Расчет силы тока при сварке

Сила тока в электросварочном аппарате в момент сварки. Расчет силы тока при сварке Ширина корпуса и расстояние между конфорками позволяют готовить одновременно на двух больших сковородах, не чувствуя при этом никаких неудобств.

Расчет силы тока при сварке

Качественная сварка невозможна без точного и правильного расчета силы тока – важнейшего параметра в технологии сварочных работ. Если этот показатель слишком низкий, стержень будет залипать, и поджига дуги не произойдет. Напротив, если выбраны слишком высокие токи, электродуга зажжется хорошо, но возможно прожигание металла детали. Кроме того, и сам стержень сгорит быстрее, чем положено, особенно, если он небольшого диаметра.

Как же рассчитать необходимую мощность? Каким током варить электродом того или иного диаметра? Давайте посмотрим деально.

Ключевые параметры расчета режима сварки

Правильно выбранный режим работы сварочного оборудования обеспечивает хороший и быстрый поджиг и стабильную электродугу. Помимо силы тока параметрами, которые влияют на настройку режима, являются:

• род тока (постоянный, переменный) и полярность постоянного;
• диаметр электродного стержня;
• марка электродного проводника;
• пространственное положение шва при выполнении работ.

Чем больше перечисленных показателей учитывается в расчетах, тем качественнее будет результат. Рассмотрим, какой ток на какой электрод подается в зависимости от толщины последнего.

Диаметр электрода и сила тока

Толщина электрода напрямую зависит от толщины свариваемых деталей и размера сварного шва. Если ширина последнего не превышает 3–5 мм, то опытный сварщик, как правило, выберет расходник диаметром от 3 до 4 мм. При больших размерах сварочной ванны (5–8 мм) толщина стержня обычно составляет не более 5 мм.

Что же касается величины тока, то работают такие показатели.

• При d 3 мм – от 65 до 100 Ампер. Диапазон значений широк, они зависят от пространственного положения шва и химического состава свариваемого металла (соответственно и металла сердечника). Сварщики-новички и любители не ошибутся, если выберут усредненное значение – 80–85 Ампер.
• При d 4 мм – от 120 до 200 А. Зависимость та же – состав металла, расположение шва в пространстве. Это самый распространенный диаметр стержня, характерный для промышленных работ. Позволяет варить и тонкие, и широкие швы.
• При d 5 мм значение варьируется в диапазоне 169–250 А. Это уже достаточно большой диаметр. Роль играют не только состав сплава и положение шва, но и глубина проварки: чем она больше, тем больше должна быть и сила тока. Если глубина сварочной ванны не менее 5 мм, в режиме должен быть выставлен максимальный показатель – 250 А.
• При d 6–8 мм минимальный показатель мощности те же 250 Ампер. В условиях тяжелых работ с использованием трансформаторов он увеличивается до 300–350 А.

Ниже в таблице приведены рекомендуемые значения, которые известны любому профессиональному сварщику, но которые могут быть полезны для любителей и новичков.

Диаметр электрода, мм

Толщина металла, мм

Сила тока, А

Положение шва

Пространственное положение шва также играет большую роль при расчете мощности. Какой ток для сварки электродом выбрать с учетом этого критерия? Здесь важно знать, что наибольшие значения выбираются при заваривании швов в горизонтальном (нижнем) положении. Если шов накладывается вертикально, то сила тока в среднем будет на 10–15% меньше.

Самый низкий показатель – при наложении потолочных швов: ток должен быть ниже в среднем на 20%, чем при работе на горизонтальных поверхностях. Для наглядности укажем значения в таблице (на примере электродов с обмазкой основного типа).

d электрода, мм

Пространственное положение

Нижнее

Вертикальное

Потолочное и полупотолочное

Сварка не выполняется

Полярность

Сварка современными аппаратами производится только постоянным током прямой или обратной полярности. Электроды постоянного тока обеспечивают гораздо большую (на 15-20%) глубину провара, чем при использовании переменного тока от трансформатора.

• На прямой полярности варят чугун, низколегированные, низко- и среднеуглеродистые стали и добиваются глубокого проплавления металла деталей.
• На обратной варят более широкий спектр сталей (низколегированные, низкоуглеродистые, средне- и высоколегированные), сваривают тонкостенные конструкции, также ее используют при высокой скорости плавления электродов.

И глубокий провар, и высокая скорость сварки требуют больших величин тока. Таким образом, и при обратной, и при прямой полярности сила тока может быть увеличена в обоих указанных случаях.

Напряжение

Отдельно следует сказать о напряжении. На современных инверторных устройствах этот показатель выставляется автоматически, поэтому в расчетах он не играет существенной роли. Для РДС этот диапазон составляет 16–30 Вольт.

Не влияет данный параметр и на глубину провара. Здесь важен фактор безопасности: в момент замены электрода напряжение дуги резко повышается до 70 В, поэтому сварщик должен быть крайне осторожен.

Формула расчета

Опытные сварщики обычно настраивают электродугу экспериментальным путем, не делая сложных предварительных расчетов. А новичкам пригодятся не только размещенные в статье таблицы, но и формула, по которой рассчитывается, каким электродам какой нужен ток. Она действует в отношении электродов самых востребованных диаметров (3–6 мм).

• I = (20+6d)d, где
• I – сила тока, d – диаметр электрода.

Если толщина стержня менее 3 мм, расчет осуществляется по формуле: I = 30d.

Однако и этими формулами следует пользоваться с учетом пространственного положения сварки: при потолочной варке отнимаем 10–15% от результата, который получаем по формуле.

Все важнейшие параметры режима сварки производитель, как правило, дает на упаковке. Не исключение – продукция Магнитогорского электродного завода. При корректной настройке необходимых показателей режима сварочных работ электроды МЭЗ обеспечат отличный поджиг электродуги, ее устойчивое горение и образцовый результат – ровный сварной шов с необходимыми характеристиками.

Типы сварочных инверторов и расчет их мощности

Оборудование

Мощность сварочного аппарата – это одна из основных характеристик, на которые необходимо обращать внимание при его выборе.

Чтобы лучше разобраться во всех тонкостях, связанных со сварочными устройствами и понять основные моменты для расчета данного параметра, необходимо прояснить несколько важных аспектов. Информацию будет полезно знать всем тем, кто занимается сваркой.

Основные типы сварочных аппаратов

Устройство инвертора для сварки.

Инверторные сварочные аппараты подразделяются на три категории:

• бытовые;
• полупрофессиональные;
• профессиональные.

Отмеченное разделение выполнено, в первую очередь, исходя из области и частоты использования устройства. Чтобы понять, какой нужен аппарат для сварки, необходимо определиться с условиями его применения.

Бытовые рассчитаны на непродолжительное время работы. Использовать подобные приборы для постоянной и длительной сварки не представляется возможным. Уже после 5-10 минут использования аппарату необходимо дать «отдохнуть» в течение такого же, а иногда большего, промежутка времени.

В то же время возможность подключения подобного инвертора в бытовую однофазную сеть делает его весьма удобным для использования в домашних целях. Для быстрой сварки металлических конструкций на даче или для домашней работы не столь критично, сколько сварочный инвертор сделает перерывов.

Инверторы полупрофессионального класса способны функционировать дольше, что достигается благодаря особенностям их конструкции. Подобные устройства используют при ремонте труб, изготовлении каркасов и металлоконструкций. Питаются они, как правило, от трехфазной сети.

Аппараты профессионального класса способны работать без перерыва на протяжении суток. Их сварочный ток может достигать 500 ампер. Это значит, что потребляемая мощность сварочного инвертора подобного типа будет наибольшей.

Все бытовые, некоторые полупрофессиональные и профессиональные аппараты способны питаться от сети 220 вольт. В то же время не стоит забывать, что ток электросети не может превышать 160 ампер.

Приобретая инвертор необходимо заранее рассчитывать, какая мощность ему необходима и какой ток он будет потреблять.

Подключение устройства с более высокими показателями может привести к выключению автомата, либо к выгоранию контактов розетки, так как оборудование рассчитано на большее количество киловатт.

Итак, на что же следует обращать внимание при выборе бытового инвертора? В первую очередь на сварочный ток, характеристика которого указывается производителем в паспорте или руководстве к прибору.

Данный критерий показывает при каком токе будет обеспечена нормальная работа инвертора без перегрузок, с учетом продолжительной нагрузки. Конечно лучше отдать предпочтение аппаратам с запасом по мощности на 30-50% к показателю рабочего тока.

Зависимость сварочного тока от толщины металла и диаметра электрода.

В обычной городской электросети часто бывают скачки напряжения. Как правило, такие перепады происходят в обе стороны на 15-20 % от номинального значения в 220 вольт.

Обычно бытовые и профессиональные инверторы не столь чувствительны к подобным скачкам. Даже при их наличии они способны эффективно работать.

Однако во время подключении к генератору колебания могут быть существенно больше. В связи с этим лучше выбрать сварочный аппарат с защитой от перепадов напряжения.

Последний, но не менее важный фактор – цена. Купить недорогой инвертор с необходимыми параметрами – задача непростая. Это связано с тем, что некоторые производители указывают ложные характеристики в паспортах устройств.

Проверить все параметры приборов непосредственно при покупке достаточно сложно, даже при наличии в аппаратах цифровых дисплеев. Даже они могут выводить неправильную информацию и ввести покупателя в заблуждение.

Расчет мощности аппарата

Перед тем, как приступать к расчету мощности аппарата, необходимо знать следующие параметры:

• диапазон входного напряжения и сварочного тока;
• напряжение сварочной дуги;
• КПД конкретного прибора;
• продолжительность включения;
• коэффициент мощности.

Интервал сварочного тока показывает, при каких параметрах сети можно работать. Это связано с тем, что на самом деле в бытовых электросетях не наблюдается заявленных 220 вольт. Иногда напряжение может быть меньше 200 В, а иногда – существенно превышать 220 В.

При подключении сварочного аппарата к электросети может наблюдаться падение напряжения на 5-10 процентов от номинального значения.

Принципиальная схема регулятора тока.

В связи с этим целесообразно обратить внимание на модели, для которых заявлен рабочий интервал от 150-170 до 220-250 вольт. Именно такие устройства способны обеспечить лучшие показатели мощности.

Диапазон сварочного тока определяет его наибольшее и наименьшее значение. От данной характеристики напрямую зависит мощность инвертора. Для бытовых моделей минимальные значения могут варьироваться от 10 до 50 А, а максимальные – от 100 до 160 А.

Напряжение выходного тока или напряжение сварочной дуги варьируется в интервале 20-30 В для дешевых моделей. КПД у приборов с максимальным током в 160 А обычно не превышает 0,85%.

Одной из важных характеристик инвертора является продолжительность включения. Данный параметр фактически свидетельствует о том, насколько качественно то или иное устройство. Смысл критерия сводится к соотношению времени работы к «отдыху».

Например, если данный показатель составляет 50%, то на каждые пять минут работы устройство должно охлаждаться такой же промежуток времени. Таким образом, чем ниже этот параметр, тем длиннее будут перерывы.

Высокий процент наоборот свидетельствует о том, что прибор можно использовать продолжительный период времени без перерывов.

Коэффициент мощности сварочного инвертора напрямую зависит от продолжительности включения. Расчет для определения данной характеристики определяется из соотношения времени непрерывной работы к общему времени.

Давайте рассмотрим все на простом примере. Рассчитаем мощность инверторного аппарата для сварки, проработавшего 4 минуты до срабатывания защиты. Затем ему необходимо было остывать две минуты, прежде чем он стал готовым к работе.

Итак, чтобы узнать какой коэффициент у данного устройства, необходимо три разделить на пять – общее время работы, и умножить на сто. Получаем искомую величину. Для бытового мини варианта и полупрофессионального оборудования коэффициент не превышает 0,6-0,7.

Допустим, имеется прибор, для которого необходимо электроснабжение 160-220 В, а его максимальный ток равен 160 ампер при напряжении дуги 23 вольта. Пусть коэффициент полезного действия такого прибора составляет 0,89, а ПВ 60%.

Перечисленных выше параметров вполне достаточно для расчета потребляемой мощности. Необходимо умножить ток на напряжение дуги и разделить все это на КПД. В результате получиться 4135 Ватт.

Данное значение показывает мощность, потребляемую непосредственно во время работы. Однако, как уже было сказано ранее, необходимо учитывать также и продолжительность включения. Чтобы это сделать, нужно 4135 умножить на 0,6. Получится 2481.

Данная величина является средней мощностью. Она считается наиболее актуальной и правильной при определении расхода электроэнергии.

Подобный подход наиболее приближен к действительности. Ведь очень редко можно встретить ситуацию, когда инвертор работал бы сутками напролет без перерывов. Паузы и задержки случаются всегда, без них просто не обойтись.

Стоит хотя бы учесть время, необходимое для смены электродов или для подготовки деталей к сварке.

Таблица мощности

Выбирая сварочный инвертор необходимо принимать во внимание и другие факторы, кроме потребляемых кВт. Особенно это касается профессиональных моделей. К ним предъявляются более высокие запросы, чем к бытовым версиям.

Необходимая мощность инвертора для сварки разных металлов.

Необходимо учитывать толщину свариваемых материалов. От данного критерия будет также зависеть и мощность инверторного сварочного аппарата и толщина электродов. Необходимые параметры приведены в таблице ниже.

Она существенно упрощает расчет потребляемой мощности в зависимости от условий работы. Кроме того данная таблица пригодится новичкам, которые нередко задаются вопросом о выборе электрода правильного диаметра.

Толщина металла, мм	Сварочный ток, А	Диаметр электрода, мм
1,5	30-50	2
2	45-80	2,5
3	90-130	3
4	120-160	3
5	130-180	4
8	140-200	4
10	150-220	4-5
15 и более	160-320	4-6

Интенсивность и объем работ – критерий, по которому выбирают прибор с определенной продолжительностью включения. Как уже было описано выше, данный параметр показывает, какую продолжительность времени устройство сможет работать с проволокой определенной толщины при заданных режимах.

Условия эксплуатации инвертора определяют класс его защиты. Если использовать прибор предстоит в помещении, тогда достаточно будет сертификации по IP21, а вот в случае эксплуатации на улице, когда температура понижена или присутствует высокая влажность, понадобится защита класса IP21.

Принципиальная схема сварочного инвертора.

Что касается сети питания, то бытовые аппараты можно включать и в обычную розетку. Профессиональные инверторы работают, как правило, от трехфазной сети с напряжением 380 вольт.

Помимо приведенных выше критериев необходимо также обращать внимание и на дополнительные параметры. Функциональность инвертора может существенно упростить выполнение определенных операций.

Например форсаж дуги за счет оптимизации силы тока предотвратит залипание. Горячий старт позволяет быстро зажечь дугу. Антизалипание отключает инвертор в случае залипания электрода.

Наличие дисплея у аппарата никогда не будет лишним. На нем могут отображаться рабочие режимы, что значительно упрощает эксплуатацию прибора.

В некоторых устройствах присутствует возможность переключения на аргонодуговую сварку одним касанием. Такие инверторы являются наиболее универсальными и позволяют решать широкий спектр задач.

В данной статье описано, какими параметрами режима работы инвертора определяется мощность, показано, что на нее влияет напряжение сварочной дуги, сила тока, продолжительность включения и т.д.

Кроме того рассмотрены различные классы сварочных аппаратов, а также их особенности и отличия. Данный материал, однозначно, будет полезен начинающим сварщикам, которые еще только думают над приобретением сварочного аппарата.

Что влияет на выбор сварочного тока

При выполнении сварочных работ, качество получаемого соединения зависит в первую очередь от того, насколько правильно выбран режим сварки. Основным регулируемым параметром процесса или главной режимной характеристикой является электрический ток, который называют сварочным током.

Сила тока при сварке зависит главным образом от параметров заготовки, которую предстоит варить и от некоторых других факторов.

Основные понятия

Сварочный ток, кроме своего абсолютного значения, выражаемого в амперах, характеризуется постоянством или периодическим изменением во времени величины и направления.

В первом случае ток называется постоянным. Его источниками являются сварочные выпрямители, автономные сварочные генераторы, а также современные аппараты для сварки, использующие инверторные технологии.

Если направление и (или) величина тока меняются во времени, то его называют переменным. Источниками переменного сварочного тока служат понижающие трансформаторы, первичная обмотка которых включается в сеть переменного тока 220 или 380 вольт.

На выбор параметров сварки, то есть ее режима, влияют следующие факторы, тесно между собой связанные:

• толщина свариваемой заготовки;
• вид металла или сплава, который предстоит варить;
• диаметр применяемого электрода;
• расположение и характер шва.

Выбираемый токовый режим работы сварочного аппарата определяет величину энергии электрической дуги. Чем больше значение этого параметра, тем больше тепла выделяется при горении дуги, а значит, более интенсивно и глубоко плавится заготовка и применяемый электрод.

Отсюда становится понятным, что чем толще и массивней свариваемый металл, тем большее значение тока должно быть установлено при его сварке. Кроме этого, существует прямая зависимость между толщиной заготовки, токовым режимом и диаметром электрода при ручной дуговой сварке.

Зависимость от толщины электрода

Нормативная литература по сварочному делу содержит много таблиц, позволяющих выбрать требуемый диаметр электрода и значение сварочного тока для сваривания заготовок определённой толщины.

При увеличении тока сварки, увеличивается скорость плавления, как заготовки, так и материала электрода, это определяет прямую зависимость между сварочным током и диаметром электрода.

Например, если электродом, имеющим диаметр 2мм, рекомендуется сваривать металл толщиной 2 – 3 мм, выбирая при этом сварочный ток в диапазоне 40 – 80 ампер, то для электродов диаметром 5 – 6 мм указывается токовая величина 220 – 320 ампер при сварке металла 10 – 24 мм.

Стоит упомянуть ещё об одной характеристике сварочного процесса, связанной с диаметром используемого электрода. Речь идет о плотности тока сварки, определяемой отношением сварочного тока к площади поперечного сечения электрической дуги и измеряемой в амперах на миллиметр квадратный (А/мм2).

Этот параметр играет важную роль в формировании сварного шва. С увеличением диаметра электрода, плотность падает при неизменных токовых настройках аппарата.

Это обусловлено тем, что электрод с диаметром большего размера создает более толстую дугу, имеющую большее значение площади. Показатель плотности зависит также от длины электрической дуги.

При увеличении разрядного промежутка между электродом и заготовкой, дуга вытягивается, становясь тоньше, уменьшая площадь поперечного сечения разряда. При этом уменьшается температура, создаваемая дугой, замедляется процесс переноса вещества электрическим разрядом.

При дальнейшем увеличении зазора, процесс начинает терять стабильность, поверхность сварочной ванны становится неровной, и в итоге дуговой разряд гаснет. Таким образом, в относительно небольших пределах, энергию сварочного процесса можно регулировать путем изменения длины дуги.

Что касается сварки полуавтоматом, роль электрода здесь играет специальная проволока для сварки, диаметр которой также выбирается по таблицам, в зависимости от характеристик свариваемого металла и его толщины.

Практическое определение

Опытному сварщику не составит труда правильно выбрать режим сварки, если известны размеры заготовок и характеристики металла, из которого они изготовлены. При необходимости можно обратиться к одной из технологических таблиц.

Необходимо обращать внимание на рекомендации, прилагаемые к самим электродам и сварочному аппарату в инструкции. Существуют также эмпирические формулы, по которым можно произвести расчёт сварочного тока.

Для электродов, имеющих диаметр менее 4 мм или более 6 мм, иногда применяют следующую формулу:

В этой формуле I – сварочный ток, выраженный в Амперах, d – диаметр электрода в миллиметрах.

Для выбора сварочного тока при использовании электродов, имеющих диаметр менее 3 мм, и работе в самом простом нижнем положении, можно применить соотношение:

при диаметре 3-4 мм формула меняется на:

Расчетное значение на практике корректируют. Обычно происходит изменение в меньшую сторону на 10-15%.

Расположение и характер шва

Оптимальная величина тока сварки зависит от пространственной ориентации свариваемого соединения и положения, из которого производится сварка, а также от того, скошены ли кромки свариваемых деталей и под каким углом. Понятнее станет, если рассмотреть примеры.

При сваривании горизонтального шва в положении сверху, значение тока можно установить более высокое, чем при сварке вертикальных или горизонтальных потолочных швов в положении снизу.

Это объясняется тем, что сварочная ванна горизонтального, свариваемого сверху шва более устойчива и не склонна к растеканию. Повышенное значение тока в этом случае обеспечивает более глубокий провар заготовок, следовательно, более прочное сплавление по всей толщине детали.

Наименьший ток должен быть выбран при сварке потолочных швов снизу. В этом случае жидкий металл под воздействием силы тяжести стремится оторваться от шва и упасть, чему до определённого момента препятствуют лишь силы поверхностного натяжения расплавленного металла.

Это обстоятельство предъявляет более высокие требования к квалификации сварщика, которому в процессе выполнения работы необходимо тщательно следить за жидкой массой сварочной ванны, предотвращая вытекание из неё металла.

Следует заметить, что опытный сварщик может регулировать этот процесс, не уменьшая значение тока, а увеличивая скорость перемещения электрода вдоль шва, что кстати, уменьшает затраты времени на выполнение работы.

Подготовленные к сварке торцевые поверхности деталей путём их скашивания, требуют несколько уменьшить величину тока сварки, так как неподготовленные кромки необходимо проваривать гораздо глубже, чем предварительно снятые. Однако и в этом случае, при наличии опыта, выбор требуемого режима может быть осуществлен изменением скорости сварочного процесса.

Некоторые нюансы при выборе сварочного тока вносит тип покрытия применяемых электродов, но влияние этого фактора существенно ниже перечисленных ранее.

Какое влияние имеет полярность

При сварке инвертором, или классическим аппаратом постоянного тока, выбор режима сварки связан с полярностью. Прямой полярностью принято называть схему, при которой сварочный электрод подключен к минусовой клемме аппарата, свариваемая деталь соединяется при этом с плюсом.

Особенностью сварочного процесса при прямой полярности является то, что плавление материала электрода происходит более интенсивно, чем плавление заготовки. Объясняется это следующим образом.

Несмотря на то, что условное направление протекания электрического тока принято от плюса к минусу, реальный физический процесс представляет собой движение отрицательно заряженных частиц – электронов, от минуса к плюсу.

Благодаря этому, при такой полярности происходит быстрый расход материала электрода. Использование прямой полярности целесообразно в случае относительно тонких заготовок, либо если к массивному элементу приваривается тонкая деталь.

При подключении электрода к плюсу, а заготовки соответственно, к минусу, получаем полярность, которую называют обратной. При таком включении интенсивней плавится заготовка, что определяет преимущество его применения при сваривании более толстых деталей.

Поскольку каждая металлическая заготовка и сварочный аппарат имеет свои особенности, выбор оптимального значение тока зависит от опытности сварщика. Тем же, кто только учится варить, необходимо ориентироваться на расчетные и табличные значения.