Для обычных бытовых приборов достаточно тока в диапазоне от 300 до 400 А. В промышленных условиях, где необходимо сваривать толстые металлические конструкции, используются устройства, способные создавать ток до 1000 А. Минимально возможный ток составляет приблизительно 50 А.
Устройство и принцип работы сварочного автомата
Электродуговая сварка является одной из самых распространенных технологий, используемых как в промышленности, так и в быту. Этот процесс основан на создании высокой температуры в месте соединения металлических компонентов, что достигается за счет электрической энергии. Сварочная дуга образуется между электродом и металлическими деталями, которые необходимо соединить. Сварочный аппарат генерирует нужные характеристики электрического тока. В его конструкции используется понижающий трансформатор, который играет ключевую роль в регулировке параметров тока.
Сердцем трансформатора служит замкнутая рамка, изготовленная из ферромагнитных материалов. Эта конструкция включает в себя металлические изолированные листы, образующие так называемый сердечник, вокруг которого намотаны первичная и вторичная обмотки. Первичная обмотка выполнена из изолированного провода, в то время как вторичная обмотка — из неисоленированного провода. Различие в количестве витков в обеих обмотках позволяет изменять напряжение (U). На первичную обмотку с числом витков N1 подается переменное напряжение, что приводит к образованию направленной электродвижущей силы (ЭДС). Магнитный поток, проходящий через сердечник, движется внутри вторичной обмотки, которая имеет меньшее количество витков N2. Соотношение между количеством витков N2 и N1 обозначается коэффициентом преобразования напряжения K.
Для сварочного оборудования напряжение U всегда понижается, следовательно, коэффициент K превышает единицу. В результате этого сила тока (I) увеличивается.
Например, если к выводам вторичной обмотки подключить токопроводящие элементы, такие как стальные гвозди, и замкнуть их, температура в месте соединения повысится до такой степени, что они сварятся между собой.
Таким образом, принцип работы электросварки заключается в следующем: один вывод подключается к свариваемой детали, а на другом выводе установлен держатель с электродом для сварки. При контакте между электродом и изделием возникает электродуга, которая плавит металл и соединяет детали в единый монолит.
Во время работы устройство функционирует под нагрузкой. При исчезновении электродуги оно переходит в режим ожидания — холостой ход. Тем не менее, на выходах остается напряжение холостого хода (U холостого хода), которое значительно ниже рабочего, а его величина ограничена в целях безопасности.
Схемы и модификации
Инженеры непрерывно работают над улучшением сварочных аппаратов, создавая новые их модификации и модели. Многие из них реализуют принцип трансформации по-разному, внедряя конденсаторы, тиристорные фазорегуляторы и другие устройства в классическую схему.
Регулировка параметров сварки необходима в зависимости от характеристик свариваемых деталей и электродов. Например, слишком сильный ток может повредить тонкую сталь, а недостаточный ток не обеспечит должного прогрева массивной металлической плиты. Как уже упоминалось, силу тока I можно регулировать изменением количества витков во вторичной обмотке N2. Но этот способ не единственный. Уменьшение зазора между пластинами также приводит к увеличению параметра, тогда как увеличение расстояния между пластинами уменьшает его значение. Регулировка может выполняться изменением расстояния между обмотками. Рассмотрим конкретный пример такой конструкции: на двух параллельных сторонах сердечника устанавливаются две первичные обмотки (по одной с каждой стороны). Они остаются неподвижными и соединяются между собой последовательно, функционируя как единая обмотка. Вторичные обмотки могут перемещаться вдоль тех же сторон рамки с помощью регулировочного винта. При сближении компонентов сила тока возрастает, а при расхождении — уменьшается.
Обмотки можно подключать не только последовательно, но и параллельно, причем обе схемы могут быть реализованы в одном и том же приборе. Последовательное подключение используется для малых токов, тогда как параллельное — для более высоких значений.
Эффективность работы сварочных аппаратов в значительной степени зависит от системы охлаждения. Корпуса устройств обычно оборудованы вентиляционными прорезями. Охлаждение может быть естественным, принудительным с использованием вентиляторов или жидкостным.
Эти устройства обеспечивают высокий коэффициент полезного действия (КПД) и меньшее количество тепловых потерь, что в свою очередь позволяет сэкономить на конструкции системы охлаждения и уменьшить габариты самого прибора.
В схему сварочного аппарата включены специальные устройства для ограничения напряжения. Эти автоматы препятствуют превышению U холостого хода. Безопасным диапазоном для U холостого хода считается уровень 48-70 В. Все агрегаты обязательно должны быть оснащены заземлением, которое отводит напряжение, возникающее, например, в случае повреждения изоляции на корпусе компьютера.
Дополнительное сопротивление в цепи вторичной обмотки позволяет максимально широко настроить аппарат. Оно необходимо в устройствах, рассчитанных на большие нагрузки, а также для успешной сварки очень тонких листов.
Чтобы обеспечить постоянство тока, в конструкцию устройства включаются выпрямители.
Устройство инвертора
Инвертор представляет собой компактное устройство, которое подключается к электросети с использованием электрического шнура.
На корпусе инвертора имеются разъемы, помеченные знаком плюс и минус, куда подключаются соответствующие сварочные кабели.
На передней панели прибора располагается управляющая панель с дисплеем, регуляторы силы тока, кнопка включения и индикатор перегрева.
Для удобства переноски устройство оснащено прочным ремнем, а широкие ножки обеспечивают устойчивость инвертора.
Внутри устройства располагаются силовой и управляющий блоки.
1. Силовой блок
Силовой блок состоит из следующих компонентов:
- силового выпрямителя, включающего электролитические конденсаторы и мощный диодный мост;
- охлаждающего радиатора, предотвращающего перегрев устройства;
- помехового фильтра, содержащего дроссель на магнитной катушке, предназначенного для подавления помех в электрической сети;
- инверторного блока, который содержит группу силовых транзисторов, преобразующих постоянный ток в переменный;
- выходного выпрямителя, сделанного из быстродействующих диодов;
- пусковой схемы, которая включает в себя резисторы для питания компонентов силового блока и реле плавного пуска, ограничивающее начальные токи при включении сварочного аппарата.
Диодный мост и быстродействующие диоды устанавливаются на охлаждающем радиаторе для предотвращения перегрева при работе с большими токами. Если температура достигает критических значений, срабатывает предохранитель, установленный на радиаторе.
2. Управляющий блок
Цифровой блок управления, известный как ШИМ-контроллер, координирует работу всех систем, включая розжиг, стабилизацию дуги и работу транзисторов.
Регулировка силы сварочного тока осуществляется с использованием ручки резистора, выведенной на панель управления инвертора.
Кроме того, инверторные устройства комплектуются съемными кабелями, электрододержателями, зажимами и металлическими щетками.
Упрощенная схема устройства инвертора.
Принцип действия
Как функционирует сварочный инвертор:
- Переменный ток напряжением 220 вольт и частотой 50 Гц поступает в сетевой выпрямитель из стандартной электрической сети.
- Ток, проходя через выпрямитель, сглаживается и преобразуется в постоянный.
- Далее постоянный ток отправляется в инверторный блок, где силовые транзисторы конвертируют его обратно в переменный ток с частотой до 50 кГц.
- В силовом трансформаторе высокочастотное переменное напряжение понижается до 25-40 В, а сила тока увеличивается до оптимальных значений.
- После трансформатора переменный ток подается на высокочастотный выпрямитель, где напряжение выравнивается и вновь преобразуется в постоянный ток, который затем используется для выполнения сварочных операций.
Ток, поступающий от инвертора, обеспечивает быстрое зажигание электрической дуги и стабильное ее горение.
Сварочный инвертор с комплектующими.
Устройство и работа сварочного аппарата
Если подытожить, инверторный сварочный аппарат представляет собой преобразователь постоянного тока в переменный. Сетевой переменный ток 220 вольт преобразуется в постоянный, затем проходит через выпрямитель и вновь преобразуется в переменный, но с очень высокой частотой. Понижение напряжения значительно увеличивает силу тока.
После этого полученный электрический ток высокой частоты, имеющий увеличенную силу и пониженное напряжение, снова преобразуется в постоянный. Именно с его помощью и осуществляется процесс сварки.
Высокая температура электрической дуги, образующейся при сварке, позволяет расплавить металл. Дуга возникает между сварочным электродом и свариваемой деталью. Для этого на электроде и детали подключаются противоположные полюса. Когда электрод подключен к отрицательному полюсу, а деталь — к положительному, такое соединение называется прямым. Если наоборот, оно называется обратным. Оба способа могут быть использованы в зависимости от толщины соединяемого металла.
Сварочный электрод состоит из металлического сердечника и слоя обмазки, которая защищает область сварки от воздействия кислорода. При контакте сердечника с металлом возникает электрическая дуга, которая запускает процесс горения обмазки. Эта обмазка частично превращается в газы, окружающие зону сварки и защищающие ее от кислорода. Расплавленная часть обмазки образует защитный слой на металле, который, застывая, превращается в шлак.
Как выбрать сварочный инвертор
На российском рынке существует множество вариантов сварочных инверторов. Использование инверторной технологии позволяет создавать компактные сварочные аппараты, которые легко транспортировать и в использовании. К примеру, инвертор ФОРСАЖ-161, производимый Государственным Рязанским приборным заводом (ГРПЗ), весит всего 4,3 кг, что создает возможность переноски на плече и даже сварки в таком положении.
Ручная дуговая сварка прекрасно подходит для соединения различных металлов различной толщины. Применение этой технологии особенно оправдано в тех случаях, когда нет необходимости делать долгие швы. Это идеальный выбор для работ в домашних условиях, на даче или в небольшой мастерской. Однако в ассортименте ГРПЗ имеются и профессиональные модели. Например, сварочный аппарат ФОРСАЖ-200 соединяет мобильность (вес 5,9 кг) с высокой производительностью и надежными сварочными соединениями.
Для задач, близких к промышленным масштабам, потребуется оборудование с улучшенными характеристиками и более широким спектром возможностей. Рязанское предприятие Ростеха производит инвертор ФОРСАЖ-315М, который предназначен для работы в нефтегазовой отрасли, в строительных и монтажных организациях, а также на судостроительных заводах. Помимо электродуговой сварки, этот аппарат можно использовать и для аргонодуговой сварки, обеспечивая более прочные соединения. Эта модель прошла тестирование в жестких условиях на объектах нефтегаза и была включена в реестр сварочного оборудования ПАО Газпром.
Использование сварочного инвертора: пошаговая инструкция
Когда инвертор готов к работе, можно начинать процесс сварки. Ниже представлено детальное руководство по эксплуатации инвертора:
- Защита и безопасность
- Сварочная маска: Необходима для защиты глаз от яркости сварочной дуги и ультрафиолетового излучения.
- Сварочные перчатки: Используются для защиты рук от искр, брызг расплавленного металла и высокой температуры.
- Одежда: Она должна быть изготовлена из материала, стойкого к огню, чтобы избежать возможных повреждений от искр и брызг.
- Запуск инвертора
- Включите устройство с помощью кнопки или переключателя питания.
- Подождите несколько секунд для прогрева устройства.
- Инициация сварочной дуги
- Поднесите электрод к рабочему элементу, сохраняя расстояние около 2-3 мм.
- Кратко коснитесь детали электрордом и быстро уберите его назад для запуска дуги.
- Процесс сварки
- Удерживайте электрод под углом 70-80 градусов к детали.
- Проводите электродом вдоль предполагаемого шва, поддерживая дугу в контакте с деталью. Скорость перемещения определяется толщиной детали и установленным током.
- Старайтесь поддерживать постоянную длину дуги для получения ровного и качественного шва.
- Если дуга прерывается, повторите процедуру её зажигания.
- Методики движения электрода в процессе сварки
- «Точечное движение»: Кратковременное прикосновение электрода к металлу с последующим отводом и новым прикосновением рядом. Применяется для работы с тонкими листами, чтобы избежать их деформации.
- «Полуовальное движение»: Движение электрода, имитирующее полукруг или «U». Это помогает равномерно распределять металл и усиливает его проникновение.
- «Движение по типу ‘N'»: Электрод перемещается, создавая путь, напоминающий букву «N», пересекающую сварный шов.
- «Треугольное движение»: Электрод движется, описывая маленькие треугольники. Часто используется для вертикальной сварки, чтобы контролировать каплю металла.
- «Покачивание»: Электрод двигается вперед-назад, как если бы были качели. Это позволяет регулировать ширину и глубину шва.
- «Вращательное движение»: Электрод создает маленькие спирали. Применяется для создания декоративных швов или при работе с круглыми деталями.
- «Движение по типу ‘Z'»: Электрод перемещается, имитируя букву «Z», пересекает шов. Это подходит для сварки толстых деталей.
- Регулировка скорости
Скорость движения электрода должна оставаться стабильной, с учетом толщины металла, размера электрода и ширины шва. Чрезмерно быстрое движение может привести к недостаточному проникновению, тогда как слишком медленное — к перегреву.
В конце сварки поднимите электрод, чтобы предотвратить образование кратера. После завершения работы отключите инвертор и отсоедините все кабели.
Дайте детали остыть после сварочных работ. Используйте инструменты, такие как молоток и щеточку, для удаления шлака. При необходимости используйте абразивные материалы для дополнительной обработки шва.
Соблюдая все вышеперечисленные рекомендации и имея практический опыт, вы сможете достигнуть высоких результатов при работе с инвертором. Не забывайте о технике безопасности и регулярном осмотре оборудования.
Виды сварочных аппаратов – тонкости выбора и особенности применения
Выбор доброкачественного и доступного сварочного аппарата является довольно сложной задачей, так как рынок переполнен предложениями, и не все модели сварочных аппаратов равны между собой. Каждое устройство имеет свои особенности, достоинства и недостатки. Не поддавайтесь на уговоры менеджеров — лучше изучите устройства и параметры сварочных аппаратов самостоятельно, что значительно упростит выбор.
Недавно спрос на компактные бестрансформаторные сварочные аппараты был огромным. Многие типы ручных сварочных аппаратов создавались кустарным способом, при этом приобретались конверсионные модели, которые производились предприятиями, занимающимися оборонной продукцией.
Сегодня рынок перенасыщен предложениями. Конструкции сварочных аппаратов стали более разнообразными, что, тем не менее, сделало их более совершенными. Все современные сварочные аппараты базируются на тех же старых схемах, но с использованием новой элементной базы.
По видам аппараты можно разделить на несколько основных моделей:
- трансформаторные конструкции;
- инверторные схемы;
- сварочные аппараты для сварки постоянным током;
- конструкции для сварки в защитной газовой среде;
- устройства для точечной сварки;
- газосварочные агрегаты.
Все вышеперечисленные устройства предназначены для подключения к бытовой электросети с напряжением 220 В. Это основное ограничение для всех бытовых моделей.
При выборе типа сварочного аппарата (за исключением газосварки) необходимо адекватно оценивать возможности электросети. Современные модели на полупроводниковой основе могут функционировать на даче или в гараже, где напряжение в сети может варьироваться от 150 до 240 В. Более старые аппараты с трансформаторным преобразованием напряжения требуют модификации.
Трансформаторы
Этот вид сварочных аппаратов является наиболее древним и активно применяется на протяжении более ста лет. Основным компонентом аппарата служит тяжелый трансформатор весом до 20 кг и мощностью до 5 кВт, который преобразует сетевое напряжение 220 В на входе в рабочее переменное напряжение в диапазоне 50-60 В.
Для качественной сварки металла трансформатор должен иметь определенные характеристики вольт-амперной характеристики, обычно круто падающей. Обычный силовой трансформатор, снятый с промышленного оборудования, для сварочных работ не подойдёт.
Перед началом работ сварочный трансформатор настраивается на определенные характеристики — ток и интенсивность горения дуги. Двигая вручную балластный резистор или реактор, можно добиться круто падающей характеристики напряжение-ток. Это означает, что после зажигания дуги напряжение начнет значительно снижаться с увеличением тока, позволяя равномерно выделять энергию и избавляя от проблем с прожогами или некачественными швами.
- простота конструкции и легкость в ремонте;
- доступная цена;
- возможность получения большого сварочного тока — до 250 А;
- высокая надежность.
Срок службы сварочного трансформатора, намотанного из качественного медного провода, составляет 20-25 лет. На практике, при аккуратном обращении, этот срок может ограничиваться только надежностью изоляции. Провода в фирменной резиновой изоляции способны обеспечить 30-40 лет безаварийной работы.
- значительный вес;
- сложность настройки;
- ограниченные возможности;
- сильные помехи, создаваемые трансформатором в сети.
Аппарат для точечной сварки
С сварочным аппаратом для точечной сварки сложно спутать традиционный сварщик, так как он оснащается выступающими из корпуса клещами. Этот аппарат используется исключительно для выполнения одной операции — сварки двух тонких листов стали в одной точке.
Принцип работы следующел:
- материалы укладываются слоями и фиксируются при помощи струбцины с прокладками;
- выбирается место для сварочной точки;
- клещи подводятся к этой точке и сжимаются, обеспечивая надежный электрический контакт между электродами и сталью;
- под действием тока сталь нагревается и переходит в пластичное состояние, что позволяет ей свариваться.
Клещи должны находиться в сжатом состоянии на протяжении всего процесса. Аппарат работает от стандартной сети на 220 В и не требует специальной защитной одежды, маски или присадочных материалов. Скорость сварки может достигать 10 точек в минуту.
