У сфері малого бізнесу, сервісу та побутового обслуговування найбільшого поширення набули електродугове та газозварювання, при цьому перша використовується частіше.
Найбільш застосовувані види електродугового зварювання:
електродом, що плавиться;
неплавким вольфрамовим електродом серед захисного газу (аргон або гелій);
напівавтоматична з подачею зварювального дроту серед захисного газу (окис вуглецю, аргон або їх суміш).
Зварювання електродом, що плавиться, здійснюється на змінному або постійному струмі. Зварювання на змінному струмі забезпечують найбільш прості та дешеві апарати – трансформатори, які застосовуються для з'єднання деталей із звичайних низьколегованих сталей. Більш високу якість шва при зварюванні електродом, що плавиться, забезпечують зварювальні випрямлячі, які дають більш стабільне горіння дуги і використовуються для скріплення деталей як зі звичайних низьколегованих, так і з нержавіючих сталей.
При зварюванні вольфрамовим електродом, що не плавиться, як захисний газ використовується аргон або гелій, частіше — аргон, тому процес отримав назву аргонодуговое зварювання. У цьому випадку зазвичай (але не обов'язково) використовується присадний дріт.
Аргонодугові установки працюють на постійному, змінному чи імпульсному струмі. Перевага таких установок – виключно висока якість зварювального шва. Застосовуються вони для зварювання деталей із звичайних та нержавіючих сталей, алюмінію, міді, латуні, титану, сплавів магнію. Налаштування зварювального процесу досить складне і вимагає високої кваліфікації зварювальника.
Зварювальні напівавтомати працюють на постійному або імпульсному струмі серед захисних газів. При цьому розрізняють процеси з використанням активних газів, наприклад, двоокису вуглецю, або інертних газів.
Перевага зварювальних напівавтоматів – висока якість зварювального шва, майже повна відсутність бризок, висока продуктивність. Їх недолік - необхідність використання газового балона, що потребує регулярної заправки, а також певні складнощі, що виникають під час роботи на відкритому повітрі. Ці проблеми вирішуються шляхом використання спеціального порошкового захисного дроту замість балона із захисним газом, роль якого виконує флюс, що знаходиться всередині дроту у вигляді порошку. Однак порошковий дріт значно дорожчий за звичайний.
Напівавтоматичне електродугове зварювання електродом, що плавиться, в середовищі захисного газу найбільш широко застосовується в майстернях автосервісу, так як на відміну від газового зварювання не знижує міцність і корозійну стійкість зварювання тонких листів металу (при кузовних роботах), а отриманий зварний шов не потребує очищення від ф. окалини.
Таким чином, для правильного вибору зварювального апарату, який оптимально відповідатиме всім вимогам, необхідно визначити таке:
Які саме матеріали потрібно зварювати (низько або високовуглецеві сталі, леговані сталі, титан і його сплави, алюміній і т.д.). Від цього залежить вид зварювального процесу.
Товщину матеріалів, що зварюються, призначення та якість шва – тільки фіксація деталей щодо один одного або наявність згодом зовнішніх навантажень. Це визначає силу зварювального струму та метод зварювання.
Довжину зварювального шва, що визначає ПВ% (тривалість включення) джерела живлення.
Серійність зварних виробів – дослідне, одиничне, дрібносерійне чи серійне виробництво, зварні роботи сервісних майстерень для побутових робіт. Це визначає метод зварювання.
Вибираємо ручне електрозварювання
Металеві вироби можна з'єднати між собою болтами, заклепками, клеєм, куванням і т. п. Одним із найнадійніших і довговічніших способів кріплення є електрозварювання. Швидкість, економічність і міцність – ось головні переваги, які дозволили йому набути широкого поширення у промисловості, а й у побуті.
Електрична дуга займає одне з провідних місць серед різних видів зварювання плавленням. Вона виникає за рахунок дугового розряду між електродом і металом, що зварюється і підтримується джерелом постійного або змінного струму. Під дією прикладеної енергії метал по кромках частин, що зварюються, оплавляється і змішується з рідким металом іншої кромки, утворюючи зварювальну ванну, яка, остигаючи, кристалізується і формує зварювальний шов. В результаті впливу на метал елементарні частинки деталей, що зварюються, зближуються настільки, що між ними починають діяти міжатомні зв'язки, що забезпечують механічну міцність з'єднання. Усі операції із запалювання дуги, підтримці її довжини та переміщенню вздовж лінії шва зварювальник здійснює вручну. Дугове зварювання виконується як плавиться, так і електродом, що не плавиться при прямій або зворотній полярності.
Оскільки зварювальний апарат необхідний для побутових потреб, рекомендується обмежити вибір компактними переносними моделями, якими можна користуватися в квартирі, гаражі або на дачі з тих, що пропонує ринок.
Для зварювання металів за допомогою електричного струму створено цілу низку приладів:
зварювальні трансформатори;
інвертори;
установки для дугового зварювання;
машини для контактно-крапкового зварювання;
зварювальні випрямлячі;
зварювальні генератори (зварювальні агрегати);
зварювальні напівавтомати.
Проте всі вони можуть бути об'єднані у три основні групи.
Залежно від характеру та інтенсивності зварювальних робіт і розмірів деталей, що зварюються, випускають великий асортимент обладнання з різними технічними характеристиками, проте дві з них обов'язкові для апаратів побутового споживання. Перша – це максимальний зварювальний струм, друга – час, протягом якого у 10-хвилинному робочому циклі цей струм виробляється. Наприклад, апарат, розрахований на 120-амперний струм при 60% робочому циклі, повинен забезпечувати 120 А протягом не більше 6 хвилин з кожних 10 хвилин експлуатації. Інші 4 хвилини відведено на режим холостого струму, при якому апарат відпочиває.
Кожен із перелічених видів зварювальних апаратів має свої позитивні та негативні якості, знання яких допоможе зробити правильний вибір. Враховуючи, що асортимент зварювань, їх технічні характеристики та географія заводів-виробників дуже широкі та різноманітні, слід ознайомитися з кожним видом докладніше.
Зварювальні генератори
Це складні електромеханічні пристрої, які є об'єднані на загальній базі двигун внутрішнього згоряння з необхідними системами забезпечення його роботи і потужний генератор зі своїми електронними системами та приладами контролю. Суть його роботи проста. Механічна енергія обертання колінчастого валу двигуна перетворюється генератором на постійний електричний струм з показниками, що підтримують стійке горіння зварювальної дуги. Такі зварювальні генератори називають зварювальними агрегатами. Якщо функції двигуна виконує однофазний або трифазний електричний двигун, такий пристрій називають зварювальним перетворювачем. В результаті подальшої стабілізації, регулювання постійного електричного струму та подачі його по дротах до металевих деталей відбувається їх нагрівання та з'єднання. У зварювальних агрегатів є унікальна, властива лише їм особливість. Завдяки тому, що електрика виробляє сам генератор, цей апарат можна використовувати в тих місцях, куди електрика ще не проведена. Найголовніший його недолік - надзвичайна громіздкість, велика вага та труднощі в обслуговуванні. Через це попит на зварювальні генератори, що застосовуються у побуті, невисокий, і використовують їх дуже обмежено.
Зварювальні трансформатори
Це найпростіші, найдешевші та найпоширеніші апарати з усіх призначених для ручного електродугового зварювання. Призначення зварювальних трансформаторів – перетворення електричного струму, його регулювання та живлення зварювальної дуги. Спрощена електрична схема вони така. На сердечнику-магнітопроводі, зробленому із спеціальної трансформаторної сталі, розміщені дві обмотки – первинна та вторинна. У найпростіших апаратах обидві вони нерухомі. У більш просунутих одна обмотка закріплена статично, а друга пересувається щодо першої сердечника. Саме цим переміщенням здійснюється регулювання сили струму.
Змінний струм, проходячи через первинну обмотку трансформатора, намагнічує сердечник, створюючи в ньому змінний магнітний потік, який, перетинаючи витки вторинної обмотки, індукує в ній змінний струм зниженої напруги.
Вважається, що апарати, здатні забезпечити струм понад 300 А – це професійні трансформатори, до 300 А – напівпрофесійні. Для будинку цілком підходять ті, у яких зварювальний струм до 140-200 А при 20% робочому циклі.
У продажу є зварювальні напівавтомати, виконані на базі зварювальних трансформаторів. Їх особливістю є те, що зварювання металів здійснюється не електродами, а спеціальним дротом, який автоматично надходить по рукаву до точки зварювання. По цьому рукаву одночасно з дротом подається і вуглекислий газ. Таким чином, сам процес зварювання йде у газовому середовищі. Шов при напівавтоматичному зварюванні виходить рівним і більш захищеним від корозії, ніж за інших видів зварювання. Крім того, за допомогою таких апаратів можна зварювати ювелірно дуже тонкий метал. Саме тому напівавтомати, що забезпечують зварювання металу у вуглекислому середовищі та звані у народі «кислухками», отримали застосування при ремонті автомобілів.
Позитивні особливості зварювальних трансформаторів – простота конструкції, а отже, і її надійність, легкість в обслуговуванні та низька ціна. Негативним по відношенню до зварювальних випрямлячів є значна вага та великі габарити. Найсуттєвіший недолік зварювального трансформатора полягає в тому, що зварювання проводиться змінним струмом, а це негативно позначається на якості зварювального шва. До того ж є труднощі утриманні оптимальної дуги під час роботи. Найбільш наочно це проявляється у новачків за відсутності необхідних навичок та досвіду.
Зварювальні випрямлячі є джерелом живлення, що складається з трансформатора з регулюючим пристроєм і блоку напівпровідникових випрямлячів. Принцип його дії заснований на живленні дуги постійним струмом, що протікає ланцюгом вторинної обмотки і випрямленим блоком селенових або кремнієвих випрямлячів. Для отримання потрібної характеристики ці пристрої часто оснащують додатковим дроселем. Дуга в таких апаратах дуже стабільна, не переривається. Це дозволяє робити якісне зварювання, навіть не маючи якихось початкових навичок.
Ще однією примітною особливістю мають зварювальні апарати постійного струму. При укомплектуванні додатковим обладнанням вони можуть зварювати чавун і навіть кольорові метали.
Дуже перспективними є зварювальні апарати підвищеної частоти — інвертори. Високочастотна складова дозволяє суттєво підвищити ККД джерела живлення, знизити його габарити та вагу. Крім того, апарати з підвищеною частотою забезпечують хороші технологічні властивості та широку межу регулювання. Дуга у них дуже стійка, а зварний шов рівний.
Ознайомившись з особливостями різних типів зварювальних апаратів і з даними зведеної таблиці, в якій представлені деякі зразки, що надійшли у продаж до магазинів і будівельних ринків, можна приступати до вибору необхідного агрегату. Пропонується така методика вибору зварювального апарату. Спочатку слід відповісти на поставлені питання, а після цього віддати перевагу тому чи іншому зразку.
До якої мережі буде підключено апарат?
Вибір починається з уточнення електроживлення на об'єкті: однофазне 220 В або трифазне 380 В. Для домашнього використання більше підходить апарат з однофазним живленням 220-240 В. Якщо в майстерні є трифазний струм, можна придбати апарат з уніфікованим живленням 220/38 мережі 380 В. Якщо передбачається працювати без підключення до мережі, необхідно використовувати зварювальний агрегат (генератор). Щоб визначити допустиму потужність зварювального апарату для даної електропроводки, потрібно напругу мережі помножити на максимальне значення струму, вказане на автоматі вступного щитка.
З яким металом належить мати справу?
Якщо це чавун або кольорові метали, знадобиться електрозварювання постійного струму, якщо робота пов'язана з автомобілем або якщо до корозійної стійкості швів висуваються підвищені вимоги, варто вибрати напівавтоматичне зварювання. Якщо варити доведеться лише чорний метал, можна обійтися зварювальним трансформатором.
Метал якої товщини потрібно зварити?
Від заданої товщини металу безпосередньо залежить потужність зварювального апарату (різна сила струму), отже, і його ціна. На це питання однозначної відповіді не може бути. Справа в тому, що діаметр електрода, як і силу струму, вибирають, враховуючи товщину металу, що зварюється, але не тільки. Ці параметри залежать також від положення, в якому виконується зварювання, і від виду з'єднання і форми кромок, від інших умов зварювання. Досить точно це можна дізнатися з робочих таблиць, які є у технічній документації апарату.
Досвідчені зварювальники необхідну силу струму (I) визначають експериментальним шляхом стійкості горіння дуги. Якщо такої навички немає, її можна розрахувати за формулами. Для найпоширеніших діаметрів (D) електродів (3-6 мм): I = (20 + 6D) D; для електродів діаметром менше 3 мм: I = 30 D. Для зварювання стельових швів сила струму повинна бути на 10-20% менше, ніж при нижньому положенні шва. Глибина провару при зварюванні змінним струмом на 15—20 % менше, ніж при зварюванні постійним струмом.
Крім того, на силу зварювального струму впливає його полярність. Так, при зварюванні постійним струмом із зворотною полярністю, коли катод та анод змінюються місцями, глибина провару збільшується до 40 %.
Якою є очікувана тривалість робіт?
Якщо чекають тривалі роботи, варто придбати зварювальний апарат із запасом потужності, щоб не експлуатувати його довгий час на пікових навантаженнях, або з подвійним охолодженням або іншими особливостями, що дозволяють виконати поставлене завдання. Так, можна вибрати апарат з оптимальними цифровими параметрами, але обмотки якого виконані з міді. Він обійдеться трохи дорожче, ніж його аналог з алюмінієвими обмотками, але нагріватися за тих же навантажень буде слабше.
Яка вага апарата прийнятна?
Якщо планується часте переміщення зварювального апарату, роботи на висоті, використання малопотужних автономних джерел живлення, доцільніше зупинитися на невеликих та легких. Якщо все перераховане не таке важливе і критично, найкраще зосередити увагу не на габаритах і вазі, а на можливостях.
Після вибору та придбання зварювального апарату доведеться ще докупити необхідні предмети: електродотримач, захисний щиток або маску, спеціальні рукавиці або повний костюм зварювальника, електроди або дріт для напівавтомата та низку інших аксесуарів та витратних матеріалів.
