Сварочный аппарат. Виды и типы. Устройство и работа. Как выбрать

Дачнику, собственнику частного дома или гаража, вполне доступно выполнять сварочные работы самостоятельно. Выбор типа бытового сварочного аппарата зависит от того, что и как требуется надежно соединить.

Консультации и советы продавцов, конечно, помогут сориентироваться в многообразии коммерческих предложений. Однако личная осведомленность покупателя и самые элементарные знания помогут задать правильные вопросы и понять ответы на них.

В этой статье вы найдете для себя базовую информацию о том, что такое сварка и на чем основан принцип работы сварочного аппарата.

Что такое сварка?

Процесс неразъемного соединения нескольких деталей в единое целое посредством нагрева, деформирования и применения присадочных материалов (электродов) называется сваркой.

Материалы твердых соединяемых компонентов нагреваются до состояния, когда возникают межмолекулярные или межатомные связи в месте сварки. Аналогичного эффекта можно достичь, оказывая давление на поверхности в месте желаемого соединения.

Сочетание давления и нагрева позволяет оптимизировать и регулировать процесс сварки. Причем чем выше температура, тем меньшее требуется давление. При достижении температур плавления материалов соединяемых деталей потребность в давлении на них и вовсе исчезает.

Способ сварки, будучи зависимым от ряда факторов, влияет на выбор сварочного оборудования.

В этой статье мы говорим не о промышленных, а о бытовых сварочных аппаратах, которые можно купить в магазинах. Поэтому ограничимся описанием оборудования, в котором реализуется принцип электродуговой сварки, и сварочных полуавтоматов, для сварки которыми необходима газовая среда.

Дополнительные функции в инверторах

В современных инверторных устройствах реализованы некоторые опции, которые заметно облегчают работу сварщика:

1. Горячий старт – зачастую у начинающих сварщиков, да и не только у них, возникают сложности с розжигом и поддержанием дуги в рабочем состоянии. В момент розжига, ток вырастает до необходимого уровня и сразу после розжига возвращается к рабочим параметрам. Процесс изменения тока происходит полностью автоматически, без участия сварщика.
2. Еще одна проблема, которая преследует новичков – залипание электрода. Причин тому несколько, но решение у нее одно – снижение уровня сварочного тока. Эта операция так же выполняется автоматически.

1. Форсаж дуги позволяет выполнять швы в разных пространственных положениях.
2. Снижение напряжения холостого хода до безопасного для рабочего и его окружающих людей уровня.

Принцип работы сварочного трансформатора

Сварочные аппараты этого типа работают на переменном токе, сила которого регулируется путем изменения напряжения с помощью понижающего трансформатора. В итоге обеспечивается надежное питание сварочной дуги, температура которой может составлять несколько тысяч градусов по Цельсию.

В большинстве конструкций понижение напряжения до требуемого для поддержки стабильности сварочной дуги уровня достигается за счет перемещения одной из обмоток по магнитопроводу-сердечнику. Полученное рабочее напряжение, как правило, не превышает 80В при исходных уровнях 220-380В. Индуктивное сопротивление обмоток изменяется и таким образом регулируется величина сварочного тока.

Кроме этой применяются также конструкции с подвижным магнитным шунтом или тиристорами.

Предназначение сварочных аппаратов

Для выполнения сварки необходим особый инструмент – это сварочный аппарат. Одним из последних видов такого аппаратов является инвертор. По своим основным характеристикам он превосходит своих предшественников. Сварочные инверторы более функциональны, компактны и удобны в использование. Их предпочитают и профессионалы, и простые любители, пользующиеся сваркой в домашних условиях.

В большинстве случаев сварку применяют для соединения металлических частей изделия. Также ею можно воспользоваться для такого материала как керамика, или для скрепления пластмасс. Тип аппарата будет зависеть от того, какой металл или неметалл вы будете сваривать и насколько прочным должен быть шов этого соединения.

Принцип работы сварочного инвертора

Сварочный инвертор преобразует напряжение и обычный переменный ток (частота 50 Гц, напряжение сети 220В) до значений, необходимых для возникновения и поддержания сварочной электродуги.

Схематично это происходит так:

• Сначала переменный ток трансформируется в постоянный с помощью первичного выпрямителя. Для понижения напряжения с 220В до необходимого уровня служит инверторный блок, в котором постоянный ток становится снова переменным, но высокочастотным, как и напряжение.
• В трансформаторе полученное высокочастотное напряжение понижается до оптимального значения. В результате этих преобразований сила тока значительно повышается.
• После оптимизации напряжения высокочастотный переменный ток во второй раз преобразуется в постоянный. Далее его сила регулируется до требуемых величин.

Таким образом, в сварочном инверторе ток и напряжение четко контролируются. Это позволяет плавно регулировать их уровни и выполнять широкий диапазон сварочных работ для соединения деталей даже из самых тугоплавких металлов и сплавов.

Целесообразность использования инверторов и их основные недостатки

Широкое применение сварочных инверторов объясняется целым рядом весомых преимуществ, которыми они обладают.

• Устройства данного типа отличаются высокой мощностью и производительностью.
• Сварной шов, формируемый с использованием инверторов, характеризуется высоким качеством и надежностью.
• Наряду с высокой мощностью, устройства данного типа отличаются компактными размерами и небольшим весом, что дает возможность легко переносить их в то место, где будут выполняться сварочные работы.
• Сварочные инверторы обладают большим КПД (порядка 90%), потребляемая электрическая энергия используется в них эффективнее, чем в трансформаторах.
• Благодаря высокому КПД такие аппараты отличаются экономичным расходованием потребляемой электроэнергии.
• В процессе выполнения сварочных работ с помощью инвертора расплавленный металл разбрызгивается незначительно, что отражается на более рациональном потреблении расходных материалов.
• Инверторы обеспечивают возможность плавной регулировки сварочного тока.
• Благодаря наличию в таких устройствах дополнительных опций уровень квалификации сварщика почти не влияет на качество выполнения работ.
• Широкая универсальность инверторов упраздняет вопрос о том, какой аппарат выбрать для выполнения сварки по различным технологиям.

Инверторные устройства выбирают в том случае, когда нужен аппарат, характеристики которого обеспечивают высокую стабильность горения сварочной дуги в любой ситуации. При использовании инверторов не возникает вопрос и о том, какой электрод выбрать для выполнения сварочных работ, так как с помощью этого оборудования можно варить металл электродами любого типа.

Конечно, недостатки у инверторов тоже есть, но их не так много. Сюда следует отнести достаточно высокую стоимость таких устройств, по сравнению с обычными сварочными трансформаторами. Дороги такие устройства и в ремонте, который чаще всего связан с необходимостью замены мощных транзисторов (их стоимость может составлять до 60% цены всего аппарата).

Очень чувствительны инверторы к негативным внешним факторам – пыли, грязи, осадкам и морозу. Если для работ в полевых условиях вам нужен именно инвертор, придется сооружать для него закрытую и отапливаемую площадку.

Принцип работы сварочного полуавтомата

Электроды тут не нужны. Потому что в сварочном полуавтомате применяется специальная сварочная проволка, которая плавится в газовой среде.

Для облегчения понимания, что такое сварочный полуавтомат, достаточно знать, что это – установка, в которую входят:

• Источник питания, которым может быть сварочный инвертор или сварочный выпрямитель
• Устройство подачи сварочной проволоки
• Сварочная горелка
• Система управления
• Соединительные кабели и шланги

Сварочная проволка через специальное устройство плавно и корректно поступает в сварочную горелку. В место сварки также подается чистый углекислый газ или его смесь с аргоном.

Так что к вышеперечисленным компонентам установки логично добавить и специальные газосодержащие емкости, а также катушки с намотанной сварочной проволокой.

Информация о том, на чем основан принцип работы сварочного аппарата, в зависимости от его типа, надеемся, поможет лучше разобраться в потребительских характеристиках этого необходимого в быту оборудования и сделать оптимальный выбор.

Плюсы и минусы инверторной сварки

Инверторные устройства показывают КПД в пределах 85 – 95%, надо сказать, что это высокий показатель среди электронной аппаратуры. Используемая схема позволяет выполнять регулировку уровня сварочного тока от нескольких ампер, до сотен, а то и тысяч.

Например, инвертор марки ММА, он составляет 20 – 220 А. Инверторы могут работать длительное время. Управление источником питания можно выполнять дистанционно. К несомненным преимуществам инверторов можно отнести их малые габаритно-весовые характеристики, позволяющие перемещать устройство на месте выполнения сварки. В конструкции аппаратов использована двойная изоляция, обеспечивающая электрическую безопасность.

Технологические достоинства

Применение инверторов позволяет использовать электроды любой марки, которые работают и с постоянным и переменным током. Устройства этого типа могут быть использованы для сварки с неплавящимся электродом в среде защитного газа. Кроме того, конструкция этого оборудования позволяет легко автоматизировать сварочные процессы.

Вольфрамовые электроды для аргонодуговой сварки

Электроды для контактной сварки

Сварка может быть выполнена с применением короткой дуги, таким образом, снижаются энергопотери и повышается качество сварного шва, в частности, на поверхности свариваемых деталей практически не образуются брызги от выполнения сварки. Кстати, применение инверторов позволяет получать швы в любой пространственной конфигурации.

Микропроцессор

В управлении современными сварочными инверторами применяют микропроцессоры, и это обеспечивает стабильную связь между напряжением, током.

Минусы, которым обладают инверторы

Инверторы ремонтировать несколько сложнее, чем традиционные трансформаторные агрегаты. Если из строя выйдут некоторые элементы управления, размещенные на плате, то ремонт может встать примерно в треть от стоимости нового сварочного инвертора.

Инверторы, в отличие от оборудованиях других типов, очень боится пыли. То есть такие аппараты должны чаще обслуживаться. Работа инверторным сварочным аппаратом ограничена и низкими температурами. Кроме того, существуют некоторые ограничения на хранение инвертора при минусовых температурах. Это чревато образованием конденсата, который может привести к короткому замыканию на плате.

Самоделки живут и процветают

Создание личного энергетически независимого блока на базе покупного генератора мощностью 4 кВт и самодельного либо готового сварочного аппарата оправдано и целесообразно. Идею мобильности и автономности следует дополнить:

• Установить дополнительно для расширением функция генератора 1–2 розетки;

• Заключить оборудование во всепогодные съёмные кейсы из пластика или металла;
• Организовать дополнительное охлаждение вентилятором;
• Поставить блок на колёса.

Управление током

Регулирование сварочного тока инвертора производится посредством электронного регулятора с обратной связью, изображённого на схеме. С помощью потенциометра, расположенного на лицевой панели сварочного инвертора, выбирается требуемая величина тока сварки.

При вращении ручки потенциометра, устанавливается некий уровень опорного напряжения на входе логических элементов, построенных на операционных усилителях.

Сигнал, поступающий по линии обратной связи с датчика тока, расположенного на выходе аппарата, сравнивается компаратором с уровнем заданного регулирующим потенциометром напряжения.

При несовпадении уровней напряжения задающей цепи и сигнала датчика тока, происходит изменение амплитуды управляющего импульса, поступающего на контроллер.

При этом происходит изменение скважности импульсов, генерируемых контроллером, что вызывает изменение режима переключения транзисторов и в конечном итоге, величины тока сварки.

То есть, принцип регулирования заключается в том, что схема всегда стремится поддерживать соответствие между значениями заданного и фактического тока, что обеспечивает его стабильность.

В качестве контроллера, формирующего регулируемые сигналы широтно-импульсной модуляции, обычно применяется микросхема TL494, производимая американской фирмой Texas Instruments, либо её аналоги.

Приведённая структурная схема показывает только принцип работы и взаимодействия отдельных функциональных блоков. Детализованная электросхема каждого типа инверторов может иметь индивидуальные особенности.

Преимущества инверторной техники

Превосходство сварочных инверторов над классическими преобразователями трансформаторного типа просматривается как в технологическом, так и в экономическом аспекте.

Если вкратце перечислить преимущества, приобретаемые при внедрении инвертора, получится примерно следующее:

• более высокий коэффициент полезного действия, превышающий 90%, что предопределяет само устройство сварочного инвертора, характеризуемое отсутствием магнитных потерь в стальном сердечнике трансформатора, присущим «классике»;
• способность работать в условиях изменения уровня питающего напряжения в широких пределах, не снижая при этом технологических параметров;
• возможность очень точной установки тока сварки с цифровой индикацией его величины и жёстким поддержанием уровня в процессе сварки;
• кардинально сниженные габаритные размеры и вес конструкции;
• целый ряд совершенно новых возможностей, присущих только инверторным аппаратам, вот только некоторые из них.

К новым возможностям относится наличие специфических функций, среди которых hot start, anti sticking, arc force, и других, делающих процесс сварки доступным даже новичку. Есть возможность использования электродов, предназначенных для сварки, как переменным, так и постоянным током.

Что касается обычно называемых недостатков, присущих данному виду оборудования, то в первую очередь, речь идёт о сравнительно высокой цене этих приборов.

По этому поводу можно сказать следующее. Вспомните, как изменялись цены компьютерных и мобильных новинок буквально в течение нескольких лет. Дальнейшее совершенствование технологии и увеличение массовости производства неизбежно приведут к значительному снижению цен на сварочные инверторы.

Электрическая дуга

Температуру в тысячи градусов Цельсия обеспечивает электрическая дуга, по сути являющаяся коротким замыканием между двумя электродами, расположенными достаточно близко друг от друга. Напряжение, которое подается на электроды, увеличивается, пока не будет пробоя воздуха, являющегося изолятором.

Пробой — эмиссия электронов катода. Разогреваемые током электроны выходят и направляются к ионизированным атомам анода. Затем появляется разряд, ионизируется воздух зазора, образовывается плазма, снижается сопротивление воздушной прослойки, ток усиливается, дуга разогревается, и став проводником замыкает цепь. Процесс получил название «розжиг» дуги. Стабилизируется дуга путем установления требуемого расстояния между электродами и поддержанием характеристик энергоснабжения.

Электросварочный аппарат для дома и дачи

Для быта выбирается недорогой инвертор с оптимальной продолжительностью включения 60%. Им часто пользуются профессионалы, поскольку с неторопливой работой и при небольшом рабочем токе аппарат может быть включен непрерывно. Здесь важно, чтобы напряжение сети было в норме. В этом случае выбирается устройство мощностью до 160 А. Сварка 220 вольт, с током до 200 А целесообразна, когда происходят частые скачки сетевого напряжения. От 180 А и выше можно производить сварку электродом диаметром 4 мм листов толщиной до 5 мм.

Конструкция и устройство

Конструктивно агрегаты распределяются по категориям:

• По монтажно-установочному типу – колёсные, на грузовой платформе, самоходные с добавлением грузоподъёмных механизмов;
• По типу силового привода – дизельные, бензиновые;
• Промышленного назначения и бытовые;
• По категории электроустановки – вентильные, коллекторные.

Свободный доступ к узлам и механизмам для ухода и ремонта осуществляется через распашные дверцы, съёмные шторки. В отдельных случаях предусматривается оснащение станции дополнительным газобаллонным оборудованием в изолированных отсеках, инструментарием.

Профессиональные установки ориентированы на безостановочную эксплуатацию с периодическими краткосрочными технологическими перерывами.

Подача энергии промустановок варьируется 220/380 В. Бытовые ограничены подачей напряжения 220 В.

Дизельные двигатели обладают запасом мощности, способны выдавать до 500 кВт. Бензиновые – максимум 15 кВт.

Принципиальные различия установок:

• сварочные трансформаторы;
• сварочные выпрямители;
• сварочные инверторы;
• полуавтоматическое оборудование.

Неприхотливые автономные агрегаты АДД на шасси

Конструкторы пошли по пути упрощения и удешевления. Однопостовая установка монтируется на 2–4-колёсные шасси в цельном каркасе с обвязкой швеллером, накрыта кожухом для подавления шума, защиты в непогоду. Обеспечивает энергией профессиональный сварочный аппарат. Возможно подключение иного электрооборудования и инструмента.

Производитель в угоду безотказности техники исключил электронику.

Результат:

• Допустима эксплуатация при 98% влажности.
• Амплитуда рабочих температур –45–+450 С.

Дизельный 4-цилиндровый двигатель охлаждается потоком воздуха, дополнительная мера предупреждения повреждения мотора. Настройка силы тока доступна огрублённая ступенчатая, плавная, дистанционная с удалением до 20 м. Диапазоны 3-ступенчатого регулирования:

• 60–165 А;
• 150–320 А;
• 300–430 А.

Генератор постоянного тока обеспечивает стабильность розжига, поддержание горения, эластичность дуги. Подтверждено качественное превосходство над дизель-генераторами коллекторного типа.

Рабочее напряжение 36–100 В. Ограничен размер электрода до Ø 6 мм.

Агрегат адаптирован к зацепу и транспортировке автотранспортом, трактором по пересечённой местности. Объёма топливного бака достаточно для непрерывной работы в течение суток. При отрицательных температурах топливная сеть прогревается в автоматическом режиме. Рабочая площадка в непогоду укрывается полипропиленовой непромокаемой палаткой.

Характеристики агрегатов сварочных АДД на одноосной тележке:

Особенности сварки с помощью инвертора

Устройства имеют три функции.

1. Горячий старт. В начальный период ток увеличивается и не требуется разогрев электрода, как у трансформатора. При пуске дуга делается более мощной, и сварка происходит успешно.
2. Антизалипание – рост рабочего тока при прихватывании электрода. В результате происходит быстрый отрыв, и параметры сварки моментально восстанавливаются.
3. Форсирование дуги. Параметры сварочного тока в режиме антизалипания настраиваются, чтобы не слишком разбрызгивался металл.

Как выбрать?

Стационарные, переносные и передвижные сварочные агрегаты подбирают исходя из условий и целей эксплуатации. Модельный ряд аппаратов, представленных на рынке, весьма обширен. Специалисты рекомендуют отдавать предпочтение брендам Европы, США, России и Китая. Следует доверять известным и опытным производителям с хорошей репутацией, честно указывающим в паспорте техники ее реальные параметры.

Перед тем, как принять решение о покупке, важно дать развернутые ответы на следующие вопросы:

• для каких условий эксплуатации приобретается оборудование?
• каковы объемы и количество предполагаемых работ?
• для обработки каких металлов нужен аппарат?
• насколько важны параметры веса, мобильности и эргономичности инструмента?

Если аппарат необходим для профессиональных работ с разными металлами и в различных условиях, следует отдать предпочтение универсальному сварочному агрегату с широким пакетом характеристик. Для бытовых целей нет смысла покупать дорогое и мощное оборудование. С такой задачей вполне справится экономичная установка переменного тока.

Для эксплуатации в холодном климате лучше приобрести технику на бензиновом двигателе, поскольку она легче заводится при низких температурах. Также стоит учитывать, что дизельные установки более безопасные и экономичные, что актуально для объектов, где возможно применение легковоспламеняющихся веществ. При выборе любой модели обязательно следует обратить внимание на доступность комплектующих, гарантийного и сервисного обслуживания.