Статья бренд-менеджера ТМ BestWeld Шкляревского Ю.ТЕХНОЛОГИИ ОБМАНА: СВАРОЧНЫЕ АППАРАТЫ MMA

Сварка штучным электродом на просторах бывшего СССР имеет традиционное отечественное название - Ручная Дуговая Сварка, или сокращенно РДС. В западном мире и среди соотечественников, приступивших к освоению этой технологии не так давно, распространено англоязычное название MMA (от Manual Metal Arc – в буквальном переводе «ручная дуговая сварка металлов»). Речь идет абсолютно об одном и том же процессе.

Китайская промышленная революция сделала сварочное оборудование доступным для сотен миллионов людей с точки зрения цены. А применение инверторных технологий резко снизило уровень требований к уровню подготовки сварщика и к мощности источника электропитания. В итоге со второй половины нулевых годов мировой рынок инструмента потряс настоящий бум сварочного оборудования. В первую очередь, MMA: не менее 9 из 10 аппаратов, приобретаемых в розницу в нашей стране, относятся именно к ручной дуговой сварке штучным электродом. Сегодня сварочный аппарат еще не сравнялся по распространенности с молотком или дрелью, но уже точно превзошел некоторые виды электроинструмента и другого традиционного оборудования для строительства и ремонта. Тем не менее, разбираться в этом непростом оборудовании потребители лучше не стали. Чем беззастенчиво пользуются недобросовестные розничные торговцы и даже отдельные производители и импортеры.

НЕОДИНАКОВЫЙ ОДИНАКОВЫЙ СВАРОЧНЫЙ ТОК: ОДИН ВАРИТ, ДРУГОЙ НЕТ

Одной из немногих характеристик сварочного аппарата, в которых потребители разбираются хорошо (или думают, что разбираются), является диапазон сварочного тока. Причем главной является именно верхняя граница диапазона. Даже не искушенному в электрических процессах человеку понятно, что чем больше сила тока, выдаваемая аппаратом, тем лучше. По крайней мере, тем легче будет идти сварочный процесс.

Зерно разумного в таком предположении есть, но в целом оно ошибочно. Любой продавец в магазине сварочного оборудования пояснит, что чем выше сила максимального тока, тем больше диаметр электрода, который можно использовать с данным аппаратом. Подбор типа и диаметра электрода зависит от многих параметров, но непрофессиональным сварщикам обычно рекомендуют электроды АНО-21 или МР-3 из расчета диаметра «1 к 1»: чтобы диаметр электрода приблизительно был равен толщине свариваемого металла. Отсюда и выбор аппарата по току: ориентировочно 40-50А сварочного тока на 1 мм диаметра электрода. Еще раз, обе эти «методики» расчета – и диаметра электрода, и тока, требуемого для работы им - очень неточные. Зато просты и доступны для человека с ограниченным опытом или вообще без него. Именно ими, а не справочными таблицами, пользуется большинство обученных продавцов в профильных магазинах.

И вот покупатель определился с решением: будет варить электродом до 4,0 мм включительно. Значит, аппарат нужен, чтобы выдавал 160-200А сварочного тока. В магазин пришли 2 соседа по дачам. Один берет «по-минимуму» - аппарат на 160А. Второй с запасом – на 200А. Благо, разница в цене незначительна. Производитель первого заявляет, что аппарат справится с электродом до 4,0 мм, второго – до 5,0 мм.

Оба покупателя остаются довольными до того момента, пока решают попробовать свои аппараты в деле на электродах 4,0 мм. И вот тут вдруг обнаруживается удивительный сюрприз: поочередно подключаемые к одному и тому же источнику питания, аппарат с пределом в 160А 4,0-мм электрод «тянет». А аппарат с заявленным пределом в 200А 4,0-мм электрод поджигает, но дугу вести не дает – сразу обрывает. Про 5,0-мм электрод и говорить нечего. Расстроенный покупатель идет в сервисный центр, где его аппарат ставят на стенд и наглядно демонстрируют, что тот выдает даже больше заявленных 200А. Может, все 250А. Так что к аппарату претензий быть не может, и проблемы нужно искать где-то еще: в источнике электропитания, используемых электродах или вообще в том месте, откуда руки растут. Как же такое возможно???

Точно так же, как при игре в наперстки или обмене валюты с рук. Хотя иногда у поставщика оборудования нет заведомого умысла обмануть покупателя. Возможно, выдача менее мощного оборудования за более мощное происходит вследствие элементарной безграмотности. Но нередко, если верить менеджерам китайских заводов, это прямое указание российских (а также украинских, азиатских, ближневосточных, африканских и многих других) импортеров.

Оптимальный режим работы при сварке штучным электродом подразумевает ведение электрода на расстоянии от поверхности свариваемого металла, приблизительно равном диаметру электрода. (Точно выдерживать это расстояние, конечно, невозможно, но с опытом получается неплохо). Для поддержания дуги, т.е. перетекания электрического тока, требуется электрическое напряжение. И не какое-нибудь, а строго определенное. Рабочее сварочное напряжение регламентируется отечественными и международными стандартами. Оно должно составлять:

Uсв=20+0,04*Iсв, 

где Iсв – сварочный ток.

Несложно подсчитать, что для тока 160А сварочное напряжение должно составлять 26,4В, а для тока 200А – 28В. Практически на любом сварочном аппарате ММА можно обнаружить табличку, обычно отпечатанную прямо на корпусе, где обязательно указаны эти два показателя – сварочного тока (I2) и сварочного напряжения (U2). Увы, не факт, что они отражают действительные возможности аппарата. Также как данные в техническом паспорте, на упаковке, ценнике, в описании в Интернете и т.д.

Именно тот максимальный ток, для которого сварочный аппарат способен обеспечить предписываемое стандартом сварочное напряжение, и является его фактическим максимальным током. Иначе этот показатель называют максимальным номинальным током сварочного аппарата, или просто номинальным током аппарата. Так что, если ваш аппарат «не тянет» электрод, проверить нужно не только выдаваемый им сварочный ток, но и выдаваемое при этом сварочное напряжение.

Если последнее недотягивает до положенного по стандарту уровня пару вольт, аппарат расчетным электродом варить будет. Электрод придется вести ближе к свариваемому металлу, т.е. поддерживать более короткую дугу. Это неудобно и чревато непроизвольным «чирканьем». Но все-таки для опытного сварщика не смертельно – шов положить получится, хотя и не без мучений. При сварочном напряжении ниже 20 Вольт вести 3-4 мм электродом дугу не удастся в принципе. Она будет разрываться при попытке минимально приподнять электрод над поверхностью металла.  

«Зачем же так делать аппараты?» - наивный вопрос. Чтобы сэкономить на комплектующих. Чаще всего с умыслом привлечь покупателя, выдавая менее мощный аппарат за более мощный. Ведь величина номинального тока сварочного аппарата всецело зависит от источника питания  и его собственной мощности. А собственная мощность определяется мощностью основных компонентов самого аппарата: высокочастотного трансформатора, конденсаторов, транзисторов, реле. Естественно, чем мощнее компонент, тем дороже.

 

Если мощности источника питания недостаточно для обеспечения выходной мощности аппарата (произведение сварочного тока на сварочное напряжение), то, конечно, даже самая добросовестная комплектация аппарата ситуацию не спасет. Однако если в аппарат вставлены компоненты, не способные обеспечить заявленную мощность на выходе, то тут уж возможности источника питания ни при чем. Хоть к гидроэлектростанции подключай, а повысить мощность на выходе не удастся. Но… можно изменить параметры схемы аппарата так, чтобы при достижении предела выходной мощности аппарата ток еще можно было бы увеличить. За счет чего? За счет дальнейшего снижения сварочного напряжения, естественно. По стандарту положено: 160А*26,4В=4,24кВт. А можно эту же мощность разложить по-другому: 200A*21,2В=4,24кВт. Вот и получится, что в первом случае аппарат на 160А – это действительно аппарат на 160А. Он и электрод 4,0 мм будет плавить нормально. Во втором случае аппарат на 200А в действительности рассчитан на меньший номинальный сварочный ток. На какой именно, можно выяснить экспериментальным путем, одновременно замеряя сварочный ток и сварочное напряжение. 

 

 

НЕОДИНАКОВЫЙ ОДИНАКОВЫЙ СВАРОЧНЫЙ ТОК-2, ИЛИ ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА (ВАХ)

Сложновато? Если нет, то об этом же еще более сложно, зато наглядно. Я имею ввиду вольт-амперные характеристики аппаратов, а если точнее, параметров выдаваемой ими сварочной дуги (это не одно и тоже, но для простоты понимания будем считать, что одно). 

Режим обеспечения аппаратом сварочного тока и соответствующего сварочного напряжения обеспечивается только в определенном диапазоне выдаваемого сварочного тока. Этот диапазон называется рабочим диапазоном сварочного тока аппарата – на рис. соответствует отрезку «B». В пределах этого диапазона сварочное напряжение с изменением сварочного тока изменяется незначительно – по упомянутой выше формуле 20+0,04*Iсв. Получается, что разница между сварочными токами 160А и 200А составляет 40 ампер. В то же время разница между сварочными напряжениями, соответствующими этим токам, - всего 1,6 вольта.   

А что лежит в диапазоне ниже минимальной и выше максимальной границ сварочного тока?

На токах ниже минимальной границы рабочего диапазона (отрезок «A» на диаграммах ВАХ выше) сварочное напряжение значительно превышает требуемое стандартом. Однако этот участок соответствует очень важному этапу сварочного процесса – поджигу сварочной дуги. Чем выше напряжение до момента возникновения дуги, тем легче ее поджиг. (Ниже вопрос уровня напряжения холостого хода разъясню подробнее). С поджигом дуги напряжение снижается до рабочего.

Гораздо интереснее поведение сварочной дуги различных аппаратов за пределами верхней границы диапазона рабочих токов (на диаграмме выше отрезок «С»). Потому как ведут себя разные аппараты по-разному. Одни аппараты за пределами верхней границы рабочего диапазона удерживают сварочный ток на уровне, близком к уровню верхней границы. О таких аппаратах говорят, что вольт-амперная характеристика у них крутопадающая, или «штыковая» (левая диаграмма). У других аппаратов по достижении предела рабочего диапазона ток продолжает расти, но сварочное напряжение падает. Чем выше ток, тем ниже сварочное напряжение. О таких аппаратах говорят, что вольт-амперная характеристика у них полого падающая (правая диаграмма).  

Падающий отрезок ВАХ начинается с номинального тока аппарата. Эта точка на диаграмме соответствует достижению максимума мощности аппарата. Дальнейшее увеличение сварочного тока может достигаться только за счет одновременного снижения сварочного напряжения. Кульминацией роста тока аппарата является момент «втыкания» электрода в свариваемый металл. Т.е. короткое замыкание электрода на свариваемый метал. При прямом контакте сопротивление минимально, и ток достигает максимума.

Получается, что аппараты со «штыковой» ВАХ имеют максимальный сварочный ток, близкий к току короткого замыкания. При «втыкании» электрода в листовой металл такой аппарат его не прожжет, если только ток подобран правильно. Аппараты с полого падающей ВАХ имеют «значительный запас по току», т.е. способны выдавать ток, существенно превышающий номинальный. При этом уровень напряжения, естественно, обратно пропорционален току. Такие аппараты при «втыкании» электрода в листовой металл вполне прожечь его могут, даже если ток сварки был подобран правильно, - ведь при «втыкании» сила тока резко возрастет. Все зависит, конечно, от толщины металла и величины тока на режимах, близких к короткому замыканию.

Если посмотреть на проблему с мошенничеством на мощности аппаратов с точки зрения вольт-амперных характеристик, получается, что недобросовестные (реже неграмотные) производители и импортеры конструируют аппараты с полого падающей характеристикой, выдавая их нерабочий диапазон токов за рабочий. Т.е. выдавая менее мощные аппараты, рассчитанные на меньшие номинальные сварочные токи, но с полого падающей характеристикой, за более мощные аппараты, рассчитанные на большие сварочные токи.

На приводимом выше изображении двух ВАХ, схематически выполненном автором в «детском» редакторе Paint Brush без претензий на какую-либо точность, тем не менее, видно, что штыковая ВАХ слева принадлежит более мощному аппарату, чем полого падающая ВАХ справа. Номинальный сварочный ток у аппарата с ВАХ, приведенной слева, выше. Но ток короткого замыкания у полого падающей ВАХ справа значительно выше. Такая картина соответствует описанному в начале примеру, когда аппарат на 160А способен варить электродом 4,0 мм, а аппарат «на 200А» нет.

ФОКУС-ПОКУС: «АВТОМАТИЧЕСКАЯ» ФУНКЦИЯ ФОРСИРОВАНИЯ ДУГИ ARC-FORCE

Применение электроники позволяет делать оборудование «умным». Инженеры научили сварочные инверторы предугадывать некоторые типовые проблемы сварщика в процессе работы и помогать, компенсируя ошибки человека. Так аппараты, оборудованные функцией Arc Force, отслеживают увеличение длины дуги и на непродолжительное время (доли секунды) форсируют (т.е. увеличивают) подаваемый ток. Если рука просто дернулась, а не специально отводится с целью прерывания шва, такая помощь аппарата удержит дугу, позволив быстро вернуть руку в правильное положение и продолжить шов. Если же рука в отведенное время не вернулась в нормальное положение, это с высокой вероятностью указывает на то, что сварщик отвел руку не случайно. Ток отключается. Очень полезная функция, настоящее достижение научно-технического прогресса! Это понимают практически все производители и импортеры. Поэтому практически все рекламируют данную функцию на своих инверторных аппаратах. В том числе те, на чьих аппаратах ее нет. А таких большинство. 

 

 

Признаком наличия функции форсирования дуги Arc-Force на аппарате является ручка, регулирующая силу набрасываемого при срабатывании Arc-Force тока. Если же на панели управления в гордом одиночестве красуется лишь ручка регулировки силы тока, с высокой вероятностью никакой функции форсирования дуги в аппарате не предусмотрено. Зато аппарат имеет пологую ВАХ, обеспечивающую при укороченной дуге ток заметно выше номинального. Т.е. на стенде он может продемонстрировать «дополнительный» ток сверх заявленного номинального. Но удержать дугу этот ток никак не поможет. Еще раз см. случай выше с аппаратом на 200А.

Кстати, помните, что даже аппараты с действительно присутствующей функцией Arc Force не способны форсировать сварочный ток, если Вы и так работаете на его пределе. На языке действий это означает, что если ваш аппарат рассчитан на номинальный ток 160А, а в режиме срабатывания Arc Force набрасывает до 20А, при срабатывании функции  в режиме 120А, аппарат форсирует ток до 140А. Но в режиме работы на предельном токе 160А набрасывать ему уже нечего – в таком режиме вся мощность аппарата уже задействована. Поэтому, если продавец Вас уверяет, что «это аппарат на 160А, но с включенным режимом форсажа – все 180», это очень маловероятно. Зачем производителю оставлять не реализованной мощность аппарата «про запас» для функции Arc Force? Непозволительная роскошь – ведь эту мощность можно задействовать не для краткосрочных набрасываний тока, а постоянного использования. Т.е. для увеличения верхней границы диапазона рабочего тока.

НЕ ДРЕВНИЕ, НО МИФЫ: ОБ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Важный вывод из изложенного выше: при одной и той же силе сварочного тока уровень сопутствующего ему сварочного напряжения у всех сварочных аппаратов должен быть одинаковым. Он определяется отечественными государственными и международными стандартами, которые, кстати, полностью совпадают. Соответственно, мощность на выходе всех сварочных аппаратов при одинаковом сварочном токе тоже должна быть одинакова:

Pвых=Iсвар*Uсвар,

Где Pвых – мощность на выходе аппарата, Iсвар – выдаваемый аппаратом сварочный ток, Uсвар – сварочное напряжение, соответствующее сварочному току по ГОСТ (=20+0,04*Iсвар). Например, выходная мощность при сварочном токе 160А у любого аппарата должна быть:

Pвых=160А*(20+0,04*160)=4,24кВт

Ну это на выходе – понятно, у всех должно быть одинаково. А на входе? Это же важный вопрос: какова должна быть мощность электрического источника, чтобы к нему можно было подключить сварочник? Полная потребляемая от источника мощность сварочных аппаратов конечно, может отличаться. Но чтобы понять, в каких пределах и насколько, предлагаю разобраться, от чего она зависит.

 

Мощность на выходе сварочного аппарата – это только часть мощности, поступающей на него из розетки или от генератора. В процессе работы электрические компоненты греются и отдают тепло в окружающую среду. Отношение мощности на выходе к непосредственно потребленной мощности на входе называется коэффициентом полезного действия, или сокращенно КПД. Для современных инверторных аппаратов этот показатель обычно лежит в пределах от 80% до 90%. Для расчетов можно брать 85%.

Итого, инверторный сварочный аппарат с номинальным током 160А с КПД 85% потребляет активную мощность, равную:

Pакт=Pвых/КПД

Пример расчета потребляемой активной мощности аппарата для сварочного тока 160А:

Pактив=160А*(20+0,04*160)/0,85=4,97кВт

Но это еще не все. Сварочный аппарат относится к типу приборов, преобразующих в выходную мощность и потери на КПД не всю электроэнергию, потребляемую от источника. Часть этой энергии он возвращает в сеть, не потребив. Возвращенная часть мощности называется реактивной мощностью. Специфика данной статьи не позволяет подробно разложить графики синусоиды тока и напряжения переменного тока, проходящего через сварочный аппарат, и продемонстрировать, откуда берется реактивная составляющая мощности, что такое «сдвиг по фазе» (он же «коэффициент мощности») и как его рассчитать. Вам придется поверить мне на слово, что чтобы получить полную мощность источника питания, требуемую для аппарата, активную мощность придется разделить на тот самый коэффициент мощности, иначе называемый «косинус фи» или еще «косинус угла сдвига по фазе». Опять-таки, Вам придется поверить мне на слово, что для большинства «приличных» современных сварочных инверторов он лежит в пределах 0,8-0,9. Для удобства я беру ту же усредненную цифру, что и для КПД – 0,85. Итого:

Pполн=Pактив/Кмощности

Пример расчета потребляемой полной мощности аппарата для сварочного тока 160А:

Pполн=(160А*(20+0,04*160)/0,85)/0,85=5,85кВА

Обратите внимание, что полная мощность измеряется в Вольт-Амперах (ВА), а не в Ваттах (Вт). Для приборов, преобразующих 100% потребляемой электроэнергии в тепло, показатели в ВА и Вт будут равны. Но не для сварочного аппарата. Рекомендую Вам пользоваться упрощенной формулой, выведенной выше: 

Pполн= Iсвар*Uсвар /0,85/0,85

Зачем пользоваться? Чтобы сразу определить, не вводит ли Вас продавец или производитель в заблуждение. Да и Вам полезно знать, выдержит ли ваш источник электроэнергии подключение сварочного аппарата.

Например, продавец нахваливает Вам аппарат на 160А номинального тока, заявляя, что у него суперэффективное энергопотребление и что с его помощью Вы сможете варить электродом 3,2 мм от обычной бытовой 16-амперной розетки, которая, кстати, рассчитана не более чем на 3,5кВА (16А*220В=3,52кВА).

Какой ток потребуется для ведения работ электродом 3,2 мм? Ну даже из расчета 40А на 1 мм диаметра:

Iсвар=40Ах3,2мм=128А

Какое сварочное напряжение должен обеспечивать аппарат при токе 128А?

Uсвар=20+0,04*128А=25,12В

Теперь осталось подставить полученные значения сварочного тока и соответствующего ему сварочного напряжения в формулу полной мощности:

Pполн= Iсвар*Uсвар /0,85/0,85

Pполн= 128А*25,12В/0,85/0,85=4450ВА=4,45кВа

Продавец вводит в заблуждение. Даже если предлагаемый аппарат и потянет электрод 3,2 мм током 128А, ему нужен для этого источник минимум 4,45кВА. Подключение к розетке 16А в случае продолжительной работы может вызвать перегрев самой розетки или проводки. Хотя, скорее всего, выбьет пробки.  

С минимальным уровнем энергопотребления понятно. А можно ли рассчитать максимальный уровень мощности источника, который может потребоваться аппарату?

Увы, нет. Все приведенные выше формулы позволяют произвести расчеты для оптимального режима сварки, при котором длина дуги приблизительно равна диаметру электрода. Формулы для расчета сварочного напряжения в зависимости от длины дуги тоже существуют. Но вот предсказать поведение аппарата при растягивании дуги только на взгляд нельзя.

На большинстве современных сварочных инверторов растянуть дугу сильно длиннее диаметра электрода не удастся. Компоненты аппарата рассчитаны по мощности впритык.

Хороший аппарат (почти всегда со штыковой вольт-амперной характеристикой) иногда небольшой запас по мощности имеет. При растягивании дуги потребляемая мощность такого аппарата начинает расти. Чтобы не перегружать источник питания, такие аппараты оборудованы функцией ограничения потребляемой мощности. Как только входной ток превышает определенный уровень, срабатывает схема ограничения, и сварочный ток на выходе сбрасывается.

Редко, но попадаются представители китайской промышленности, обладающие значительным запасом по мощности и не оборудованные ограничителем мощности. В частности, автор испытывал аппарат на номинальный ток 200А, который удерживал растягиваемую сварочную дугу вплоть до потребляемой мощности 13кВА (вместо расчетных 7,75кВА). Поэтому при работе от генератора или других источников, где перегрузка может вызвать повреждение источника или другие нежелательные последствия, аппарат сначала нужно проверить на способность ограничивать потребляемую мощность. На веру не стоит воспринимать ни подозрительно низкие показатели энергопотребления, ни даже вполне высокие.

ХОРОШО, ЧТО «..ВАРИТ ОТ 100В!». НО НАСКОЛЬКО ХОРОШО? 

Занижение нижнего порога напряжения источника питания распространено не столь широко, как завышение номинального тока. Этот параметр очевиден для любого потребителя, и его легко проверить. Скорее, имеет место умолчание второй части правды: какой номинальный ток аппарат выдает при пониженном входном напряжении.

Проблема пониженного напряжения, к сожалению, в нашей огромной стране распространена очень широко – производственные и распределительные мощности не успевают за ростом энергопотребления, особенно индивидуального. Первый признак перегрузки – напряжение пониженного уровня: если с источника электропитания отбирать больше зарядов, чем он способен воспроизводить, плотность зарядов на источнике снижается, напряжение падает.

При уровне входного напряжения ниже расчетного, снижается потребляемая, а с ней и выходная мощность сварочного аппарата. Соответственно, существенно снижается его номинальный ток.

Существует 2 принципиальных пути инженерного решения проблемы пониженного напряжения источника питания. Первый: изменение схемы и параметров штатных компонентов аппарата. В первую очередь, коэффициента трансформации высокочастотного трансформатора.

Второй способ – добавление блока корректировки входного питания. Наибольшее распространение получила установка т.н. блоков PFC (Power Factor Correction – в буквальном переводе «корректировки фактора мощности»).

Оба способа требуют дополнительных затрат, особенно установка на входе блока PFC, стоимость которого может составлять более половины сварочного инвертора на 160 ампер без такого блока. Поэтому на аппаратах с номинальным током менее 160 ампер блоки PFC устанавливаются редко. Зато использование блоков корректировки входного питания позволяет работать от более низкого напряжения, чем обычно позволяет добиться изменение параметров штатных узлов.

Если Вы приобретаете аппарат, который планируете эксплуатировать в условиях заведомо пониженного напряжения, недостаточно сравнить уровень ожидаемого напряжения питания с заявленным минимальным порогом напряжения питания аппарата. Нужно разобраться, какой ток будет при вашем входном напряжении выдавать аппарат. Иначе может получиться, что аппарат от обещанного пониженного уровня работает, вот только сварочный ток выдает бесполезно малый.

 

 

 

 

ПВ, ОН ЖЕ ПН ИЛИ РАБОЧИЙ ЦИКЛ – ВСЕ СОГЛАСНО СТАНДАРТОВ. РАЗНЫХ СТАНДАРТОВ. 

 

Сварочный аппарат работает с очень высокими токами, вызывающими нагрев силовых элементов. Поэтому одна из главных задач разработчиков сварочного аппарата – обеспечение эффективного охлаждения. Силовые транзисторы размещаются на объемных алюминиевых «постаментах» - радиаторах, имеющих ребристую поверхность, обеспечивающую максимально возможную площадь отдачи тепла. Мощный вентилятор (иногда 2 или 3 шт) обеспечивает непрерывный обдув с целью охлаждения, Несмотря на это, практически в любом аппарате при работе на токах выше определенного происходит перегрев, срабатывает термическая защита и аппарат на время отключается. Вентилятор продолжает дуть, компоненты аппарата, включая защиту, охлаждаются и снова готовы к работе. Это не аварийная ситуация, а нормальный рабочий режим аппарата.

Отношение времени, которое аппарат в течение контрольного периода выдает заданный ток, к этому самому контрольному периоду, называется рабочим циклом аппарата или, иначе, полезным временем (ПВ). Еще иногда – продолжительностью нагрузки (ПН).

ПВ указывается в %. Обычно указывается сварочный ток, на котором аппарат имеет данный показатель ПВ. Например, «120А-90%» означает, что при работе током 120А данный аппарат может выдавать ток 90% времени, и только 10% остывать. Естественно, чем ближе ток к номиналу аппарата, тем быстрее аппарат греется. Т.е. тем ниже показатель ПВ. Если ПВ указан без упоминания силы тока, значит, данный ПВ соответствует режиму номинального тока аппарата. Так показатель ПВ «30%» для аппарата с диапазоном сварочного тока 10-160А означает, что при рабочем токе 160А данный аппарат будет варить 30% времени, а 70% остывать.

Вроде бы все понятно. Но… Существуют различные методики измерения ПВ. И в отличие от единых для всего мира стандартов соответствия сварочного тока и сварочного напряжения дуги, методики измерения ПВ отличаются принципиально. Один и тот же аппарат по разным методикам получит совершенно разный процент ПВ!

Знакомьтесь: самые распространенные методики измерения ПВ сварочного аппарата – европейская, китайская и советская.

Европейская. Подразумеваются условия испытаний, описанные в европейском стандарте EN60974-1. При температуре окружающей среды 40С аппарат включают на заданный сварочный ток и засекают, сколько он непрерывно проработает до первого отключения. Полученный результат относят к 10-минутному отрезку времени. Если за эти 10 минут термозащита так и не сработала (и аппарат при этом не сгорел), значит, рабочий цикл аппарата на этом токе равен 100%.

Методика фирмы Telwin. Ее же в наши дни можно с полным правом назвать китайской. Итальянский концерн Telwin оказал колоссальное влияние на развитие китайских производителей. Его аппараты MMA, MIG-MAG и контактной сварки были прародителями значительной части китайской продукции. И еще сегодня в Поднебесной на неисчислимых производственных линиях можно отыскать братиков-близнецов аппаратов TELWIN. Кроме схем аппаратов, в Китае по достоинству оценили и предложенную итальянским производителем методику измерения ПВ аппаратов. При температуре 20С аппарат не просто нагружают сварочным током, но жгут реальные электроды. При этом учитывается не непрерывное время работы до первого отключения, а суммарное рабочее время сварки за 10 минут. Естественно, показатель ПВ по методике TELWIN получается значительно (до 2 раз) выше, чем при следовании методике EN60974-1. Сама компания TELWIN при указании ПВ по своей методике уточняет это, добавляя «Telwin» после процентного показателя. Замеряющие ПВ по ее методике китайские производители таких подробностей не указывают.

 

 

Российская, она же советская. ГОСТ претерпел ряд редакций, в частности - ГОСТ Р МЭК 60974-1-2004. Условием отечественной методики является обязательное доведение аппарата до режима срабатывания защиты перед началом измерений. Т.е. сначала вводят в режим интенсивной эксплуатации, и только потом производят замеры. Для аппаратов ручной дуговой сварки отечественная методика предусматривает измерения в течение 5 минут, а не 10.

Характерно, что ГОСТ Р МЭК 60974-1-2004 в обязательном порядке относится лишь к сварочному оборудованию промышленного и профессионального назначения и – цитирую – «Стандарт не распространяется на источники питания для ручной дуговой сварки с ограниченным режимом эксплуатации, которые проектируются преимущественно для эксплуатации непрофессионалами». Вероятно, именно этим обстоятельством объясняется не только слабая распространенность отечественной методики, но и свобода трактовки показателя ПВ производителями и импортерами.

И все-таки, какой цикл работы можно считать подходящим? По оценкам специалистов, опубликованных в открытых источниках, реальный цикл работы сварщика ручной дуговой сварки не превышает 20%. Причем эти 20% времени не являются непрерывным отрезком. Более 80% времени уходит на перемещения, контроль уложенного шва, сбив шлака, замену электрода и др.  Так что даже ПВ 30%, замеренного по китайской методике, практически любому сварщику при не очень жаркой погоде будет достаточно – простаивать в ожидании охлаждения аппарата не придется. Если же данный показатель критичен, то лучше не сверять показатель ПВ аппаратов разных марок, а купить аппарат, рассчитанный на более высокий номинальный ток. У него ПВ на том же токе будет точно выше.

А пока ценники реальных и виртуальных магазинов пестрят различными впечатляющими показателями ПВ. И чинные продавцы объясняют неопытным покупателям преимущества больших циферок над маленькими.

НАПРЯЖЕНИЕ ХОЛОСТОГО ХОДА И ФУНКЦИЯ HOT START – ЗВУЧИТ КРАСИВО

Чем выше напряжение, тем легче поджечь дугу. Поэтому напряжение на кончике электрода до возгорания дуги кратно выше, чем при горящей дуге (в большинстве случаев от 1,8 до 2,5 раз). Но слишком высокое напряжение опасно для жизни и здоровья человека. Поэтому выше 80-85В напряжение холостого хода, иначе называемое напряжением без нагрузки, не делают. (В своей книге «Сварочный инвертор – это просто» В.Негуляев утверждает, что до 95В; Ф.Кобелев в своей книге «Как сделать сварочные аппараты своими руками» ссылается на ГОСТ95-77Е и его требование – не более 80В; ГОСТ 12.2.007.8-75 предусматривает предел в 80В для аппаратов переменного тока и 100В постоянного). Впрочем, автору не известны электроды для сварки черных металлов, которые для поджига требовали бы больше 60В. Одновременно автор не слышал об инверторных аппаратах, у которых заявленное напряжение холостого хода было бы ниже 63В.

Чтобы сделать процесс поджига дуги еще легче, изобрели функцию «горячего поджига дуги» - Hot Start. По своей сути она обратна функции Arc Force. Arc Force кратковременно набрасывает ток при опасности разрыва дуги. Hot Start кратковременно набрасывает ток при попытке разжечь дугу.

Как и Arc Force, Hot Start «прыгнуть выше крыши» не может. Для аппарата с номинальным током 160A Hot Start не увеличит ток до 180А. Как показывают тестирования аппаратов, у большинства аппаратов с заявленной функцией HOT START по факту она отсутствует. Вместо нее имеет место повышенный ток при замыкании электрода на метал. И чем более пологая ВАХ, тем больший ток «накидывает» заявленная, но в действительности не существующая на таком аппарате функция HOT START. Помочь разжечь дугу такой дополнительный ток вряд ли может – сварочное напряжение не выдерживается.

На практике заметить разницу напряжения холостого хода в 70 и 80 вольт «по ощущениям» сможет не каждый эксперт, не говоря о новичке. Равно как и набрасывание незначительного тока, если только электроды не дефектные и не отсыревшие, или напряжение холостого хода 60В и ниже.

ЛЮБОЙ КАПРИЗ ЗА ВАШИ ДЕНЬГИ И ЛЮБОЙ СЮРПРИЗ ВМЕСТО НИХ

Я перечислил лишь самые распространенные случаи «экономии» за счет характеристик продаваемого оборудования, встречаемые у некоторых торговых марок федерального масштаба. Еще цена может отличаться в зависимости от марки комплектующих. На характеристиках это обычно не отражается. Более того, нельзя однозначно утверждать, что из 2 аппаратов обязательно надежнее и дольше прослужит именно тот, на котором стоят более высококлассные (и дорогие) комплектующие. Хотя если взять статистику на 2 000 аппаратов, такое, скорее всего, утверждать будет можно.

Цифровые аппараты обычно стоят дороже, чем аналоговые на тот же ток. Цифровой сварочный аппарат – это аппарат с микропроцессорным управлением. Они могут общаться с пользователем посредством дисплея. Аналоговый аппарат – тоже электронный. Но обработка сигналов в нем происходит на уровне взаимного влияния электрических параметров компонентов друг на друга. Является ли цифровой аппарат гарантией более качественного сварочного процесса? Вовсе нет. Лучше купить аналоговый инвертор, выдающий заявленные характеристики, чем цифровой, вводящий в заблуждение. Хотя стремящиеся к экономии производители редко усложняют свои модели с завышенными характеристиками. Их первейшая задача – экономия. Электронный дисплей, кстати, – не признак микропроцессорного управления. Более того, амперметр можно настроить так, что он будет показывать на дисплее не тот ток, который в действительности выдает аппарат.

В Китае более 3000 заводов, выпускающих сварочные аппараты MMA. При такой конкуренции и отсутствии прямой связи с рынками, где их продукция продается, многие заводы концентрируются на самом очевидном направлении повышения конкурентоспособности – на цене. Иногда сами, иногда их толкают на это заказчики – импортеры из других стран.

Выдача менее мощных аппаратов за более мощные – самая распространенная, но не самая вопиющая форма такой «экономии». Автору доводилось лицезреть аппарат, где вентиляторы охлаждения питались от тоненькой проволочки, накрученной в виде еще одной вторичной обмотки на сердечник высокочастотного трансформатора изделия. Экономия, надо полагать, значительная. Но жить такому аппарату недолго, даже если у него превосходно функционирующая термозащита. А купившему его потребителю – мучаться. Потому что цикл работы у такого аппарата, пока он не сгорит, будет выдающийся. Как только сработает термозащита и аппарат отключится, вместе с ним отключится и вентилятор. Ждать охлаждения аппарата придется в несколько раз дольше, чем при наличии полноценного блока питания вентилятора.

СОВЕТ АВТОРА

Мы живем в век товарного изобилия. Чем дальше, тем выбор больше, а свободного времени, чтобы в нем разбираться, меньше. Рекомендую Вам выбирать тех профессионалов, которым доверяете, и пользоваться их услугами.

Конечно, если разница между товарами непонятна, почему бы не выбрать подешевле? Но Вы наверняка стремитесь попасть к конкретному зубному врачу или автомеханику, которых знаете давно и убедились в их компетенции и порядочности. Такой подход разумен и в отношении подбора оборудования, в котором у Вас нет времени разбираться. Доверьте эту работу достойному магазину и торговым маркам производителей, которые этого заслуживают.

Обман является обманом, если его осознает и признает таковым обманутый. Покупатель, которого убедили в магазине, что для сварки электродом 3,2 мм ему «как раз подойдет» аппарат на сварочный ток 200 ампер, который, к тому же, предлагается приблизительно в одну цену с 160-амперными аппаратами конкурентов, может быть вполне доволен и счастлив. Но часто покупателю все же предлагают переплатить за характеристики, которыми предлагаемый аппарат не обладает.

Как бы там ни было, выбор всегда за покупателем.

КРАТКАЯ ИНСТРУКЦИЯ ПО ПОДБОРУ СВАРОЧНОГО ИНВЕРТОРА

А. Подбор аппарата по мощности.

1. Определить тип работ – тип свариваемого черного металла, его толщина, объем работ.

2. Исходя из предыдущего пункта, выбрать расходник – электроды. Назначения по типам стали указаны на упаковке. Для бытовых работ в большинстве случаев подходят самые распространенные - АНО-21 и МР3. Для профессиональных задач – УОНИ. Диаметр выбирается по толщине свариваемого металла. Упрощенно: 1 мм свариваемого металла = 1 мм диаметра электрода.

3. Подбор аппарата по току. На 1 мм диаметра электрода – 40-50А сварочного тока. Получается, для сварки электродом 3,2 мм при нормальном (не пониженном) напряжении в сети питания нужен аппарат на ток 128-160А. 

Б. Подбор аппарата по источнику питания

4. Важнейшими характеристиками источника электропитания, влияющими на подбор сварочного аппарата являются уровень напряжения и мощность источника электропитания.

5. Исходя из уровня напряжения, подобрать аппарат. Большинство аппаратов заявляют требование к источнику напряжения не ниже 185 вольт. Но даже те, которые заявлены для работы от пониженного напряжения, выдают при пониженном напряжении более низкий максимальный сварочный ток. Т.е. снижение входного напряжения приводит к уменьшению диапазона рабочего тока. Если планируете работать он пониженного напряжения, нужно знать, какой номинальный сварочный ток выдает конкретный аппарат при конкретном пониженном напряжении. Если источник имеет пониженное напряжение, но высокую мощность, лучше всего взять значительно более мощный аппарат.

6. Определить минимально требуемую мощность источника питания для работы на определенном токе можно по формуле:

P=Iсв*(20+0,04* Iсв)/*0,85/0,85

Однако помните, что эта мощность может оказаться выше при растягивании дуги. Особенно это важно помнить при работе от генератора. Резкое повышение уровня потребляемой мощности может вывести генератор из строя.

Сварочные аппараты можно подключать к традиционным генераторам достаточной мощности. Большинство инверторных генераторов, даже достаточной мощности, не рассчитаны на работу со сварочными инверторами. Так как в инверторных генераторах для увеличения стартовой мощности используются конденсаторные блоки, не переносящие сколько-нибудь длительную продолжительную нагрузку.

Обычная бытовая 16-амперная розетка 220В рассчитана на продолжительное подключение мощности не более 3,5кВА. А значит, может выдержать сварку током не выше:

3500ВА= Iсв*(20+0,04* Iсв)/*0,85/0,85, откуда = Iсв=104А

Поэтому для сварки электродом 3,2 мм и толще, подключать аппарат нужно либо к силовой розетке, в том числе на генераторе, либо напрямую к электрощитку. При подключении к силовой розетке (обычно на 32А) вилка на 16А с аппарата демонтируется. На ее место ставится силовая вилка.

7. Подбор аппарата по интенсивности работы

ПВ (оно же ПН) в 30% даже по методике компании Telwin для непрофессионального сварщика достаточно. Если же производительность является ключевым требованием, лучше не сравнивать показатели ПВ, которые замерены по разным методикам и потому вводят в заблуждение, а выбрать аппарат большей мощности, т.е. с большим номинальным током. У него ПВ на том же токе будет точно выше, чем у однотипного меньшей мощности.

8. Дополнительные функции

Чем больше дополнительных функций, тем на начальном этапе лучше.

Функция против залипания электрода Anti-Stick. Автоматически определяет режим короткого замыкания (т.е когда электрод «прилип» к свариваемому металлу) и отслеживает его продолжительность. Если в течение контрольного времени (долей секунды) режим не меняется, сбрасывает ток, «отпуская» электрод. Очень полезная функция для начинающих сварщиков. На отдельных дорогих аппаратах можно регулировать контрольное время срабатывания Anti-Stick. К настоящему моменту наличие данной функции на сварочном инверторе является почти стандартом индустрии. Однако на некоторых дешевых аппаратах неизвестных производителей может не срабатывать или даже отсутствовать вовсе. Визуально определить наличие или отсутствие функции нельзя.

Функция форсирования дуги Arc-Force.

Облегчает процесс сварки неопытному сварщику, у которого дергается рука. На предельном токе в большинстве аппаратов не действует. Фактически присутствует только на аппаратах, где на панели есть отдельная ручка регулирования силы набрасываемого тока. «Автоматическая» функция Arc-Force в большинстве случаев – обман, при котором за «набрасываемый ток» выдается участок вольт-амперной характеристики вне рабочего диапазона сварочного тока, где аппарат не может обеспечить достаточное для нормальной работы сварочное напряжение. Удержать дугу такое увеличение тока никак не может.

Функция горячего поджига Hot-Start.

Облегчает разжигание сварочной дуги набрасыванием тока в момент поджига. При напряжении холостого хода свыше 65В инормальных электродах не требуется. По факту в большинстве аппаратов, где заявлена, отсутствует. Признаком наличия является отдельная ручка, позволяющая регулировать силу набрасываемого тока. Даже в тех аппаратах, где действительно есть, на предельном сварочном токе не действует. Аналогично функции Arc-Force, за наличие функции Hot-Start часто выдают увеличивающийся при коротком замыкании ток, относящийся к участку вольт-амперной характеристики вне рабочего диапазона сварочного тока. У аппаратов с полого падающей ВАХ ток короткого замыкания может существенно превышать номинальный сварочный ток. Но удержать дугу после чиркания электродом такая «автоматическая функция»  не поможет – сварочное напряжение будет ниже положенного.

9. Комплектация. Что обычно входит в базовую комплектацию бытового сварочного инвертора?

* Провода электрододержателя и клеммы массы (а вот в комплектацию профессиональных аппаратов они обычно не входят).

* Маска-щиток, она же щиток сварщика. Маской это назвать нельзя. Это простенький светофильтр, годящийся разве что на проверку аппарата разовым поджигом дуги. Для нормальной работы нужна маска с автоматическим затемнением, т.н. «Хамелеон». Иногда такая маска идет в одном комплекте с аппаратом. Но помните, что маски сварщика профессионального уровня, обеспечивающие максимальную защиту глаз, никогда не кладут в комплекты. И в продаже отдельно они далеко не самые дешевые.

* Щетка-молоточек. Простой, но очень полезный аксессуар, востребованный в работе. Если его в комплекте нет, нужно приобрести.

* Ремень для переноски. Актуальный аксессуар для тех, кому требуется перемещаться с аппаратом по стройке и другим обширным участкам работ, в т.ч. вверх-вниз по лестницам.

* Пластиковый кейс. Не только удобен для хранения и перевозки, но и защищает аппарат от пыли, к которой инверторная техника весьма чувствительна.

Общая тенденция: чем аппарат профессиональнее, тем проще комплектация.

10. Работа на морозе. Отдельные электронные компоненты управления не выносят отрицательных температур. Их аналоги с возможностью функционирования стоят несколько дороже. Поэтому большинство инверторных аппаратов в стандартной комплектации могут работать только от 0 градусов и выше. Если такой аппарат вынести из тепла и активно эксплуатировать, не давая ему остыть, работать он будет. А вот при промерзании просто не включится. Поэтому если планируется эксплуатация при постоянной отрицательной температуре, аппарат нужно выбрать с соответствующим температурным диапазоном.