Оборудование для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа

2. Оборудование

Основные компоненты агрегата для сварки металлическим электродом в среде инертного газа включают источник питания, педаль управления, систему циркуляции воды и горелку. Последняя отличается от остальных горелок в других видах электродуговой сварки меньшими размерами и весом, при этом центральный вольфрамовый стержень будет выступать в качестве электрода для создания электрической дуги (смотрите иллюстрацию). Рассмотрим подробнее горелку, на рабочем краю горелки есть керамический экран, затем фланец, который фиксирует вольфрамовый электрод, а также задняя крышка (смотрите иллюстрацию). Горелку можно регулировать в зависимости от вида работ, которые вы собираетесь выполнять, поэтому существуют вольфрамовые электроды различных размеров, газовые чаши различной формы для выполнения разных работ, а также задние крышки разной длины, в зависимости от труднодоступности места, на котором выполняется сварка. Например, вы можете использовать короткий вольфрамовый электрод и короткую заднюю крышку, чтобы лучше добраться до узкого угла. Форма газовой чаши может создавать облако защитного газа различной формы и размера над областью сварки. Для больших сварочных агрегатов существует большое количество горелок различных размеров с разными настройками силы тока, при этом некоторые модели предназначены специально для сварки в труднодоступных местах, например, существует горелка, в которой вольфрамовый электрод и керамическое сопло выходят непосредственно из рукоятки, а не под углом, как в большинстве горелок для электродуговой сварки.

Если речь идет об источнике питания, выбор здесь невелик, как, например, в случае сварки металлическим электродом в среде инертного газа. Все-таки агрегаты для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа предназначены для профессионального использования, поэтому новые менее дорогие агрегаты с воздушным охлаждением находятся с одной стороны, а профессиональные агрегаты – с другой. Конечно же, сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа не предназначена для использования в бытовых условиях, хотя, конечно же, небольшие мастерские, даже расположенные в гаражах, могут использовать данное оборудование, особенно если необходимо выполнять сварку алюминия, нержавеющей стали или других цветных металлов, при этом швы должны быть аккуратными и высококачественными. Например, если вы владелец небольшой мастерской по изготовлению зажимов для канатов или другого оборудования для альпинизма, вы можете сравнить стоимость агрегата для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа со стоимостью услуг профессиональной сварочной мастерской. Если объем работ оправдывает покупку подобного оборудования, в таком случае приступайте к выбору. Однако разумнее будет прежде всего посетить курсы сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа и получить сертификат.

6.8. Горелка для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа очень легкая, поэтому вы сможете удобно держать ее, при этом она достаточно прочная. Заменять придется только присадочные прутки, и, конечно же, иногда вольфрамовые электроды.

6.9. На иллюстрации показаны компоненты горелки для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа сверху вниз: задняя крышка, цанга, корпус горелки, керамический экран и сопло. При сборке цанговый патрон ввинчивается в корпус горелки в нижней части, сопло ввинчивается также в нижней части, экран надевается сверху, затем вольфрамовый электрод устанавливается и фиксируется при помощи задней крышки.

Входная мощность для агрегатов сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа начинается с однофазного источника питания напряжением 220 В, а большие профессиональные агрегаты предназначены для трехфазных источников питания напряжением 460 В. Сила тока в профессиональных агрегатах может варьироваться от 250 А до 300-400, 500-600 А, хотя агрегаты больших размеров являются многофункциональными, поэтому большая сила тока будет использоваться только в режиме электродуговой варки. Очень редко при сварке вольфрамовым электродом в среде инертного газа используется сила тока более 300 А, если только вы не собираетесь варить плотные алюминиевые пластины или литые детали. При сварке с силой тока 300 А и более, крошечные частички вольфрамового электрода могут попадать на сварной шов, что значительно ослабит соединение. Модели, предназначенные для трехфазных источников питания, действительно предназначены только для использования в профессиональных мастерских.

Лишь небольшое количество агрегатов для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа могут использоваться в маленьких мастерских и работать от источников питания мощностью 115 В. Например агрегат Hobart Ultra-Weld 130, который является агрегатом для электродуговой сварки с режимом сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа. Его версия, работающая от напряжения 115 В, обладает силой тока 75 А с рабочим циклом 40%, а модель напряжением 220 В обеспечивает 130 А при рабочем цикле 60%. Горелка для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа не идет в комплекте, к тому же толщина материала, который можно варить вольфрамовым электродом, будет ограниченной. Мы считаем, что сфера использования сварки вольфрамовым электродом вскоре расширится, скоро могут появиться более функциональные небольшие агрегаты напряжением 115 и 220 В. Некоторые агрегаты для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа работают только на постоянном токе с целью снижения их стоимости, при этом они могут использоваться для сварки стали толщиной до 5 мм (смотрите иллюстрацию).

В среднем ценовом диапазоне существует несколько агрегатов для сварки вольфрамовым электродом силой тока 160-250 А, которые теоретически могут варить любые материалы в условиях небольшой мастерской (смотрите иллюстрацию). Большая часть данных агрегатов работают от однофазных источников питания напряжением 220 В, следовательно, вы легко сможете переделать проводку в вашей мастерской для их использования. Однако имейте в виду, что агрегаты силой тока 160 А могут потреблять 36 Вт входной мощности при максимальных настройках, а агрегаты силой тока 250 А могут потреблять до 60 Вт.

6.10. Существует небольшое количество маленьких, более портативных, агрегатов для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа, как, например, данный агрегат «PULSE-TIG» с силой тока 100 А компании Daytona MIG. Этот агрегат работает только от источника питания постоянного тока напряжением 220 В, однако, говорят, он подходит для сварки стали, нержавеющей стали, хроммолибденового сплава толщиной до 5 мм.

6.11. Агрегаты для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа среднего размера с силой тока от 160 до 250 А являются достаточно портативными, как, например, данный агрегат компании Daytona MIG с силой тока 130 А, работающий от напряжения 220 В. Данные агрегаты предлагают такие опции, как наклонная регулировка усиления или подача защитного газа после сварки. Агрегат, изображенный на иллюстрации, оснащен также технологией прямоугольной волны, а также возможностью работы на постоянном и переменном токе.

А это значит, что ваша бытовая сеть напряжением 220 В с силой тока 30 А не выдержит подобной нагрузки. Вам действительно понадобится отдельна цепь и корпус для агрегата с прерывателем цепи 50 А для небольших и средних агрегатов, или прерыватель 100 А для агрегатов больших размеров. Агрегаты средних размеров обладают несколькими особенными функциями такими, как наклонная регулировка усиления (смотрите иллюстрацию). Это принцип, по которому изменяется волна электрического тока во время сварки. Представьте волну тока как кривую линию, которая поднимается вверх и спускается вниз, пересекает базовую линию, затем снова поднимается вверх и опускается вниз много раз в секунду. Это синусоидальная кривая переменного тока. Агрегаты для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа могут работать как на постоянном, так и на переменном токе, при этом переменный ток используется для сварки цветных металлов таких, как алюминий или магний. Одна половина волны переменного тока имеет прямую полярность, а вторая – обратную. Прямая полярность способствует увеличению температуры дуги, а половина волны обратной полярности способствует тому, что происходит удаление оксидов из алюминия во время сварки. Поэтому горелка агрегата для сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа, работающего от переменного тока, постоянно переключается между циклом горячей дуги и очистки, однако при низкой силе тока, в точке переключения дуга может быть прервана. Большая часть агрегатов для сварки вольфрамовым электродом оснащена специальной цепью внутри, которая генерирует высокочастотное электричество малой мощности, которое обеспечивает непрерывность процесса. Благодаря высокочастотной регулировке, дугу при сварке вольфрамовым электродом в среде инертного газа достаточно легко создать, не прикасаясь электродом к рабочей поверхности, при этом во время сварки дуга будет более стабильной. На многих агрегатах высокочастотную систему можно отрегулировать на передней панели, выбрав одно из положений: «начало дуги», «выключено» или «включено постоянно». При сварке железистых металлов, высокая частота используется, в основном, для начала дуги.

Наклонная регулировка усиления является опцией, благодаря которой сварщик может отрегулировать параметры волны, чтобы получить оптимальную комбинацию проплавления и чистки на алюминии. Даже чистый кусок алюминия содержит некоторые оксиды в основном материале, а наклонная регулировка усиления позволяет выполнить качественный сварной шов без содержания оксидов. Большинство современных агрегатов для сварки оснащены опцией прямоугольной волны переменного тока. Традиционная синусоидальная волна с высокой частотой создает мощную радиоинтерференцию, а также некоторые трудности при сварке алюминия (смотрите иллюстрацию). Новые сварочные агрегаты являются полупроводниковыми, в которых создаваемая волна состоит из верхних и нижних прямоугольников, а не полукругов. Это значит, что высокая частота будет нужна не так часто, а электрод такой же толщины можно использовать при более высокой силе тока. Возможно, обсуждение электрических волн не слишком интересует сварщика-любителя, однако, по крайней мере, вы сможете лучше понять объяснения производителей по поводу сварочного оборудования. Достаточно сказать, что современная технология прямоугольной волны и полупроводниковая электроника являются желательными опциями в агрегатах для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа.

Другая функция, о которой вы, возможно, слышали, - это подача защитного газа после прекращения дуги. При выполнении сварного шва, по окончании рекомендуется подать газ на край шва, когда он остывает, чтобы избежать попадания загрязнений на сварной шов. На более профессиональных агрегатах существует регулируемый таймер, который позволяет подавать защитный газ в течение длительного промежутка времени после того, как вы убрали ногу с педали и остановили дугу. Не убирайте горелку после того, как дуга прекратится, и защитный газ будет продолжать поступать на сварной шов в течение указанного времени. Эта функция может пригодиться при сварке стали, однако, в основном, ее используют для алюминия, магния и хрупкой высокопрочной стали, например 4130, которые используются в самолетостроении и производстве гоночных автомобилей.

6.12. Чем больше размер сварочного агрегата, тем больше сила тока и рабочий цикл. На иллюстрации изображен агрегат TIG-Star 250, который работает от нескольких однофазных источников входной мощности с рабочим циклом 60% при силе тока 200 А, а при силе тока 140 А рабочий цикл составляет 100%.

6.13. Стандартная синусоидальная волна переменного тока проходит, постоянно меняя полярность, поэтому мощность на выходе постоянно изменяется. Новая технология прямоугольной волны позволяет использовать электроды при более высокой силе тока и обеспечивать отличное начало дуги и ее стабильность, однако без радиоинтерференции традиционного высокочастотного наложения. Прямоугольная волна преобразует электричество гораздо быстрее, что обеспечивает высокое качество сварных швов на цветных материалах.

Данная опция получила название подачи защитного газа после прекращения дуги. Однако существует также подача воды к горелке после прекращения дуги, которая помогает охладить вольфрамовый электрод до температуры, при которой он не будет окисляться.

Большая часть агрегатов для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа, предназначенных для использования в мастерских, оснащены водным охлаждением горелки, однако некоторые из них могут быть оснащены воздушным охлаждением, а система водяного охлаждения будет выступать в качестве опции (смотрите иллюстрацию).

В действительности, оборудование для водяного охлаждения горелки увеличивает общую стоимость агрегата. В некоторых мастерских система водяного охлаждения состоит из дополнительного блока, установленного на основной агрегат. Данный блок содержит от 4 до 20 л воды, водяной насос, небольшой радиатор и вентилятор. Это, так сказать, миниатюрная система охлаждения двигателя. В мастерских, где может использоваться довольно высокая сила тока или где выполняются длинные сварные швы, горелку можно подсоединить к источнику проточной воды, а нагретая вода будет возвращаться обратно в водопроводную систему. Данная система будет расходовать большее количество воды, однако при этом горелка будет охлаждаться намного эффективнее, чем в системах водяного охлаждения с рециркуляцией жидкости (смотрите иллюстрацию).

Система защитного газа агрегатов для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа отличается от системы, которая устанавливается в агрегатах для сварки металлическим электродом в среде инертного газа, о которой мы говорили в предыдущей главе, кроме тех случаев, когда используется гелий, аргон или смесь этих газов. В большей части агрегатов для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа используется баллон с защитным газом как можно большего объема, так как о портативности данного вида сварки беспокоятся мало (смотрите иллюстрацию). В мастерских, где занимаются сваркой вольфрамовым электродом в среде инертного газа, чаще всего агрегат установлен около рабочего места, поэтому нет необходимости в его перемещении, хотя новые агрегаты с воздушным охлаждением можно перемещать по мастерской без особых трудностей.

В отличие от баллонов, которые используются в кислородно-ацетиленовой сварке, и большинства баллонов сварки металлическим электродом в среде инертного газа, в которых устанавливаются двойные указатели, агрегаты для сварки вольфрамовым электродом оснащены одним круглым манометром на баллоне и датчиком интенсивности потока вместо второго указателя. Датчик интенсивности потока защитного газа представляет собой вертикальную стеклянную трубку со шкалой и окрашенным шариком внутри. При подаче защитного газа и нажатии на педаль, шарик будет перемещаться внутри трубки, указывая интенсивность потока защитного газа (смотрите иллюстрацию).

6.14. Менее дорогие агрегаты для сварки металлическим электродом в среде инертного газа оснащены воздушным охлаждением, они получают все большее распространение в мастерских, где ранее подобное оборудование считалось слишком дорогим. Данный агрегат Miller "Econo-TIG" используется в мастерской по изготовлению гоночных автомобилей, он установлен на самодельную тележку, что обеспечивает его портативность.

6.15. Современное состояние развития агрегатов для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа отображено в данном агрегате Heli-arc 306 компании L-TEC с силой тока 300 А. Данный полупроводниковый агрегат с технологией прямоугольной волны обеспечивает высокие технические характеристики и прочность. К дополнительным функциям можно отнести наклонную регулировку усиления, управление балансом волны, направление потока защитного газа после прекращения дуги, а также точную настройку мощности дуги.

6.16. Баллоны с аргоном имеются в свободной продаже в различных объемах. От объема баллона зависит, будет ли агрегат портативным, а также возможная длительность операции сварки. На иллюстрации показаны баллоны различного объема, начиная слева: 566 л, 1557 л, 2265 л, 3,539 л, 4360 л и 7022 л.

Профессиональные сварщики предпочитают датчик потока защитного газа, так как окрашенный шарик можно увидеть издалека, поэтому не нужно вставать и специально смотреть на него, если вы хотите узнать интенсивность потока. Достаточно просто нажать на педаль, затем вы увидите показания датчика.

Соответствующая интенсивность потока воздуха очень важна для поддержания чистоты шва, чтобы избежать попадания загрязнений. Для наиболее часто используемых видов стали интенсивность потока защитного газа (аргона) должна составлять 226,5-283 л/ч, при условии, что толщина материала не превышает 3 мм. Имейте в виду, что интенсивность потока защитного газа будет увеличиваться при увеличении силы тока и толщины свариваемого материала. Для сварки нержавеющей стали интенсивность потока защитного газа должна быть несколько выше, чем для сварки обычной стали, однако, если вы варите алюминий, интенсивность потока защитного газа необходимо увеличить до 424,8-566,3 л/ч, при этом ограничения по толщине свариваемого материала будут такими же, к тому же, возможно, понадобится использовать вольфрамовый электрод большего диаметра.

Конечно же, аргон является наиболее часто используемым защитным газом для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа, он может использоваться практически со всеми металлами (смотрите иллюстрацию). Чистый гелий используется крайне редко, однако в промышленных масштабах часто используется смесь аргона и гелия, при этом задействуются лучшие химические характеристики одного и другого газа. Аргон облегчает процесс начала дуги, обладает очищающим действием, а также позволяет лучше контролировать образование сварочных ванн, в то время как гелий помогает увеличить температуру при варке, обеспечивает более глубокое проплавление металла и более высокую скорость образования сварного шва, например, при сварке более плотных материалов. Смесь аргона и гелия часто используется для ускорения сварки цветных металлов. Наличие гелия в смеси помогает создавать больше тепла при сварке алюминия, как сказал один сварщик, «это что-то вроде турбокомпрессора для автомобиля».