В сфере малого бизнеса, сервиса и бытового обслуживания наибольшее распространение получили электродуговая и газосварка, при этом первая используется чаще.
Наиболее применяемые виды электродуговой сварки:
плавящимся электродом;
неплавящимся вольфрамовым электродом в среде защитного газа (аргон или гелий);
полуавтоматическая с подачей сварочной проволоки в среде защитного газа (окись углерода, аргон или их смесь).
Сварка плавящимся электродом осуществляется на переменном или постоянном токе. Сварку на переменном токе обеспечивают наиболее простые и дешевые аппараты – трансформаторы, применяемые для соединения деталей из обычных низколегированных сталей. Более высокое качество шва при сварке плавящимся электродом обеспечивают сварочные выпрямители, которые дают более стабильное горение дуги и используются для скрепления деталей как из обычных низколегированных, так и из нержавеющих сталей.
При сварке вольфрамовым неплавящимся электродом в качестве защитного газа используется аргон или гелий, чаще — аргон, поэтому процесс получил название аргонодуговая сварка. В этом случае обычно (но не обязательно) используется присадочная проволока.
Аргонодуговые установки работают на постоянном, переменном или импульсном токе. Преимущество таких установок – исключительно высокое качество сварочного шва. Применяются они для сварки деталей из обычных и нержавеющих сталей, алюминия, меди, латуни, титана, сплавов магния. Настройка сварочного процесса достаточно сложна и требует высокой квалификации сварщика.
Сварочные полуавтоматы работают на постоянном или импульсном токе в среде защитных газов. При этом различают процессы с использованием активных газов, например двуокиси углерода, или инертных газов.
Преимущество сварочных полуавтоматов – высокое качество сварочного шва, почти полное отсутствие брызг, высокая производительность. Их недостаток – необходимость использования газового баллона, требующего регулярной заправки, а также определенные сложности, возникающие при работе на открытом воздухе. Эти проблемы решаются путем использования специальной защитной порошковой проволоки вместо баллона с защитным газом, роль которого выполняет флюс, находящийся внутри проволоки в виде порошка. Однако порошковая проволока значительно дороже обычной.
Полуавтоматическая электродуговая сварка плавящимся электродом в среде защитного газа наиболее широко применяется в мастерских автосервиса, так как в отличие от газовой сварки не снижает прочность и коррозионную стойкость сварки тонких листов металла (при кузовных работах), а полученный сварной шов не нуждается в очистке от флюса и окалины.
Таким образом, для правильного выбора сварочного аппарата, который будет оптимально отвечать всем требованиям, необходимо определить следующее:
Какие именно материалы требуется сваривать (низко- или высокоуглеродистые стали, легированные стали, титан и его сплавы, алюминий и т.д.). От этого зависит вид сварочного процесса.
Толщину свариваемых материалов, назначение и качество шва – только фиксация деталей относительно друг друга или наличие впоследствии внешних нагрузок. Это определяет силу сварочного тока и метод сварки.
Длину сварочного шва, которая определяет ПВ% (продолжительность включения) источника питания.
Серийность сварных изделий – опытное, единичное, мелкосерийное или серийное производство, сварные работы сервисных мастерских, для бытовых работ. Это определяет метод сварки.
Выбираем ручную электросварку
Металлические изделия можно соединить между собой болтами, заклепками, клеем, ковкой и т. п. Одним из самых надежных и долговечных способов крепления является электросварка. Быстрота, экономичность и прочность – вот главные преимущества, которые позволили ему получить широкое распространение не только в промышленности, но и в быту.
Электрическая дуга занимает одно из ведущих мест среди различных видов сварки плавлением. Она возникает за счет дугового разряда между электродом и свариваемым металлом и поддерживается источником постоянного или переменного тока. Под действием приложенной энергии металл по кромкам свариваемых частей оплавляется и смешивается с жидким металлом другой кромки, образуя сварочную ванну, которая, остывая, кристаллизируется и формирует сварочный шов. В результате воздействия на металл элементарные частицы свариваемых деталей сближаются настолько, что между ними начинают действовать межатомные связи, обеспечивающие механическую прочность соединения. Все операции по зажиганию дуги, поддержанию ее длины и перемещению вдоль линии шва сварщик осуществляет вручную. Дуговая сварка выполняется как плавящимся, так и неплавящимся электродом при прямой или обратной полярности.
Поскольку сварочный аппарат необходим для бытовых нужд, рекомендуется ограничить выбор компактными переносными моделями, которыми можно пользоваться в квартире, гараже или на даче, из тех, что предлагает рынок.
Для сварки металлов при помощи электрического тока создан целый ряд приборов:
сварочные трансформаторы;
инверторы;
установки для дуговой сварки;
машины для контактно-точечной сварки;
сварочные выпрямители;
сварочные генераторы (сварочные агрегаты);
сварочные полуавтоматы.
Однако все они могут быть объединены в три основные группы.
В зависимости от характера и интенсивности сварочных работ и размеров свариваемых деталей выпускают большой ассортимент оборудования с различными техническими характеристиками, однако две из них обязательны для аппаратов бытового потребления. Первая — это максимальный сварочный ток, вторая – время, на протяжении которого в 10-минутном рабочем цикле этот ток вырабатывается. Например, аппарат, рассчитанный на 120-амперный ток при 60 %-ном рабочем цикле, должен обеспечивать 120 А в течение не более 6 минут из каждых 10 минут эксплуатации. Остальные 4 минуты отведены на режим холостого тока, при котором аппарат отдыхает.
Каждый из перечисленных видов сварочных аппаратов имеет свои положительные и отрицательные качества, знание которых поможет сделать правильный выбор. Учитывая, что ассортимент сварок, их технические характеристики и география заводов-производителей весьма широки и разнообразны, следует ознакомиться с каждым видом подробнее.
Сварочные генераторы
Это сложные электромеханические устройства, которые представляют собой объединенные на общей базе двигатель внутреннего сгорания с необходимыми системами обеспечения его работы и мощный генератор со своими электронными системами и приборами контроля. Суть его работы проста. Механическая энергия вращения коленчатого вала двигателя преобразуется генератором в постоянный электрический ток с показателями, поддерживающими устойчивое горение сварочной дуги. Такие сварочные генераторы называют сварочными агрегатами. Если функции двигателя выполняет однофазный или трехфазный электрический двигатель, такое устройство называют сварочным преобразователем. В результате последующей стабилизации, регулировки постоянного электрического тока и подачи его по проводам к металлическим деталям происходит их нагрев и соединение. У сварочных агрегатов есть уникальная, присущая только им особенность. Благодаря тому что электричество вырабатывает сам генератор, этот аппарат можно использовать в тех местах, куда электричество еще не проведено. Самый главный его недостаток – чрезвычайная громоздкость, большой вес и трудности в обслуживании. Из-за этого спрос на сварочные генераторы, применяемые в быту, невысок, и используют их весьма ограниченно.
Сварочные трансформаторы
Это самые простые, дешевые и распространенные аппараты из всех предназначенных для ручной электродуговой сварки. Назначение сварочных трансформаторов – преобразование электрического тока, его регулирование и питание сварочной дуги. Упрощенная электрическая схема у них такова. На сердечнике-магнитопроводе, сделанном из специальной трансформаторной стали, размещены две обмотки – первичная и вторичная. В самых простых аппаратах обе они неподвижные. В более продвинутых одна обмотка закреплена статично, а вторая передвигается относительно первой по сердечнику. Именно этим перемещением и осуществляется регулировка силы тока.
Переменный ток, проходя через первичную обмотку трансформатора, намагничивает сердечник, создавая в нем переменный магнитный поток, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней переменный ток пониженного напряжения.
Считается, что аппараты, способные обеспечить ток свыше 300 А – это профессиональные трансформаторы, до 300 А –полупрофессиональные. Для дома вполне подходят те, у которых сварочный ток до 140–200 А при 20 %-ном рабочем цикле.
В продаже имеются и сварочные полуавтоматы, выполненные на базе сварочных трансформаторов. Их особенностью является то, что сварка металлов осуществляется не электродами, а специальной проволокой, которая автоматически поступает по рукаву к точке сварки. По этому же рукаву одновременно с проволокой подается и углекислый газ. Таким образом, сам процесс сварки идет в газовой среде. Шов при полуавтоматической сварке получается ровным и более защищенным от коррозии, чем при остальных видах сварки. Кроме того, с помощью таких аппаратов можно ювелирно сваривать очень тонкий металл. Именно поэтому полуавтоматы, обеспечивающие сварку металла в углекислой среде и называемые в народе «кислушками», получили применение при ремонте автомобилей.
Положительные особенности сварочных трансформаторов – простота конструкции, а следовательно, и ее надежность, легкость в обслуживании и низкая цена. Отрицательным по отношению к сварочным выпрямителям является значительный вес и большие габариты. Самый существенный недостаток сварочного трансформатора состоит в том, что сварка производится переменным током, а это негативно сказывается на качестве сварного шва. К тому же имеются трудности в удержании оптимальной дуги при работе. Наиболее наглядно это проявляется у новичков при отсутствии необходимых навыков и опыта.
Сварочные выпрямители представляют собой источник питания, состоящий из трансформатора с регулирующим устройством и блока полупроводниковых выпрямителей. Принцип его действия основан на питании дуги постоянным током, протекающим по цепи вторичной обмотки и выпрямленным блоком селеновых или кремниевых выпрямителей. Для получения нужной характеристики эти устройства часто оснащают дополнительным дросселем. Дуга в таких аппаратах очень стабильная, не прерывающаяся. Это позволяет производить качественную сварку, даже не имея каких-либо первоначальных навыков.
Еще одной примечательной особенностью обладают сварочные аппараты постоянного тока. При укомплектовании их дополнительным оборудованием они могут сваривать чугун и даже цветные металлы.
Очень перспективны сварочные аппараты повышенной частоты — инверторы. Высокочастотная составляющая позволяет существенно повысить КПД источника питания, снизить его габариты и вес. Кроме того, аппараты с повышенной частотой обеспечивают хорошие технологические свойства и широкий предел регулирования. Дуга у них очень устойчивая, а сварной шов ровный.
Ознакомившись с особенностями разных типов сварочных аппаратов и с данными сводной таблицы, в которой представлены некоторые образцы, поступившие в продажу в магазины и на строительные рынки, можно приступать к выбору необходимого агрегата. Предлагается следующая методика выбора сварочного аппарата. Сначала следует ответить на поставленные вопросы, а после этого отдать предпочтение тому или иному образцу.
К какой сети будет подключен аппарат?
Выбор начинается с уточнения электропитания на объекте: однофазное 220 В или трехфазное 380 В. Для домашнего использования больше подходит аппарат с однофазным питанием 220–240 В. Если в мастерской есть трехфазный ток, можно приобрести аппарат с унифицированным питанием 220/380 В или от трехфазной сети 380 В. Если предполагается работать без подключения к сети, необходимо использовать сварочный агрегат (генератор). Чтобы определить допустимую мощность сварочного аппарата для данной электропроводки, нужно напряжение сети умножить на максимальное значение тока, указанное на автомате вводного щитка.
С каким металлом предстоит иметь дело?
Если это чугун или цветные металлы, понадобится электросварка постоянного тока, если работа связана с автомобилем или если к коррозионной стойкости швов предъявляются повышенные требования, стоит выбрать полуавтоматическую сварку. Если варить придется только черный металл, можно обойтись сварочным трансформатором.
Металл какой толщины нужно сварить?
От заданной толщины металла напрямую зависит мощность сварочного аппарата (различная сила тока), а следовательно, и его цена. На этот вопрос однозначного ответа быть не может. Дело в том, что диаметр электрода, как и силу тока, выбирают, учитывая толщину свариваемого металла, но не только. Эти параметры зависят также и от положения, в котором выполняется сварка, и от вида соединения и формы кромок, от других условий сварки. Довольно точно это можно узнать из рабочих таблиц, которые есть в технической документации аппарата.
Опытные сварщики необходимую силу тока (I) определяют экспериментальным путем по устойчивости горения дуги. Если такого навыка нет, ее можно рассчитать по формулам. Для наиболее распространенных диаметров (D) электродов (3—6 мм): I = (20 + 6D) D; для электродов диаметром менее 3 мм: I = 30 D. Для сварки потолочных швов сила тока должна быть на 10—20 % меньше, чем при нижнем положении шва. Глубина провара при сварке переменным током на 15—20 % меньше, чем при сварке постоянным током.
Кроме того, на силу сварочного тока оказывает влияние и его полярность. Так, при сварке постоянным током с обратной полярностью, когда катод и анод меняются местами, глубина провара увеличивается до 40 %.
Какова ожидаемая продолжительность работ?
Если предстоят продолжительные работы, стоит приобретать сварочный аппарат с запасом мощности, чтобы не эксплуатировать его долгое время на пиковых нагрузках, или с двойным охлаждением или другими особенностями, позволяющими выполнить поставленную задачу. Так, можно выбрать аппарат с оптимальными цифровыми параметрами, но у которого обмотки выполнены из меди. Он обойдется немного дороже, чем его аналог с алюминиевыми обмотками, но нагреваться при тех же нагрузках будет слабее.
Какой вес аппарата приемлем?
Если планируется частое перемещение сварочного аппарата, работы на высоте, использование маломощных автономных источников питания, целесообразнее остановиться на небольших и легких. Если все перечисленное не столь важно и критично, лучше всего сосредоточить внимание не на габаритах и весе, а на возможностях.
После выбора и приобретения сварочного аппарата предстоит еще докупить необходимые предметы: электрододержатель, защитный щиток или маску, специальные варежки или полный костюм сварщика, электроды или проволоку для полуавтомата и ряд других аксессуаров и расходных материалов.
