Современные высокопроизводительные способы сварки и резки металлоконструкций, применяемых в строительстве

Сварка покрытым штучным электродом (MMA-сварка) наиболее проста в применении, она давно и хорошо знакома строителям. Выполняется она на переменном или постоянном токе при помощи трансформаторов, выпрямителей или автономных генераторов (речь о них пойдет в другой статье). Электрическая дуга на постоянном токе горит более стабильно, чем на переменном; поэтому качество сварного шва, полученное при помощи выпрямителя, оказывается выше качества аналогичного шва, выполненного от трансформатора. Это особенно важно при сварке ответственных строительных конструкций. Сварочные трансформаторы и выпрямители, при всем разнообразии их конструктивных и схемотехнических особенностей, содержат силовой трансформатор (одно- или трехфазный), имеющий значительные габариты и массу, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на массогабаритных показателях всего аппарата в целом. Наиболее заметная тенденция развития современной сварочной техники (и в значительной степени — оборудования для сварки покрытым штучным электродом) — это применение в источниках питания сварочной дуги элементов высокочастотной схемотехники. Такие сварочные аппараты называются инверторами. По сравнению с аналогичными по мощности трансформаторами и выпрямителями инверторы имеют значительно меньшие массу (в 2—3 раза — построенные на базе тиристоров, в 4—6 раз — транзисторные) и габариты (в 2—8 раз) и лучшие сварочные свойства (даже по сравнению с трехфазными выпрямителями). �нверторы обеспечивают хороший поджиг дуги, процесс сварки отличается малым разбрызгиванием, дуга эластична. Благодаря высокой стабильности сварочного тока, электрод можно использовать практически без остатка (экономия около 10%), возрастает эффективность работы сварщика; кроме того, все инверторные источники имеют плавное регулирование сварочного тока в широком диапазоне, что весьма важно при выполнении потолочных и вертикальных швов. Все эти свойства делают инверторы технологически эффективными и экономически выгодными при выполнении монтажных работ, сварке на высоте и в условиях ограниченного пространства. �нверторные сварочные аппараты представляют собой технически сложные изделия, производство которых сопряжено с решением целого комплекса технических и организационных проблем; в России инверторы производят всего несколько предприятий (АО «Технотрон», Чебоксары; Приборостроительный завод, Рязань; НПП «ФЕБ» и АО «Спецэлектромаш», Санкт-Петербург). Компактный транзисторный однофазный инвертор ВДУЧ-1371 производится АО «Спец-электромаш» (Санкт-Петербург) с 1999 г. Его оригинальное схемотехническое решение обеспечивает плавное регулирование сварочного тока и качественную сварку штучным электродом с любым типом покрытия при толщине изделия от 0,5 до 8 мм электродами d1,6—4 мм. Высокое качество сварки обеспечивается даже при понижении питающего напряжения с 220 до 198 В; масса аппарата — 8 кг. К сожалению, стоимость инверторных источников выше, чем аналогичных по мощности выпрямителей (на 25—50%) и трансформаторов (приблизительно вдвое); кроме того, трансформаторы и выпрямители на настоящий момент времени несколько более надежны в эксплуатации. Тем не менее очевидные технические преимущества инверторов и тенденция к снижению их стоимости позволяют прогнозировать постепенное увеличение их доли в общем объеме электродуговой техники (в настоящее время не более 5%). В ряде случаев, особенно когда сварочные работы на площадке ведутся интенсивно и компактно, целесообразно применять многопостовые сварочные выпрямители. В этом случае один мощный выпрямитель (обычно на 450—1000 А) питает несколько сварочных постов (от 2 до 6); регулирование сварочного тока осуществляется при помощи балластных реостатов, входящих в комплект каждого поста. Например, многопостовой выпрямитель ВДМ-5307 (АО «Спецэлектромаш», Санкт-Петербург) обеспечивает сварочный ток 560 А при ПВ=60%, что вполне достаточно для питания двух-трех постов. Экономия средств при использовании многопостовых выпрямителей с балластными реостатами вместо нескольких однопостовых источников достигает 15—25%, кроме того, многопостовые выпрямители имеют простую конструкцию и поэтому отличаются высочайшей надежностью даже в сложных условиях эксплуатации. Питающая трехфазная сеть подходит только к одному источнику питания, поэтому применение многопостовых выпрямителей повышает, в целом, электробезопасность при проведении сварочных работ. Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов (MIG-сварка) — относительно новый вид сварки, активно развивающийся последние 20—25 лет. Наиболее распространена полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа. Ошибочно считается, что полуавтоматическая сварка в среде СО2 предназначена только для сварки тонколистовых конструкций из низкоуглеродистой стали (например, кузовов автомобилей в авторемонтных мастерских). Действительно, в авторемонте широко применяются маломощные (как правило однофазные) полуавтоматы, однако реальный диапазон применения полуавтоматической сварки в среде СО2 значительно шире. С ее помощью сваривают металлоконструкции толщиной до 25—30 мм (как и в случае сварки штучным электродом, сварка толстых заготовок производится только после разделки кромок), выполненные из низкоуглеродистых, легированных и жаропрочных сталей (для сварки легированных и жаропрочных сталей используется смесь СО2 и аргона или гелия в соотношении 1:4). Сварка может вестись в любых пространственных положениях. Сущность этого вида сварки заключается в том, что электродная проволока (для защиты от коррозии ее часто покрывают тонким слоем меди) d0,6—3 мм с повышенным содержанием кремния и марганца подается с постоянной скоростью в зону сварки; одновременно в эту же зону поступает углекислый газ, который обеспечивает защиту расплавленного или нагретого электродного и основного металлов от вредного воздействия окружающего воздуха. Защитный газ (углекислота) при этом подается от баллона через редуктор. Поскольку защита сварочной ванны обеспечивается газовой средой (а не расплавленным веществом обмазки электрода, как при использовании штучного электрода), сварщик может наблюдать и контролировать весь процесс формирования шва. Кроме того что полуавтоматическая сварка обеспечивает высокое качество шва, значительно облегчается поджиг дуги, резко возрастает удобство и скорость (т. е. эффективность) работы — сварщик избавлен от необходимости смены электродов и зачистки швов от шлака. Однако применение газовой защиты не позволяет производить сварочные работы на ветру и сквозняках, т. е. в условиях, где поток воздуха может сдуть газовую защиту. Это обстоятельство, а также «привязка» к газовому баллону несколько сужают область применения полуавтоматической сварки в среде СО2 в строительстве, однако в стационарных условиях этому виду сварки составить конкуренцию ни один другой вид сварки не сможет. Например, полуавтоматическая сварка исключительно эффективна при изготовлении конструкций с большим количеством швов малой длины — решеток, перил, дверей, ворот, заборов, ограждений и т. п. В этом случае при переходе от сварки штучным электродом к полуавтоматической сварке производительность повышается в 2—4 раза. Сварку в углекислом газе выполняют на постоянном токе обратной полярности (т. е. свариваемая конструкция подключена к отрицательной клемме источника питания). Диаметр электродной проволоки выбирается в зависимости от толщины свариваемых заготовок, типа соединения, положения шва в пространстве; в специальной литературе приведены таблицы, определяющие режимы сварки; чаще всего применяется электродная омедненная проволока Св-08Г2С d1—1,4 мм в 15-килограммовых катушках. �сточник питания для полуавтоматической сварки в среде СО2 представляет собой выпрямитель, оснащенный системой управления с газовым клапаном и механизмом подачи проволоки. Газовый клапан необходим для экономного расходования защитного газа; когда сварка не ведется, он автоматически закрывается. Существуют два основных типа подающих механизмов — роликовый и планетарный, промышленные образцы которого начинают появляться в последнее время. Конструкции подающих механизмов наиболее распространенного (98% от общего количества подающих механизмов) роликового типа могут существенно различаться, однако всегда содержат два основных элемента — приводной ролик (как правило, с канавкой), который, вращаясь, передает движение электродной проволоке, и ответный ролик (его роль часто выполняет шарикоподшипник), прижимающий проволоку к приводному ролику при помощи пружины. Усилие прижатия может регулироваться винтом. Механизм приводится в движение от электродвигателя мощностью 50—120 Вт. Длина шланга сварочной горелки не превышает 5 м, поэтому при сварке протяженных конструкций бывает удобен т. н. выносной подающий механизм, переносимый сварщиком. В этом случае источник питания и газовый баллон соединены с подающим механизмом при помощи электрического кабеля и газового рукава и могут не менять свое месторасположение; сварщик, переходя от одного места сварки к другому, будет переносить с собой только подающий механизм с катушкой проволоки и горелку. �сполнительным органом является полуавтоматическая горелка, соединенная с источником питания гибким шлангом (6), длиной 2—5 м и оснащенная, как правило, разъемом (7). �з пистолетного вида рукоятки (1) удобной, эргономической формы выходит направляющая трубка (2), изогнутая под рациональным углом. Электродная проволока, получив поступательное движение от вращающегося ролика, движется по направляющему спиральному каналу (8) и, пройдя через токоподводящий мундштук (4) с калиброванным отверстием, попадает в зону сварки. Защитный газ (СО2 или его смесь с Аr или Не) через открытый газовый клапан источника питания проходит по шлангу (6) и попадает через газораспределитель (3) и сопло (5) также в зону сварки. Требования, которые предъявляются к сварочным полуавтоматическим горелкам, как и к любому инструменту, высоки. Профессиональная горелка должна быть относительно легкой, обязательно удобной, долговечной, с гибким шлангом минимального диаметра и разъемом. Для высокопроизводительной работы ее конструкция должна предполагать быструю и удобную смену расходных элементов (сопел и мундштуков). Всеми вышеперечисленными качествами обладают профессиональные (и достаточно дорогие) модели горелок ряда немецких и итальянских фирм (TBI, Abicor Binzel, Германия; Trafimet, �талия), представленных на российском сварочном рынке (например, АО «Спецэлектромаш», Санкт-Петербург, является дилером фирмы TBI). Хорошие сварочные горелки производит АО «Метон», Санкт-Петербург; они отличаются простотой и надежностью. Техника полуавтоматической сварки проста. Сварщик направляет сопло горелки в зону предполагаемой сварки (расстояние до изделия должно быть 10—20 мм) и указательным пальцем нажимает на клавишу микропереключателя (9). Срабатывает система управления, которая подает напряжение на сварочную проволоку, открывает подачу защитного газа и включает подающий механизм. Электродная проволока, уже находящаяся под напряжением, касается изделия; происходит электроискровой разряд, который затем переходит в дугу. Сварщик, формируя шов, совершает колебательные движения горелкой; для окончания сварки ему достаточно просто отпустить клавишу микропереключателя. В процессе полуавтоматической сварки очень важно обеспечить равномерную подачу проволоки. Неправильно выбранное усилие прижатия проволоки, изношенный токоподводящий мундштук, передавленный или сильно изогнутый направляющий спиральный канал, грязная или мятая электродная проволока, изношенные или грязные ролики подающего механизма — все эти причины могут являться причиной повышенного разбрызгивания металла, нестабильного качества шва и, как следствие, снижают производительность сварочной операции в целом. Необходимо также следить за точным соответствием диаметров отверстия в направляющем спиральном канале горелки, токоподводящего мундштука и применяемой электродной проволоки. Следует контролировать состояние сопла и мундштука, т. к. в процессе работы на них налипают мелкие брызги металла, которые, однако, легко удаляются. Недостаточное количество защитного газа неизбежно вызывает образование в сварочном шве пор. Сварочные полуавтоматические горелки различаются по мощности. Для сварки тонколистовых конструкций толщиной до 8—10 мм на токах до 250—350 А применяются горелки с естественным охлаждением. Для полуавтоматической сварки на токах 350—500 А используются горелки с принудительным водяным охлаждением. В этом случае внутри шланга проходят гибкие полихлорвиниловые трубки, а источник питания комплектуется компактной водоохлаждающей системой с насосом. Очевидно, что масса и стоимость горелки с водяным охлаждением превышают аналогичные показатели горелок с естественным охлаждением, поэтому, выбирая оборудование, необходимо иметь четкое представление о том, какую конкретно задачу оно должно выполнять. Если предполагается, что один и тот же источник питания будет выполнять сварку и больших, и малых толщин, целесообразно укомплектовать его двумя-тремя горелками разной мощности. Существуют также горелки, обеспечивающие отсос вредных дымов и газов непосредственно в момент сварки (например, горелка TBI 240 Е фирмы TBI, Германия). Такие горелки эффективно применять в условиях замкнутых и ограниченных пространств. Вообще, проблема правильного выбора сварочного оборудования весьма актуальна. Отечественные предприятия (АО «Линкор», Ставрополь; АО «Электрик», Санкт-Петербург; АО «Коруна», Псков; АО «Спецэлектромаш», Санкт-Петербург и др.) выпускают широкий спектр полуавтоматов, однако большинство из них — однофазные и предназначены только для сварки стальных конструкций толщиной 0,5—4 мм. Трехфазные же полуавтоматы обеспечивают более высокое качество шва, они рассчитаны на больший сварочный ток и, что очень важно, предназначены для интенсивной, более длительной работы. Кроме того, важно понимать, в каких условиях сварочная техника будет эксплуатироваться. Например, если это будет неотапливаемое или плохо отапливаемое помещение, то во избежание замерзания защитного газа на выходе из редуктора следует заранее приобрести устройство, надеваемое на газовый редуктор и обеспечивающее подогрев газа (т. н. газоподогреватель). При выборе сварочного оборудования важно идти «от задачи», т. е. четко представлять, какие толщины, какого металла будут свариваться и какой протяженности швы для этого потребуются. Кроме того, выбранное оборудование должно попадать в желаемый ценовой диапазон и необходимое климатическое исполнение. Только корректно сделанная постановка задачи позволит достичь оптимального технико-экономического эффекта.