Источники питания для сварки: виды, критерии выбора

О чем речь? Источники питания для сварки напрямую влияют на качество сварного шва, удобство и скорость его создания. Они классифицируются по способу производства и преобразования электроэнергии, регулирования параметров и роду тока.

Как выбрать? При выборе источника питания обращают внимание на тип и толщину свариваемого металла. Также важно учитывать технологию сварки и объемы производства работ. Для коммерческого и бытового использования источники питания будут различаться.

Важность правильного подбора источника питания для сварки

Стабильность и устойчивость горения сварочной дуги является основой для качественного сварного шва. Процесс сварки, безусловно, достаточно сильно зависит от источника питания для сварки и качества дуги, которая загорается при коротком замыкании – в момент контакта электрода со свариваемым изделием. В этом процессе выделяется тепло, и температура возле контакта стремительно повышается.

Чтобы сварочный процесс успешно начался, необходимо сначала повысить напряжение сварочного тока, а затем из-за эмиссии электронов с катода и повышения объемной ионизации газов в сварочной дуге появляется понижение сопротивления дугового промежутка, следовательно, напряжение снижается до показателя, необходимого для стабильного горения сварочной дуги.

Также обязательно нужно помнить о том, что в моменты короткого замыкания возникают большие токи, что может привести к перегреву проводки и обмотки источников тока. В общих чертах так и происходит обычный процесс сварки и сопутствующие ему ситуации.

Таким образом, можно выделить несколько отличительных особенностей электрической сварочной дуги:

• для того чтобы запустить горение сварочной дуги, требуется более высокое напряжение, чем для поддержания этого процесса;
• горение дуги приводит электрическую цепь к такому состоянию, при котором она постоянно подвергается коротким замыканиям или разрывам;
• сила напряжения сварочной дуги может колебаться, поэтому изменяются показатели силы тока и длины дуги;
• когда происходит короткое замыкание, запускающее горение сварочной дуги, то напряжение между электродом и предметом сваривания падает до нулевой отметки.

Источники питания для ручной дуговой сварки имеют свои особенности. Например, это те показатели, которые требуются для успешной работы сварочной дуги и процесса горения:

• Чтобы запустить процесс работы сварочной дуги, необходимо достичь превосходства напряжения холостого хода над напряжением дуги в 2-3 раза (максимальное напряжение холостого хода — 80 В для источников питания постоянного тока и 90 В для попеременного), при этом оно должно быть на безопасном для специалиста, выполняющего работу, уровне.
• Изменение показателя рабочего напряжения сварочной дуги в ситуации колебания ее длины (если длина увеличивается — напряжение должно расти, а если уменьшается — резко падать) не должно значительно изменять силу сварочного тока и повышать температуру сварочного процесса.
• Чтобы не допустить перегрева и возгорания проводки, необходимо ограничить силу тока в момент короткого замыкания: при замыкании ток может превышать стандартное сварочное значение до полутора раз, но не более чем на 40-50 %; источник питания должен хорошо выносить постоянные короткие замыкания, чтобы предотвращать перегрев обмотки и не допустить возгорания.
• Напряжение после короткого замыкания должно вернуться к прежнему показателю очень быстро. После каждого короткого замыкания, то есть при переходе капель расплавленного металла электрода на свариваемый предмет, напряжение возрастает до показателя 25 В не больше чем за 0,05 секунды, потому что, если нарушить этот срок, процесс горения сварочной дуги невозможно будет поддерживать.

Основные требования к источникам питания для сварки

Выбирать источник питания для дуговой сварки следует по его характеристикам:

• источник питания должен выдавать мощный стабильный ток, чтобы гарантировать правильный и безопасный процесс работы сварки, а также иметь соответствующую внешнюю характеристику;
• источник питания обязательно должен иметь регулятор силы сварочного тока (регулировка должна быть в пределах 30-130 % от стандартного значения сварочного тока), это необходимо для поддержания процесса сварки электродами разных диаметров;
• при возникновении физического контакта с металлической заготовкой электрод должен разжигаться, а контакты замыкать электрическую цепочку;
• процесс горения сварочной дуги должен поддерживаться стабильно, источник питания и сварочный аппарат должны выдерживать перепады напряжения, а также моменты коротких замыканий без выхода из строя;
• перед вспыхиванием дуги между электродом и изделием очень ненадолго появляется короткое замыкание, которое обычно длится не дольше секунды; динамическая составляющая источника питания напрямую зависит от быстроты смены напряжения после замыкания;
• напряжение сварочного аппарата при переходе с холостого хода на рабочий должно быстро меняться с 60-80 В до 18-20 В.

Основные принципы работы источников питания для сварки не отличаются между собой. Соответственно, безопасность и продуктивность сварочного аппарата обеспечивает способность источника тока поддерживать постоянное горение дуги и непрерывную работу оборудования, начиная с момента разжигания. Важная опция — наличие возможности регулировать силу тока, менять его значения на необходимые для качественной работы.

Классификация источников питания для сварки

Электричество в процессе соединения металлических деталей возникает благодаря источникам питания для дуговой сварки. Кроме этой важной функции, от них зависит весь процесс сварки — насколько качественно и быстро будут произведены нужные действия. Человек, решивший обучаться и работать в этой сфере, обязан разбираться в характеристиках и принципах работы источников питания.

Существует классификация источников питания для дуговой сварки в зависимости от разных признаков.

В первую очередь можно разделить виды источников питания сварки по способу воспроизводства электрической энергии. Она может возникать из силовой сети питания — такой способ характерен для трансформаторов, выпрямителей и источников питания для электродуговой сварки. Также энергию могут вырабатывать сами источники — в основном это генераторы.

Есть несколько типов источников питания для сварки, различающихся способом преобразования электрической энергии:

• трансформаторы применяются для изменения высоких показателей напряжения на низкие, такие источники питания используются для сварки переменным током;
• для преобразования переменного тока в постоянный используют сварочные выпрямители, включающие в себя трансформаторы, понижающие напряжение, и блок выпрямления;
• широко применяются для преобразования электроэнергии электронные источники питания, например сварочные инверторы;
• сварочные преобразователи состоят из сварочного генератора, вращение ротора которого обеспечивается электрическим двигателем;
• сварочные агрегаты состоят из генератора, ротор которого вращается за счет работы двигателя внутреннего сгорания, то есть такой тип источников питания преобразует механическую энергию в электрическую.

Следующая характеристика источников питания — это способ получения энергии: они могут быть зависимыми, то есть питаться от стационарной сети (к этому типу относятся все источники, кроме агрегатов), а также автономными, то есть получать энергию через механическое действие двигателя внутреннего сгорания (агрегаты).

Кроме того, источники питания дуги различаются по принципу регулировки параметров сварочного процесса. Это может быть регулирование с помощью подвижных катушек, подвижных магнитных шунтов, секционированием витков вторичной обмотки. Эта классификация характерна для трансформаторов и выпрямителей.

Следующее классификационное разделение источников питания — род тока сварки. Ток, который источники дают оборудованию для сварки, может быть переменным (с обозначением AC), постоянным (обозначенным DC) или комбинированным (присутствует как AC, так и DC).

Последняя классификация источников питания — форма внешней статической вольт-амперной характеристики (ВВАХ). Внешней вольт-амперной характеристикой является зависимость усредненного показателя напряжения на клеммах источника от силы тока в сварочной цепи. Характеристика ВВАХ может быть понижающейся (CC – constant current) или стабильной (CV – constant voltage). В любой ситуации определения характеристики достаточно расплывчатые и условные, не доказаны научно, но применяются специалистами на практике сварочных работ.

Преимущества и недостатки видов источника питания для сварки

Чтобы понять, какие источники питания применяются для сварки, нужно учесть не только их техническую сторону, но и габариты: вес, объем, мобильность. Далее мы рассмотрим основные виды источников питания для сварочного процесса.

Трансформатор

Трансформатор имеет вторичную обмотку, с помощью которой преобразует напряжение, а благодаря индуктивным полям его можно оперативно понизить с 80 В до 20 В. Этот источник питания самый распространенный, простой, но имеет большие габариты, что может быть неудобным при передвижении. Несмотря на вес, трансформатор практически неубиваемый — ему не страшна пыль, влага и остальные факторы окружающей среды.

Оборудование можно собрать самостоятельно, необходимые показатели напряжения достигаются при помощи определенного числа витков вторичной обмотки. Трансформатор — надежное, недорогое и высокоэффективное средство, которое выбирают для своих работ многие сварщики.

Выпрямитель

Выпрямитель является самым популярным источником питания постоянного тока для сварки электродом. Для преобразования применяются полупроводники, они пропускают электричество только в верхнем диапазоне синусоиды. За счет наличия полупроводников и электросхемы выпрямитель может выполнить более широкий спектр работ, чем трансформатор.

Благодаря смене полярности сварщик имеет возможность контролировать и регулировать температуру на контактах: если полярность прямая, то нагревается больше электрод, а если обратная, то греется металл. За счет небольших потерь на холостом ходу выпрямители более эффективны при работе, чем трансформаторы.

Единственный серьезный минус такого вида оборудования — они сильно нагревают аппарат, поэтому иногда необходимо делать перерыв в работе, чтобы температура опустилась до нужной, или сварщику следует приобрести систему охлаждения.

Генератор

Генератор вырабатывает электричество с помощью вращения вала в постоянном магнитном поле. Для успешной работы аппарата необходимо топливо: бензин, дизтопливо, уголь (на нем работают стационарные установки), брикетированное топливо. Можно выделить несколько основных плюсов использования генератора:

• стабильные показатели электричества;
• большой ампераж, до 1000 А.

Среди минусов устройства — большие габариты, низкая эффективность, шум, вибрация и выхлопные газы.

Инвертор

Самый современный и технологичный вид источников питания, нужных для точечной и других видов сварки, — инверторы. Среди их достоинств можно выделить компактный размер, высокую мощность, много дополнительных функций, например быстрый розжиг и стабильное горение дуги. Бытовые, или домашние, приборы могут работать от сети 220 В, более мощные аппараты требуют напряжения 380 В. Инверсия улучшает частотные характеристики до 50 кГц.

У такого оборудования есть и минусы: бытовой аппарат зачастую пылится, его нельзя переохлаждать и допускать контакта с водой. Мощные профессиональные инверторы, как правило, имеют защитный корпус.

Часто задаваемые вопросы об источниках питания для сварки

Какая мощность нужна для сварочного аппарата?

Самая важная характеристика сварочного аппарата – это максимальная сила тока. Она также зависит от толщины свариваемого изделия, например, для металла не более 3 мм используют аппараты 160 А, если толщина соединяемого изделия 5-6 мм, то оборудование необходимо с показателем 200 А. Более высокие показатели — 250-300 А — в основном применяются в высокоэффективных аппаратах, используемых на профессиональных производствах. Такая сила тока позволяет плавить металл толщиной до 10 мм и проводить дуговую резку.

Каким эргономическим требованиям должен соответствовать источник питания для сварки?

Если речь идет об оборудовании завода или крупной компании, то устройства обычно окрашивают в цветовой палитре, соответствующей общей политике производства. Кнопка аварийной остановки аппарата обычно выполняется в виде грибка красного цвета диаметром минимум 40 мм удобной формы для быстрого нажатия.

Источники питания полуавтоматической и механизированной сварки обеспечиваются пультами для дистанционного управления. Приборы и органы управления источников располагают на высоте от 600 до 1800 мм от пола на передней вертикальной или горизонтальной поверхности.

Какой источник питания необходим для сварки с присадочной проволокой?

Выбирая источник питания для орбитальной сварки, важно понимать заранее, каким способом проводится сварочный процесс: будет ли использоваться присадочная проволока или нет. Если при сварке понадобится применение присадочной проволоки, то источник питания следует выбрать более мощный, а если не понадобится — можно остановить выбор на менее мощном аппарате.

Присадочная проволока обычно используется при сварке толстостенных труб. В такой ситуации сварочную ванну образует расплавленный металл кромок деталей и проволоки.

Чем больше объем работ и толщина свариваемых предметов, тем сильнее греется материал, так как выделяется больше тепловой энергии. Поэтому для такого сварочного процесса требуется профессиональное мощное оборудование.

В зависимости от того, для каких целей и сварочных работ вы подбираете устройство, можно выбрать как минимальную мощность 180 А для домашних или бытовых работ, так и мощное оборудование силой 300 А. Оба варианта имеют свое предназначение и популярны как компактные инверторы, так и габаритные трансформаторы.

Качественный сварной шов и безопасность при работе со сваркой зависят от правильно подобранного источника питания. Он должен отвечать необходимым техническим и эргономическим характеристикам, подходить типу проводимых работ и быть эффективным в руках специалиста.