Jak działa spawarka?

Spawarka to w skrócie urządzenie służące do zasilania łuku spawalniczego prądem elektrycznym. Pobiera ona prąd z sieci (jednofazowy 230 V lub trójfazowy 400 V) i zwiększa natężenie prądu — do bardzo wysokich wartości niezbędnych do spawania metalu.

Dawniej do spawania używane były głównie transformatory spawalnicze — stosunkowo proste i niedrogie urządzenia, które miały wiele wad (duża waga, duże rozmiary, niestabilność prądu wyjściowego, spadki napięcia w sieci oraz nieprzydatność do niektórych rodzajów prac). Obecnie są one niemal całkowicie zastępowane przez spawarki inwerterowe. Ich konstrukcja obejmuje prostowniki diodowe, bloki tranzystorów o wysokiej częstotliwości komutacji oraz wysokoczęstotliwościowe transformatory o zmniejszonych rozmiarach. Ze względu na bardziej złożone obwody i elektronikę spawarki inwertorowe do spawania ręcznego i półautomatycznego są droższe od klasycznych spawarek transformatorowych. Ale ta wada jest z nawiązką rekompensowana poprawioną charakterystyką łuku spawalniczego, lepszą jakością spoin oraz możliwością dokładniejszej i bardziej precyzyjnej regulacji osprzętu. Dlatego spawarki inwerterowe lepiej sprawdzą się zarówno w przypadku osób początkujących stawiających pierwsze kroki w spawalnictwie, jak i doświadczonych spawaczy.

Współczesne spawarki inwerterowe to kompaktowe i przenośne urządzenia.

Rodzaje spawania

Istnieje wiele sposobów łączenia metali poprzez spawanie. Każda technologia ma swoje zalety, wady i optymalne obszary zastosowania.

Ręczne spawanie łukowe (MMA)

Spawanie z wykorzystaniem elektrodami otulonymi, pokrytymi specjalną powłoką stosowane jest przede wszystkim do łączenia elementów wykonanych ze stali węglowej. Metoda ta jest szeroko stosowana do spawania konstrukcji metalowych i rurociągów, a także łączenia części maszyn i mechanizmów.

Zalety ręcznego spawania łukowego:

  • niewielki koszt osprzętu i materiałów eksploatacyjnych;
  • można szybko opanować technologię na poziomie wystarczającym do wykonywania prostych zadań;
  • praca odbywa się bez użycia butli z gazem.

Wady:

  • niska wydajność w porównaniu do spawania półautomatycznego;
  • Jakość i trwałość spoiny zależą w dużej mierze od umiejętności i kompetencji spawacza.
Proces ręcznego spawania łukowego.
Popularne spawarki do ręcznego spawania łukowego

TIG

Spawanie nietopliwą elektrodą wolframową w osłonie gazów obojętnych stosowane jest do łączenia części wykonanych ze stali nierdzewnej, żeliwa, metali nieżelaznych (aluminium, miedź, tytan, magnez, nikiel itp.) oraz stopów na ich bazie. Ze względu na to, że elektroda nie topi się podczas spawania TIG, do formowania i wypełniania spoiny stosuje się specjalne materiały wypełniające w postaci metalowych prętów lub drutów, dobieranych do konkretnego zadania.

Zalety metody TIG:

  • możesz spawać prawie wszystkie metale i stopy;
  • technologia pozwala na dokładne spawanie cienkich metali oraz części o skomplikowanych kształtach;
  • zapewniona jest wysoka jakość spoin i trwałość połączeń.

Wady:

  • niska wydajność ze względu na konieczność dokładnej kontroli procesu spawania;
  • wymagana jest wysoka kwalifikacja i dobry poziom wyszkolenia spawacza;
  • konieczność stosowania butli z gazem, co zwiększa koszt spawania i ogranicza mobilność.
Proces spawania TIG.
Popularne spawarki TIG

Spawanie półautomatyczne (MIG/MAG)

W spawaniu półautomatycznym, które odbywa się w atmosferze gazu osłonowego, zamiast elektrod otulonych stosuje się drut, który w sposób ciągły podawany jest przez uchwyt spawalniczy za pomocą mechanizmu ciągnącego. Równolegle z drutem przez palnik podawany jest gaz osłonowy: obojętny (argon, azot lub hel), którego funkcją jest wypieranie powietrza lub gaz aktywny (dwutlenek węgla lub tlen), który bierze udział w procesie spawania. Możliwe jest również spawanie bez użycia gazu osłonowego, ale wymaga to specjalnego drutu proszkowego.

Zalety spawania półautomatycznego:

  • możesz spawać różnego rodzaju materiały (stal węglową i stal odporną na korozję, aluminium i niektóre stopy na bazie metali nieżelaznych);
  • technologia pozwala skutecznie spawać części o różnych grubościach — od cienkich blach po grubą walcówkę;
  • wydajność jest znacznie wyższa niż przy spawaniu ręcznym.

Wady:

  • osprzęt i materiały eksploatacyjne do spawania półautomatycznego MIG/MAG są droższe niż aparaty i elektrody do MMA;
  • konieczność stosowania butli z gazem, co ogranicza mobilność i zwiększa koszt pracy.
Proces spawania półautomatycznego.
Popularne spawarki do spawania półautomatycznego

Istnieją też inne metoy spawania: plazmowe, punktowe, laserowe, zgrzewanie tarciowe i wybuchowe. Jest jednak mało prawdopodobne, aby ich opis znalazł zastosowanie w artykule skierowanym do początkujących spawaczy.

Należy pamiętać, że wiele współczesnych spawarek to urządzenia uniwersalne. Mogą one posiadać np. jednocześnie złącza bagnetowe do przewodów masowych i uchwytu elektrody, niezbędne przy ręcznym spawaniu MMA, oraz złącze do podłączenia uchwytu stosowanego przy spawaniu półautomatycznym MIG/MAG. Takie urządzenia, które umożliwiają spawanie metalu kilkoma różnymi metodami, są odpowiednie dla spawaczy, którzy muszą wykonywać szeroki zakres zadań.

Przykład uniwersalnej spawarki umożliwiającej spawanie metodą MMA, TIG i MIG/MAG.

Maksymalny prąd spawania

Maksymalny prąd spawania, który należy wskazać w charakterystyce sprzętu, jest jednym z kluczowych parametrów przy wyborze spawarki. Zwiększając wartość prądu, można spawać metal głębiej, wykonywać szersze szwy i stosować grubsze elektrody.

Podczas wykonywania prac spawalniczych potrzebny jest prąd, który zapewni niezawodny zapłon elektrody i jej stabilne spalanie, dobre nagrzanie metalu i wystarczającą głębokość jeziorka spawalniczego. Na przykład:

  • prąd 80 - 100 A - nadaje się do pracy elektrodami ∅ 2 mm, pozwala spawać drobne kształtowe wyroby metalowe o grubości około 2 mm;
  • prąd 120 – 140 A - umożliwia stosowanie elektrod o średnicy ∅ 3 mm i spawanie konstrukcji metalowych z powszechnie stosowanych kątowników i rur profilowych;
  • prąd 160 - 180 A - umożliwia spawanie blachy walcowanej o grubych ściankach, np. ceowników, przy użyciu elektrod o średnicy ∅ 4 mm.

Należy pamiętać, że wybierając spawarkę, należy zawsze wybierać urządzenie z pewnym marginesem prądu maksymalnego (około 20% - 30%). W przeciwnym razie sprzęt będzie działał w trybie obciążenia krytycznego, co źle wpływa na jego niezawodność i trwałość.

Pewne znaczenie ma także zakres regulacji prądu. Przykładowo, aby zespawać metal o grubości żyletki lub ścianki puszki po piwie, potrzebny jest bardzo mały prąd - około 5 A. Jest mało prawdopodobne, że to zrobisz, ale miło będzie, jeśli Twoja maszyna pozwala obniżyć wartość prądu spawania do co najmniej 30 - 40 A, aby nie przepalić metalu podczas pracy z cienką blachą stalową lub walcówką małego kalibru.

Nowoczesne zgrzewarki pozwalają na precyzyjną regulację parametrów pracy.
Popularne spawarki o wysokim prądzie spawania

Maksymalna średnica elektrody lub drutu

W przypadku maszyn przeznaczonych do ręcznego spawania łukowego maksymalna dopuszczalna średnica elektrody jest w przybliżeniu proporcjonalna do maksymalnego prądu. Ale w przypadku urządzeń półautomatycznych sytuacja jest inna. Na to, który drut można zastosować podczas pracy, wpływa nie tylko charakterystyka prądu, ale także konstrukcja mechanizmu ciągnącego. Jego zadaniem jest zapewnienie ciągłego, płynnego podawania drutu z zadaną prędkością (bez szarpnięć i zakleszczeń).

Mechanizm podający posiada rolki z rowkami o określonej wielkości, które mają profil w kształcie litery U (dla drutu z miękkich metali, takich jak aluminium) lub profil w kształcie litery V (dla drutu stalowego). Z reguły wałek ma dwa rowki o standardowych rozmiarach (zwykle 0,6 i 0,8 mm, 0,8 i 1,0 mm lub 1,0 i 1,2 mm), ale czasami jest ich więcej. Dlatego to właśnie konstrukcja mechanizmu przeciągacza oraz zakres wymiennych końcówek palnika dostarczanych ze spawarką decyduje o tym, z jakim drutem może pracować dany półautomat.

Konstrukcja mechanizmu podającego określa, z jakim rodzajem drutu może pracować półautomat spawalniczy.
Popularne spawarki do cienkiego drutu

Częstotliwość przełączania

Współczynnik częstotliwości przełączania (PV) jest cechą sprzętu spawalniczego, która opisuje jego „wytrzymałość” i zdolność do długotrwałej pracy przy maksymalnym prądzie bez przerw. Przykładowo częstotliwość 70% oznacza, że typowy 10-minutowy cykl pracy urządzenia obejmuje do 7 minut ciągłej pracy, po czym wymagana jest 3-minutowa przerwa na schłodzenie „wewnętrznych elementów”.

Wybierając urządzenie według tej cechy, należy wziąć pod uwagę intensywność planowanej pracy i jej charakter. Np. do profesjonalnego spawania dużych konstrukcji z blachy stalowej potrzebna jest maszyna, na której można wykonać długie i grube ciągłe szwy – w tym celu lepiej jest wziąć model o współczynniku pracy > 70%. A do produkcji, powiedzmy, kutych ogrodzeń, które są montowane z gotowych elementów za pomocą „spoin sczepnych” (krótkie lub punktowe szwy), całkiem możliwe jest przyjęcie urządzenia o PV około 50%. Zadania domowe, które zazwyczaj obejmują spawanie wsporników do słupków ogrodzeniowych lub zawiasów do bram garażowych, można łatwo wykonać za pomocą spawarki o cyklu pracy ≤30%. Nawet tak mała częstotliwość przełączania (co oznacza 3 minuty spawania i 7 minut odpoczynku) jest wystarczająca dla większości rzemieślników, ponieważ spawacz i tak często musi przerywać pracę, aby dopasować części, wymienić elektrodę, usunąć kamień ze szwu i sprawdź jego jakość.

Nawet mały falownik o niskim cyklu pracy jest zwykle wystarczający do domowych projektów spawalniczych.

Napięcie wejściowe i pobór mocy

Charakterystyka, taka jak napięcie wejściowe i pobór mocy, są bardzo ważnymi kryteriami przy wyborze sprzętu dla obszaru, w którym występują problemy z zasilaniem lub warsztatu mobilnego, który wymaga zasilania z agregatu prądotwórczego (należy pamiętać, że istnieją specjalne generatory spawalnicze, które łączą w sobie funkcje spawarki i minielektrownia). Przykładowo najpotężniejsze spawarki powodują tak duże obciążenie sieci, że używanie ich w przydomowym warsztacie jest mało rozsądne, a często wymagają bezpośredniego podłączenia do panelu, z pominięciem automatyki. Należy również pamiętać, że ze zwykłej domowej sieci elektrycznej mogą działać tylko urządzenia 230 V, a w warsztatach fabrycznych i fabrykach podłączonych do prądu trójfazowego większe zapotrzebowanie jest na modele 400 V.

Popularne spawarki o dużej mocy (> 10 kVA)

Funkcje pomocnicze i zabezpieczenia

Wraz z przejściem na obwody inwerterowe i stopniową redukcją kosztów komponentów elektronicznych, producenci sprzętu spawalniczego zaczęli udoskonalać swoje produkty, dodając nowe funkcje, które czynią pracę spawacza łatwiejszą, wygodniejszą i bezpieczniejszą.

  • Hot Start – gdy elektroda dotknie spawanego materiału, spawarka emituje impuls o podwyższonej mocy. Dzięki krótkotrwałemu znacznemu zwiększeniu natężenia prądu elektroda błyskawicznie nagrzewa się do wysokiej temperatury, łatwo i pewnie zapalając łuk.
  • Arc Force — Funkcja, która reguluje prąd zwarcia. Krótkotrwałe, kontrolowane „skoki” natężenia prądu pozwalają na zwiększenie szybkości topienia elektrody, zwiększenie głębokości jeziorka spawalniczego i uniknięcie przyklejania się elektrody do spawanego materiału.
  • Zabezpieczenie przed przywieraniem(Anti-Stick) — jeśli nie da się uniknąć przyklejania, automatyka natychmiast ustawia prąd na minimalną wartość lub całkowicie wyłącza spawarkę. Dzięki tej funkcji przyklejoną elektrodę można łatwo oddzielić od spawanego materiału, nie uszkadzając powłoki i dzięki temu pozostaje ona zdatna do dalszego wykorzystania.
  • System redukcji napięcia(VRD) to funkcja zapewniająca bezpieczeństwo użytkownika. Jej istota polega na tym, że w momentach, gdy urządzenie jest włączone, ale nie wykonuje się spawania (na przykład podczas przygotowania sprzętu do pracy lub sprawdzania jakości spoiny), na elektrody podaje się nie napięcie robocze, tylko napięcie obniżone do bezpiecznej wartości (zwykle w granicach 10 – 20 V). Dzięki temu zamknięcie obwodu w przypadku przypadkowego dotknięcia elektrody ręką lub inną częścią ciała nie powoduje porażenia prądem spawacza. Należy pamiętać, że w wielu krajach pracownicy na budowach i w warsztatach przedsiębiorstw mają obowiązek korzystania ze spawarek z włączoną funkcją VRD w ramach ubezpieczenia na życie.

Urządzenie wyposażone we wszystkie wymienione „bajery” nie sprawi, że za dotknięciem czarodziejskiej różdżki staniesz się wysoko wykwalifikowanym specjalistą od ręcznego spawania łukowego. Jeżeli jednak jesteś początkującym uczącym się podstaw spawania lub nie masz dużego doświadczenia, to wyżej wymienione funkcje znacznie ułatwią Ci pierwsze kroki i pomogą popełnić mniej błędów. Dlatego przy wyborze pierwszej spawarki warto przyjrzeć się bliżej modelom wyposażonym w funkcję Hot Start, Arc Force i Anti-Stick.

Elektroniczne „asystenci” umożliwiają tworzenie równych i mocnych spawów.

Współczesne półautomaty spawalnicze posiadają także funkcje przydatne zarówno dla początkujących (pomoc na początkowym etapie nauki spawania elektrycznego), jak i dla profesjonalistów (pozwalają na szybszą pracę i wykonywanie spawów lepszej jakości).

  • Spawanie impulsowe to tryb pracy półautomatu inwertorowego, w którym podstawowy prąd spawania uzupełniany jest impulsami o dużej mocy (zwykle 5 do 10 razy silniejsze od prądu tła), następującymi z częstotliwością od kilkudziesięciu do kilkuset herc. Pulsacja prądu usprawnia procesy przenoszenia kropel i mieszania metalu w jeziorku spawalniczym, zmniejsza ilość porów i defektów, poprawia jakość spoiny i trwałość połączenia.
  • Sterowanie synergiczne to „inteligentna” funkcja ułatwiająca proces konfiguracji osprzętu. Oprogramowanie układowe jednostki elektronicznej sterującej pracą spawarki zawiera obszerną bibliotekę standardowych programów. W katalogu gotowych ustawień znajdują się programy do spawania różnych rodzajów stali, metali nieżelaznych i stopów. Spawacz ma obowiązek określić dane wejściowe (rodzaj metalu, grubość spawanego materiału, średnicę drutu, skład gazu osłonowego itp.), a elektronika sama dobierze optymalne parametry pracy (natężenie prądu i napięcie wyjściowe, prędkość podawania drutu, częstotliwość i czas trwania impulsów itp.). Jeśli podczas pracy spawacz ręcznie zmieni jeden z parametrów, pozostałe dostosują się automatycznie. Dzięki doborowi optymalnych trybów i elektronicznej kontroli procesu spawania, urządzenia ze sterowaniem synergicznym poprawiają jakość pracy i zmniejszają prawdopodobieństwo wystąpienia błędów.
  • Tryb 2/4-takt to metoda sterowania urządzeniem, która pozwala zmienić „zachowanie” półautomatu spawalniczego. W trybie 2-takt spawarka pracuje po naciśnięciu przycisku na palniku i wyłącza się po jego zwolnieniu. Podczas pracy w trybie 4-takt urządzenie nie reaguje na puszczenie przycisku, włącza się i wyłącza dopiero po naciśnięciu przycisku — dzięki temu praca z długimi spawami jest wygodniejsza.
Współczesne półautomaty spawalnicze mają wiele ustawień i regulacji.

Podsumowanie

Wybierając spawarkę do garażu lub przydomowego warsztatu warto zadać sobie szereg pytań i szczerze na nie odpowiedzieć:

  • Co będziesz spawać? — lepiej wstępnie dobrać spawarkę do mniej lub bardziej konkretnych zadań, biorąc pod uwagę rodzaj metalu i jego grubość;
  • jakie jest Twoje doświadczenie? — dla początkujących zdecydowanie lepiej sprawdzi się urządzenie z elektronicznymi „asystentami”, pomagającymi uniknąć błędów;
  • Jak często planujesz spawać? — spawarka do użytku okazjonalnego i ciągłego może znacznie różnić się ceną i niezawodnością;
  • jaką pracę będziesz wykonywać? — przy wyborze spawarki należy wziąć pod uwagę następujące czynniki: praca na zewnątrz lub w pomieszczeniu, spawanie krótkimi lub długimi spawami, możliwość podłączenia butli z gazem itp.

Należy pamiętać, że w spawaniu nie liczy się marka urządzenia, a już na pewno nie jego koszt. Najważniejsze jest doświadczenie i umiejętności doskonalone w praktyce. Nawet najlepsza spawarka z najbardziej zaawansowanymi technologiami i funkcjami nie wykona pracy za Ciebie i nie zamieni początkującego w wysoko wykwalifikowanego spawacza. Dlatego warto szukać swojej pierwszej spawarki wśród niedrogich modeli ze średniej półki cenowej, skupiając się na specyfikacji i recenzjach.