+17

Мерилом мастерства древних зодчих счи­талось умение построить здание без единого гвоздя. Тогда в ходу были дерево и топор, а как поступают современные умельцы в наш «железный» век? Без болта и заклепки они возводят небоскребы, мосты, плотины, тунне­ли и трубопроводы. И вот уже целый век им помогает в этом сварочное оборудование.

Современные технологии позволяют со­единять как стали различного уровня легиро­вания, так и многие цветные сплавы. При этом тип решаемых задач определяет и методы, выбор которых влияет не только на качество, но и на стоимость работ.

Существует много способов и технологий, объединенных одним общим принципом: в месте соединения детали расплавляют, что приводит к образованию шва. Для этого при­меняют электрическую, механическую и хи­мическую энергию либо их сочетание. Широ­кое распространение получили аппараты, ис­пользующие энергию электрического тока, о них и пойдет речь в данной статье.

Наиболее часто для нагрева применяют электрическую дугу, расплавляющую мате­риалы, а сварочный шов заполняют присад­кой (металлом электрода или проволоки). Ка­чество, производительность и эффективность работы во многом зависят от способов защи­ты и переноса расплава, то есть от используе­мого метода.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА

Представляет собой устойчивый разряд в сильно ионизованном газовом промежутке. Си­ла тока, протекающего через него, зависит от разности потенциалов на его концах и от его линейных размеров. Поскольку тепловыделение цели­ком определяется именно сварочным током, то для обеспечения требуемого режима работы нужно с достаточной точностью поддерживать его величину. Чем толще и глубже шов, тем больший ток необходим и наоборот. Иногда регулируют его текущее значение, а иногда, напротив, жестко фиксируют.

Главная проблема, актуальная для всех способов сварки, - стабильность дуги. В момент ее розжига и потухания часто возникают дефекты шва. Сделать «горение» максимально устойчивым важнейшая задача, которую решают различными способами.

Разумеется, при подаче на электрод переменного тока трудно достичь высоких результатов, даже прибегая к всевозможным «хитростям». Практически все материалы лучше «варятся» постоянным током, исключение составляют только алюминий и его сплавы. Оксидная пленка на их поверхности препятствует образованию прочного соединения и эффективно разрушается только при «переменном» воздействии. Важную роль играет и защитная среда, в которой происходит процесс сварки. Ее специально создают и поддерживают в рабочей области. При личных методах на защитную среду возлагают разные задачи: стабилизация дуги, защита металла, изменение его физических свойств (например, легирование).

ШТУЧНЫЙ ЭЛЕКТРОД

Позволяет создать защитную среду без привлечения дополнительных технических средств. Необходимые для работы газы выделяются при испарении внешнего покрытия или порошкового флюса. Существует два типа подобных материалов:

• Электроды с целлюлозным покрытием. Выделяют большое количество газа, защищающего

металл и сварочную ванну. С ними можно работать на «длинной дуге» (3-6 мм) с большой глубиной проплавления (до 2,5 мм). Такие электроды часто применяют в сочетании с аппаратами, имеющими крутопадающую вольтамперную характеристику (далее ВАХ). У нас в стране они не получили широкого распространения, в то время как на Западе используются повсеместно.

• Электроды с основным типом покрытия. Имеют кальций-фтористое покрытие (или близкое к нему по свойствам рутиловое). При расплавлении такие электроды образуют флюс, обволакивающий капли металла. Он то и выполняет главную защитную функцию, а газы являются лишь ионизаторами и стабилизаторами. Работы производят только на «короткой дуге» (2-3 мм) с относительно небольшой глубиной проплавления (0,5-2,5 мм). Электроды с основным типом покрытия дают шов высокого качества, хорошо защищенный от водорода - главного врага трещиностойкости.

САМОЗАЩИТНАЯ ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА

Представляет собой штучный покрытый элект­род, как бы вывернутый наизнанку, т.е. обмазкой вовнутрь. Сейчас ее принято называть шихтой. В со­став последней входят компоненты, характерные для обмазки штучных электродов, а также раскислители, связывающие кислород и удаляющие его из шва. Чаще всего шихта содержит еще и легирующие добавки, изменяющие химический состав и свойст­ва сварного шва.

Порошковые проволоки позволяют получать высококачественные швы с большим проплавлением, но главное их достоинство - производитель­ность. Для работы с таким сварочным материалом подходят источники питания с жесткой ВАХ.

КАЧЕСТВО ШВА

Чтобы получить надежное соединение, нужно обеспечить схожесть механических свойств и, главное «равнопрочность» свариваемых металлов и шва, что достигается правильным подбором электрода. При этом важен состав сердечника и покрытия.

Зачастую нужная сталь образуется при взаимодействии расплава и легирующих добавок. Если работают расплавляемым электродом, подбирают его марку, если в инертной среде – присадочную проволоку (см. ниже). При плохом сочетании материалов шов оказывается непрочным либо вообще не получается, растрескиваясь в процессе остывания.

АРГОННО-ДУГОВАЯ СВАРКА (TIG)

Происходит в среде инертного газа аргон (Аг). Обычно используют неплавящийся вольфрамовый электрод ^и плавящуюся присадочную проволоку в виде отрезков удобной длины. Газ подают из спе­циального баллона. Кроме Аг, применяют гелий (Не) либо смесь этих газов.

Метод отличается высокой универсальностью, качественным швом и допускает сварку очень тон­ких деталей. Недостатки - громоздкость оборудова­ния и трудность работы вне помещения, где необхо­димы меры против сдувания газовой защиты. Наилучшее качество обеспечивает аргон, гелий обла­дает худшими свойствами - капли расплава в его среде сильно разбрызгиваются.

ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА В СРЕДЕ СO₂ (MIG)

Позволяет заменить штучный электрод проволокой сплошного сечения. Углекислый газ хорош,

Когда не требуется очень высокое качество, так как он несколько снижает прочностные свойства стали и приводит к ее разбрызгиванию. Главное же достоинство метода-дешевизна материалов.

По сравнение с CO₂ уникальность аргона в том, что на сравнительно малом токе (200 А) он позволяет реализовать струйный перенос ме­талла, характеризующийся высоким коэффициен­том использования (отношение массы попавшего в шов металла к массе израсходованного) -0,8-0,85. А это значительно улучшает внешний вид сварного шва и сокращает расход материала. Для СO₂ свойствен глобулярный перенос с эффективностью 0,6-0,7.

Как и при работе с порошковой проволокой, сплошная требует источника питания с жесткой ВАХ.

преобразователь напряжения

Основная часть любого сварочного аппарата. Преобразователь необходим для понижения

“сетевого” напряжения и увеличения за счет этого тока на выходе. На что следует обращать внимание:

• Тип вольтамперной характеристики (ВАХ). Пологопадающая удобна для работы на «короткой дуге» основным электродом. Для сварки на “длинной дуге” в газозащитной среде больше подходит крутопадающая. Полуавтоматы тре­буют «жесткой» ВАХ (одинаковое напряжение - разный ток).

• Напряжение холостого хода. От него зависит «легкость» старта. Тут правило простое: чем напря­жение больше, тем лучше.

• Продолжительность включения (далее ПВ). Это отношение времени непрерывной работы ко времени «отдыха», определенное для 10-ми­нутного цикла. У аппаратов индустриального клас­са при рабочем значении тока ПВ составляет не ме­нее 50%.

• Функция «горячий старт». Так называется кратковременный импульс повышенного напряже­ния в момент розжига, облегчающий старт.

• Функция «форсирование дуги». Она отвеча­ет за резкое повышение тока в момент короткого за­мыкания. Тем самым предотвращается «залипание» электрода и увеличивается проплавление.

• Стабильность по питанию (невосприимчивость к скачкам напряжения в сети).

ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ (МЮ, MAG)

У них подача проволоки (элект­рода) автоматизирована. Источник питания поддерживает напряжение постоянным, а ток изменяется в ши­роких пределах. Данный метод поз­воляет намного увеличить производительность труда и достичь высо­кого качества сварного шва.

В качестве плавящегося (присадочного) электро­да используют проволоку сплошного сечения или порошковую. Ее подает специальный механизм, от которого, кстати, во многом зависит класс машины. Для отечественной техники, например, характерны низкая скорость подачи и использование проволоки большого сечения (чтобы обеспечить высокую про­изводительность). Это не очень удобно, и у «запад­ных» аналогов, как правило, все наоборот.

Чтобы в момент выключения не происходило приваривания электрода, аппараты оборудуют раз­личными устройствами. Так, система торможения катушки практически мгновенно прекращает подачу проволоки, а система восстановления дугового про­межутка, напротив, вводит запаздывание в отключе­ние тока. Наиболее «продвинутые» аппараты осна­щают функцией «короткого шва» - при однократном нажатии на курок горелки машина включается на оп­ределенный промежуток времени.

Опытные сварщики предпочитают машины с четырехроликовым подающим механизмом. Считает­ся, что он меньше «мнет» проволоку, а это очень важно при работе с мягкими и самозащитными ма­териалами.

«КЛАССИЧЕСКИЙ» ВАРИАНТ

«Классический» источник - это тяжелый транс­форматор, рассчитанный на стандартные 50 Гц. Для установки рабочего тока его оснащают составным сердечником с механическим регулированием маг­нитного потока.

Важнейшая характеристика любого источнике тока - ВАХ - у него определена конструктивно и не может быть изменена в процессе эксплуатации Отсюда посредственные динамические качества. Такой аппарат имеет большой вес и крупные габа­риты, но зато надежен и практически “не убиваем”. Если он оборудован выпрямителем, то часто допускает работу на токе двух родов.

На современных моделях часто используют тиристорное управление выходными параметрами. Это позволяет снизить массу и габариты, уменьшить «инертность», реализовать некоторые полезные функции и улучшить динамические характеристики. У таких аппаратов возможны коррекция ВАХ и рабо­та с очень маленькими токами (до 2 А).

Практически все такие источники имеют выход только по постоянному току.

ИНВЕРТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Данное устройство повышает частоту входного тока до 5-20 кГц и после этого подает его на компакт­ный трансформатор. Разумеется, управление проис­ходит электронным образом. Такой источник часто оснащают всеми «опциями». Работает он лучше «классического», хотя и менее надежен.

На аппаратах для сварки ручным электродом ин­верторные преобразователи применяются повсеме­стно. В качестве недостатка можно отметить наведе­ние помех в питающей сети. Для борьбы с ними вы­пускают специальные фильтры, но серийно их обыч­но не устанавливают.