Поширений у практиці будівельно-монтажних робіт випрямляч для зварювального апарату складається з низки вузлів та агрегатів, в основу роботи яких закладено принцип перетворення напруги.
Одночасно зі зниженням його величини в трансформаторі збільшується гранично допустиме значення струму, який може зніматися з вторинної обмотки перетворювального пристрою.
У цьому полягає призначення випрямляча – перетворювати напруга і підвищувати струм до значень, необхідних зварювання.
Пристрій апарату
Після виділення та випрямлення потужними вентильними діодами струмової складової, на виході зварювального випрямляча формується постійний струм заданої величини, достатній для утворення потужної електричної дуги.
Отриманий дуговий розряд і є тим робочим середовищем, яке необхідне для зварювання сталевих заготовок та сплавів кольорових металів.
Для повнішого ознайомлення з агрегатом слід розглянути пристрій зварювального випрямляча з точки зору підготовки його до зварювання заготовок.
При цьому повинні братися до уваги такі технічні деталі як дотримання полярності підключення проводів та інші робочі моменти.
З позиції користувача (або оператора) випрямляч є модифікацією електронного пристрою, до вихідних контактів якого підключаються два зварні кабелі плюсової і мінусової полярності.
Один з кінців цих проводів приєднується до виробу, що зварюється, а другий кріпиться на тримачі електрода або вбудовується в спеціальний газовий пальник.
Залежно від умов зварювання, а також від виду матеріалу, що зварюється, вибирається необхідний режим роботи і полярність підключення електродів до інструменту і заготівлі.
Сам процес з'єднання заготовок запускається за допомогою замикання дуги між поверхнею, що сплавляється і кінцем стрижневого електрода. Дуга утворюється рахунок зварювального струму, що протікає в ланцюгу.
Крім самого перетворювального пристрою, до складу зварювального випрямляча обов'язково входять елементи захисту та контролю параметрів зварювання, а також спеціальні органи керування.
Всі перелічені елементи управління та підключення трансформаторного випрямляча об'єднані на одній робочій панелі з продуманою ергономікою, що забезпечує зручність поводження зі зварювальним апаратом.
Види перетворювачів
Відповідно до того, яка електрична схема використовується в даній конкретній моделі перетворювача, всі зварювальні випрямлячі поділяються на такі групи:
- випрямлячі під умовним позначенням «ВДМ», що складаються з понижуючого трансформатора, потужного діодного містка і конденсатора, що згладжує, мають всього один вихід (пост);
- універсальні випрямлячі, що виготовляються за багатопостовою схемою та підключаються до мережі 3-х фазної напруги;
- випрямлячі типу «інвертор», що належать до категорії складних електронних пристроїв із імпульсним перетворенням вхідної напруги.
Кожен із зазначених різновидів зварювальних випрямлячів має свої переваги та недоліки і застосовується у відповідних їх технічним характеристикам умовах.
Однопостові
Так, однопостові апарати відрізняються відносно невисокою ціною, але при цьому мають один істотний недолік, що полягає в невеликій тривалості безперервної роботи.
Вони розраховані на рядового покупця в аматорському ранзі, що займається зварюванням лише час від часу.
Багатопостові
На відміну від «ВДМ» апаратів багатопостові випрямлячі мають певні переваги, що виражаються у збільшеній тривалості безперервної роботи та наявності окремого блоку управління (БО) для кожного з постів. При цьому всі ці СУ містять у своєму складі спеціальний регулювальний елемент (реостат) та дросельний обмежувач.
Зазначені пристрої широко застосовуються у виробництвах, що спеціалізуються на виготовленні металоконструкцій, а також на зварювальних лініях і звичайних будмайданчиках.
Інверторні
Зварювальні випрямлячі інверторного типу є складною електронною конструкцією, що працює за схемою імпульсного перетворення напруги і доповнена активними елементами фільтрації та стабілізації.
Завдяки удосконаленням функціональні можливості цих агрегатів помітно розширюються. Працюючи з електронним інвертором вдається легко запалювати дугу і забезпечувати її стабільність протягом усього процесу зварювання.
Різні моделі інверторних пристроїв мають дещо відмінні від типової схеми. Проте за принципом отримання випрямленого струму вони належать до однієї й тієї категорії імпульсних випрямлячів.
За рахунок зниження ваги перетворювального модуля такі зварювальні трансформатори зручніші у користуванні та транспортуванні, ніж звичайні випрямлячі.
Промислові зразки
Розглянемо один із промислових зразків багатопостового зварювального обладнання під заводським найменуванням ВКСМ-1000-1-1 (ГОСТ 5.153-72).
Цей випрямляч забезпечує одночасне живлення відразу шести зварювальних постів з робочим струмом 300 Ампер і виконаний за схемою з жорсткою вихідною характеристикою.
До складу випрямляча входять такі основні вузли:
- перетворювач (знижуючий трифазний трансформатор);
- випрямний модуль із вбудованим вентилятором охолодження;
- елементи пускорегулюючої та блокуючої (захисної) апаратури.
Виробники цієї моделі зварювального агрегату подбали про простоту конструкції приладу, а також про його надійність та економічність.
Для цього первинна обмотка трансформатора ТС оснащена схемою класичного «трикутника», а вторинна складається з 2-х фазних обмоток, з'єднаних «зіркою».
Серед популярних моделей вітчизняних випрямлячів можна виділити універсальний агрегат марки ВДМ 1202С, що відрізняється чудовими зварювальними характеристиками.
При роботі з цим приладом можуть застосовуватись будь-які типи покритих електродів, що спрощує роботу з ним та влаштовує не тільки любителів, а й професіоналів.
Технічне обслуговування та ремонт
Дбайливе ставлення до зварювального обладнання передбачає своєчасний його ремонт і поточне технічне обслуговування, що виключає передчасний вихід з ладу.
Перед проведенням ТО апарат розміщується на спеціально обладнаному для цього робочому місці, після чого з нього знімається зовнішній захисний кожух.
Після розбирання внутрішні простори зварювального випрямляча та окремі його вузли ретельно очищаються від осілого пилу та бруду за допомогою струменя стисненого повітря.
За наявності сильно забруднених місць їх додатково протирають чистою м'якою фланелевою ганчірочкою або ганчіркою. І лише після цього розпочинають процедури, передбачені регламентом ТО.
При їх проведенні змінюється мастило у підшипниках вентилятора, а також підганяються контакти пускачів, автоматичних вимикачів та комутаторів модуля керування.
У разі ремонту апарату, що вийшов з ладу, всі його вузли попередньо оглядають візуально, і тільки потім переходять до пошуку несправності за допомогою спеціальної вимірювальної апаратури.
У процесі пошуку пошкоджень спочатку перевіряють всі контакти, що є в схемі, а також вимірюють ізоляцію внутрішньої розвідної проводки, опір якої не повинен бути менше 5 Мегом.
Крім цього, досліджують елементи випрямного блоку і конденсатори, що фільтрують, після чого візуально виявлені пошкоджені деталі замінюють новими.
Після цього можна спробувати знову підключити агрегат та перевірити його на працездатність. Якщо випрямляч як і раніше не працює – краще звернутися в спеціальну майстерню, де майстри розберуться з несправністю.
Підсумовуючи, слід зазначити, що вибір придатного для побутової експлуатації випрямляча повинен будуватися з урахуванням безлічі чинників. Тільки при їх дотриманні вдається підібрати недорогий і надійний агрегат, що дозволяє зварювати більшість матеріалів.
Стаття присвячена обладнанню, яке незамінне при зварюванні постійним струмом – зварювальному випрямлячу. Розглянуто його пристрій, принцип роботи, переваги та недоліки, що часто зустрічаються несправності.
Що таке зварювальний випрямляч
У дуговому зварюванні використовується електрична дуга, яка виникає між матеріалами, що зварюються, і електродом і служить для їх розігріву. Щоб її створити, потрібне джерело електроенергії.
Таким є зварювальний трансформатор, здатний забезпечити струм величиною сотні ампер, який потрібен, щоб нагріти метал до точки плавлення. При цьому якість шва залежить не тільки від кількості енергії, що надходить до зони зварювання, а й від його стабільності.
Цьому сприяє використання постійного струму, тому замість трансформатора часто застосовується інший прилад, званий зварювальним випрямлячем. Він містить додатковий вузол, завданням якого є перетворення змінної напруги на постійне.
Зварювальні випрямлячі – їх будова та принцип роботи
Для роботи приладу використовується енергія одно- чи трифазної електричної мережі змінної напруги.
Принцип роботи зварювального випрямляча
Прилад являє собою перетворювач напруги та працює наступним чином.
Вхідна напруга надходить на потужний трансформатор, що знижує його рівня в кілька десятків вольт. Далі випрямляч перетворює синусоїду однополярний пульсуючий сигнал, який згладжується за допомогою фільтра.
У результаті на вихідних проводах з'являється постійна напруга, що прикладається між електродом і предметами, що зварюються з метою створення електричної дуги.
Пристрій зварювального випрямляча
До складу приладу входять такі блоки:
- трансформатор, що знижує напругу промислової мережі;
- схема випрямлення;
- фільтр;
- блок регулювань;
- вузол індикації;
- система охолодження;
- вихідні дроти для подачі напруги на електрод та матеріали, що зварюються.
Схема трифазного зварювального випрямляча.
1 – трифазний понижувальний трансформатор;
2-двонапівперіодний випрямляч з шести діодів;
3 – дросельний фільтр;
4 – дуга між електродом та листом металу.
Застосування та призначення зварювального випрямляча
Найпростіше обладнання, яке необхідне для створення електричної дуги, здатної розплавити метал – це зварювальний трансформатор на одну або три фази, який знижує напругу з тим, щоб мати ту ж потужність, бути здатним пропустити більший струм.
Однак у цьому випадку вихідний електричний сигнал змінюється по синусоїді, тобто періодично перетинає вісь Ох, набуваючи в цей момент значення дорівнює нулю, в результаті чого дуга гасне. Оскільки частота мережі дорівнює 50 Гц, таке відбувається 100 разів за секунду.
Графік залежності напруги промислової мережі від часу.
При зварюванні звичайних конструкційних сталей це не суттєво, проте для таких металів як легована або вуглецева сталь, що є тугоплавкими, загасання дуги навіть на короткий термін неприпустимо.
Тому для зварювання цих сталей необхідне перетворення змінної напруги на постійне, здатне забезпечити ланцюг постійним струмом. Це досягається при використанні зварювального випрямляча. Нижче представлені форми напруги у різних точках приладу.
Графік напруги на вихід діодного мосту.
Графік напруги на вихідних клемах (після фільтра).
Різновиди
До основних характеристик зварювального випрямляча входять такі:
- напруга живлення – однофазна 220 В або трифазна 380 В;
- потужність, що виділяється;
- споживана потужність;
- вид та сила струму;
- діаметр використовуваних електродів;
- вага;
- габаритні розміри.
Залежно від величини вихідного струму прилад може бути побутовим (до 200 А), напівпрофесійним (до 300 А) та професійним (понад 300 А).
У професійних апаратах як фільтр, як правило, використовується дросель, а в побутових цю роль може виконувати електролітичний конденсатор.
Випрямляч у зварювальному апараті виготовляється із застосуванням вентилів – напівпровідникових діодів або тиристорів.
За видами – однопостові та багатопостові
Зварювальний випрямляч може бути розрахований на одночасне використання одним або декількома зварювальниками, тобто однопостовим або багатопостовим.
Багатопостові зварювальні випрямлячі живляться від трифазної мережі 380 і на кожному посту мають свій блок управління струмом. Вони використовуються при необхідності проведення великих обсягів зварювальних робіт – на виробництві, судноверфях, будівництві.
Регулювання струму
Регулювання вихідної напруги, отже, і струму проводиться також у різний спосіб:
- вибір підключення первинної обмотки трифазної мережі за схемою «зірка» чи «трикутник»;
- виконання первинної обмотки у вигляді секцій, які можна підключати до ланцюга за допомогою перемикачів, змінюючи таким чином напругу на вторинній обмотці;
- встановлення між вторинною обмоткою та випрямлячем індуктивного навантаження у вигляді кількох котушок, які також можна окремо підключати за допомогою механічних важелів;
- використання баластного реостату – регульованого активного опору, включеного послідовно з навантаженням та обмежує вихідний струм;
- можливість переміщення вторинної обмотки трансформатора щодо первинної, внаслідок чого змінюється індуктивний зв'язок між ними, і, отже, напруга на виході;
- використання як вентилів тиристорів, які дають можливість регулювати час, протягом якого випрямляч пропускає електричний струм.
Переваги та недоліки
Порівняно з іншими апаратами зварювальні випрямлячі мають такі переваги:
- великий вихідний струм;
- широкі діапазони регулювань;
- надійність у роботі;
- зручність при використанні;
- низький рівень шуму;
- підвищені якість та міцність шва.
До недоліків можна віднести велику вагу, чутливість до стрибків вхідної напруги та виникнення короткого замикання на виході на тривалий термін. Під час роботи може зменшитися вихідна потужність.
Обслуговування та ремонт
Щоб апарат працював довго і безвідмовно, потрібно стежити за рівнем його навантажень, не перевантажуючись. При роботі необхідно контролювати функціонування системи охолодження, як правило, це вентилятор(и), оскільки її несправність може призвести до перегріву та виходу з ладу як самого трансформатора, так і напівпровідникових елементів випрямляча.
Рекомендується раз на три місяці продувати прилад стисненим повітрям.
Такий апарат як зварювальник потребує періодичного технічного обслуговування. Кожна модель має свої особливості, тому перед початком таких робіт необхідно ознайомитися з паспортом, який постачається разом із виробом. У ньому міститься необхідна інформація та вимоги техніки безпеки.
Будь-які дії з ТО повинні виконуватися спеціалістом відповідної кваліфікації, який має групу з електробезпеки не нижче третьої.
Перед початком робіт випрямляч слід очистити від бруду та пилу, використавши за потреби струмінь стисненого повітря.
Основні несправності
- Апарат не вмикається. Причинами можуть бути такі:
- відсутність напруги у мережі;
- порушення контактів у вилці живлення;
- несправність однієї з деталей випрямляча.
- Виникає "залипання" електрода. При цьому наростає шум роботи випрямляча. Причини:
- знижену напругу мережі;
- несправність вентиля;
- пробою конденсатора;
- міжвиткове замикання у дроселі.
- Вимкнення пристрою під час роботи. Можливі причини:
- несправна система охолодження;
- пробою ізоляції проводів однієї з обмоток трансформатора.
- Нестабільно вихідна напруга на холостому ходу або під навантаженням. У цьому випадку необхідно перевірити якість контактів:
- ручки регулятора;
- гнізда запобіжника;
- клеми пускача, якщо він є.
Популярні моделі випрямлячів
Всі представлені нижче апарати мають металевий фарбований корпус.
ЕТА ВДМ-2х313
Пристрій двопостовий, має тепловий захист. Охолодження здійснюється за допомогою вентилятора, що дозволяє проводити тривалі роботи без перерв.
Потужність – 27 кВт, ПВ (тривалість включення – відношення часу роботи при максимальному струмі до загального часу (з урахуванням перерви)) – 35%.
Дуга легко збуджується, широкий діапазон регулювань дозволяє проводити різні види зварювання.
Telwin Linear 530 HD
Випрямляч має регулятор для плавного налаштування сили струму. Для зручності при переміщенні обладнання є П-подібна ручка та два великі колеса.
Потужність – до 20 кВт, сила струму – до 450 А. У комплект поставки входять рукавички, маска, матеріал для зачистки поверхонь, що зварюються.
Апарат може працювати як від однофазної, так і від трифазної мережі.
Дуга 318М1
Випрямляч має дві ручки для перенесення, коліс немає. Система охолодження складається із трьох вентиляторів. Регулювання струму ступінчасте в діапазоні 25–300 А. ПВ – 60%. Маса – 37 кг, потужність – 8,8 кВт.
Вагома перевага – мале енергоспоживання.
Selma DL-306 М1
Головна особливість – наявність довгої ручки та двох коліс великого діаметру, що дає можливість легко переміщати агрегат. Охолодження примусове.
Є захист від перегріву, індикація і плавне регулювання вихідного струму всередині двох діапазонів, що перемикаються. Апарат важить 69 кг, працює від трифазної напруги.
Напруга холостого ходу – 75 В. Діапазон вихідного струму 70–315 А. Потужність – 24 кВт, ПВ – 60%.
Запитання-відповіді
Нижче представлені відповіді на запитання, що часто ставляться.
Застосовувані електроди
Якість зварного шва багато в чому залежить від типу та розміру застосовуваних електродів, які покликані забезпечити:
- стабільність дуги;
- певний хімічний склад шва;
- мале розбризкування металу;
- відділення шлаку;
- міцність з'єднання.
Виробники випускають велику кількість типів електродів, призначених для зварювання сталей, чавуну, кольорових металів та їх сплавів. На їх вибір впливають такі фактори, як:
- метал, з якого виготовлена конструкція, що підлягає зварюванню;
- кліматичні умови виконання роботи та майбутньої експлуатації;
- досвід працівника;
- якісні характеристики електродів
При обліку типу металу вибирають електроди, які дають шов, близький до нього за фізичними властивостями та хімічним складом. Це визначається типом обмазки та сердечника.
Зварюваний матеріал групується в такий спосіб.
- сталь вуглецева та низьколегована;
- легована теплостійка;
- сталь високолегована;
- чавун;
- мідь та її сплави.
Товщина матеріалів, що зварюються, визначає діаметр використовуваного електрода, який повинен розплавити метал і при цьому не пропалити його. Чим більший діаметр, тим більше може бути струм зварювання. Рекомендовані режими виробники зазвичай вказують на упаковці партії.
Оскільки якість витратних матеріалів впливає і на процес роботи, і на її результат, слід вибирати надійних виробників і остерігатися контрафактної продукції.
За типом процесів при зварюванні електроди можуть бути такими:
- що плавляться з покриттям;
- плавляться без покриття;
- неплавлячі.
У ручному дуговому зварюванні використовується перший вид.
За типом обмазки також є кілька типів:
- основні – до складу покриття входять сполуки фтору;
- рутилові – покриття складається, в основному, з двоокису титану;
- кислотні;
- целюлозні;
- змішані.
Перший тип – з основним покриттям – є найпопулярнішим та маркується літерою «Б». З його допомогою створюється шов високої міцності та ударної в'язкості, стійкий за низьких температур.
Такими електродами варять на постійному струмі зворотної полярності. Перед проведенням зварювання поверхня, де передбачається бути шву, має бути зачищена. Електроди застосовуються при будівництві нафто-і газопроводів, у тому числі у північних широтах, при спорудженні мостів, на корабельних верфях.
Електроди з рутиловим покриттям посідають друге місце за поширеністю.
До їх головних переваг можна віднести легкість підпалу, стабільність дуги, слабке розбризкування, простота зняття шлаку, відсутність виділення шкідливих речовин під час роботи, використання як на постійному, так і змінному струмі.
Зварювання можливе у будь-якому положенні у просторі, а також на окислених та забруднених поверхнях.
Інші типи покриття використовуються рідше. Кислотні позначаються буквою А, целюлозні Ц, змішані двома буквами.
Зварювальникам-новачкам краще починати роботу з електродів з рутиловим покриттям, оскільки вироби з основним покриттям, хоч і дозволяють зробити шов вищої якості, вимагають наявності досвіду.
Діаметр виробу підбирається залежно від товщини та властивостей металу. Так, наприклад, для сталі товщиною 3,0 мм підходить розмір 2,5 або 3 мм. Необхідно мати на увазі, що конструкції завтовшки менше 1,5 мм вручну, як правило, не варять.
Як підключити баластник (баластовий реостат)
Відповідно до закону Ома
де I – сила струму в ланцюзі,
U – напруга, додана до ланцюга,
R – опір ланцюга.
З формули випливає, що зі збільшенням опору сила струму падає. Баластний реостат включається у вихідний ланцюг послідовно між випрямлячем і електродом і призначений для обмеження струму дуги.
Реостат складається з набору резисторів, виконаних у вигляді ніхромових дротів, кожна з яких може бути з'єднана з вихідним ланцюгом за допомогою рубильника. Резистори включаються паралельно один одному, і що більше їх підключено, то менше їх опір і більше сила струму.
Кожен пост багатопостового випрямляча з метою можливості незалежного регулювання струму комплектується баластним реостатом.
Чи можна зібрати своїми руками
Зварювальний випрямляч є нескладним апаратом, який не вимагає налаштування, тому, навіть зібраний самостійно, він може не поступатися за своїми характеристиками серійному екземпляру. Для виготовлення не потрібно великих знань у галузі електроніки та електротехніки.
Щоб зібрати простий пристрій, потрібна наступна комплектація:
- знижуючий одно- або трифазний трансформатор, вторинна обмотка якого може забезпечити необхідний для зварювання струм;
- комплект діодів – 4 для одно- та 6 для трифазної мережі;
- комплект радіаторів, на яких діоди будуть встановлені;
- вентилятор;
- дросель;
- баластний реостат, якщо передбачається регулювання вихідних параметрів.
Діоди з'єднуються за схемою моста та підключаються до вторинної обмотки трансформатора. Напруга з мосту через дросель, що згладжує пульсації, надходить на вихідні клеми.
При розробці конструкції основним завданням є забезпечення необхідного теплового режиму діодів випрямляча, які розміщуються на радіаторах, що охолоджуються потоком повітря від вентилятора.