Основные свойства сварочных инверторов

В последнее время (начиная примерно с начала 80-х годов двадцатого века) все большее распространение получают сварочные инверторные источники питания. Основным блоком такого выпрямителя является инвертор – устройство, преобразующее постоянное напряжение в высокочастотное переменное.

Сварочный инвертор работает следующим образом. Сетевой выпрямительный блок преобразует переменное напряжение сети в постоянное. Затем это выпрямленное напряжение преобразуется с помощью инвертора в однофазное переменное высокой частоты (до 50 кГц и выше). Далее напряжение понижается трансформатором, вновь выпрямляется, сглаживается и подается на дугу. Благодаря тому, что на выходе инвертора напряжение имеет высокую частоту, размеры и вес трансформатора может быть резко снижен, так как эффективность трансформации повышается с частотой переменного тока. При этом также снижается длина провода первичной и вторичной обмоток. На рисунке ниже это показано на примере трансформатора мощностью 20 кВт: в одном случае трансформатор рассчитан на работу при частоте 50 Гц, а в другом - 50 кГц

Благодаря малому весу и размерам понижающего трансформатора инверторные источники питания также оказываются небольшими по габаритам и легкими, что, собственно говоря, и являются основным достоинством этих источников. Их рекомендуют использовать в тех случаях, где имеют значение малые масса и габариты – при сварке на монтаже, в быту, на ремонтных работах.

Другим достоинством является их универсальность, так как их внешние вольт-амперные характеристики могут быть любой формы, поскольку формируются искусственно с помощью системы управления с использованием обратных связей по току и напряжению (т.е. в реальном масштабе времени).

Благодаря своим высоким динамическим свойствам (т.е. высокому быстродействию) и возможности управления параметрами сварки в реальном масштабе времени эти источники питания обладают лучшими сварочными свойствами по сравнению с другими типами источников питания, а также часто наделяются дополнительными функциями, которые способствуют улучшению процесса сварки, такими как дистанционное управление, мягкий старт и др.

Табличка с техническими данными для сварочных аппаратов

В соответствии со стандартом ДСТУ IEC 60974-1 "Оборудование для дуговой сварки" Часть 1 "Источники питания для сварки" (“Arc welding equipment” Part 1: “Welding power sources”) вводятся следующие условные обозначения типов сварочных источников питания.

	Однофазный трансформатор
	Однофазный или трехфазный выпрямитель
	Однофазный или трехфазный инверторный выпрямитель

В соответствии с этим стандартом также вводятся следующие условные обозначения основных способов сварки и рода тока сварки.

	Ручная дуговая сварка покрытыми электродами
	Ручная дуговая сварка неплавящимся электродом в инертном газе
	Дуговая сварка в среде инертного и активного газа плавящимся электродом, включая порошковую проволоку (МИГ/МАГ)
	Дуговая сварка самозащитной порошковой проволокой
	Дуговая сварка под флюсом
	Плазменная резка
	Плазменная строжка
	Постоянный ток
	Переменный ток

В соответствии со стандартом ДСТУ IEC 60974-1 на табличке с техническими данными должны указываться: номинальный ток сварки напряжение дуги, ПР (ПН), а также напряжение холостого хода, требования к сети питания, форма ВВАХ, класс изоляции и другие технические сведения об источнике питания

СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Покрытые электроды

Необходимые технологические свойства электродов достигаются подбором материалов металлического стержня и покрытия, в состав которого вводятся стабилизирующие, шлакообразующие, легирующие и связующие вещества.

Основные функции электродного покрытия:

Улучшать стабильность дуги с помощью элементов с низким потенциалом ионизации.

Производить шлак. Расплавленные минеральные составляющие покрытия образуют тонкий слой шлака, обволакивающего каждую каплю расплавленного металла, а также сварочную ванну, защищая их от кислорода, азота и паров воды.

Образовывать защитный газ, который является продуктом горения органических составляющих покрытия, например, целлюлозы, или разложения карбонатов.

Выполнять раскисление, а иногда и легирование металла шва для улучшения его свойств. Тонкий слой шлака, обволакивающего каплю расплавленного электродного металла, способен передавать легирующие элементы в каплю.

В соответствии с национальными стандартами электроды классифицируются:

- по назначению; - по типам и маркам; - по толщине покрытия; - по видам покрытия; - по допустимым пространственным положениям; - по роду и полярности сварочного тока; - по качеству электродов.

По назначению электроды подразделяются:

- для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 600 МПа, условное обозначение У; - для сварки легированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 600 МПа, условное обозначение Л; - для сварки высокопрочных сталей с особыми свойствами, обозначение Т; - для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами, обозначение Н.

Тип электрода определяет механические характеристики (временное сопротивление разрыву, относительное удлинение) или особые свойства (теплоустойчивость, износоустойчивость и др.) наплавленного металла, которые обеспечиваются данными электродами. Для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей стандартом предусмотрено 9 типов электродов (Э38, Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А, Э55, Э60). В обозначение типов электродов этой группы входит буква Э и цифра, указывающая минимальное, гарантируемое временное сопротивление наплавленного металла электродами данного типа (кг/мм²). Например, электроды типа Э46 (марки ОЗС-4, АНО-3, МР-1) должны обеспечить временное сопротивление разрыву не менее 461 МПа. Буква А означает, что электрод данного типа обеспечивает более высокие пластические свойства наплавленного металла и более высокую ударную вязкость.

Для сварки легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности предусмотрено 5 типов электродов (Э70, Э85, Э100, Э125, Э150).

Для сварки легированных теплоустойчивых сталей предусмотрено 9 типов электродов: Э-09М, Э-09МХ, Э-09ХIМФ и др.

Для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами стандартом предусмотрено 49 типов электродов. Например: Э-12Х13, Э-07Х2ОН9 и др.

Для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами предусмотрено 44 типов электродов: Э-10Г2, Э-30Г2ХМ и др.

Буквы и цифры входящие в обозначение типов электродов для сварки и наплавки легированных теплоустойчивых и высоколегированных сталей показывают примерный химический состав наплавленного металла. Например: электроды марки ЦЛ-20, типа Э-09Х1МФ дают в наплавленном металле 0,09 % углерода, и 1 % хрома и некоторое количество молибдена и ванадия.

Марка электрода – это промышленное обозначение, которое присваивается разработчиком или изготовителем электродов. Поэтому каждому конкретному типу электродов может соответствовать несколько марок электродов. Например: к типу Э46 относятся электроды марок: АНО-3, АНО-6, МР-1, ОЗС-4 и др.

По толщине покрытия в зависимости от отношения диаметра электрода (D) к диаметру стального стержня (d) электроды подразделяются:

- с тонким покрытием (D/d1,20), обозначение М; - со средним покрытие (1,2 D/d 1,45) - С; - с толстым покрытием (1,45 D/d 1,85) - Д; - с особо толстым покрытием (1,80 D/d) - Г.

По видам покрытия электроды подразделяются следующим образом:

- с кислым покрытием, обозначение А; - с основным покрытием (Б); - с органическим (целлюлозным) покрытием (Ц); - с рутиловым покрытием (Р); - покрытие с повышенным содержанием железного порошка (Ж); - с прочими видами покрытия (П); - с покрытием смешанного вида (соответствующие двойное обозначение).

За рубежом принято следующее обозначение видов электродного покрытия:

- целлюлозное или органическое (буквенное обозначение: C); - кислое (A); - рутиловое (R); - основное (B); - покрытие с повышенным содержанием железного порошка (RR); - смешанное (например, AR).

Кислое покрытие (электроды марок ВЭТ-26, ЦМ-7 и др.). Основные компоненты - руды в виде окислов железа и марганца, которые при плавлении выделяют кислород, способный окислить металл сварочной ванны и легирующие примеси. Для ослабления действия кислорода в покрытие вводят раскислители в виде ферросплавов. Металл, наплавленный электродами с кислым покрытием, имеет относительно малую вязкость и пластичность. Электроды с кислым покрытием имеют повышенную токсичность по сравнению с другими покрытиями. Электроды с кислым покрытием применяют для сварки конструкции из малоуглеродистых сталей, металла малых и средних толщин.

Основное покрытие (электроды марок УОНИ-13/45, АНО-ТМ, ДСК-50, ЦУ-5 и др.). Основные составляющие - плавиковый шпат (CaF₂) и мрамор (СаСО₃). Электроды с основным покрытием обеспечивают получение сварных швов заданного химического состава с хорошими механическими и пластическими свойствами, обеспечивают незначительную склонность металла шва к образованию трещин. Однако эти электроды не допускают удлинений дуги, так как при этом может возникать пористость металла шва. Электроды с основным покрытием целесообразно использовать при сварке металла большой толщины, ответственных изделий из низколегированных и легированных сталей.

Рутиловое покрытие (электроды марок АНО-3, АНО-4, ОЗС-23, ОЗС-6С, АНТ-1к и др.). Такое покрытие имеет в своем составе преобладающее количество рутила (ТiО₂ – двуокись титана). Электроды с рутиловым покрытием обеспечивают получение плотного шва при наличии ржавчины на свариваемых кромках, отличаются незначительным разбрызгиванием, обеспечивают устойчивое горение дуги, как на постоянном, так и на переменном токе. Допускают существенные удлинения дуги без образования пористости сварного шва. Электроды с рутиловым покрытием пригодны для сварки во всех пространственных положениях. Рекомендуются для сварки в монтажных условиях.

Целлюлозное (органическое) покрытие (электроды марок ВСП-1, ВСЦ-1, ВСП-3 и др.). Такое покрытие содержит органические компоненты в качестве газообразующих и связывающих веществ (целлюлоза, органические смолы). Электроды с органическим покрытием удобны для сварки в любом пространственном положении, включая вертикальные швы способом сверху - вниз, но дают наплавленный металл пониженной пластичности из-за повышенного содержания водорода в наплавленном металле. Электроды с целлюлозным покрытием рекомендуется применять для сварки низкоуглеродистой стали малой толщины а также для сварки сверху - вниз.

Электроды с покрытием смешанного вида, такие как АНО-6(РА), АНО-29(РЦ), МР-6(РБ) и др., сочетают в себе свойства характерные для соответствующих покрытий.

По допустимым пространственным положениям сварки или наплавки электроды подразделяются на 4 вида:

- все положения, обозначение 1; - все положения, кроме вертикального сверху - вниз, обозначение 2; - нижнее, горизонтальное на вертикальной плоскости и вертикального снизу - вверх, обозначение 3; - нижнее и нижнее в лодочку, обозначение 4.

По роду и полярности сварочного тока, а также по номинальному напряжению холостого хода источника питания, электроды подразделяются на 10 категорий:

- сварка только на постоянном токе обратной полярности, обозначение 0; - сварка на переменном и постоянном токе любой полярности; напряжение холостого хода не менее 50, 70 и 80 В, обозначение соответственно 1;4;7; - сварка на переменном токе или постоянной прямой полярности, при напряжении холостого хода не менее 50, 70 и 90 В, обозначение соответственно 2;5;8; - сварка на переменном токе или постоянном токе обратной полярности, при напряжении холостого хода не менее 50,70 и 90 В обозначение соответственно 3;6;9.

По качеству, т.е. по состоянию поверхности покрытия электрода, механических свойств металла шва, выполненного данными электродами и по содержанию серы и фосфора в наплавленном металле, электроды делятся на группы 1, 2 и 3. Электроды 1-й группы обеспечивают более высокие свойства шва.

Диаметры электродов выпускаемых промышленностью: 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0 мм. В основном применяются электроды диаметром от 3,0 до 5,0 мм. диаметр электрода определяется диаметром металлического стержня.

Длина электродов зависит от их диаметра и степени легирования металлического стержня.

Диаметр электрода, мм		1,6		2,0		2,5		3,0		4,0		5,0-12,0
Длина электрода, мм	Стержень из углеродистой и легированной стали		200 250		250		250 300		300 350		350 450		450
	Стержень из высоколегированной стали		150 200		200 250		250		300 350		350		350 450