Как работает сварочный аппарат.

Дуговая сварка широко используется, поскольку эта технология позволяет создать неразрывное соединение между металлическими деталями, а сварной шов обладает такой же прочностью, как и цельный материал. Это объясняется непрерывностью образующихся структур и молекулярной связью между компонентами.

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

Устройство и принцип работы сварочного аппарата должен знать, хотя бы в общих чертах, каждый современный человек. Эти знания еще более важны для тех, кто хочет заняться сваркой, хотя бы на любительском уровне. Эта статья содержит общую информацию о том, как именно устроен сварочный аппарат и как он работает.

Устройство

Когда мы говорим о сварочных аппаратах и оборудовании, мы все чаще имеем в виду инверторные системы. В недавнем прошлом они считались эталоном простоты. Но в последние годы электронные системы стали богаче. Их производительность значительно возросла, а работа инверторов стала более эффективной.

Возросла и их функциональность — несмотря на относительно стабильную и даже несколько сниженную цену.

По своей электрической конструкции сварочный инвертор схож с блоками питания, используемыми в компьютерах и ноутбуках. Причина проста: они решают схожие задачи. Раньше основной частью был мощный трансформатор. Он отвечал за снижение входного напряжения и выкачивание больших токов (сотни ампер) из вторичных обмоток. Этих характеристик достаточно для типичных сварочных приложений. Однако вес обычных инверторов слишком велик, и сварщики приветствовали появление более легких версий.

Основными компонентами являются транзисторы, соединенные с понижающими трансформаторами. Очень простой метод уменьшения размеров трансформаторного модуля был достигнут путем введения высокочастотного контура с частотой до 80 000 Гц. На производительность это нововведение не влияет.

Важно: напряжение по-прежнему должно поддерживаться выпрямителем, состоящим из диодного моста и ряда конденсаторов.

Но есть и другое устройство — сварочный полуавтомат. Здесь нет необходимости использовать электроды. Но нужна проволока, которая плавится в газовой среде. Сам полуавтомат включает в себя:

устройство, снабжающее током (уже упомянутый инвертор либо выпрямитель);
блок, подтягивающий проволоку;
горелочный модуль;
управляющая система;
электрические кабели;
специальные шланги;
резервуары со сварочным газом;
катушки с проволокой.

Электрическая дуга

Температура в тысячи градусов Цельсия создается дугой, которая, по сути, является коротким замыканием между двумя электродами, расположенными достаточно близко друг к другу. Напряжение, подаваемое на электроды, увеличивается до тех пор, пока не произойдет пробой воздуха, который является изолятором.

Как сделать деревообрабатывающий станок Делаем деревообрабатывающие станки своими руками. Как сделать деревообрабатывающий станок.

В результате пробоя происходит эмиссия электронов с катода. Электроны, нагретые током, вылетают и направляются к ионизированным атомам анода. Происходит разряд, воздух в промежутке ионизируется, образуется плазма, сопротивление воздушного промежутка уменьшается, ток увеличивается, дуга нагревается и становится проводником, цепь замыкается. Этот процесс называется «зажиганием» дуги. Дуга стабилизируется путем определения правильного расстояния между электродами и поддержания характеристик подаваемого тока.

Сваривание металлов

Выбор хорошего электрода и хорошего процесса сварки чрезвычайно важен, так как от этого зависит, будут ли его механические свойства соответствовать механическим свойствам основного материала.

Сварочный резервуар должен быть защищен от воздействия воздуха, чтобы избежать окисления металла. Для этого на рабочем месте создается специальная среда, которая может быть достигнута двумя способами:

Технология MIG-MAG, когда аргон, гелий или CO2 подается из специального баллона.
Сжигание обмазки электрода и образование при этом защитного шлакового или шлакогазового «купола».

Во время горения оболочки электродов связывают кислород и извлекают его из сварного шва. Кроме того, содержащиеся в них вещества помогают ионизировать дугу, улучшают и легируют металл шва.

Сварка — очень требовательный процесс к стабильности подачи тока, так как требуемая температура напрямую связана с параметрами тока. Стабильность дуги должна быть гарантирована. Только стабильная дуга предотвращает дефекты сварки, особенно во время зажигания и гашения.

Чем массивнее свариваемые детали, тем глубже должен быть шов, тем больше диаметр используемого электрода и тем выше требуемая мощность и сила тока. Часто оператор может определить силу тока только опытным путем, иногда она регулируется во время сварки, иногда строго фиксирована. Горение дуги при использовании источника постоянного тока более стабильно, без перерывов.

При использовании постоянного тока отсутствует полярность, меньше разбрызгивается металл и сварной шов получается более качественным. Сварка на переменном токе несколько сложнее, поскольку работник должен обладать большим мастерством, чтобы поддерживать дугу; высокого качества сварного шва в этом случае добиться трудно. Переменный ток рекомендуется для сварки алюминия и его сплавов.

Какой гайковерт лучше: выбираем надежный инструмент. Гайковерт для чего нужен.

Различные типы сварочных аппаратов имеют разные технические характеристики, преимущества и недостатки.

Инверторы: минусы и плюсы

Это новейшие сварочные аппараты, которые серийно выпускались только в 1980-х годах. Выпрямитель с транзисторным инвертором. В таких источниках ток несколько раз меняет свои характеристики. Когда ток проходит через полупроводник, он выпрямляется, а затем сглаживается специальным фильтром. Постоянный ток с типичной сетевой частотой 50 Гц преобразуется обратно в переменный, но уже с частотой в несколько десятков килогерц.

После изменения частоты ток поступает в маленький трансформатор, где его напряжение уменьшается, а мощность увеличивается. Затем высокочастотный фильтр и выпрямитель делают свое дело — постоянный ток подается на электроды для образования дуги.

Повышение частоты тока — главное преимущество инвертора. К плюсам относятся:

Высокий КПД (85—95%).
Возможность питания от обычной розетки.
Большой период непрерывной работы.
Широкий диапазон значений силы тока.
Плавная регулировка тока и напряжения.
Режим работы контролируется микропроцессорами и управляющими схемами.
Защита от перепадов напряжения.
Качественный сварной шов.
Возможность соединения материалов, с трудом поддающихся сварке.
Повышенная электрическая безопасность.

Принцип работы сварочного трансформатора

Сварочные аппараты этого типа работают на переменном токе, выход которого регулируется путем изменения напряжения через понижающий трансформатор. В результате обеспечивается надежное питание сварочной дуги, температура которой может достигать нескольких тысяч градусов Цельсия.

В большинстве конструкций напряжение снижается до уровня, необходимого для поддержания стабильности дуги, путем перемещения одной из обмоток вдоль магнитопровода. В результате рабочее напряжение обычно составляет менее 80 В при напряжении 220-380 В. Индуктивный отклик обмоток изменяется, и таким образом регулируется сварочный ток.

Имеются также версии со скользящим магнитным шунтом или тиристором.

Принцип работы сварочного инвертора

Сварочный преобразователь преобразует напряжение и обычный переменный ток (частота 50 Гц, напряжение сети 220 В) в значения, необходимые для возникновения и поддержания сварочной дуги.

Схематически его принцип работы выглядит следующим образом:

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.

Сварка алюминия полуавтоматом: особенности и технология новичкам. Как варить алюминий полуавтоматом.

Таким образом, в сварочном инверторе ток и напряжение четко регулируются. Это позволяет плавно регулировать их значения и применять широкий спектр сварочных процессов для соединения деталей, в том числе из тугоплавких металлов и сплавов.

Определяемся с характеристиками

Как и все технические устройства, сварочные инверторы имеют определенные технические параметры, которые определяют их производительность.

Сварочный ток

Инверторные сварочные аппараты генерируют сварочный ток в диапазоне от 100 до 250 А.

Напряжение холостого хода

После преобразования сетевого тока в 220 В выходная мощность аппарата составляет 50 — 90 В тока и 20 — 50 кГц рабочей частоты. Максимальное напряжение должно использоваться для зажигания дуги, но оно представляет опасность для безопасности сварщика и окружающих его людей. Поэтому по окончании работы напряжение снижается до безопасного уровня.

Режим работы на максимальном токе

Важным показателем работы сварочного аппарата является время работы. Оно может обозначаться как SW или SP. Оно показывает, как долго аппарат работает в десятиминутном цикле сварки, прежде чем отключится.

Другими словами, при SWR 50% время работы составляет 5 минут, а при SWR 70% — 7 минут. Это значение должно быть указано в технической документации сварочного аппарата.