В настоящее время все большую популярность приобретают малогабаритные универсальные сварочные аппараты с инверторными преобразователями электроэнергии. Они позволяют самостоятельно сделать или ту или иную прочную металлическую конструкцию, например, каркас скамейки или парника, ворота или калитку, напольный шкафчик для инструмента в бытовке или стеллажи в гараже. Кроме того, с помощью сварки можно починить сломанную металлическую конструкцию, в том числе трубопровод, садовый инвентарь и проч. Какие виды малогабаритных «сварочников» наиболее универсальны? На что стоит обращать внимание при их выборе?

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Чем привлекателен инверторный сварочный аппарат? Для изменения электрической энергии в нем используются высокочастотный трансформатор и силовая полупроводниковая электроника. В отличие от традиционного двухэтапного преобразования электроэнергии (при использовании громоздкого сварочного трансформатора) в инверторе оно происходит за четыре этапа:

1. на первом сетевой переменный ток с частотой 50 Гц преобразуется в первичном выпрямителе в постоянный ток, и все пульсации сглаживаются фильтром;
2. на втором постоянный ток преобразуется обратно в переменный, но более высокой частоты (до 100 кГц);
3. на третьем амплитуду напряжения высокой частоты снижают (до 48-90 В), а силу переменного тока, наоборот, увеличивают до необходимого для сварки значения (160-200 А) с помощью высокочастотного трансформатора, размеры которого значительно меньше, чем традиционного трансформатора при 50 Гц. Так, для получения силы тока 160 А при индукционном преобразовании требуется трансформатор массой 18 кг, а в случае инверторного сварочного аппарата – около 250 г. В этом заключается основной смысл инвертирования электроэнергии в таком аппарате;
4. завершающий четвертый высокочастотный ток на вторичном выпрямителе преобразуется в постоянный и подается на кабельные выводы сварочного аппарата.

Помимо снижения размеров и веса, а также повышения КПД инверторные сварочные аппараты предоставляют дополнительные функциональные преимущества в виде управления электронными преобразованиями энергии дуги. Среди таких преимуществ:

• антизалипание (Anti Stick) – автоматическое снижение силы тока для исключения залипания электрода на изделии;
• «горячий» старт (Hot Start) – улучшенный поджиг дуги при влажном электроде, сварке ржавого металла, нестабильном напряжении сети и проч.;
• форсаж сварочной дуги (Arc Force) – автоматическое изменение силы тока в соответствии с изменением дугового промежутка;
• термозащита от перегрева электронных компонентов;
• плавное изменение параметров сварки.

Возможности электронных преобразований энергии дуги становятся еще более серьезными при встраивании в сварочный аппарат микропроцессора, который упрощает управление большинством электрических параметров процесса с возможностью вывода их результатов на дисплей.

РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА

В быту наибольшее распространение получила ручная дуговая сварка (РДС) штучными электродами в форме металлического стержня со специальным активным покрытием. Она сопровождается плавлением электрода при использовании переменного или постоянного тока. За рубежом этот метод сварки известен как Manual Metal Arc или сокращенно ММА-АС и MMA-DC (на переменном и на постоянном токе). Ручной сварку называют потому, что зажигание и поддержание длины дуги, перемещение электрода и его подачу на соединяемые детали по мере его расплавления с образованием шва полностью осуществляет сам сварщик, удерживающий электрод в специальном держателе. Температура в зоне дуги обычно доходит до 6000-7000 °С и определяется силой сварочного тока, которая при ограниченном весе бытового сварочного аппарата не превышает 160-200 А. Напряжение холостого хода Uxx может быть 40-90 В, и в данном диапазоне легко зажечь электрод с любым типом покрытия (рутиловым, основным или целлюлозным). Чем больше сила тока при Uxx, тем больше может быть диаметр электрода и тем массивнее могут быть свариваемые части (см. табл. 1).

Таблица 1. Примерные соотношения между толщиной свариваемого металла, диаметром
электродов и силой сварочного тока

Отметим, что в ряде современных инверторов предусмотрена функция VRD – Voltage Reduction Device, снижающая Uxx вплоть до безопасных для сварщика 15 В. Чтобы исключить перегрев аппарата выделяющимся теплом, пользователь должен ориентироваться на специальный показатель ПН – продолжительность нагрузки, измеряемый в процентах по отношению к циклу сварки в 10 минут. Например, при ПН = 60% сварку ведут 6 минут, после чего 4 минуты аппарат должен остывать, и только затем цикл сварки повторяют. Этот показатель приводят в любом паспорте на сварочный аппарат для максимальной силы сварочного тока. Если эту величину превысить, то термозащита аппарата автоматически отключит питание. Прерывание процесса иногда просто необходимо: во-первых, периодически надо устанавливать в электрододержатель новый электрод вместо использованного, а во-вторых, после 3-5 минут непрерывной сварки обычно следует подготовить следующие детали. Также в паспорте всегда указывают максимальную силу тока, при которой можно вести сварку непрерывно (ПН = 100%).

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ АППАРАТЫ

Компактность инвертора позволила объединить в одном аппарате несколько методов сварки, которые обеспечивают термическое воздействие на разные металлы, а возможности электронного управления гарантируют качество и простоту этого воздействия для непрофессионалов. Таким образом, сварочный аппарат стал универсальным, поскольку он пригоден для разных металлов – чугуна, стали (низко- и высокоуглеродистой, легированной, в том числе нержавейки), цветных сплавов (медных, алюминиевых, никелевых). Единственное отличие бытовых аппаратов от профессиональных и промышленных заключается в том, что первые предназначены для периодического использования, а вторыми и третьими можно варить непрерывно. Экономичность работы аппарата характеризуют коэффициентом полезного действия (КПД) в процентах (чем он ближе к 100%, тем дешевле обходится сварка) и коэффициентом мощности (его еще называют cos φ – «косинус фи») – он должен быть как можно ближе к 1. Следует отметить, что КПД и cos φ зависят от тщательности проработки конструкции сварочного аппарата, поэтому не все фирмы приводят эти значения в паспорте на аппарат.

В настоящее время наиболее успешно развиваются бытовые универсальные аппараты, объединяющие под «одной крышей» сварку ММА и полуавтоматическую сварку электродом-проволокой в среде защитного газа – инертного (аргона), активного (углекислого) или их смеси. Данные методы получили название MIG / MAG (Metal Inert / Active Gas – сварка металлическим плавящимся электродом-проволокой в среде инертного / активного газа). Газ предохраняет сварной шов от окисления и заодно способствует его нормализации, а также интенсивному охлаждению горелки при сварке. Притом зона нагрева оказывается намного меньше, чем при ММА, поэтому тепловые деформации являются незначительными. В некоторых моделях оборудования добавлен еще один метод- TIG-АС и TIG-DC (Tungsten Insert Gas на переменном и на постоянном токе – сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в среде защитного газа (аргона).

Образование шва происходит за счет расплавления кромок основного металла или дополнительно вводимого присадочного металла в виде проволоки с ручной или автоматической подачей. Этим методом с успехом сваривают тугоплавкие металлы и сплавы, а также сталь со сплавами цветных металлов. Проволока во всех полуавтоматах MIG / MAG намотана на катушку и подается автоматически в горелку, куда одновременно поступает углекислый газ или аргон из баллона. В бытовых универсальных аппаратах катушка с проволокой и механизм ее подачи находятся в одном корпусе с инвертором. Величину подачи проволоки можно изменять.

Сварщик подключает горелку к аппарату с помощью специального евроразъема, при этом провод «масса», как и при ММА, все равно фиксируется на свариваемой детали. Горелка позволяет вести сплошной сварной шов или осуществлять точечную сварку. Наличие баллона с газом является единственным неудобством методов MIG/MA6 и TIG. Правда, есть разновидность метода MIG/MAG с использованием самозащитной порошковой проволоки, внутри которой имеется флюс, схожий с обмазкой электродов в ММА, поэтому газ не требуется, но такая проволока довольно дорогая.

ПРЕИМУЩЕСТВА МИКРОПРОЦЕССОРА

Встроенный в сварочный аппарат микропроцессор значительно упрощает управление сваркой как одиночным электродом, так и проволокой, поддерживая длину дуги постоянной. Поскольку электрод-проволока по мере плавления подается в зону сварки автоматически, а не самим сварщиком, как при одиночном электроде, то и возможности автоматизации процесса значительно шире. Так, величину подачи проволоки, время подачи до поджига, время остановки после окончания сварки и другие параметры можно менять, подбирая на панели управления оптимальные значения. А есть аппараты, содержащие так называемые программы синергетического управления, при котором в память их микропроцессора закладывается несколько стандартных программ, с помощью которых удается задать условия сварки, при этом постоянство дуги на протяжении всего процесса будет поддерживаться автоматически. После выбора на дисплее нужной программы начинающему сварщику остается указать диаметр проволоки, тип газа, толщину свариваемого материала, поджечь дугу и правильно вести горелку, а величина подачи проволоки будет автоматически регулироваться с помощью контролера сварочного источника. Приобретя со временем опыт, сварщик сможет даже внести в память микропроцессора программы других разработчиков, а также создавать собственные с помощью персонального компьютера.