Ручная сварка переменным током

Обновлено: 07.05.2024

Аббревиатура MMA, образованная от английского Manual Metal Arc, применяется для обозначения технологического процесса, который по-русски называют ручной электродуговой сваркой.

Понятие процесса

В основе электрической дуговой сварки ММА лежит принцип плавления кромок соединяемых металлических деталей температурой электрической дуги. При расплавлении граничных участков соединяемых деталей, возникает так называемая сварочная ванна, при остывании и кристаллизации образующая сварной шов, обеспечивающий надежное неразъемное соединение деталей.

Существует несколько видов электродуговой мма сварки:

ручная электрическая дуговая сварка (mma) с применением сменных плавящихся электродов;
электродуговой процесс, использующий неплавящиеся электроды для сварки;
дуговое сваривание плавящейся проволокой с непрерывной её подачей в среде защитных газов, реализуемая в сварочных полуавтоматах.

В каждом из них название mma себя полностью оправдывает, поскольку большую роль в процессе соединения металла играет сварщик.

Разновидности ручного сваривания

Термин «сварка мма» относится к ручной электродуговой сварке плавящимся электродом. В данном процессе, сварной шов образуется сплавлением свариваемых деталей с материалом электрода. Электродуговая сварка ММА осуществляется на постоянном или переменном токе.

Применение переменного тока

Этот вид сваривания предполагает, что полярность дуги меняется каждый полупериод, когда значение напряжения проходит через ноль. Таким образом, каждый полупериод, когда напряжение приближается к нулевому значению, происходит гашение дуги и последующее ее зажигание.

Этот процесс незаметен для глаза, и дуга воспринимается непрерывно горящей. Повторное зажигание дуги происходит легко благодаря высокой остаточной ионизации искрового промежутка и малому времени перерыва горения дуги. Источником переменного тока для ММА сварки служит понижающий трансформатор.

Применение постоянного тока

Такой метод сварки требует, чтобы электрод имел постоянную полярность. Различают следующие способы сварки ММА постоянным током:

процесс обратной полярности, когда сварочный электрод подключен к минусу источника питания, а свариваемые детали – к плюсу;
процесс прямой полярности, при котором электрод имеет положительный потенциал, свариваемая заготовка – отрицательный.

Каждый из способов имеет свои особенности. Обратная полярность применяется при работе с более толстым металлом, так как в этом режиме прогрев и плавление заготовки происходит более интенсивно.

Материал электрода, напротив, расходуется медленнее. При прямой полярности электрод плавится более интенсивно, чем заготовка. По этой причине этот способ используют при ММА сварке изделий из тонкого металла.

Сварка ММА постоянным током осуществляется выпрямителями, генераторами и инверторными преобразователями.

Используемое оборудование

Источниками сварочного тока служат автономные генераторы, понижающие трансформаторы, а также появившиеся сравнительно недавно инверторные преобразователи ММА типа.

Сварочный генератор

Генератор для ММА сварки обычно представляет собой синхронную электрическую машину, приводимую двигателем внутреннего сгорания, дизельным или бензиновым. Конструктивно такой генератор очень близок к агрегатам, предназначенным для обеспечения резервного электропитания.

Отличие заключается в уровне выходного напряжения (у сварочных агрегатов оно обычно составляет 70 – 75 Вольт) и наличии выпрямительного блока, обеспечивающего сварку постоянным током.

Идентичность основных узлов сварочных и резервных генераторов обусловливает тот факт, что обычно такие машины конструируются как универсальные. При переключении уровня выходного напряжения и исключении выпрямительного блока, агрегат превращается в обычный генератор резервного питания.

Сварочный трансформатор

Это традиционный источник тока, применяемый в ММА сварке. Представляет собой обычный понижающий трансформатор, имеющий вторичное напряжение холостого хода от 50 до 80 Вольт. По конструкции бывают трехфазными, на напряжение 220/380 Вольт, либо однофазными, на 220 либо 380 Вольт.

Однофазные трансформаторы, как правило, используются для сварки переменным током и не содержат выпрямителей. Трехфазные преобразователи комплектуются диодными мостами и применяются для сварки ММА постоянным током.

Это объясняется тем, что однофазное переменное напряжение, после выпрямления представляет собой последовательность пульсаций с амплитудой от 0 до максимального напряжения, что вызывает неустойчивость горения дуги при сварке электродом для постоянного тока. Поэтому, однофазные выпрямители ММА требуют применения средств, сглаживающих пульсации, в виде мощных дросселей и объемных конденсаторов.

Трехфазные выпрямители ММА выдают напряжение, значительно более приближенное к постоянному, имеющее незначительные пульсации. Такие сварочные аппараты ММА в настоящее время имеют наиболее широкое применение на производственных предприятиях, обеспечивая высокое качество сварных соединений.

Сварочный инвертор

Без преувеличения можно сказать, что этот тип оборудования произвел революцию в сварочном деле. Принцип его работы заключается в следующем: входное напряжение (чаще всего однофазное, 220 Вольт) выпрямляется, затем поступает на инвертирующий генератор высокой (до 100 кГц) частоты, построенный на мощных IGBT – транзисторах.

После этого, переменное напряжение высокой частоты трансформируется до необходимого уровня и выпрямляется. В результате, на выходе аппарата ММА (или другого типа) формируется постоянное напряжение с наложенными на него высокочастотными пульсациями.

Это свойство инверторного аппарата позволяет выполнять работу, используя различные типы электродов. С успехом могут применяться сварочные электроды, предназначенные для работы с постоянным током, а также предназначенные для переменного тока сварки mma.

Ну, а самое главное, что принесла инверторная технология – сварочный аппарат значительно уменьшился в размерах и по весу. Это стало возможным благодаря особенностям преобразования напряжения высокой частоты.

Дело в том, что трансформатор, понижающий напряжение частотой в десятки килогерц до необходимого уровня, на порядок меньше и легче работающего с частотой 50 Гц при той же мощности.

То же самое можно сказать о конденсаторах фильтров. В результате, вместо трансформатора, перемещение которого было возможно только с применением грузоподъемной техники, сварщик получил сварочный портативный инвертор mma, переносимый на плечевом ремне и выполняющий те же функции.

Электроды для ручной дуговой сварки

Штучные электроды, применяемые для mma сварки, представляют собой металлические стержни, покрытые специальным составом, иногда называемым обмазкой. Функция покрытия заключается в следующем.

При зажигании электрической дуги, обмазка электрода, вследствие интенсивного разогрева обильно выделяет газы, вытесняющие кислород воздуха с места сварки, что предохраняет сварочную ванну от окисления. Это способствует образованию более качественного сварного шва.

Электроды для сварки различаются по диаметру, материалу стержня и составу покрытия. Эти факторы определяют их предназначение для работы с постоянным или переменным током, а также их применение при соединении различных материалов.

Преимущества и недостатки аппаратов переменного тока для сварки

В двадцатом веке сварочный аппарат переменного тока был самым распространенным устройством сварки металлов в строительстве и промышленности. Это объясняется простотой конструкцией аппарата.

Если говорить кратко, он представляет собой силовой понижающий трансформатор, вторичная обмотка которого имеет несколько выводов. В зависимости от того какой метал нужно варить, какой толщины, каким электродом, сварщик выбирает тот или иной вывод вторичной обмотки.

Виды устройств

Сварочные аппараты, работающие за счет действия переменного тока, подразделяются на следующие виды:

оборудование для ручной электродуговой сварки с помощью отдельных электродов покрытых флюсом;
оборудование для ручной аргоновой электросварки с помощью неплавящихся электродов из вольфрама;
полуавтоматическое оборудование, осуществляющее сварку в среде защитного и инертного газа с помощью электродной проволоки; .

В международной классификации электродуговая сварка получила обозначение ММА-АС или ММА-DC, в случае ручной электросварки одиночными электродами, а аргоновая сварка с неплавящимися электродами – TIG.

Конструкция на трансформаторах

Обычный аппарат для сварки по размерам и форме выглядел как стиральная бытовая машинка на колесах, только еще тяжелее. Замкнутый магнитопровод располагался вертикально. Внизу находилась первичная обмотка трансформатора.

Вторичная обмотка была подвижной. Она прикреплялась к гайке вертикального винта с ленточной резьбой. На крышке корпуса располагался рым-болт с ручкой.

При вращении ручки гайка с вторичной обмоткой перемещалась по винту, изменяя магнитный поток, проходящий через катушки. Таким образом, осуществлялась регулировка сварочного электротока.

Для перемещения аппарата на крышке имелась ручка, для присоединения проводов сварочной цепочки на боковой стенке располагался зажим. Все стенки имели щелевые отверстия для охлаждения трансформатора.

Говоря о таких аппаратах в прошедшем времени, имеется в виду, что сейчас в большинстве своем используют сварочные инверторы переменного и постоянного тока. Сварочным оборудованием на основе силового трансформатора практически не пользуются.

Чтобы сварочный шов получался качественным, требуется круто падающая вольтамперная характеристика трансформатора. Это достигается двумя способами. Первый вариант: в трансформаторе с нормальным магнитным рассеянием и отдельной реактивной катушкой (дросселем) регулировку сварочного процесса осуществляют за счет изменения зазора в сердечнике дросселя.

Второй вариант: регулировка осуществляется за счет изменения зазора между первичной и вторичной катушками. При этом изменение электротока в широком диапазоне не приводит к изменению напряжения дуги, что положительно сказывается на качестве шва.

Оборудование для контактной сварки

У аппаратов контактной сварки в момент сварочного процесса у маломощных устройств сварочный ток достигает 5000-10000 А, в мощных устройствах доходит до 500 кА. Поэтому к трансформаторам предъявляются высокие требования.

Они являются понижающими трансформаторами с рядом конструктивных особенностей:

чтобы получить максимальный электроток вторичная обмотка выполняется из одного витка;
первичная обмотка выполняется на дисковом сердечнике в виде отдельных секций. Разбивка катушек на секции необходима для регулировки электротока, а диск для равномерного охлаждения;
вторичная обмотка выполнена в виде параллельно соединенных медных дисков. Для защиты от влаги они залиты эпоксидной смолой;
предусматривается воздушное или водяное охлаждение.

Аппараты контактной сварки в большинстве своем однофазные с сердечниками броневого типа. Так как качество сварки сильно зависит от длительности сварочного импульса, то коммутационное оборудование достаточно сложное – плата за точность.

Аппараты испытывают большие механические нагрузки, до 400 пусков минуту, поэтому к ним предъявляются дополнительные требования по прочности конструкции.

Маломощные аппараты контактной сварки имеют сварочной ток до 5000 А, весят около 20 кг и сваривают металл толщиной до 2,5 мм. Широко применяются в домашних условиях и мелких мастерских.

Конструкция инвертора

Инверторы иногда называют сварочными аппаратами постоянного тока, поскольку при их работе на первом этапе происходит преобразование переменного напряжения в постоянное.

Инверторы активно вытесняют аппараты на трансформаторах благодаря небольшому весу, компактным размерам и высокой производительности.

Сварочный инвертор состоит из высоковольтного выпрямительного диодного моста и фильтра низких частот, генератора частоты в пределах 30-70 кГц, силовых высоковольтных ключей, разделительного конденсатора и понижающего трансформатора. Он выполняет функцию преобразователя низкочастотного переменного тока в высокочастотный.

Напряжение 220 В 50 Гц подается на выпрямительный мост, где происходит его выпрямление, фильтр снижает пульсации и поступает на электронные ключи выполненные на биполярных транзисторах с изолированным затвором или полевых транзисторах.

На выходе ключей, благодаря блоку управления на основе генератора частоты, получается сигнал частотой 30-70 кГц. Проходя через разделительный конденсатор, электроток избавляется от постоянной составляющей и поступает на первичную обмотку понижающего трансформатора.

На выходе вторичной обмотки получается высокочастотный переменный ток, который используется для сварки. По сути, сварочные инверторы переменного тока выполняются, как импульсные источники питания без выпрямительного блока на выходе.

Из-за быстрого перехода через ноль сварочные инверторные аппараты переменного тока имеют устойчивую, равномерную дугу, что положительно сказывается на качестве шва.

Использование инвертора позволяет получить малогабаритный аппарат большой мощности. Недостатком инвертора можно считать высокую чувствительность к скачкам напряжения.

Достоинства и недостатки

Ручная дуговая сварка переменным током работает на основе силового трансформатора, имеющего простую, надежную и недорогую конструкцию. Она может работать практически в любых условиях и длительное время без перерывов.

К недостаткам нужно отнести невысокую производительность сварочных работ, необходимость постоянного удаления шлака. Сварочный шов получается хуже, чем дает сварка постоянным током.

Аргоновая сварка с использованием аппарата переменного тока с неплавящимися электродами дает сварной шов высочайшего качества, позволяет варить металл большого сечения, отсутствуют брызги.

К недостаткам нужно отнести необходимость использования дополнительного оборудования в виде газовых баллонов и низкую производительность работ.

Электроды и особенности работ

Для сварки переменным электротоком электроды разработаны давно и имеют большое разнообразие. При использовании инверторов пришлось создавать новые электроды из-за специфики высокочастотного переменного тока.

Наиболее широко применяются электроды марок АНО, ОЗС, МР. Они используются для сварки углеродистых и низколегированных сталей. Обеспечивают легкое разжигание электрической дуги и равномерность ее поддержания, легкое удаление шлака. Могут применяться для сварочных аппаратов переменного и постоянного тока.

Главная особенность сварки переменным током заключается в изменении полярности протекающего через электрическую дугу тока. Из-за того, что на частоте 50 Гц время перехода через ноль довольно большое, дуга почти гаснет, получается неравномерной.

Это приводит часто к пористости шва, снижению его качества. При использовании высокочастотного переменного электротока этот недостаток практически преодолевается.

Использование постоянного позволяет получать сварочные швы более высокого качества за счет равномерного выделения теплоты в сварочной ванне. На постоянном токе электрическая дуга зажигается при меньшем напряжении, и ее легче поддерживать сварщику.

Разница между сваркой переменным и постоянным током

Если вы уже работали со сваркой или хотя бы немного знакомы с ней, то, скорее всего, слышали термины “AC” и “DC”. AC и DC - это различные типы токов, которые используются в процессе сварки. Поскольку при сварке используется электрическая дуга, создающая тепло, необходимое для расплавления металла, ей необходим стабильный ток с различной полярностью, которая зависит от свариваемого материала.

Чтобы сделать качественный сварной шов, для начала нужно понять, что означают эти два тока на сварочном аппарате, а также на электродах.

Но сначала: в чем разница между сваркой переменным и постоянным током?

Сварка DC и AC относится к полярности тока, проходящего через электрод аппарата. AC означает переменный ток, а DC - постоянный. Прочность и качество сварного шва будут зависеть от полярности электрода.

Что такое полярность?

Скорее всего, вы знакомы с термином "полярность".

Электрические цепи имеют полюса - отрицательный и положительный. В цепи с постоянным током (DC) движение электронов идет в одном направлении от плюса к минусу. Применительно к сварке отрицательный полюс получает меньше тепловой нагрузки.

Переменный ток (AC), как следует из названия, меняется в направлении, в котором он идет. Половину времени он идет в одном направлении, а другую половину - в противоположном. Переменный ток меняет свою полярность примерно 120 раз в секунду при токе 60 Гц.

Прямая полярность при сварке постоянным током дает более глубокое проплавление металла. А обратная полярность отлично подходит для сварки тонколистовых заготовок за счет меньшего тепловложения.

Покрытые электроды иногда могут использовать любую полярность, в то время как некоторые будут работать только на одной.

Качественный сварной шов предполагает правильное проплавление и равномерное наплавление валика, а для этого необходимо использовать правильную полярность. При неправильной полярности вы не только получаете плохое проплавление и неравномерное образование валика, но и чрезмерное разбрызгивание и перегрев, а в некоторых случаях можно даже потерять контроль над дугой.

Электрод также может быстро сгореть.

Большинство сварочных аппаратов для дуговой сваркиимеют обозначенные клеммы или направления, чтобы сварщики точно знали, как настроить сварочный аппарат на переменный или постоянный ток. Некоторые сварочные аппараты также используют переключатели для изменения полярности, а некоторые требуют переподключение клемм кабеля.

Сварка различными токами

Различные типы сварных швов требуют разного вида токов из-за природы их возникновения и оказываемого ими воздействия.

Сварка переменным током

Сварка переменным током считается уступающей сварке постоянным током и поэтому используется редко. Сварочные аппараты переменного тока чаще всего используются только при отсутствии аппаратов постоянного тока.

Сварку переменным током чаще всего используют для соединения толстолистового металла, быстрой наплавки и TIG-сварки с высокой частотой, хотя иногда она также используется для устранения проблем, связанных со сварочной дугой. Проблемы с дугой возникают, когда она прерывает сварное соединение, которое должно свариваться при более высоких уровнях тока, что происходит в основном при работе с электродами, имеющими большой диаметр.

Сварка переменным током также может использоваться для намагниченных металлов, что невозможно при сварке постоянным током. Постоянное изменение направления тока при сварке переменным током означает, что намагниченный металл не будет влиять на электрическую дугу.

Переменный ток также лучше подходит при работе с высокими температурами. Так как он обеспечивает высокий уровень тока, что создает глубокий провар, и поэтому используется для сварки при строительстве кораблей.

Сварка переменным током хорошо подходит для ремонта оборудования, так как многие из них имеют намагниченные поля и участки, подвергшиеся ржавчине.

Однако, нестабильность направления при сварке переменным током также может быть недостатком в том, что процесс имеет меньшую производительность, чем при сварке постоянным током.

Сварка постоянным током

Сварка постоянным током, как и сварка переменным током, имеет свои преимущества, и используется в случаях, когда сварка переменным током не может обеспечить должного результата, например, вертикальная сварка, пайка одним припоем или TIG-сварка нержавеющей стали.

Сварка на постоянном токе имеет более высокую скорость осаждения, она лучше всего подходит для сварщиков, которым требуются большие размеры наплавленного слоя. Несмотря на то, что сварка переменным током обеспечивает лучшее проплавление, она имеет более низкую скорость осаждения, что может быть непригодно.

При сварке постоянным током образуется также меньше брызг, чем при сварке переменным током, что делает сварочный шов более равномерным и гладким. Постоянный ток также является более надежным, и поэтому с ним легче работать, так как электрическая дуга остается стабильной.

Сварка постоянным током часто используется для сварки тонких металлов. Оборудование, работающее с этим типом тока, также дешевле, что помогает сократить расходы.

Однако, несмотря на то, что само оборудование имеет более низкую стоимость, процесс фактического использования постоянного тока немного дороже.

Это происходит из-за того, что необходимо специальное оборудование для преобразования переменного тока на постоянный, потому что это не предусмотрено электрической сетью. Однако, поскольку постоянный ток лучше подходит для большинства видов сварочных процессов, эти затраты считаются необходимыми.

Хотя сварка постоянным током лучше для многих металлов, она не рекомендуется при работе с алюминием, так как для этого требуется выделение тепла высокой интенсивности, что невозможно при использовании постоянного тока. Кроме того, если при работе с постоянным током будет создаваться магнитное поле, то возрастет риск дугового разряда, что может быть опасно.

Какой электрод использовать?

Так как вид используемого тока влияет на полярность на электроде, надо учитывать используемый электрод.

Для сварки методом TIG чаще применяют постоянный ток прямой полярности. Иногда также используют ток обратной полярности или переменный ток. В этих случаях применяют вольфрамовые электроды с легирующими добавками для улучшения стабильности дуги.

WP - вольфрамовые электроды для сварки на переменном токе;
WL-20 и WL-15 - легированные вольфрамовые электроды для сварки на постоянном и переменном токах.

Для ММА сварки в основном использую покрытые плавящиеся электроды.

В настоящее время производители выпускают электроды с четырьмя видами обмазки:

Кислое (маркировка “А”). В его составе железо и марганец в довольно большом объеме. Можно сваривать неочищенный металл.
Основное (маркировка “Б”). Эти электроды можно использовать для работы на переменном токе, но из-за малого потенциала ионизации не рекомендуется этого делать.
Рутиловое (маркировка “Р”). Лучше всего подходит для работы на переменном токе. Небольшое разбрызгивание металла и хорошее качество шва.
Целлюлозное (маркировка “Ц/С”). Подходит для работы на переменном и постоянном токе, но выдает много брызг металла.

Существует несколько различных видов электродов для сварки переменным током, но многие из них могут использоваться как для сварки переменным током, так и для сварки постоянным током.

Выбор правильной полярности и тока, а также правильного электрода может иметь решающее значение для выполнения хорошего сварного шва.

О СВАРКЕ

Сварка переменным током обходится дешево и применяется в случаях, когда к качеству шва предъявляют низкие требования. Некоторые электроды для такого вида работ не подходят.

Что такое переменный ток

Данный вид тока представляет собой организованное колебательное движение заряженных частиц. Причиной явления выступает электрическое напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону. Электроток связан с ним прямой зависимостью: I=U/R. Значит, он постоянно меняется таким же образом.

Ток и напряжение этого вида характеризуются следующими параметрами:

Мгновенным значением. Это сила тока i и напряжение u в текущий момент времени.
Максимальной величиной. Это наибольшее отклонение от нулевого значения (Imax и Umax).
Амплитудой. Это разница между наибольшими отклонениями.
Частотой. Это число колебаний в единицу времени (f). Для сетевого тока показатель составляет 50 Гц (циклов в секунду).
Периодом. Это длительность одного цикла колебаний в секундах (T). Величина связана с частотой: Т=1/f.

Тот факт, что электроток и напряжение постоянно меняются, сильно усложняет расчеты. Для их упрощения вводят т.н. действующее значение. Это постоянный ток (напряжение), эквивалентный данному переменному, т.е. вызывающий выделение такого же количества тепла в линейном проводнике.

Например, действующим значением является вольтаж 220 В в бытовой розетке. По факту, напряжение в ней постоянно меняется по синусоидальному закону от +311 до -311 В.

Что такое постоянный ток

Постоянным током называют упорядоченное движение заряженных частиц, отвечающее 2 условиям:

направление не меняется;
ампераж варьируется столь плавно, что индуктивные свойства цепи никак себя не проявляют.

Один полюс источника постоянного напряжения является отрицательным (-), другой – положительным (+). Принято считать, что ток движется в направлении от «+» к «-». Но в металлах, где свободными частицами являются отрицательно заряженные электроны, они перемещаются наоборот – от «-» к «+».

Постоянный электроток для сварки получают путем выпрямления переменного. Используют схему из диодов (вентилей) – полупроводниковых приборов, пропускающих электричество только в одном направлении. Для сглаживания пульсаций диодный мост дополняют емкостным фильтром.

Особенности применения

Работа электрического тока в проводниках заключается в 2 явлениях:

Выделении тепла. Его количество пропорционально квадрату силы тока: Q=(I^2)*R, где R – сопротивление проводника.
Создании магнитного поля. Его интенсивность возрастает, если проводник смотан в катушку.

Сварка основана на первом явлении. При движении электротока через воздушный промежуток образуется дуговой разряд, характеризующийся высокой температурой. Он вызывает плавление металла, вследствие чего кромки заготовок сливаются воедино.

Способность электротока создавать магнитное поле используют для понижения напряжения с помощью трансформатора. Он состоит из 2 не связанных между собой катушек. Первичная подключается к сети, и протекающий в ней электроток посредством переменного магнитного поля наводит ЭДС во вторичной. Коэффициент понижения напряжения зависит от соотношения числа витков в катушках.

Влияние сварочного тока на сварку

Согласно формуле Q=I²хR, тепловложение в процессе электросварки зависит от силы тока. Чем выше ее значение, тем глубже плавится металл.

Необходимо подобрать оптимальную величину, иначе возникают следующие дефекты:

При заниженном токе – непровар.
При завышенном – прожог металла, обширная сварочная ванна, деформация заготовок.

В обоих случаях шов становится менее прочным.

Факторы, влияющие на выбор показателей

Величину сварочного тока выбирают по 2 критериям:

Диаметру электрода. Чем толще расходник, тем выше ампераж.
Материалу обмазки. Например, рутиловыми электродами варят на меньшем электротоке, чем основными.

Диаметр расходника выбирают в зависимости от толщины заготовок.

Выбор тока для сварки материалов

Рекомендуемый диапазон приводится на упаковке с расходниками. Точное значение определяют опытным путем.

Электрод 4 мм

Такими расходниками варят заготовки толщиной 4-6 мм. Устанавливают силу электротока в пределах 120-200 А.

Электрод 3 мм

Расходники с такой толщиной используют для соединения деталей со стенкой в 3-4 мм. Оптимальные значения сварочного тока находятся в диапазоне 80-160 А.

Электрод 2 мм

Тонким расходником варят сталь толщиной 2-3 мм. Выбирают ампераж между 40 и 80 А.

Сварочное оборудование переменного и постоянного тока

Работы по сварке производят с применением следующих аппаратов:

Трансформаторов. Наиболее простые, дешевые и надежные устройства. Дают на выходе переменное напряжение.
Выпрямителей. Отличаются от предыдущих наличием диодного или тиристорного моста, преобразующего переменный электроток в постоянный. По сравнению с предыдущим вариантом имеют большие размеры и вес, сложнее устроены и стоят дороже.
Инверторов. Дают на выходе постоянный электроток. Отличаются компактными размерами.

Инвертор преобразует сетевой ток в следующем порядке:

Выпрямляет.
Превращает в переменный с высокой частотой (60-80 кГц). Эту функцию выполняет специальный электронный узел с быстропереключающимися транзисторами, управляемый микросхемой.
С помощью преобразователя понижает напряжение до рабочей величины.
Опять выпрямляет.

Повышение частоты электротока позволяет существенно уменьшить размеры и вес трансформатора. В результате сокращаются стоимость устройства и потери в нем.

Оснащение инвертора электроникой дает дополнительные преимущества в виде следующих функций:

Горячий старт. Облегчает розжиг дуги путем кратковременного увеличения напряжения.
Антизалипание. Сброс напряжения в ситуациях, когда расходник надолго коснулся заготовки (часто наблюдается при розжиге).
Форсаж дуги. Состоит в кратковременном увеличении силы электротока в случае, когда есть риск затухания дуги. Чаще всего это происходит при замыкании электрода и заготовки каплей расплавленного металла.
Стабилизация. Обеспечивает сохранение параметров режима сварки в условиях колебания напряжения на входе.

Инверторы стоят дороже прочих видов, но удобство работы и высокое качество шва разницу в цене оправдывает.

Различают аппараты для следующих видов электросварки:

Тугоплавким расходником в среде защитного газа. Используют горелку с вольфрамовым или графитовым электродом и соплом для нагнетания аргона. В зону сварки подают присадочный материал в виде проволоки. Возможна работа устройства без подачи газа. Тогда в качестве присадочного материала используют полую проволоку, заполненную флюсом. Тот при выгорании превращается в газ.
Плавящимся электродом. Такие расходники снабжены собственным флюсом в виде покрытия (обмазки). Помимо защитных компонентов, оно содержит легкоионизируемые, улучшающие горение дуги.

Аппараты для сварки плавящимися расходниками оснащены электрододержателем.

По назначению устройства делятся на виды:

Для ручной сварки – аргонной и плавящимся электродом.
Полуавтоматы. Предназначены для сварки тугоплавким расходником, присадочный материал подается механизированным способом.
Автоматы. Работа ведется без участия человека в соответствии с заданными пользователем настройками. Агрегат оснащается тугоплавким электродом.

Что такое электроды постоянного и переменного тока

Электродом называют отрезок металлической проволоки, предназначенный для подведения электричества к заготовке. Изделия делятся на 2 вида:

Изделия первого типа снабжены обмазкой. Она выполняет следующие функции:

Образует защитный газ.
Служит источником легирующих элементов.
Поддерживает горение дуги за счет легкоионизируемых элементов. Для протекания электротока нужны свободные носители заряда. Присутствие в промежутке между расходником и заготовкой, помимо электронов, прочих ионов стабилизирует процесс.

Плавящиеся электроды делятся на виды:

универсальные – работают на любом виде электричества;
для сварки на постоянном напряжении.

Тугоплавкие электроды тоже относятся к универсальным.

Отличия электродов постоянного и переменного тока

По виду обмазки расходники делятся на виды:

Кислые.
Целлюлозные.
Рутиловые.
Основные (фтористо-кальциевые).

Первые 3 вида являются универсальными, четвертый – предназначен для сваривания только на постоянном напряжении. Основные и рутиловые электроды наиболее распространены.

Особенность сварки на переменном электротоке заключается в менее стабильном горении дуги. Она крайне чувствительна к числу свободных носителей заряда. В обмазке основного типа содержится фтор, выступающий деионизирующим элементом. Он затрудняет горение дуги, поэтому на переменном напряжении такие расходники работают плохо.

Преимущество фтористо-кальциевой обмазки состоит в отсутствии органики, что исключает насыщение металла водородом и обеспечивает ему хорошую защиту от окисления. В результате шов получается прочным и пластичным.

Необходимо обращать внимание и на характеристики сварочного аппарата. Для старта дуги на переменном токе некоторые электроды требуют повышенного напряжения холостого хода – 70 или 90 В против стандартных 50. Это особенно необходимо при повторном розжиге, когда расходник покрыт шлаком. У большинства трансформаторов напряжение холостого хода составляет 50 В. Есть модели с дополнительным выходом, генерирующим напряжение холостого хода в 70 (В). Они стоят дороже. Для инвертора этот показатель составляет 89-93 (В).

Марки электродов для переменного и постоянного тока

На переменном токе можно варить расходниками:

ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12 (рутиловыми). Предназначены для сварки углеродистых сталей.
МР-3. Созданы для соединения низкоуглеродистых сталей. Рекомендованы начинающим сварщикам. Обеспечивают высокое качество соединения даже при наличии на заготовках грязи, ржавчины и влаги. Разновидность МР-3С предназначена для высокоуглеродистых и низколегированных сталей.
АНО-4, АНО-6, АНО-21. Первая марка создана для низкоуглеродистых сталей, средняя – для углеродистых, третья – для высокоуглеродистых и низколегированных.
WP. Вольфрамовые расходники.
WL-15 и WL-20. Легированные вольфрамовые расходники.

Следующими электродами варят только на постоянном электротоке:

УОНИ-13/55. Считаются лучшими для изготовления ответственных конструкций из углеродистой стали. При затухании дуги расплавленная обмазка сразу застывает на торце электрода, поэтому для повторного розжига его следует зачистить.
ОЗЛ-8. Предназначены для сталей, легированных хромом и никелем. Используются при изготовлении узлов, испытывающих высокие нагрузки; создают прочный, устойчивый к окислению шов. Необходимо обеспечить плавное остывание металла, иначе возможно его растрескивание.
Kobelco LB-52U (Япония). Созданы для изготовления ответственных конструкций из низкоуглеродистой стали. Часто применяются при отсутствии возможности выполнить двухстороннее обваривание, например при монтаже трубопроводов. Чувствительны к влажности обмазки, потому нуждаются в предварительной прокалке при температуре 300°С.
ESAB OK 61.30 (Швеция). Электрод для нержавеющей стали.

Трансформаторы переменного тока имеют следующие преимущества:

низкую стоимость;
простую конструкцию;
высокий КПД;
надежность;
большой ресурс.

Низкое качество шва. Он получается широким и неровным из-за колебаний дуги.
Большие потери металла из-за сильного разбрызгивания.
Плохое горение дуги.
Возможность варить только углеродистую сталь.

Сварку переменным током используют в следующих ситуациях:

К качеству предъявляются низкие требования.
Необходимо большое тепловложение, например при строительстве судов.

Аппараты постоянного электротока сложнее, дороже. Они характеризуются относительно большими потерями мощности, но обеспечивают высокое качество соединения и стабильность дуги. Помимо углеродистой стали, ими можно варить нержавеющую, а также цветные металлы (используют соответствующие электроды).

В сварке на постоянном электротоке различают 2 способа подключения:

С прямой полярностью. Отрицательный полюс (катод) подключается к электроду, положительный (анод) – к заготовке.
С обратной полярностью. Анод подключают к расходнику, катод – к заготовке.

Обозначения сварочного тока для электродов

Маркировка расходников имеет вид дроби. Последняя цифра в знаменателе обозначает род тока. «0» расшифровывается как «только постоянный с обратной полярностью». Прочие цифры означают, что расходник является универсальным, т.е. может варить любым видом тока. При этом для постоянного зашифрована полярность, для переменного – минимально требуемое значение вольтажа холостого хода.

Данные сведены в таблицу:

Рекомендуемая полярность постоянного электротока	Разность потенциалов холостого хода источника переменного электротока, В	Обозначение
Обратная	–
Любая	50±5	1
Прямая		2
Обратная		3
Любая	70±10	4
Прямая		5
Обратная		6
Любая	90±5	7
Прямая		8
Обратная		9

Таким образом, цифра «5» в маркировке означает, что электродом можно варить:

Постоянным током прямой полярности.
Переменным, если напряжение на холостом ходу источника составляет не менее 70 В.

Дополнительная информация

При сварке постоянным током наблюдается неравномерное распределение тепловой энергии между заготовкой и электродом:

Для плавящихся расходников. Анодное пятно холоднее катодного. Поэтому для соединения тонкостенных заготовок используют прямую полярность (чтобы не прожечь их), для толстостенных – обратную (для более глубокого проплавления).
Для тугоплавящихся расходников. Анодное пятно, наоборот, горячее катодного.

Сварку тугоплавким электродом ведут только на прямой полярности, независимо от толщины заготовок. При обратном подключении, когда разряд бьет в расходник, он быстро засоряется.

Характеристики сварочного тока напрямую влияют на процесс сварки и качество соединения. Самые простейшие аппараты варят переменным током, но есть и продвинутые версии AC/DC, способные переключаться с "постоянки" на "переменку". Чтобы понять преимущества и недостатки работы аппаратов на переменном токе, сравним их с моделями, вырабатывающими постоянное напряжение.

В этой статье:

Различие переменного и постоянного тока

Во всех электрических сварочных аппаратах используется кабель массы и держателя/горелки. Один конец является плюсом, а второй — минусом. При замыкании контактов и удержании их на расстоянии 3-5 мм, образуется электрическая дуга, которой выполняется плавление кромок основного металла. При этом подается дополнительный присадочный металл для заполнения ширины шва:

Но в сварочных агрегатах, генерирующих постоянный и переменный ток, внутри происходят разные физические процессы, определяющие характеристики сварочной дуги. Природа тока при этом тоже отличается.

Что такое полярность?

Говоря о постоянном токе, стоит упомянуть о полярности. Полярность — это направление движения отрицательно заряженных частиц. В физике они всегда движутся от клеммы минуса к клемме плюса. У переменного тока такой четко заданной направленности нет.

В сварочных аппаратах, работающих на постоянном токе, сварщик может выбрать, в какое гнездо установить разъем держателя (горелки), а в какой кабель массы. Поскольку электроны всегда движутся от минуса к плюсу, в каждом случае сварочный ток получит определенные свойства.

При прямой полярности (держатель на минус, а масса на плюс) отрицательно заряженные частицы перемещаются от держателя к изделию. Это содействует:

Прямая полярность актуальна для сварки толстых сталей.

Обратная полярность подразумевает подключение держателя к плюсу, а кабеля массы к минусу. Это запускает электроны в обратном порядке — тепло концентрируется не на изделии, а на кончике электрода, снижая тепловложение на изделии. Обратная полярность применяется при сварке тонких листов железа, чтобы избежать прожогов. Но использование обратной полярности ведет к перегреву кончика электрода и его ускоренному плавлению.

Какие аппараты какой ток вырабатывают

Теперь рассмотрим, какие сварочные аппараты вырабатывают переменный или постоянный сварочный ток.

Именно трансформаторы вырабатывают переменный ток для сварки. Для этого в их конструкции используется две обмотки — первичная и вторичная. Они наматываются на стальной сердечник, который значительно утяжеляет массу аппарата. Переменный ток из бытовой сети 220 V или трехфазной 380 V поступает на первичную обмотку. За счет большого количества витков возникает электромагнитное поле с концентрацией на сердечнике. На вторичную обмотку подается уже сниженное напряжение около 70-90 V и увеличенная сила тока до 160-300 А, в зависимости от количества витков обмотки трансформатора.

Трансформаторы используются только для РДС сварки покрытыми электродами. В зависимости от мощности сварочного тока определяется толщина проплавляемого металла.

Сварочные выпрямители содержат внутри две обмотки трансформатора, но дополнены блоком выпрямления, преобразовывающим переменный ток в постоянный. Чаще всего преобразователи рассчитаны на сеть 380 V, чтобы равномерно нагружать фазы питания.

Выпрямители используются на производствах и в мастерских, где требуется качественный провар толстых металлов 5-20 мм. Но за счет массивной конструкции занимают много места. Часто комплектуются колесами для перемещения по цеху. Чтобы подать их на высоту, предусмотрены петли под крюк крана или тельфера.

Инверторы бывают на 220 и 380 V. У них входящий переменный ток с частотой 50 Гц выпрямляется и сглаживается при помощи фильтра. Затем ток возвращается снова в переменный, но его частота значительно возрастает и составляет 20-50 кГц. Есть модели, способные вывести частоту до 100 кГц. После этого ток снова преобразовывается в постоянный и фильтруется.

Такой процесс обеспечивает чрезвычайно ровный ток, содействующий стабильному горению дуги и высокому качеству шва. Инверторные аппараты применяются при сварке ММА, MIG, TIG. Благодаря компактности внутренних узлов некоторые инверторы весят всего 3-4 кг. Большинство бытовых моделей для РДС не превышает по массе 10 кг. Но есть и промышленные версии с силой тока 400-500 А и весом 30-50 кг.

Большинство инверторных аппаратов работают только с постоянным током, но есть профессиональные версии AC/DC, способные переключаться на переменный ток. Это расширяет их возможности применения.

Трансформатор КаВик ТДМ-252 AL

Выпрямитель ЭСВА ВС-300Б

Инвертор БАРСВЕЛД Profi TIG-217

Понимая отличия переменного и постоянного тока, а также особенности сварочных аппаратов, вырабатывающие их, рассмотрим разницу в сварке.

Дуга на переменном токе горит менее стабильно, возможно случайное затухание при небольшом изменении зазора между электродом и изделием. Присутствует характерный треск. Манипулировать дугой сложнее, порой она "гуляет", труднее задавать форму шва.

При сварке на переменном токе присутствует разбрызгивание металла, дуга "плюется". Электроды на переменном токе расходуются быстрее. Во время выполнения потолочных и вертикальных швов перенос присадочного металла осложняется, некоторая его часть скапывает под действием силы тяжести вниз.

Но сварочные аппараты, работающие на переменном токе, стоят дешевле выпрямителей и инверторов. У них простейшая конструкция и внутренние узлы, которые легко переносят суровые условия на стройке, в гараже, цеху. Ломаться здесь практически нечему — может только сгореть обмотка от перегрева. Если не перегревать трансформатор, то он будет служить долгие годы.

Аппараты не боятся пыли, а регулировка силы тока осуществляется приближением или отдалением первичной обмотки от вторичной. Все элементы простые и надежные, оборудование имеет повышенную ремонтопригодность с низкой стоимостью комплектующих.

Сварка на постоянном токе отличается стабильной дугой, шов вести легче, контролируя чешуйчатость, ширину и высоту валика. Дуга не трещит, а шелестит. Жидкий металл разбрызгивается меньше, капля лучше переносится на изделие. Постоянный ток более удобен для сварки не только в нижнем, но и в вертикальном и в потолочном положении.

Когда входящее напряжение "скачет", аппараты с постоянным током теряют только силу рабочего тока, но дуга остается стабильной. Качество шва уже не зависит на 100% от опытности сварщика, а обеспечивается лучшими характеристиками сварочного тока.

Но инверторы стоят дороже, чем трансформаторы. У них более сложное внутреннее оснащение и дорогостоящий ремонт. Инверторные сварочные аппараты чувствительны к пыли и ударам, тряске. При использовании на стройке или в цеху следует быть осторожным, а также регулярно продувать внутренние схемы от пыли.

Области применения

Исходя из этого сравнения работы аппаратов с переменным и постоянным током можно сделать вывод, что трансформатор подойдет для периодической сварки неответственных конструкций из малоуглеродистых сталей. Желательно, чтобы сварка велась в нижнем положении. При этом у сварщика должна быть определенная квалификация, иначе швы будут очень плохими. Трансформатор "выживет" в строительных условиях, частых транспортировках, запыленных помещениях. Это оптимальный варит для дачи, гаража, чтобы сэкономить.

Источник видео: Виталий М

Но трансформаторы с переменным током могут пригодиться и для профессиональных задач. Например, при сварке покрытыми электродами алюминия или ржавого металла, который невозможно очистить. Они лучше инверторов, поскольку постоянное изменение направления движения электронов содействует разрушению оксида алюминия или загрязнений на поверхности. Постоянный ток на такое не способен (только в сочетании с импульсом)

Инверторы лучше подойдут для новичков, чтобы учиться варить. С ними легче работать во всех пространственных положениях, а также сваривать:

Изменение полярности поможет сварить тонкий металл 1-2 мм без прожогов. Но за инверторами требуется более тщательный уход и бережное обращение, иначе частые поломки дорого обойдутся.

Для профессиональной деятельности или частной мастерской лучше купить сварочные аппараты AC/DC. Переключаясь с переменного на постоянный ток, вы сможете качественно варить любые металлы и наслаждаться приятным шелестом электрической дуги.

Советы по выбору

Выбирая сварочный аппарат переменного тока, обращайте внимание на следующие характеристики:

Не забудьте про качественную маску для сварки, чтобы хорошо видеть сварочную ванну и защитить при этом глаза. Чтобы швы были прочные даже на переменном токе, важны хорошие электроды. Лучше выбирайте с рутиловым или основным покрытием. Они отлично плавятся и содействуют переносу капли металла. Никогда не покупайте для "переменки" электроды с целлюлозным покрытием.

Толщина металла, мм	Диаметр электрода, мм	Сила тока, А
1-2	2	25-100
3-4	3	90-150
5-6	4	150-200

Ответы на вопросы: преимущества и недостатки аппаратов переменного тока для сварки

Регулировка силы тока возможна двумя способами. Первый — плавный, путем вращения рукоятки на корпусе. Она сводит и разводит катушки первичной и вторичной обмотки между собой, от чего изменяется электромагнитное поле. Если нужно убавить ток — вращайте ручку против часовой стрелки. Для добавления силы тока, крутите ручку по часовой стрелке.

Второй способ — ступенчатый. Он есть только у промышленных версий и заключается в переключении витков обмотки. Механизм действует быстро, но не позволяет установить точных значений. У большинства трансформаторов нет дисплея, поэтому дугу нужно пробовать на черновом металле каждый раз после изменения настроек.

Бывает, что сила тока убавлена до минимума, а металл все-равно прожигается. Тогда используют дополнительное приспособление — сталистую пружину, фиксируемую между прижимом массы и изделием. Ее витки создают дополнительное сопротивление, снижая силу тока. Но при этом пружина греется, поэтому расположите ее на негорючей поверхности или подвесьте.

Лучше использовать аппараты с постоянным током. Но если такой возможности нет, намотайте в один ряд поверх покрытого электрода оголенную медную проволоку. Она будет плавиться и добавляться вместе с присадочным металлом, смягчая сплав. Это сократит количество микротрещин при остывании чугуна.

Да, аппараты на переменном токе сильно гудят и тарахтят. Работать рядом целый день не комфортно. Снизить шум можно, установив аппарат на резиновый коврик, плотно стянув все соединения на корпусе, подложив в соприкасающиеся металлические части кожуха прослойки асбеста.

Если сам проводник целый, потребуется перемотать катушку трансформатора с нанесением нового слоя изоляции. В случае обрыва проводника нужна новая обмотка. Лучше доверить эту работу сервисному центру.

Читайте также: