Источники питания сварочной дуги: требования, классификация, характеристика

Для электродуговой сварки нужно электричество определенных параметров: большой силы (ампеража), низкого напряжения (вольтажа). Под воздействием тока между концом электрода и свариваемым металлом формируется мощный электрический разряд, выделяется большое количество теплоты. В качестве источников питания сварочной дуги применяются различные преобразователи. За историю существования ручной электросварки для розжига дуги созданы устройства, генерирующие переменный и постоянный ток. Сначала были трансформаторы, после появления полупроводников были созданы выпрямители. Генераторы преобразуют в электроток энергию сжигания жидкого или сухого топлива. Инверторы – источники нового поколения, у них возможности питания дуги гораздо шире, чем у трансформаторов. При выборе сварочного аппарата желательно учитывать преимущества и недостатки устройств.

Общая информация

Для начала немного общей информации о сварочной дуге. Дуга представляет собой мощный электрический разряд, который формируется между основным металлом и концом электрода. Сварочная дуга генерирует высокотемпературное тепло, которого достаточно для сварки большинства металлов.
Чтобы поджечь дугу, необходим внешний источник тока. В общих чертах основные источники питания для сварки — это трансформаторы, выпрямители, генераторы и инверторы. Проще говоря, сварочные аппараты типы трансформатор, выпрямитель или генератор. А также инверторный сварочный аппарат. Но в рамках этой статьи мы дадим больше информации, поскольку источники для питания сварочной дуги имеют множество особенностей.

Далее мы расскажем, какие существуют сварочные источники питания, каковы их характеристики и какие требования к ним предъявляются.

Инвертор

Принцип действия этих устройств заключается в преобразовании переменного тока сети в постоянный. Далее постоянный ток опять преобразуется в переменный, но только высокой частоты. После этого переменный ток подаётся на высокочастотный сварочный трансформатор который понижает напряжение и преобразует переменный ток в постоянный.

Инверторы на сегодняшний день одни из самых популярных источников питания сварочной дуги. Это обусловлено рядом преимуществ:

• постоянный ток с плавным регулированием;
• доступная цена;
• стабильное горение сварочной дуги и её лёгкое зажигание;
• малые габаритные размеры;
• малое энергопотребление
• малый вес.

Всё это делает инверторные источники питания незаменимыми в быту, а также на больших предприятиях.

Основные требования

Источник питания для сварочных работ любого вида и класса должен удовлетворять следующим ключевым характеристикам:

• обеспечивать легкость зажигание дуги;
• поддерживать стабильное горение;
• контролировать верхний порог тока короткого замыкания;
• обладать хорошей динамикой;
• соответствовать требованиям по электробезопасности.

Под динамикой в данном случае понимается скорость восстановления напряжения от момента контакта электрода с массой (возникновения короткого замыкания) до вспыхивания дуги, то есть образования электрического пробоя воздуха.

Дуга вспыхивает при напряжении около 20 В. Время от момента короткого замыкания до вспышки дуги у хорошего источника питания должно составлять не более 0,05 секунды. Чем оно меньше, тем динамика выше.

Кроме того, очень важно, чтобы источник поддерживал стабильное горение дуги, то есть автоматически регулировал изменение напряжения от режима холостого хода (60-90 В) до напряжения рабочего хода (18-20 В).

Эти требования предъявляются ко всем без исключения устройствам. Им должен соответствовать даже самодельный сварочный аппарат, собранный для ручной дуговой сварки из блока питания компьютера.

Кстати, из последнего собрать устройство для домашнего применения не так уж сложно. Импульсный блок питания как раз и предназначен для понижения сетевого напряжения. Но варить можно будет только тонкий металл.

Технология

Весь технологический процесс ручной дуговой сварки, как и в случае с другими способами сварки, делится на три основных этапа:

• подготовительный;
• основной;
• завершающий.

Подготовительный этап

Ввиду того, что ручная дуговая сварка используется очень часто в бытовых условиях, на подготовительном этапе необходимо осуществить процесс проверки сварочного оборудования на наличие неисправностей. Такая проверка осуществляется визуально до момента включения оборудования в электрическую сеть. После того как подключение в электрическую сеть произошло, необходимо осуществить проверку работы аппарата: звук работы источника тока должен быть равномерным, без тресков, от оборудования не должен исходить запах гари. Все индикаторные лампы в рабочем состоянии горят, а экраны диагностики оборудования показывают данные, которые соответствуют «холостой» работе.

Завершающим этапом является обезжиривание поверхностей с помощью специальных химических составов. При наличии влаги кромки свариваемых изделий потребуется просушить путем нагрева с помощью газовой горелки или паяльной лампы.

Основной этап

Основной этап – это этап собственно сварки:

• сварщик зажигает дугу касанием электрода поверхности свариваемых деталей (для лучшего зажигания на конце электрода находится графитовое покрытие). Если электрод зажигается плохо, необходимо постучать им о деталь либо установить электрод ребром с обмазкой к детали и сделать несколько круговых движений, пока дуга не загорится;
• после того как дуга была зажжена, электрод отводится на расстояние 1-3 мм от детали. Данное расстояние поддерживается на всем протяжении сварочного шва с целью избежать залипание электрода в сварочной ванне;
• направление движения электрода – вдоль сварочного шва, но с возможностью колебательных движений (порядок ведения электрода выбирает сам сварщик в зависимости от толщины свариваемых деталей и типа соединения);
• при завершении сварочного шва электрод круговыми движениями поднимается от сварочной ванны, но при сохранении дуги, что позволит избежать образование кратера.

Если сварка производится в отношении тонких деталей, то необходимо делать короткие швы с гашением дуги, однако, следует следить за тем, чтобы сварочная ванна полностью не погасла (не прекращалось свечение металла в шве, которое сварщик видит через темное стекло маски).

Завершающие работы

На завершающем этапе производятся стандартная для всех видов сварки очистка сварного соединения от шлака (его либо отбивают сварочным молотком, либо зачищают щеткой) и визуальный контроль соединения с целью выявления непроваров. Если были замечены какие-либо огрехи в выполнении шва, его либо зачищают и проваривают снова, либо вырезают с помощью болгарки и соединяют детали повторно с исправлением возможных недочетов.

Выбор источника питания для дуговой сварки

Разумеется, помимо силовых характеристик сварочное оборудование выбирают по мобильности, габариту, весу. Говоря о достоинствах и недостатках источников питания, стоит начать с самого первого вида сварочников.

Трансформатор

Оборудование с вторичной обмоткой преобразует напряжение, за счет индуктивных полей с 80 вольт можно опустить напряжение до 20-ти. Это самый простой и громоздкий тип сварочного аппарата. Зато очень надежный, мало зависит от условий внешней среды, не боится влажности, запыленности. Трансформатор можно соорудить самостоятельно, нужный вольтаж получают за счет определенного числа витков вторичной обмотки. Коэффициент полезного действия оборудования довольно высокий, стоимость небольшая. Когда объем работы небольшой, сварщики с опытом работы предпочитают для гаража, дома приобретать трансформаторы.

Выпрямитель

Уже из названия ясно, что речь пойдет об источнике постоянного тока. Для преобразования используются полупроводники, они пропускают электричество только в верхнем диапазоне синусоиды. Благодаря использованию полупроводников, наличию электросхемы, возможности у выпрямителей шире, чем у трансформаторов. При смене полярности можно регулировать температуру на контактах: при прямой полярности сильнее греется электрод, при обратной – металл. КПД у выпрямителей выше, чем у трансформаторов, малые потери на холостом ходу.

Большой минус – сварочные аппараты очень греются, им периодически требуется передышка, чтобы прийти в норму или дополнительная система охлаждения.

Генератор

Электричество вырабатывается вращением вала в постоянном магнитном поле. Работают устройства на бензине, дизтопливе, есть стационарные установки на угле, брикетированном топливе. Главные достоинства:

• электричество со стабильными характеристиками;
• большой ампераж, до 1000 А.

Минусы – изрядные габариты, низкий КПД, плюс выхлопные газы, шум, вибрация.

Инвертор

Инверторный тип источников – самый технологичный. Небольшие размеры, высокая мощность, дополнительные функции: быстрый розжиг, стабильная дуга и другие. Бытовые устройства работают от сети 220 В, мощные установки подключают к трехфазным 380 В. Инверсия улучшает частотные характеристики до 50 кГц. Недостатки тоже есть: оборудование боится высокой влажности, низких температур, запыленности. Корпус профессиональных источников дополнительно оснащают защитой.

Финишные покрытия

Решая установить в помещении электрический тёплый пол, следует учесть некоторые моменты:

• какую роль будет выполнять тёплый пол (основной обогрев или дополнительный);
• какое финишное покрытие будет использоваться;
• какая допустимая высота поднятия уровня пола.

При этом именно финишное покрытие играет ключевую роль в подборе, поскольку не все виды покрытий и нагревательных систем сочетаются между собой.

Плитка

электрический теплый пол под плитку

• саморегулирующиеся и резистивные кабеля;
• стержневые маты;
• кабельные маты.

Однако с ИК пленками плитка сочетается плохо, поскольку материал пленки вступает в реакцию с плиточным клеем.

Ламинат

Плюсами паркета и ламината является их надежность, стойкость к износу.

Минусами при использовании как финишное покрытие поверх электрического тёплого пола является опасность перегрева отдельных участков, что приводит к изменению внешнего вида и характеристик покрытия.

Сочетаются они почти со всеми видами электрических полов. Хотя наиболее предпочтительной является плёночная система, поскольку монтаж ее лёгкий и быстрый, а нагрев максимально равномерный. Из кабельных систем оптимальным является саморегулирующийся кабель.

Линолеум

Плюсами линолеума являются:

• невысокая стоимость;
• простота укладки;
• разнообразие цветов и характеристик;
• износостойкость.

К минусам можно отнести:

• невысокую выносливость к механическим повреждениям;
• опасность перегрева от нагревательных систем, что приводит к деформации и изменению характеристик.

Лучше всего с линолеумом сочетаются саморегулирующиеся кабели и стержневые маты. Они не перегреваются и обеспечивают оптимальный температурный режим покрытия. А также отлично подходит для укладки под линолеум плёночный инфракрасный пол.

Классификация источников питания сварочной дуги

По типу сварочного тока

Итак, мы уже разобрали, что источником питания может быть трансформатор, выпрямитель и генератор. Но в более широком смысле все эти источники можно поделить еще на несколько подгрупп. Одна из них — тип тока, который генерирует источник.

Источник может генерировать постоянный или переменный ток. Классический трансформатор и генератор повышенной частоты зачастую генерирует переменный ток. Сварочный выпрямитель генерирует постоянный ток.

Чем отличается источник питания на постоянном токе и на переменном?

Сварочный аппарат переменного тока и постоянного в чем разница? Давайте разбираться.

Аппарат на переменном токе очень прост: он собирается из понижающего трансформатора и специального механизма, который регулирует силу сварочного тока. При применении сварочной дуги переменного тока сварка ведется на переменном токе соответственно.

Аппарат на постоянном токе более технологичен. Его основные компоненты — это понижающий трансформатор, устройство, выпрямляющее ток (выпрямитель), которое преобразовывает поступающий переменный ток в постоянный, и устройство, регулирующее силу тока. Соответственно, здесь сварка ведется на постоянном токе.

Это основные конструктивные различия. Есть еще различия эксплуатационные. Сварка постоянным током предпочтительнее, поскольку у этого источника тока больше преимуществ. Аппараты на постоянном токе намного компактнее и проще в применении, они технологичнее, и в целом считаются более современными. Сварка переменным током сложнее и характеризуется нестабильностью горения дуги.

Также упомянем инверторные источники питания, которые на данный момент считаются самыми технологичными и распространенными. Это сложные аппараты, которые многократно преобразовывают ток, сглаживая его с помощью специальных фильтров, и впоследствии выпрямляют. В результате сварщик получает постоянный ток, а значит крайне стабильную дугу, которая легко поджигается. Также инверторные аппараты снабжаются электронным блоком управления, который прост в применении.

Инверторный источник сварочного тока — самый распространенный тип на данный момент. Такие аппараты самые компактные и легкие (в продаже есть модели весом не более 3-5 кг), при этом они оснащаются дополнительным функционалом, упрощающим сварку.

По количество постов и способу установки

Здесь все намного проще. Вне зависимости от типа источника питания, будь он переменный или постоянный, трансформатор или инвертор, в любом из них может быть либо один разъем для сварки, либо 3 и более.

Аппараты с одним разъемом называются однопостовыми и предназначены для генерирования одной сварочной дуги. Т.е., для применения одним сварщиком. Аппараты с большим количеством разъемов называются многопостовыми, и сразу несколько сварщиков могут производить сварку от одного аппарата.

Источники питания по способу установки могут быть мобильными (переносными) или стационарными.

7.6.11

Электроприемники основного оборудования и вспомогательных механизмов электросварочных установок в отношении обеспечения надежности электроснабжения, как правило, следует относить к электроприемникам III или II категории (см. гл.1.2).

К III категории следует относить электроприемники всех передвижных и переносных электросварочных установок, стационарных электросварочных установок, перечисленных в 7.5.8, цехов и участков, а также других цехов и участков, если перерыв в электроснабжении используемого в них электросварочного оборудования не приводит к массовому недоотпуску продукции, простоям рабочих и механизмов.

Принципы классификация

Источники питания сварочной дуги классифицируются по многим градациям. В их числе:

• по предназначению — для ручной сварки, сварки под флюсом или в среде защитного газа (например, аргонодуговой);
• по числу сварочных постов, которые можно подключить единовременно;
• по способности передвигаться — мобильные и стационарные;
• по способу производства энергии — преобразователи или производители;
• по роду выходного тока;
• по ВАХ (вольт-амперная характеритика).

Основными параметрами сварочного аппарата для сварщика являются назначение данного конкретного агрегата и сварочный ток, который он выдает. Во многих случаях ключевым требованиям является подбор нужной вольт-амперной характеристики (ВАХ).

Так, например, для сварки в среде защитных газов требуются устройства с жесткой характеристикой, варящие постоянным током. Для ручной и полуавтоматической сварки под флюсом применяются аппараты переменного и постоянного тока с падающей характеристикой.

Некоторые современные источники питания сварочной дуги универсальны: имеют много режимов работы, в том числе позволяют менять род сварочного тока и изменять его ВАХ.

7.6.32

При водяном охлаждении элементов электросварочных установок должна быть предусмотрена возможность контроля за состоянием охлаждающей системы с помощью воронок для стока воды или струйных реле. В системах водяного охлаждения автоматов (полуавтоматов) рекомендуется использовать реле давления, струйные или температуры (два последних применяются на выходе воды из охлаждающих устройств) с работой их на сигнал. Если прекращение протока или перегрев охлаждающей воды могут привести к аварийному повреждению оборудования, должно быть обеспечено автоматическое отключение установки.

В системах водяного охлаждения, в которых возможен перенос по трубопроводам потенциала, опасного для обслуживающего персонала, должны быть предусмотрены изолирующие шланги (длину шлангов выбирают согласно требованиям 7.5.39).

Разъемные соединения и шланги системы водяного охлаждения рекомендуется располагать таким образом, чтобы исключить возможность попадания струи воды на электрооборудование (источник сварочного тока или др.) при снятии или повреждении шлангов.

Качество воды, используемой в системе водяного охлаждения, должно соответствовать требованиям, приведенным в табл.7.5.13, если в стандартах или технических условиях на соответствующее оборудование не приведены другие нормативные значения.

Четыре вида преобразователей

Основное различие между источниками питания сварочной дуги, определяющее их технические характеристики, массу, габариты и сферу применения — это различия по принципу преобразования электротока.

Существуют следующие виды источников:

• трансформаторы;
• выпрямители;
• преобразователи;
• инверторы.

Особняком стоят генераторы, так называемые агрегаты. Эти машины — не вторичные, а первичные источники энергии, они не преобразуют тем или иным способом питание от городской или промышленной сети, а вырабатывают его сами.

Как правило, агрегаты строятся на базе двигателя внутреннего сгорания — бензинового или дизельного. Первые — дешевле, вторые имеют большую мощность и моторесурс.

Внешние характеристики источников питания сварочной дуги

Внешняя характеристика может быть крутопадающей, пологопадающей, жесткой и полого-возрастающей. Чтобы сварочная дуга горела стабильно, ее внешние характеристики должны совпадать с вольт-амперными характеристиками.

Тип внешней характеристики зависит от типа сварочной технологии. Например, для сварки в защитных газах характеристика должна быть либо полого-возрастающей, либо жесткой. А для РДС сварки или автоматической сварки под слоем флюса характеристика должна быть падающей. Только при соблюдении этих условий дуга будет гореть стабильно.

Требования к источникам питания сварочной дуги

Любой источник питания при дуговой сварке выбирается, исходя из эксплуатационных свойств:

• Электрод должен разжигаться при соприкосновении с металлической заготовкой, контакты замыкают электрическую цепь.
• Когда присадка плавится, по капле возможно короткое замыкание. Сварочный аппарат в такой ситуации не должен выходить из строя, сварочная дуга должна поддерживаться стабильно.
• До вспышки дуги между деталью и электродом возникает краткосрочное короткое замыкание длиной в доли секунды. От скорости восстановления первоначального напряжения зависит динамическая характеристика источника питания.
• От режима холостого хода сварочное оборудование должно быстро переходить в рабочий ход, то есть напряжение с 60–80 вольт должно упасть до требуемых 18–20 В.

Требования ко всем источникам, применяемым для питания сварочной дуги, одинаковые. Напрашивается вывод, что эффективность работы сварочного оборудования зависит от способности поддерживать стабильное горение дуги, начиная с момента розжига. Последний момент – регуляторы, сварочные аппараты предназначены для большого диапазона рабочего тока, устанавливать нужные параметры тока должно быть удобно.

Основные требования

На сегодняшний день все источники питания должны соответствовать следующим основным требованиям:

• иметь в наличии плавную регулировку режимов сварки во всём диапазоне;
• иметь в наличии приборы для контроля режимов сварки;
• обеспечивать стабильное горение дуги;
• иметь высокие динамические характеристики;
• соответствовать основным требованиям по электробезопасности.

Наличие плавной регулировки и приборов контроля, обеспечивает точную настройку необходимых режимов сварки.

Динамические свойства сварочного аппарата определяются временем восстановления напряжения холостого хода после короткого замыкания в процессе сварки. Чем быстрее восстанавливается напряжение, тем лучше его динамические характеристики. Восстановление не должно превышать 0,05с.

Для повышения стабильности горения дуги дополнительно могут применяться осцилляторы. Они преобразующие низкое напряжение промышленной частоты в импульсы высокого напряжения и высокой частоты. Наложение этих импульсов на дуговой промежуток повышает устойчивость горения дуги.

Классификация

Общепринята градация блоков питания по нескольким признакам, обусловленным электромеханическими свойствами источников электротока. Начинающим сварщикам достаточно знать основные критерии классификации:

Для питания сварочной дуги возможно два способа получения рабочего тока:

• преобразованием энергии из силовой электросети (выделяют однофазные и трехфазные сварочники);
• генерацией электричества рабочих параметров из другого вида энергии.

Группировка по виду вырабатываемого тока:

• переменного;
• комбинированные, которые можно переключать с постоянного на переменный и наоборот;
• постоянного.

Способ преобразования электричества: изменением вольтажа и ампеража, выпрямлением – переменный ток преобразуется в постоянный.

Мобильность источников, питание дуги бывает стационарным (подключение к магистральным электросетям) и автономным (использование переносных генераторов или аккумуляторов).

Способ регулировки рабочих параметров дуги (напряжения, ампеража). В трансформаторах меняется число задействованных витков: положением шунта, подвижностью катушки, секционированием вторичной обмотки.

Градация источников питания по внешним характеристикам тока сварочной дуги – это оценка зависимости среднего напряжения на контактах (держателе электрода и клемме, закрепляемой на металле) от ампеража. Параметры вольт-амперной характеристики оборудования бывают двух видов:

• Падающая ВАХ характеризуется высоким напряжением холостого хода, превышающим рабочее до 2,5 раз.
• Жесткая отличается стабильностью напряжения на клеммах в процессе сварки. Ампераж короткого замыкания превышает номинальный сварочный в 2 или 3 раза.

Вольт-амперная характеристика источника определяется экспериментально. Когда подключают питание, измеряют напряжение на клеммах.

Источники

• https://svarkaed.ru/oborudovanie-dlya-svarki/apparaty/po-istochniku-toka/klassifikatsiya-i-harakteristiki-istochnikov-pitaniya-svarochnoj-dugi.html
• https://svaring.com/welding/prinadlezhnosti/istochniki-pitanija-svarochnoj-dugi
• https://svarkaprosto.ru/oborudovanie/istochniki-pitaniya-svarochnoj-dugi
• https://printeka.ru/svarochnye-apparaty/klassifikaciya-istochnikov-pitaniya-svarochnoj-dugi.html
• https://gs16.ru/svarka/istochniki-pitaniya-dlya-svarki.html