Малогабаритные сварочные аппараты

Самостоятельно сделать прочную конструкцию из металлического уголка или швеллера (шкафчик для инструмента или для газовых баллонов, каркас скамейки или парника, ворота или калитку), отремонтировать садовый инвентарь удобнее всего с помощью сварки. При необходимости приобрести сварочный аппарат многих смущают внушительные габариты и другие неудобства в его использовании в домашнем хозяйстве.

Кроме того, в последнее время в продаже появились бытовые сварочные аппараты, которые настолько меньше промышленных по массе и размерам, что кажутся почти игрушечными. Их можно переносить за специальную ручку или на ремне через плечо без особых усилий. Поэтому не будет проблем при выделении места для постоянного хранения такого аппарата. Работа же с ним настолько проста, что каждый желающий может овладеть искусством сварки.

В этой статье мы ограничимся рассмотрением малогабаритных сварочных аппаратов массой до 20 кг (это делает доступным перенос их одной рукой), рассчитанных на pa-боту от электросети напряжением 220 В, которая имеется в каждом доме.

Температура в зоне дуги обычно доходит до 6000—7000 °С и определяется силой сварочного тока, которая при ограниченной массе сварочного аппарата не превышает 160—200 А. Для достижения такой силы тока напряжение на выходе сварочного аппарата снижают до 48-90 В (напряжение холостого хода U_хх), этого достаточно для зажигания дуги и безопасно для жизни сварщика. Напряжение снижают с помощью понижающего трансформатора, являющегося неотъемлемой частью сварочного аппарата. Чем больше сила тока при достаточном U_хх, тем больше может быть диаметр электрода, а чем больше диаметр электрода, тем массивнее могут быть свариваемые детали. В табл.1 приведены примерные соотношения между толщиной свариваемого металла, диаметром электродов и силой сварочного тока.

Таблица 1. Соотношения толщины свариваемого металла с диаметром электрода и силой сварочного тока

Чтобы обеспечить такую силу тока, сердечник трансформатора делают массивным, а провод вторичной обмотки — толстым (с площадью сечения более 10 мм²). Силу тока при сварке разных материалов приходится подбирать из приведенных в таблице диапазонов, вот почему должно быть предусмотрено устройство для изменения силы тока, а для исключения перегрева встраивают один или несколько вентиляторов. Все это увеличивает массу бытового сварочного аппарата, поэтому производителям приходится придумывать способы ее снижения.

Самый простой способ — ограничение времени работы трансформатора. Специальный показатель ПН — продолжительность нагрузки, измеряется в процентах по отношению к циклу сварки (в России этот цикл — 5 мин, а в Европе — 10 мин). Например, при ПН = 60% процесс осуществляется следующим образом: 3 мин — сварка, 2 мин — остывание трансформатора, затем цикл сварки повторяется, а при ПН = 20% — 1 мин сварка, а 4 мин остывание трансформатора. Этот показатель должен быть приведен в любом паспорте на сварочный аппарат, причем при максимальной силе сварочного тока для каждого аппарата ПН = 20—60%, а при наименьшей силе тока ПН = 100% и обеспечивает непрерывную сварку.

Однако, стремясь уменьшить время простоя трансформатора, нельзя забывать, что прерывание процесса иногда просто необходимо. Во-первых, для периодической установки в электрододержатель нового электрода вместо использованного, а во-вторых, после 3—5 мин непрерывной сварки обычно возникает необходимость подготовки деталей для дальнейшей работы. При продолжительной же сварке, например, изгороди из сетки «рабица» с уголковым каркасом, эти перерывы мешают. Чтобы мастер не увлекся сваркой и не сжег трансформатор, многие аппараты оснащены устройством термозащиты для автоматического отключения от электросети в случае перегрева.

Гораздо проще осуществляется РДС на постоянном токе, поскольку в этом случае на дугу меньше влияет частота напряжения сети. Для преобразования тока из переменного в постоянный после трансформатора устанавливается полупроводниковый выпрямитель, к которому добавлены элементы для сглаживания пульсаций выпрямленного тока. Все это значительно увеличивает массу и снижает надежность аппарата. Но есть и свои преимущества: в сварном шве присутствует больше «родного» металла деталей, чем присадочного металла электродов, в результате чего уменьшается количество окалины и, как следствие, обеспечивается более качественное соединение по сравнению с РДС на переменном токе. Сокращаются также стоимость работ и расход электродов. Такой аппарат называют сварочным выпрямителем. Им проще работать, но стоит он дороже сварочного трансформатора в 1, 5—4 раза.

Все более широкое распространение находят инверторные сварочные выпрямители (инверторы), в которых перед усилением сначала повышают частоту переменного тока до 10—90 кГц. Масса и размеры высокочастотных трансформаторов существенно меньше, чем у их 50-герцевых собратьев. Эта особенность позволяет значительно уменьшить габариты всего инверторного аппарата по сравнению с обычными сварочными трансформаторами и выпрямителями. Ток после инвертора практически постоянный и не зависит от колебаний длины дуги и напряжения, поэтому его силу можно регулировать плавно и подбирать довольно точно. Дугу также можно подбирать от самой «мягкой», которая легко «тянется», до «грубой», которую обычно используют при резке металла. Это позволяет даже непрофессионалу легко освоить сварку, в том числе «капризных» алюминиевых и медных сплавов, или высоколегированной, например, нержавеющей стали.

Существуют инверторы небольшого размера и массой до 10 кг, их можно носить на ремне через плечо и подключать в общую электрическую сеть через предохранитель на 16 А, конечно, с обязательным заземлением корпуса. Но стоимость их самая высокая: в 4—9 раз выше, чем сварочных трансформаторов. На российском рынке можно найти все перечисленные виды сварочных аппаратов для РДС французской фирмы «SAF», финской «Kemppi», австрийской «Fronius», итальянских «Cebora», «Telwin», «Deca», шведской «Esab», американской «Miller», а также российских производителей — ООО «ЭВМА», ТОО «Линкор», ООО «ТОР», АО «Невская Электрическая Компания».

Экономичность работы аппарата характеризуют коэффициентом полезного действия (КПД) в процентах (чем он ближе к 100%, тем дешевле обходится сварка), и коэффициентом мощности (cos ф) (он должен быть как можно ближе к единице). Следует отметить, что КПД и cos ф характеризуют тщательность проработки конструкции сварочного аппарата, поэтому не все фирмы приводят эти значения в паспорте на аппарат.

Для регулирования силы сварочного тока используют устройства с органами управления и со шкалой на панели аппарата, проградуированной либо в амперах, либо в номерах диапазонов (1, 2, 3,...), либо в диаметрах электрода. В наиболее простых моделях силу тока можно менять переключателем только ступенчато, а в более сложных — плавно, с помощью поворачивающейся рукоятки.

Ряд моделей имеют устройства плавноступенчатого регулирования силы тока: сначала устанавливают соответствующий диапазон изменения силы тока переключателем, а затем более точно подбирают нужную его величину в пределах этого диапазона поворачивающейся рукояткой. Такие устройства увеличивают стоимость сварочного аппарата на 15-20%. Иногда на панели устанавливают амперметр для фиксации точной величины сварочного тока.

Ресурс работы бытовых сварочных аппаратов рассчитан на 250—350 ч работы, после чего обычно необходим профилактический ремонт (перемотка или замена сгоревшего трансформатора, замена выключателя или регулятора сварочного тока и т.д.). Промышленные переносные аппараты («Transpocket 1400», «Master 1500», «Caddy 130») прослужат без ремонта намного дольше, но они существенно дороже бытовых. Для наглядности сравним сварочный трансформатор «Сварис» (35 кг, размеры 310x280x510 мм) со сварочным выпрямителем «Терминатор». «Терминатор» обеспечивает более высокую силу сварочного тока при габаритах в 3, 5 раза и массе почти в 3 раза меньших, чем у «Свариса», при этом сохраняет возможность запуска двигателя автомобиля, но стоит такой аппарат почти в 2 раза дороже.

Таблица 2. Переносные аппараты на 220 В для ручной дуговой сварки одиночным электродом

Примечание. Кроме моделей ТДМ-163 и «Терминатор» во всех перечисленных в таблице моделях есть защита от перегрева;

* значения силы тока, указанные через запятую, могут быть установлены на сварочном аппарате ступенчато, а через тире — плавно или плавноступенчато;

** значения ПН приведены для максимальной силы сварочного тока.