Сварка и сварочные аппараты

Сварка является основным видом неразъемного соединения металлоконструкций в современном строительстве, при этом приблизительно 80-85% всех сварных соединений выполняется при помощи ручной дуговой сварки штучным электродом и полуавтоматической сварки в среде защитных газов, о них и рассказывается в настоящей статье.
Ручная дуговая сварка штучным электродом отличается высокой универсальностью и значительной мобильностью. Она обеспечивает возможность без замены сварочного инструмента и оборудования выполнять швы различной конфигурации, вести сварку в любом пространственном положении, в том числе труднодоступных местах, позволяет выполнять работы практически при любых погодных условиях.
Применяется при изготовлении и монтаже строительных и технологических металлических конструкций; закладных частей и деталей; выполнении монтажных соединений элементов арматуры железобетонных конструкций; при сварке стыковых соединений труб; соединении деталей и узлов технологических, теплотехнических и магистральных трубопроводов; при производстве электромонтажных и санитарно-технических работ и др.
В процессе ручной электрической дуговой сварки основная часть теплоты, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счет дугового разряда, который возникает между свариваемым металлом и электродом, энергия, необходимая для образования и поддержания дуги, поступает от источников питания постоянного или переменного тока.

 

 

Сварка осуществляется при помощи так называемых штучных электродов с покрытием, основу которых составляет металлическая проволока в виде стержней, на которые методом окунания или опрессовки наносят обмазку. В состав обмазки входят различные вещества, от которых в основном и зависит формирование качественного сварного соединения.
Ручная дуговая сварка выполняется однофазными трансформаторами, одно- и трехфазными выпрямителями или автономными агрегатами. Наиболее высокое качество сварного соединения достигается в случае применения трехфазного постоянного тока (от трехфазных выпрямителей и генераторов), при этом уменьшается разбрызгивание металла, улучшается поджиг дуги, повышается производительность труда.
Электрическая дуга на постоянном токе горит более стабильно, чем на переменном, поэтому качество сварного шва, полученное при помощи выпрямителя, оказывается выше качества аналогичного шва, выполненного от трансформатора. Это особенно важно при сварке ответственных строительных конструкций.
Вместе с тем следует отметить, что сварочные трансформаторы и выпрямители, при всем разнообразии их конструктивных и технических особенностей, содержат силовой трансформатор, имеющий значительные габариты и массу, что, в свою очередь, значительно увеличивает вес всего аппарата в целом. Поэтому наиболее перспективная тенденция развития современной сварочной техники, и в значительной степени - оборудования для сварки штучным электродом - это применение в источниках питания сварочной дуги элементов высокочастотного оборудования. Такие сварочные аппараты называются инверторами. По сравнению с аналогичными по мощности трансформаторами и выпрямителями инверторы имеют значительно меньшую массу, а также лучшие сварочные свойства.
Инверторы обеспечивают хороший поджиг дуги, процесс сварки отличается малым разбрызгиванием. Благодаря высокой стабильности сварочного тока электрод можно использовать практически без остатка, возрастает эффективность работы сварщика. Кроме того, все инверторные источники имеют плавное регулирование сварочного тока в широком диапазоне, что весьма важно при выполнении потолочных и вертикальных швов. Все эти свойства делают инверторы технологически эффективными и экономически выгодными при выполнении монтажных работ, сварке на высоте и в условиях ограниченного пространства.
Инверторные сварочные аппараты представляют собой технически сложные изделия, производство которых сопряжено с решением целого комплекса технических и организационных проблем. К сожалению, их стоимость выше, чем аналогичных по мощности выпрямителей (на 25-50%) и трансформаторов (приблизительно вдвое); кроме того, трансформаторы и выпрямители на настоящий момент времени несколько более надежны в эксплуатации. Тем не менее, очевидные технические преимущества инверторов и тенденция к снижению их стоимости позволяют прогнозировать постепенное увеличение их доли в общем объеме электродуговой техники.
Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов - относительно новый вид сварки, активно развивающийся в последние 20-25 лет. Наиболее распространена полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа. С ее помощью сваривают металлоконструкции толщиной до 25-30 мм, выполненные из низкоуглеродистых, легированных и жаропрочных сталей.
Сущность этого вида сварки заключается в том, что электродная проволока с повышенным содержанием кремния и марганца подается с постоянной скоростью в зону сварки и одновременно в эту же зону поступает углекислый газ, который обеспечивает защиту расплавленного или нагретого электродного и основного металлов от вредного воздействия окружающего воздуха. Защитный газ (углекислота) при этом подается от баллона через редуктор. Поскольку защита сварочной ванны обеспечивается газовой средой, а не расплавленным веществом обмазки электрода, как при использовании штучного электрода, сварщик может наблюдать и контролировать весь процесс формирования шва. Кроме того, что полуавтоматическая сварка обеспечивает высокое качество шва, значительно облегчается поджиг дуги, резко возрастает удобство и скорость (т. е. эффективность) работы - сварщик избавлен от необходимости смены электродов и зачистки швов от шлака.
Вместе с тем применение газовой защиты не позволяет производить сварочные работы на ветру и сквозняках, т. е. в условиях, где поток воздуха может сдуть газовую защиту. Это обстоятельство, а также "привязка" к газовому баллону несколько сужают область применения полуавтоматической сварки в среде СО2 в строительстве, однако в стационарных условиях этому виду сварки составить конкуренцию ни один другой вид сварки не сможет.
Например, полуавтоматическая сварка исключительно эффективна при изготовлении конструкций с большим количеством швов малой длины - решеток, перил, дверей, ворот, заборов, ограждений и т. п. В этом случае при переходе от сварки штучным электродом к полуавтоматической сварке производительность повышается в 2-4 раза.
Источник питания для полуавтоматической сварки в среде СО2 представляет собой выпрямитель, оснащенный системой управления с газовым клапаном и механизмом подачи проволоки. Газовый клапан необходим для экономного расходования защитного газа; когда сварка не ведется, он автоматически закрывается.
Исполнительным органом является полуавтоматическая горелка, соединенная с источником питания гибким шлангом. Длина шланга сварочной горелки не превышает 5 м, поэтому при сварке протяженных конструкций бывает удобен выносной подающий механизм, переносимый сварщиком. В этом случае источник питания и газовый баллон соединены с подающим механизмом при помощи электрического кабеля и газового рукава и могут не менять свое месторасположение. Сварщик, переходя от одного места сварки к другому, будет переносить с собой только подающий механизм с катушкой проволоки и горелку.
Техника полуавтоматической сварки проста. Сварщик направляет сопло горелки в зону предполагаемой сварки (расстояние до изделия должно быть 10-20 мм) и указательным пальцем нажимает на клавишу микропереключателя. Срабатывает система управления, которая подает напряжение на сварочную проволоку, открывает подачу защитного газа и включает подающий механизм. Электродная проволока, уже находящаяся под напряжением, касается изделия; происходит электроискровой разряд, который затем переходит в дугу. Сварщик, формируя шов, совершает колебательные движения горелкой; для окончания сварки ему достаточно просто отпустить клавишу микропереключателя.
Сварочные полуавтоматические горелки различаются по мощности. Для сварки тонколистовых конструкций толщиной до 8-10 мм на токах до 250-350 А применяют горелки с естественным охлаждением. Для полуавтоматической сварки на токах 350-500 А используют горелки с принудительным водяным охлаждением. В этом случае внутри шланга проходят гибкие полихлорвиниловые трубки, а источник питания комплектуется компактной водоохлаждающей системой с насосом.
При выборе сварочного оборудования очень важно четко представлять, какие толщины, какого металла будут свариваться и какой протяженности швы для этого потребуются.
Кроме того, важно понимать, в каких условиях сварочная техника будет эксплуатироваться. Например, если это будет холодное или плохо отапливаемое помещение, то во избежание замерзания защитного газа на выходе из редуктора следует заранее приобрести специальное устройство (газоподогреватель), надеваемое на газовый редуктор и обеспечивающее подогрев газа.

По материалам НПО "Технотрон" www.tehnotron.ru
Группы компаний ТСС www.tss.ru, www.stroy-press.ru
По материалам справочника
"Строительные материалы. Где их можно приобрести" N 2 за 2007 г.