Оборудование для ручной дуговой сварки покрытым штучным электродом

Р�С. 2. �НВЕРТОР ВДУЧ-1371 Сварка ведется на переменном или постоянном токе при помощи т. н. штучных покрытых электродов, основу которых составляет металлическая проволока в виде стержней, на которые методом окунания или опрессовкой наносят обмазку. В состав обмазки входят различные вещества (титанаты, алюмосиликаты, целлюлоза и т. д.), от которых в основном и зависит формирование качественного сварного соединения. Кроме выполнения только защитных функций (расплавленная обмазка закрывает собой неостывший сварочный шов, защищая от вредного воздействия кислорода, азота, влаги и т. д.), эти вещества обеспечивают легкий поджиг и устойчивое горение дуги, равномерное расплавление электродного стержня и самой обмазки, получение плотных беспористых швов, снижают потери электродного металла на угар и разбрызгивание, обеспечивают легкую отделяемость шлаковой корки от поверхности шва. В последнее время к веществам, входящим в обмазку, предъявляют требования по обеспечению минимальной токсичности в процессе сгорания. Для повышения производительности сварки в некоторые обмазки вводят до 50% порошка железа. Ручная дуговая сварка выполняется однофазными трансформаторами, одно- и трехфазными выпрямителями или автономными генераторами. Наиболее высокое качество сварного соединения достигается в случае применения трехфазного постоянного тока (от трехфазных выпрямителей и генераторов), при этом уменьшается разбрызгивание металла, улучшается поджиг и эластичность дуги, повышается производительность труда. За последние 8—10 лет на рынке сварочного оборудования появился весьма широкий спектр (около 150—200 моделей) отечественных и импортных трансформаторов и выпрямителей разных мощностей, имеющих различные конструктивные и схемотехнические особенности. Ценовой диапазон — от 3500 руб. за простейший трансформатор для бытовых целей до 95 000 руб. за мощный автономный сварочный генератор на колесном шасси. Очевидно, что подобный широкий выбор технологического оборудования может создать проблему для конечного потребителя, который будет это оборудование использовать для решения своей конкретной технической задачи с точки соотношения «цена-качество». Здесь очень важна консультация специалиста, тем более что применение новых технологий в строительстве может потребовать и каких-то нетрадиционых способов сварки. При этом для того, чтобы грамотно поставить задачу специалисту-консультанту, потребитель должен обладать базовыми знаниями в области сварочного оборудования хотя бы в минимальном объеме. Решающими факторами, влияющими на выбор той или иной модели сварочной техники, являются тип источника и его мощность. При этом любой источник питания для ручной дуговой сварки штучным электродом, вне зависимости от типа и мощности, должен отвечать трем основным требованиям: внешняя характеристика должна быть крутопадающей (т. е. обеспечивать минимальные колебания сварочного тока при неизбежных изменениях длины дуги); напряжение холостого хода для уверенного поджига дуги должно быть не менее 50 В для бытовых аппаратов и не менее 60 В — для промышленных; форма выходного тока не должна иметь «разрывов» (в противном случае дугу необходимо будет поджигать заново после ее погасания 1—2 раза в секунду, что делает процесс сварки невозможным). А) Тип источника Простейшим устройством для ручной дуговой сварки является сварочный трансформатор. Основным элементом его конструкции является однофазный силовой трансформатор, к выводам вторичной обмотки которого подключаются свариваемое изделие и зажим с электродом. Некоторые модели сварочных трансформаторов имеют комбинированное питание. �х можно подключать к сети переменного тока как с напряжением 220 В («фаза-ноль»), так и с напряжением 380 В («фаза-фаза»); при этом, вне зависимости от напряжения питания, они остаются однофазными по своей сути. �мея возможность регулировать сварочный ток, можно получить удовлетворительное качество сварного соединения. Регулировка в сварочных трансформаторах осуществляется плавно — с помощью различных механических устройств (например, как в ТДМ-401, АО «�скра», г. Новоуткинск) или ступенчато — с помощью коммутации обмоток переключателем (например, как в ТСМ-207, АО «Спецэлектромаш», Санкт-Петербург). �ногда можно встретить и плавное электронное регулирование сварочным током трансформатора, однако качество сварки при этом получается невысоким. Для увеличения производительности труда существуют также дополнительные устройства, которые повышают устойчивость горения дуги, горящей на переменном токе. Так, для обеспечения качественного поджига в условиях, когда поверхности достаточно сильно загрязнены или находятся в труднодоступных местах, применяют осцилляторы. Они инициируют дугу с помощью высоковольтных импульсов напряжения. Применяются также импульсные возбудители дуги, подключаемые параллельно сварочному трансформатору. Принцип работы заключается в подаче кратковременных импульсов повышенного напряжения. При применении подобных устройств напряжение холостого хода трансформатора может быть порядка 40—50 В. Осцилляторы и возбудители позволяют вести сварку переменным током электродами для постоянного тока и облегчают сварку электродами для переменного тока; однако требуют достаточно аккуратного обращения по условиям электробезопасности. Более сложными устройствами, обеспечивающими качественное сварное соединение, являются одно- и трехфазные выпрямители. Схем их построения существует достаточно много, однако каждый выпрямитель обязательно содержит одно- или трехфазный силовой трансформатор, выпрямительный блок и дроссель. При использовании постоянного сварочного тока положительный полюс источника питания подключается обычно к электрододержателю, отрицательный — к изделию (режим сварки) или, в режиме резки, — наоборот. Как и в случае сварочных трансформаторов, плавная регулировка тока обеспечивается механическими устройствами (ВД-306, АО «Эсва», г. Калининград), ступенчатая — коммутацией обмоток силового трансформатора (ВД-207, АО «Спецэлектромаш», Санкт-Петербург) и электронной регулировкой (ВД-306Э, АО «Сэлма», г. Симферополь). Чаще всего малогабаритные выпрямители имеют однофазное (220 В, 380 В или комбинированное) питание, а более мощные — трехфазное (3х380 В). Безусловно, при выполнении значительного объема работ предпочтительным является применение трехфазных выпрямителей как с точки зрения качества получаемого сварного соединения и удобства работы, так и с точки зрения равномерной загрузки фаз питающей сети. Остается добавить, что иногда производители комбинируют выпрямители с пускозарядными устройствами (для двигателей внутреннего сгорания), однако, на взгляд автора, лучше использовать два раздельных устройства. При выполнении большого объема сварочных работ экономически более целесообразным является использование не 2—3 отдельных сварочных выпрямителей, а одного многопостового выпрямителя с 2—3-балластными реостатами (по одному на каждый пост). Типичными представителями таких многопостовых выпрямителей являются ВДМ-6303 (АО «Электрик», Санкт-Петербург), ВДМ-5307 (АО «Спецэлектромаш», Санкт-Петербург) (см. рис. 1). Далеко не всегда строительные работы ведутся вблизи линий электроснабжения. При работе в сельской местности или на начальных стадиях строительства, при прокладке трубопроводов приходится сталкиваться с необходимостью проведения сварочных работ при отсутствии централизованного электроснабжения. В этом случае строители и ремонтники вынуждены использовать автономные сварочные генераторы, хотя стоимость их эксплуатации выше, чем трансформаторов или выпрямителей. Автономный сварочный генератор (сварочный агрегат) — это, по сути, небольшая электростанция, основой которой является сварочный генератор, вал которого приводится во вращение двигателем внутреннего сгорания. Собранные на одной раме генератор и двигатель с аккумулятором, топливным баком, выхлопной трубой с глушителем закрываются общим кожухом и иногда монтируются на шасси. Как правило, эти автономные агрегаты предназначены для питания одного или двух сварочных постов, хотя существуют и мощные четырехпостовые автономные комплексы (например, КК-002 на базе автомобиля КРАЗ). Среди приводных двигателей внутреннего сгорания безусловное лидерство принадлежит дизелям, прежде всего — за счет меньшей стоимости дизтоплива и большего момента на валу. Через соединительную муфту двигатель связан с электрическим генератором, непосредственно вырабатывающим постоянный электрический ток для сварки с необходимым уровнем холостого хода (ок. 90 В) и обладающим крутопадающей внешней характеристикой. В отличие от трехфазных выпрямителей, выпрямляющих ток промышленной частоты (50 Гц), сварочные генераторы питают сварочную дугу выпрямленным током повышенной частоты (400 Гц), что положительно влияет на стабильность формирования сварного соединения. Высокая стабильность сварочных параметров позволяет сварочным агрегатам типа АДД-4004 и АДС-450 производить сварку ответственных конструкций. Как и в случае многопостовых выпрямителей, максимальный экономический эффект (при соответствующем объеме работ) дает использование двухпостовых сварочных агрегатов. Кроме трансформаторов, выпрямителей и автономных агрегатов для ручной дуговой сварки используют также источники питания инверторного типа. �нвертор представляет собой одно- или трехфазный источник питания, в котором переменный ток сетевого напряжения промышленной частоты (50 Гц) преобразуется в постоянный ток более низкого напряжения повышенной частоты (400—80 000 Гц). �спользование повышенной частоты позволяет значительно снизить массогабаритные показатели источников питания, а также улучшить их эксплуатационные и регулировочные характеристики. В 80—90 гг. основой элементной базы инверторов являлись тиристоры и частота преобразования была относительно невысокой (4—12 кГц), что являлось причиной характерного «писка», возникающего при работе инвертора. Сейчас роль тиристоров все чаще выполняют мощные транзисторы (полевые IGBT, MOS­FET и др.) со сложной микропроцессорной системой управления; частота преобразования возросла до 80 кГц и на слух уже не воспринимается. �мея массогабаритные показатели в два-три раза меньше, чем аналогичные аппараты неинверторного типа, однофазные инверторы весьма удобны при проведении монтажных работ, особенно в труднодоступных условиях и работе на высоте. Типичным представителем этого класса сварочных аппаратов является однофазный инвертор ВДУЧ-1371 (АО «Спец­электромаш», Санкт-Петербург); имея массу всего 8 кг, он позволяет выполнять сварку штучными электродами диаметром до 4,0 мм (см. рис. 2). Регулирование тока — плавное, частота преобразования — 66 кГц. Мощные трехфазные инверторы применяют при сварке ответственных конструкций. Б) Мощность Выбранный источник питания для ручной дуговой сварки должен по мощности соответствовать выполняемой работе. Существуют два параметра, определяющие мощность источника, это — сварочный ток (I, А) и продолжительность включения (ПВ, %). Для правильного выбора источника питания мало задать силу сварочного тока, необходимо представлять, швы какой протяженности и с какой частотой будут выполнены на изделии. Ток, проходя по обмоткам силового трансформатора и другим элементам источника, вызывает их нагрев. Каждый элемент имеет свою предельную температуру, превышение которой ведет к выходу источника из строя. � хотя производители сварочного оборудования широко применяют в своих конструкциях охлаждающие вентиляторы, возможности наращивать поверхности охлаждения ограничены как по объему корпуса, так и по ценовым пределам. Тем не менее ручная дуговая сварка является процессом, который не ведется непрерывно. Существуют временные паузы, в течение которых сварщик меняет использованные электроды новыми, зачищает поверхность сварного шва от шлака, проверяет качество сварки и подготавливает (позиционирует, закрепляет) заготовки и т. п. За это время, пока сварочный ток отсутствует, происходит охлаждение элементов источника. Очевидно, что чем короче время работы источника (и чем, соответственно, дольше пауза в работе), тем больший по величине ток сможет выдержать источник. Для учета соотношения между временем работы источника и длительно­стью паузы ГОСТом вводится понятие продолжительности включения (ПВ) источника, которое измеряется в % от стандартного цикла (t цикла = t паузы + t работы/включения) длительностью 5 мин. Например, если в паспорте на источник питания для ручной дуговой сварки написано, что он имеет сварочный ток 120 А при ПВ=40%, это означает, что данный источник может быть использован в режиме 120 А в течение 2 мин., после чего должна следовать пауза в течение 3 мин. Обычно производители сварочного оборудования указывают в паспорте несколько значений ПВ для различных токов. Например, трансформатор сварочный ТСМ-207 обеспечивает ток 200 А/15% (45 сек. длится сварка после чего — 4 мин. 15 сек. — пауза), 170 А/20% (1 мин. — сварка, 4 мин. — пауза), 130 А/35% (1 мин. 45 сек. — сварка, 3 мин. 15 сек. — пауза). Вообще говоря, 1% ПВ соответствует длительности сварки в течение 3 сек. Зная, что штучный покрытый электрод любого диаметра, но стандартной длины горит в среднем от 45 до 60 сек., можно сделать важный с практической точки зрения вывод: для большинства бытовых целей (короткие и редкие швы) достаточным является ПВ от 10 до 30%, для большинства же промышленных потребителей источник должен иметь ПВ около 40—60%. Для гарантированной защиты элементов конструкции от перегрева обычно применяются биметаллические термореле, настроенные на какую-либо фиксированную температуру (обычно на 90—100 оС). Термореле связаны с системой управления сварочного аппарата и отключают его силовую часть в случае превышения критичной температуры. После охлаждения элементов конструкции термореле вновь подает команду системе управления на включение силовой части сварочного аппарата. Остается добавить, что бесперебойная и долговечная работа сварочной техники во многом зависит от правильности ее эксплуатации. При проведении работ на открытом воздухе сварочный аппарат следует защищать от атмосферных осадков, перегрев кожуха (от солнечных лучей или от, например, калорифера, стоящего вблизи) также вредно отражается на его работе. В процес­се эксплуатации сварочное оборудование необходимо регулярно осматривать и проводить профилактические работы. При плохом уходе цементная пыль и грязь могут нарушить правильное функционирование переключателей и механических регуляторов, а мелкие металлические опилки и пыль могут вызвать замыкание токоведущих частей на корпус сварочного аппарата. �менно поэтому при подключении аппарата необходимо качественно выполнить заземление или зануление. Кроме этого, грязь, покрывая изнутри аппарата элементы его конструкции, препятствует эффективному их охлаждению. Очистить аппарат от пыли и грязи чаще всего можно с помощью сжатого воздуха. Плохие контакты в сварочной цепи (там, где проходят значительные по величине токи), вызывают большие падения напряжения и недопустимые перегревы, вызывая оплавление изоляции проводов и контактных разъемов. Значительная часть сварочного оборудования выходит из строя из-за небрежного подключения сварочного провода к зажимам и нерегулярной проверки состояния контактов. Очень внимательно нужно следить за работой вентилятора охлаждения, так как его неисправность чаще всего приводит к перегреву силового трансформатора или полупроводниковых элементов и заметному уменьшению ПВ, а иногда — к выходу оборудования из строя.