Сварочное оборудование и методы сварки – доступно и просто…

На данный момент спецтехнологии позволяют объединять как металлы самого разнообразного уровня легирования, так и некоторые цветные сплавы. При этом вид решаемых задач определяет и способы, отбор которых оказывает существенное влияние не только на качество, но и цену работ.

Существует уйма методов, а также технологий, объединенных одним всеобщим принципом: в месте соединения детали умышленно расплавляют, что приводит к появлению шва. Для этого используют электрическую, механическую и химическую энергию или же их сочетание. Огромное распространение получили агрегаты, использующие силу электрического тока, о них и пойдет речь в этой статье.

Чаще всего для нагрева используют электрическую дугу, расплавляющую материалы, а сварочный шов заполняют присадкой (металлом электрода или же проволоки). Качество, эффективность, а также результативность работы во многом зависят от методов надежной защиты и переноса расплава, т.е. от используемого способа.

Далее рассмотрим все возможные методы, а также устройства для сварки…

Электрическая дуга

Представляет собой устойчивый разряд в существенно ионизованном газовом промежутке. Сила тока, протекающего через него, зависит от разности потенциалов на его концах и от его линейных размеров. Так как тепловыделение полностью определяется именно сварочным током, то ради обеспечения требуемого режима работы, требуется с достаточной точностью поддерживать его величину. Чем толще и глубже шов, тем больший ток нужен и наоборот. Порой, регулируют его текущее значение, а изредка, наоборот, жестко фиксируют. Безусловно, при подаче на электрод переменного тока, трудно достичь высоких результатов, даже прибегая к всевозможным "хитростям". Фактически все материалы гораздо лучше "варятся" постоянным током, за исключением алюминия и его сплавов. Оксидная пленка на их поверхности препятствует возникновению прочного соединения и эффективно разрушается лишь при "переменном" воздействии.

Значимую роль играет и защитная среда, в которой происходит процесс сварки. Ее намеренно создают и поддерживают в рабочей области. При самых разнообразных способах на защитную среду возлагают разные задачи: стабилизация дуги, эффективная защита металла, изменение его физических показателей (к примеру, легирование).

Самозащитная порошковая проволока

Представляет собой штучный покрытый электрод, как бы вывернутый наизнанку, тобишь обмазкой вовнутрь. Сегодня такую проволоку называют шихтой. В её состав входят компоненты, присущные для обмазки штучных электродов, а также раскислители, объединяющие кислород и удаляющие его из шва. Чаще всего шихта содержит еще и легирующие добавки, изменяющие химический состав, а также свойства сварного шва.

Порошковые проволоки позволяют получать высококачественные швы с большим проплавлением, однако основное их достоинство - эффективность. Для работы с таким сварочным материалом подходят источники питания с жесткой ВАХ.

Качество шва

Для приобретения надежного соединения, требуется обеспечить схожесть механических свойств, а главное, "равнопрочность" свариваемых металлов и шва, что достигается верным подбором электрода. При этом значим состав сердечника, а также покрытия.

Достаточно часто, требуемая сталь образуется при взаимодействии расплава и легирующих добавок. В том случае, если работают расплавляемым электродом, подбирают его марку, если же в инертной среде - присадочную проволоку. При неважном сочетании материалов шов оказывается непрочным, или же вообще не получается, растрескиваясь в процессе остывания.

Штучный электрод

Позволяет создать защитную среду без привлечения дополнительных технических средств. Нужные для работы газы выделяются при испарении внешнего покрытия или же порошкового флюса.

Существует два типа подобных материалов:

Электроды с целлюлозным покрытием. Выделяют огромное количество газа, охраняющего металл, а также сварочную ванну. С ними можно выполнять работу на "длинной дуге" (3-6 мм) с большой глубиной проплавления (до 2,5 мм). Такие электроды достаточно часто используют в сочетании с агрегатами, обладающими крутопадающей вольт-амперной характеристикой (дальше ВАХ). В Украине, к сожалению, они не получили широкого распространения, в то время как на Западе используются практически повсюду.

Электроды с основным типом покрытия. Имеют кальций-фтористое покрытие (или же близкое к нему по свойствам рутиловое). При расплавлении такие электроды образуют флюс, обволакивающий капли металла. Он-то и выполняет основную охраняющую функцию, а газы являются только ионизаторами и стабилизаторами. Работы производят только на "короткой дуге" (2-3 мм) с достаточно небольшой глубиной проплавления (0,5-2,5 мм). Электроды с основным типом покрытия дают шов высокого качества, великолепно защищенный от водорода - главного недруга трещиностойкости.

Полуавтоматическая сварка в среде CO2 (MIG)

Позволяет заменить штучный электрод проволокой сплошного сечения. Углекислый газ хорош, когда не требуется весьма высокое качество, поскольку он несколько снижает прочностные свойства стали, а также приводит к ее разбрызгиванию. Основное же превосходство способа - дешевизна материалов.

По сопоставлению с CO2 уникальность аргона в том, что на сравнительно малом токе (200 А) он позволяет реализовать струйный перенос металла, характеризующийся высоким показателем применения (отношение массы попавшего в шов металла к массе израсходованного) - 0,8-0,85. А это существенно улучшает внешний вид сварного шва, а также уменьшает расход материала. Для CO2 свойственен глобулярный перенос с производительностью 0,6-0,7.

Как и при работе с порошковой проволокой, сплошная - требует источника питания с жесткой ВАХ.

"Классический" вариант для сварки

"Классический" источник - это тяжелый трансформатор, рассчитанный на классические 50 Гц. Для установки рабочего тока его оснащают составным сердечником с механическим регулированием магнитного потока.

Значимая характеристика любого источника тока - ВАХ - у него определена конструктивно и не может быть изменена во время работы. Именно поэтому, он обладает не очень хорошими динамическими качествами. Такой агрегат имеет сравнительно большой вес, а также крупные габариты, однако зато надежен и практически не ломается. В том случае, если он оснащен выпрямителем, то часто допускает работу на токе 2-х родов.

На современных моделях нередко применяют тиристорное управление выходными параметрами. Это позволяет снизить массу и габариты, уменьшить "инертность", реализовать некоторые полезные функции, а также усовершенствовать динамические показатели. У таких агрегатов есть возможность коррекции ВАХ и работы с весьма маленькими токами (до 2 А). Фактически все такие источники имеют выход только по постоянному току.

Аргонодуговая сварка (TIG)

Происходит в среде инертного газа аргон (Ar). Как правило, применяют неплавящийся вольфрамовый электрод и плавящуюся присадочную проволоку в виде отрезков удобной длины. Газ подают из особого баллона. Кроме Ar, используют гелий (He), или же смесь данных газов.

Способ отличается сравнительно большой универсальностью, добротным швом и допускает сварку даже весьма тонких деталей. Минусы - громоздкость оборудования, а также сложность работы вне помещения, где нужны меры против сдувания газовой защиты. Самое наилучшее качество обеспечивает аргон, гелий обладает худшими свойствами - капли расплава в его среде существенно разбрызгиваются.

Преобразователь напряжения

Основная часть практически любого сварочного агрегата. Преобразователь нужен для понижения "сетевого" напряжения, а также увеличения за счет этого тока на выходе.

На что нужно обращать внимание:

Тип вольт-амперной характеристики (ВАХ). Пологопадающая удобна для работы на "короткой дуге" основным электродом. Для сварки на "длинной дуге" в газозащитной среде огромнее подходит крутопадающая. Полуавтоматы требуют "жесткой" ВАХ (идентичное напряжение - разный ток).

Напряжение холостого хода. От него зависит "легкость" старта. Здесь правило простое: чем напряжение больше, тем гораздо лучше.

Продолжительность включения (дальше ПВ). Это отношение времени непрерывной работы ко времени "отдыха", определенное для 10-минутного цикла. У агрегатов промышленного класса при рабочем значении тока ПВ составляет не менее 50%.

Функция "горячий старт". Так именуется кратковременный импульс повышенного напряжения в момент розжига, облегчающий старт.

Функция "форсирование дуги". Она отвечает за резкое повышение тока в момент короткого замыкания. Тем самым предотвращается "залипание" электрода и возрастает проплавление.

Стабильность по питанию (невосприимчивость к прыжкам напряжения в сети).

Агрегат для ручной сварки штучным электродом (MMA)

По сути, это источник тока и соединительный кабель. Длина дуги у него постоянно изменяется, соответственно, напряжение тоже. Для того чтобы эти колебания не сильно сказывались на токе, используют источники с крутопадающей вольт-амперной характеристикой. В том случае, если сварщику приходится достаточно часто корректировать выходные параметры, подбирают агрегаты с пологопадающей ВАХ. Они просты, надежны, а также недороги.

Довольно часто такие устройства оборудуют горелкой с неплавящимся электродом и газоподающей оснасткой, а также применяют для аргонно-дуговой сварки. Но тогда для комфортной и высококачественной работы нужен переключатель режимов (коррекция ВАХ).

При работе в среде защитного газа будет полезна функция Lift TIG, облегчающая "розжиг" дуги. Принцип ее действия такой: сварщик прижимает электрод к металлу, однако ток на него подается не тотчас, а только в момент "отрыва" от поверхности. Таким образом, исключается вероятность появления недостатков, связанных с началом шва.

Полуавтоматические агрегаты (MIG, MAG)

У них подача проволоки (электрода) автоматизирована. Источник питания поддерживает напряжение постоянным, а ток изменяется в широких пределах. Данный способ позволяет намного увеличить эффективность труда, а также достичь высокого качества сварного шва.

В качестве плавящегося (присадочного) электрода применяют проволоку сплошного сечения или же порошковую. Ее подает особый механизм, от которого, кстати, во многом зависит класс машины. Для отечественной техники, скажем, характерны низкая скорость подачи и применение проволоки большого сечения (для того чтобы обеспечить высокую производительность). Это не очень удобно, а у западных аналогов, как правило, все наоборот.

Для того чтобы в момент выключения не происходило приваривания электрода, агрегаты оборудуют самыми различными устройствами. Так, система торможения катушки фактически мгновенно прекращает подачу проволоки, а система восстановления дугового промежутка, наоборот, вводит запаздывание в отключение тока. Особенно "продвинутые" агрегаты оснащают функцией "короткого шва" - при однократном нажатии на курок горелки агрегат включается на определенный интервал времени.

Опытные сварщики выбирают машины с четырехроликовым подающим механизмом. Считается, что он меньше "мнет" проволоку, а это весьма значимо при работе с мягкими, а также самозащитными материалами.

Инверторный преобразователь

Данное устройство повышает частоту входного тока до 5-20 кГц и после этого подает его на суперкомпактный трансформатор. Разумеется, управление происходит электронным образом. Такой источник достаточно часто оснащают всеми "опциями". Функционирует он гораздо лучше "классического", правда и менее надежен.

На агрегатах для сварки ручным электродом инверторные преобразователи используются повсюду. В качестве недостатка можно отметить наведение помех в питающей сети. Для борьбы с ними выпускают особые фильтры, однако серийно их, как правило, не устанавливают.