Нет необходимости объяснять, что современные технологии в строительстве и производстве уже давно невозможно представить без такого простого на первый взгляд, но вместе с тем высокотехнологичного процесса сварки, позволяющего соединять, как стали различного уровня легирования, так и многие цветные сплавы. При этом сложность поставленных задач определяет методы, выбор которых влияет не только на качество, но и на стоимость работ. Существует множество технологий, объединяемых одним основным принципом, сводящимся к расплавлению детали в месте соединения, этот процесс приводит к образованию сварного шва. Для достижения данной цели применяется электрическая, механическая и химическая энергия или их сочетание. Наибольшее распространение получили сварочные аппараты, использующие энергию электрического тока. В большинстве случаев для расплавления свариваемого материала применяют электрическую дугу, а область сварного шва заполняют присадкой (металлом сварочного электрода, либо проволоки). Производительность и эффективность работ зависит от способа зашиты и переноса расплава, а именно от используемого метода.

Далее речь пойдет о некоторых терминах и общих понятиях о методах сварки, проливающих свет на таинство сварочного процесса.

Электрическая дуга

Представляет собой устойчивый разряд в сильно ионизованном газовом промежутке. Сила тока, протекающего через него, зависит от разности потенциалов на его концах и от его линейных размеров. Поскольку тепловыделение целиком определяется именно сварочным током сварочного аппарата, то для обеспечения требуемого режима работы нужно с достаточной точностью поддерживать его величину. Чем толще и глубже шов, тем больший ток необходим и наоборот. В некоторых случаях его текущее значение регулируют, а иногда, напротив, жестко фиксируют. Главная проблема, актуальная для всех способов сварки - стабильность дуги. В момент ее розжига и потухания часто возникают дефекты шва. Сделать горение дуги максимально устойчивым - важнейшая задача, которую решают различными способами.
Разумеется, при подаче на электрод сварочного аппарата переменного тока трудно достичь высоких результатов, даже прибегая к всевозможным ухищрениям. Практически все материалы лучше свариваются постоянным током, исключение составляют только алюминий и его сплавы. Оксидная пленка на их поверхности препятствует образованию прочного соединения и эффективно разрушается только при воздействии переменным током.
Важную роль играет и защитная среда, в которой происходит процесс сварки. Ее специально создают и поддерживают в рабочей области. В различных методах на защитную среду возлагают разные задачи: стабилизация дуги, защита металла, изменение его физических свойств (например, легирование).

Штучный электрод

Позволяет создать защитную среду без привлечения дополнительных технических средств. Необходимые для работы газы выделяются при испарении внешнего покрытия или порошкового флюса. Существует два типа подобных материалов. Электроды с целлюлозным покрытием. Выделяют большое количество газа, защищающего металл и сварочную ванну. Ими можно работать на дуге большой величины (3-6 мм) со значительной глубиной проплавления (до 2,5 мм). Такие электроды часто применяют в сочетании с аппаратами, имеющими крутопадающую вольтамперную характеристику (далее ВАХ). В нашей стране они не получили широкого применения, в то время как на Западе используются повсеместно. Электроды с основным типом покрытия. Имеют кальций-фтористое покрытие (или близкое к нему по свойствам, рутиловое). При расплавлении такие электроды образуют флюс, обволакивающий капли металла. Он выполняет главную защитную функцию, а газы являются лишь ионизаторами и стабилизаторами. Работы производят только на малой величине дуги (2-3 мм) с относительно небольшой глубиной проплавления (0,5-2,5 мм). Электроды с основным типом покрытия дают шов высокого качества, хорошо защищенный от водорода, как следствие полное отсутствие трещин в шве.

Самозащитная порошковая проволока

Представляет собой штучный покрытый электрод, только обмазкой внутри. Её называют шихтой. В состав последней входят компоненты, характерные для обмазки штучных электродов, а также раскислители, связывающие кислород и удаляющие его из шва. Чаще всего шихта содержит еще и легирующие добавки, изменяющие химический состав и свойства сварного шва.
Порошковые проволоки позволяют получать высококачественные швы с большим проплавлением, но главное их достоинство - производительность. Для работы с таким сварочным материалом подходят источники питания с жесткой ВАХ.

Качество шва

Чтобы получить надежное соединение, нужно обеспечить схожесть механических свойств и, главное, одинаковую прочность свариваемых металлов и шва, что достигается правильным подбором электрода. При этом важен состав сердечника и покрытия.
Зачастую нужная сталь образуется при взаимодействии расплава и легирующих добавок. Если работают расплавляемым электродом, подбирают его марку, если в инертной среде - присадочную проволоку (см. ниже). При плохом сочетании материалов шов оказывается непрочным либо вообще не получается, растрескиваясь в процессе остывания.

Аргонодуговая сварка (TIG)

Проходит в среде инертного газа аргон (Ar). Обычно используют неплавящийся вольфрамовый электрод и плавящуюся присадочную проволоку. Газ подают из специального баллона. Кроме (Ar), применяют гелий (He) либо смесь этих газов. Метод отличается высокой универсальностью, качественным швом, незаменим для сварки очень тонких деталей. Недостатки - громоздкость сварочного оборудования и невозможность работы вне помещения, поскольку необходимы условия отсутствия движения воздушных потоков, иначе среда защитного газа будет не стабильной. Наилучшее качество обеспечивает аргон, в среде гелия капли расплава склонны к разбрызгиванию.

Полуавтоматическая сварка в среде CO2 (MIG)

Позволяет заменить штучный электрод проволокой сплошного сечения. Углекислый газ применим, в том случае, когда не требуется высокого качества сварного шва, так как он несколько снижает, прочностные свойства стали, и приводит к ее разбрызгиванию. Основное достоинство метода - дешевизна материалов.
По сравнению с CO2 , Ar на сравнительно малой величине тока (200 А) позволяет реализовать струйный перенос металла, характерный высоким коэффициентом использования (отношение массы попавшего в шов металла к массе израсходованного) - 0,8-0,85. Это значительно улучшает внешний вид сварного шва и сокращает расход материала. Для CO2 характерен глобулярный перенос с эффективностью 0,6-0,7.
При работе с порошковой проволокой, необходим источник с жесткой ВАХ.

Преобразователь напряжения

Основная часть любого сварочного аппарата - преобразователь, он необходим для понижения сетевого напряжения и увеличения тока на выходе.
Ключевые параметры при выборе сварочного аппарата.
Тип вольтамперной характеристики (ВАХ). Пологопадающая удобна для работы на малой величине дуги основным электродом. Для сварки на большой величине дуги в среде защитного газа больше подходит крутопадающая. Сварочные полуавтоматы требуют жесткой ВАХ (одинаковое напряжение - разный ток).
Напряжение холостого хода. От него зависит уровень сложности старта, чем напряжение сварочного аппарата больше, тем лучше.
Продолжительность включения (далее ПВ). Это отношение времени непрерывной работы ко времени отдыха, определенное для 10-минутного цикла. У аппаратов индустриального класса при рабочем значении тока ПВ составляет не менее 50%.
Функция горячий старт. Название кратковременного импульса повышенного напряжения в момент розжига, облегчающего старт сварочного инвертора.
Функция форсирование дуги. Отвечает за резкое повышение тока в момент короткого замыкания. Тем самым, предотвращая залипание электрода и увеличивая глубину проплавления металла.

Сварочный аппарат для ручной сварки штучным электродом (MMA)

По сути, сварочный аппарат MMA - это источник тока и соединительный кабель. Длина дуги у него постоянно изменяется, соответственно меняется напряжение. Чтобы колебания не слишком сказывались на токе, применяют источники с крутопадающей вольтамперной характеристикой. Если же сварщику приходится часто корректировать выходные параметры, подбирают сварочный аппарат с пологопадающей ВАХ. Они просты, надежны и относительно недороги.
Часто сварочный аппарат MMA оборудуют горелкой с неплавящимся электродом и газоподающей оснасткой, используя для аргонодуговой сварки. В этом случае для удобной и качественной работы сварочного аппарата необходим переключатель режимов (коррекция ВАХ).
При работе в среде защитного газа, полезна функция Lift TIG, упрощающая розжиг дуги. Принцип действия заключается в следующем. Сварщик прижимает электрод к металлу, но ток на него подается не сразу, а только в момент отрыва от поверхности. Таким образом, исключается возможность возникновения дефектов, в начале шва.

Полуавтоматические сварочные аппараты (MIG-MAG)

В сварочных аппаратах этого типа, или, как их называют сварочные полуавтоматы, подача проволоки (электрода) автоматизирована. Источник питания поддерживает постоянное напряжение, а ток изменяется в широком диапазоне. Данный метод позволяет значительно увеличить производительность и достичь высокого качества сварного шва.
В качестве плавящегося (присадочного) электрода используют порошковую проволоку, или проволоку сплошного сечения, подающуюся специальным механизмом от качества которого, во многом зависит класс сварочного аппарата полуавтомата.
Для того чтобы в момент выключения не происходило приваривания электрода, сварочные аппараты полуавтоматы оборудуют различными устройствами. Так, система торможения катушки практически мгновенно прекращает подачу проволоки, а система восстановления дугового промежутка, напротив, вводит запаздывание в отключение тока. Наиболее продвинутые сварочные аппараты полуавтоматы оснащают функцией короткого шва, при однократном нажатии на курок горелки машина включается на определенный промежуток времени.

Традиционный вариант

Традиционный источник - это тяжелый сварочный трансформатор, рассчитанный на стандартные 50 Гц. Для установки рабочего тока его оснащают составным сердечником с механическим регулированием магнитного потока.
Важнейшая характеристика любого источника тока - ВАХ - у него определена конструктивно и не может быть изменена в процессе эксплуатации. Как следствие, посредственные динамические качества. Такой сварочный аппарат имеет большой вес и крупные габариты.
На современных моделях сварочных трансформаторов часто используют теристорное управление выходными параметрами. Это позволяет снизить массу и габариты, уменьшить инертность, реализовать некоторые полезные функции и улучшить динамические характеристики сварочного аппарата. У таких сварочных аппаратов возможна коррекция ВАХ, они могут работать с малыми токами (до 2 А).
Практически все сварочные трансформаторы имеют выход только по постоянному току.

Инверторный преобразователь

Инверторный преобразователь (сварочный инвертор) - это устройство повышает частоту входного тока до 5-20 кГц и после этого подает его на компактный трансформатор. Управление происходит электронным образом. Эти инверторные сварочные аппараты, как правило, оснащены большим количеством разнообразных опции. Уровень качества сварного шва сварочного инвертора на порядок выше, чем у сварочного трансформатора. Сварочные аппараты инверторы не требуют высокого уровня квалификации сварщика. Значительно легче традиционных сварочных трансформаторов.