Методи и апарати за заваряване

Електродъговото заваряване е най-разпространеният метод за неразглобяемо съединяване на метални детайли в различни конструкции, за възстановяване на счупени или износени детайли. Отдавна отмина времето, когато гордостта на малката работилница бе самоделно изработеният заваръчен трансформатор, а в магазинната мрежа за продажби на дребно изобщо не се продаваха обмазани електроди за заварка. И въпреки това по частни строежи и различни работилници извън държавния сектор масово се заваряваше. Системата на снабдяване бе добре отработена от десетилетия и, общо взето, функционираше на тогавашното допотопно технологично равнище.
Сега на масовия пазар у нас се продават не само най-разнообразни по марка и функционални характеристики заваръчни трансформатори, работещи с променлив ток, но от няколко години на щандовете и на неспециализираните магазини може да се видят по няколко модела заваръчни МИГ/МАГ апарати с телоподаващо устройство при напълно достъпни и за домашно приложение цени. Между по-напредналите домашни майстори вече преобладава мнението, че, който е поработил с такъв апарат, вече не би посегнал към обикновения електрожен. В занаятчийския и професионалния сектори новите заваръчни устройства навлязоха до такава степен, че напълно промениха доскорошните технологии на заварка. Така например все по-рядко ще намерите работилница, ползваща класическата ацетиленово-кислородна заварка (оксижен), докато почти всяка автотенекеджийска работилница има телоподаващ заваръчен апарат. Благодарение на новите методи и техника заваряването на неръждаема стомана, на алуминий и други цветни метали стана обичайна дейност.
Както често става и този път новата техника значително изпреварва информацията за нейното ползване и трудно ще намерите специалист, който на разбираем език да ви консултира, кой заваръчен апарат е най-подходящ за вашите конкретни приложения.
Затова се обърнахме към г-н Минко Златанов, ръководител на направление „Заваръчна техника” на фирма „Киров” АД. Тя е изключителен представител за България на австрийската фирма Fronius GmbH – един от най-големите производители на заваръчна техника в света.
Съществуват няколко метода за заваряване на метални изделия:
◊ Ръчно електродъгово (РЕД) заваряване с обмазани електроди
◊ МИГ/МАГ (метал инертен газ/метал активен газ)
◊ ВИГ (волфрам инертен газ)
◊ Електросъпротивително
◊ Подфлюсово
◊ Газопламъчно
◊ Кондензаторно
◊ Плазмено
◊ Лазерно
◊ Заваряване с електронен лъч
Това са само част от различните методи за заваряване. Ще разгледаме по-подробно само първите три, които са най-масово прилагани, като се започне от чисто домашните приложения, мине се през автотенекеджийските и авторемонтните работилници, през всевъзможни ателиета за изработване на метални конструкции и поддръжка на селскостопанска техника, фирми за монтиране на тръбопроводи и тръбни инсталации и т.н. Основният потребител на заваръчна техника, естествено, е промишлеността: машиностроене, корабостроене, котлостроене, строителство, нефто-, газо- и водопроводи, химическата, фармацевтичната, нефтената, хранително-вкусовата промишленост, самолетостроенето, атомната енергетика и др.
Изборът на най-подходящия метод за заваряване и съответно на необходимата за това техника зависи от редица условия:
◊ Вида, химичния състав и физико-механичните свойства на заваряваните метали
◊ Серийността и условията на производство
◊ Изискванията за чистота и гладкост на заваръчния шев
◊ Изискванията за автоматизация на производствения процес
◊ Икономическата ефективност от гледна точка на стойността на консумативите, разхода на енергия и труд и т.н.

 

Заваряване (РЕД) с обмазани електроди
В масовата практика този е все още най-често използваният метод за заваряване на детайли от стомана. При него заваръчната дъга гори между топим метален електрод и заваряваното изделие. Електродът се състои от:
◊ Сърцевина – метална пръчка с най-често използвани диаметри от 2 до 6 mm, а за домашни приложения 2,5 и 3,2 mm.
◊ Обмазка, която е концентрично нанесена върху металната пръчка. По принцип химичният състав на електродния тел следва да отговаря на състава на заварявания метал. Това обаче не може да се спазва точно, тъй като различните обмазки променят химичния състав на метала. Освен това обмазката лесно се овлажнява от съдържащата се във въздуха влага, а овлажнените електроди трудно запалват дъгата и тя гори нестабилно. Затова винаги трябва да се работи с напълно сухи електроди.
Предимството на този метод за заваряване е, че е най-лесен за прилагане от гледна точка на апаратурата. В най-опростения вариант са необходими само заваръчен трансформатор и електроди, като няма необходимост от използване на защитни газове. Най-съществените недостатъци при заваряването с електроди е много голямата вероятност от оставане на примеси в заварения детайл, както и невъзможността да се заваряват тънки изделия.
Значително по-качествено се заварява с прав ток, като при рутилови електроди ръкохватката се свързва към отрицателния полюс, а при работа с базови – към положителния. Електродите с рутилова обмазка „палят” по-лесно, горят по-равномерно и дават гладък и равномерен заваръчен шев. При тях шлаката се отстранява по-лесно.
Заваряването с обмазани електроди намира приложение при:
◊ Заваряване в домашни условия
◊ Заваряване в полеви условия
◊ Свързване на тръбопроводи
◊ Изграждане на метални конструкции
◊ Ремонтни дейности
◊ Заваряване и наваряване на твърдосплавни и устойчиви на износване детайли и др.
◊ аваряване под вода.

 

Класически апарати – серия WTU: WTU 307, WTU 457 и WTU 657
Тиристорни заваръчни токоизточници с максимална сила на заваръчния ток 300, 450 и 650 А, степен на защита IP 23, с регулиране динамиката на дъгата, имат функция против залепване на електрода, температурна защита. Може да се използват и за контактно ВИГ DC (DC – прав ток) заваряване.

 

Инверторни апарати – серия TransPocket: TP 1100, TP 1500, TP 2000, TP 4000, TP 5000
Инверторни заваръчни токоизточници с максимална сила на тока 110, 150, 200, 380 и 480 А.
Характерно за тези апарати е изключително малкото им тегло. Моделът TP 1100 с максимален заваръчен ток 110 А тежи само 3,7 kg, а TP 1500 MV с максимален ток 140 А е съвсем малко по-тежък – 4,5 kg. Това са удивителни показатели, които ще оцени всеки заварчик, бил той професионалист или домашен майстор. Регулирането на заваръчния ток става безстепенно, като долната граница също е необичайно ниска – 3–10 А. От само себе си се разбира, че апаратите заваряват с прав ток и качеството на заваряване рязко се отличава от променливотоковите заваръчни трансформатори.
Всички апарати имат степен на защита IP 23, автоматично регулиране на динамиката на дъгата, функция против залепване на електрода, температурна защита, температурно регулируем вентилатор и вграден електромагнитен вентил за дозиране на защитния газ (вариант TP 1500 TIG). Позволяват работа с целулозни електроди и контактно ВИГ DC заваряване.

 

Заваряване МИГ/МАГ
При МИГ/МАГ заваряването заваръчната дъга гори между топим метален електрод и заваряваното изделие в среда от защитен газ: въглероден диоксид, аргон или газова смес. Металният електрод е навит на ролка тел с диаметър от 0,6 до 3,2 mm. Големите диаметри, от 1,6 mm нагоре се използват предимно за наваряване на износени детайли. Телът може да има различен химичен състав и се подбира според заваряваните детайли. Освен това той може да бъде плътен или тръбно-флюсов. Телът се изтиква от телоподаващо устройство през шланг с максимална дължина 4,5 m и така достига до заварявания детайл.
Заваряването с апарати МИГ/МАГ има редица съществени предимства пред заварката с електроди и поради това в много случаи е за предпочитане, включително в домашната или занаятчийската работилница. Не случайно в специализираните източници на информация този метод единодушно се определя като най-универсалния и най-разпространен в цял свят. На първо място бихме поставили неговото приложение при едва ли не всички условия на заваряване. С МИГ/МАГ апарат например се правят много по-лесно и качествено вертикални и таванни заварки, включително и от неспециалист, а като цяло технологията на заваряване се усвоява много бързо и лесно. На следващо място бихме поставили напълно чистия, без примеси, заваръчен шев, като тук познатата от заварките с електроди шлака напълно липсва. Освен че шевът става гладък и равномерен, без шупли и остатъци от шлака, МИГ/МАГ заварката е най-производителният метод от всички останали. При него липсва и досадното, а често пъти и причиняващо увреждане на зрението поради попаднали в очите твърди частички при работа без защитни прозрачни очила очукване на шлаката. Незаменимо предимство на МИГ/МАГ заваряването е възможността за заварка, включително и чрез точкуване, на ламарини с дебелина над 0,6 mm, както и на детайли с миниатюрни размери. Всеки, познаващ заварката с електроди, би се удивил колко лесно се заваряват тънки ламарини и най-важното при минимална вероятност от прогаряне. Това обяснява широкото приложение на МИГ/МАГ заваряването при ремонт на автомобилни купета. Друго много съществено предимство е минималното общо загряване на заварявания предмет във и около зоната на заварката. Това означава, че иначе неминуемите термични деформации при МИГ/МАГ заваряването са ограничени до минимум – още една предпоставка за успешна заварка на ламарини. Минималните деформации са много съществен фактор и при сглобяването на различни рамки от метални профили.
При МИГ/МАГ заваряването електрическата дъга гори между металния тел и заварявания детайл в газова защитна среда от въглероден диоксид, аргон или смес от газове. Силата на тока се регулира най-често стъпаловидно с превключвател, а скоростта на подаване на тела се регулира плавно в зависимост от дебелината на заваряваните детайли и силата на тока. Всъщност това е единственото, което човек трябва да усвои чрез практика и тук основно се крие умението за работа със заваръчния апарат.
Друго съществено предимство на МИГ/МАГ заваряването е възможността да се заварява широк диапазон от метали. При обикновените, ниско- и високолегирани стомани основно се използва въглероден диоксид, а при заварка на алуминий, мед и негови сплави се работи с аргон. При тези материали ограничението за заваряване с МИГ/МАГ апарати е, че минималната дебелина е 2 mm. За заварка на по-тънки изделия се препоръчва използването на апарати с импулсно подаване на ток и най-вече ВИГ заваръчни апарати.
Към предимствата на МИГ/МАГ заваряването от гледна точка на икономическата целесъобразност извън строго професионалните области на приложение трябва да добавим и сравнително ниската им цена, която при апаратите от по-нисък клас е не по-висока от 2–3 пъти цената на средно добър електрожен.
Единственият недостатък на този метод се проявява при заварки на открито, защото вятърът и влагата снижават защитния ефект на газа. Затова трябва да се работи на завет или на закрито.
Специално не посочваме области на приложение, защото МИГ/МАГ заваряването може да се използва успешно практически навсякъде – от домашната работилница и автосервизите до машиностроенето, химическата промишленост, изграждането на тръбопроводи и т.н.

 

Класически апарати
Серия VarioStar – VST 1500, VST 2500, VST 3100
Заваръчни токоизточници с максимална сила на тока, съответно 140, 250 и 310 А, степен на защита IP 21, двуролково телоподаващо устройство, двутактов и четиритактов режим на работа, режим нитоване, плавен пуск, температурна защита
Серия VarioSynergic – VS 3400, VS 4000, VS 5000
Заваръчни токоизточници с максимална сила на тока 340, 400 и 500 А, степен на защита IP 23, четириролково телоподаващо устройство – вградено или изнесено, вграден програмен блок, цифров дисплей на заваръчните параметри, двутактен и четиритактен режим на работа, режим нитоване, плавен пуск, температурна защита, температурно регулируем вентилатор.

 

Инверторни апарати
Серия TransSynergic – TS 4000, TS 5000
Инверторни заваръчни токоизточници с максимална сила на тока 400 и 500 А, степен на защита IP 23, четириролково телоподаващо устройство, вграден програмен блок, цифров дисплей на заваръчните параметри, двутактов и четиритактов режим на работа, режим нитоване, плавен пуск, температурна защита, температурно регулируем вентилатор, възможност за записване на потребителски програми, МИГ запояване, контактно ВИГ DC заваряване, ръчно електродъгово заваряване.
Серия TransPulsSynergic – TPS 2700, TPS 4000, TPS 5000
Инверторни заваръчни токоизточници с максимална сила на тока 270,400 и 500 А, степен на защита IP 23, четириролково телоподаващо устройство – вградено или изнесено, вграден програмен блок, цифров дисплей на заваръчните параметри, двутактов и четиритактов режим на работа, режим нитоване, плавен пуск, температурна защита, температурно регулируем вентилатор, възможност за записване на потребителски програми, импулсно дъгово МИГ/МАГ заваряване, МИГ запояване, контактно ВИГ DC заваряване, ръчно електродъгово заваряване.

 

ВИГ заваряване
Този метод вече изцяло попада в професионалната сфера на приложение. При него заваръчната дъга гори между нетопим волфрамов електрод и заваряваното изделие в среда от защитен инертен газ (аргон или хелий). Заваряването може да се извършва със или без добавъчен материал, в зависимост от конфигурацията на заварявания детайл или технологичните изисквания. Добавъчният материал се подава ръчно или със специално телоподаващо устройство с по-ниска скорост на подаване, в сравнение с МИГ/МАГ апаратите. И тук важи принципът добавъчният материал да има същия химически състав като заварявания детайл, но има и изключения при заваряване на някои цветни метали, например мед към CrNi.
Предимството на този метод за заваряване е, че позволява заваряването както на много тънки материали (0,6 mm), така и на масивни детайли, например възстановяване на спукани блокове и глави на автомобилни двигатели. С ВИГ апарати може да се заваряват обикновени и легирани стомани, алуминий, магнезиеви сплави, мед и медни сплави, сив чугун, никел, титан и др.
По този метод могат да се заваряват един към друг и разнородни метали. ВИГ заваряването се използва също и в автоматизирани и роботизирани системи.
Все пак основните приложения са заварка на тънки и средно дебели детайли, както и заваряване чрез напластяване на шева при детайли с голяма дебелина. При заварка на стомана се препоръчва заварка с прав ток, като волфрамовият електрод се свърза с минуса, при което се поучава по-дълбоко прогаряне и разтопяване на метала. При заварка на алуминий и алуминиеви сплави се работи с променлив ток, при което се получава допълнителен ефект на самоочистване на разтопения метал под въздействие на електрическия ток. Методът ВИГ намира приложение при:
◊ Изработка на машини и съоръжения за хранителновкусовата промишленост
◊ Изграждане и ремонт на инсталации от CrNi във фармацевтичната и химическата промишленост
◊ Автомобилната промишленост и автосервизната дейност
◊ Заваряване на алуминий
◊ Изработването на цистерни и съдове под налягане
◊ Изграждане на тръбопроводи
◊ В корабостроенето и кораборемонта и др.

 

Инверторни апарати за ВИГ DC заваряване
Серия TransTig – TT 1600,TT 1700,TT 2200, TT 2600, TT 3000, TT 450
Това са инверторни заваръчни токоизточници на постоянен ток с максимална сила, съответно 160, 170, 220, 260, 300 и 450 А. Имат степен на защита IP 23, цифров дисплей на заваръчните параметри, двутактов и четиритактов режим на работа, режим нитоване, температурна защита, температурно регулируем вентилатор, възможност за записване на потребителски програми, дистанционно управление от ръкохватката, импулсно заваряване, програмиране на пълния ВИГ цикъл, ръчно електродъгово заваряване.

 

Инверторни апарати за ВИГ AC/DC заваряване
Серия MagicWave – MW 1700, MW 2200, MW 2600, MW 3000, MW 450
Инверторни заваръчни токоизточници (прав и променлив ток) с максимална сила на заваръчния ток 170, 220, 260, 300 и 450 А. Имат степен на защита IP 23, цифров дисплей на заваръчните параметри, двутактов и четиритактов режим на работа, режим нитоване, температурна защита, температурно регулируем вентилатор, възможност за записване на потребителски програми, дистанционно управление от ръкохватката, импулсно заваряване, регулиране на честотата на променливия ток, програмиране на пълния ВИГ цикъл, ръчно електродъгово заваряване.