Огнеупорный цемент: маркировка, характеристики жаростойкого (термостойкого) цемента

Огнеупорный цемент: основные марки и области применения материала

Цемент – один из основных строительных материалов, применяемых для изготовления бетона и строительных растворов.

При возведении некоторых конструкций требуется применение огнеупорных модификаций, отличающихся устойчивостью к экстремально высоким температурам, коррозии и другим негативным факторам. На рынке представлен широкий ассортимент огнеупорного цемента.

Характеристики материала

Чтобы по достоинству оценить огнестойкий цемент, для начала нужно рассмотреть его положительные качества.

Среди наиболее ценных эксплуатационных характеристик этого материала можно отметить следующее:

1. способность выдержать нагрев до 3500°С (данное качество присуще не всем маркам огнеупорного цемента);
2. высокие прочностные характеристики, достигаемые за счет использования особого сорта глины;
3. короткое время затвердевания (конструкции, возведенные с помощью такого цемента, могут эксплуатироваться уже через 20 часов);
4. за счет добавления алюмината кальция огнеупорный цемент обретает устойчивость к коррозии и разложению;
5. в составе материала отсутствует влага, поэтому он не проводит электричество;
6. в состав материала также входят особые клеевые гранулы, усиливающие адгезию и блокирующие все пустоты.

Для приготовления огнестойкого раствора достаточно смешать необходимую марку огнеупорного цемента с песком и водой. Важно в точности соблюдать пропорции, указанные производителем на упаковке.

В частном домостроении наиболее часто используется огнеупорный цемент для печей. Но здесь важно правильно подобрать марку.

В состав материала должны входить алюминаты кальция. Причем их концентрация должна составлять не более 75%.

Несмотря на все положительные качества, огнеупорный цемент имеет и определенные недостатки. В частности, его стоимость в разы выше, чем у традиционного портландцемента. А при нагревании он выделяет специфический запах.

Сферы применения

Сферы применения огнеупорного цемента безграничны. Он может использоваться при выполнении любых строительных работ.

Но, учитывая высокую стоимость, его используют при возведении конструкций, подвергающихся высокотемпературному нагреву. Огнеупорные модификации наиболее востребованы в промышленности.

С их помощью выполняются следующие работы:

• облицовываются отопительные комплексы и агрегаты;
• изготавливаются жаростойкие железобетонные конструкции;
• производятся огнеупорные кирпичи, блоки, растворы и панели;
• составляются клеевые растворы для нефтяных и химических установок;
• изготавливаются печи для плавления стекла;
• применяют в теплоэнергетической промышленности.

В частных домовладениях огнестойкий цемент используется для сооружения домашних печей, каминов и дымоходов.

Отличительные особенности

Основной отличительной особенностью огнестойких модификаций является устойчивость к экстремально высоким температурным воздействиям.

Обычные цементные смеси уже при 250°С начинают деформироваться. При нагреве до 500°С появляются трещины, приводящие к нарушению целостности конструкции.

В зависимости от марки, огнестойкие модификации способны выдерживать воздействие открытого пламени и не деформироваться даже при нагреве до 3500°С. А кирпичная кладка не теряет своих эксплуатационных характеристик.

Состав и маркировка

Все разновидности огнеупорного цемента должны соответствовать ГОСТ 28874-2004.

В зависимости от огнестойкого связующего, данный материал делят на два типа:

1. глиноземистый;
2. высокоглиноземистый.

В их состав входят следующие компоненты:

• гранулированный шлак – 50-90%;
• присадки, повышающие термостойкость материала – 5-40%;
• щелочные соединения металлов – 5-20%.

Цемент огнеупорный глиноземистый маркируется буквенно-цифровым обозначением ГЦ40-ГЦ60. Продукция, имеющая такую аббревиатуру, содержит минимум 35% оксида алюминия.

Высокоглиноземистый – ВГЦ I, ВГЦ II и ВГЦ III или ВГЦ70 и ВГЦ75. Отличительной особенностью высокоглиноземистых материалов является повышенная термостойкость и отсутствие выделения запаха при нагревании. Аббревиатура ВГЦ I-ВГЦ III указывает на минимальное содержание оксида алюминия 60%, 70% и 80%.

Цифровые обозначения «40-60» указывают на максимальный предел прочности при сжимающих нагрузках. К примеру, цемент ГЦ50 способен выдержать нагрузку 50 мПа.

Выбор определенной марки огнеупорного цемента зависит от типа конструкции и условий ее эксплуатации. На рынке представлено широкое многообразие марок огнеупорного цемента, как отечественных, так и зарубежных производителей.

Зарубежная продукция отпускается в упакованном виде. Отечественный продукт можно приобрести как в упаковке, так и на развес.

Особенности применения

Стоимость термостойкой продукции гораздо выше, поэтому при работе с ней следует соблюдать предельную осторожность. Любые погрешности значительно снизят качество выполненных работ и приведут к непредвиденным расходам.

Для начала необходимо подготовить рабочую поверхность, на которую будет наноситься жаростойкий раствор. Ее очищают от пыли и мусора, используя щетку или пылесос.

Сажу считают, а место ее нахождения шлифуют. При наличии жировых пятен поверхность обрабатывают специальным растворителем.

Далее приступают к приготовлению бетонного раствора. Его готовят по инструкции, указанной производителем огнеупорного цемента. Чаще всего для получения 1 м 3 огнестойкого бетона смешивают следующее:

1. глиноземистый цемент – 300 кг;
2. шамотный щебень – 1200 кг;
3. шамотный песок – 750 кг;
4. воду – 160-170 литров.

Для приготовления смеси используют бетономешалку. При небольших объемах расход компонентов пропорционально уменьшают, а для перемешивания используют техническую емкость.

Готовый раствор наносят на рабочую поверхность с помощью мастерка. В целом, технология огнестойкой кладки ничем не отличается от стандартной.

Заключение

В состав огнеупорного цемента входят специальные сорта глины и дополнительные компоненты, усиливающие ее термостойкие качества.

Такой материал незаменим при облицовке строительных объектов, подвергающихся высокотемпературному воздействию.

Его используют при кладке печей, каминов и дымоходов в частных домовладениях. А знание маркировок и характеристик огнестойких составов поможет подобрать цемент, требуемый для выполнения конкретной задачи.

Видео: Огнеупорный бетон

Огнеупорный цемент: маркировка, характеристики жаростойкого (термостойкого) цемента

Традиционные марки цемента боятся температурных изменений и начинают деформироваться при высокой температуре. А поскольку такой материал пользуется большой популярностью, строители выбирают специальные огнестойкие разновидности. Они приспособлены к любым воздействиям и обладают массой эксплуатационных преимуществ.

Достоинства

Выбирая огнеупорный цемент, важно учитывать не только его плюсы, но и минусы. Среди них:

1. Высокая стоимость, если сравнивать его с классическими вариантами вяжущих компонентов.
2. Вероятность химической реакции при взаимодействии с некоторыми элементами из таблицы Менделеева. При подобных процессах материал не выделяет токсических веществ и остается безвредным для человеческого здоровья, однако результатом реакции является неприятный запах.

Список плюсов более обширный.

1. Увеличенные прочностные свойства. Они обусловлены применением особой технологии производства, которая подразумевает термическое воздействие на исходное сырье. Под воздействием высоких температур обеспечивается улучшенное соединение керамических соединений. Чтобы изготовить кладочный и штукатурный раствор, необходимо в точности соблюдать пропорции и рецептуру.
2. Высокая скорость схватывания и короткие сроки затвердевания. В сравнении с другими марками цементной смеси, включая Портландцемент М400, термостойкий цемент быстрее набирает требуемую прочность и делает конструкцию готовой к прямому использованию уже через сутки.
3. Хорошая степень вязкости и сцепления с другими строительными материалами.
4. Устойчивость к коррозийным процессам, которую обеспечивает наличие в составе алюмината кальция.
5. Жаростойкость. Подобный вяжущий компонент способен выдерживать воздействие открытого огня и жара с температурами до +2000…+3500°C. Это делает его незаменимым решением для промышленных помещений или построек, размещенных в зоне повышенной пожарной опасности.
6. Хорошая изоляция от электрических разрядов. В составе цемента отсутствует влага, поэтому он обладает неэлектропроводными свойствами.
7. Надежность и устойчивость сцепления кирпичей. При производстве жаростойких марок используются особые гранулы клея, которые обеспечивают максимальную прочность соединения кирпичной кладки, блокируют пустоты и не дают воздуху выходить наружу.

Использование огнестойких смесей предусматривает соблюдение тех же пропорций, что и при выборе остальных связующих материалов.

Направления использования

Цемент жаростойкий можно применять для самых различных работ в сфере строительства. Однако из-за высокой стоимости его принято использовать для возведения построек и конструкций, находящихся под воздействием высокой температуры. Подобное решение особенно востребовано для промышленных помещений и частных домов.

1. Организация монолитной футеровки при проведении ремонтных и восстановительных работ с тепловым и плавильным оборудованием, которое эксплуатируется в температурном режиме до +1600°C.
2. Обустройство конструкций из железобетона, устойчивых к высокому нагреву.
3. Производство блоков и кирпичей с огнеупорными характеристиками.
4. Изготовление раствора для кирпичной кладки и обмазки банных печей.
5. Создание клеевых основ для нефтеперерабатывающей промышленности.
6. Возведение печей для производства стекла.
7. Сооружение каминов и печей для жилых объектов.
8. Монтаж систем дымоотвода.

Жаростойкие смеси необходимы и для горной или металлургической сферы деятельности. Еще они незаменимы для обустройства тоннелей, подложек и прочих конструкций, подвергающихся усиленному нагреву.

Марки огнеупорных цементов

Производство огнестойких цементных смесей подразумевает использование глинозема с учетом требований ГОСТа. В зависимости от концентрации в составе оксида алюминия цемент разделяется на несколько марок. Если содержание добавок не превышает 35%, продукция обозначается аббревиатурой ГЦ. При наличии более высокой доли применяется обозначение ВГЦ.

Смеси с маркой ВГЦ I на 60% состоят из алюминия. Еще в составе присутствуют такие компоненты:

1. Кальций — 32%.
2. Кремний — 3%.
3. Железо, магний, сера — от 1 до 2%.

При выборе марки покупатели обращают внимание на фактические термические и механические нагрузки, с которыми будет сталкиваться цементная смесь. В продаже предлагается широкий выбор жаропрочных компонентов как зарубежного, так и отечественного производства.

Ко второй группе относятся материалы, которые создаются на основе клинкера из приволжских и центральных регионов Российской Федерации, Москвы и Сибири. Также на рынке доступны турецкие, финские, французские и польские смеси, обладающие массой эксплуатационных достоинств.

Главные характеристики материала

Эксплуатационные характеристики жаропрочных цементных смесей выглядят следующим образом:

1. Возможность эксплуатации под постоянным температурным воздействием до +3500°C. Устойчивость к прямому огню.
2. Улучшенные огнеупорные свойства и прочность, обусловленная особой технологией производства.
3. Повышенный коэффициент соединения с поверхностью и оптимальная вязкость.
4. Высокая скорость затвердевания. Конструкции, соединенные термостойкими компонентами, подлежат эксплуатации уже через 20 часов.
5. Отсутствие сложностей при самостоятельной подготовке смеси.
6. Стандартные пропорции для изготовления. Чтобы подготовить качественную смесь, достаточно использовать общепринятую рецептуру, как при производстве традиционных марок цемента.

Жаропрочный бетон на основе глиноземистого цемента своими руками

Чтобы изготовить огнестойкий бетон на основе глиноземистого цемента в домашних условиях, нужно подготовить следующие компоненты:

1. Вода.
2. Вяжущие и жаропрочные добавки.

Технологический процесс содержит массу нюансов. В первую очередь следует позаботиться о чистоте всех составляющих, а еще предотвратить вероятность загрязнения огнеупорных компонентов песком, гранитом или известняком.

Строители используют разные способы изготовления огнестойкого бетона. Наиболее простая технология подразумевает использование готовой сухой смеси, содержащей в своем составе жаропрочные добавки. Если состав изготовляется с нуля, понадобится грамотно составить пропорции компонентов и смешать их.

Специалисты рекомендуют останавливаться на первом варианте, поскольку готовые сухие смеси обладают требуемыми эксплуатационными характеристиками и произведены по заводскому технологическому процессу. Поэтому пользователю предоставляется цемент высшего качества, который нужно лишь разбавить водой или растворителем.

Начиная самостоятельное изготовление огнеупорной бетонной смеси, важно предусмотреть наличие таких добавок:

1. Хромитовая руда.
2. Магнезитовый цемент.
3. Андезит.
4. Шамотный бой.

Если правильно подобрать ингредиенты, конечная конструкция будет надежной и долговечной.

Все составляющие переносятся в бетономешалку и тщательно перемешиваются в пропорции 1:4 (цемент и песок). Когда получится однородная смесь, к ней можно добавить жидкость до появления тестообразной консистенции. В таком случае смесь получит требуемую степень вязкости и быстро станет твердой. Разбавляя ее водой, важно придерживаться рекомендаций специалистов и не отклоняться от рецептуры.

После выполнения всех действий необходимо провести очистку оборудования и избавиться от застывшего материала с инструментом. Если возникает желание сделать небольшое количество раствора на основе портландцемента, смешивание компонентов можно выполнять без бетономешалки. Для этой цели используются широкие емкости и ручной инструмент.

Отличие от других видов цемента

Основное отличие огнеупорных цементных смесей от остальных марок заключается в усиленной защите от высокотемпературного воздействия. Классическая продукция подвергается растрескиванию при нагреве до +250°C.

Если на материал будет воздействовать температура свыше +500°C, бетон начнет деформироваться, массив потеряет целостность и станет непригодным для дальнейшего использования.

Стоимость продукции разных марок

Цена жаростойких материалов зависит от разных факторов, включая сезонный. Если они выпускаются в летний период, их стоимость повышается, поскольку объемы строительных работ стремительно растут. Зимой цемент более дешевый и продается как в розницу, так и оптом.

1. 50 кг цемента ГЦ-40 обойдется по цене 1,3-1,4 тыс. рублей.
2. 50 кг цемента Gorkal 40, производимого польской компанией, будут стоить 1,4-1,5 тыс. рублей.
3. Российский цемент ВГЦ-50 продается по цене 1,8 рубля за 20 кг.

Перед тем как приобрести смесь, нужно ознакомиться с наличием сертификатов качества и ее маркой.

Как работать

Цементные составы с жаропрочными свойствами стоят дороже, чем простые марки, поэтому работать с ними нужно более осторожно и ответственно. Если не учитывать правила и допускать погрешности, это может привести к неоправданным финансовым затратам и образованию низкокачественной конструкции.

Чтобы материал хорошо сцепился с поверхностью, важно грамотно подойти к подготовительным работам и очистить эту зону от любых неровностей или дефектов.

Собираясь нанести массу на рабочую площадь, важно избавиться от пыли и грязи, провести шлифовальные работы и устранить сажу или жировые пятна. Чем грамотнее будут проведены эти мероприятия, тем дольше и качественнее прослужит конструкция.

Огнеупорный цемент: маркировка, характеристики жаростойкого (термостойкого) цемента

Бетон способен сопротивляться температуре свыше 1000 градусов по °С несколько часов подряд, выдерживает многократное замерзание и оттаивание. Под воздействием длительного интенсивного влияния огня бетон меняет свои свойства, снижаются прочностные характеристики. В зонах повреждения величина влияния огня на бетон определяется термическим анализом.

Достоинства

Выбирая огнеупорный цемент, важно учитывать не только его плюсы, но и минусы. Среди них:

1. Высокая стоимость, если сравнивать его с классическими вариантами вяжущих компонентов.
2. Вероятность химической реакции при взаимодействии с некоторыми элементами из таблицы Менделеева. При подобных процессах материал не выделяет токсических веществ и остается безвредным для человеческого здоровья, однако результатом реакции является неприятный запах.

Список плюсов более обширный.

В него вошли следующие пункты:

1. Увеличенные прочностные свойства. Они обусловлены применением особой технологии производства, которая подразумевает термическое воздействие на исходное сырье. Под воздействием высоких температур обеспечивается улучшенное соединение керамических соединений. Чтобы изготовить кладочный и штукатурный раствор, необходимо в точности соблюдать пропорции и рецептуру.
2. Высокая скорость схватывания и короткие сроки затвердевания. В сравнении с другими марками цементной смеси, включая Портландцемент М400, термостойкий цемент быстрее набирает требуемую прочность и делает конструкцию готовой к прямому использованию уже через сутки.
3. Хорошая степень вязкости и сцепления с другими строительными материалами.
4. Устойчивость к коррозийным процессам, которую обеспечивает наличие в составе алюмината кальция.
5. Жаростойкость. Подобный вяжущий компонент способен выдерживать воздействие открытого огня и жара с температурами до +2000…+3500°C. Это делает его незаменимым решением для промышленных помещений или построек, размещенных в зоне повышенной пожарной опасности.
6. Хорошая изоляция от электрических разрядов. В составе цемента отсутствует влага, поэтому он обладает неэлектропроводными свойствами.
7. Надежность и устойчивость сцепления кирпичей. При производстве жаростойких марок используются особые гранулы клея, которые обеспечивают максимальную прочность соединения кирпичной кладки, блокируют пустоты и не дают воздуху выходить наружу.

Использование огнестойких смесей предусматривает соблюдение тех же пропорций, что и при выборе остальных связующих материалов.

Механизм бетонной огнестойкости

Огнестойкие свойства бетона легко понять. Компоненты бетона, такие как цемент и заполнители, являются химически инертными и, следовательно, в основном негорючими, а бетон обладает низкой скоростью теплопередачи. Именно эта медленная скорость проводимости (теплообмена) позволяет бетону действовать в качестве эффективного огненного щита не только между соседними пространствами, но и защищать себя от повреждения в результате пожара.

Таким образом, определенные бетонные конструктивные элементы, такие как стены в доме, действуют как противопожарный щит, защищая соседние помещения от огня и сохраняя его структурную целостность, несмотря на воздействие сильного тепла.

Направления использования

Цемент жаростойкий можно применять для самых различных работ в сфере строительства. Однако из-за высокой стоимости его принято использовать для возведения построек и конструкций, находящихся под воздействием высокой температуры. Подобное решение особенно востребовано для промышленных помещений и частных домов.

Список основных сфер использования выглядит следующим образом:

1. Организация монолитной футеровки при проведении ремонтных и восстановительных работ с тепловым и плавильным оборудованием, которое эксплуатируется в температурном режиме до +1600°C.
2. Обустройство конструкций из железобетона, устойчивых к высокому нагреву.
3. Производство блоков и кирпичей с огнеупорными характеристиками.
4. Изготовление раствора для кирпичной кладки и обмазки банных печей.
5. Создание клеевых основ для нефтеперерабатывающей промышленности.
6. Возведение печей для производства стекла.
7. Сооружение каминов и печей для жилых объектов.
8. Монтаж систем дымоотвода.

Жаростойкие смеси необходимы и для горной или металлургической сферы деятельности. Еще они незаменимы для обустройства тоннелей, подложек и прочих конструкций, подвергающихся усиленному нагреву.

Марки огнеупорных цементов

Производство огнестойких цементных смесей подразумевает использование глинозема с учетом требований ГОСТа. В зависимости от концентрации в составе оксида алюминия цемент разделяется на несколько марок. Если содержание добавок не превышает 35%, продукция обозначается аббревиатурой ГЦ. При наличии более высокой доли применяется обозначение ВГЦ.

Смеси с маркой ВГЦ I на 60% состоят из алюминия. Еще в составе присутствуют такие компоненты:

1. Кальций — 32%.
2. Кремний — 3%.
3. Железо, магний, сера — от 1 до 2%.

Серия ВГЦ II содержит 70% оксида алюминия и небольшое количество оксидов кремния и кальция. Возле маркировки присутствуют цифры, указывающие на прочностные свойства при сжимающих нагрузках. Так, смеси серии ГЦ 40 могут выдерживать нагрузки от 40 МПа.

При выборе марки покупатели обращают внимание на фактические термические и механические нагрузки, с которыми будет сталкиваться цементная смесь. В продаже предлагается широкий выбор жаропрочных компонентов как зарубежного, так и отечественного производства.

Ко второй группе относятся материалы, которые создаются на основе клинкера из приволжских и центральных регионов Российской Федерации, Москвы и Сибири. Также на рынке доступны турецкие, финские, французские и польские смеси, обладающие массой эксплуатационных достоинств.

Эксплуатационные характеристики, состав по ГОСТ 20910-90

В состав жаростойкого бетона входят 3 основных компонента – вяжущее средство, заполнитель и вода. Задача заполнителя – создать прочную основу бетонного блока, которая будет противостоять механическим нагрузкам. Для жаропрочных бетонов подходят:

• Шамотный песок;
• Доменные шлаки;
• Магнезит;
• Пыль хромитовой руды;
• Корунд;
• Щебень;
• Пемза.

Чем мельче элементы заполнителя, тем пластичнее бетон, а чем грубее – тем более он устойчив к нагрузкам.

Вяжущее вещество соединяет частицы заполнителя между собой, дает дополнительную пластичность. Жаропрочность и устойчивость к морозам зависят от вида вяжущего. Для термоустойчивых бетонов применяются:

• Глинозем (соединения алюминия);
• Силикаты;
• Портландцемент;
• Жидкое стекло;
• Пластификаторы.

Смеси для приготовления бетона продаются в строительных магазинах. Пропорции заполнителей и вяжущих веществ подобраны заранее, и хозяину или работникам остается только растворить смесь в воде и размешать ее. На упаковке указан состав и максимальные температуры, которые выдержит смесь.

Внимание! Портландцемент хорошо выдерживает нейтральную или щелочную среду, но плохо взаимодействует с кислой средой. Жидкое стекло без добавок портится от воды. Жидкое стекло с алюмосиликатами устойчиво к любым воздействиям.

Точный состав смеси регулирует ГОСТ. Он же определяет признаки, по которым готовый раствор можно отнести к жаропрочному или огнеупорному классу. Для этого измеряется деформация бетонного изделия при заданной температуре. Чем она сильнее, тем хуже теплозащитные свойства.

Главные характеристики материала

Эксплуатационные характеристики жаропрочных цементных смесей выглядят следующим образом:

1. Возможность эксплуатации под постоянным температурным воздействием до +3500°C. Устойчивость к прямому огню.
2. Улучшенные огнеупорные свойства и прочность, обусловленная особой технологией производства.
3. Повышенный коэффициент соединения с поверхностью и оптимальная вязкость.
4. Высокая скорость затвердевания. Конструкции, соединенные термостойкими компонентами, подлежат эксплуатации уже через 20 часов.
5. Отсутствие сложностей при самостоятельной подготовке смеси.
6. Стандартные пропорции для изготовления. Чтобы подготовить качественную смесь, достаточно использовать общепринятую рецептуру, как при производстве традиционных марок цемента.

Жаропрочный бетон на основе глиноземистого цемента своими руками

Чтобы изготовить огнестойкий бетон на основе глиноземистого цемента в домашних условиях, нужно подготовить следующие компоненты:

1. Вода.
2. Вяжущие и жаропрочные добавки.

Технологический процесс содержит массу нюансов. В первую очередь следует позаботиться о чистоте всех составляющих, а еще предотвратить вероятность загрязнения огнеупорных компонентов песком, гранитом или известняком.

Строители используют разные способы изготовления огнестойкого бетона. Наиболее простая технология подразумевает использование готовой сухой смеси, содержащей в своем составе жаропрочные добавки. Если состав изготовляется с нуля, понадобится грамотно составить пропорции компонентов и смешать их.

Специалисты рекомендуют останавливаться на первом варианте, поскольку готовые сухие смеси обладают требуемыми эксплуатационными характеристиками и произведены по заводскому технологическому процессу. Поэтому пользователю предоставляется цемент высшего качества, который нужно лишь разбавить водой или растворителем.

Начиная самостоятельное изготовление огнеупорной бетонной смеси, важно предусмотреть наличие таких добавок:

1. Хромитовая руда.
2. Магнезитовый цемент.
3. Андезит.
4. Шамотный бой.

Если правильно подобрать ингредиенты, конечная конструкция будет надежной и долговечной.

Все составляющие переносятся в бетономешалку и тщательно перемешиваются в пропорции 1:4 (цемент и песок). Когда получится однородная смесь, к ней можно добавить жидкость до появления тестообразной консистенции. В таком случае смесь получит требуемую степень вязкости и быстро станет твердой. Разбавляя ее водой, важно придерживаться рекомендаций специалистов и не отклоняться от рецептуры.

Готовый состав помещается в формы и заливается в опалубку или применяется для кирпичной кладки. При использовании глиноземистых наполнителей важно вовремя разбавлять их водой, чтобы предотвратить чрезмерно быстрое схватывание.

После выполнения всех действий необходимо провести очистку оборудования и избавиться от застывшего материала с инструментом. Если возникает желание сделать небольшое количество раствора на основе портландцемента, смешивание компонентов можно выполнять без бетономешалки. Для этой цели используются широкие емкости и ручной инструмент.

Огнестойкость бетона: действие больших температур на

Неспециализированные сведения

Прежде всего направляться заявить, что люди обычно путают огнестойкость железобетонных конструкций с жаростойкостью, а это пара различные понятия:

В следствии малом теплопроводности материала, при непродолжительном действии большой температуры бетон и арматура, которая расположена под защитным слоем, не успевают достаточно разогреться.

Исходя из этого значительно более губительным для бетона есть его поливание водой, что происходит при тушении пожара. Наряду с этим происходит растрескивание материала, нарушение защитного слоя и, как следствие, обнажение арматуры.

Действие больших температур на бетон

Под действием больших температур, в бетоне происходят разные негативные процессы:

Жароупорные бетоны

Данные из таблицы относятся к простым бетонам. Но в следствии научных и практических изысканий была открыта возможность создания жароупорного бетона на базе портландцемента, который способен выдерживать температуру в 1100 градусов а также выше.

Для этого в состав материала вводят алюмокремнеземистые или кремнеземистые тонкомолотые добавки, связывающие гидроокись кальция, которая выделяется в следствии гидратации цемента.

Помимо этого, в качестве заполнителей применяют термостойкие и огнеупорные материалы, такие как:

• Кирпичный щебень;
• Доменный шлак;
• Туф;
• Шамот;
• Андезит;
• Базальт;
• Хромистый железняк.

Так, приготовить жаростойкий бетон возможно кроме того своими руками на строительной площадке.

Совет! По окончании возведения железобетонных конструкций обычно появляется необходимость в их механической обработке. При таких условиях применяют особое оборудование с алмазными насадками. К приме

Отличие от других видов цемента

Основное отличие огнеупорных цементных смесей от остальных марок заключается в усиленной защите от высокотемпературного воздействия. Классическая продукция подвергается растрескиванию при нагреве до +250°C.

Если на материал будет воздействовать температура свыше +500°C, бетон начнет деформироваться, массив потеряет целостность и станет непригодным для дальнейшего использования.

В отличие от традиционных марок цемента, жаропрочные аналоги сохраняют устойчивость к нагреву до +2000°C.

Механизм и факторы

Огнестойкость бетона — это способность бетона противостоять огню или обеспечивать защиту от огня. Это включает способность конкретного структурного элемента продолжать выполнять определенную структурную функцию или ограничивать огонь. Продолжительность времени, в течение которого такой элемент, как балка, колонна, стена, пол или крыша может выдержать пожар, называется степенью пожарной безопасности. Огнестойкость контролируется как физическими, так и тепловыми свойствами структурного элемента. Факторы, влияющие на характеристики конструкции, включают в себя уровень напряжения в бетоне и стали, бетонное покрытие, склонность заполнителя и свободной влаги к образованию трещин и условия бокового ограничения. Тем не менее, параметры, которые контролируют тепловые характеристики, включают в себя тип заполнителя, свободную влажность в бетоне (как впитанном, так и капиллярном) и объем бетона на квадратный метр открытой площади.

Стоимость продукции разных марок

Цена жаростойких материалов зависит от разных факторов, включая сезонный. Если они выпускаются в летний период, их стоимость повышается, поскольку объемы строительных работ стремительно растут. Зимой цемент более дешевый и продается как в розницу, так и оптом.

Таблица стоимости выглядит таким образом:

1. 50 кг цемента ГЦ-40 обойдется по цене 1,3-1,4 тыс. рублей.
2. 50 кг цемента Gorkal 40, производимого польской компанией, будут стоить 1,4-1,5 тыс. рублей.
3. Российский цемент ВГЦ-50 продается по цене 1,8 рубля за 20 кг.

Перед тем как приобрести смесь, нужно ознакомиться с наличием сертификатов качества и ее маркой.

Как работать

Цементные составы с жаропрочными свойствами стоят дороже, чем простые марки, поэтому работать с ними нужно более осторожно и ответственно. Если не учитывать правила и допускать погрешности, это может привести к неоправданным финансовым затратам и образованию низкокачественной конструкции.

Чтобы материал хорошо сцепился с поверхностью, важно грамотно подойти к подготовительным работам и очистить эту зону от любых неровностей или дефектов.

Собираясь нанести массу на рабочую площадь, важно избавиться от пыли и грязи, провести шлифовальные работы и устранить сажу или жировые пятна. Чем грамотнее будут проведены эти мероприятия, тем дольше и качественнее прослужит конструкция.

Особенности огнеупорного цемента

Обычный цемент может претерпевать изменения, разрушаться при повышении температуры. Поскольку этот материал наиболее часто используют в строительстве, то возникает необходимость в поиске огнестойких модификаций.

Во многих ситуациях нужно использовать огнеупорный цемент, который без разрушения выдерживает продолжительные термические нагрузки до 3000 ℃. Особая огнестойкость обусловлена составом, технологией производства. Материал ориентирован на применение в жилом и промышленном строительстве, огнеупорные цементы применяют при обустройстве печей, где они проявляют хорошие качества при грамотной подготовке смеси.

Состав

Все цементы – это минеральные композиции на основе известняка, глины и гипса. Может сложиться впечатление, что такое сырье заведомо обладает огнеупорными свойствами.

Известняк и гипс, действительно, хорошо выдерживают нагревание, в то время как термостойкость глины в большой степени зависит от ее природы.

Существует 5 разновидностей цементных смесей, из которых в обычной практике наибольшее распространение получил портландцемент с максимальной термической устойчивостью до 600 ℃.

Нагревание уже до 250 ℃ провоцирует появление первых трещин, по которым может распространяться дым и огонь. При более высоких температурах портландцемент начинает разрушаться, что чревато серьезными последствиями при пожарах.

Таблица. Содержание оксидов в высокоглиноземистых составах

Содержание оксидов нижеуказанных элементов , %

Оксид кальция СаО

Оксид кремния SiO₂

Оксид магния MgO

Диоксид титана ТiO₂

Огнеупорный цемент, сделанный на основе специальных видов глины с преобладанием глиноземистого и высокоглиноземистого сырья, благополучно выдерживает достаточно длительное нагревание до 1480 ℃, особые сорта – до 1750 ℃. Повышенная термостойкость обусловлена большими концентрациями оксида алюминия, которые варьируются от 55 % до максимального содержания, равного 70 %.

Достоинства

Огнеупорные марки цемента имеют следующие достоинства:

• способность выдерживать действие открытого огня;
• стойкость при непродолжительном нагревании свыше 3000 ℃;
• высокая механическая прочность;
• увеличенная адгезия по сравнению со всеми остальными видами смесей;
• большая скорость полного затвердевания массы;
• инертность по отношению к агрессивному влиянию внешней среды.

Жаропрочный цемент мелко измельчают, после чего однородный порошок просеивают через сито №008, получая 90% материала. Фракция с зернами покрупнее составляет не больше 10 %. Цементная смесь с обычным содержанием глинозема окрашена в серые или светло-коричневые цвета; с повышенной концентрацией термостойкого компонента – в белые или светло-стальные цвета. Плотность огнеупорного порошка отличается: ее минимальный показатель составляет 2,8 г/см 2 , максимальный – 3,2 г/см 2 .

Продукт с улучшенными огнеупорными качествами готовят по стандартной технологии, используя обычное количество песка и воды. При этом застывания портландцемента приходится ждать от 1 до 3 суток, а огнеупорные марки затвердевает полностью за 10 часов даже во влажном окружении.

Из негативных аспектов, характеризующих термостойкий цемент, отмечают повышенную цену по сравнению с другими сортами, что вполне понятно. Некоторые авторы говорят о вредном влиянии на огнеупорный материал щелочей. Возможно, концентрированные щелочи в каких-то условиях могут вступать в реакции с определенной частью огнеупорного сырья, но на практике щелочных воздействий такого рода быть не может ни при каких ситуациях.

Направления использования

Огнеупорные виды цемента можно применять для всех строительных работ. Учитывая экономические соображения, чаще всего его используют в ситуациях, когда конструкция постоянно подвергается высокому нагреву. Востребованность в огнеупорной цементной продукции возникает в промышленности и частных владениях.

Основные направления применения огнеупорного высокоглиноземистого цемента следующие:

• футеровка нагреваемого пространства в отопительных комплексах и агрегатах;
• изготовление жаростойких конструкций из железобетона;
• производство огнеупорных панелей, кирпичей, блоков, растворов;
• составление клеевых композиций для нефтяных и химических установок;
• изготовление печей для плавления стеклянных изделий;
• производство сооружений в теплоэнергетике;
• сооружение дымоходов, домашних печей, каминов.

Огнеупорные виды цемента востребованы в горной, металлургической промышленности, а также при строительстве тоннелей, подложек для мощных тепловых установок в любых сферах.

Марки огнеупорных цементов

Жаростойкие сорта цемента сделаны с вложением глинозема, строго в соответствии с ГОСТом. Главным показателем для их подразделения на марки является содержание оксида алюминия.

Аббревиатурой ГЦ обозначена продукция с концентрацией оксида алюминия минимум 35 %.

Марки с большей массовой долей оксида обозначаются буквосочетанием ВГЦ.

Продукция ВГЦ I содержит следующие концентрации оксидов: минимум 60 % алюминия; кальция – 32 %; кремния – 3 %; железа, магния, серы – от 1 % до 2 %.

Продукция ВГЦ II содержит оксида алюминия минимум 70 %, оксидов кальция и кремния немного меньше, чем предыдущая марка, остальных – в таком же количестве.

В цементе ВГЦ III оксида алюминия минимум 80 %, оксидов кальция и кремния – 18 % и 0, 5 %, соответственно, остальных – прежнее количество.

Все марки продукции с обозначением ВГЦ имеют следовые количества оксида титана.

В маркировке рядом с буками указывают числа, которые обозначают предел прочности при сжимающих нагрузках на продукцию через 3 суток выдерживания. Например, цемент ГЦ 40 выдерживает нагрузку минимум 40 мПа.

Таблица. Технические параметры огнеупорных цементов

Наименование показателя	Значение для цемента вида и марки
	ГЦ			ВГЦ I	ВГЦ II		ВГЦ III
	40	50	60	35	25	35	25
1. Предел прочности при сжатии, МПа, не менее, в возрасте:
1 сут	22,5	27,4	32,4	—	—	—	—
3 сут	40,0	50,0	60,0	35,0	25,0	35,0	25,0
2. Тонкость помола:
остаток на сите с сеткой № 008 по ГОСТ 6613, %, не более	10	10	10	10	10	10	10
удельная поверхность, м 2 /кг, не менее	—	—	—	300	300	300	300
3. Сроки схватывания:
начало, мин, не ранее	45	45	45	30	30	30	30
конец, ч, не позднее	10	10	10	12	15	15	15
4. Огнеупорность, °С, не менее	—	—	—	1580	1670	1670	1670

Покупатели выбирают марку, с учетом реальных термических и механических нагрузок, при которых будет эксплуатироваться цемент. На рынке строительных материалов представлены марки авторитетных отечественных производителей огнеупоров, использующих глиноземистый клинкер из центральной, приволжской частей страны, Сибири. В продаже есть неплохие огнеупорные смеси от зарубежных производителей: Польши, Франции, Турции, Финляндии. Импортный материал полностью расфасован, отечественную продукцию могут расфасовывать по заявке заказчиков.

Как работать

Цементная продукция с высокой термостойкостью стоит дороже, чем обычная, требует внимательного отношения при работе.

Пренебрежение к правилам, погрешности в работе могут привести к опрометчивой потере средств, получению ненадежного материала, ухудшающие возможности эксплуатации конструкции в целом.

Материал хорошо закрепляется на очищенной поверхности, поэтому нужно не экономить время и силы для проведения подготовительной работы.

Перед нанесением массы рабочую площадь следует тщательно убрать, пыль смести или снять пылесосом, сажу счистить, ее местонахождение отшлифовать, жировые пятна убрать растворителями.

Цементный порошок разводят в точном соответствии с указаниями из инструкции. Наиболее часто для цементной смеси используется пропорция: 1 часть цемента:3 части песка. Однако по технологии в раствор могут добавляться другие материалы (щебень, шамот, известь). При изменении пропорций компонентов результат может не соответствовать ожиданиям и обещаниям. В зависимости от массы раствора его можно перемешивать обычным мастерком или бетономешалками.

При правильном выборе марки огнеупорного цемента, соответствующей режиму эксплуатации конструкции, материал будет прочным, надежным на протяжении десятилетий.

Сварочные аппараты инверторного типа

Огромный интерес и возросший за последнее десятилетие пик популярности к новым конструкциям сварочных аппаратов, работающих по принципу инверторов, обусловлен следующими основными причинами:

повышенным качеством шва;

доступностью выполнения операций даже начинающими сварщиками благодаря включению комплекса функций горячего старта, антизалипания электрода и форсажа дуги;

минимизацией конструкции сварочного оборудования, обеспечивающей его мобильность;

значительной экономией электроэнергии по сравнению с трансформаторными аналогами.

Эти достоинства стали возможны благодаря изменению подхода к технологии создания сварочной дуги на электроде за счет внедрения последних достижений микропроцессорной техники.

Как устроены сварочные инверторы

Для их питания используется электроэнергия 220 V 50 Hz, которая поступает из обычной электрической розетки. (Аппараты, работающие от трехфазной сети, используют схожие алгоритмы.) Единственное ограничение, на которое необходимо обратить внимание — это потребляемая мощность аппарата. Она не должна превышать номинал защитных устройств сети и токопроводящие свойства электропроводки.

Последовательность пяти технологических циклов, используемых для создания сварочной дуги инвертором, показана на картинке.

В них входят процессы, выполняемые:

конденсаторным сетевым фильтром;

понижающим трансформатором напряжения высокой частоты;

Все эти устройства размещаются на плате внутри корпуса. При снятом кожухе они имеют примерно такой вид, который показан на картинке.

Блок выпрямления сетевого напряжения

На него через ручной выключатель, расположенный на корпусе, подается переменное напряжение стационарной электрической сети. Оно преобразуется диодным мостом в пульсирующую величину. Через полупроводниковые элементы этого блока проходит вся энергия сварочной дуги. Поэтому они подбираются с необходимым запасом по напряжению и току.

Для улучшения теплосъема диодная сборка, подвергаемая при работе серьезному нагреву, смонтирована на охлаждающих радиаторах, которые дополнительно обдуваются приточным воздухом от вентилятора.

Нагрев диодного моста контролируется датчиком температуры, настроенным в режим термопредохранителя. Он, как элемент защиты, при разогреве диодов до +90 о С, размыкает цепь питания.

Конденсаторный сетевой фильтр

Параллельно выходным контактом выпрямителя, создающего пульсирующее напряжение, подключаются два мощных электролитических конденсатора для совместной работы. Они сглаживают колебания пульсаций и выбираются всегда с запасом по напряжению. Ведь даже в обычном режиме на фильтре оно увеличено в 1,41 раза и достигает 220 х 1,41=310 вольт.

По этой причине конденсаторы подбираются по рабочему напряжению не менее 400 V. Их емкость рассчитывают для каждой конструкции по мощности максимального сварочного тока. Обычно она составляет от 470 микрофарад и более для одного конденсатора.

Работающий сварочный инвертор преобразовывает достаточно большую электрическую мощность, вызывая электромагнитные шумы. Этим он создает помехи остальному подключенному к сети электрооборудованию. Для их исключения на входе выпрямительного устройства устанавливают индуктивно-емкостной фильтр.

Его назначение заключается в сглаживании высокочастотных помех, поступающих из работающей схемы в сеть питания других электрических потребителей.

Преобразование постоянного напряжения в высокочастотное может выполняться по разным принципам.

В сварочных инверторах наиболее распространены две разновидности схемы, работающие по принципу «косого моста»:

двухтактный полумостовой импульсный преобразователь;

полный мостовой импульсный преобразователь.

Вариант исполнения первой схемы показан на картинке.

Здесь применены два мощных транзисторных ключа. Они могут быть собраны на полупроводниковых устройствах серий MOSFET либо IGBT.

Каскадированные полевые транзисторы MOSFET отлично работают в низковольтных инверторах, а также хорошо справляются с нагрузками сварочных устройств. Для ускоренной зарядки/разрядки большой емкости им нужен двухтактный драйвер с управлением противофазными сигналами для быстрого заряда конденсаторов одним транзистором и закорачивания затвора на массу для разряда — другим.

Все большую популярность в преобразователях для сварки завоевывают биполярные транзисторы IGBT. Они легко передают большие мощности высокого напряжения, но для управления требуют более сложные алгоритмы.

Схема двухтактного полумостового импульсного преобразователя встречается в конструкциях инверторов для сварки со средней ценовой категорией. Она обладает хорошим кпд, надежна, формирует трансформаторные импульсы прямоугольной формы с высокой частотой в несколько десятков кГц.

Схема полного мостового импульсного преобразователя более сложная, включает два дополнительных транзистора.

Она максимально использует все возможности высокочастотного трансформатора с транзисторными ключами, попарно работающими в режиме двух объединенных косых мостов.

Эта схема применяется в самых мощных и дорогих инверторах для сварки.

Все ключевые транзисторы устанавливают на мощные радиаторы для отвода тепла. Кроме того, их дополнительно защищают от возможных всплесков напряжения демпфирующими RC-фильтрами.

Это специальная трансформаторная конструкция, как правило, на ферритовом магнитопроводе, которая понижает с минимальными потерями напряжение высокой частоты после инвертора до значения устойчивого зажигания дуги порядка 60 – 70 вольт.

В его вторичной обмотке протекают большие сварочные токи до нескольких сотен ампер. Таким образом, при трансформации в/ч энергии с относительно небольшим значением тока и высоким напряжением во вторичной обмотке формируются токи для сварки с уже пониженным напряжением.

За счет использования высокой частоты и перехода на ферритовый магнитопровод значительно снижается вес и габариты самого трансформатора, уменьшаются потери мощности на перемагничивание железа, повышается кпд.

Например, сварочный трансформатор старой конструкции с железным магнитопроводом, обеспечивающий ток сварки 160 ампер, имеет вес около 18 кг, а высокочастотный (с такими же электрическими характеристиками) — чуть меньше 0,3 кг.

Преимущества в весе аппарата, а, следовательно, и условиях эксплуатации очевидны.

Силовой выходной выпрямитель

Его основу составляет мост, собранный из специальных мощных диодов с очень высоким быстродействием, способных реагировать на высокочастотный ток — открываться и закрываться со временем восстановления порядка 50 наносекунд.

Обычные диоды с такой задачей не справляются. Длительность их переходного процесса соответствует примерно половине периода синусоидальной гармоники тока или около 0,01 секунды. Поэтому они быстро нагреваются и перегорают.

Силовой диодный мост, как и транзисторы в/ч трансформатора, для отвода тепла размещается на радиаторах и снабжается защитой из демпфирующей RC -цепочки от бросков напряжения.

Выходные клеммы выпрямителя делают толстыми медными наконечниками для надежного подключения сварочных проводников к цепи электрода.

Особенности схемы управления

Все операции сварочного инвертора управляются процессором и контролируются им через обратные связи с помощью различных датчиков. Это обеспечивает практически идеальные параметры сварочного тока для соединения всевозможных металлов.

За счет точно дозированных нагрузок значительно сокращаются потери электроэнергии при сварке.

Для работы схемы управления подается постоянное стабилизированное напряжение от блока питания, который внутри схемно подключен к входным цепям 220 V. Это напряжение направляется на:

вентилятор охлаждения радиаторов и плат;

реле плавного запуска;

питание микропроцессора и операционного усилителя.

Функция реле плавного пуска инвертора понятна из названия. Оно работает по следующему принципу: в момент включения инвертора очень резко начинают заряжаться электролитические конденсаторы сетевого фильтра. Их ток заряда очень большой и он может повредить диоды выпрямителя.

Чтобы этого не произошло, заряд ограничивают мощным резистором, который своим активным сопротивлением снижает начальный бросок тока. Когда конденсаторы зарядятся, а инвертор начнет работать в расчетном режиме, реле плавного пуска срабатывает и своими нормально открытыми контактами шунтирует этот резистор, выводя его таким образом из цепей стабилизации.

Практически вся логика работы инвертора заключена внутри микропроцессорного контроллера. Он управляет работой мощных транзисторов преобразователя.

Защита силовых транзисторов от перенапряжений на затворе и эмиттере основана на применении стабилитронов.

В схему обмотки высокочастотного трансформатора подключен датчик — трансформатор тока, который своими вторичными цепями направляет пропорциональный по величине и углу сигнал для обработки логикой. Таким способом контролируется сила сварочных токов для осуществления влияния на них при запуске и работе инвертора.

Для контроля величины приходящего напряжения на входе сетевого выпрямителя аппарата подключается микросхема операционного усилителя. Она постоянно анализирует сигналы от защит по напряжению и току, определяя момент возникновения аварии, при которой необходимо заблокировать работающий генератор и отключить инвертор от сети питания.

Предельные отклонения напряжения питающей сети контролируются компаратором. Он срабатывает при достижении критических значений электроэнергии. Его сигнал последовательно обрабатывается логическими элементами для отключения генератора и самого инвертора.

Для выставления вручную силы тока сварочной дуги используется регулировочный потенциометр, ручка которого выведена на корпус прибора. Изменение его сопротивления позволяет использовать один из методов управления, влияя на:

амплитуду в/ч напряжения инвертора;

частоту высокочастотных импульсов;

Основные правила эксплуатации и причины поломок сварочных инверторов

Бережное отношение к сложной электронной технике всегда является залогом ее длительной и надежной эксплуатации. Но, к сожалению не все пользователи это положение применяют на практике.

Сварочные инверторы работают в производственных цехах, на стройках или используются домашними мастерами в личных гаражах либо на дачах.

В производственных условиях чаще всего инверторы страдают от пыли, которая собирается внутри корпуса. Ее источниками могут быть любые инструменты или станки обрабатывающие металлы, бетон, граниты, кирпич. Особенно часто это проявляется при работе «болгарками», штроборезами, перфораторами…

Следующей причиной поломки, происходящей при сварке, является создание неопытным сварщиком нерасчетных нагрузок на электронную схему. К примеру, если попытаться маломощным сварочным инвертором разрезать лобовую броню башни танка или железнодорожный рельс, то исход такой работы однозначно предсказуем: перегорание электронных компонентов IGBT или MOSFET.

Внутри схемы управления работает тепловое реле для защиты от постепенно возрастающих тепловых нагрузок, но оно не успеет среагировать на такие быстрые превышения сварочных токов.

Каждый сварочный инвертор характеризуется параметром «ПВ» — продолжительностью включения по отношению к длительности паузы остановки, который указывается в техническом паспорте. Пренебрежение этими рекомендациями завода приводит к неизбежным поломкам.

Неаккуратное отношение к аппарату может выразиться в его плохой транспортировке или перевозке, когда на корпус воздействуют посторонние механические удары или вибрации рамы движущегося автомобиля.

Среди наемных работников наблюдаются случаи эксплуатации инверторов при явных признаках неисправностей, требующих немедленного устранения, например, ослабление контактов, фиксирующих сварочные кабели в гнездах корпуса. Да и передача дорогостоящего оборудования неквалифицированному и плохо обученному персоналу тоже обычно приводит к поломкам.

В быту часто возникают снижения напряжения питающей сети, особенно в гаражных кооперативах, а сварщик не обращает на это внимания и старается быстрее сделать свою работу, «выжимая» из инвертора все, на что тот способен и неспособен…

Зимнее хранение дорогостоящего электронного оборудования в плохо отапливаемом гараже либо вообще в сарае приводит к осаждению конденсата из воздуха на платах, окислению контактов, повреждению дорожек и другим внутренним поломкам. Точно так же эти аппараты страдают от работы при низких температурах менее -15 градусов или атмосферных осадках.

Передача инвертора соседу для выполнения им сварочных работ не всегда оканчивается благоприятным исходом.

Однако, общая статистика ремонтных мастерских показывает, что у частных владельцев сварочное оборудование работает дольше и качественнее.

Сварочные инверторы старых выпусков уступают по надежности трансформаторам для сварки. А современные их разработки, особенно на IGBT-модулях, уже обладают сопоставимыми параметрами.

В процессе сварки внутри корпуса выделяется большое количество тепла. Используемая система для его отвода и охлаждения плат и электронных элементов у моделей даже среднего ценового диапазона не обладает высокой эффективностью. Поэтому при работе необходимо соблюдать перерывы для снижения температуры внутренних деталей и устройств.

Как и все электронные схемы, инверторные аппараты теряют работоспособность при повышенной влажности и появлении конденсата.

Несмотря на включение в конструкцию шумоподавляющих фильтров, в питающую электрическую схему проникают довольно значительные высокочастотные помехи. Технические решения, устраняющие такую проблему, значительно усложняют устройство, что ведет к резкому увеличению стоимости всего оборудования.

Принцип работы и устройство сварочного инвертора

Чтобы правильно выбрать оборудование для выполнения сварочных работ, необходимо знать устройство конструкции и принцип работы сварочного инвертора. Если хорошо разбираться в таких вопросах, можно не только эффективно использовать, но и самостоятельно ремонтировать инверторные устройства.

Инверторные сварочные аппараты производства Италии

На современном рынке предлагается множество моделей инверторов, что позволяет мастерам подобрать оборудование в соответствии со своими потребностями и финансовыми возможностями. При желании сэкономить можно изготовить инверторный сварочный аппарат своими руками.

Как работает инверторный сварочный аппарат

Принцип действия инверторного аппарата во многом схож с работой импульсного блока питания. И в инверторе, и в импульсном блоке питания энергия трансформируется похожим образом.

Процесс преобразования электрической энергии в сварочном аппарате инверторного типа можно описать так.

• Переменный ток с напряжением 220 Вольт, протекающий в обычной электрической сети, преобразуется в постоянный.
• Полученный постоянный ток при помощи специального блока электрической схемы инвертора опять преобразуется в переменный, но обладающий очень высокой частотой.
• Понижается напряжение высокочастотного переменного тока, что значительно увеличивает его силу.
• Сформированный электрический ток, обладающий высокой частотой, значительной силой и низким напряжением, преобразуется в постоянный, на котором и выполняется сварка.

Принцип работы сварочного инвертора

Основным типом сварочных аппаратов, которые использовались ранее, были трансформаторные устройства, повышавшие сварочный ток за счет уменьшения значения напряжения. Самыми серьезными недостатками такого оборудования, которое активно используется и сегодня, являются низкий КПД (так как в них большое количество потребляемой электрической энергии тратится на нагрев железа), большие габариты и вес.

Изобретение инверторов, в которых сила сварочного тока регулируется совершенно по иному принципу, позволило значительно уменьшить размеры сварочных аппаратов, а также снизить их вес. Эффективно регулировать сварочный ток в таких аппаратах становится возможным благодаря его высокой частоте. Чем выше частота тока, который формирует инвертор, тем меньшими могут быть габариты оборудования.

Одна из основных задач, которую решает любой инвертор, – это увеличение частоты стандартного электрического тока. Возможно это благодаря использованию транзисторов, которые переключаются с частотой 60–80 Гц. Однако, как известно, на транзисторы можно подавать только постоянный ток, в то время как в обычной электрической сети он переменный и имеет частоту 50 Гц. Чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, в инверторных аппаратах устанавливают выпрямитель, собранный на основе диодного моста.

После транзисторного блока, в котором формируется переменный ток с высокой частотой, в сварочных инверторах расположен трансформатор, который понижает напряжение и, соответственно, увеличивает силу тока. Для регулировки напряжения и тока, имеющих высокую частоту, требуются менее габаритные трансформаторы (при этом по своей мощности они не уступают более крупным аналогам).

Сварочный инвертор без защитного кожуха

Элементы электрической схемы инверторных устройств

Устройство сварочного инвертора составляют следующие базовые элементы:

• выпрямитель переменного тока, поступающего из обычной электрической сети;
• инверторный блок, собранный на основе высокочастотных транзисторов (такой блок и является генератором высокочастотных импульсов);
• трансформатор, который понижает высокочастотное напряжение и увеличивает высокочастотный ток;
• выпрямитель переменного высокочастотного тока;
• рабочий шунт;
• электронный блок, отвечающий за управление инвертором.

Какими бы характеристиками ни обладала определенная модель инверторного аппарата, принцип его действия, основанный на использовании высокочастотного импульсного преобразователя, остается неизменным.

Пример принципиальной схемы инвертора (нажмите для увеличения)

Выпрямительный и инверторный блоки оборудования в процессе своей работы сильно нагреваются, поэтому их устанавливают на радиаторы, активно отводящие тепло. Кроме того, для защиты выпрямительного блока от перегрева используется специальный термодатчик, отключающий его электропитание при достижении им температуры 90 градусов.

Инверторный блок, являющийся, по сути, генератором высокочастотных импульсов большой мощности, собирается на основе транзисторов, соединяемых по типу «косого моста». Высокочастотные электрические импульсы, формирующиеся в таком генераторе, поступают на трансформатор, необходимый для того, чтобы понизить значение их напряжения.

Наиболее распространенными трансформаторами, используемыми для оснащения сварочных инверторов, являются устройства со следующими характеристиками: первичная обмотка – 100 витков провода марки ПЭВ (толщина 0,3 мм); 1-я вторичная обмотка – 15 витков из медной проволоки диаметром 1 мм; 2-я и 3-я вторичные обмотки – 20 витков медного провода диаметром 0,35 мм. Все обмотки тщательно изолируются друг от друга, а места их выхода защищаются и запаиваются.

Внутреннее устройство сварочного инвертора

На выходной выпрямитель сварочного инвертора поступает ток, обладающий высокой частотой. С преобразованием такого тока в постоянный простые диоды не справятся. Именно поэтому основу выпрямителя составляют мощные диоды, обладающие большой скоростью открывания и закрывания. Чтобы предотвратить перегревание диодного блока, его размещают на специальном радиаторе.

Обязательным элементом любого сварочного инвертора является резистор высокой мощности, обеспечивающий устройству мягкий пуск. Необходимость использования такого резистора объясняется тем, что при включении питания на оборудование подается мощный электрический импульс, который может стать причиной выхода из строя диодов выпрямительного блока. Чтобы этого не произошло, ток подается через резистор на электролитические конденсаторы, которые начинают заряжаться. При достижении конденсаторами полного заряда и перехода устройства в штатный режим работы замыкаются контакты электромагнитного реле и ток начинает поступать на диоды выпрямителя, уже минуя резистор.

Выходные дроссели на плате сварочного инвертора

Инверторы благодаря своим техническим характеристикам позволяют выполнять регулировку сварочного тока в широком диапазоне – от 30 до 200 А.

Работой всех элементов такого сварочного аппарата, отличающегося компактными габаритами, небольшим весом и высокой мощностью, управляет специальный ШИМ-контроллер. Электрические сигналы поступают на контроллер от операционного усилителя, питающегося выходным током самого инвертора. На основе характеристик этих сигналов котроллер формирует корректирующие выходные сигналы, которые могут подаваться на диоды выпрямителя и транзисторы инверторного блока – генератора высокочастотных электрических импульсов.

Кроме основных, современные сварочные инверторы обладают еще целым перечнем полезных дополнительных опций. К таким характеристикам, которые значительно облегчают работу с устройством и дают возможность получать качественные, надежные и красивые сварные соединения, следует отнести форсирование сварочной дуги (быстрый розжиг), антизалипание электрода, плавную регулировку сварочного тока, наличие системы защиты от возникающих перегрузок.

Монтажная плата с основными элементами инвертора

Целесообразность использования инверторов и их основные недостатки

Широкое применение сварочных инверторов объясняется целым рядом весомых преимуществ, которыми они обладают.

• Устройства данного типа отличаются высокой мощностью и производительностью.
• Сварной шов, формируемый с использованием инверторов, характеризуется высоким качеством и надежностью.
• Наряду с высокой мощностью, устройства данного типа отличаются компактными размерами и небольшим весом, что дает возможность легко переносить их в то место, где будут выполняться сварочные работы.
• Сварочные инверторы обладают большим КПД (порядка 90%), потребляемая электрическая энергия используется в них эффективнее, чем в трансформаторах.
• Благодаря высокому КПД такие аппараты отличаются экономичным расходованием потребляемой электроэнергии.
• В процессе выполнения сварочных работ с помощью инвертора расплавленный металл разбрызгивается незначительно, что отражается на более рациональном потреблении расходных материалов.
• Инверторы обеспечивают возможность плавной регулировки сварочного тока.
• Благодаря наличию в таких устройствах дополнительных опций уровень квалификации сварщика почти не влияет на качество выполнения работ.
• Широкая универсальность инверторов упраздняет вопрос о том, какой аппарат выбрать для выполнения сварки по различным технологиям.

Инверторные устройства выбирают в том случае, когда нужен аппарат, характеристики которого обеспечивают высокую стабильность горения сварочной дуги в любой ситуации. При использовании инверторов не возникает вопрос и о том, какой электрод выбрать для выполнения сварочных работ, так как с помощью этого оборудования можно варить металл электродами любого типа.

Конечно, недостатки у инверторов тоже есть, но их не так много. Сюда следует отнести достаточно высокую стоимость таких устройств, по сравнению с обычными сварочными трансформаторами. Дороги такие устройства и в ремонте, который чаще всего связан с необходимостью замены мощных транзисторов (их стоимость может составлять до 60% цены всего аппарата).

Очень чувствительны инверторы к негативным внешним факторам – пыли, грязи, осадкам и морозу. Если для работ в полевых условиях вам нужен именно инвертор, придется сооружать для него закрытую и отапливаемую площадку.

Принцип работы сварочного инвертора

Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется с помощью выпрямителей на основе диодного моста. Получить переменный ток из постоянного также возможно, только для этого понадобится совершенно другой прибор – инвертор переменного тока. Данные устройства используются не только в виде преобразователей, но и в других электротехнических устройствах, например, в сварке.

1. Особенности инверторной сварки
2. Устройство и принцип работы
3. Регулировка и управление сварочным током
4. Технические характеристики
5. Преимущества и недостатки

Особенности инверторной сварки

В отличие от обычной сварки, работа инверторной аппаратуры имеет свои особенности. Основой конструкции служит инвертор, осуществляющий преобразование постоянного тока в переменное напряжение высокой частоты.

Рабочий процесс и принцип работы сварочного инвертора выглядит следующим образом:

• К выпрямителю, установленному на входе, поступает сетевое напряжение 220 вольт, частотой 50 Гц. Далее оно попадает в так называемый косой диодный мост, состоящий из ключевых транзисторов.
• В этом мосту происходит формирование высокочастотных прямоугольных импульсов, достигающий 50 кГц. Благодаря такому преобразованию в схеме стало возможным импульсного понижающего трансформатора высокой частоты. Использование этого прибора означает понижение высокочастотного напряжения до требуемого рабочего значения.
• Выпрямитель, установленный на выходе, преобразует полученное напряжение с нужной амплитудой в рабочее, которое и будет использоваться во время проведения сварочных работ.

Специальный материал сердечника трансформатора позволил сделать все устройство относительно легким и компактным. Удачные технические решения и специальные компоненты, использованные в конструкции инвертора, дали возможность получить на выходе сварочный аппарат, не подверженный влиянию скачков и перепадов постоянного тока и сетевого напряжения. При его выходе за допустимые пределы потребления, устройство полностью отключается, на что указывает загоревшаяся аварийная лампочка желтого цвета.

Чтобы до конца понять возможности сварочного инвертора, необходимо знать, устройство сварочного инвертора и на каких принципах он работает.

Устройство и принцип работы

Прежде чем рассматривать вопрос, как работает сварочный инвертор, нужно вспомнить конструкцию обычного аппарата и потом сравнить оба устройства. Старые приборы для сварки конструировались на основе силового трансформатора повышенной мощности. Он выполнял понижение переменного сетевого напряжения, а на его вторичной обмотке появлялись высокие токи – от десятков до сотен ампер, необходимые для сварочного процесса.

Ток на вторичной обмотке увеличивался в такой же степени, в какой происходило понижение напряжения. Для этого в качестве обмотки использовался провод большого диаметра со сниженным количеством витков. Требуемая высокая мощность, работа на сетевой частоте 50 Гц привели к тому, что размеры и масса обычной сварочной аппаратуры получились очень большими и громоздкими. Это создавало массу неудобств при перемещениях во время работы с одного места на другое.

Разработка сварочных инверторов постоянного тока позволила полностью устранить эти недостатки, особенно потребление энергии. Рабочая частота, увеличенная до 60-80 кгц и выше, привела к снижению габаритных размеров и массы устройства. Например, при росте частоты преобразованного напряжения в 4 раза, размеры трансформатора снижаются примерно в 2 раза. В конце концов уменьшается вес всего аппарата, он становится менее материалоемким за счет экономии меди и прочих дорогостоящих материалов.

Теперь следует разобраться, для чего нужен инвертор и откуда же берутся токи с высокой частотой в 60-80 кГц, когда в электрической сети этот показатель составляет всего 50 Гц. Требуемый результат получается за счет использования инверторной схемы, в состав которой входят мощные ключевые транзисторы. Их переключение как раз и позволяет получить требуемую высокую частоту. Этот процесс запускается после подачи на них постоянного напряжения, поступающего через выпрямитель.

Выпрямление сетевого напряжения осуществляется за счет работы мощного диодного моста с последующим сглаживанием фильтрами-конденсаторами. Это первый этап преобразования, в конце которого образуется постоянное напряжение величиной 220 В и выше. Именно оно выступает в качестве источника питания самого инвертора, транзисторы которого соединены с понижающим трансформатором. Переключение транзисторов происходит на высокой частоте, поэтому и трансформатор будет работать на такой же частоте – 60-80 кГц.

При работе на таких сверхчастотах уже не нужны громоздкие устройства, поэтому размеры трансформатора существенно уменьшаются, а потребляемая мощность сварочного инвертора остается такой же, как у обычного аппарата, работающего на 50 Гц.

Регулировка и управление сварочным током

Для регулировки сварочного тока в инверторных устройствах предусмотрен специальный электронный регулятор. Конкретные параметры выбираются потенциометром, размещенном на передней панели устройства. Его ручка вращается и постепенно устанавливается определенный уровень первоначального напряжения на входе. Здесь расположены логические элементы, созданные в виде операционных усилителей.

На выходе находится датчик тока, с которого по линии обратной связи поступает сигнал. С помощью компаратора осуществляется сравнение фактически полученного напряжения с уровнем напряжения, заданного при регулировке потенциометром.

Если уровни напряжений не совпадают, в этом случае импульс, поступающий на контроллер, изменит свою амплитуду. Одновременно изменится и скважность самих импульсов, выдаваемых контроллером. В результате, режим переключения транзисторов также изменится, оказывая тем самым влияние на величину сварочного тока. Суть данной схемы заключается в поддержании определенного равновесия и значения между фактическим и заданным током, обеспечивая его стабильное состояние.