Как работает сварочный аппарат: от электрической дуги до прочного шва

Сварочный аппарат работает так: источник тока создаёт электрическую дугу между электродом и свариваемым металлом. Температура дуги достигает 5000–7000 градусов Цельсия, этого достаточно, чтобы расплавить сталь, нержавейку или алюминий. Жидкий металл двух деталей смешивается в общую ванну и при остывании образует монолитное соединение, по прочности не уступающее основному металлу.

Источник тока и принцип электрической дуги

Электрическая дуга возникает при пробое воздушного зазора между электродом и металлом. Для её поддержания нужны определённые параметры тока. Трансформаторные аппараты понижают сетевое напряжение 220–380 вольт до рабочих 20–80 вольт, увеличивая силу тока до 100–300 ампер. Однако они работают на переменном токе, который создаёт нестабильную дугу и разбрызгивание металла.

Инверторные аппараты преобразуют переменный ток сети в постоянный, затем снова в переменный с частотой 20 000–100 000 герц, после чего выпрямляют его. Высокая частота позволяет использовать малогабаритный трансформатор, поэтому инвертор весит 2–5 килограммов против 15–30 килограммов у трансформаторного аппарата. Постоянный ток дуги обеспечивает стабильное горение, меньше брызг и более качественный шов.

Виды сварки и способы защиты ванны

Ручная дуговая сварка (ММА) использует покрытый электрод. Обмазка электрода при сгорании выделяет газ и шлак, которые образуют защитный купол над расплавленной ванной и не дают кислороду окислить металл. После остывания шлак отбивают молотком. Этот метод прост, не требует газовых баллонов и применим на открытом воздухе.

Полуавтоматическая сварка (MIG/MAG) подаёт тонкую проволоку диаметром 0,6–1,2 миллиметра через горелку с постоянной скоростью. Роль защиты берёт на себя инертный газ (аргон) или активный газ (углекислота), подаваемый из баллона. Метод производительнее ручного, применяется в автомобилестроении, машиностроении и монтаже металлоконструкций. Аргонодуговая сварка (TIG) использует нерасплавляемый вольфрамовый электрод и отдельный присадочный пруток; она даёт идеально чистый шов на тонком металле, нержавейке и алюминии.

Параметры и режим сварки

Выбор силы тока зависит от толщины свариваемого металла. Ориентировочное правило: на каждый миллиметр толщины стали нужно 30–40 ампер. Лист толщиной 3 миллиметра варят при токе 90–120 ампер, конструкционную трубу 10 миллиметров при 300–350 амперах. При заниженном токе дуга гаснет и появляются непровары; при завышенном металл прожигается насквозь.

Скорость ведения электрода влияет на ширину и выпуклость шва. Опытный сварщик держит дугу длиной 2–4 миллиметра, равной диаметру электрода, и ведёт его равномерно без рывков. Наклон электрода на 70–80 градусов к поверхности помогает расплавленной ванне правильно формироваться. Положение сварки (нижнее, вертикальное, потолочное) требует разных настроек тока и техники манипуляций.

Безопасность при сварочных работах

Электрическая дуга излучает ультрафиолет и инфракрасное излучение, вызывающее ожог сетчатки при взгляде без защиты. Сварочная маска с затемнённым светофильтром (класс DIN 9–13 в зависимости от тока) обязательна. Автоматические маски-хамелеоны затемняются за 0,5 миллисекунды при поджиге дуги. Сварочные аэрозоли содержат оксиды металлов, поэтому работу ведут в вентилируемом помещении или используют респиратор. Брезентовые краги, сварочная куртка и щиток для ног защищают от брызг расплавленного металла, которые разлетаются на метр и более.