Сварочное оборудование: ликбез. Для тех, кто варит! Источники сварочного тока, основные параметры сварочного аппарата, виды сварки, электроды, защита сварщика

Со сварочными работами так или иначе сталкивается практически любой дачник или загородный житель. Заборы, арматурный каркас фундамента, стеллажи — все это и многое другое можно сделать, используя сварочный аппарат. Порой обходятся и без него, скажем, собрав конструкцию на болтах, но времени на это уходит куда больше. Раньше для подобных работ чаще всего приходилось искать специалиста с тяжелым и громоздким оборудованием, а «чайнику» покупать сварочный аппарат не имело особого смысла.

Хотя профессиональная работа требует соответствующего обучения, научиться варить не ответственные конструкции «для себя» реально и самостоятельно, проконсультировавшись со знакомым сварщиком и наблюдая за его работой, или даже не выходя из дома, получив небольшой минимум знаний и посмотрев обучающее видео по Интернету. Конечно, теория не заменит практики, но какие-то базовые «хитрости» все равно станут понятны. Если нужен более высокий профессиональный уровень, то можно пройти соответствующие курсы. Отметим, что обычно профессиональные сварщики довольно критически комментируют предположения, что малоопытный в сварочном деле человек способен сделать что-то самостоятельно. Но практика тем не менее показывает, что в тех случаях, когда качество сварного шва не так уж важно, подобный скепсис вряд ли обоснован. То есть варить забор вполне можно… а вот за газовую трубу браться не стоит, чревато серьезными последствиями.

Впрочем, вопросы профессиональной подготовки мы в этой статье затрагивать не будем, поговорим о другой проблеме, возникающей перед желающим приобрести оборудование для сварки — о проблеме выбора. Он велик, цены отличаются в разы, возможности у аппаратов тоже разные, купить обычно хочется то, что действительно понадобится, а есть ли смысл переплачивать за лишние «мелочи» — каждый решает для себя сам.

Существует множество типов оборудования, но в основном речь пойдет об аппаратах для электродуговой сварки — именно ее чаще всего используют домашние мастера. Цена современных аппаратов и сопутствующих материалов не слишком велика.

В последнее время их стали делать с применением электронных компонентов, что значительно уменьшило их массу и габариты и позволило шире применять в быту.

ИСТОЧНИКИ СВАРОЧНОГО ТОКА
Это основной элемент любого сварочного аппарата, преобразующий напряжение сети в постоянный или переменный ток с заданными параметрами. Оборудование может быть трехфазным, промышленного уровня, и однофазным, для «домашних работ».

Сварочные трансформаторы — традиционный и самый простой источник сварочного тока. Основной его узел — собственно трансформатор, понижающий сетевое напряжение до сварочного. Силу тока регулируют, меняя расстояния между первичной и вторичной обмотками. Все трансформаторы имеют одну общую особенность — выдают на выходе переменный ток. Чтобы варить ими цветные металлы или чтобы улучшить стабильность горения дуги, необходимо вводить в конструкцию дополнительные тяжелые и громоздкие элементы. Да и сам трансформатор весит довольно много. При этом для выполнения ответственных работ требуются специальные электроды для переменного тока. Но у трансформаторов есть и два важных достоинства: невысокая цена и «неубиваемость», поэтому они все еще выпускаются и пользуются определенным спросом, особенно среди профессионалов.

Сварочные выпрямители преобразуют переменный ток в постоянный. Они состоят из понижающего трансформатора, диодного блока, а также устройств регулировки, пуска и защиты. Такая конструкция, хотя и сложнее трансформатора, обеспечивает гораздо более стабильные выходные характеристики сварочного тока и электрической дуги. Качество шва в конечном счете тоже гораздо выше. Цена выпрямителей не намного больше цены трансформаторов, надежность также на высоте: ломаться в них практически нечему. Основные недостатки такие же, как у трансформатора.

Сварочные инверторы – наиболее современный вид аппаратов для сварки. В отличие от обычных трансформаторов, работающих на частоте сетевого напряжения 50 Гц, инвертор использует ток высокой частоты (десятки 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 — не более 300 граммов и по размерам чуть больше пачки сигарет.

Вентилятор для его охлаждения имеет сопоставимые размеры, а вес всего инвертора, с корпусом и электроникой, составляет 3–7 кг. КПД инвертора гораздо выше, энергопотребление меньше, он имеет более широкий, чем у простого аппарата, диапазон регулировки сварочного тока, что особенно важно при сварке тонкими электродами.

Благодаря электронной системе управления с помощью обратных связей можно получить выходные характеристики, подходящие для любого способа сварки. Наиболее важны для облегчения работ функции Hot Start, Arc Force и Anti-Stick.

В начале работы электроника обеспечивает дополнительный импульс тока, что облегчает поджиг дуги (функция Hot Start). Если электрод слишком быстро приближается к детали, функция Arc Force увеличивает сварочный ток, препятствуя залипанию.

При залипании ток снижается или отключается, при этом сводится на нет возможность «приморозить» электрод, экономится электроэнергия и уменьшаются нагрузки на сеть (функция Anti-Stick).

В той или иной мере эти функции есть у всех инверторов, в некоторых они регулируются (например, Hot Start при сварке тонких листов не нужен, проще его уменьшить или вовсе отключить).

Транзисторы инверторных аппаратов производятся по одной из двух технологий — MOSFET или IGBT. Технология MOSFET была разработана примерно полвека назад, IGBT, применительно к сварочному оборудованию, — более современная и экономичная. В Европе, где нормативы по энергопотреблению постоянно ужесточаются, найти в продаже MOSFET-инверторы уже невозможно. У нас они пока широко распространены. Инверторные аппараты IGBT способны работать при значительно большей частоте (60–85 кГц) и при большей температуре до срабатывания термозащиты (90 °C против 60 °C), чем MOSFET, что еще более снижает вес аппарата за счет уменьшения размеров трансформатора и общего количества электронных компонентов и увеличивает ПВ. Да и параметры сварочного тока у IGBT более стабильны.

Недостатков у инверторов несколько: в первую очередь, конечно, цена. Обходятся они дороже простого трансформатора, а IGBT обычно немного дороже, чем MOSFET. Основной враг электронных схем — влага и пыль, особенно металлическая. Поэтому не рекомендуется включать инвертор в запыленных помещениях и особенно работать «болгаркой» рядом со включенным аппаратом. Разумеется, при дожде работы на улице следует прекратить, впрочем, это относится ко всем аппаратам для электросварки. Профессиональные модели лучше защищены от пыли и влаги, но и стоят соответственно. В любом случае время от времени аппарат нужно открывать и тщательно продувать сжатым воздухом. Это допустимо и не ведет к снятию с гарантии.

Если планируется автономная работа от электрогенератора, нужен аппарат, производитель которого допускает такое применение. Инвертор не следует хранить зимой в неотапливаемом помещении — электроника требует бережного отношения.

Есть и еще один «недостаток»: работа с инвертором проще, чем с трансформатором или выпрямителем. Научившийся работать на «трансе» без проблем перейдет на инвертор, а вот обратный переход гораздо сложнее — придется учиться дополнительно.

При использовании постоянного тока возможны два варианта подключения электрода и детали. Кстати, провод, подсоединенный к детали, правильнее называть не массовым, а обратным, ведь он может подключаться и к «плюсу» аппарата. При прямой полярности деталь подсоединяется к зажиму «+», а электрод — к «–», при обратной — наоборот. Электроды также бывают нескольких видов: для прямой, обратной полярности и универсальные. На положительном полюсе выделяется больше тепла, чем на отрицательном, поэтому обратную полярность при работе с электродами применяют при сварке тонколистового металла, чтобы не прожечь его, и при сварке высоколегированных сталей во избежание их перегрева, а на прямой полярности лучше варить массивные детали.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СВАРОЧНОГО АППАРАТА
Независимо от устройства, очень важным параметром сварочного аппарата является продолжительность включения (ПВ) при различных значениях сварочного тока. Тут разные производители используют разные методики измерений. В европейском стандарте EN 60974–1 принимается во внимание продолжительность сварки при температуре 40 °C до первой остановки аппарата от перегрева, и ПВ высчитывается исходя из отношения этого времени к 10-минутному рабочему циклу. По методике итальянской компании Telwin (t = 20 °C, работа с перерывами) учитывается в первую очередь количество электродов, которые можно использовать за этот период времени. Разумеется, ПВ, рассчитанный по второй методике, заметно выше. При выборе аппарата надо уточнить, как именно считали ПВ и при каком токе он указан. Обычно указывают значения ПВ при максимальном токе и ток, при котором ПВ = 100 %. Впрочем, в процессе работы редко приходится жечь подряд несколько электродов на полной мощности без перерыва, и аппарат с заявленным «европейским» ПВ в 10–20 % будет работать до отключения столько же, сколько с 60–80 %-ным ПВ, рассчитанным «по Телвину».

Важным параметром и первым, на что обычно обращают внимание, является диапазон изменения сварочного тока. Он косвенно показывает мощность аппарата. Чем больше мощность, тем большего размера электрод можно установить и тем больше будет ПВ при работе небольшими электродами при равной силе тока. Для бытовых целей и работы наиболее ходовым трехмиллиметровым электродом трансформаторам с лихвой хватает максимальной мощности в 150 А, для инверторов — и того меньше, при этом токе они спокойно варят «четверкой». На коробке с электродами указываются рекомендуемые токи при работе с трансформаторами или выпрямителями, инвертор при таких токах уже может использоваться для резки металлов.

Еще один важный параметр — ток холостого хода. Он обычно лежит в пределах 60–85 вольт: чем выше, тем проще зажечь дугу.

ВИДЫ СВАРКИ
Ручная дуговая сварка плавящимся электродом (ММА). Это наиболее популярный вид сварки, при котором в качестве электрода берут проволоку, покрытую обмазкой. В процессе плавления проволока соединяет свариваемые детали, а обмазка (шлак) защищает сварочную ванну от воздействия кислорода, а также способствует улучшению характеристик дуги и качества шва. Чаще всего таким образом сваривают черные металлы, чугун и некоторые виды цветных металлов и сплавов, однако добиться хорошего соединения в последнем случае довольно трудно: легкоплавкие компоненты сплавов выгорают, и соединение получается не слишком качественным. Чем тоньше свариваемые детали, тем тоньше должен быть и электрод.

Полуавтоматическая сварка. Электроды тоньше 2 мм выпускаются редко: они слишком быстро расходуются, сложно вручную выдержать нужное расстояние между ними и деталями, тонкая проволока легко гнется, а нанести на нее обмазку довольно сложно. Поэтому в роли электрода выступает сварочная проволока, смотанная в катушки. Возможна и сварка неплавящимся электродом, тогда проволока играет роль присадки. Метод называется полуавтоматическим, так как аппарат при работе перемещается вручную. Сварка производится постоянным или импульсным током, различают сварку в среде инертных (MIG, аргоновые смеси) или активных (MAG, углекислота) защитных газов и сварку порошковой проволокой, без газа. Область работы полуавтоматов — работа с тонкими листами, высоколегированными сталями, цветными металлами, а также промышленное применение.

Ручная сварка в среде защитных газов (TIG). В просторечии — «сварка аргоном», по наиболее часто используемому газу. Проводится неплавящимся графитовым или вольфрамовым электродом, металл в виде присадочного прутка подается вручную. Кроме аргона, в состав газа входит небольшой процент кислорода, чтобы выжечь грязь и окислы в процессе работы. Качество шва при таком методе очень высокое. Сваривание почти всегда производится на постоянном токе прямой полярности, только для алюминия более подходит переменный ток или обратная полярность: так лучше разрушается оксидная пленка. Данный способ довольно дорог и отличается низкой скоростью работы, но он порой незаменим для сварки практически любых металлов в случае малых объемов работ, либо если автоматизировать процесс по разным причинам не удается.

ЭЛЕКТРОДЫ
Разновидностей электродов для ММА-сварки довольно много, основное отличие между ними (для черных металлов) — применяемая обмазка. Вообще говоря, электроды могут быть с основным, кислым, ильменитовым, рутиловым и целлюлозным покрытием. Для бытовых работ, впрочем, можно не вдаваться в такие подробности.

Достаточно прочитать на упаковке рекомендации производителя, касающиеся рода тока (постоянный или переменный) и допускаемой полярности. Для подавляющего большинства «бытовых» сварочных соединений более чем достаточно электродов марки АНО, МР-3, ОЗС и других, разница между ними в быту будет практически незаметна.

Для полуавтоматической сварки черных металлов используют стальную омедненную или порошковую проволоку. Независимо от типа сварочного аппарата, чтобы работать с чугуном и цветными металлами, потребуются электроды, проволока или присадочные прутки из соответствующих материалов.

СВАРОЧНЫЕ АППАРАТЫ
В промышленности часто применяют комбинации из различных источников тока и видов сварки. В бытовом смысле все проще: трансформатор и выпрямитель — для ММА, инвертор — для всех видов. Большая часть предлагаемых инверторов работают с ММА, немного более дорогие позволяют работать и в режиме TIG. В последнее время многие производители стали выпускать комбинированные инверторы, ММА+MIG/MAG, а иногда и совмещающие все три возможных вида сварки.

ЗАЩИТА СВАРЩИКА
Сварочный процесс сопровождается большим количеством опасных и вредных факторов: высокой температурой раскаленного металла и шлака, ярким свечением дуги в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, выделением токсичных газов и аэрозолей. При работе с электрическими аппаратами и несоблюдении правил техники безопасности возникает риск поражения электрическим током, да и вообще, работа с железом к безопасным не относится. Поэтому обязательно понадобятся маска сварщика и спецодежда.

Сварочная маска или щиток. Это самый необходимый элемент, предназначенный для защиты глаз и лица. Изготавливается чаще всего из пластика или электрокартона (фибры). Щиток приходится держать одной рукой, маску крепят на голову. В конструкцию фильтра, согласно ГОСТ, должны входить защитное стекло и подложка из оргстекла. В качестве фильтра применяется либо затемненное стекло, либо фильтр-«хамелеон», автоматически затемняющийся при возникновении дуги. «Хамелеон» гораздо удобнее, но и стоит дороже. В зависимости от условий сварки применяются стекла различной степени затемненности. В «хамелеоне» почти всегда регулируется степень затемнения, несколько реже — чувствительность и время задержки открытия фильтра после пропадания электрической дуги. В идеале универсальный «хамелеон» должен иметь все три эти регулировки, причем лучше плавные.

Молоток и металлическая щетка. Служат для отбивки и удаления шлака. Иногда входят в комплект аппарата вместе с простейшим щитком с затемненным стеклом. Для начала, может быть, и этого хватит, но для постоянных работ проще приобрести эти элементы по отдельности. К тому же при использовании щитка одна рука будет постоянно занята им, вторая — электрододержателем. Придержать или поправить детали оказывается нечем, а чтобы отбить шлак, придется каждый раз освобождать одну из рук. Отбивку надо проводить, защищая глаза хотя бы очками, но «хамелеон» или маска с поднимающимся стеклом удобнее и в этом отношении.

Удлинители. Про них многие забывают. И совершенно напрасно, от них тоже многое зависит. Вилки и розетки должны быть рассчитаны на соответствующие токи — минимум 25, а лучше 32 А. Это относится и к силовой сетевой розетке, которую лучше всего ставить поближе к счетчику. Длина удлинителя — по возможности меньше, рекомендуемое сечение провода — не менее 2 мм². Дело в том, что при больших токах тонкие провода будут сильно греться, что может привести и к короткому замыканию. Ну и чем длиннее провод, тем больше потери напряжения в нем. Для дачной сети, в которой и своих потерь много, уменьшение подводимого напряжения еще на несколько вольт может стать критичным. При работе удлинитель должен быть полностью размотан. В скрученном или намотанном на барабан проводе возникают дополнительные потери, к тому же ухудшаются условия теплоотвода, а это чревато возможностью сжечь удлинитель (и не только его) буквально «на ровном месте».

Одежда и перчатки должны быть изготовлены из слабогорючих и нетлеющих материалов вроде брезента, прорезиненных материалов или кожи. Обувь тоже желательна «погрубее», ведь кроме искр и капель металла, на ногу можно случайно уронить железку. Наиболее практичны ботинки из толстой кожи или резиновые сапоги. Вся одежда при работе должна быть застегнута и пригнана с таким расчетом, чтобы исключить попадание капель расплавленного металла в ее складки и защитить все участки кожи от вредного воздействия сварочной дуги. Обеспечивают электробезопасность коврики из резины или подобных диэлектрических материалов.

Не нужно забывать и о других простейших «мелочах» — наличии и работоспособности заземления, надежной фиксации сварочных проводов в аппарате и целостности их изоляции, хорошем электрическом контакте обратного провода на детали, правильной организации рабочего места и т. п.

Автор: Максим ГРИБОЕДОВ

Август 2011 г.

ГДЕ КУПИТЬ

Интернет-магазин www.dreli.org: ассортимент сварочных инверторов смотрите по ссылке www.dreli.org/shop-cat-161.html