Ручная аргонодуговая сварка неплавящимися электродами: технология, принципы работы, рекомендации

Принцип аргонно дуговой сварки MIG и TIG

Прежде, чем рассматривать принцип аргонодуговой сварки, стоит разобраться. Необходимо понять как работает аргонная сварка. Чтобы соединить металлические детали, их необходимо разогреть в месте стыка. Для расплавления металла используется сварочная дуга. Горение дуги и расплавление металла невозможно без окисления кислородом, находящегося в воздухе. Этот элемент окисляет сплавы, причем цветные металлы и легированные стали быстрее, чем углеродистый металл. Также в зоне расплавления за счет насыщения водородом, азотом появляются пузырьки, при кристаллизации в шовном валике образуются раковины, свищи и многочисленные поры. Прочность соединений страдает. Ухудшается геометрия сварного соединения. Для того чтобы обеспечить надежную защиту расплавленного металла используются различные газы в чистом виде, а также и в виде смесей.

Какие бывают режимы TIG сварки

Сварку в аргоне выполняется как в автоматическом (ААД), механизированном полуавтоматическом (MIG) и в ручном режиме (TIG). Для данного метода характерно применение как плавящегося электродного металла (проволоки), так и неплавящегося вольфрамового электрода.

От механизированной аргонодуговая сварка плавящимся электродом (MIG) отличается присутствием особенностями розжига дуги. Газ и сварочная проволока и подается через сопло горелки при нажатии специальной клавиши на ее корпусе. Газ подается за 12-25 секунд до подачи питания на клеммы. Для mig поджег дуги происходит касанием проволоки самого изделия.

Основные особенности

Особенности процесса аргонодуговой сварки следует рассмотреть подробно, у технологии множество режимов, нюансов. Защитная атмосфера защищает ванну расплава. Но для этого необходимо в постоянном режиме подавать газ в рабочую зону под определенным давлением. Сущность аргонодуговой сварки – создание специальной среды, препятствующей окислению присадки и металла при воздействии электродуги с необходимой температурой горения.

Теперь об особенностях аргонодуговой сварки неплавящимся электродом TIG. Рабочим элементом является горелка с соплом, через которое осуществляется подача газовой смеси или чистого Ar. Аргон имеет более высокую плотность чем воздух вследствие чего обеспечивает вытеснение посторонней газовой среды из зоны процесса. Данный газ ионизируется под воздействием электрического разряда и разогрева металла при розжиге. Происходит так называемая термоэлектронная эмиссия. В результате газ образует плазму, в которой происходит уверенное горение дуги. Потенциал ионизации инертных газов очень высокий. Пробить защитную атмосферу способны только высокочастотные токи, образованные специальным устройством — осциллятором.

Методы зажигания дуги.

За счет частотности электродуга способна формироваться без касания электрода о металлическую поверхность (чиркания). В некоторых случаях дугу зажигают и методом качания (чирканья) о поверхность изделия. Тут необходимо высокая квалификация сварщика, так как при замыкании, в металл изделия могут попасть частички вольфрама, образуя тем самым дефект. Также произойдет оплавление самого электрода изменив его геометрию, и ухудшит процесс сварки. Мощность дуги снизится из-за уменьшения напряжения на дуге. Также измениться и давление самой дуги. В современных аппаратах для предотвращения этого применяется функция Lift Tig (лифт тиг). С ее помощью понижается сила сварочного тока в стадии зажигания дуги. С увеличением зазора между изделием и электродом ток увеличивается до рабочих значений.

Устройство сварочной горелки

Вернемся к устройству сварочной горелки. В центральную часть устанавливается держатель (цанга), в который вставляется электрод с вылетом из сопла в пределах от 2,0 до 5,0 мм. Горелка аппарата, оборудованного осциллятором, имеет на корпусе кнопку для запуска процесса. При ее нажатии происходит продувка газом магистралей, и с небольшой задержкой импульсно подается ток на электрод. Сварочный ток TIG – это высокочастотный или импульсный электроток с частотой от 150 до 500 Гц. Его напряжение весьма верило и колеблется в пределах 2500 – 6000В.

Шов формируется плавлением сварочной проволокой подаваемой в зону сварки из вне и последующей кристаллизацией сварочной ванны. Подбирают присадку, по химическому составу близкую к сплаву. В ряде случаев используется присадка с дополнительными легирующими элементами для придания особых свойств.

Особенности применения

Работа электрического тока в проводниках заключается в 2 явлениях:

Выделении тепла. Его количество пропорционально квадрату силы тока: Q=(I^2)*R, где R – сопротивление проводника.
Создании магнитного поля. Его интенсивность возрастает, если проводник смотан в катушку.

Способность электротока создавать магнитное поле используют для понижения напряжения с помощью трансформатора. Он состоит из 2 не связанных между собой катушек. Первичная подключается к сети, и протекающий в ней электроток посредством переменного магнитного поля наводит ЭДС во вторичной. Коэффициент понижения напряжения зависит от соотношения числа витков в катушках.

Рекомендуем к прочтению Как получить аттестат НАКС

Меры безопасности при работе

Установленные правила безопасности, можно сказать, написаны “кровью” пострадавших, и поэтому пренебрегать ими строго запрещается. От их соблюдения зависит здоровье и жизнь не только оператора сварочного оборудования, но и окружающих его людей. Итак, к правилам безопасности можно отнести следующее.

Перед началом работы следует проверить целостность изоляции на всех проводах и кабелях, подсоединенных к аппарату. Также необходимо проверить исправность оборудования, а именно, убедиться, что напряжение холостого хода равняется нулю. В данном случае должна быть исправна система, отключающая напряжение на электроде, когда аппарат простаивает.
Перед подключением оборудования следует проверить электрическую сеть под нагрузкой (измерить диапазон проседания).
Для защиты сетчатки глаз от ультрафиолетового излучения, возникающего при горении сварочной дуги, необходимо применять защитную маску (щиток) либо специальные очки. Не так давно в продаже появились сварочные маски и очки со стеклами “хамелеонами”, которые автоматически затемняются при попадании на них яркого излучения. Очки или маску должен одевать не только сварщик, но и его помощник.
Если сварочные работы проводятся в закрытом помещении, то для защиты органов дыхания и предотвращения отравления вредными газами применяют респираторы со сменными картриджами либо маски, через которые принудительно подается очищенный воздух.
Для защиты рук от брызг металла используют специальные перчатки — краги сварщика.
Для защиты тела используют комбинезоны, куртки и штаны из огнеупорной ткани.
Для защиты ног требуется одевать высокие ботинки, чтобы исключить попадание в них искр металла. Ботинки должны прикрываться сверху штанами.
Рабочее место должно быть хорошо освещено.
Под ногами сварщика должен быть резиновый коврик или деревянный настил, предотвращающие человека от удара током.
Вокруг рабочего места не должно находиться никаких посторонних предметов, через которые можно споткнуться.
Вблизи рабочего места должен находится песок и огнетушитель для своевременного тушения очага возгорания.
Заземление сварочного аппарата является обязательным условием.

Если правила безопасности уже изучены, то можно приступать к ознакомлению с тем, как правильно работать электросваркой.

Универсальный блок питания сварочного инвертора

Схема.

В первом БП применена защита по току из даташита. Это резистор на 3-ей ножке. Я выбрал 7,5 ком, что обеспечивает 2 ампера на выходе. При прогреве защита срабатывает при 2-х амперах. БП начинает «всхлипывать» пытаясь подняться.

В мостовом БП защита настроена на 3 ампера, но при желании, а так же при дополнительном охлаждении может быть перестроена на ток до восьми Ампер. Защита выполнена на управляемом стабилитроне TL431. Фактически TL сравнивает 2 напряжения, и когда напряжение на резисторах R18, R19 станет меньше напряжения на управляющем электроде + Uref микросхема открывает ток базы транзистора A733. Это увеличит напряжение на 4-ом выводе TL-494, увеличит мёртвое время и уменьшит ток БП. Таким образом «короткое» БП держит без «бахов». На втором БП так же намотана дополнительная обмотка для питания «главной кнопки» на держаке 12 вольт.

Так же на плате для удобства смонтирована схема задержки включения реле и ключ управления вентилятором.

Конструкция.

Всё устройство смонтированно на одной печптной плате. Топология ПП здесь. Каждый под себя сможет подправить. У меня, например, было ограничение высоты 32мм. Кому-то это не надо, можно будет поставить эл. конденсаторы «манхэттеном», тогда размер в плане можно значительно уменьшить. Силовые трансформаторы, естественно, разбирались подогревом, перематывались, склеивались. Даже изоляцию применил ту же.

Настройка.

Для начала монтируем частично, как показано на фотке.

И запускаем только «маленький БП. После этого можно посмотреть, как работает TL-494, в частности настроить частоту импульсов задающего генератора, проверить, правильно-ли подключён промежуточный трансформатор. Его я не перематывал, просто выпаял из АТХ, но перед этим внимательно посмотрел распиновку. После выпайки уже не разберёшся…

Тут главное не насмешить и остаться целеньким. Ещё разик напоминаю о вечных ценностях. А впрочим вот они….

слева направо, разделительный трансформатор, ЛАТР и реостат с амперметром.

А вот фотосессия.

Питание драйверов требует тщательной проверки, т.к. эти напряжения не контролируются обратной связью. У меня, в отличии от схемы, намотаны обмотки 3х6 витков. В рехиме ХХ на выходе выпрямителей я получил 3 напряжения по 14/14,2/14,3 вольта. При этом длительность импульса в «прямом ходе» 2мксек, период 18,5 мкСек. Удобно наблюдать на обмотке ОС (5 витков). Далее я нагрузил эти обмотки на резисторы 94 Ома. Напряжение упало до 11,7 вольта. Длительность увеличилась до 2,4 мкСек, значит всё-таки ОС существует, но недостаточная для полной компенсации падения напряжения. Далее нагружаю основной выход резистором 16 Ом, ток около 0,9 Ампера. Напряжение на обмотках драйверов выправилось и достигло 14,7/14,5/14,8 Вольт. Длительность 4 мкСек, период 8 мкСек. Теперь ещё один эксперимент, нагрузим одно плечё на удвоенный ток, т.е. резисторы 94/94/47 Ом. Такая ситуация и будет при питании драйверов мостовых схем. Напряжения на выходе 14,8/14,6/14,6. Это минимум для питания драйверов, поэтому для повторения я поставил на схеме 7 витков, что примерно будет соответствовать 17 вольтам. Ну и для полноты картины такая ситуация. Основной источник нагружен на 0,9 Ампер, источники драйверов не нагружены. Напряжения на их выходах при 6 витках 18,2 Вольта. Вывод, такую схему питания драйверов можно использовать только в случае, если основной источник, охваченый ОС нагружен током не менее 0,5 Ампера. В принципе это условие легко выполняется в реальных схемах, но это надо помнить при конструировании инвертеров с таким БП.

Дерзайте господа. Вопросы, как всегда, в форум.

Марки электродов для переменного и постоянного тока

На переменном токе можно варить расходниками:

ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12 (рутиловыми). Предназначены для сварки углеродистых сталей.
МР-3. Созданы для соединения низкоуглеродистых сталей. Рекомендованы начинающим сварщикам. Обеспечивают высокое качество соединения даже при наличии на заготовках грязи, ржавчины и влаги. Разновидность МР-3С предназначена для высокоуглеродистых и низколегированных сталей.
АНО-4, АНО-6, АНО-21. Первая марка создана для низкоуглеродистых сталей, средняя – для углеродистых, третья – для высокоуглеродистых и низколегированных.
WP. Вольфрамовые расходники.
WL-15 и WL-20. Легированные вольфрамовые расходники.

Рекомендуем к прочтению Что такое реестр НАКС

Следующими электродами варят только на постоянном электротоке:

УОНИ-13/55. Считаются лучшими для изготовления ответственных конструкций из углеродистой стали. При затухании дуги расплавленная обмазка сразу застывает на торце электрода, поэтому для повторного розжига его следует зачистить.
ОЗЛ-8. Предназначены для сталей, легированных хромом и никелем. Используются при изготовлении узлов, испытывающих высокие нагрузки; создают прочный, устойчивый к окислению шов. Необходимо обеспечить плавное остывание металла, иначе возможно его растрескивание.
Kobelco LB-52U (Япония). Созданы для изготовления ответственных конструкций из низкоуглеродистой стали. Часто применяются при отсутствии возможности выполнить двухстороннее обваривание, например при монтаже трубопроводов. Чувствительны к влажности обмазки, потому нуждаются в предварительной прокалке при температуре 300°С.
ESAB OK 61.30 (Швеция). Электрод для нержавеющей стали.

Что общего у инвертора и трансформаторного сварочного аппарата

Сходство этих аппаратов в их назначении — образование и поддержание электрической дуги. Но есть ещё некоторые моменты, которые их объединяют:

Рассматриваемые аппараты объединяет наличие трансформатора, но разного размера. За счёт предварительного получения тока высокой частоты, в инверторах нет необходимости в использовании больших трансформаторов. Для получения тока 160 А нужен трансформатор весом 0,25 кг. Для получения такого же тока в индуктивных аппаратов необходим трансформатор весом 18-20 кг.
Возможность плавной регулировки тока. Трансформаторные аппараты имеют такую возможность благодаря изменению величины воздушного зазора в магнитопроводе.
Питание аппаратов осуществляется от бытовой (220В) или промышленной (380В) сети.
У большинства сварочных аппаратов есть защита от короткого замыкания.

Что такое аргонная сварка?

Электрическую дуговую сварку в 1881 году изобрел русский инженер Н. Н. Бенардос, ему же принадлежат лавры точечного, а также шовного сплавления различных металлов.

Важно! Алюминий весьма капризный металл, особенно при сильном нагреве и взаимодействии с молекулами кислорода — в результате поверхность мгновенно оказывается скрытой за тонкой пленкой.

Аргон защищает нагреваемый металл от взаимодействия с кислородом, исключая его негативные воздействия на качество сварочных швов.

Аргоно-дуговую сварку используют для соединения таких металлов: титана с чугуном, сталь с медью и других, в том числе золото, серебро, соединение которых при помощи других видов сварки невозможно. Популярность такой сварки объясняется следующими преимуществами:

Качество сварного шва.
Большая долговечность.
Доступность аппаратов в розничной торговле.

При использовании надежного оборудования швы получаются невидимыми по факту, что важно для ремонтируемого изделия, кроме этого, повышается прочность деталей

Разбираемся в конструкции и принципе действия осциллятора

Сварочные осцилляторы, способные работать с источниками переменного и постоянного тока, необходимы для того, чтобы одновременно повысить как величину напряжения, так и частоту электрического тока. Если на входе такого устройства напряжение составляет 220 В, а частота тока – 50 Гц, то на выходе уже получается 2500–3000 В и 150000–300000 Гц. Продолжительность импульсов, которые создает осциллятор, составляет десятки микросекунд. Мощность этих устройств, с помощью которых в сварочную цепь поступает ток высокой частоты и с большим значением напряжения, – 250–350 Вт.

Технические возможности, которыми обладает осциллятор, обеспечиваются его конструкцией и характеристиками его элементов.

» data-lazy-type=»iframe» src=»data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″>

Электрическую схему аппарата составляют следующие компоненты:

колебательный контур, выступающий в роли искрового генератора затухающих колебаний (в состав такого контура входят конденсатор и катушка индуктивности – подвижная обмотка высокочастотного трансформатора);
разрядник;
дроссельные катушки в количестве двух штук;
повышающий трансформатор;
трансформатор высокой частоты.

Функциональная схема осциллятора

Кроме того, осциллятор содержит элементы, обеспечивающие безопасность как самого устройства, так и сварщика. К таким элементам относятся конденсатор, защищающий сварщика от удара электрическим током, и предохранитель, размыкающий электрическую цепь при пробое конденсатора.

Осциллятор, который используется в паре со сварочным аппаратом, работает по следующему принципу. После прохождения по обмоткам повышающего трансформатора напряжение поступает на конденсатор колебательного контура и начинает заряжать его. Когда конденсатор заряжается до величины, предусмотренной его емкостью, он выдает разряд на разрядник, что приводит к пробою. После этого колебательный контур оказывается закороченным, что и вызывает возникновение резонансных затухающих колебаний. Высокочастотный ток, формирующий эти колебания, через блокировочный конденсатор и обмотку катушки поступает на сварочную дугу.

Пример изготовления платы осциллятора

Блокировочный конденсатор устроен таким образом, что через него может свободно проходить только ток высокой частоты, отличающийся и большим значением напряжения. Низкочастотный ток через такой конденсатор проходить не способен из-за слишком большого сопротивления. Благодаря данной характеристике блокировочного конденсатора через него не может пройти и низкочастотный ток от сварочного аппарата, что защищает осциллятор от короткого замыкания.

Что нужно знать о сварочных инверторах?

Сварочный инвертор крайне чувствителен к пыли и влаге.

Причина тому – наличие нескольких печатных плат, элементы которых со временем окисляются, и забиваются мелким мусором, что приводит к короткому замыканию дорожек.

Хранить устройства можно и в гараже, упаковав его в коробку, однако, следует избегать резких температурных перепадов.

Еще один нюанс касательно инверторов заключается в количестве плат, на которых распаяны радиодетали.

Чем их больше – тем лучше.

Причина крайне проста: при выходе из строя одной из них достаточно попросту произвести ее замену, но в случае конструкции с одной платой, на которой, предположим, возникло КЗ, в негодность придет все устройство.

Схемы других моделей

Как ранее было отмечено, практически все инверторы работают по схожему принципу, и создаваемые схемы могут отличаться несущественно. Все сварочные аппараты делятся на несколько основных групп:

Для проведения электродуговой сварки при применении покрытых специальным составом электродов применяется оборудование типа ММА. Подобная схема характеризуется высокой эффективность, а конструкция имеет небольшой вес.
Для применения тугоплавких электродов применяется сварочное оборудование типа ММА+TIG. Они могут работать в среде инертных газов.
На производственных линиях встречаются агрегаты с полуавтоматической подачей прутка. В этом случае работа, как правило, проводится в среде инертных газов или в специальных ванночках.
При кузнечном или прочем ремонте используется точечная сварка.

Модель ARC 160, схема которой довольно сложна, может применяться для проведения самых различных работ. В отличии от arc 140, схема новой модели лишена основных недостатков.

Вариант исполнения торус 250 состоит из следующих элементов:

Генератора тактового типа, построенного на микросхеме TL Стоит учитывать, что схема мощного инвертора не предусматривает использование ШИМ, но в микросхеме есть два компаратора с датчиками тепловой защиты.
Система защиты и регулировочный модуль выполнены на основе LM Датчик, определяющий параметры тока, помещен на ферритовом кольце с обмоткой.
В схему включается также два выходных драйвера, построенные на IR

Ремонт Торус 250 следует проводить с открытия конструкции и визуального осмотра основных элементов. В рассматриваемом случае они следующие:

Выпрямитель выходного типа представлен отдельной платой, на которой размещается два радиатора. Они служат в качестве основания для размещения диодных сборок. Также в модуль входит один трансформатор и дроссель. Количество элементов в выходном выпрямителе во многом зависит от конкретной сборки.
Модуль ключей представлен четырьмя транзисторами в каждой из четырех групп. Для того чтобы снизить степень нагрева все они размещаются на отдельных радиаторах, которые изолированы специальными прокладками.
В качестве выходного выпрямителя используется мощный диодный мост. В рассматриваемом случае он расположен в нижней части конструкции. На этой модели устанавливается крайне надежный и практичный мост, который сложно спалить при исправной работе системы охлаждения.
Микросхема управления является основным элементом конструкции. Как правило, от правильности его работы зависит долговечность всего аппарата. Самостоятельно проверить блок можно только при наличии специального осциллографа и соответствующих навыков работы с ним.
Корпус с вентилятором системы охлаждения. Как правило, охлаждающий блок выходит из строя только в случае механического воздействия.

Сварочный инвертор САИ 200, схема которого не существенно отличается от аппаратов схожего типа, применяется для ручной дуговой сварки и наплавки при применении штучных электродов. RDMMA 200 относится к оборудованию нового типа, которое создается без применения трансформаторов. За счет этого возможна более точная и плавная регулировка показателей тока, при работе не появляется сильного шума.

Принципиальная схема сварочного инвертора САИ 200

В заключение отметим, что вышеприведенная информация определяет сложность конструкции сварочных инверторов. При этом производители не распространяют подробные схемы устройств, что усложняет обслуживание и ремонт. Несмотря на применение схожей схемы при создании практически всех инверторов, они существенно отличаются друг от друга. Именно поэтому перед проведением каких-либо работ нужно подробно ознакомиться с конструктивными особенностями устройства.

Схема в корне отличается от устройства его предшественника – сварочного трансформатора. Основой конструкции прежних сварочных аппаратов был трансформатор понижающего типа, что делало их габаритными и тяжелыми. Современные сварочные инверторы благодаря использованию при их производстве передовых разработок – это легкие и компактные устройства, отличающиеся широкими функциональными возможностями.

Основным элементом электрической схемы любого сварочного инвертора является импульсный преобразователь, вырабатывающий ток высокой частоты. Именно благодаря этому использование инвертора дает возможность легко зажигать сварочную дугу и поддерживать ее в стабильном состоянии на всем протяжении сварки. Схема сварочного инвертора в зависимости от модели может иметь определенные особенности, но принцип его работы, который будет рассмотрен ниже, остается неизменным.

Выбор модели

Напряжение сети. Бывает одно- или трехфазным. Для непромышленного применения рекомендуется аппарат на 220 В или универсальная машина «220/380». Большинство аппаратов могут выйти из строя или перестать варить из-за перепадов напряжения. В связи с этим инверторы комплектуются защитой от скачков напряжения. У бытовых агрегатов диапазон шире на 10—15%, а профессиональным моделям нужно напряжение 165—270 В.

Напряжение холостого хода. Эта характеристика определяет способность аппарата разжигать электрическую дугу и поддерживать ее горение. Чтобы дуга возбудилась, напряжение должно быть примерно в 1,5—2,5 раза больше напряжения стабильного горения электрической дуги.

Мощность. В паспортах часто указывается максимальная мощность источника питания сварочного аппарата, соответствующая максимальным нагрузкам на сеть. Если единицы измерения кВт, значит, говорится об активной мощности, если кВА — о полной мощности, которая обычно выше из-за поправочного коэффициента.

Реальная мощность определяется силой тока, которую способен выдать аппарат. Этот показатель и определяет толщину свариваемого металла и максимальный диаметр электрода.

Класс защиты. В паспорте должен быть 2-циферный код I. P. Индекс среднестатистических источников питания для сварки — IP21-IP23. Двойка говорит, что внутрь корпуса не проникнут предметы толщиной больше 12 мм. Вторая цифра говорит о защите от влаги — 1 — означает, что капли воды, вертикально падающие на кожух, вреда не нанесут; 3 означает, что даже под углом 60 ° вода в корпус аппарата не проникнет. Но варить под дождем запрещено!

Диапазон температур. Согласно ГОСТ, ручная сварка может осуществляться при температуре -40—40 ° C. Однако не все сварочные аппараты удается пустить в работу при температуре ниже нуля градусов. Чаще всего проблемы появляются с инверторами, в которых при минусовой температуре просто загорается сигнализатор перегрузки, и сварочный аппарат выключается.

Работа от генератора. Эта функция пригождается для работы в полевых условиях. Не все аппараты могут питаться от бытовых генераторов с ДВС.

Многие источники питания облегчают удержание дуги: «Антиприлипание на выключении», «Горячий старт», «Форсирование дуги», «Розжиг на подъёме»

Полезно обратить внимание на индикацию параметров, функциональность, широту рабочих регулировок, защиту от перегрузок, качество маркировки, электробезопасность, комплектность, эргономику, ремонтопригодность. Рекомендуется приобрести аппарат с максимумом технических характеристик в паспорте, а паспорт рекомендуется купить на русском языке