ВАХ, Инвертор!

В настоящее время, на рынке появилось достаточно много инверторов, реальная вольт-амперная характеристика которых вызывает серьёзные нарекания у сварщиков и технологов, знакомых с советскими ГОСТами.

Пренебрежением к данным требованиям грешат и достаточно серьёзные игроки на рынке, а в обсуждениях тестов инверторов разгораются серьёзные споры. Мнения разнятся кардинально, от «вообще не будет работать», до «требования устаревшие и бессмысленные».

Мы решили, что проще всего будет проверить теоретические выкладки практикой.

Немного теории.

Что такое вольт-амперная характеристика источника для ручной дуговой сварки? С точки зрения ГОСТов ( от советских, типа ГОСТ 95-77 до современных российских ГОСТ Р МЭК 60974-1-2012 ) это несложная зависимость между сварочным током и напряжением:

U= 20 + I/25. Проще говоря, во время сварки, разность потенциалов должна поддерживаться на уровне от 24В. Сочетание этих параметров (тока и напряжения) принято называть вольт-амперной характеристикой, сокращённо ВАХ.

Формула носит эмпирический характер, однако её смысл прост и уходит корнями в эпоху трансформаторов. Каждый полупериод, напряжение на выходе традиционного сварочного трансформатора проходит через 0 и меняет полярность. Дуга гаснет и зажигается вновь, когда напряжение превысит ~ 20 В. Именно это обуславливает характерный «треск» трансформаторной дуги, а во многих учебниках данное значение (Up) называют «напряжением зажигания».

Простейший выпрямитель (диодный мост) хоть и сохраняет полярность, но также регулярно рвёт дугу, поэтому для стабилизации тока, вслед за мостом размещают каскад конденсаторов, сглаживающих колебания. На стандартной 60 Гц сети их эффективность невелика, но когда появились инверторные выпрямители, выдающие частоту на порядки больше, выходной ток стал больше соответствовать термину «постоянный»: дуга не успевает погаснуть. Возник логичный вопрос: должны ли инвертора поддерживать рекомендованное ГОСТом напряжение? Или же достаточно поддерживать высокое напряжение только в момент поджига дуги (т.н. напряжение холостого хода)?

Эксперимент.

Для начала возьмёт практически эталонный инвертор: ЭСАБ HandyArc 160. В основном для того, чтобы понять, какие значения Up считает нужным обеспечивать многолетний лидер сварочного рынка.

Несколько секунд замеров на стенде убедительно показывают, что установка легко выдаёт рекомендованную советскими ГОСТами вольт-амерную характеристику в течении 1 минуты (в полном соответствии с шильдиком на коропусе). Up в нормальной сети составлят 24-25 В.

Особенностью эсабовской техники, является то, что она оснащена системой стабилизации, которая при снижении напряжения, до последнего пытается выдерживать требованиях к ВАХ и заданный ток, что несколько снижает доступный диапазон , но обеспечивает провар независимо от марки электрода и стабильные характеристики шва при колебаниях напряжения. При дальнейшем снижении характеристик питающей сети происходит срыв дуги, вынуждающий прекратить сварку. Для сварки диаметром 3 мм требуется напряжение сети не ниже 180В, для 2,0мм — не ниже 150, независимо от марки электрода!

Неудивительно, что установка уверенно зажигает и поддерживает дугу любыми видами электродов диаметром 3мм, от рутиловых до аустенитных. В качестве эталонных мы взяли электроды Kiswel KR-3000 (комбинированное рутил-целлюлозное покрытие), ЭСАБ УОНИ 13/55 (основное покрытие), нержавеющий электрод с основным покрытием российского производителя : ЭА-400 и нержавеющий электроды с комбинированным покрытием Kiswel KST-308.

Результаты замеров напряжения при сварке всеми видами электродов в таблице ниже:

По результатам замеров понятно, что  минимальным приемлемым рабочим напряжением ЭСАБ считает 22В и перестаёт работать при невозможности поддерживать данное значение.

Для второй серии замеров возьмём один из популярных инверторов с внутреннего рынка КНР, с заявленным током 190А.

Нетрудно заметить, что инвертор даже близко не выдаёт обещанных на шильдике характеристик, не говоря уж от требованиях ГОСТа. Если ориентироваться исключительно по току, при хорошей сети можно рассчитывать примерно на 130А, естественно без соблюдения требований к рабочему напряжению.

Тем не менее, реально показанный им максимальный ток позволяет работать электродами до 3 м., а его главное (для нашего эксперимента) достоинство- отсутствие стабилизации, что позволяет проследить влияние снижения Up на процесс сварки.

Хорошо видно, что со снижением характеристик сети, происходит почти пропорциональное снижение силы тока и рабочего напряжения, визуально это хорошо заметно при переходе к более «требовательным» к разности потенциалов электродам.

К сожалению, непонятно, по какой причине происходил срыв дуги- падение напряжения или нехватка тока, поэтому проведём ряд дополнительных тестов, с диаметром 2мм. , снижая с помощью латра питающие напряжение, чтобы добиться его падения на выходе (эти величины почти пропорциональны) и определить как этот параметр влияет на поддержание дуги инвертором.

Выводы.

Как и ожидалось, инверторная технология и современные обмазки существенно повысили стабильность дуги, сделав требования ГОСТов (>24В) немного избыточными. Немного! Чуда не произошло, снижение Uр ниже порога зажигания (20В) приводит к проблемой со стабильностью дуги. Именитые бренды предпочитают выдерживать диапазон от 22В и выше.

Качественные рутиловые электроды цепляются за дугу вплоть до 16В (характерное изменение звука, свидетельствующее о нестабильности дуги появилось уже на 18В).

Электроды с основным покрытием (для ответственных конструкций) оказались куда менее сговорчивыми и намекнули о несоответствии режима уже на 19 В. При исследовании шва, можно разглядеть поры.

Сварка нержавейки потребовала 20-21 В, для устойчивой работы.

Несмотря на явное несоответствие заявленным характеристикам и полное игнорирование требований госта к рабочему напряжению, в пределах фактически доступных ему токов (до 130А), ноунейм- инвертор вполне уверенно справился с задачей поджига и удержания дуги для всего ряда практически используемых электродов, в нормальной сети. Капиллярный метод контроля не показал очевидных дефектов, но мы не испытывали швы на механические свойства, поэтому не берёмся предсказать, как поведут себя швы в ответственных конструкциях и не рекомендуем экспериментировать с этим...

Когда задачи для Вашего инвертора исчерпываются эпизодическими домашними работами и сваркой неответственных конструкций (забор, гараж и т. п.) Вы можете не заморачиваться его вольт-амперной характеристикой.

Если же хотите уверенно варить любыми типами электродов не сильно опасаясь за качество шва — желательно озаботиться стабильной сетью (не включать одновременно других потребителей) и хорошим запасом инвертора по току. Как показывают наши предыдущие тесты , примерно на 2/3 от фактического максимального тока практически все недорогие инвертора обеспечивают приемлемые характеристики ВАХ.

Когда речь идёт о производствах, с непредсказуемыми нагрузками от множества потребителей, и необходим качественный шов независимо от колебаний напряжения — мы однозначно рекомендуем выбирать инверторы с функциями стабилизации рабочих характеристик.

31 Января 2020