Четыре вида источников питания электрической дуги при сварке

Инверторный сварочный аппарат – это наиболее популярное оборудование для ручной дуговой сварки в домашних условиях. Именно его советуют приобретать тем, кто только начинает заниматься сварным делом. Поэтому вопрос, какой сварочный инвертор лучше, продолжает сохранять свою актуальность. В этом обзоре мы попытаемся дать на него ответ.

Особенности устройства агрегата

Как видно на фото сварочных инверторов, их конструкция довольно проста. Принцип работы подобных приборов базируется на применении импульсных преобразователей.

Схема сварочного инвертора состоит из:

• самого инверторного устройства;
• выпрямителей (низко- и высокочастотного);
• трансформаторного устройства;
• рабочего шунта;
• блока управления.

Мощность источника питания сварочного аппарата инверторного типа – 220 В. Особенности его работы заключаются:

• в преобразовании тока из постоянного в переменный;
• в понижении высокочастотного напряжения;
• в выпрямлении на выходе пониженного тока.

Характеристики и критерии выбора инвертора

При выборе сварочного аппарата с инвертором в первую очередь необходимо определиться с предполагаемой предельной толщиной и видами свариваемого материала. От этих параметров напрямую зависит мощность и сварочный ток будущего приобретения, а также его цена. В таблице ниже указаны ориентировочные значения минимальных и максимальных токов для различных толщин деталей из конструкционной стали. Для других видов стали и цветных металлов эти значения будут иными, поэтому, если предполагается сваривать нержавейку или сплавы алюминия, необходимо уточнить токовые параметры для этих материалов.

Толщина металла (мм)	1÷2	2÷3	2÷3	3÷4	4÷6	6÷8
Диаметр электрода (мм)	1,6	2	2,5	3	4	5
Сварочный ток (А)	25÷50	40÷80	60÷100	80÷160	120÷200	180÷250

Основные характеристики сварочного инвертора, которые указывают в своих каталогах все производители данного оборудования:

• параметры входного напряжения;
• мощность;
• продолжительность включения (ПВ);
• предельные значения тока сварки (мин./макс.);
• напряжение холостого хода;
• рекомендуемый диаметр электрода;
• рабочий диапазон температур;
• класс защиты;
• вес и размер.

При приобретении сварочного инвертора надо учитывать, что он, как и любое производственное оборудование, не вечен. Даже при условии качественного изготовления и надежных комплектующих срок службы такого аппарата до полного списания составляет 7–10 лет, а время наработки на отказ — несколько тысяч часов.

Входное напряжение

Сварочные инверторы запитываются однофазным или трехфазным напряжением 220 и 380 В. Как правило, в качестве источника выступает электрическая сеть, но также существуют мобильные устройства с питанием от бензогенератора. При выборе аппарата для использования в бытовых условиях или в небольших мастерских один из ключевых критериев — это максимальный потребляемый ток, который должен соответствовать возможностям электросети квартиры, дачи, гаража или производственного помещения.
Но приобретение сварочного инвертора, потребляемый ток которого соответствует нормативам электросети, вовсе не гарантирует того, что при его работе не возникнет проблем с питающим напряжением. Мощности источников таких объектов, как гаражные и дачные кооперативы, ограничены возможностями их подстанций, поэтому при коллективном включении высокой нагрузки напряжение может «проседать» до 150÷180 В. В этом случае необходимо выбирать аппарат с возможностью работы на пониженном напряжении.

Сварочный ток

Производители указывают величину максимального и номинального сварочного тока исходя из предельно допустимой температуры нагрева электронных компонентов инвертора. Но реальный температурный режим отличается от нормативного, т. к. во многом зависит от условий эксплуатации: температуры воздуха, влажности, запыленности. Поэтому лучше выбирать рабочий ток с запасом: как минимум на 15÷20% выше потребного.
Для исключения перегрева сварку тонкого листового проката, а также ряда металлов и сплавов требуется выполнять на небольших токах. Поэтому, если предполагаются работы с такими материалами, необходимо обратить внимание на величину минимального сварочного тока. Еще один важный показатель технологических качеств инвертора — это кратность регулирования тока сварки (соотношение значений max/min). Для режима MMA этот параметр обычно лежит в интервале 3÷5. Чем выше его значение, тем шире возможности при выполнении сварки.

Напряжение холостого хода

При повышении напряжения холостого хода значительно облегчается процесс поджига дуги, а сама она становится эластичнее и стабильнее. Однако при этом растут габариты оборудования и понижается коэффициент мощности. Еще одно негативное последствие такого варианта — возрастание риска поражения электрическим током.

С уменьшением сварочного тока дуга становится нестабильной, поэтому в современных инверторах предусмотрено автоматическое повышение напряжения холостого хода на малых токах и понижение его при приближении к максимальным значениям. Оптимальным для сварки MMA является значение 60÷85 В (в зависимости от величины максимального тока).

Режим работы на максимальном токе

В паспортах всех инверторов в качестве одной из основных характеристик всегда указывается режим эксплуатации, который выражен в виде нормативного отношения времени выполнения сварки к общей длительности технологической операции. При этом производители используют разные названия этого параметра: продолжительность нагружения (ПН) и продолжительность включения (ПВ). Отличие ПВ от ПН в том, что в первом случае подразумевается полное отключение инвертора от сети во время паузы между операциями сварки, а во втором — что инвертор продолжает выдавать напряжение холостого хода.

Чаще всего все-таки приводится ПВ, которое равно отношению времени работы на номинальном токе к общей продолжительности сварочного цикла. По международным стандартам, циклом считается интервал в 10 минут, т. е. если ПВ=40%, то через каждые 4 минуты сварки инвертор должен 6 минут находиться на холостом ходу. Некоторые производители в паспортах оборудования указывают ПВ для нескольких значений нагрузки. Вот один из таких примеров для инвертора с максимальным током 160 А: 40% — 160 А, 60% — 135 А, 100% — 105 А. На первый взгляд может показаться, что 40% — это очень маленькое значение. Но на самом деле технологический процесс, кроме самой сварки, включает в себя ряд подготовительно-заключительных и вспомогательных операций, которые как раз и занимают большую часть времени сварочного цикла.

Полезные дополнительные функции

Большинство современных сварочных инверторов оснащено дополнительными рабочими функциями, многие из которых уже стали стандартными для этого вида оборудования. Среди них самые распространенные:

1. Ограничение напряжения холостого хода. Этот режим направлен на повышение безопасности труда и обязателен при работе в условиях повышенной влажности, атмосферных осадков и внутри металлических емкостей. До начала сварки напряжение холостого хода составляет не более 12 В, а при касании электродом металла мгновенно возрастает до номинального значения. По окончании сварки напряжение снова снижается до 12 В.
2. Горячий пуск (Hot start). Для облегчения зажигания дуги при начале сварки инвертор на короткий период (0.5÷3 с) выдает импульс тока, превышающий установленное на аппарате значение в полтора-два раза. Эта функция также способствует улучшению качества начальной части сварочного шва.
3. Защита от прилипания (Anti stick). При возникновении короткого замыкания через 0,5÷1 секунду на непродолжительный период снижается, а затем снова восстанавливается ток дуги.
4. Форсаж дуги (Arc Force). С помощью данной функции происходит восстановление режима капельного переноса металла электрода в сварочную ванну. Сплошной поток металла разрушается последовательностью коротких импульсов повышенной мощности.

Вершиной функционального развития инверторных технологий является система синергического управления, которая способна самостоятельно выбирать нужную программу по заданным параметрам и адаптивно управлять сварочным процессом в течение всего производственного цикла.

Виды сварочных инверторов

На сегодняшний день существуют три вида сварочных инверторов:

• Бытовые.
• Профессиональные.
• Промышленные.

Отличительные черты каждого типа – это продолжительность цикла работы и цена.

Трансформаторы

Трансформатор является наиболее традиционным видом электрического сварочного аппарата. Одновременно он один из самых простых по конструкции. Основным элементом конструкции этого типа сварочников служит понижающий трансформатор, преобразующий напряжение электросети до значения, необходимого для сварки. Сила тока при этом изменяется с помощью разных методик, наиболее известный — смещение одной обмотки относительно второй. По мере изменения промежутка между обмотками меняется ток.

Особенностью сварочных трансформаторов считается переменный ток на выходе, что приводит к заметному разбрызгиванию металла и ухудшению качества швов. Чтобы проводить сварку цветных металлов, повысить качество горения дуги, в структуру аппарата нужно добавлять достаточно массивные и громоздкие компоненты. Основной элемент — трансформатор — также не отличается компактностью и малым весом. При использовании аппарата для производства серьёзных работ необходимы специфические (для переменного тока) электроды и немалый опыт сварщика.

КПД прибора достаточно высокий, достигает 90%, однако часть энергии тратится на нагрев. Охлаждение осуществляется при помощи вентиляторов разной мощности, поскольку требуется охлаждать агрегат весом в несколько десятков, а иногда и сотен килограммов. Применение этого вида сварочных аппаратов сегодня сокращается, но они всё же пользуются спросом, из-за низкой стоимости, надёжности и долговечности. Используются трансформаторы для сварки низколегированных типов стали.

Aurora

Под данной маркой выпускается огромный ассортимент оборудования для строительства и ремонта. Сюда входят и агрегаты для сварки.

На свою продукцию производитель даёт гарантию от года до двух лет. Сервис компании располагается более, чем в шести десятков регионов нашей страны.

Выпрямители

Сварочные выпрямители можно считать усовершенствованием аппаратов-трансформаторов. В сварочных швах, полученных при помощи выпрямителей, практически исключены те изъяны, что обусловлены применением переменного тока. Устройства, кроме понижающего трансформатора, имеют в конструкции диодный блок (выпрямитель), элементы регулирования, запуска и защиты. Переменный ток не только меняет напряжение, но и преобразуется в постоянный. Это даёт возможность получить ровную, устойчивую дугу. Соответственно, снижается разбрызгивание металла, шов получается более качественным. Работать можно любыми электродами.

Расширяется также сфера использования сварочника — можно соединять не только низколегированные «чёрные» стали, но и цветные металлы, нержавейку, чугун (применяя соответствующие электроды). Поскольку постоянный ток обладает полярностью, не следует об этом забывать — при подключении электродов этом параметр следует учесть. Некоторые сварочные работы целенаправленно выполняются на обратной полярности (сварка алюминия).

Многие производители сегодня снижают изготовление этого вида бытовых аппаратов. Если же говорить о профессиональном использовании, они до сих пор используются довольно широко. Недостатками можно считать большой вес, необходимость работы квалифицированного сварщика, серьёзную «просадку» напряжения в электросети в процессе сварки. Достоинства — невысокая цена, надёжность и неплохое качество шва.

Ресанта САИ-220

Отличительные черты модели – стильный алюминиевый корпус, ультрасовременная защита IP21, относительно небольшая масса (5 кг).

Плюсы:

• достаточно широкий диапазон тока сварки (10 – 220 А);
• возможность работы от однофазного источника питания;
• высокая степень пылезащиты;
• лёгкий вес;
• опции быстрого старта и антиприлипания.

Минусы:

• в комплектацию не входит кейс для переноски и хранения;
• слабое крепление регулятора тока;
• не слишком надёжная вентиляция.

Какой инвертор выбрать для домашнего пользования

Чтобы выбрать подходящий сварочный инвертор, необходимо прежде всего определиться в том, что им предполагается делать и в каких условиях он будет эксплуатироваться. На основании этих данных уже можно выбирать мощность, режимы работы и прочие технические характеристики будущего аппарата. Домашнему мастеру для бытовых нужд вряд ли потребуются такие разновидности сварки, как MIG/MAG и TIG, поэтому дальше речь будет идти только о ручной электродуговой сварке MMA.
Для того чтобы качественно сваривать уголки, швеллеры, полосы и трубы толщиной до 5 мм, теоретически достаточно сварочного инвертора со следующими характеристиками:

• напряжение сети — 220 В;
• максимальный сварочный ток — 120÷150 А;
• ПВ — 40÷50%;
• толщина электрода — до 4÷5 мм.

Но на практике эксплуатация инвертора, скорее всего, будет происходить в условиях, отличных от нормативных. Поэтому почти наверняка придется скорректировать выбранные характеристики. В первую очередь следует проанализировать качество и стабильность напряжения питания. Обычно сварочные инверторы предназначены для работы в условиях колебаний входного напряжения ±10÷15%, поэтому при подключении к электросети с такими параметрами они будут работать без каких-либо проблем. Если же отклонение достигает 30% (что нередко случается на дачах, в гаражах и сельской местности), то следует выбирать модель инвертора с возможностью работы при пониженном напряжении.

При этом необходимо помнить, что мощность инвертора и ток сварки будут падать пропорционально снижению напряжения. Надо также учесть, что применение сварочных проводов длиной более пяти метров (что наверняка потребуется при сварке на открытом воздухе) также снижает его мощность. Поэтому необходимо выбирать аппарат с запасом по току. В нашем случае оптимальным будет устройство с максимальным током 160÷180 А.

Домашний инвертор должен быть легким, чтобы было удобно его переносить, и компактным, чтобы помещался в багажник автомобиля. Желательно подобрать инвертор с ударопрочным и влагозащищенным корпусом, а также с прозрачной защитной крышкой панели управления. Наличие цифрового индикатора желательно, но необязательно, т. к. на недорогих моделях они нередко работают с большими погрешностями.

Практически все современные инверторы (даже в ценовой категории до 10 тыс. руб.) стандартно оснащены функциями Arc Force, Anti stick и Hot start. Но при выборе конкретной модели все же следует удостовериться в наличии этих режимов.

Рисунок 8 — Процесс сварки

Технические требования для выбора лучшего домашнего сварочного инвертора в нашем варианте будут выглядеть примерно так:

№	Наименование	Бытовые
1	Входное напряжение (В)	220
2	Допустимые колебания напряжения (%)	+15 / -40
3	Мощность (кВт)	4÷5
4	Макс. и мин. значения рабочего тока (А)	10÷180
5	Напряжение холостого хода (В)	60÷80
6	Степень защиты	IP-22
7	Диаметр электрода (мм)	1.6÷5.0
8	Продолжительность включения (ПВ, %)	30÷50
9	Дополнительные функции	Arc Force, Anti stick, Hot start
10	Вес (кг)	4÷5

При выборе конкретной модели следует ориентироваться на известные торговые марки, которые присутствуют на рынке не менее десяти лет. Также необходимо обратить внимание на близость сервисного центра и гарантийный срок, который у производителей инверторов лежит в интервале от одного до пяти лет.

Аргонодуговой сварочный аппарат

Этот вид оборудования для сварки использует специальные неплавящиеся электроды из вольфрама, газом для защиты служит гелий или аргон.

Аргонодуговой аппарат с использованием вольфрамового электрода содержит следующие компоненты:

• источник, обеспечивающий получение постоянного или переменного сварочного тока;
• приспособление регуляции для работы с током;
• комплект горелок для применения с различными напряжениями;
• управляющая схема, обеспечивающая координацию цикла сварки и защиту;
• стабилизирующее устройство для возбуждения, а также выравнивания дуги.

Агрегаты этого вида применяют, если есть необходимость в качественной сварке цветных металлов.

Аппарат для газовой резки и сварки

Газовая сварка предполагает нагрев детали до расплава пламенем высокой температуры. При этом применяются горючие газы — водород, природный газ, ацетилен. Отличительным свойством этих газов является хорошее горение на воздухе. Чаще всего в газосварочных аппаратах используют ацетилен, легко получаемый с помощью карбида кальция и воды. Температура горения этого газа 3200–3400 °C.

Достоинства газовой сварки и резки металлов:

1. Несложная технология.
2. Не требуется доступ к электрической сети, нет необходимости в использовании электрического тока.
3. Оборудование, на базе которого выполняется сварка, достаточно несложно.

Следует, однако, отметить, что газовая сварка не обеспечит высокую скорость работ и производительность, ведь выполняется лишь вручную.

Серьёзное внимание при газовой сварке уделяется подготовке деталей, регулированию мощности горелки, установке её в нужное положение.