Теоретические основы функционирования сварочных инверторов

Важнейшей характеристикой любого сварочного инвертора, устойчивого к колебаниям питающего напряжения, является специфичный вид вольтамперной характеристики дуги. В общем виде ВАХ идентична у всех многочисленных представителей инверторного оборудования, тут переносной Сварог сварочный аппарат тут мало отличается от премиального стационарного агрегата для высокопроизводительной и особо точной сварки. В теории ВАХ должна соответствовать следующему рисунку:

(image)

При малых токах напряжение на дуге падает с ростом рабочего тока. Конкретное значение этого падающего (на рисунке – левого) участка весьма различно у различных типов инверторных аппаратов, но он обязательно присутствует. Чем выше приложенная к искровому промежутку разница потенциалов, тем легче возбуждение дуги. На присутствии крутопадающего участка ВАХ и основаны все имеющиеся технологии HotStart, благодаря которым поджиг дуги стал незамысловатой сварочной процедурой. В большинстве моделей инверторов напряжение холостого хода U_хх, непосредственно определяющее легкость и эффективность возбуждения дуги, лежит в пределах 70…95 Вольт. Для регулировки U_хх используются различные устройства (осцилляторы и др.)

Чем круче падающий участок вольтамперной характеристики – тем стабильнее поджиг, тем большей универсальностью отличаются возможности аппаратуры. Устойчивость горения электродов различных типов, в том числе по чугуну, «нержавейке» и цветным металлам, обеспечивается крутопадающим участком ВАХ.

Прямолинейный сегмент графика, когда рост сварочного тока вовсе не зависит от приложенного напряжения, включает широкий диапазон от нескольких десятков до нескольких сотен Ампер. Стабильность электрической дуги к напряжению на среднем участке ВАХ прекрасно подходит для сварки самых различных металлов. Этот участок – рабочий, перенос электродного расплава к свариваемой детали осуществляется в его пределах. Для сварочных инверторов, устойчивых к случайным отклонениям внешних условий сварки, протяженность прямого участка напрямую определяет мощность аппарата.

Важно отметить, что напряжение на сварочной дуге в процессе работы вовсе не будет жестко заданной величиной. Оно зависит не только от приложенного тока, но и от длины самой дуги. Имеется достаточно точная эмпирическая формула:

U_д = U₀ + B*L, где

U₀ – постоянная величина, определяемая падением напряжения на аноде и катоде и не зависящая от длины факела;

B – коэффициент, характеризующий падение напряжения на дуге в зависимости от ее длины, измеряемый в Вольт/миллиметр;

L –длина сварочной дуги в миллиметрах.

К примеру, Сварог (сварочный инвертор из числа наиболее распространенных) обеспечивает стабильные рабочие характеристики при атмосферном давлении и металлическом электродном сердечнике при U_д от 18 до 28 Вольт. Для стальных электродов и большинства сварочных инверторов устойчив параметр U₀, он равен примерно 10 Вольтам. Коэффициент падения B составляет величину порядка 2 В/мм. Отсюда несложно высчитать допустимую длину факела – она равна от 4 до 8 миллиметров, вне этих пределов дуга оборвется или приведет к лавинообразному нарастанию дефектов (прожоги, кратеры и т.д.) Опытному сварщику достаточно нескольких минут работы даже на новом оборудовании и для поджига, и для выбора оптимального зазора. Начинающему же оператору инверторных возможностей такая элементарная арифметика не помешает.

Третий участок ВАХ у настоящих сварочных аппаратов – от Сварогов до EWM b Kemppi - на практике выглядит совершено иначе, чем на первом рисунке. Аппаратными методами достигается принудительное снижение дугового напряжения после прохождения им точки I_max:

(image)

Правый участок снижения ВАХ важен для длительной работоспособности оборудования и охраны труда. Предотвращение пробоя при коротком замыкании достигается различными способами – использованием вспомогательных токовых трансформаторов, резонансных LC-цепей, синергетических организованных схем с обратной связью и т.д. Современные инверторные аппараты обеспечивают ограничение по мощности в автоматическом режиме, без участия оператора (сварщика). Более того, самостоятельная регулировка параметров крутизны падения ВАХ крайне опасна, влечет немедленное прекращение гарантийных обязательств, а на премиальном оборудовании практически недостижима.

Кроме вышеизложенных теоретических требований к источнику сварочного тока, немаловажны и опциональные возможности оборудования. В зависимости от конкретных условий применения, следует принимать во внимание следующие характеристики:

• Защищенность от грязи, пыли и влаги;
• Показатель ПВ как основной критерий производительности;
• Наличие вспомогательных систем стабилизации дуги и ее поджига;
• Наличие тепловой защиты силовых частей (не обязательно по току, но и атмосферных);
• Мобильные возможности при необходимости переносной сварки.

В целом модельный ряд инверторных сварочных аппаратов достиг такого разнообразия технических, эксплуатационных и ценовых возможностей, что выбрать именно «свой инвертор» несложно. Достаточно четко знать главные производственные задачи, особенности применения оборудования и обладать не слишком экономичным бюджетом.

Информация предоставлена интернет-гипермаркетом сварочного оборудование Тиберис - tiberis.ru