку подается уже сниженное напряжение около 70-90 V и увеличенная сила тока до 160-300 А, в зависимости от количества витков обмотки трансформатора.

Трансформаторы используются только для РДС сварки покрытыми электродами. В зависимости от мощности сварочного тока определяется толщина проплавляемого металла.

Сварочные выпрямители содержат внутри две обмотки трансформатора, но дополнены блоком выпрямления, преобразовывающим переменный ток в постоянный. Чаще всего преобразователи рассчитаны на сеть 380 V, чтобы равномерно нагружать фазы питания.

Выпрямители используются на производствах и в мастерских, где требуется качественный провар толстых металлов 5-20 мм. Но за счет массивной конструкции занимают много места. Часто комплектуются колесами для перемещения по цеху. Чтобы подать их на высоту, предусмотрены петли под крюк крана или тельфера.

Инверторы бывают на 220 и 380 V. У них входящий переменный ток с частотой 50 Гц выпрямляется и сглаживается при помощи фильтра. Затем ток возвращается снова в переменный, но его частота значительно возрастает и составляет 20-50 кГц. Есть модели, способные вывести частоту до 100 кГц. После этого ток снова преобразовывается в постоянный и фильтруется.

Такой процесс обеспечивает чрезвычайно ровный ток, содействующий стабильному горению дуги и высокому качеству шва. Инверторные аппараты применяются при сварке ММА, MIG, TIG. Благодаря компактности внутренних узлов некоторые инверторы весят всего 3-4 кг. Большинство бытовых моделей для РДС не превышает по массе 10 кг. Но есть и промышленные версии с силой тока 400-500 А и весом 30-50 кг.

Большинство инверторных аппаратов работают только с постоянным током, но есть профессиональные версии AC/DC, способные переключаться на переменный ток. Это расширяет их возможности применения.

Трансформатор КаВик ТДМ-252 AL

Выпрямитель ЭСВА ВС-300Б

Инвертор БАРСВЕЛД Profi TIG-217

Разница между сваркой переменным и постоянным током

Понимая отличия переменного и постоянного тока, а также особенности сварочных аппаратов, вырабатывающие их, рассмотрим разницу в сварке.

Дуга на переменном токе горит менее стабильно, возможно случайное затухание при небольшом изменении зазора между электродом и изделием. Присутствует характерный треск. Манипулировать дугой сложнее, порой она «гуляет», труднее задавать форму шва.

При сварке на переменном токе присутствует разбрызгивание металла, дуга «плюется». Электроды на переменном токе расходуются быстрее. Во время выполнения потолочных и вертикальных швов перенос присадочного металла осложняется, некоторая его часть скапывает под действием силы тяжести вниз.

Но сварочные аппараты, работающие на переменном токе, стоят дешевле выпрямителей и инверторов. У них простейшая конструкция и внутренние узлы, которые легко переносят суровые условия на стройке, в гараже, цеху. Ломаться здесь практически нечему — может только сгореть обмотка от перегрева. Если не перегревать трансформатор, то он будет служить долгие годы.

Аппараты не боятся пыли, а регулировка силы тока осуществляется приближением или отдалением первичной обмотки от вторичной. Все элементы простые и надежные, оборудование имеет повышенную ремонтопригодность с низкой стоимостью комплектующих.

Сварка на постоянном токе отличается стабильной дугой, шов вести легче, контролируя чешуйчатость, ширину и высоту валика. Дуга не трещит, а шелестит. Жидкий металл разбрызгивается меньше, капля лучше переносится на изделие. Постоянный ток более удобен для сварки не только в нижнем, но и в вертикальном и в потолочном положении.

Когда входящее напряжение «скачет», аппараты с постоянным током теряют только силу рабочего тока, но дуга остается стабильной. Качество шва уже не зависит на 100% от опытности сварщика, а обеспечивается лучшими характеристиками сварочного тока.

Но инверторы стоят дороже, чем трансформаторы. У них более сложное внутреннее оснащение и дорогостоящий ремонт. Инверторные сварочные аппараты чувствительны к пыли и ударам, тряске. При использовании на стройке или в цеху следует быть осторожным, а также регулярно продувать внутренние схемы от пыли.

Области применения

Исходя из этого сравнения работы аппаратов с переменным и постоянным током можно сделать вывод, что трансформатор подойдет для периодической сварки неответственных конструкций из малоуглеродистых сталей. Желательно, чтобы сварка велась в нижнем положении. При этом у сварщика должна быть определенная квалификация, иначе швы будут очень плохими. Трансформатор «выживет» в строительных условиях, частых транспортировках, запыленных помещениях. Это оптимальный варит для дачи, гаража, чтобы сэкономить.

Источник видео: Виталий М

Но трансформаторы с переменным током могут пригодиться и для профессиональных задач. Например, при сварке покрытыми электродами алюминия или ржавого металла, который невозможно очистить. Они лучше инверторов, поскольку постоянное изменение направления движения электронов содействует разрушению оксида алюминия или загрязнений на поверхности. Постоянный ток на такое не способен (только в сочетании с импульсом)

Инверторы лучше подойдут для новичков, чтобы учиться варить. С ними легче работать во всех пространственных положениях, а также сваривать:

Изменение полярности поможет сварить тонкий металл 1-2 мм без прожогов. Но за инверторами требуется более тщательный уход и бережное обращение, иначе частые поломки дорого обойдутся.

Для профессиональной деятельности или частной мастерской лучше купить сварочные аппараты AC/DC. Переключаясь с переменного на постоянный ток, вы сможете качественно варить любые металлы и наслаждаться приятным шелестом электрической дуги.

Советы по выбору

Выбирая сварочный аппарат переменного тока, обращайте внимание на следующие характеристики:

Не забудьте про качественную маску для сварки, чтобы хорошо видеть сварочную ванну и защитить при этом глаза. Чтобы швы были прочные даже на переменном токе, важны хорошие электроды. Лучше выбирайте с рутиловым или основным покрытием. Они отлично плавятся и содействуют переносу капли металла. Никогда не покупайте для «переменки» электроды с целлюлозным покрытием.

Ответы на вопросы: преимущества и недостатки аппаратов переменного тока для сварки

Регулировка силы тока возможна двумя способами. Первый — плавный, путем вращения рукоятки на корпусе. Она сводит и разводит катушки первичной и вторичной обмотки между собой, от чего изменяется электромагнитное поле. Если нужно убавить ток — вращайте ручку против часовой стрелки. Для добавления силы тока, крутите ручку по часовой стрелке.

Второй способ — ступенчатый. Он есть только у промышленных версий и заключается в переключении витков обмотки. Механизм действует быстро, но не позволяет установить точных значений. У большинства трансформаторов нет дисплея, поэтому дугу нужно пробовать на черновом металле каждый раз после изменения настроек.

Способы регулировки сварочного тока

Качество сварного шва в значительной мере зависит от характеристик электрической дуги. Для каждой толщины металла, в зависимости от его вида требуется определенной силы сварочный ток.

Кроме этого, важна вольтамперная характеристика аппарата для сварки, от этого зависит качество электрической дуги. Для резки металла тоже требуются свои значения электротока. То есть любой сварочный аппарат должен обладать регулятором, управляющим мощностью сварки.

Способы регулирования

Управлять током можно по-разному. Основные способы регулирования такие:

• введение резистивной или индуктивной нагрузки во вторичную обмотку сварочного аппарата;
• изменение количества витков во вторичной обмотке;
• изменение магнитного потока аппарата для сварки;
• использование полупроводниковых приборов.

Схематических реализаций этих способов множество. При изготовлении аппарата для сварки своими руками каждый может выбрать себе регулятор по вкусу и возможностям.

Резистор или индуктивность

Регулировка сварочного тока с использованием сопротивления или катушки индуктивности является самой простой и надежной. К держателю сварочных электродов последовательно подключают мощный резистор или дроссель. За счет этого меняется активное или индуктивное сопротивление нагрузки, что приводит к падению напряжения и изменению сварочного тока.

Регуляторы в виде резисторов применяют для улучшения вольтамперной характеристики сварочного аппарата. Используется набор мощных проволочных сопротивлений или один резистор, выполненный из толстой нихромовой проволоки в виде спирали.

Для изменения сопротивления специальным зажимом их подключают к определенному витку провода. Резистор выполняется в виде спирали для уменьшения габаритов и удобства использования. Номинал резистора не должен превышать 1 Ом.

Переменный ток в определенные моменты времени имеет нулевые или близкие к нему значения. В это время получается кратковременное гашение дуги. При изменении промежутка между электродом и деталью может произойти прилипание или полное ее гашение.

Для смягчения режима сваривания и соответственно получения качественного шва применяют регулятор в виде дросселя, который включается последовательно с держаком в выходной цепи аппарата.

Дополнительная индуктивность вызывает сдвиг фаз между выходным током и напряжением. При нулевых или близких к нему значениях переменного тока напряжение имеет максимальную амплитуду и наоборот. Это позволяет поддерживать стабильную дугу и обеспечивает надежное ее зажигание.

Дроссель можно изготовить из старого трансформатор. Используется только его магнитопровод, все обмотки удаляются. Вместо них наматывают 25-40 витков толстого медного провода.

Данный регулятор был широко распространен при использовании трансформаторных аппаратов переменного тока благодаря своей простоте и наличию комплектующих. Недостатками дроссельного регулятора сварочного тока являются небольшой диапазон управления.

Изменение количества витков

При этом методе регулировка характеристик дуги осуществляется благодаря изменению коэффициента трансформации. Коэффициент трансформации позволяют изменить дополнительные отводы из вторичной катушки. Переключаясь с одного отвода на другой можно менять напряжение в выходной цепи аппарата, что приводит к изменению мощности дуги.

Регулятор должен выдерживать большой сварочный ток. Недостатком является трудность нахождения коммутатора с такими характеристиками, небольшой диапазон регулировок и дискретность коэффициента трансформации.

Изменение магнитного потока

Данный способ управления используется в трансформаторных аппаратах сварки. Изменяя магнитный поток, меняют коэффициент полезного действия трансформатора, это в свою очередь меняет величину сварочного тока.

Регулятор работает за счет изменения зазора магнитопровода, введения магнитного шунта или подвижности обмоток. Изменяя расстояние между обмотками, меняют магнитный поток, что соответственно сказывается на параметрах электрической дуги.

На старых сварочных аппаратах на крышке находилась рукоятка. При ее вращении вторичная обмотка поднималась или опускалась за счет червячной передачи. Этот способ практически изжил себя, он использовался до распространения полупроводников.

Полупроводниковые приборы

Создание мощных полупроводниковых приборов, способных работать с большими токами и напряжениями, позволило разработать сварочные аппараты нового типа.

Они стали способны менять не только сопротивление вторичной цепи и фазы, но и изменять частоту тока, его форму, что также влияет на характеристики сварочной дуги. В традиционном трансформаторном сварочном аппарате используется регулятор сварочного тока на базе тиристорной схемы.

Регулировка в инверторах

Сварочные инверторы – это самые современные аппараты для электродуговой сварки. Использование мощных полупроводниковых выпрямителей на входе устройства и последующей трансформации переменного тока в постоянный, а затем в переменный высокой частоты позволил создать устройства компактные и мощные одновременно.

В инверторных аппаратах основным регулятором является изменение частоты задающего генератора. При одном и том же размере трансформатора мощность преобразования напрямую зависит от частоты входного напряжения.

Чем меньше частота, тем меньшая мощность передается на вторичную обмотку. Ручка регулировочного резистора выводится на лицевую панель инвертора. При ее вращении изменяются характеристики задающего генератора, что приводит к изменению режима переключения силовых транзисторов. В итоге получается требуемый сварочный ток.

При использовании инверторных сварочных полуавтоматов настройка происходит так же, как и при использовании ручной сварки.

Кроме внешних регуляторов в блоке управления инвертором предусмотрены еще много различных управляющих элементов и защит, обеспечивающих стабильную дугу и безопасную работу. Для начинающего сварщика лучшим выбором будет инверторный аппарат для сварки.

Применение тиристорной и симисторной схемы

После создания мощных тиристоров и симисторов их стали использовать в регуляторах силы выходного тока в сварочных аппаратах. Они могут устанавливаться в первичной обмотке трансформатора или во вторичной. Суть их работы заключается в следующем.

На управляющий контакт тиристора со схемы регулятора поступает сигнал, открывающий полупроводник. Длительность сигнала может изменяться в больших пределах, от 0 до длительности полупериода тока протекающего через тиристор.

Управляющий сигнал синхронизирован с регулируемым током. Изменение длительности сигнала вызывает обрезание начала каждого полупериода синусоиды сварочного тока. Увеличивается скважность, в результате средний ток уменьшается. Трансформаторы очень чувствительны к такому управлению.

Такой регулятор имеет существенный недостаток. Время нулевых значений увеличивается, что приводит к неравномерности дуги и ее несанкционированному гашению.

Для уменьшения негативного эффекта дополнительно приходится вводить дроссели, которые вызывают фазовый сдвиг между током и напряжением. В современных аппаратах данный метод практически не используются.