Инверторные источники питания для сварки алюминия


Мир постоянно меняется. Это известно всем, кто уделяет хоть немного внимания своему окружению. Конечно, всегда есть соблазн продолжать полагаться на хорошо знакомые технологии, считая, что за последние несколько лет не могло произойти существенных изменений. Но такой подход неверен. В последние годы конструкция и возможности сварочных аппаратов сильно изменились и продолжают стремительно развиваться. Одним из факторов такого быстрого развития стало появление и распространение источников питания на основе инверторных технологий. Она хорошо подходит для сварки алюминиевых сплавов, особенно небольшой толщины.

Что нового?
В прошлом для сварки использовались трансформаторные источники питания. Источник питания подключался к сети 230, 460 или 575В с частотой 60 Гц. Ток проходил через металлический трансформатор, в котором снижалось напряжение. Затем этот ток преобразовывался в постоянный (DC) в помощью мостового выпрямителя. Регулировка тока осуществлялась относительно медленными магнитными усилителями.

Трансформаторные аппараты для аргонодуговой сварки обычно были большими и тяжелыми. Они неэффективно работали на частотах 50 и 60 герц. При этом они выделяли много тепла, поэтому должны были быть довольно массивными. Значительная часть энергии уходила на нагревание самого трансформатора и окружающего воздуха. Большинство таких аппаратов весило около 180 кг и имело размеры куба со стороной 80 см. Кроме того, при частоте тока 60 Гц контрольные сигналы можно пересылать не более 120 раз в секунду, что делало невозможной импульсную сварку с более высокой частотой.

 

Алюминий: инверторные источники питания для сварки алюминия 


В случае инверторных источников питания используется такая же сеть питания 60 Гц. Но при этом вместо того, чтобы направить этот ток непосредственно в трансформатор, он сначала выпрямляется в постоянный ток 60 Гц. Затем он поступает в инвертор, где включается и выключается твердотельными переключателями с частотой до 20 000 Гц. Этот импульсный высокочастотный постоянный ток высокого напряжения поступает в основной силовой трансформатор, который преобразует его в пригодный для сварки постоянный ток низкого напряжения с частотой 20 000 Гц. Наконец, он проходит через фильтрующий и выпрямляющий контур. Регулировка сварочного тока осуществляется твердотельными переключателями, которые модулируют частоту переключений транзисторов.

Какие преимущества дает такая конструкция? Во-первых, главный силовой трансформатор, который работает на частоте 20 000 Гц, намного эффективнее трансформаторов 60 Гц. Благодаря этому его можно сделать намного компактнее. Вспомним, что традиционные трансформаторные модели весят больше 180 кг и имеют размеры куба со стороной 80 см. На фотографии ниже показана линейка инверторных аппаратов Линкольн для аргонодуговой сварки (процесса TIG). Аппарат в центре, V205, весит 15 кг и имеет габаритные размеры ШхГхВ 23х48х38 см. Два других аппарата предназначены только для сварки на постоянном токе и имеют еще меньшие вес и размеры. Очевидно, насколько инверторные модели легче и мобильнее.



Алюминий: инверторные источники питания для сварки алюминия
 



Инверторные источники имеют еще одно преимущество — низкие расходы на электричество. Инверторное оборудование намного эффективнее трансформаторного. Например, потребление тока Lincoln V205 при подключении к однофазной сети 230В и силе сварочного тока 205 ампер составляет 29 ампер. Потребление тока старых трансформаторных моделей в таких же условиях обычно составляет 50-60 ампер. Хотя экономию от перехода на инверторы часто завышают, в обычных условиях годовая экономия составляет около 10% от стоимости покупки аппарата.

 

Алюминий: инверторные источники питания для сварки алюминия 



Еще одно преимущество инверторных аппаратов заключается в том, что благодаря очень точному преобразованию поступающего переменного тока мы получаем очень стабильный постоянный ток без характерной для 60 герц ряби. Это дает очень мягкую и стабильную дугу на постоянном токе.

Всё, что мы обсудили выше, касается только инвертеров, генерирующих постоянный ток. В течение многих лет это всё, что нам было доступно. Инверторы, способные генерировать переменный ток, просто не существовали. Потом кому-то пришла в голову идея засунуть два инвертора в один корпус. Если они будут работать с разной полярностью и если их по очереди включать и выключать, можно получить псевдопеременный ток. Некоторые инверторные модели до сих пор работают именно таким образом. Сегодня существуют более совершенные методы получения переменного тока, но в контексте этой статьи этот процесс проще представить именно как работу двух инверторов с разной полярностью.

Именно эта способность получать переменный ток делает инверторные модели хорошим выбором для TIG-сварки алюминия. Так как напряжение дуги ни в один момент времени не равняется нулю, это дает намного более стабильную дугу на переменном токе. Более того, большинству инверторных источников для TIG-сварки для поддержания стабильности дуги не нужна высокая частота. Lincoln V205 даже не имеет режима длительной высокочастотной сварки. Он прекращается сразу после установления дуги. Это позволяет значительно сократить радиочастотные помехи от сварочного аппарата.

Во-вторых, способность отправлять управляющие сигналы 20 000 раз в секунду означает, что мы можем контролировать частоту выходного переменного тока. Старые аппараты поддерживали только частоту переменного тока 60 Гц. Модель V205 может генерировать переменный ток в диапазоне от 20 до 150 Гц. Высокая частота больше подходит для сварки тонких материалов. По мере увеличения частоты конус дуги сужается, шов становится уже и глубже.

Уже давно было установлено, что при аргонодуговой сварке глубина проплавления зависит от того, какую долю от цикла переменного тока составляет прямая полярность. В момент цикла с обратной полярностью глубина проплавления снижается, и в вольфрамовый электрод поступает больше тепла. Но в это же время под воздействием дуги с поверхности алюминия удаляются оксиды, что значительно упрощает сварку. Именно по этой причине алюминий чаще всего варят на переменном токе несмотря на то, что для TIG-сварки других материалов чаще используется постоянный ток. Самые первые источники для TIG-сварки имели простую синусоидную форму волны сварочного тока с равными пропорциями фаз прямой и обратной полярности. Но такой режим был очень неэффективен. Чтобы обеспечить адекватную очистку поверхности, не нужна настолько большая длительность фазы обратной полярности. Более поздние модели позволили регулировать соотношение фаз. Со временем было установлено, что для оптимальной очистки поверхности и глубины проплавления соотношение фаз должно составлять 65% прямой полярности и 35% обратной полярности Но в вольфрамовый электрод все еще поступала значительная часть энергии дуги, из-за чего требовались электроды большего диаметра.

Инверторные источники питания обеспечивают достаточное очищающее воздействие при доле обратной полярности всего 15%. Это сделало процесс более эффективным, увеличить глубину проплавления и снизить поступление тепла в вольфрамовый электрод, позволив использовать заостренные электроды меньшего диаметра. Это помогает еще больше сфокусировать дугу и уменьшить ширину шва.

Наконец, последние модели инверторных сварочных источников питания имеют возможность программирования. Это позволяет легко изменять характеристики сварочного тока. На этой фотографии показан еще один источник питания Lincoln, Invertec® V350 Pro. Эта инверторная модель в основном предназначена для MIG-сварки. Она имеет большое число программ для статической и импульсной MIG-сварки, а так же нетрадиционные алгоритмы управления. Многие программы импульсной MIG-сварки специально оптимизированы для определенных материалов и диаметров проволоки. Благодаря программному управлению этот аппарат также можно использовать для TIG-сварки. При необходимости его можно быстро перепрограммировать в полевых условиях. При всем при этом аппарат весит 36 килограмм и имеет номинальную мощность 425 ампер.

Будущее уже настало!