AC
(англ. alternating current) - переменный ток.
DC
(англ. direct current) - постоянный ток.
MMA
(англ. Manual Metal Arc) - ручная дуговая сварка штучными электродами. Известна у нас под названием РДС.
TIG
(англ. Tungsten Inert Gas) - ручная сварка вольфрамовыми неплавящимися электродами в среде защитного газа (аргона).
MIG/MAG
(англ. Metal Inert/Active Gas) - полуавтоматическая дуговая сварка плавящейся электродной проволокой в среде инертного (MIG) или активного (MAG) газа с автоматической подачей проволоки.
ПВ
(ПР, ПН, ПВР) - продолжительность включения - время, которое аппарат способен работать при определенном токе (ток указывается вместе с ПВ) до автоматического отключения из-за перегрева. Значение ПВ указывается в процентах по отношению к стандартному циклу, принимаемому равным 10 или 5 минутам. Если ПВ равно 50%, это означает, что при цикле 10 минут, после 5 минут непрерывной работы требуется 5 минут простоя для охлаждения аппарата. Этот параметр может быть равен и 10%, поэтому на него нужно обязательно обращать внимание. В понятия: продолжительность включения (ПВ), продолжительность работы (ПР), продолжительность нагрузки (ПН) вкладывают разный смысл, но суть одна - непрерывность сварки.
Простая для понимания схема сварочного трансформатора имеет следующий вид:
Простая схема сварочного трансформатора: 1 - трансформатор; 2 - реактор с переменной индуктивностью; 3 - электрод; 4 - свариваемая деталь.
Для ограничения тока короткого замыкания и устойчивого горения дуги трансформатор должен иметь круто падающую внешнюю вольт-амперную характеристику (. Для этого либо используют трансформаторы с увеличенным рассеянием, вследствие чего сопротивление при коротком замыкании оказывается у них в несколько раз больше, чем у обычных силовых трансформаторов. Либо в цепь с трансформатором с нормальным рассеянием включают реактивную катушку с большим индуктивным сопротивлением - дроссель (дроссель может быть включен не в цепь вторичной обмотки, а в цепь первичной, где меньше ток). Если у дросселя можно изменять индуктивность, регулируя её, изменяют форму внешней вольт-амперной характеристики трансформатора и ток дуги I 21 или I 22 , соответствующий напряжению дуги Uд.
Регулирование сварочного тока . Сила тока в сварочных трансформаторах может регулироваться изменением индуктивного сопротивления цепи (амплитудное регулирование с нормальным или увеличенным магнитным рассеянием) или с помощью тиристоров (фазное регулирование).
В трансформаторах амплитудного регулирования, необходимые параметры сварочного тока обеспечиваются перемещением подвижных катушек, магнитных шунтов или с помощью отдельной реактивной катушки как на рисунке выше. При этом синусоидальная форма переменного тока не изменяется.
Схема сварочного трансформатора с подвижными обмотками: 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная, 3 - стержневой магнитопровод, 4 - винтовой привод.
Схема сварочного трансформатора с подвижным магнитным шунтом: 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная, 3 - стержневой магнитопровод, 4 - подвижный магнитный шунт, 5 - винтовой привод.
Может быть простое переключение количества используемых витков обмотки трансформатора, для уменьшения напряжения холостого хода и следовательно тока сварки.
Трансформаторы с тиристорным (фазовым) регулированием состоят из силового трансформатора и тиристорного фазорегулятора с двумя встречно-параллельными тиристорами и системой управления. Принцип фазового регулирования состоит в преобразовании синусоидальной формы тока в знакопеременные импульсы, амплитуда и длительность которых определяются углом (фазой) включения тиристоров.
Схема сварочного трансформатора с тиристорным управлением. БЗ - блок задания, БФУ - блок фазового управления.
Применение тиристорного фазорегулятора позволяет получить сварочный аппарат, характеристики которого выгодно отличаются от характеристик трансформатора с амплитудным регулированием. В более сложных схемах управления, чем на рисунке выше, формируется переменный ток прямоугольной формы. А при этом, например, достигается повышенная скорость перехода импульса через нулевое значение, вследствие чего уменьшается время безтоковых пауз и повышается устойчивость горения дуги и качество сварного шва. Что нельзя сказать про осциллограмму изображенную выше, на ней безтоквые промежутки больше чем у трансформаторов с амплитудным регулированием и качество сварки хуже.
Другое достоинство тиристорных аппаратов заключается в простоте и надежности силового трансформатора. Отсутствие стальных шунтов, подвижных частей и связанных с ними повышенных вибраций делает трансформатор простым в изготовлении и долговечным в работе.
По типу питающей сети сварочные трансформаторы бывают однофазными и трехфазными. Последние, как правило, могут подключаться и к однофазной сети. На рисунке ниже представлены однофазный и трехфазный трансформаторы с регулированием тока магнитным шунтом.
Достоинства и недостатки сварочных трансформаторов . К достоинствам сварочных трансформаторов относятся сравнительно высокий КПД (70-90%), простота эксплуатации и ремонта, надежность и дешевизна.
Список недостатков более обширен. Прежде всего, это низкая стабильность горения дуги, обусловленная свойствами самого переменного тока (наличие безтоковых пауз при переходе электрического сигнала через ноль). Для качественной сварки необходимо использовать специальные электроды, предназначенные для работы при переменном токе. Отрицательно сказываются на стабильности горения дуги и колебания входного напряжения.
Сварочным трансформатором нельзя варить нержавеющую сталь, которая требует постоянного тока, и цветные металлы.
Если мощность сварочного аппарата переменного тока достаточно велика, его вес может доставлять определенные трудности при переносе трансформатора с места на место.
И, тем не менее, недорогой, надежный и неприхотливый сварочный трансформатор - не такой уж плохой выбор для дома. Особенно в том случае, если варить приходится редко, а средств на покупку более функциональной модели не хватает.
Сварочные выпрямители
Сварочные выпрямители - это аппараты, преобразующие переменное напряжение сети в постоянное напряжение электросварки. Существует множество схем построения сварочных выпрямителей с различными механизмами формирования выходных параметров тока и напряжения. Используются различные способы регулирования тока и формирования внешней вольт-амперной характеристики выпрямителей (про вольт-амперную характеристику читайте в конце статьи) : изменение параметров самого трансформатора (подвижные катушки и секционированные обмотки, магнитные шунты), использование дросселя, фазное регулирование с помощью тиристоров и транзисторов. В наиболее простых аппаратах регулирование тока осуществляется трансформатором, а для его выпрямления используются диоды. Силовая часть таких аппаратов состоит из трансформатора, выпрямительного блока на неуправляемых вентилях и сглаживающего дросселя.Блок-схема сварочного выпрямителя: T - трансформатор, VD - выпрямительный блок на неуправляемых вентилях, L - сглаживающий дроссель.
Трансформатор в такой схеме используется для понижения напряжения, формирования необходимой внешней характеристики и регулирования режима. К более современным и совершенным устройствам относятся тиристорные выпрямители, в которых регулирование режима обеспечивается тиристорным выпрямительным блоком, осуществляющим фазовое управление моментом включения тиристоров. Формирование необходимых внешних характеристик производится введением обратных связей по сварочному току и выходному напряжению.
Блок-схема сварочного выпрямителя: T - трансформатор, VS - тиристорный выпрямительный блок, L - сглаживающий дроссель.
Иногда тиристорный регулятор устанавливают в цепи первичной обмотки трансформатора, тогда выпрямительный блок может быть собран из неуправляемых вентилей - диодов.
Блок-схема сварочного выпрямителя: VS - тиристорный выпрямительный блок, T - трансформатор, VD - выпрямительный блок на неуправляемых вентилях, L - сглаживающий дроссель.
Полупроводниковые элементы выпрямителей нуждаются в принудительном охлаждении. Для этого на них помещают радиаторы, обдуваемые вентилятором.
На рисунке ниже приведена схема сварочного выпрямителя, в котором изменение сопротивления трансформатора и регулирование тока обеспечивается с помощью магнитного шунта - его смыканием или размыканием с помощью ручки на передней панели аппарата.
Принципиальная электрическая схема сварочного выпрямителя с магнитным шунтом: А - автоматический выключатель, Т - трансформатор, Др - магнитный шунт, Л - светосигнальная арматура, М - электровентилятор, VD - диодный выпрямительный блок, RS - шунт, PA - амперметр.
Однофазные схемы выпрямления переменного напряжения используются в цепях с небольшой потребляемой мощностью. По сравнению с однофазными, трехфазные схемы обеспечивают существенно меньшую пульсацию выпрямленного напряжения. Работа трехфазной мостовой схемы выпрямления Ларионова с использованием диодов, применяемая во многих сварочных выпрямителях, показана на рисунке ниже.
Достоинства и недостатки сварочных выпрямителей . Основное преимущество выпрямителей, по сравнению с трансформаторами, заключается в использовании в них для сварки постоянного тока, обеспечивающего надежность зажигания и устойчивость горения сварочной дуги и, как следствие, более качественный шов. Имеется возможность варить не только углеродистую и низколегированную, но и нержавеющую сталь, и цветные металлы. Немаловажно и то, что сварка выпрямителем дает меньшее количество брызг. В сущности, этих преимуществ вполне достаточно для однозначного ответа на вопрос, какой сварочный аппарат выбрать - трансформатор или выпрямитель. Если, разумеется, не принимать во внимание цен.
К недостаткам следует отнести относительно большой вес аппаратов, потерю части мощности, сильную "просадку" напряжения в сети при сварке. Последнее относится и к сварочным трансформаторам.
Сварочные инверторы
Слово "инвертор" в своем исходном значении означает устройство для преобразования постоянного тока в переменный. На рисунке ниже приведена упрощенная схема сварочного аппарата инверторного типа.
Блок-схема сварочного инвертора: 1 - сетевой выпрямитель, 2 - сетевой фильтр, 3 - преобразователь частоты (инвертор), 4 - трансформатор, 5 - высокочастотный выпрямитель, 6 - блок управления.
Работа сварочного инвертора происходит следующим образом. Переменный ток частотой 50 Гц поступает на сетевой выпрямитель 1. Выпрямленный ток сглаживается фильтром 2 и преобразуется (инвертируется) модулем 3 в переменный ток с частотой в несколько десятков кГц. В настоящее время достигаются частоты в 100 кГц. Именно этот этап является самым важным в работе сварочного инвертора, позволяющим добиться огромных преимуществ по сравнению с другими типами сварочных аппаратов. Далее с помощью трансформатора 4 высокочастотное переменное напряжение понижается до значений холостого хода (50-60В), а токи повышаются до величин, необходимых для осуществления сварки (100-200А). Высокочастотный выпрямитель 5 выпрямляет переменный ток, который совершает свою полезную работу в сварочной дуге. Воздействуя на параметры преобразователя частоты, регулируют режим и формируют внешние характеристики источника.
Процессы перехода тока из одного состояния в другое контролируются блоком управления 6. В современных аппаратах эта работа выполняется транзисторными модулями IGBT, являющимися самыми дорогими элементами сварочного инвертора.
Система управления с помощью обратных связей формирует идеальные выходные характеристики для любого способа электросварки (про вольт-амперную характеристику читайте в конце статьи) . Благодаря высокой частоте, вес и размеры трансформатора снижаются в разы.
По своей функциональности выпускаются инверторы следующих типов:
- для ручной дуговой сварки (ММА);
- для аргонно-дуговой сварки неплавящимся электродом (TIG);
- для полуавтоматической сварки в среде защитных газов (MIG/MAG);
- универсальные аппараты для работы в режимах ММА и TIG;
- полуавтоматы для работы в режимах ММА и MIG/MAG;
- аппараты для воздушно-плазменной резки.
Как видно, значительную часть объема занимают радиаторы системы охлаждения.
Достоинства инверторов . Достоинства сварочных инверторов велики и многочисленны. Прежде всего, впечатляет их малый вес (4-10 кг) и небольшие размеры, позволяющие легко перемещать аппарат от одного места сварки к другому. Это достоинство обусловлено меньшим размером трансформатора благодаря большой частоте преобразуемого им напряжения.
Исключение из схемы силового трансформатора позволило также избавиться от потерь на нагрев обмоток и перемагничивание железа сердечника и добиться высокого КПД (85-95%) и идеального коэффициента мощности (0,99). При сварке электродом диаметром 3 мм потребляемая из сети мощность для сварочного аппарата инверторного типа не превышает 4 кВт, а для сварочного трансформатора или выпрямителя эта цифра равна 6-7 кВт.
Инвертор способен воспроизводить практически все виды внешних вольт-амперных характеристик. Это означает, что с его помощью можно выполнять все основные виды сварок - MMA, TIG, MIG/MAG. Аппарат обеспечивает сварку легированных и нержавеющих сталей и цветных металлов (в режиме MIG/MAG).
Аппарат не требует частых и длительных охлаждений при интенсивной работе, как этого требуют другие бытовые типы сварочных аппаратов. Его ПВ достигает 80%.
Инвертор обладает плавной регулировкой сварочных режимов в широком диапазоне токов и напряжений. Он имеет значительно более широкий, чем у обычных аппаратов, интервал регулировки сварочного тока - от нескольких ампер до сотен и даже тысяч. Для бытового пользования особенно важны малые токи, позволяющие производить сварку тонкими (1,6-2 мм) электродами. Инверторы обеспечивают качественное формирование шва в любых пространственных положениях и минимальное разбрызгивание при сварке.
Микропроцессорное управление устройством обеспечивает устойчивую обратную связь по току и напряжению. Это позволяет обеспечить полезнейшие и удобнейшие функции Arc Force, Anti Stick и Hot Start. Суть всех их состоит в качественно новом управлении сварочным током, позволяющим сделать сварку максимально комфортной для сварщика.
- Функция Hot Start (горячий старт) обеспечивает автоматическое увеличение тока в начале сварки, облегчающее поджог дуги.
- Функция Anti Stick (анти-залипание) является своего рода антиподом функции Hot Start. При соприкосновении электрода с металлом и возникновении угрозы его прилипания, сварочный ток автоматически снижается до тех значений, которые не вызывают расплавления электрода и его приваривания к металлу.
- Функция Arc Force (форсирование дуги) реализуется тогда, когда происходит отделение большой капли металла от электрода, сокращающей длину дуги и грозящей залипанием. Автоматическое увеличение сварочного тока на очень короткое время препятствует этому.
Эти удобные функции позволяют сварщикам невысокой квалификации успешно справляться со сваркой самых сложных металлоконструкций. Для тех, кто хоть раз поработал со сварочным инвертором, вопроса - какой сварочный аппарат лучше - не существует. После трансформатора или выпрямителя работа с инвертором превращается в удовольствие. Больше не нужно "долбить" электродом, чтобы зажечь не желающую зажигаться дугу, или судорожно отрывать его, если он намертво приварился. Можно просто поставить электрод на металл и, отрывая его, спокойно зажечь дугу - не беспокоясь о том, что электрод может привариться.
Инверторные сварочные аппараты можно применять при больших падениях напряжения сети. Большинство из них обеспечивают сварку в диапазоне сетевого напряжения 160-250В.
Недостатки сварочных инверторов . Трудно говорить о недостатках такого совершенного устройства, каким является сварочный инвертор и, тем не менее, они есть. Прежде всего, это относительно высокая цена аппарата и дороговизна его ремонта. При выходе из строя модуля IGBT придется заплатить сумму, равную 1/3 - 1/2 стоимости нового аппарата.
Инвертор предъявляет повышенные требования, по сравнению с другими сварочными аппаратами, к условиям хранения и эксплуатации, обусловленные его электронной начинкой. Аппарат плохо реагирует на пыль, поскольку она ухудшает условия охлаждения транзисторов, которые сильно греются в процессе работы. Их охлаждают с помощью алюминиевых радиаторов, осаждение пыли на которые ухудшает отдачу тепла.
Не любит электроника и низких температур. Любая минусовая температура нежелательна из-за появления конденсата на платах, а минус 15°С могут стать критическими. Хранение и работа инвертора в неотапливаемых гаражах и мастерских в зимнее время нежелательны.
Сварочные полуавтоматы
Говоря о сварочном оборудовании, нельзя обойти вниманием полуавтоматы - аппараты для сварки в среде защитных газов с механизированной подачей сварочной проволоки.
Сварочный полуавтомат состоит из:
- источника тока;
- блока управления;
- механизма подачи сварочной проволоки;
- пистолета (горелки) с рукавом-электропроводом, по которому осуществляется подача защитного газа, проволоки и электрического сигнала;
- системы подачи газа, состоящей из баллона с газом, электромагнитного газового клапана, газового редуктора и шланга.
В качестве источника тока используются сварочные выпрямители или инверторы. Использование последних повышает качество сварки и увеличивает количество свариваемых материалов.
По конструктивному исполнению сварочные полуавтоматы бывают двухкорпусными и однокорпусными. У последних источник питания, блок управления и механизм подачи проволоки размещены в одном корпусе. У двухкорпусных моделей механизм подачи проволоки вынесен в отдельный блок. Обычно это профессиональные модели, поддерживающие длительную эксплуатацию на повышенном токе. Иногда они оснащаются системой водяного охлаждения пистолета.
Сварка полуавтоматом в режиме ММА ничем не отличается от работы с обычным сварочным аппаратом. При использовании режима MIG/MAG электрическая дуга горит между непрерывно подаваемой плавящейся сварочной проволокой и материалом. Углекислый газ (или его смесь с аргоном), подаваемый через пистолет, защищает зону сварки от вредного воздействия кислорода и азота, содержащихся в воздухе. С использованием сварочных полуавтоматов варят высоколегированные и нержавеющие стали, алюминий, медь, латунь, титан.
Полуавтоматическая сварка являются одной из самых современных технологий дуговой сварки, идеально подходящей не только для производства, но и для дома. Полуавтоматы получили широкое распространение в промышленности и быту. Есть информация, что в настоящее время в России до 70% всех сварочных работ производятся именно сварочными полуавтоматами. Этому способствует широкая функциональность оборудования, высокое качество сварки и простота эксплуатации. Сварочный полуавтомат очень удобен для сварки тонкого металла, в частности, автомобильных кузовов. Ни одно предприятие автосервиса не обходится без этого удобнейшего оборудования.
Выбор сварочного аппарата
Выбор сварочного аппарата должен производиться под определенные потребности. Прежде чем отправляться в магазин, необходимо знать ответы на следующие вопросы.- Какой металл - по марке и толщине - предстоит варить?
- В каких условиях будет производиться работа?
- В каком объеме?
- Каковы требования к качеству работ и квалификации сварщика?
- И, наконец, какая сумма может быть потрачена на приобретение сварочного аппарата?
В зависимости от ответов на эти вопросы и должны быть сформированы требования к приобретаемому оборудованию.
Если варить придется не только углеродистую и низколегированную сталь, но и высоколегированную и нержавеющую, то выбор нужно делать между сварочным выпрямителем и инвертором. Если предстоит сваривать металлы требующие защиты от кислорода или азота воздуха, например алюминий, то потребуется сварка в среде защитных газов, которую может обеспечить полуавтомат с режимом MIG/MAG.
Вообще, если говорить об универсальности оборудования, то лучшим выбором, пожалуй, будет полуавтомат с режимами MMA и MIG/MAG. Его наличие позволит выполнять практически любую работу по сварке металлов, с которой только приходится сталкиваться в обыденной жизни.
Если приходится иметь дело с тонким (тоньше 1,5 мм) металлом, предпочтение следует отдать опять же полуавтомату.
Работа при минусовой температуре, особенно при значениях ниже 10-15 °C, нежелательна для инверторов. Плохо сказывается на них также сильная запыленность. Вывод таков. Если работать предстоит при очень низких температурах в условиях большой запыленности, возможно, не останется иного варианта, как выбрать сварочный аппарат без суперсовременной электроники - сварочный трансформатор, выпрямитель на диодах или полуавтомат на базе последнего.
Высокие требования к качеству сварки и низкая квалификация сварщика однозначно склоняют к выбору сварочного инвертора с его удобством в работе и функциями Arc Force, Anti Stick, Hot Start.
Большой объем работ требует от сварочного аппарата высокой ПВ (продолжительности включения), иначе слишком много времени уйдет на простои во время его охлаждений. ПВ - одна из характеристик, которые отличают бытовые сварочные аппараты от профессиональных. У последних она достаточно велика или достигает даже 100%, что означает, что аппарат может работать без перерыва как угодно долго. Если говорить о бытовых моделях, то ПВ инверторов значительно превосходит ПВ сварочных трансформаторов и выпрямителей. В качестве минимального значения ПВ лучше принять 30%.
Выбирая сварочный аппарат, нужно подумать и о соседях. Если варить придется много, а напряжение в сети низкое и неустойчивое, для дома следует выбрать сварочный аппарат с учетом потребляемой им мощности. Постоянное мигание лампочек, происходящее при работе мощных сварочных трансформаторов и выпрямителей, возбуждает всеобщую ненависть к соседям-сварщикам. Инвертор с его экономным потреблением энергии и функцией противозалипания электрода не повредит добрососедским отношениям. При контакте электрода со свариваемым металлом сварочный трансформатор просаживает питающую сеть, инвертор же просто уменьшает сварочный ток (напряжение на клеммах), плюс инвертор более работоспособен при низком напряжении сети.
Основные требования к источникам тока для сварки
Чтобы отвечать своему предназначению, источники тока должны удовлетворять определенным требованиям, к основным из которых относятся следующие:- напряжение холостого хода должно обеспечивать зажигание дуги, но не быть выше значений, которые являются безопасными для сварщика;
- источники питания должны иметь устройства, регулирующие сварочный ток в необходимых пределах;
- сварочные аппараты должны иметь заданную внешнюю вольт-амперную характеристику, согласующуюся со статической вольт-амперной характеристикой сварочной дуги.
Дуга может возникать либо в случае пробоя газа (воздуха), либо в результате соприкосновения электродов с последующим их отведением на расстояние нескольких миллиметров. Первый способ (пробой воздуха) возможен только при больших напряжениях, например, при напряжении 1000В и зазоре между электродами в 1 мм. Такой способ возбуждения дуги обычно не применяется из-за опасности высокого напряжения. При питании дуги током высокого напряжения (более 3000В) и высокой частоты (150-250 кГц) можно получить пробой воздуха при зазоре между электродом и деталью до 10 мм. Такой способ зажигания дуги менее опасен для сварщика и его нередко используют.
Второй способ зажигания дуги требует разности потенциалов между электродом и изделием 40-60В, поэтому применяется чаще всего. Когда электрод соприкасается с изделием, создается замкнутая сварочная цепь. В момент, когда электрод отводится от изделия, электроны, которые находятся на нагретом от короткого замыкания катодном пятне, отрываются от атомов и электростатическим притяжением двигаются к аноду, образуя электрическую дугу. Дуга быстро стабилизируется (в течение микросекунды). Электроны, которые выходят из катодного пятна, ионизируют газовый промежуток и в нем появляется ток.
Скорость зажигания дуги зависит от характеристик источника питания, от силы тока в момент соприкосновения электрода с изделием, от времени их соприкосновения, от состава газового промежутка. На скорость возбуждения дуги влияет, в первую очередь, величина сварочного тока. Чем больше величина тока (при одном и том же диаметре электрода), тем большим становится величина сечения катодного пятна и тем большим будет ток в начале зажигания дуги. Большой электронный ток вызовет быструю ионизацию и переход к устойчивому дуговому разряду.
При уменьшении диаметра электрода (т.е. при увеличении плотности тока) время перехода к устойчивому дуговому разряду еще больше сокращается.
На скорость зажигания дуги влияют также полярность и род тока. При постоянном токе и обратной полярности (т.е. плюс источника тока подключается к электроду) скорость возбуждения дуги выше, чем при переменном токе. Для переменного тока напряжение зажигания должно быть не менее 50-55В, для постоянного тока - не менее 30-35В. Для трансформаторов, которые рассчитаны на сварочный ток 2000А, напряжение холостого хода не должно превышать 80В.
Повторные зажигания сварочной дуги после ее угасания из-за коротких замыканий каплями электродного металла будут возникать самопроизвольно, если температура торца электрода будет достаточно высокой.
Внешняя вольт-амперная характеристика источника представляет собой зависимость напряжения на клеммах и тока.
На схеме источник имеет постоянную электродвижущую силу (Еи) и внутреннее сопротивление (Zи), состоящее из активной (Rи) и индуктивной (Xи) составляющих. На внешних зажимах источника имеем напряжение (Uи). В цепи "источник-дуга" идет сварочный ток (Iд), одинаковый для дуги и источника. Нагрузкой источника является дуга с активным сопротивлением (Rд), падение напряжения на ней Uд=I Rд.
Уравнение для напряжения на внешних зажимах источника получается следующее: Uи = Eи - Iд Zи.
Источник может работать в одном из трех режимов: холостой ход, нагрузка, короткое замыкание. При холостом ходе дуга не горит, ток отсутствует (Iд=0). В этом случае напряжение источника, называемое напряжением холостого хода, имеет максимальное значение: Uи = Eи.
При нагрузке по дуге и источнику идет ток (Iд), а напряжение (Uи) ниже, чем при холостом ходе, на величину падения напряжения внутри источника (Iд Zи).
При коротком замыкании Uд=0, поэтому и напряжение на клеммах источника Uи=0. Ток короткого замыкания Iк=Eи/Zи.
Экспериментально внешняя характеристика источника снимается измерением напряжения (Uи) и тока (Iд) при плавном изменении сопротивления нагрузки (Rд), при этом дуга имитируется линейным активным сопротивлением - балластным реостатом.
Графическое представление полученной зависимости и есть внешняя статическая вольт-амперная характеристика источника. При уменьшении сопротивления нагрузки увеличивается ток и снижается напряжение источника. Таким образом, в общем случае внешняя статическая характеристика источника - падающая.
Бывают сварочные аппараты с крутопадающими, пологопадающими, жесткими и даже возрастающими вольт-амперными характеристиками. Есть и универсальные сварочные аппараты, характеристики которых могут быть крутопадающими и жесткими.
Внешние вольт-амперные характеристики сварочных аппаратов: 1 - крутопадающая, 2 - пологопадающая, 3 - жесткая, 4 - возрастающая.
Например, обычный трансформатор (с нормальным рассеянием) имеет жесткую характеристику, а возрастающая характеристика достигается путем обратной связи, когда с ростом тока электроника увеличивает напряжение источника.
При ручной дуговой сварке применяются сварочные аппараты с крутопадающей характеристикой.
Сварочная дуга тоже имеет вольт-амперную характеристику.
Сперва с увеличением тока напряжение резко падает, так как увеличивается площадь сечения столба дуги и его электропроводность. Затем с увеличением тока напряжение почти не изменяется, так как площадь сечения столба дуги увеличивается пропорционально току. Потом с увеличением тока напряжение возрастает, так как площадь катодного пятна не увеличивается из-за ограниченного сечения электрода.
При увеличении длины дуги вольт-амперная характеристика смещается вверх. Изменение диаметра электрода отражается на положении границы между жестким и возрастающим участками характеристики. Чем больше диаметр, тем при большем токе произойдет заполнение торца электрода катодным пятном, при этом возрастающий участок сместится вправо (на рисунке ниже показано пунктирной линией).
Стабильное горение дуги возможно при условии, если напряжение дуги равно напряжению на внешних зажимах источника питания. Графически это выражается в том, что характеристика сварочной дуги пересекается с характеристикой источника питания. На рисунке ниже показаны три характеристики дуги различной длины - L 1 , L 2 , L 3 (L 2 >L 1 >L 3) и крутопадающая характеристика источника питания.
Пересечение вольт-амперных характеристик источника и дуги (L 2 >L 1 >L 3).
Точки (A), (B), (C) выражают зоны устойчивого горения дуги при разной её длине. Видно, что чем больше будет наклон характеристики источника, тем меньше будет изменение сварочного тока при колебании длины дуги. А ведь длина дуги поддерживается в процессе горения вручную, потому не может быть стабильной. Вот почему только при крутопадающей характеристике трансформатора колебания кончика электрода в руках сварщика будут не сильно сказываться на стабильности горения дуги и качестве сварки.
При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.
Сварка как способ неразъемного соединения металлов вошла в нашу жизнь немногим более ста лет назад, однако переоценить ее значение сегодня невозможно. С помощью сварки выполняется значительное количество разнообразных работ в различных областях, от микроэлектроники до изготовления многотонных конструкций. Поскольку металлы и сплавы могут иметь различную форму, размер и химический состав, разработано множество соответствующих технологий, инструментов и приспособлений. Но основным методом давно и заслуженно считается электрическая сварка (а иногда и резка) металлов, в первую очередь низколегированных сталей. Среди достоинств электросварки - быстрое и надежное соединение материалов с минимальными затратами. Однако при необходимости с помощью сварочного аппарата можно и разрезать металл, причем даже в труднодоступных местах, куда другой инструмент просто не подлезет. В последние десятилетия сварочные аппараты изготавливают с применением электронных компонентов, что значительно уменьшило их массу и габариты и позволило еще более расширить их применение в быту.
Давайте же разберемся какие бывают виды сварочных аппаратов и по каким признакам их различают.
ИСТОЧНИКИ СВАРОЧНОГО ТОКА
Это основная деталь любого сварочного аппарата, преобразующая напряжение сети в постоянный или переменный ток с заданными параметрами. Виды сварочных аппаратов по типу источника тока классифицируются на:
Сварочные трансформаторы . Традиционный и в то же время конструктивно самый простой источник сварочного тока. Основным его узлом является собственно трансформатор, понижающий сетевое напряжение до сварочного. Регулируют силу тока различными методами, самый распространенный из которых - изменение расстояния между первичной и вторичной обмотками. Все трансформаторы имеют одну общую особенность - выдают на выходе переменный ток. Чтобы варить с помощью «транса» цветные металлы или улучшить стабильность горения дуги, необходимо вводить в конструкцию дополнительные тяжелые и громоздкие элементы, да и сам трансформатор весит прилично. При этом для выполнения ответственных работ требуются специальные электроды для переменного тока.
КПД трансформатора довольно высок (до 90 %), но часть энергии уходит на нагрев. Для охлаждения в современных моделях применяют вентиляторы также значительной мощности: ведь охладить надо устройство в несколько десятков, а то и сотен килограммов весом. В настоящее время этот вид источников сварочного тока применяется нечасто, но у трансформаторов, помимо КПД, есть еще два важных достоинства: невысокая цена и долговечность, из-за которых они до сих пор пользуются спросом.
Сварочные выпрямители . Выпрямителями называют аппараты, преобразующие переменный ток в постоянный. Они состоят из понижающего трансформатора, выпрямительного (диодного) блока, а также устройств регулировки, пуска и защиты. Такая конструкция, хотя и сложнее трансформатора, но обеспечивает гораздо более стабильные выходные характеристики сварочного тока и электрической дуги. Качество шва в конечном счете тоже гораздо выше. Цена выпрямителей не сильно отличается от цены трансформаторов, надежность также на высоте: ломаться в них практически нечему.
Основные недостатки такие же, как у трансформатора - высокий вес, сложность работы, сильная «просадка» напряжения в сети в процессе сварки.
Инверторы . Это наиболее современный тип сварочного аппарата. В отличие от обычных сварочных аппаратов, у которых силовой трансформатор работает на частоте сетевого напряжения 50 Гц, сварочный инвертор использует ток высокой частоты (несколько десятков килогерц). При этом для передачи необходимой энергии требуется трансформатор гораздо меньших размеров и массы, а сварка проходит при постоянном токе хорошего качества, что сказывается и на качестве шва. Обычный сварочный трансформатор на 160 А весит не менее 18 кг, а силовой трансформатор сварочного инвертора на 160 А весит не более 300 граммов и по размерам сравним с пачкой сигарет, при этом вес всего инвертора, с корпусом и всей электроникой, составляет 3–7 кг. Инвертор состоит из выпрямителя, сетевого фильтра, преобразователя в переменное напряжение высокой частоты, сварочного трансформатора, еще одного выпрямителя и управляющей схемы. Сварочный инвертор имеет значительно более широкий, чем у обычного аппарата, диапазон регулировки сварочного тока, что особенно важно при сварке тонкими электродами. Еще один «плюс» - у инверторов, как правило, эта регулировка гораздо точнее и выходные параметры намного стабильнее, что сильно упрощает подбор оптимального режима работы.
*информация размещена в ознакомительных целях, чтобы поблагодарить нас, поделитесь ссылкой на страницу с друзьями. Вы можете прислать интересный нашим читателям материал. Мы будем рады ответить на все ваши вопросы и предложения, а также услышать критику и пожелания по адресу [email protected]
Сегодня для сварочных работ всё чаще применяются инверторы. Их производство и продажи растут, использование становится обыденным. Инверторные сварочники сегодня можно встретить в небольшой мастерской, на крупном промышленном предприятии, стройке или просто в хозяйстве частного дома. В чём же их отличия от обыкновенных (трансформаторных) сварочных аппаратов? Рассмотрим шесть параметров, важных для любого аппарата, и отличия инвертора от традиционных устройств по этим параметрам. Особо отметим, сварочные аппараты Ресанта продают по ссылке http://www.avtogen.ru/svarochnye_invertory/brand-is-resanta/ , посмотрите цены.
Качество получаемого шва
Сразу следует упомянуть, что на качество шва наибольшее влияние оказывает профессионализм сварщика, а не тип используемого устройства. Однако при равных навыках работника вступает в дело такая особенность инвертора, как стабильность постоянного сварочного тока, который не зависит от перепадов питающего напряжения. Соответственно, этот ток даёт более устойчивую дугу и минимум разбрызгивания металла. Шов, естественно, будет лучше.
Немалое значение имеет плавное регулирование сварочного тока, осуществляемое в довольно широком диапазоне. Это позволяет так подобрать ток, чтобы он был оптимален для конкретных свариваемых деталей и применяемого электрода. Понятно, что правильно выставленный ток также окажет влияние на качество шва при прочих равных условиях.
Мобильность, габариты и масса
Инвертор превращает переменный ток сети в постоянный, который при помощи транзисторных схем изменяется в переменный высокочастотный (около 50000 Гц). Этот ток высокочастотным трансформатором преобразуется в ток сварки, формирующий электрическую дугу. Принцип, используемый в инверторах, даёт возможность не только получить прекрасные вольт-амперные характеристики, позволяющие достичь высокого качества сварки, но и исключить из конструкции аппарата громоздкий силовой трансформатор.
Благодаря применению высоких частот, габариты и масса трансформатора снижаются в несколько раз, а это приводит к тому, что вес и размеры всего аппарата уменьшаются. Для сравнения — обычные сварочные аппараты (трансформаторного типа) весят от 20-25 кг и больше, а инверторы — в пределах 4-10 кг. Понятно, что мобильность агрегатов при такой разнице веса не имеет смысла сравнивать, инвертор по этому параметру однозначно выигрывает.
Потребление энергии
В сравнении с другими видами сварочных аппаратов инвертор потребляет относительно немного энергии и на работу затрачивается меньше времени. При работе с электродами диаметром 3 мм потребление обычного сварочного аппарата около 7 кВт, а даже самый дешёвый и простой инвертор вряд ли превысит 4 кВт. На холостом ходу расход падает на порядок.
Основное достоинство в том, что энергия потребляется только в том количестве, которое необходимо для сварки. Работа с электродом 4 мм может проводиться при значении силы тока 160А, однако при питающем напряжении около 180 вольт с таким электродом качество будет не лучшим. В этом случае нужен аппарат большей мощности или применение электродов меньшей толщины.
Коэффициент полезного действия
КПД сварочного аппарата инверторного типа выше 90%, соответственно, практически вся потреблённая энергия идёт в дело, то есть — используется на дуге. Отсутствие силового трансформатора не только уменьшает массу аппарата, но также исключает потери на намагничивание железа сердечников, нагрев обмоток из-за взаимного влияния магнитных полей. Нет потери энергии на регулировочном шунте.
Из этого можно сделать вывод — КПД инвертора однозначно выше КПД обычных сварочников, потери стремятся к минимальным значениям.
Стоимость
Сравнивая цены на сварочные аппараты, можно заметить, что стоимость инверторов серьёзно приблизилась к цене традиционных устройств. Если раньше инверторы были дороже в 2 раза и более, то сегодня разница редко превышает 20%. Не последнюю роль здесь сыграли производители из Китая — цены на их продукцию всегда отличались высокой конкурентоспособностью.
Надёжность и неприхотливость
Электронное управление инверторов даёт надёжную обратную связь параметров тока дуги с выходными свойствами аппарата — при розжиге устройство создаёт дополнительный импульс, облегчающий образование дуги. Короткое замыкание практически мгновенно вызывает отключение сварочного тока — это позволяет устранить эффект «прилипания» электрода. Лёгкость работы, надёжность аппарата от этого выигрывают.
Негативно сказывается на эксплуатации инверторов их чувствительность к пыли и влажности. Нужно по возможности защищать внутренности прибора от пыли, попадающей через вентиляционные отверстия, неплохо периодически чистить аппарат. Хранить инвертор следует в тёплом сухом помещении, для исключения образования влаги на элементах платы.
Не очень хорошо инверторный аппарат переносит падения и удары, что обусловлено наличием электронной начинки. По неприхотливости этот вид сварочника проигрывает обычным сварочным трансформаторам.
При необходимости самостоятельного проведения сварочных работ возникает вопрос: какого типа сварочный аппарат приобрести. Сварка — это создание неразъёмных соединений между свариваемыми частями на уровне атомов. Сварное соединение является одним из самых прочных и поэтому применяется довольно часто.
При электросварке нагрев и плавление металла происходит за счёт образования электрической дуги между торцевой частью электрода и свариваемой поверхностью. Источники образования и поддержания дуги делятся на несколько типов:
- Трансформаторные.
- Инверторные.
- Выпрямители.
- Сварочные агрегаты на основе двигателя внутреннего сгорания.
Рассмотрим два типа, нашедших наиболее широкое применение: сварочный аппарат на основе трансформатора и инверторный источник электрической дуги.
Это самый простой из сварочных аппаратов, использующий переменный ток сети. Работает за счёт трансформатора, который регулирует напряжение сети до сварочного. Трансформаторные или индукционные сварочные аппараты имеют деление по следующим признакам:
- Мощность (чем больше сила сварочного тока, тем более толстый металл возможно обрабатывать).
- Количество постов, то есть рабочих мест (сколько человек одновременно могут работать).
- Напряжение (однофазная или трёхфазная сеть).
Преимуществом его является более простая и надёжная конструкция, невысокая стоимость, высокая ремонтопригодность.
К недостаткам относят зависимость дуги от скачков напряжения сети, большой вес и габаритные размеры, сильный нагрев во время проведения работ.
Что такое инвертор?
Инверторный сварочный аппарат или просто инвертор - один из источников энергии для электродуговой сварки, в основе которого лежит использование тока высокой частоты . Его работа осуществляется за счёт силовой электроники и небольшого трансформатора.
Достоинствами его признано низкое энергопотребление, компактность, небольшой вес и размеры, достаточно высокое качество шва.
К отрицательным сторонам инвертора можно отнести относительно высокую стоимость, боязнь влаги, пыли и низких температур (характерно для бюджетных моделей), чувствительность к скачкам напряжения, дорогостоящий ремонт.
Что общего у инвертора и трансформаторного сварочного аппарата
Сходство этих аппаратов в их назначении - образование и поддержание электрической дуги. Но есть ещё некоторые моменты, которые их объединяют:
- Рассматриваемые аппараты объединяет наличие трансформатора, но разного размера. За счёт предварительного получения тока высокой частоты, в инверторах нет необходимости в использовании больших трансформаторов. Для получения тока 160 А нужен трансформатор весом 0,25 кг. Для получения такого же тока в индуктивных аппаратов необходим трансформатор весом 18-20 кг.
- Возможность плавной регулировки тока. Трансформаторные аппараты имеют такую возможность благодаря изменению величины воздушного зазора в магнитопроводе.
- Питание аппаратов осуществляется от бытовой (220В) или промышленной (380В) сети.
- У большинства сварочных аппаратов есть защита от короткого замыкания.
Чем отличаются инверторный и трансформаторный источник электрической дуги
- Габариты и вес сварочного аппарата трансформаторного типа больше, чем у инвертора. Промышленные образцы могут весить более ста килограммов.
- Принцип действия. В инверторе переменный ток сети преобразуется первичным выпрямителем в постоянный, затем снова в переменный ток высокой частоты и далее снова происходит изменение на постоянный на вторичном выпрямителе. У сварочных аппаратов трансформаторного типа сила тока изменяется за счёт изменения положения магнитопровода, то есть сердечника понижающего трансформатора или включения в цепь разного количества витков обмоток.
- Инвертор имеет более устойчивую дугу, благодаря стабильности сварочного тока, что влияет на качество шва.
- Разница в конструкции. Инвертор более сложный и может оснащаться следующими дополнительными функциями: HOT START – увеличение начального тока для улучшения поджига сварочной дуги. ARC FORCE - увеличение сварочного тока для ускорения процесса плавления и препятствия залипанию, то есть происходит форсирование дуги. ANTI-STICK – снижение тока при залипании электрода для увеличения времени на его отрыв и защиты от перегрузки.
- Процесс обучения работе на трансформаторе более сложный и трудоёмкий. Однако, освоив эти навыки, без труда можно работать на инверторе.
- Инвертор выдаёт постоянный ток, трансформатор работает на переменном с частотой бытовой электросети 50 Гц.
- Коэффициент мощности инвертора наибольший из всего сварочного оборудования, а КПД превышает трансформаторные аналоги на 20-30%.
- Широкий диапазон изменения тока сварки.
- Инвертор имеет такой показатель как коэффициент прерывистости работы (КП). Он определяет время непрерывной работы на максимальном сварочном токе. То есть, если КП равен 50%, то после 10 минут работы ему требуется 5 минут на охлаждение. К трансформаторному сварочному аппарату такие требования не предъявляются.
- Возможность использования электродов, предназначенных как для постоянного, так и для переменного тока.
На сегодняшний день на рынке довольно широкий выбор оборудования для сварки различных производителей. Выбор сварочного аппарата следует производить исходя из задач, которые с его помощью предстоит выполнять.
