На сегодняшний день технологии позволяют объединять как металлы различного уровня легирования, так и некоторые цветные сплавы. При этом вид решаемых задач определяет и методы, отбор которых влияет не только на качество, но и на цену работ.

Существует множество способов и технологий, объединенных одним общим принципом: в месте соединения детали умышленно расплавляют, что приводит к появлению шва. Для этого применяют электрическую, механическую и химическую энергию или их сочетание. Большое распространение получили аппараты, использующие силу электрического тока, о них и пойдет речь в этой статье.

Чаще всего для нагрева применяют электрическую дугу, расплавляющую материалы, а сварочный шов заполняют присадкой (металлом электрода или проволоки). Качество, производительность и эффективность работы во многом зависят от способов защиты и переноса расплава, то есть от используемого метода.

Далее рассмотрим все возможные способы и устройства для сварки:
Электрическая дуга
Представляет собой устойчивый разряд в сильно ионизованном газовом промежутке. Сила тока, протекающего сквозь него, зависит от разности потенциалов на его концах и от его линейных размеров. Поскольку тепловыделение полностью определяется именно сварочным током, то ради обеспечения требуемого режима работы, требуется с достаточной точностью поддерживать его величину. Чем толще и глубже шов, тем больший ток необходим и наоборот. Порой, регулируют его текущее значение, а иногда, напротив, жестко фиксируют. Конечно, при подаче на электрод переменного тока, сложно достичь высоких результатов, даже прибегая к всевозможным "хитростям". Практически все материалы лучше "варятся" постоянным током, за исключением алюминия и его сплавов. Оксидная пленка на их поверхности препятствует появлению прочного соединения и эффективно разрушается лишь при "переменном" воздействии.

Важную роль играет и защитная среда, в которой происходит процесс сварки. Ее специально создают и поддерживают в рабочей области. При различных методах на защитную среду возлагают разные задачи: стабилизация дуги, защита металла, изменение его физических характеристик (например, легирование).

Самозащитная порошковая проволока

Представляет собой штучный покрытый электрод, как бы вывернутый наизнанку, т.е. обмазкой вовнутрь. Сейчас такую проволоку называют шихтой. В её состав входят компоненты, свойственные 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 основное их достоинство - производительность. Для работы с таким сварочным материалом подходят источники питания с жесткой ВАХ.

 
Качество шва

Для получения надежного соединения, требуется обеспечить схожесть механических свойств и, главное, "равнопрочность" свариваемых металлов и шва, что достигается правильным подбором электрода. При этом важен состав сердечника и покрытия.

Часто, 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 неважном сочетании материалов шов оказывается непрочным, или вообще не получается, растрескиваясь в процессе остывания.

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. С ними можно работать на "длинной дуге" (3-6 мм) с большой глубиной проплавления (до 2,5 мм). Такие электроды часто применяют в сочетании с аппаратами, имеющими крутопадающую вольт-амперную характеристику (далее ВАХ). В России они не получили широкого распространения, в то время как на Западе используются везде.
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-то и выполняет главную защитную функцию, а газы являются только ионизаторами и стабилизаторами. Работы производят только на "короткой дуге" (2-3 мм) с довольно небольшой глубиной проплавления (0,5-2,5 мм). Электроды с основным типом покрытия дают шов высокого качества, отлично защищенный от водорода - главного врага трещиностойкости.

Полуавтоматическая сварка в среде CO2 (MIG)

Позволяет заменить штучный электрод проволокой сплошного сечения. Углекислый газ хорош, когда не требуется очень высокое качество, так как он несколько снижает прочностные свойства стали и приводит к ее разбрызгиванию. Главное же достоинство метода - дешевизна материалов.

По сравнению с CO2 уникальность аргона в том, что на сравнительно малом токе (200 А) он позволяет реализовать струйный перенос металла, характеризующийся высоким коэффициентом использования (отношение массы попавшего в шов металла к массе израсходованного) - 0,8-0,85. А это значительно улучшает внешний вид сварного шва и сокращает расход материала. Для CO2 свойствен глобулярный перенос с эффективностью 0,6-0,7.

Как и при работе с порошковой проволокой, сплошная требует источника питания с жесткой ВАХ.

"Классический" вариант для сварки

"Классический" источник - это тяжелый 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. Поэтому он обладает не очень хорошими динамическими качествами. Такой аппарат имеет большой вес и крупные габариты, но зато надежен и практически не ломается. Если он оборудован выпрямителем, то часто допускает работу на токе двух родов.

На современных моделях зачастую используют тиристорное управление выходными параметрами. Это позволяет снизить массу и габариты, уменьшить "инертность", реализовать некоторые полезные функции и улучшить динамические характеристики. У таких аппаратов есть возможность коррекции ВАХ и работы с очень маленькими токами (до 2 А). Практически все такие источники имеют выход только по постоянному току.

 
Аргонодуговая сварка (TIG)

Происходит в среде инертного газа аргон (Ar). Как правило, используют неплавящийся вольфрамовый электрод и плавящуюся присадочную проволоку в виде отрезков удобной длины. Газ подают из специального баллона. Помимо Ar, применяют гелий (He), или смесь этих газов.

Метод отличается большой универсальностью, качественным швом и допускает сварку даже очень тонких деталей. Недостатки - громоздкость оборудования и трудность работы вне помещения, где необходимы меры против сдувания газовой защиты. Самое лучшее качество обеспечивает аргон, гелий обладает худшими свойствами - капли расплава в его среде сильно разбрызгиваются.

Преобразователь напряжения

Основная часть любого сварочного аппарата. Преобразователь необходим для понижения "сетевого" напряжения и увеличения за счет этого тока на выходе. На что следует обращать внимание:
Тип вольт-амперной характеристики (ВАХ). Пологопадающая удобна для работы на "короткой дуге" основным электродом. Для сварки на "длинной дуге" в газозащитной среде больше подходит крутопадающая. Полуавтоматы требуют "жесткой" ВАХ (одинаковое напряжение - разный ток).
Напряжение холостого хода. От него зависит "легкость" старта. Тут правило простое: чем напряжение 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". Так называется кратковременный импульс повышенного напряжения в момент розжига, облегчающий старт.
Функция "форсирование дуги". Она отвечает за резкое повышение тока в момент короткого замыкания. Тем самым предотвращается "залипание" электрода и увеличивается проплавление.
Стабильность по питанию (невосприимчивость к скачкам напряжения в сети).

Аппарат для ручной сварки штучным электродом (MMA)

По сути, это источник тока и соединительный кабель. Длина дуги у него непрерывно изменяется, соответственно, напряжение тоже. Чтобы эти колебания не сильно сказывались на токе, применяют источники с крутопадающей вольт-амперной характеристикой. Если же сварщику приходится часто корректировать выходные параметры, подбирают аппараты с пологопадающей ВАХ. Они просты, надежны и недороги.

Часто такие устройства оборудуют горелкой с неплавящимся электродом и газоподающей оснасткой и используют для аргонно-дуговой сварки. Но тогда для удобной и качественной работы необходим переключатель режимов (коррекция ВАХ).

При работе в среде защитного газа будет полезна функция Lift TIG, облегчающая "розжиг" дуги. Принцип ее действия такой: сварщик прижимает электрод к металлу, но ток на него подается не сразу, а только в момент "отрыва" от поверхности. Таким образом, исключается вероятность появления дефектов, связанных с началом шва.

Полуавтоматические аппараты (MIG, MAG)

У них подача проволоки (электрода) автоматизирована. Источник питания поддерживает напряжение постоянным, а ток изменяется в широких пределах. Данный метод позволяет намного увеличить производительность труда и достичь высокого качества сварного шва.

В качестве плавящегося (присадочного) электрода используют проволоку сплошного сечения или порошковую. Ее подает особенный механизм, от которого, кстати, во многом зависит класс машины. Для отечественной техники, скажем, характерны низкая скорость подачи и использование проволоки большого сечения (чтобы обеспечить высокую производительность). Это не очень удобно, а у западных аналогов, как правило, все наоборот.

Чтобы в момент выключения не происходило приваривания электрода, аппараты 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" аппараты оснащают функцией "короткого шва" - при однократном нажатии на курок горелки аппарат включается на определенный промежуток времени.

Опытные сварщики предпочитают машины с четырехроликовым подающим механизмом. Считается, что он меньше "мнет" проволоку, а это очень важно при работе с мягкими и самозащитными материалами.

Инверторный преобразователь

Данное устройство повышает частоту входного тока до 5-20 кГц и после этого подает его на компактный трансформатор. Разумеется, управление происходит электронным образом. Такой источник часто оснащают всеми "опциями". Работает он лучше "классического", хотя и менее надежен.

На аппаратах для сварки ручным электродом инверторные преобразователи применяются повсеместно. В качестве недостатка можно отметить наведение помех в питающей сети. Для борьбы с ними выпускают специальные фильтры, но серийно их, как правило, не устанавливают.