Устройство и принцип работы сварочного аппарата

Сварочный аппарат представляет электрическое устройство, при помощи которого выполняется сварка. Именно данный процесс обеспечивает долговечное и надежное крепление металлических деталей. С помощью сварки производится огромное число работ в различных областях, начиная от микроэлектроники до создания многотонных конструкций. Среди основных достоинств электросварки выделяется надежное и быстрое соединение материалов при минимальных затратах. При необходимости при помощи этого устройства можно даже разрезать металл. В последние десятилетия их изготавливают с использованием электронных компонентов. Благодаря этому их масса и габариты значительно уменьшились, что позволило расширить применение.

Виды и типы

Cварочное оборудование характеризуется широким разнообразием, что обусловлено постоянным развитием сварочного производства, созданием новых приемов и способов сварки. Опираясь на конструктивные особенности, в том числе принцип действия аппаратов можно выделить следующие типы:

  • Сварочный выпрямитель. Оснащен блоком полупроводниковых диодов, в результате чего ток переходит с переменного в постоянный. Главные достоинства – минимальное разбрызгивание, проварка высококачественных швов. Применяется для сваривания черного и цветного металла, чугуна, алюминия, стали.

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

  • Сварочный трансформатор. Работает благодаря переменному току. Бывает нескольких типов – с увеличенным и стандартным магнитным рассеянием. Процесс сварки из-за тяжелого веса с ним представляет довольно трудоемкую работу.

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

  • Сварочный полуавтомат. Применяется для сварочных работ в газовой сфере.

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

  • Сварочный инвертор. Это легкие и компактные установки.

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

  • Сварочный агрегат.

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

  • Аппарат для аргонодуговой сварки.
Устройство и принцип работы сварочного аппарата
Оборудование для сварки плавлением основного металла может выполнять следующие операции:
  • Сварка плавлением.
  • Дуговая сварка и наплавка.
  • Газовая сварка.
  • Электрошлаковая сварка и наплавка.
  • Электроннолучевая сварка.
  • Наплавка и резка.
  • Специальные виды сварки.
По степени механизации аппараты для сварки могут быть:
  • Ручными.
  • Полуавтоматическими.
  • Автоматическими.
Следующая классификация аппаратов для сварки звучит так:
  • Бытовые. Они выделяются небольшой производительностью, для продолжительной работы не приспособлены. Тем не менее, их сфера применения весьма широка, подобные агрегат используют для сварки арок, котлов, труб и так далее;
  • Профессиональные. Выделяются тяжелым весом и габаритами, работают от сети 220 или 380 Вт. Большинство таких моделей оснащены специальными колесиками, чтобы облегчить перемещение. Используются во многих областях строительства, мастерских, при установках газопроводов, на заводах и тому подобное.

Устройство

Устройство каждой инверторной модели может иметь ряд особенностей, однако большая часть технических узлов повторяются. Плата техники в основном включает следующие элементы:

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

Каждый сварочный аппарат является своеобразным преобразователем энергии. Агрегат принимает электрический ток из сети, после чего уменьшает его напряжение, повышает силу тока до требуемой величины. При этом происходит изменение частоты тока, или образуется постоянный ток из переменного. Исключением являются лишь аппараты, где электрическая дуга образуется от энергии генераторов с двигателем внутреннего сгорания или батарей аккумуляторов.

Сварочный полуавтомат имеет следующее устройство:

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

  • Баллон с газом (аргон или углекислота).
  • Шланг, подающий газ.
  • Кассеты с проволокой.
  • Механизм, подающий проволоку.
  • Трубопровод подачи проволоки.
  • Источник питания.
  • Газовая горелка.
  • Газовая аппаратура.
  • Блок управления.
  • Провод цепи управления.

Сварочный аппарат. Принцип действия

Рассмотрим сварочный инвертор. Вся суть инверторной технологии кроется в выпрямлении переменного тока сети в постоянный сварочный ток с промежуточным частотным изменением.

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

  • Выпрямитель – это обычный диодный мост. В данный блок поступает переменный ток, который имеет промышленную частоту 50 Гц.
  • Фильтр выполнен из конденсатора и дросселя. Выпрямленный ток направляется в фильтр, где он сглаживается. В итоге появляется постоянный ток, инвертор преобразует его в переменный, имеющий частоту 20-50 кГц. На текущий момент имеются технологии, при помощи которых получается ток частотой 100 кГц.
  • Силовой трансформатор обеспечивает снижение высокочастотного переменного напряжения до 25-40В. К тому же этот элемент повышает значение тока до требуемого тока для сварки. При помощи преобразования высокочастотных токов сварочный ток достигает необходимой силы. Благодаря многоступенчатому преобразованию тока удается задействовать трансформатор малых размеров. Так для получения тока 160 А в сварочном агрегате требуется поставить медный трансформатор весом 18 кг. В инверторе достаточно поставить трансформатор весом 0,25 кг.
  • Высокочастотный выпрямитель обеспечивает выравнивание переменного тока. Далее он направляется в высокочастотный фильтр, что позволяет получить постоянный сварочный ток.

Указанные процессы преобразования энергии контролируются микропроцессорным блоком управления. Данная часть аппарата для сварки является наиболее дорогим элементом. Инверторные сварочные устройства сегодня производятся по двум различным полупроводниковым технологиям:

  • MOSFET.
  • IGBT.

Главное их отличие заключается в транзисторах, которые различаются током коммутации. Транзисторы MOSFET, если сравнивать IGBT, выделяется большими габаритами и весом, однако их стоимость ниже. В то же время их потребуется на порядок больше для обеспечения одинаковой производительности.

Читайте также:  Правило для ножей как называется
При полуавтоматическом методе сварочный аппарат работает следующим образом:
  • Защитный газ направляется в зону электрической дуги, что позволяет защитить металл от воздействия воздуха от окисления и азотирования. Защитный газ в этом случае может быть активным в виде углекислого газа или инертным в виде гелия и аргона. Работа с металлом в среде инертного газа имеет название MIG. Работа с металлом в среде активного газа имеет название MAG.
  • Сварочная проволока при помощи электродвигателя, редуктора, а также подающих роликов подается в зону сварки.
  • Неразъемное соединение получается в газовой среде под действием электрической дуги за счет плавления электродной проволоки, которая поступает в горелку. Необходимые поверхности склеиваются с помощью расплавленного металла, созданного тепловой энергией. В результате получается крепкий долговечный шов.

Полуавтоматическим метод сварки называется так вследствие того, что проволока подается автоматически, при этом контроль подачи, а также процесс сваривания выполняется сварщиком вручную. Наконечник выступает в роли сварочного контакта, к нему подается питание от главного блока. Сила тока подбирается согласно характеристикам обрабатываемого материала. Скорость подачи задается с помощью шестерни или коробки передач.

Применение. Достоинства и недостатки сварочных аппаратов

Сварочный аппарат находит широкое применение. Его часто используют в быту, а также в профессиональной деятельности. Без такого аппарата не обойтись во многих сферах производства, отраслях промышленности и специализированных мастерских, к примеру, по ремонту автомобилей. Эти аппараты используются для надежного сваривания металлических каркасов и иных ответственных конструкций в строительстве. Без применения профессионального сварочного оборудования также невозможен монтаж нефтепроводов и газовых труб.

  • Трансформаторы являются весьма тяжелыми и громоздкими устройствами. Они обладают повышенной чувствительностью к колебаниям напряжения и потребляют много электрической энергии. Не это недорогое устройство. Варить ими можно и встык и внахлест. Опытный сварщик способен хорошо проварить с помощью трансформатора даже ответственный шов. Посредством переменного тока обычно свариваются только определенные марки чугуна и стали «ходовых» марок.
  • Полуавтоматическая сварка идеально подходит и для дома и для производства. В нашей стране порядка 70% всех сварочных работ выполняются именно сварочными полуавтоматами. Вызвано это простотой эксплуатации, высоким качеством сварки, широкой функциональностью оборудования. Сварочный полуавтомат отличается удобством для сварки тонкого металла, в особенности автомобильных кузовов. Полуавтоматы практически всегда встречаются на предприятиях автосервиса.
  • Выпрямители имеют высокую стабильность электродуги, что дает возможность проваривать высококачественные и герметичные швы равномерной глубины. При этом значительно снижается разбрызгивание. Соединение благодаря защищенности дуги получается достаточно прочным и однородным. Необходимость в дополнительной очистке изделий от капель «брызгающего» расплава отсутствует. В этом случае можно работать всеми типами электродов.

Область применения выпрямителей на порядок шире: цветные металлы (никель, титан, медь, их сплавы), любая сталь (в том числе высоколегированная) и чугун.

  • Инверторы . В последнее время пользуются большой популярностью. Выделяются функциональностью, мощностью, компактностью и небольшим весом. Такой сварочный аппарат оптимален для новичков. Специалисты же при помощи них могут повысить свою производительность. Их применяют повсеместно, ведь они позволяют сваривать даже тонкостенный металл. Варить инверторами можно цветные и черные металлы любой толщины в различных положениях в пространстве. Применяются электроды всех видов.

Как выбрать сварочный аппарат

  • Сварочный аппарат может быть трехфазным или однофазным. Для бытового применения нужно устройство на 220 В. Также можно выбрать универсальный агрегат «220/380».
  • Напряжение холостого хода. Определяет способность аппарата первоначально и повторно разжигать электродугу, в том числе поддерживать ее горение. Считается, что, чем выше напряжение холостого хода, тем лучше.
  • Мощность. Следует выбирать устройства хотя бы с небольшим запасом мощности, примерно 30%.
  • Класс защиты. Сварочный аппарат должен быть стандартизирован и иметь двухциферный код IP, к примеру IP23. Двойка — вовнутрь корпуса не попадут предметы толщиной свыше 12 мм. Вторая цифра – это защиту от влаги. Цифра 3 значит, что вода даже под углом в 60 градусов не сможет попасть в корпус агрегата.
  • Многие современные аппараты оснащаются дополнительными опциями: «Антиприлипание на выключении», «Форсирование дуги» или «Горячий старт». Они помогут при сварке, особенно новичку.

Нестандартное применение

Сварочный аппарат вполне можно использовать в качестве зарядки автомобильного аккумулятора. Однако необходимо учитывать, что у такого устройства должна быть регулировка понижения ампер и вольт. При наличии такого аппарата нужно переключить его в режим пуско-зарядного устройства. Следует установить 12 вольт на выходе, а амперы установить 1 к 20 мощности аккумуляторной батареи (если мощность 60А — заряжаем 3А).

Заряжать аккумулятор следует в течение порядка 40-60 минут. Этого вполне хватит, чтобы запустить двигатель. Для тщательной зарядки потребуется уменьшение тока в два раза и увеличение времени в 3 раза.

Дачнику, собственнику частного дома или гаража, вполне доступно выполнять сварочные работы самостоятельно. Выбор типа бытового сварочного аппарата зависит от того, что и как требуется надежно соединить.

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

Консультации и советы продавцов, конечно, помогут сориентироваться в многообразии коммерческих предложений. Однако личная осведомленность покупателя и самые элементарные знания помогут задать правильные вопросы и понять ответы на них.

Читайте также:  Кросс для витой пары

В этой статье вы найдете для себя базовую информацию о том, что такое сварка и на чем основан принцип работы сварочного аппарата.

Что такое сварка?

Процесс неразъемного соединения нескольких деталей в единое целое посредством нагрева, деформирования и применения присадочных материалов (электродов) называется сваркой.

Материалы твердых соединяемых компонентов нагреваются до состояния, когда возникают межмолекулярные или межатомные связи в месте сварки. Аналогичного эффекта можно достичь, оказывая давление на поверхности в месте желаемого соединения.

Сочетание давления и нагрева позволяет оптимизировать и регулировать процесс сварки. Причем чем выше температура, тем меньшее требуется давление. При достижении температур плавления материалов соединяемых деталей потребность в давлении на них и вовсе исчезает.

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

Способ сварки, будучи зависимым от ряда факторов, влияет на выбор сварочного оборудования.

В этой статье мы говорим не о промышленных, а о бытовых сварочных аппаратах, которые можно купить в магазинах. Поэтому ограничимся описанием оборудования, в котором реализуется принцип электродуговой сварки, и сварочных полуавтоматов, для сварки которыми необходима газовая среда.

Принцип работы сварочного трансформатора

Сварочные аппараты этого типа работают на переменном токе, сила которого регулируется путем изменения напряжения с помощью понижающего трансформатора. В итоге обеспечивается надежное питание сварочной дуги, температура которой может составлять несколько тысяч градусов по Цельсию.

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

В большинстве конструкций понижение напряжения до требуемого для поддержки стабильности сварочной дуги уровня достигается за счет перемещения одной из обмоток по магнитопроводу-сердечнику. Полученное рабочее напряжение, как правило, не превышает 80В при исходных уровнях 220-380В. Индуктивное сопротивление обмоток изменяется и таким образом регулируется величина сварочного тока.

Кроме этой применяются также конструкции с подвижным магнитным шунтом или тиристорами.

Принцип работы сварочного инвертора

Сварочный инвертор преобразует напряжение и обычный переменный ток (частота 50 Гц, напряжение сети 220В) до значений, необходимых для возникновения и поддержания сварочной электродуги.

Схематично это происходит так:

  • Сначала переменный ток трансформируется в постоянный с помощью первичного выпрямителя. Для понижения напряжения с 220В до необходимого уровня служит инверторный блок, в котором постоянный ток становится снова переменным, но высокочастотным, как и напряжение.
  • В трансформаторе полученное высокочастотное напряжение понижается до оптимального значения. В результате этих преобразований сила тока значительно повышается.
  • После оптимизации напряжения высокочастотный переменный ток во второй раз преобразуется в постоянный. Далее его сила регулируется до требуемых величин.

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

Таким образом, в сварочном инверторе ток и напряжение четко контролируются. Это позволяет плавно регулировать их уровни и выполнять широкий диапазон сварочных работ для соединения деталей даже из самых тугоплавких металлов и сплавов.

Принцип работы сварочного полуавтомата

Электроды тут не нужны. Потому что в сварочном полуавтомате применяется специальная сварочная проволка, которая плавится в газовой среде.

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

Для облегчения понимания, что такое сварочный полуавтомат, достаточно знать, что это – установка, в которую входят:

  • Источник питания, которым может быть сварочный инвертор или сварочный выпрямитель
  • Устройство подачи сварочной проволоки
  • Сварочная горелка
  • Система управления
  • Соединительные кабели и шланги

Сварочная проволка через специальное устройство плавно и корректно поступает в сварочную горелку. В место сварки также подается чистый углекислый газ или его смесь с аргоном.

Так что к вышеперечисленным компонентам установки логично добавить и специальные газосодержащие емкости, а также катушки с намотанной сварочной проволокой.

Информация о том, на чем основан принцип работы сварочного аппарата, в зависимости от его типа, надеемся, поможет лучше разобраться в потребительских характеристиках этого необходимого в быту оборудования и сделать оптимальный выбор.

Техника постоянно развивается и оборудование для сварки не стало исключением. В последнее время на рынке становится все больше аппаратов инверторного типа, которые уже практически вытеснили сварочные трансформаторы во всех сегментах. Конкуренция еще может оставаться только на самом простом уровне, который необходим для использование ручной дуговой сварки, так как более сложные технические процедуры, для которых нужны специальные функции, сейчас выполняются преимущественно инвертерами. Многие специалисты уже смогли на практике оценить все преимущества данных изделий, не говоря уже о том, что в частной сфере они стали практически незаменимы. Это простые в использовании и многофункциональные аппараты. Устройство и принцип работы сварочного инвертора обеспечивает надежное горение дуги, а также формирование качественных и надежных швов.

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

В последние годы появляется все больше различных моделей, от достаточно миниатюрных аппаратов, которые могут использоваться для переносной сварки и питаться от автономных источников, до больших многофункциональных изделий, применяемых в частной сфере. Большое разнообразие производителей также способствует данному увеличению количества моделей. Компоновка сварочного полуавтомата, простого аппарата и других разновидностей может меняться в зависимости от конкретной модели, но основные принципы сохраняются изменения сильно задевают дополнительные функции, так как для них создаются отдельные блоки. Все это в целом обеспечивает отличные возможности для легкого выполнения сложных операций, благодаря чему оборудование и заслужило высокую популярность у современных специалистов. Но здесь имеются не только сплошные преимущества, так как встречаются и недостатки.

Преимущества сварочного инвертора Устройство и принцип работы сварочного аппарата

  • Устройство сварочного полуавтомата инверторного типа, а также обыкновенного аппарата позволяет уменьшить размеры корпуса оборудования, так как все комплектующие оказываются более компактными;
  • За счет снижения габаритов корпуса, снижается и общий вес, который в современных моделях может достигать всего 3-4 кг;
  • Оборудование не сильно чувствительно к перепадам напряжения, так как встроенная электроника помогает поддерживать стабильность горения дуги и подстраиваться под скачки электричества в сети;
  • Стабильное горение дуги не позволяет металлу сильно разбрызгиваться;
  • Устройство сварочного инвертора позволяет дополнять технику дополнительными функциями, которые были недоступны и которые помогают улучшить качество сварного шва;
  • Техника может работать от обыкновенной бытовой сети, так что здесь не требуется подключение к трехфазной сети;
  • Затраты электроэнергии на работу инвертора значительно меньше, чем при работе трансформатором.
Читайте также:  Виды углеродистых и легированных сталей

Недостатки сварочного инвертора Устройство и принцип работы сварочного аппарата

  • Стоимость техники заметно выше, чем у предыдущего поколения, особенно заметно это становится с ростом мощности и количества функций;
  • Устройство инверторного сварочного аппарата оказывается сильно чувствительным к перегревам, поэтому, его не рекомендуют использовать для длительных и беспрерывных работ;
  • Аппарат может создавать высокий уровень электромагнитных помех вокруг себя, что может повлиять на другие виды техники, находящиеся рядом;
  • Здесь также присутствует большая чувствительность к вибрациям, ударам встряскам и так далее, так как внутри присутствует электроника, которая может выйти из строя.

Принцип работы сварочного инвертора Устройство и принцип работы сварочного аппарата

Основной функцией данной техники является преобразование тока из сети в те параметры, которые необходимы для сваривания металла. Для этого ток проходит через сложную систему преобразований. Эта схема выглядит следующим образом:

  • Первым делом все поступает на выпрямитель инвертора. Переменный ток из обыкновенной розетки входит в выпрямитель и становится постоянным на выходе.
  • Затем происходит снижение напряжения. В сети оно подается с параметрами в 220 В, а специальный инверторный блок понижает его до требуемого значение, заданного настройками. Здесь же постоянный ток снова переходит в переменный, но на этот раз специальный блок повышает его частоту.
  • После этого все переходит на трансформатор. Здесь напряжение снова понижается до требуемого значения. Благодаря понижению силы высокочастотного напряжения, начинает возрастать сила высокочастотного тока.
  • На последнем этапе преобразованный высокочастотный ток поступает на вторичный выпрямитель, где он снова становится постоянным. Здесь же происходит окончательная регулировка его параметров, которые будут соответствовать заявленным на датчиках характеристикам.

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

Таким образом, принцип работы сварочного инвертора помогает четко контролировать его параметры и повышать частоту тока и напряжения. Благодаря этому улучшается возможность работы с тугоплавкими и сложно свариваемыми металлами. Сюда относится сварка нержавейки, алюминия и прочих разновидностей.

Схема инвертора Устройство и принцип работы сварочного аппарата

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

Устройство Устройство и принцип работы сварочного аппарата

Устройство каждой модели может иметь ряд особенностей, но в целом многие технические узлы повторяются. В основном плата техники состоит из следующих частей:

  • Радиатор выходного выпрямителя – это одна из наиболее объемных деталей, которая служит для вторичного выпрямителя сварочного тока;
  • Радиаторы транзисторов – несколько радиаторов, которые в целом своем объеме занимают около четверти платы;
  • Кулер – обязательное для инверторов устройство охлаждения, так как здесь большая чувствительность к перегреву;
  • Сетевой выпрямитель – первичное устройство для выпрямления поступаемого из сети тока перед последующим его преобразованием;
  • Датчик тока – датчик, показывающий параметры получаемого тока;
  • Реле мягкого пуска – устройство, помогающее обеспечить легкий старт во время сварочного процесса;
  • Интегральный стабилизатор – дополнительный блок, который помогает стабилизировать параметры электричества, даже если идут скачки в сети;
  • Помеховый фильтр;
  • Конденсаторы помехового фильтра.

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

Режимы

Принцип работы инверторного сварочного аппарата позволяет ввести несколько дополнительных функций, которые помогут сделать работу более простой.

  • Горячий старт. Данная функция помогает увеличить сварочный ток в тот момент, когда электрод касается заготовки. После этого сила тока возвращается на те параметры, которые указаны на датчике. Количество добавленных Ампер зависит от изначальной силы тока, так как она показывается в относительном соотношении, от 5 до 100%. Некоторые модели обладают только фиксированной величиной добавки. С помощью данной функции легче поджигать плохие электроды.
  • Форсаж дуги. Данная функция становится незаменимой при сваривании тонких листов металла во время формирования и продвижения сварочной ванны она уберегает электрод от залипания и от прожигания. Здесь постоянно добавляется и убавляется количество тока, чтобы дуга горела стабильно. Принцип действия очень похож на «Горячий старт», но при этом регулировка идет постоянно. Здесь также может присутствовать фиксированное значение или регулируемое.
  • Антизалипание. Данная функция не обеспечивает постоянное горение дуги, как это было в предыдущих случаях. Это одно из наиболее ранних и простых нововведений, которые были реализованы в инверторах. В то время, когда электрод залипает, образуется короткое замыкание, нагревающее аппарат и воздействующее на него прочими негативными свойствами. Чтобы избежать этого, при включенной функции антизалипания техника просто отключит подачу питания. Таким образом, ей не будет нанесено никакого вреда и можно будет спокойно продолжить сварку. При желании ее можно отключить или отрегулировать.