Все что нужно знать о сварочном выпрямителе специалисту и любителю

Статья посвящена оборудованию, незаменимому при сварке постоянным током – сварочному выпрямителю. Рассмотрено его устройство, принцип работы, достоинства и недостатки, часто встречающиеся неисправности.

Что такое сварочный выпрямитель

В дуговой сварке используется электрическая дуга, которая возникает между свариваемыми материалами и электродом и служит для их разогрева. Чтобы ее создать, требуется источник электроэнергии.

Таким является сварочный трансформатор, способный обеспечить ток величиной в сотни ампер, который нужен, чтобы нагреть металл до точки плавления. При этом качество шва зависит не только от количества энергии, поступающей в зону сварки, но и от его стабильности.

Этому способствует использование постоянного тока, в связи с чем вместо трансформатора часто применяется другой прибор, называемый сварочным выпрямителем. Он содержит дополнительный узел, задачей которого является преобразование переменного напряжения в постоянное.

Сварочные выпрямители – их устройство и принцип работы

Для работы прибора используется энергия одно- или трехфазной электрической сети переменного напряжения.

Принцип работы сварочного выпрямителя

Прибор представляет из себя преобразователь напряжения и работает следующим образом.

Входное напряжение поступает на мощный трансформатор, понижающий его до уровня в несколько десятков вольт. Далее выпрямитель преобразует синусоиду в однополярный пульсирующий сигнал, который сглаживается с помощью фильтра.

В итоге на выходных проводах появляется постоянное напряжение, прикладываемое между электродом и свариваемыми предметами с целью создания электрической дуги.

Полезная статья – Какие бывают сварочные аппараты

Устройство сварочного выпрямителя

В состав прибора входят следующие блоки:

• трансформатор, понижающий напряжение промышленной сети;
• схема выпрямления;
• фильтр;
• блок регулировок;
• узел индикации;
• система охлаждения;
• выходные провода для подачи напряжения на электрод и свариваемые материалы.

Схема трехфазного сварочного выпрямителя.

1 – трехфазный понижающий трансформатор;

2 –двухполупериодный выпрямитель из шести диодов;

3 – дроссельный фильтр;

4 – дуга между электродом и листом металла.

Полезная статья – Сварка нержавейки полуавтоматом с углекислотой

Применение и назначение сварочного выпрямителя

Простейшее оборудование, которое необходимо для создания электрической дуги, способной расплавить металл – это сварочный трансформатор на одну или три фазы, который понижает напряжение с тем, чтобы имея ту же мощность, быть способным пропустить больший ток.

Однако в этом случае выходной электрический сигнал изменяется по синусоиде, то есть периодически пересекает ось Ох, приобретая в этот момент значение¸ равное нулю, в результате чего дуга гаснет. Поскольку частота сети равна 50 Гц, то такое происходит 100 раз за секунду.

График зависимости напряжения промышленной сети от времени.

При сварке обычных конструкционных сталей это не существенно, однако для таких металлов как легированная или углеродистая сталь, являющихся тугоплавкими, затухание дуги даже на короткий срок недопустимо.

Поэтому для сварки этих сталей необходимо преобразование переменного напряжения в постоянное, способное обеспечить цепь постоянным током. Это достигается при использовании сварочного выпрямителя. Ниже представлены формы напряжения в различных точках прибора.

График напряжения на выходе диодного моста.

График напряжения на выходных клеммах (после фильтра).

Разновидности

В число основных характеристик сварочного выпрямителя входят следующие:

• напряжение питания – однофазное 220 В или трехфазное 380 В;
• выделяемая мощность;
• потребляемая мощность;
• вид и сила тока;
• диаметр используемых электродов;
• вес;
• габаритные размеры.

В зависимости от величины выходного тока прибор может быть бытовым (до 200 А), полупрофессиональным (до 300 А) и профессиональным (свыше 300 А).

В профессиональных аппаратах в качестве фильтра, как правило, используется дроссель, в бытовых же эту роль может выполнять электролитический конденсатор.

Выпрямитель в сварочном аппарате изготавливается с применением вентилей – полупроводниковых диодов или тиристоров.

По видам – однопостовые и многопостовые

Сварочный выпрямитель может быть рассчитан на одновременное использование одним или несколькими сварщиками, то есть быть однопостовым либо многопостовым.

Многопостовые сварочные выпрямители питаются от трехфазной сети 380 В и на каждом посту имеют свой блок управления током. Они используются при необходимости проведения больших объемов сварочных работ – на производстве, судоверфях, в строительстве.

Полезная статья – Классификация видов сварки

По регулировке тока

Регулировка выходного напряжения, следовательно, и тока производится также различными способами:

• выбор подключения первичной обмотки в трехфазной сети по схеме «звезда» либо «треугольник»;
• исполнение первичной обмотки в виде секций, которые можно подключать к цепи с помощью переключателей, меняя таким образом напряжение на вторичной обмотке;
• установка между вторичной обмоткой и выпрямителем индуктивной нагрузки в виде нескольких катушек, которые также можно по отдельности подключать с помощью механических рычагов;
• использование балластного реостата – регулируемого активного сопротивления, включенного последовательно с нагрузкой и ограничивающего выходной ток;
• возможность перемещения вторичной обмотки трансформатора относительно первичной, вследствие чего изменяется индуктивная связь между ними, и, значит, напряжение на выходе;
• использование в качестве вентилей тиристоров, которые дают возможность регулировать время, в течение которого выпрямитель пропускает электрический ток.

Преимущества и недостатки

По сравнению с другими аппаратами сварочные выпрямители имеют следующие достоинства:

• большой выходной ток;
• широкие диапазоны регулировок;
• надежность в работе;
• удобство при использовании;
• низкий уровень шума;
• повышенные качество и прочность шва.

К недостаткам можно отнести большой вес, чувствительность к скачкам входного напряжения и возникновению короткого замыкания на выходе на длительный срок. Во время работы может понизиться выходная мощность.

Обслуживание и ремонт

Чтобы аппарат работал долго и безотказно, требуется следить за уровнем его нагрузок, не подвергая перегрузкам. При работе необходимо контролировать функционирование системы охлаждения, – как правило, это вентилятор(ы), – поскольку ее неисправность может привести к перегреву и выходу из строя как самого трансформатора, так и полупроводниковых элементов выпрямителя.

Рекомендуется раз в три месяца продувать прибор сжатым воздухом.

Такой аппарат как сварочник нуждается в периодическом техническом обслуживании. У каждой модели есть свои особенности, поэтому перед началом таких работ необходимо ознакомиться с паспортом, который поставляется вместе с изделием. В нем содержится необходимая информация и требования техники безопасности.

Любые действия по ТО должны выполняться специалистом соответствующей квалификации, имеющим группу по электробезопасности не ниже третьей.

Перед началом работ выпрямитель следует очистить от грязи и пыли, использовав при необходимости струю сжатого воздуха.

Полезная статья – Сварка нержавеющей стали

Основные неисправности

1. Аппарат не включается. Причинами могут быть следующие:

• отсутствие напряжения в сети;
• нарушение контактов в вилке питания;
• неисправность одной из деталей выпрямителя.

2. Возникает «залипание» электрода. При этом нарастает шум от работы выпрямителя. Причины:

• пониженное напряжение сети;
• неисправность вентиля;
• пробой конденсатора;
• межвитковое замыкание в дросселе.

3. Происходит отключение устройства во время работы. Возможные причины:

• неисправна система охлаждения;
• пробой изоляции проводов одной из обмоток трансформатора.

4. Нестабильно выходное напряжение на холостом ходу либо под нагрузкой. В этом случае необходимо проверить качество контактов:

• ручки регулятора;
• гнезда предохранителя;
• клеммы пускателя, если он есть.

Популярные модели выпрямителей

Все представленные ниже аппараты имеют крашеный металлический корпус.

ЭТА ВДМ-2х313

Устройство двухпостовое, имеет тепловую защиту. Охлаждение осуществляется с помощью вентилятора, что позволяет проводить длительные работы без перерывов.

Мощность – 27 кВт, ПВ (продолжительность включения – отношение времени работы при максимальном токе к общему времени (с учетом перерыва)) – 35%.

Дуга легко возбуждается, широкий диапазон регулировок позволяет проводить самые различные виды сварки.

Telwin Linear 530 HD

Выпрямитель снабжен регулятором для плавной настройки силы тока. Для удобства при перемещении оборудования есть П-образная ручка и два больших колеса.

Мощность – до 20 кВт, сила тока – до 450 А. В комплект поставки входят перчатки, маска, материал для зачистки свариваемых поверхностей.

Аппарат может работать как от однофазной, так и трехфазной сети.

Дуга 318М1

Выпрямитель имеет две ручки для переноски, колес нет. Система охлаждения состоит из трех вентиляторов. Регулировка тока ступенчатая в диапазоне 25–300 А. ПВ – 60%. Масса – 37 кг, мощность – 8,8 кВт.

Весомое достоинство – малое энергопотребление.

Selma DL-306 М1

Главная особенность – присутствие длинной ручки и двух колес большого диаметра, что дает возможность без труда перемещать агрегат. Охлаждение принудительное.

Есть защита от перегрева, индикация и плавная регулировка выходного тока внутри двух переключаемых диапазонов. Аппарат весит 69 кг, работает от трехфазного напряжения.

Напряжение холостого хода – 75 В. Диапазон выходного тока 70–315 А. Мощность – 24 кВт, ПВ – 60%.

Полезная статья – Реестр аттестованного персонала НАКС – как с ним работать

Вопросы-ответы

Ниже представлены ответы на часто задаваемые вопросы.

Применяемые электроды

Качество сварного шва во многом зависит от типа и размера применяемых электродов, которые призваны обеспечить:

• стабильность дуги;
• определенный химический состав шва;
• малое разбрызгивание металла;
• отделение шлака;
• прочность соединения.

Производители выпускают большое количество типов электродов, предназначенных для сварки сталей, чугуна, цветных металлов и их сплавов. На их выбор влияют такие факторы как:

• металл, из которого изготовлена подлежащая сварке конструкция;
• климатические условия выполнения работы и будущей эксплуатации;
• опыт работника;
• качественные характеристики электродов.

При учете типа металла выбирают электроды, которые дают шов, близкий к нему по физическим свойствам и химическому составу. Это определяется типом обмазки и сердечника.

Свариваемый материал группируется следующим образом.

• сталь углеродистая и низколегированная;
• легированная теплоустойчивая;
• сталь высоколегированная;
• чугун;
• медь и ее сплавы.

Толщина свариваемых материалов определяет диаметр используемого электрода, который должен расплавить металл и при этом не прожечь его. Чем больше диаметр, том больше может быть ток сварки. Рекомендуемые режимы производители обычно указывают на упаковке партии.

Поскольку качество используемых расходников влияет и на процесс работы, и на ее результат, следует выбирать надежных производителей и остерегаться контрафактной продукции.

По типу процессов при сварке электроды могут быть следующими:

• плавящиеся с покрытием;
• плавящиеся без покрытия;
• неплавящиеся.

В ручной дуговой сварке используется первый вид.

По типу обмазки также существует несколько типов:

• основные – в состав покрытия входят соединения фтора;
• рутиловые – покрытие состоит, в основном, из двуокиси титана;
• кислотные;
• целлюлозные;
• смешанные.

Первый тип – с основным покрытием – является самым популярным и маркируется буквой «Б». С его помощью создается шов высокой прочности и ударной вязкости, стойкий при низких температурах.

Такими электродами варят на постоянном токе обратной полярности. Перед проведением сварки поверхность, на которой предполагается быть шву, должна быть зачищена. Электроды применяются при строительстве нефте- и газопроводов, в том числе, в северных широтах, при сооружении мостов, на корабельных верфях.

Электроды с рутиловым покрытием занимают второе место по распространенности.

К их главным достоинствам можно отнести легкость поджига, стабильность дуги, слабое разбрызгивание, простота снятия шлака, отсутствие выделения вредных веществ во время работы, использование как на постоянном, так и на переменном токе.

Сварка возможна в любом положении в пространстве, а также на окисленных и загрязненных поверхностях.

Остальные типы покрытия используются реже. Кислотные обозначаются буквой А, целлюлозные – Ц, смешанные – двумя буквами.

Сварщикам-новичкам лучше начинать работу с электродов с рутиловым покрытием, поскольку изделия с основным покрытием, хотя и позволяют сделать шов более высокого качества, требуют наличия опыта.

Диаметр изделия подбирается в зависимости от толщины и свойств металла. Так, например, для стали толщиной 3,0 мм подходит размер в 2,5 или 3 мм. Необходимо иметь в виду, что конструкции толщиной менее 1,5 мм вручную, как правило, не варят.

Как подключить балластник (балластный реостат)

В соответствии с законом Ома

где I – сила тока в цепи,

U – напряжение, приложенное к цепи,

R – сопротивление цепи.

Из формулы следует, что при увеличении сопротивления сила тока падает. Балластный реостат включается в выходную цепь последовательно – между выпрямителем и электродом – и предназначен для ограничения тока дуги.

Реостат состоит из набора резисторов, выполненных в виде нихромовых проволок, каждая из которых может быть соединена с выходной цепью при помощи рубильника. Резисторы включаются параллельно друг другу, и чем больше их подключено, тем меньше их сопротивление и больше сила тока.

Каждый пост многопостового выпрямителя с целью возможности независимой регулировки тока комплектуется отдельным балластным реостатом.

Можно ли собрать своими руками

Сварочный выпрямитель представляет собой несложный аппарат, которое не требует настройки, поэтому, даже собранный самостоятельно, он может не уступать по своим характеристикам серийному экземпляру. Для изготовления не требуется больших знаний в области электроники и электротехники.

Чтобы собрать простое устройство, потребуется следующая комплектация:

• понижающий одно- или трехфазный трансформатор, вторичная обмотка которого может обеспечить необходимый для сварки ток;
• комплект диодов – 4 для одно- и 6 для трехфазной сети;
• комплект радиаторов, на которых диоды будут установлены;
• вентилятор;
• дроссель;
• балластный реостат, если предполагается регулировка выходных параметров.

Диоды соединяются по схеме моста и подключаются к вторичной обмотке трансформатора. Напряжение с моста через дроссель, сглаживающий пульсации, поступает на выходные клеммы.

При разработке конструкции основной задачей является обеспечение необходимого теплового режима диодам выпрямителя, которые размещаются на радиаторах, охлаждаемых потоком воздуха от вентилятора.

Если у Вас остались вопросы, задавайте их в комментариях и я Вам постараюсь помочь !

Хафизов Ильдар

Специалист НАКС IV уровня