Как работает сварочный аппарат?

Аппарат для сварки является, грубо говоря, устройством для питания сварочной дуги электрическим током. Он берет электричество из сети (однофазной 230 В или трехфазной 400 В) и увеличивает силу тока — вплоть до очень высоких значений, необходимых для сварки металла.

Раньше в сварочном деле использовались преимущественно трансформаторы — относительно простые и недорогие аппараты, имеющие множество недостатков (большой вес, крупные размеры, нестабильность выходного тока, «просадки» электросети и непригодность к некоторым видам работ). Сейчас они почти полностью вытеснены сварочными аппаратами с инверторными схемами питания. В их конструкции есть диодные выпрямители, блоки транзисторов с большой частотой коммутации и высокочастотные трансформаторы уменьшенного размера. Из-за более сложной схемотехники и обилия электроники инверторные аппараты для ручной и полуавтоматической сварки стоят дороже, чем классические трансформаторы. Но этот недостаток с лихвой компенсируется улучшением характеристик сварочной дуги, повышением качества сварных швов и возможностью более тонкой и точной настройки оборудования. Поэтому инверторные аппараты лучше подходят как для новичков, делающих первые шаги в сварочном деле, так и для опытных профессиональных сварщиков.

Современные сварочные инверторы — это компактное портативное оборудование.

Виды сварки

Существуют различные способы соединения металлов сваркой. У каждой технологии есть свои достоинства, недостатки и оптимальные сферы применения.

Ручная дуговая сварка (MMA)

Сварка с использованием штучных электродов, покрытых специальной обмазкой, применяется преимущественно для соединения деталей из углеродистых сталей. Данный метод широко используется для сварки металлоконструкций и трубопроводов, а также соединения частей машин и механизмов.

Достоинства ручной дуговой сварки:

  • невысокая стоимость оборудования и расходных материалов;
  • можно быстро освоить технологию на уровне, достаточном для выполнения простых задач;
  • работы выполняются без использования баллонов с газом.

Недостатки:

  • невысокая производительность работы по сравнению с полуавтоматической сваркой;
  • качество и прочность сварного шва очень сильно зависят от навыков и компетенции сварщика.
Процесс ручной дуговой сварки.
Популярные сварочные аппараты для ручной дуговой сварки

Аргонно-дуговая сварка (TIG)

Сварка в среде защитного газа с использованием неплавящегося (вольфрамового) электрода применяется для соединения деталей, изготовленных из нержавеющей стали, чугуна, цветных металлов (алюминия, меди, титана, магния, никеля и др.) и сплавов на их основе. Поскольку при сварке TIG электрод не плавится, для формирования и наполнения шва используются специальные присадочные материалы в виде металлических прутков или проволоки, которые подбираются под конкретную задачу.

Достоинства аргонно-дуговой сварки:

  • можно варить практически любые металлы и сплавы;
  • технология позволяет аккуратно варить тонкий металл и детали сложной формы;
  • обеспечиваются высокое качество сварочных швов и прочность соединения.

Недостатки:

  • невысокая производительность работы из-за необходимости точно контролировать процесс сварки;
  • требуются высокая квалификация и хороший уровень подготовки сварщика;
  • необходимость использовать баллон с аргоном, который повышает стоимость сварки и ограничивает мобильность.
Процесс аргонно-дуговой сварки.
Популярные сварочные аппараты для аргонно-дуговой сварки

Полуавтоматическая сварка (MIG/MAG)

При полуавтоматической сварке, которая выполняется в среде защитного газа, вместо штучных электродов используется проволока, которая непрерывно подается через сварочный пистолет с помощью протягивающего механизма. Одновременно с проволокой через горелку подается защитный газ: инертный (аргон, азот или гелий), функция которого заключается в вытеснении воздуха, или активный (углекислый газ или кислород), участвующий в сварочном процессе. Также существует возможность сварки без использования защитного газа, но для этого требуется специальная порошковая (флюсовая) проволока.

Достоинства полуавтоматической сварки:

  • можно варить различные виды материалов (углеродистые и коррозионностойкие стали, алюминий и некоторые сплавы на основе цветных металлов);
  • технология позволяет эффективно варить детали разной толщины — от тонких листов до толстого металлопроката;
  • производительность работы значительно выше, чем при использовании ручной сварки.

Недостатки:

  • оборудование и расходные материалы для полуавтоматической сварки MIG/MAG стоят дороже, чем аппараты и электроды для MMA;
  • необходимость использовать баллоны с газом, которые ограничивают мобильность и повышают стоимость работы.
Процесс полуавтоматической сварки.
Популярные сварочные аппараты для полуавтоматической сварки

Существуют и другие технологии сварки: плазменная, точечная, лазерная, сварка трением или взрывом. Но вряд ли их описание будет целесообразным в статье, ориентированной на начинающих сварщиков.

Заметим, что многие современные сварочные аппараты являются универсальным оборудованием. Например, они могут одновременно иметь байонетные соединения для проводов массы и электрододержателя, которые необходимы для ручной сварки MMA, и разъем для подключения горелки, использующейся при полуавтоматической сварке MIG/MAG. Подобные аппараты, позволяющие варить металл несколькими разными методами, подойдут сварщикам, которым приходится выполнять широкий спектр задач.

Пример универсального сварочного аппарата, позволяющего заниматься сваркой MMA, TIG и MIG/MAG.

Максимальный ток сварки

Максимальный сварочный ток, который обязательно указывается в характеристиках оборудования, — это один из ключевых параметров при выборе аппарата для сварки. Увеличивая значение тока, можно глубже проваривать металл, делать более широкие швы и использовать более толстые электроды.

При выполнении сварочных работ нужен такой ток, который обеспечит уверенный розжиг электрода и его стабильное горение, хороший прогрев металла и достаточную глубину сварочной ванны. Например:

  • ток 80 – 100 А — подходит для работы с электродами ∅ 2 мм, позволяет варить мелкий фасонный прокат из металла, имеющего толщину порядка 2 мм;
  • ток 120 – 140 А — дает возможность использовать электроды ∅ 3 мм и варить металлоконструкции из широко распространенных уголков и профильных труб;
  • ток 160 – 180 А — позволяет варить металлопрокат с толстыми стенками, вроде швеллеров, используя электроды ∅ 4 мм.

Следует иметь в виду, что при выборе сварочного аппарата всегда следует брать устройство с некоторым запасом по максимальному току (порядка 20% – 30%). В противном случае оборудование будет работать в режиме критической нагрузки, а это плохо сказывается на его надежности и долговечности.

Диапазон регулировки тока тоже имеет некоторое значение. Скажем, для сваривания металла, имеющего толщину бритвенного лезвия или стенки пивной банки, требуется совсем небольшой ток — порядка 5 А. Вряд ли вы будете таким заниматься, но будет неплохо, если ваш аппарат позволит уменьшать значение сварочного тока хотя бы до 30 – 40 А, чтобы не прожигать металл при работе с тонкой листовой сталью или мелкокалиберным металлопрокатом.

Современные сварочные аппараты позволяют точно настраивать рабочие параметры.
Популярные сварочные аппараты с высоким сварочным током

Максимальный диаметр электрода или проволоки

В случае с аппаратами, предназначенными для ручной дуговой сварки, максимально допустимый диаметр электрода примерно пропорционален максимуму тока. А вот с полуавтоматами ситуация иная. На то, какую проволоку можно использовать во время работы, влияют не только характеристики тока, но и конструкция протягивающего механизма. Его функция заключается в том, чтобы обеспечивать непрерывную плавную подачу проволоки с заданной скоростью (без рывков и заедания).

В конструкции подающего механизма есть ролики с канавками определенного размера, которые имеют U-образный (для проволоки из мягкого металла, вроде алюминия) или V-образный профиль (для стальной проволоки). Как правило, на ролике есть две канавки стандартных типоразмеров (обычно 0.6 и 0.8 мм, 0.8 и 1.0 мм или 1.0 и 1.2 мм), но иногда их больше. Поэтому именно конструкцией механизма протяжки и номенклатурой сменных наконечников для горелки, которые идут в комплекте со сварочным аппаратом, и определяется, с какой проволокой может работать тот или иной полуавтомат.

Конструкция подающего механизма определяет, с какой проволокой сможет работать полуавтоматический сварочный аппарат.
Популярные сварочные аппараты для тонкой проволоки

Периодичность включения

Коэффициент периодичности включения (ПВ) — это характеристика сварочного оборудования, которая описывает его «выносливость» и способность долго работать на максимальном токе без пауз. Например, периодичность 70% означает, что типичный 10-минутный рабочий цикл аппарата включает до 7 минут непрерывной работы, после чего требуется сделать перерыв на 3 минуты для охлаждения «внутренностей».

Подбирая аппарат по данной характеристике, следует учитывать интенсивность планируемой работы и ее характер. Например, для профессионального сваривания крупных конструкций из листовой стали требуется аппарат, с помощью которого можно делать длинные и толстые сплошные швы, — для этого лучше взять модель с ПВ > 70%. А для изготовления, скажем, кованых заборов, которые собираются из готовых элементов на «прихватки» (короткие или точечные швы), вполне можно взять аппарат с ПВ в районе 50%. Бытовые задачи, которые, как правило, заключаются в том, чтобы приварить кронштейны к заборному столбу или петли к гаражным дверям, вполне можно выполнять с помощью сварочного аппарата, имеющего ПВ ≤30%. Даже такой небольшой периодичности включения (предполагающей 3 минуты сварки и 7 минут отдыха) вполне хватает большинству мастеров, ведь сварщику в любом случае приходится часто делать паузы и прерывать работу, чтобы подогнать детали, сменить электрод, отбить окалину со шва и проверить его качество.

Даже маленького инвертора с небольшим коэффициентом ПВ обычно хватает для домашних сварочных проектов.

Входное напряжение и потребляемая мощность

Такие характеристики, как входное напряжение и потребляемая мощность, являются весьма важными критериями при выборе оборудования для участка с проблемным электропитанием или мобильной мастерской, предполагающей питание от генератора (заметим, что существуют специальные сварочные генераторы, в которых объединены функции сварочного аппарата и мини-электростанции). Например, самые мощные аппараты для сварки создают настолько большую нагрузку на сеть, что их вряд ли разумно использовать в домашней мастерской, и они нередко требуют прямого подключения к щитку в обход автоматики. Также следует помнить о том, что от обычной бытовой электросети могут работать только аппараты 230 В, а в цехах заводов и фабрик, подключенных к трехфазному питанию, более востребованными являются модели на 400 В.

Популярные мощные сварочные аппараты (> 10 кВА)

Вспомогательные функции и защитные системы

С переходом на инверторные схемы и постепенным удешевлением электронных компонентов производители сварочного оборудования стали совершенствовать свою продукцию, добавляя в нее новые «фишки» и функции, которые облегчают работу сварщика и делают ее более удобной и безопасной.

  • Горячий старт (Hot Start) — при касании электродом заготовки сварочный аппарат выдает импульс повышенной мощности. Благодаря кратковременному значительному увеличению силы тока электрод моментально разогревается до высокой температуры, легко и уверенно зажигая дугу.
  • Форсаж дуги (Arc Force) — сварочный аппарат в автоматическом режиме производит «набросы» тока в процессе переноса капель расплавленного металла через дуговой промежуток от электрода к заготовке. Кратковременные, четко контролируемые «скачки» силы тока позволяют повысить скорость плавления электрода, увеличить глубину сварочной ванны и избежать «залипания» (приваривания электрода к заготовке).
  • Защита от залипания (Anti-Stick) — если избежать залипания не удалось, автоматика мгновенно сбрасывает ток до минимального значения или вообще выключает сварочный аппарат. При наличии этой функции «залипший» электрод легко отделяется от заготовки без повреждения обмазки (покрытия из порошкообразных материалов) и поэтому остается пригодным к дальнейшему использованию.
  • Снижение напряжения холостого хода (VRD) — это функция, обеспечивающая безопасность пользователя. Ее суть заключается в том, что в моменты, когда аппарат включен, но сварка не осуществляется (например, при подготовке к работе или во время проверки качества шва), на электроды подается не рабочее напряжение, а пониженное до безопасного значения (обычно в пределах 10 – 20 В). Таким образом, замыкание цепи при случайном касании электрода рукой или другими частями тела не приводит к поражению сварщика электрическим током. Заметим, что во многих странах рабочие на стройках и в цехах предприятий обязаны использовать сварочные аппараты с включенной функцией VRD по условиям страхования жизни.

Аппарат, оснащенный всеми перечисленными «фишками», не превратит вас по мановению волшебной палочки в высококлассного специалиста по ручной дуговой сварке. Но если вы новичок, осваивающий азы сварки, или имеете не особо много опыта, то вышеупомянутые вспомогательные функции значительно облегчат первые шаги и помогут делать меньше ошибок. Поэтому при выборе первого сварочного аппарата есть смысл присматриваться именно к тем моделям, у которых есть Hot Start, Arc Force и Anti-Stick.

Электронные «помощники» позволяют класть ровные и прочные сварные швы.

У современных сварочных полуавтоматов тоже есть некоторые функции, которые полезны как новичкам (помогают на начальном этапе обучения электросварке), так и профессионалам (позволяют быстрее работать и делать более качественные швы).

  • Импульсная сварка — это режим работы инвертора-полуавтомата, при котором основной сварочный ток дополняется высокомощными импульсами (как правило, в 5 – 10 раз сильнее фонового тока), следующими с частотой от нескольких десятков до нескольких сотен герц. Пульсация тока улучшает процессы переноса капель и перемешивания металла в сварочной ванне, уменьшает количество пор и дефектов, повышает качество сварного шва и прочность соединения.
  • Синергетическое управление — «интеллектуальная» функция, облегчающая процесс настройки оборудования. В прошивке электронного блока, управляющего работой сварочного аппарата, присутствует обширная библиотека типовых программ. Каталог готовых настроек включает программы для сварки различных видов сталей, цветных металлов и сплавов. От сварщика требуется указать вводные данные (вид металла, толщину заготовки, диаметр проволоки, состав защитного газа и др.), а электроника сама подберет пакет оптимальных рабочих параметров (силу тока и выходное напряжение, скорость подачи проволоки, частоту и длительность импульсов и т. п.). Если в процессе работы сварщик вручную меняет один из параметров, то остальные подстраиваются автоматически. Благодаря выбору оптимальных режимов и электронному контролю процесса сварки, аппараты с синергетическим управлением повышают качество работы и уменьшают вероятность ошибок.
  • 2/4-тактный режим — способ управления оборудованием, позволяющий менять «поведение» полуавтомата. В 2-тактном режиме сварочный аппарат работает, когда нажата кнопка на горелке, и выключается при ее отпускании. При работе в 4-тактном режиме оборудование не реагирует на отпускание кнопки, а включается и выключается исключительно при нажатии на клавишу — так удобнее работать при большой длине швов.
Современные сварочные полуавтоматы имеют множество настроек и регулировок.

Краткие выводы

Выбирая сварочный аппарат для гаража или домашней мастерской, следует поставить себе ряд вопросов и честно ответить на них:

  • что будем варить? — лучше изначально подбирать оборудование под более-менее конкретные задачи, учитывая вид металла и его толщину;
  • какой у вас опыт? — новичкам однозначно лучше подойдет аппарат с электронными «помощниками», помогающими избегать ошибок;
  • как часто будем заниматься сваркой? — техника для эпизодического и постоянного применения может сильно отличаться по цене и надежности;
  • какие работы будем выполнять? — при выборе аппарата стоит учитывать такие факторы: работа на улице или в помещении, сварка короткими или длинными швами, возможность подключение баллонов с газом и др.

Заметим, что в сварочном деле имеет значение не марка оборудование, и уж тем более не его стоимость. Главное — это опыт и навыки, отточенные на практике. Даже самый лучший сварочный аппарат с пакетом наиболее современных технологий и функций не сделает работу за вас и не превратит новичка в высококлассного сварщика. Поэтому свой первый аппарат для сварки есть смысл искать среди недорогих моделей и техники среднего ценового класса, ориентируясь на характеристики и отзывы.