Сварочный аппарат постоянного тока своими руками

Многие конструкции в быту (в гараже, на даче, дома и т.д.) тяжело построить без внедрения сварки, в особенности электродуговой. В текущее время на прилавках магазинов появилось огромное количество электросварочных аппаратов как ввезенного, так и русского про­изводства. Отличные аппараты стоят доро­го, а более дешевенькие не всегда обеспечи­вают качество сварочных работ. В предлагаемой статье хотелось бы поделиться некоторыми соображениями в главном практического характера по конструированию любительских свароч­ных аппаратов (С.А.) на базе анализа ранее опублико­ванных материалов. Это поможет не толь­ко в самостоятельном изготовлении любительского  С.А., да и при выборе и по­купке уже готовых сварочных аппаратов.

Сварочные аппараты бывают постоян­ного и переменного тока. С.А. постоянного тока применяются при сварке на малых токах тонколисто­вого металла (кровельная сталь, автомо­бильная и т.д.). Сварочная дуга на посто­янном токе более устойчива, вероятна сварка на прямой и оборотной полярнос­ти.


постоянном токе можно варить электродной проволокой без обмазки и электродами, созданными для сварки как на постоянном токе, так и на переменном. Для придания стойкости горения дуги на малых токах лучше иметь завышенное напряжение холостого хода Uxx сварочной обмотки (до 70 — 75 В). Для выпрямления переменного тока используются простые «мостовые» выпрямители на мощных диодах с ради­аторами охлаждения (рис. 1). Для сглаживания пульсаций напряже­ния один из выводов С.А.  подсоединяют к держателю электродов через дроссель L1, представляющий собой катушку из 10 – 15 витков медной шины сечением S = 35 мм2  намотанной на любом сердеч­нике, к примеру от магнитного пускателя. Для выпрямления и плавного регули­рования сварочного тока используются более сложные схемы с внедрением мощных управляемых тиристоров. Одна из возможных схем на тиристорах типа Т161 (Т160) приведена в статье А.Чернова «И зарядит и приварит» (Моделист-конструктор, 1994, № 9). Достоинства ре­гуляторов постоянного тока — в их уни­версальности. Спектр конфигурации ими напряжений составляет 0,1-0,9 Uxx. что позволяет использовать их не только лишь для ­плавной регулировки тока сварки, но и для зарядки аккумуляторных батарей, питания электронагревательных частей и других целей.

 Рис. 1. Мостовой выпрямитель для сварочного аппарата. Показано подключение С.А. для свар­ки тонколистового металла на “оборотной” по­лярности — “+” на электроде, “-” на свари­ваемой детали U2: — выходное переменное на­пряжение сварочного аппарата


Сварочные аппараты переменного тока используются при сварке электрода­ми, поперечник которых более 1,6 – 2 мм, а толщина свариваемых изделий — более 1,5 мм. При всем этом ток сварки большой (10-ки ампер) и дуга пылает довольно стабильно. Используются электроды, созданные для сварки лишь на переменном токе. Для обычной работы сварочного аппарата нужно:

1.Обеспечить выходное напряжение для надежного зажигания дуги. Для лю­бительского С.А. Uxx = 60 – 65в. Более вы­сокое выходное напряжение холостого хода не рекомендуется, что связано в ос­новном с обеспечением безопасности ра­боты (Uxx промышленных сварочных ап­паратов — до 70 – 75 В).

2.Обеспечить напряжение сварки U св нужное для устойчивого горения дуги. Зависимо от поперечника электро­да — Uсв =18 – 24в.

3.Обеспечить номинальный свароч­ный ток Iсв = (30 – 40) dэ, где Iсв— вели­чина сварочного тока, А; 30 – 40 — коэф­фициент, зависящий от типа и поперечника электрода; dэ — поперечник электрода, мм.

4.Ограничить ток короткого замыка­ния Iкз, величина которого не должна пре­вышать номинальный сварочный ток более чем на 30 – 35%.

Устойчивое горение дуги может быть в этом случае, если сварочный аппарат будет владеть падающей наружной характерис­тикой, которая определяет зависимость меж силой тока и напряжением в сва­рочной цепи (рис. 2).

Сварочный аппарат указывает, что для грубого (ступен­чатого) перекрытия спектра сварочных токов нужна коммутация как пер­вичных обмоток, так и вторичных (что конструктивно более трудно из-за боль­шого протекающего в ней тока).


считая того, для плавной конфигурации тока сварки в границах избранного спектра употребляются механические устройства переме­щения обмоток. При удалении сварочной обмотки относительно сетевой увеличи­ваются магнитные потоки рассеивания, что приводит к понижению тока сварки. Конструируя любительский С.А. не следует стремиться к полному перекры­тию спектра сварочных токов. Целесо­образно на первом шаге собрать свароч­ный аппарат для работы с электродами поперечником 2 – 4 мм, а на втором шаге, в случае необходимости работы на малых токах сварки, дополнить его отдельным выпрямительным устройством с плавным регулированием сварочного тока. Любительские сварочные аппараты должны удовлетворять ряду требований, главные из которых последующие: отно­сительная компактность и маленький вес; достаточная длительность работы (более 5 – 7 электродов dэ = 3 – 4 мм) от сети 220в. Вес и габариты аппарата могут быть снижены благодаря уменьше­нию его мощности, а повышение продол­жительности работы — благодаря исполь­зованию стали с высочайшей магнитной про­ницаемостью и термостойкой изоляции обмоточных проводов. Эти требования несложно выполнить, зная базы кон­струирования сварочных аппаратов и при­держиваясь предлагаемой технологии их производства.

 Рис. 2. Падающая наружная черта сварочного аппарата: 1 — семейство характе­ристик для разных диапазонов сварки; Iсв2, Iсвз, Iсв4 — спектры токов сварки для электродов поперечником 2, 3 и 4 мм соответст­венно; Uxx— напряжение холостого хода СА. Iкз – ток короткого замыкания; Ucв -диапазон напряжений сварки (18 – 24 В)


Рис. 3. Магнитопровод стержневого типа: а — пластинки Г-образной формы; б — пластинки П-образной формы; в — пластинки из полос трансформаторной стали; S =axb — площадь поперечного сечения сердечника (керна), смс, d — размеры окна, см

Итак, выбор типа сердечника. Для производства сварочных аппара­тов употребляют в основном магнитопроводы стержневого типа, так как в ис­полнении они более технологичны. Сер­дечник набирают из пластинок электротех­нической стали любой конфигурации тол­щиной 0,35- 0,55 мм, стянутых шпиль­ками, изолированными от сердечника (рис. 3). При подборе сердечника необ­ходимо учесть размеры “окна”, чтоб поместились обмотки сварочного аппара­та, и площадь поперечного сечения сер­дечника (керна) S =axb, см2. Как пока­зывает практика, не следует выбирать ми­нимальные значения S = 25 – 35 см, по­скольку сварочный аппарат не будет об­ладать требуемым запасом мощности и доброкачественную сварку получить будет труд­но. Ну и перегрев сварочного аппарата после кратковременной работы также неизбежен. Сечение сердечника должно состав­лять S = 45 – 55 см2. Сварочный аппарат будет несколько тяжелее, но не подведет! Все большее распространение получа­ют любительские сварочные аппараты на сердечниках тороидального типа, которые владеют более высочайшими электротехни­ческими чертами, приблизительно в 4 – 5 раз выше, чем у стержневого, а электропотери невелики.


удовые затраты на их изготовку более значительны и свя­заны сначала с размещением обмоток на торе и сложностью самой на­мотки. Но при правильном подходе они дают отличные результаты. Сердечни­ки изготовляют из ленточного трансфор­маторного железа, свернутого в рулон в форме тора. Примером может служить сердечник из автотрансформатора «Латр» на 9 А. Для роста внутреннего диа­метра тора («окна») с внутренней стороны отматывают часть металлической ленты и на­матывают на внешнюю сторону сердеч­ника. Но, как указывает практика, одно­го «Латра» недостаточно для производства высококачественного С.А. (не достаточно сечение S). Даже после работы с 1 – 2 электродами диамет­ром 3 мм он перегревается. Может быть ис­пользование 2-ух схожих сердечников по схеме, описанной в статье Б.Соколова «Сварочный малыш» (Сам, 1993, № 1), либо изготовка 1-го сердечника методом перемотки двух (рис. 4).

Рис. 4. Магнитопровод тороидального типа: 1.2 — сердечник автотрансформатора до и после перемотки; 3 конструкция С.А. на базе 2-ух тороидальных сердечников; W11W12 — сетевые обмотки, включенные параллельно; W2 — сварочная обмотка; S =axb — площадь поперечного сечения сердечника, см2 , с, d— внутренний и наружный поперечники тора, см; 4 — электронная схема С.А. на базе 2-ух со­стыкованных тороидальных сердечников


Особенного внимания заслуживают люби­тельские С.А. сделанные на базе ста­торов асинхронных трехфазных электро­двигателей большой мощности (более 10 кВт). Выбор сердечника определяется площадью поперечного сечения статора S. Штампованные пластинки статора не полностью соответствуют характеристикам электротехнической трансформаторной стали, потому уменьшать сечение S менее 40 – 45 см нецелесообразно.

Статор высвобождают от корпуса, уда­ляют из внутренних пазов статорные об­мотки, срубают зубилом перемычки пазов, зачищают внутреннюю поверх­ность ратфилем либо абразивным кру­гом, скругляют острые кромки сердечни­ка и обматывают его плотно, с перекры­тием хлопчатобумажной изоляционной лентой. Сердечник готов для намотки об­моток.

Выбор обмоток. Для первичных (сете­вых) обмоток лучше использовать специ­альный медный обмоточный провод в х.б. (стеклотканевой) изоляции. Удовлетвори­тельной теплостойкостью владеют также провода в резиновой либо резинотканевой изоляции. Неприменимы для работы при завышенной температуре (а это уже за­кладывается в конструкцию любительско­го С.А.) провода в полихлорвиниловой (ПХВ) изоляции из-за вероятного ее рас­плавления, вытекания из обмоток и их короткого замыкания. Потому полихлор­виниловую изоляцию с проводов необхо­димо или снять и обмотать провода по всей длине х.б. изоляционной лентой, или не снимать, а обмотать провод по­верх изоляции. Вероятен и другой про­веренный на практике метод намотки. Но об этом ниже.


При подборе сечения обмоточных про­водов с учетом специфичности работы С.А. (пе­риодический) допускаем плотность тока 5 А/мм2. При токе сварки 130 – 160 А (электрод dэ = 4 мм) мощность вторичной обмотки составит Р2 =Iсв х 160×24 = 3,5 – 4 кВт, мощность первичной обмот­ки с учетом утрат составит порядка 5— 5,5 кВт, а как следует, наибольший ток первичной обмотки может достигать 25 А. Следовательно, сечение провода пер­вичной обмотки S1должно быть более 5 – 6 мм. На практике лучше ис­пользовать провод сечением 6 – 7 ммИли это прямоугольная шина, или мед­ный обмоточный провод поперечником (без изоляции) 2,6 – 3мм. (Расчет по известной формуле S = пиR2где S — площадь круга, мм2  пи = 3,1428; R — радиус круга, мм.) При недостающем сечении 1-го провода вероятна намотка в два. При ис­пользовании дюралевого провода его се­чение нужно прирастить в 1,6 – 1,7 раза. Можно ли уменьшить сечение провода сетевой обмотки? Да, можно. Но при этом С.А. растеряет требуемый запас мощности, будет греться быстрее, ну и рекомен­дуемое сечение керна S = 45 – 55 см в данном случае будет необоснованно велико. Число витков первичной обмотки W1 определяется из последующего соотноше­ния: W1 =  [(30 — 50):S] х U1где 30-50 – неизменный коэффициент; S — сечение керна, см2 , W1 = 240 витков с отводами от 165, 190 и 215 витков, т.е. через каждые 25 витков.


Большее количество отводов сетевой обмотки, как указывает практика, неце­лесообразно. И вот почему. За счет умень­шения числа витков первичной обмотки возрастает как мощность С.А. так и Uxx, что приводит к увеличению напря­жения горения дуги и ухудшению каче­ства сварки. Как следует, только изме­нением числа витков первичной обмотки достигнуть перекрытия спектра свароч­ных токов без ухудшения свойства сварки нельзя. Для этого нужно предусмот­реть переключение витков вторичной (сварочной) обмотки W2.

Вторичная обмотка Wдолжна содер­жать 65 — 70 витков медной изолирован­ной шины сечением более 25 мм (лучше сечением 35 мм ). Полностью подой­дет и гибкий многожильный провод (на­пример, сварочный) и трехфазный сило­вой многожильный кабель. Главное, се­чение силовой обмотки не должно быть меньше требуемого, а изоляция — тепло­стойкой и надежной. При недостающем сечении провода вероятна намотка в два и даже в три провода. При использовании дюралевого провода его сечение необ­ходимо увеличить в 1,6 – 1,7 раза.

 Рис. 5. Крепление выводов обмоток СА: 1 — корпус СА; 2 — шайбы; 3 — клеммный болт; 4 — гайка; 5 — медный наконечник с проводом

Трудность приобретения переключате­лей на большие токи, ну и практика по­казывают, что более просто выводы сварочной обмотки завести через медные наконечники под клеммные болты диа­метром 8 – 10 мм (рис. 5). Медные наконечники изготавливают из медных трубок подходящего поперечника длиной 25 – 30 мм и укрепляют на проводах опрессовкой и, лучше, пропайкой. Особо остановимся на порядке намот­ки обмоток. Общие правила:


1.Намотка должна выполняться по изолированному керну и всегда в одном направлении (к примеру, по часовой стрелке).

2.Каждый слой обмотки изолируют слоем х.б. изоляции (стеклоткани, элек­трокартона, кальки), лучше с про­питкой бакелитовым лаком.

3.Выводы обмоток залуживают, мар­кируют, закрепляют х.б. тесьмой, на вы­воды сетевой обмотки дополнительно на­девают х.б. кембрик.

4.В случае колебаний в качестве изо­ляции намотку можно проводить с ис­пользованием х/б шнура вроде бы в два про­вода (создатель использовал х.б. нить для ры­боловства). После намотки 1-го слоя обмотку с х.б. нитью фиксируют клеем, лаком и т.д. и после высыхания наматы­вают последующий ряд.

Разсмотрим порядок расположения обмоток на магнитопроводе стержневого типа. Сетевую обмотку можно располо­жить 2-мя основными методами. Пер­вый метод позволяет получить более «жесткий» режим сварки. Сетевая обмот­ка в данном случае состоит из 2-ух одина­ковых обмоток W1W2 расположенных на различных сторонах сердечника, соеди­ненных поочередно и имеющих оди­наковое сечение проводов. Для регули­ровки выходного тока на каждой из об­моток изготовлены отводы, которые попарно замыкаются (рис. 6а,в).

2-ой метод предусматривает намот­ку первичной (сетевой) обмотки на одной из сторон сердечника (рис.


в,г). В этом случае сварочный аппарат обладает крутопадающей ха­рактеристикой, варит «мягко», длина дуги меньше оказывает влияние на величину сварочного тока, а как следует, и на качество свар­ки. После намотки первичной обмотки СА нужно проверить на наличие короткозамкнутых витков и корректность вы­бранного числа витков. Сварочный транс­форматор включают в сеть через плавкий предохранитель (4 – 6А). Если предо­хранитель сгорает либо очень нагревается — это очевидный признак короткозамкнутого витка. Как следует, первичную обмот­ку придется перемотать, обратив повышенное внимание на качество изоляции.

Рис. 6. Методы намотки обмоток СА на сер­дечнике стержневого типа: а – сетевая обмот­ка на 2-ух сторонах сердечника; б — соответ­ствующая ей вторичная (сварочная) обмотка, включенная встречно-параллельно; в — сете­вая обмотка на одной стороне сердечника; г — соответственная ей вторичная обмотка, включенная поочередно

Если сварочный аппарат очень гудит, а потребляемый ток превосходит 2 – 3 А, то это значит, что число первичной об­мотки занижено и нужно подмотать еще некое количество витков. Ис­правный СА потребляет ток холостого хода менее 1 – 1,5 А, не нагревается и гудит не громко. Вторичную обмотку СА всегда нама­тывают на 2-ух сторонах сердечника. Для первого метода намотки вторичная об­мотка также состоит из 2-ух схожих половин, включенных для увеличения ус­тойчивости горения дуги (рис. 6) встречно-параллельно, а сечение провода можно взять несколько меньше — 15 – 20 мм2 .

Для второго метода намотки основная сварочная обмотка W21 наматывается на свободной от обмоток стороне сердечника и составляет 60 — 65% от общего числа витков вторичной обмотки. Она служит в главном для поджига дуги, а во время сварки, за счет резкого роста маг­нитного потока рассеивания, напряжение на ней падает на 80 — 90%. Дополнитель­ная сварочная обмотка W22 наматывается поверх первичной. Являясь силовой, она поддерживает в требуемых границах на­пряжение сварки, а как следует, и сва­рочный ток. Напряжение на ней падает в режиме сварки на 20 — 25% относительно напряжения холостого хода. После производства С.А нужно провести его настройку и проверку каче­ства сварки электродами различного диа­метра. Процесс опции заключается в последующем. Для измерения сварочного тока и напряжения нужно приобрес­ти два электроизмерительных прибора — амперметр переменного тока на 180 — 200 А и вольтметр переменного тока на 70 – 80в.

Рис. 7. Методы намотки обмоток СА на сер­дечнике тороидального типа: 1.2 — равномер­ная и секционная намотка обмоток соответст­венно: а — сетевая б — силовая

 Рис. 8. Схема подключения измерительных устройств

Схема их подключения показана на рис. 8. При сварке разными электродами снимают значения тока сварки — Iсв и напряжения сварки Uсв которые долж­ны быть в требуемых границах. Если сва­рочный ток мал, что бывает в большинстве случаев (электрод липнет, дуга неуравновешенная), то в данном случае или переключением пер­вичной и вторичной обмоток устанавли­вают требуемые значения, или перерас­пределяют количество витков вторичной обмотки (без их роста) в сторону роста числа витков, намотанных по­верх сетевой обмотки. После сварки можно сделать разлом либо распиливание кромок свариваемых изделий, и сходу станет ясно качество сварки: глубина провара и толщина на­плавленного слоя металла. По результатам измерений полезно со­ставить таблицу.

Исходя из данных таблицы, выбирают рациональные режимы сварки для элек­тродов различного поперечника, помня о том, что при сварке электродами, к примеру, поперечником 3 мм, электродами поперечником 2 мм можно резать, т.к. ток резки больше сварочного на 30 — 25%. Трудность покупки измерительных устройств, рекомендованных выше, за­ставила прибегнуть к изготовле­нию измерительной схемы (рис. 9) на ба­зе более распространенного милли­амперметра постоянного тока на 1—10 мА. Она состоит из измерителей напряжения и тока, собранных по мостовой схеме.

Рис. 9. Принципная схема измерителей напряжения и тока сварки и конструкция трансформатора тока

Измеритель напряжения подключают к выходной (сварочной) обмотке С.А. На­стройку производят при помощи лю­бого тестера, которым держут под контролем выходное напряжение сварки. С помо­щью переменного сопротивления R.3 стрелку прибора устанавливают на ко­нечное деление шкалы при максималь­ном значении Uxx Шкала измерителя напряжения довольно линейна. Для большей точности можно снять две — три контрольные точки и проградуировать измерительный прибор на измерение напряжений.

Более трудно настроить измеритель тока, так как он подключается к само­стоятельно сделанному трансформа­тору тока. Последний представляет собой сердечник тороидального типа с 2-мя об­мотками. Размеры сердечника (наружный поперечник 35—40 мм) принципиального значения не имеют, главное, чтоб умес­тились обмотки. Материал сердечника — трансформаторная сталь, пермаллой либо феррит. Вторичная обмотка состоит из 600 — 700 витков медного изолированного провода марки ПЭЛ, ПЭВ, лучше ПЭЛШО поперечником 0,2 – 0,25 мм и под­ключена к измерителю тока. Первичная об­мотка — это силовой провод, проходящий снутри кольца и подключаемый к клемному болту (рис. 9). Настройка измерителя тока заключается в последующем. К силовой (сварочной) обмотке С.А. подключают ка­либрованное сопротивление из толстой нихромовой проволоки на 1 – 2 сек (очень нагревается) и определяют напряжение на выходе С.А. По закону Ома определяют ток, протекающий в сварочной обмотке. К примеру, при подключении Rн = 0,2ом Uвых = 30в.

Отмечают точку на шкале прибора. 3-х – 4 измерений с различными RH до­статочно, чтоб откалибровать измери­тель тока. После калибровки приборы ус­танавливают на корпус С.А, пользуясь общепринятыми советами. При сварке в разных критериях (мощная либо слаботочная сеть, длинный либо короткий подводящий кабель, его се­чение и т.д.) переключением обмоток на­страивают С.А. на лучший режим сварки, и дальше тумблер можно ус­тановить в нейтральное положение. Несколько слов о контактно-точечной сварке. К конструированию С.А. данного типа предъявляется ряд специфичных требований:

1. Мощность, отдаваемая в момент сварки, должна быть наибольшей, но менее 5—5,5 кВт. В данном случае потреб­ляемый из сети ток не превзойдет 25 А.

2. Режим сварки должен быть «жест­ким», а как следует, намотка обмоток С.А. должна проводиться по первому ва­рианту.

3. Токи, протекающие в сварочной об­мотке, добиваются значений 1500—2000 А и выше. Как следует, напряжение свар­ки должно быть менее 2—2,5в, а на­пряжение холостого хода — 6—10в.

4. Сечение проводов первичной обмот­ки более 6—7 мм , а сечение вторич­ной обмотки более 200 мм Добиваются такового сечения проводов методом намотки 4—6 обмоток и их следующего парал­лельного соединения.

5. Дополнительных отводов от первич­ной и вторичной обмоток делать нецеле­сообразно.

6. Число витков первичной обмотки можно взять мало расчетное в связи с кратковременностью работы С.А.

7. Сечение сердечника (керна) наименее 45—50 см брать не рекомендуется.

8. Сварочные наконечники и подвод­ные кабели к ним должны быть медными и пропускать надлежащие токи (диа­метр наконечников 12—14 мм).

Особенный класс любительских С.А. пред­ставляют аппараты, сделанные на базе промышленных осветительных и дру­гих трансформаторов (2—3 фазных) на выходное напряжение 36 в и мощностью более 2,5—3 кВт. Но до того как брать­ся за переделку, нужно измерить се­чение керна которое должно быть более 25 см , и поперечники первичной и вторичной обмоток. Вам сходу станет ясно, чего можно ожидать от переделки дан­ного трансформатора.

И в заключение несколько технологи­ческих советов.

Подключение сварочного аппарата к сети должно выполняться проводом се­чением 6—7 мм через автомат на ток 25 — 50 А, к примеру АП-50. Диаметр электрода зависимо от толщины свариваемого металла можно избрать исходя из последующего соотноше­ния: da= (1—1,5)L, где L— толщина сва­риваемого металла, мм. Длина дуги выбирается зависимо от поперечника электрода и в среднем равна 0,5—1,1 d3. Рекомендуется делать сварку короткой дугой 2—3 мм, напряже­ние которой равно 18—24 В. Повышение длины дуги приводит к нарушению ста­бильности ее горения, увеличению утрат на угар и разбрызгиванию, понижению глу­бины проплавления основного металла. Чем длиннее дуга, тем выше напряжение сварки. Скорость сварки выбирает свар­щик зависимо от марки и толщины металла.

При сварке на прямой полярности плюс (анод) подсоединяют к детали и минус (катод) — к электроду. Если необ­ходимо, чтоб на детали выделялось наименьшее количество тепла, к примеру при сварке тонколистовых конструкций, при­меняют сварку на оборотной полярности (рис. 1). В этом случае минус (катод) при­соединяют к свариваемой детали, а плюс (анод) — к электроду. При всем этом не только лишь обеспечивается наименьший нагрев свариваемой детали, но и ускоряется про­цесс расплавления электродного металла за счет более высокой температуры анод­ной зоны и большего подвода тепла. Сварочные провода присоединяют к СА через медные наконечники под клеммные болты с внешней стороны корпуса сварочного аппарата. Плохие контактные соединения понижают мощностные свойства СА, усугубляют качество сварки и могут вызвать их пере­грев и даже возгорание проводов. При маленький длине сварочных про­водов (4—6 м) сечение их должно быть более 25 мм. При выполнении сварочных работ не­обходимо соблюдать правила пожарной и электробезопасности при работе с электро­приборами. Сварочные работы следует вести в специальной маске с защитным стеклом марки С5 (на токи до 150—160 А) и рукавицах. Все переключения СА вы­полнять только после отключения свароч­ного аппарата от сети.

elektrica.info

Структурная схема сварочного аппарата

Для производства сварочных работ используются устройства, работающие на переменном и постоянном токе.

Схема любого аппарата включает в себя трансформатор (возможно использование трансформатора из микроволновки), выпрямитель, дроссель, держак, электрод. Именно в такой последовательности происходит протекание электрического тока по замкнутой цепи.

Структурная схема

Цепь замыкается, когда между электродом и металлическими заготовками, которые нужно соединить, возникает электрическая дуга.

Чтобы качество сварного соединения было высоким, необходимо обеспечить устойчивое горение этой дуги.

А чтобы установить требуемый режим горения используется регулятор силы тока.

Аппараты постоянного тока применяют для сварки элементов из тонколистового металла. При этом способе сварки можно использовать любые электроды и электродную проволоку без керамической обмазки.

Держак электрода присоединяется к выпрямителю через дроссель. Это делается для того, чтобы сглаживать пульсации напряжения.

Электрическая схема

 

Дроссель представляет собой катушку медных проводов, которая намотана на любом сердечнике. Выпрямитель, в свою очередь, соединяется с вторичной обмоткой трансформатора.

Трансформатор включается в бытовую электросеть. Последовательность соединения проста и наглядна.

Преобразование напряжения переменного тока выполняется с помощью понижающего трансформатора.

Согласно закону Ома напряжение, которое индуцируется на вторичной обмотке трансформатора, уменьшается, а величина тока увеличивается с 4-х ампер до 40 и более.

Примерно такая величина требуется для сварки. В принципе, данное устройство можно назвать простейшим сварочным аппаратом.

И с помощью проводов присоединить к нему держак электрода. Но использовать держак в практических целях невозможно, поскольку схема не содержит других необходимых элементов.

И главное – в ней отсутствует регулятор величины тока. А так же выпрямитель и другие элементы.

Трансформатор считается основным элементом сварочного аппарата. Его можно купить или приспособить уже бывший в эксплуатации.

Принципиальная схема

 

Многие мастера используют трансформатор от микроволновки, отработавшей свой срок. По своим габаритам и весу микроимпульсный элемент всегда занимает много места в конструкции.

Если рассмотреть сварочный агрегат в целом, то можно выделить три основных блока, которые она в себя включает:

  • блок питания;
  • блок выпрямителя;
  • блок инвертора.

Самодельный инверторный аппарат можно скомпоновать таким образом, чтобы он имел минимальные габариты и вес.

Такие устройства, рассчитанные на применение в домашнем хозяйстве, сегодня продаются в магазинах.

Преимущества инверторного аппарата перед традиционными агрегатами очевидны. В первую очередь, следует отметить компактность аппарата, удобство в эксплуатации, надежность.

Лишь одна составляющая в параметрах этого устройства вызывает озабоченность – его высокая стоимость.

Самые общие расчеты подтверждают, что сделать такой аппарат своими руками проще и выгоднее.

Основные элементы, практически, всегда можно найти среди электротехнических машин и приборов, которые оказались в запасниках. Или на свалке.

Простейший регулятор тока можно сделать из куска нагревательной спирали, которая используется в бытовых электрических плитах. Дроссель – из отрезка медной проволоки.

Видео:

Радиолюбители придумали самый простой по схеме импульсный способ сварки. Он используется для крепления проводов к металлической плате.

Никаких сложных приспособлений – только дроссель и пара проводов. Регулятор силы тока тоже не нужен. Вместо него в цепь включается плавкая вставка.

Один электрод через дроссель подключается к плате.

В качестве второго — используется зажим типа «крокодил». Вилка с проводами включается в розетку бытовой сети.

Зажим с проводом резко прикладывается к плате в том месте, где его нужно приварить. Возникает сварочная дуга и в этот момент могут перегореть предохранители, которые находятся в электрическом щите.

Этого не происходит, потому что быстрее сгорает плавкая вставка. А провод остается надежно приваренным к плате.

Комплектация изделия

Самодельный сварочный аппарат собирается для того, чтобы выполнять мелкие работы в домашнем хозяйстве.

Все элементы, электронные приборы, провода и металлические конструкции необходимо скомплектовать в определенном месте. Там, где будет выполняться сборка изделия.

Дроссель можно использовать от арматуры люминесцентной лампы. Количество проводов, желательно медных, разного сечения нужно запасти побольше.

Самодельный аппарат

Если дроссель в готовом виде найти не удалось, то его нужно изготовить самостоятельно.

Для этого потребуется стальной магнитопровод от старого пускателя и несколько метров медных проводов сечением 0,9 квадрата.

Блок питания

Основным элементом блока питания в инверторе является трансформатор.

Его можно переделать из лабораторного автотрансформатора или использовать для переделки трансформатор от микроволновки, которая уже отслужила свой срок.

Схема трансформатора

Очень важно не повредить первичную обмотку при выемке трансформатора из печки-микроволновки.

Вторичная обмотка удаляется и переделывается. Количество витков и диаметр медных проводов рассчитывается в зависимости от предварительно выбранной мощности сварочного аппарата.

Точечный способ сварки хорошо реализуется аппаратом, сделанным на трансформаторе от микроволновки.

Блок выпрямителя

Выпрямитель служит для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. Основными элементами данного устройства являются диоды.

Он коммутируются в определенные схемы, чаще всего мостовые. На вход такой схемы подается переменный ток, а с выходных клемм снимается постоянный.

Сварочный выпрямитель

Диоды выбираются такой мощности, чтобы выдерживать заданные изначально нагрузки. Для их охлаждения используются специальные радиаторы из алюминиевых сплавов.

При разметке установочной платы, желательно предусмотреть место под дроссель, который предназначен для сглаживания импульсов. Выпрямитель собирается на отдельной плате, из гетинакса или текстолита.

Блок инвертора

Инвертор преобразует постоянный ток, поступающий с выпрямителя, в переменный, который обладает большой частотой колебания.

Преобразование выполняется с использованием электронных схем на тиристорах или мощных транзисторах.

Электрическая схема инвертора

Если на входные клеммы трансформатора подается напряжение 220 вольт частотой 50 Гц, то на выходных клеммах инвертора фиксируется постоянный ток величиной до 150 Ампер и напряжением от 40 вольт.

Эти параметры тока позволяют выполнять сварку металлических деталей из различных сплавов.

Электронный регулятор позволяет выбрать режим соответствующий конкретной операции.

Практика показывает, что самодельный сварочный аппарат, по своим характеристикам, не уступает заводским изделиям.

Некоторое время тому назад, в торговой сети появились сварочные мини инверторы. Чтобы добиться такой миниатюризации производственным компаниям потребовались годы.

Самодельный инвертор

В то время как мастера-умельцы уже давно смогли сделать плазменный сварочный аппарат, изготовленный своими руками.

К этому шагу их подтолкнули местные условия – теснота в мастерской и значительный вес заводских инверторов. Плазменный аппарат — прекрасный выход из данной ситуации.

И то, что вместо медных проводов вторичную обмотку трансформатора делают из медной жести, тоже давно известно.

Последовательность сборки сварочного аппарата

Размещая элементы на металлической или текстолитовой основе, нужно соблюдать определенный порядок. Выпрямитель должен находиться рядом с трансформатором.

Дроссель на той же плате что и выпрямитель. Регулятор силы тока должен размещаться на панели управления. Корпус аппарата можно изготовить из листовой стали или алюминия.

Или приспособить шасси от старого осциллографа и даже системного блока компьютера. Очень важно не «лепить» элементы как можно ближе один к другому.

Видео:

Нужно обязательно сделать отверстия в стенках для установки охлаждающих вентиляторов и постоянного притока воздуха.

Плата с тиристорами и другими элементами размещается как можно дальше от трансформатора, который сильно греется при работе. Точно так же как и выпрямитель.

Выделяет тепло при работе и дроссель. Тиристоры устанавливаются на алюминиевые радиаторы, которые отводят тепло. И даже от проводов исходят тепловые импульсы.

Крепление элементов относительно друг друга нужно сделать так, чтобы обеспечить их максимальный обдув.

Держак электрода должен крепиться к лицевой панели, а шнур питания с вилкой для включения в розетку, к задней стенке.

Корпус сварочного аппарата должен обладать достаточной жесткостью и прочностью. Условия эксплуатации самодельных устройств могут быть разными.

Если сварочный аппарат постоянно находится в мастерской, то регулятор тока может служить долго. Точнее сказать ручка регулятора, которая закреплена на лицевой панели.

Мини инверторы чаще всего используются на выездных работах. В этом случае корпус аппарата испытывает различные механические воздействия и даже удары.

Сварочный аппарат

Тот же дроссель может, что называется, отлететь.

После того как сборка сварочного аппарата завершена, нужно испытать его на работоспособность. Никаких временных проводов использовать не следует.

Необходимо сделать штатный контактный кабель, причем во множественном количестве. При первом подключении следует испытать регулятор силы тока. Проверить, нет ли не закрепленных элементов внутри корпуса.

Если явных дефектов и неисправностей не обнаружено, то можно приступать к испытаниям аппарата на разных режимах работы.

stoydiz.ru

О чем будем

В настоящей статье рассматривается, как в домашних условиях сделать оборудование для:

  • Электродуговой сварки переменным током промышленной частоты 50/60 Гц и постоянным током до 200 А. Этого хватит, чтобы варить металлоконструкции примерно до забора из профнастила на каркасе из профтрубы или сварного гаража.
  • Микродуговой сварки скруток проводов – очень просто, и полезно при прокладке или ремонте электропроводки.
  • Точечной импульсной контактной сварки – может хорошо пригодиться при сборке изделий из тонкого стального листа.

О чем не будем

Первое, пропустим газовую сварку. Оборудование для нее стоит гроши по сравнению с расходными материалами, баллоны с газом дома не сделаешь, а самодельный газогенератор – серьезный риск для жизни, плюс карбид сейчас, где он еще поступает в продажу, дорог.

Второе – инверторную электродуговую сварку. Действительно, сварочный инвертор-полуавтомат позволяет начинающему дилетанту варить довольно ответственные конструкции. Он легок и компактен, носить его можно рукой. Но покупка в розницу компонентов инвертора, позволяющего стабильно вести качественный шов, обойдется дороже готового аппарата. А с упрощенными самоделками опытный сварщик работать попробует, и откажется – «Дайте нормальный аппарат!» Плюс, точнее минус – чтобы сделать более-менее приличный сварочный инвертор, нужно обладать довольно солидным опытом и познаниями в электротехнике и электронике.

Третье – аргонно-дуговую сварку. С чьей легкой руки пошло гулять в рунете утверждение, что она гибрид газовой и дуговой, неведомо. На самом деле это разновидность дуговой сварки: инертный газ аргон в сварочном процессе не участвует, но создает вокруг рабочей зоны кокон, изолирующий ее от воздуха. В результате сварочный шов получается химические чистым, свободным от примесей соединений металлов с кислородом и азотом. Поэтому варить под аргоном можно цветные металлы, в т.ч. разнородные. Кроме того, возможно уменьшить ток сварки и температуру дуги без ущерба для ее стабильности и варить неплавящимся электродом.

Оборудование для аргонно-дуговой сварки вполне возможно изготовить в домашних условиях, но – газ очень дорогой. Варить же в порядке рутинной хозяйственной деятельности алюминий, нержавейку или бронзу вряд ли понадобится. А если уж надо, то проще взять аргонную сварку в аренду – по сравнению с тем, на сколько (в деньгах) газа уйдет обратно в атмосферу, это копейки.

Трансформатор

Основа всех «наших» видов сварки – сварочный трансформатор. Порядок его расчета и конструктивные особенности существенно отличаются от таковых трансформаторов электропитания (силовых) и сигнальных (звуковых). Сварочный трансформатор работает в прерывистом режиме. Если конструировать его на максимальный ток как трансформаторы непрерывного действия, он получится непомерно большим, тяжелым и дорогим. Незнание особенностей электрических трансформаторов для дуговой сварки – основная причина неудач конструкторов-любителей. Поэтому прогуляемся по сварочным трансформаторам в следующем порядке:

  1. немного теории – на пальцах, без формул и зауми;
  2. особенности магнитопроводов сварочных трансформаторов с рекомендациями по выбору из случайно подвернувшихся;
  3. испытания имеющегося в наличии б/у;
  4. расчет трансформатора для сварочного аппарата;
  5. подготовка компонент и намотка обмоток;
  6. пробная сборка и доводка;
  7. ввод в эксплуатацию.

Теория

Электрический трансформатор можно уподобить накопительному резервуару водоснабжения. Это довольно глубокая аналогия: трансформатор действует за счет запаса энергии магнитного поля в его магнитопроводе (сердечнике), который может многократно превышать мгновенно передаваемую от сети электропитания потребителю. А формальное описание потерь на вихревые токи в стали похоже на него же для водопотерь на инфильрацию. Потери электроэнергии в меди обмоток формально схожи с потерями напора в трубах за счет вязкого трения в жидкости.

Примечание: различие – в потерях на испарение и, соотв., рассеяние магнитного поля. Последние в трансформаторе частично обратимы, но сглаживают пики энергопотребления во вторичной цепи.

Важный в нашем случае фактор – внешняя вольт-амперная характеристика (ВВАХ) трансформатора, или просто его внешняя характеристика (ВХ) – зависимость напряжения на вторичной обмотке (вторичке) от тока нагрузки, при неизменном напряжении на первичной обмотке (первичке). У силовых трансформаторов ВХ жесткая (кривая 1 на рис.); они подобны мелководному обширному бассейну. Если его как следует изолировать и накрыть крышей, то водопотери минимальны и напор довольно стабилен, как бы там потребители краны ни крутили. Но если в стоке булькнуло – суши весла, вода слита. Применительно к трансформаторам – силовик должен как можно более стабильно держать выходное напряжение до некоторого порога, меньшего, чем максимальная мгновенная мощность потребления, быть экономичным, небольшим и легким. Для этого:

  • Марку стали для сердечника выбирают с более прямоугольной петлей гистерезиса.
  • Конструктивными мерами (конфигурацией сердечника, способом расчета, конфигурацией и расположением обмоток) всячески уменьшают потери на рассеивание, потери в стали и меди.
  • Индукцию магнитного поля в сердечнике берут меньше максимально допустимой для передачи формы тока, т.к. ее искажение снижает КПД.

Примечание: трансформаторную сталь с «угловатым» гистерезисом часто называют магнитожесткой. Это неверно. Магнитожесткие материалы сохраняют сильную остаточную намагниченность, их них делают постоянные магниты. А любое трансформаторное железо – магнитомягкое.

Варить от трансформатора с жесткой ВХ нельзя: шов идет рваный, пережженный, металл разбрызгивается. Дуга неэластичная: чуть не так двинул электродом, гаснет. Поэтому сварочный трансформатор делают похожим уже на обычный водонапорный бак. Его ВХ мягкая (нормального рассеяния, кривая 2): при возрастании тока нагрузки вторичное напряжение плавно падает. Кривая нормального рассеяния аппроксимируется прямой, падающей по углом 45 градусов. Это позволяет за счет снижения КПД кратковременно снимать с того же железа в несколько раз большую мощность, или соотв. уменьшить массогабариты и стоимость трансформатора. Индукция в сердечнике при этом может достигать величины насыщения, а кратковременно даже превосходить ее: трансформатор не уйдет в КЗ с нулевой передачей мощности, как «силовик», но станет нагреваться. Довольно долго: тепловая постоянная времени сварочных трансформаторов 20-40 мин. Если потом дать ему остыть и недопустимого перегрева не было, можно продолжать работу. Относительное падение вторичного напряжения ΔU2 (ему соотв. размах стрелок на рис.) нормального рассеивания плавно растет при увеличении размаха колебаний сварочного тока Iсв, что позволяет легко держать дугу при любых видах работ. Обеспечиваются такие свойства следующим:

  1. Сталь магнитопровода берут с гистерезисом, более «овальным».
  2. Нормируют обратимые потери на рассеяние. По аналогии: упало давление – потребители много и быстро не выльют. А оператор водоканала успеет включить подкачку.
  3. Индукцию выбирают близкой к предельной по перегреву, это позволяет за счет снижения cosφ (параметра, равнозначного КПД) при токе, существенно отличном от синусоидального, взять с той же стали большую мощность.

Примечание: обратимые потери рассеяния значит, что часть силовых линий пронизывает вторичку через воздух минуя магнитопровод. Название не вполне удачное, также как и «полезное рассеяние», т.к. «обратимые» потери для КПД трансформатора ничуть не полезнее необратимых, но они смягчают ВХ.

Как видим, условия совершенно различны. Так что, же непременно искать железо от сварочника? Необязательно, для токов до 200 А и пиковой мощности до 7 кВА, а на хозяйстве этого хватит. Мы расчетно-конструктивным мерами, а также при помощи несложных дополнительных устройств (см. далее) получим на любом железе ВХ, несколько более жесткую, чем нормальная, кривая 2а. КПД энергопотребления сварки при этом вряд ли превысит 60%, но для эпизодических работ для себя это не страшно. Зато на тонких работах и малых токах держать дугу и ток сварки будет несложно, не имея большого опыта (ΔU2.2 и Iсв1), на больших токах Iсв2 получим приемлемое качество шва, и можно будет резать металл до 3-4 мм.

Бывают еще сварочные трансформаторы с крутопадающей ВХ, кривая 3. Это уже скорее насос подкачки: или поток на выходе в номинале независимо от высоты подачи, или его вовсе нет. Они еще более компактны и легки, но, чтобы на крутопадающей ВХ выдержать режим сварки, нужно за время порядка 1 мс реагировать на колебания ΔU2.1 порядка вольта. Электронике это под силу, поэтому трансформаторы с «крутой» ВХ нередко применяются в сварочных полуавтоматах. Если же от такого трансформатора варить вручную, то шов пойдет вялый, недоваренный, дуга опять же неэластичная, а при попытках зажечь ее снова электрод то и дело залипает.

Магнитопроводы

Типы магнитопроводов, пригодных для изготовления сварочных трансформаторов, показаны на рис. Наименования их начинаются с буквосочетания соотв. типоразмера. Л значит ленточный. Для сварочного трансформатора Л или без Л – существенной разницы нет. Если в префиксе есть М (ШЛМ, ПЛМ, ШМ, ПМ) – в игнор без обсуждения. Это железо уменьшенной высоты, для сварочника непригодное при всех прочих выдающихся достоинствах.

После букв типономинала следуют цифры, обозначающие a, b и h на рис. Напр., у Ш20х40х90 размеры поперечного сечения керна (центрального стержня) 20х40 мм (a*b), а высота окна h – 90 мм. Площадь сечения сердечника Sс = a*b; площадь окна Sок = c*h нужна для точного расчета трансформаторов. Мы ею пользоваться не будем: для точного расчета нужно знать зависимости потерь в стали и меди от величины индукции в сердечнике данного типоразмера, а для них – марку стали. Где мы ее возьмем, если мотать будем на случайном железе? Мы посчитаем по упрощенной методике (см. далее), а потом доведем в ходе испытаний. Труда уйдет больше, но зато получим сварку, на которой можно реально работать.

Примечание: если железо ржавое с поверхности, то ничего, свойства трансформатора от этого не пострадают. А вот если на нем есть пятна цветов побежалости – это брак. Когда-то этот трансформатор очень сильно перегрелся и магнитные свойства его железа необратимо испортились.

Еще один важный параметр магнитопровода – его масса, вес. Поскольку удельная плотность стали неизменна, он определяет объем сердечника, и, соотв., мощность, которую с нее можно взять. Для изготовления сварочных трансформаторов пригодны магнитопроводы массой:

  • О, ОЛ – от 10 кг.
  • П, ПЛ – от 12 кг.
  • Ш, ШЛ – от 16 кг.

Почему Ш и ШЛ нужны тяжелее, понятно: у них есть «лишний» боковой стержень с «плечиками». ОЛ может быть легче, потому что в нем нет углов, на которые нужен излишек железа, а изгибы силовых магнитных линий плавнее и по некоторым другим причинам, о которых – уже в след. разделе.

О, ОЛ

Себестоимость трансформаторов на торах высока вследствие сложности их намотки. Поэтому использование тороидальных сердечников ограничено. Подходящий для сварки тор можно, во-первых, извлечь из ЛАТРа – лабораторного автотрансформатора. Лабораторный, значит не должен бояться перегрузок, и железо ЛАТРов обеспечивает ВХ, близкую к нормальной. Но…

ЛАТР – штука очень полезная, первое. Если сердечник еще жив, лучше ЛАТР восстановить. Вдруг не нужен, можно продать, и вырученного хватит на пригодную для своих нужд сварку. Поэтому «голые» сердечники ЛАТРов найти сложно.

Второе – ЛАТРы мощностью до 500 ВА для сварки слабы. От железа ЛАТР-500 можно добиться сварки электродом 2,5 в режиме: 5 мин варим – 20 мин он остывает, а мы накаляемся. Как в сатире Аркадия Райкина: раствор бар, кирпич йок. Кирпич бар, раствор йок. ЛАТРы же 750 и 1000 – большая редкость и годные.

Еще подходящий по всем свойствам тор – статор электромотора; сварка из него получится хоть на выставку. Но найти его не легче, чем железо ЛАТРа, а мотать на него много сложнее. Вообще, сварочный трансформатор из статора электродвигателя – отдельная тема, столько там сложностей и нюансов. Прежде всего – с навивкой толстого провода на «бублик». Не имея опыта намотки тороидальных трансформаторов, вероятность испортить дорогой провод, а сварки не получить, близка к 100%. Поэтому, увы, со с варочным аппаратом на троидальн6ом трансформаторе придется повременить.

Ш, ШЛ

Броневые сердечники конструктивно рассчитаны на минимальное рассеяние, и нормировать его практически невозможно. Сварка на обычном Ш или ШЛ получится слишком жесткой. Кроме того, условия охлаждения обмоток на Ш и ШЛ наихудшие. Единственно пригодные для сварочного трансформатора броневые сердечники – увеличенной высоты с разнесенными галетными обмотками (см. далее), слева на рис. Разделяются обмотки диэлектрическими немагнитными термостойкими и механически прочными прокладками (см. далее) толщиной в 1/6-1/8 высоты керна.

Шихтуется (собирается из пластин) сердечник Ш для сварки обязательно вперекрышку, т.е. пары ярмо-пластина поочередно ориентируются туда-обратно относительно друг друга. Способ нормирования рассеяния немагнитным зазором для сварочного трансформатора непригоден, т.к. потери дает необратимые.

Если подвернется шихтованный Ш без ярем, но с просечкой пластин между керном и перемычкой (в центре), вам повезло. Шихтуют пластины сигнальных трансформаторов, а сталь на них, для уменьшения искажений сигнала, идет дающая нормальную ВХ изначально. Но вероятность такого везения очень мала: сигнальные трансформаторы на киловаттные мощности – редчайшая диковина.

Примечание: не пытайтесь собрать высокий Ш или ШЛ из пары обычных, как справа на рис. Сплошной прямой зазор, хоть и очень тонкий – необратимое рассеяние и крутопадающая ВХ. Тут потери рассеивания почти аналогичны потерям воды на испарение.

ПЛ, ПЛМ

Наиболее пригодны для сварки сердечники стержневые. Из них – шихтуемые парами одинаковых Г-образных пластин, см. рис., их необратимое рассеяние наименьшее. Второе, обмотки П и ПЛов мотаются точно одинаковыми половинками, по половине витков на каждую. Малейшая магнитная или токовая асимметрия – трансформатор гудит, греется, а тока нет. Третье, что может показаться неочевидным не забывшим школьное правило буравчика – обмотки на стержни навиваются в одном направлении. Что-то не так кажется? Магнитный поток в сердечнике обязательно должен быть замкнут? А вы крутите буравчики по току, а не по виткам. Направления-то токов в полуобмотках противоположные, там и магнитные потоки показаны. Можно и проверить, если защита проводки надежная: подать сеть на 1 и 2’, а замкнуть 2 и 1’. Если автомат сразу не выбьет, то трансформатор взвоет и затрясется. Впрочем, кто там знает, что у вас с проводкой. Лучше не надо.

 

Сварочный трансформатор на стержневом магнитопроводе с разнесенными обмотками

Примечание: можно еще встретить рекомендации – мотать обмотки сварочного П или ПЛ на разных стержнях. Мол, ВХ смягчается. Так-то оно так, но сердечник для этого нужен специальный, со стержнями разного сечения (вторичка на меньшем) и выемками, выпускающими силовые линии в воздух в нужном направлении, см. рис. справа. Без этого – получим крикливый, трясучий и прожорливый, но не варящий трансформатор.

Если есть трансформатор

Защитный автомат на 6,3 А и амперметр переменного тока помогут также определить пригодность старого сварочника, валявшегося бог знает где и черт знает как. Амперметр нужен или бесконтактный индукционный (токовые клещи), или стрелочный электромагнитный на 3 А. Мультиметр с пределами переменного тока будет недопустимо врать, т.к. форма тока в цепи окажется далека от синусоидальной. Еще – жидкостный бытовой термометр с длинной шейкой, или, лучше, цифровой мультиметр с возможностью измерения температуры и щупом для этого. Пошагово процедура испытаний и подготовки к дальнейшей эксплуатации старого сварочного трансформатора производится так:

  1. Сушим реанимируемого в отапливаемом помещении 1-2 недели;
  2. По формуле Pг(ВА) = k1Sс(кв. см) для однофазного трансформатора определяем его габаритную мощность, где k1 = 67 для тора (О, ОЛ), k1 = 52 для П, ПЛ и k1 = 45 для Ш, ШЛ;
  3. Если сварочник 3-фазный, то при включении в 1-фазную сеть полученное значение делим на 2;
  4. Находим (приблизительно) его ток холостого хода при номинальном напряжении сети Iхх(А) = 0,375P(кВА);
  5. Измеряем реальное напряжение сети и соотв. корректируем Iхх, при меньшем Uс он пропорционально уменьшится;
  6. Готовим испытательный кабель, включив в один провод шнура с вилкой защитный автомат;
  7. Включаем испытуемого без нагрузки: гудит, вибрирует, автомат выбивает – нужно перебирать, переизолировать провода (см. далее). Нет – продолжаем;
  8. Измеряем Iхх, отклонение от определенного выше значения должно лежать в пределах +/-20%. У трансформатора на 3-5 кВА нормальный Iхх 1-2 А;
  9. В течение 40 мин как минимум периодически, а лучше постоянно, меряем температуру в самой горячей точке, см. рис. справа. За 40 мин не стабилизировалась – см. п. 7, после двоеточия;

  10. Температура держится – продолжаем испытание не менее 3-4 тепловых постоянных времени, т.е. 2-4 часа;
  11. По истечении испытательного интервала засекаем и записываем температуру в помещении;
  12. Снова меряем температуру трансформатора: если разница с наружной менее 25 градусов – годен после восстановительного лечения, см. след пункт. Нет – см. п. 7, после двоеточия;
  13. Разбавляем любой нитролак растворителем 646 или 647 вдвое по объему. Лучше бы ацетоном, но его в широкой продаже уже нет. Спасибо наркоманам, им ацетон нужен, чтобы делать свою гадость мерзкую;
  14. Пропитываем жидким лаком весь трансформатор, включая магнитопровод. Так нужно, чтобы залить возможные трещины в изоляции проводов обмоток и восстановить изоляцию пластин;
  15. По полном высыхании первичной пропитки (не менее 4-х суток) обливаем трансформатор тем же лаком неразбавленным, для восстановления механической прочности;
  16. По высыхании финальной пропитки – боеспособен!

Расчет сварочного трансформатора

В рунете можно найти разные методики расчета сварочных трансформаторов. При кажущемся разнобое большинство из них верны, но при полном знании свойств стали и/или для конкретного ряда типономиналов магнитопроводов. Предлагаемая методика сложилась в советские времена, когда вместо выбора был дефицит всего. У рассчитанного по ней трансформатора ВХ падает немного крутовато, где-то между кривыми 2 и 3 на рис. в начале. Для резки так годится, а для работ потоньше трансформатор дополняется внешними устройствами (см. далее), растягивающими ВХ по оси тока до кривой 2а.

Основа расчета обычна: дуга стабильно горит под напряжением Uд 18-24 В, а для ее зажигания требуется мгновенный ток в 4-5 раз больший номинального сварочного. Соотв., минимальное напряжение холостого хода Uхх вторички будет 55 В, но для резки, раз из сердечника выжимается все возможное, берем не стандартные 60 В, а 75 В. Больше никак: и по ТБ недопустимо, и железо не вытянет. Еще одна особенность, по тем же причинам – динамические свойства трансформатора, т.е. его способность быстро переходить из режима КЗ (скажем, при замыкании каплями металла) в рабочий, выдерживаются без дополнительных мер. Правда, такой трансформатор склонен к перегреву, но, раз он свой и на глазах, а не дальнем углу цеха или площадки, будем считать это допустимым. Итак:

  • По формуле из п.2 пред. списка находим габаритную мощность;
  • Находим максимально возможный сварочный ток Iсв = Pг/Uд. 200 А обеспечены, если с железа можно снять 3,6-4,8 кВт. Правда, в 1-м случае дуга будет вялой, и варить можно будет только двойкой или 2,5;
  • Рассчитываем рабочий ток первички при максимально допустимом для сварки напряжении сети I1рmax = 1,1Pг(ВА)/235 В. Вообще-то норма на сеть 185-245 В, но для самодельного сварочника на пределе это слишком. Берем 195-235 В;
  • По найденному значению определяем ток срабатывания защитного автомата как 1,2I1рmax;
  • Принимаем плотность тока первички J1 = 5 А/кв. мм и, пользуясь I1рmax, находим диаметр ее провода по меди d = (4S/3,1415)^0,5. Полный его диаметр при самостоятельном изолировании D = 0,25+d, а если провод готовый — табличный. Для работы в режиме «кирпич бар, раствор йок» можно взять J1 = 6-7 А/кв. мм, но только, если нужного провода нет и не предвидится;
  • Находим количество витков на вольт первички: w = k2/Sс, где k2 = 50 для Ш и П, k2 = 40 для ПЛ, ШЛ и k2 = 35 для О, ОЛ;
  • Находим общее к-во ее витков W = 195k3w, где k3 = 1,03. k3 учитывает потери энергии обмоткой на рассеяние и в меди, что формально выражается несколько абстрактным параметром собственного падения напряжения обмотки;
  • Задаемся коэффициентом укладки Kу = 0,8, добавляем по 3-5 мм к a и b магнитопровода, рассчитываем к-во слоев обмотки, среднюю длину витка и метраж провода
  • Рассчитываем аналогично вторичку при J1 = 6 А/кв. мм, k3 = 1,05 и Kу = 0,85 на напряжения 50, 55, 60, 65, 70 и 75 В, в этих местах будут отводы для грубой подгонки режима сварки и компенсации колебаний питающего напряжения.

Намотка и доводка

Диаметры проводов в расчете обмоток получаются как правило больше 3 мм, а лакированные обмоточные провода с d>2,4 мм в широкой продаже редки. Кроме того, обмотки сварочника испытывают сильные механические нагрузки от электромагнитных сил, поэтому готовые провода нужны с дополнительной текстильной обмоткой: ПЭЛШ, ПЭЛШО, ПБ, ПБД. Найти их еще труднее, и стоят они очень дорого. Метраж же провода на сварочник таков, что более дешевые голые провода возможно изолировать самостоятельно. Дополнительное преимущество – свив до нужного S несколько многожильных проводов, получим провод гибкий, мотать которым куда легче. Кто пробовал уложить на каркас вручную шину хотя бы в 10 квадратов, оценит.

Изолирование

Допустим, есть в наличии провод 2,5 кв. мм в ПВХ изоляции, а на вторичку надо 20 м на 25 квадратов. Готовим 10 катушек или бухт по 25 м. Отматываем с каждой примерно по 1 м провода и снимаем штатную изоляцию, она толстая и не термостойкая. Оголенные провода скручиваем парой пассатижей в ровную тугую косу, а ее обматываем, в порядке нарастания стоимости изоляции:

  1. Малярным скотчем с нахлестом витков 75-80%, т.е. в 4-5 слоев.
  2. Миткалевой тесьмой с нахлестом в 2/3-3/4 витка, т.е в 3-4 слоя.
  3. Х/б изолентой с нахлестом в 50-67%, в 2-3 слоя.

Далее сворачиваем изолированный отрезок в бухту от 40-50 см диаметром, изолируем следующий и т.д. Но это только предварительная изоляция.

Примечание: провод для вторичной обмотки готовится и мотается она после намотки и испытаний первичной, см. далее.

Намотка

Тонкостенный самодельный каркас не выдержит давления витков толстого провода, вибраций и рывков при работе. Поэтому обмотки сварочных трансформаторов делают бескаркасными галетными, а на сердечнике закрепляют клиньями из текстолита, стеклотекстолита или, в крайнем случае, пропитанной жидким лаком (см. выше) бакелитовой фанеры. Инструкция по намотке обмоток сварочного трансформатора такова:

  • Готовим деревянную бобышку высотой по высоте обмотки и с размерами в поперечнике на 3-4 мм больше a и b магнитопровода;
  • Прибиваем или прикручиваем к ней временные фанерные щеки;
  • Временный каркас обматываем в 3-4 слоя тонкой полиэтиленовой пленкой с заходом на щеки и заворотом на их внешнюю сторону, чтобы провод не приклеился к дереву;
  • Мотаем предварительно изолированную обмотку;
  • По намотке дважды пропитываем до протекания насквозь жидким лаком;
  • по высыхании пропитки аккуратно снимаем щеки, выдавливаем бобышку и отдираем пленку;
  • обмотку в 8-10 местах равномерно по окружности туго обвязываем тонки шнуром или пропиленовым шпагатом – она готова к испытаниям.

Доводка и домотка

Шихтуем сердечник в галету и стягиваем его болтами, как положено. Испытания обмотки производятся полностью аналогично испытаниям сомнительного готового трансформатора, см. выше. Лучше воспользоваться ЛАТРом; Iхх при входном напряжении 235 В не должен превышать 0,45 А на 1 кВА габаритной мощности трансформатора. Если больше – первичку доматывают. Соединения провода обмотки делаются на болтах (!), изолируются термоусаживаемой трубкой (ТУТ) в 2 слоя или х/б изолентой в 4-5 слоев.

По результатам испытаний корректируется число витков вторички. Напр., расчет дал 210 витков, а реально Iхх влез в норму при 216. Тогда расчетные витки секций вторички умножаем на 216/210 = 1,03 прибл. Не пренебрегайте знаками после запятой, от них во многом зависит качество трансформатора!

После доводки сердечник разбираем; галету туго обматываем теми же малярным скотчем, миткалем или «тряпочной» изолентой в 5-6, 4-5 или 2-3 слоя соотв. Мотать поперек витков, а не по ним! Теперь еще раз пропитываем жидким лаком; когда просохнет – дважды неразбавленным. Эта галета готова, можно делать вторичную. Когда обе будут на сердечнике, еще раз испытываем теперь уже трансформатор на Iхх (вдруг где-то завитковало), закрепляем галеты и весь трансформатор пропитываем нормальным лаком. Уф-ф, самая муторная часть работы позади.

Тянем ВХ

Но он у нас пока слишком крут, не забыли? Нужно умягчить. Простейший способ – резистор во вторичной цепи – нам не подходит. Все очень просто: на сопротивлении всего лишь 0,1 Ом при токе 200 рассеется теплом 4 кВт. Если у нас сварочник на 10 и более кВА, а варить нужно тонкий металл, резистор нужен. Какой бы ни был ток выставлен регулятором, его выбросы при зажигании дуги неизбежны. Без активного балласта они местами пережгут шов, а резистор их погасит. Но нам, маломощным, он него толку не будет.

Реактивный балласт (катушка индуктивности, дроссель) лишней мощности не отберет: она поглотит выбросы тока, а потом плавно отдаст их дуге, это и растянет ВХ как надо. Но тогда нужен дроссель с регулировкой рассеяния. А для него – сердечник почти такой же, как и у трансформатора, и довольно сложная механика, см. рис.

Мы пойдем другим путем: применим активно-реактивный балласт, у старых сварщиков в просторечии именуемый кишкой, см. рис. справа. Материал – стальная проволока-катанка 6 мм. Диаметр витков – 15-20 см. Сколько их – на рис. видно, для мощности до 7 кВА эта кишка правильная. Воздушные промежутки между витками – 4-6 см. С трансформатором активно-реактивный дроссель соединяется дополнительным отрезком сварочного кабеля (шланга, попросту), а электрододержатель присоединяется к нему зажимом-прищепкой. Подбирая точку присоединения, можно, вкупе с переключением на отводы вторички, точно настроить рабочий режим дуги.

Примечание: активно-реактивный дроссель в работе может греться докрасна, поэтому ему необходима несгораемая термопрочная диэлектрическая немагнитная подкладка. По идее, специальный керамический ложемент. Допустима замена его сухой песчаной подушкой, или уже формально с нарушением, но не грубым, сварочную кишку укладывают на кирпичи.

А остальное?

Это значит прежде всего – электрододержатель и присоединительное устройство обратного шланга (зажим, прищепка). Их, раз у нас трансформатор на пределе, нужно купить готовые, а таких, как на рис. справа, не надо. Для сварочного аппарата на 400-600 А качество контакта в держателе мало ощутимо, и просто приматывание обратного шланга он тоже выдержит. А наш самодельный, работающий с натугой, может забарахлить вроде бы непонятно отчего.

Далее, корпус аппарата. Его нужно делать из фанеры; желательно бакелитовой пропитанной, как описано выше. Днище – толщиной от 16 мм, панель с клеммником – от 12 мм, а стенки и крышку – от 6 мм, чтобы при переноске не оторвались. Почему не листовая сталь? Она ферромагнетик и в поле рассеяния трансформатора может нарушить его работу, т.к. мы вытягиваем из него все, что возможно.

Что до клеммных колодок, то самые клеммы делаются из болтов от М10. Основа – те же текстолит или стеклотекстолит. Гетинакс, бакелит и карболит не годятся, довольно скоро пойдут крошиться, трескаться и расслаиваться.

Пробуем постоянку

Сварка постоянным током имеет ряд преимуществ, но ВХ любого сварочного трансформатора на постоянке ужесточается. А у нашего, рассчитанного на минимально возможный запас по мощности, станет недопустимо жесткой. Дроссель-кишка тут уже не поможет, даже если бы он работал на постоянном токе. Кроме того, надо защитить дорогущие выпрямительные диоды на 200 А от бросков тока и напряжения. Нужен возвратно-поглощающий фильтр инфранизких частот, ФИНЧ. Хотя на вид он отражающий, но нужно учесть сильную магнитную связь между половинами катушки.

Известная много лет схема такого фильтра дана на рис. Но сразу же по ее внедрении любителями выяснилось, что рабочее напряжение конденсатора С мало: выбросы напряжения при зажигании дуги могут достигать 6-7 значений ее Uхх, т.е.450-500 В. Далее, конденсаторы нужны выдерживающие циркуляцию большой реактивной мощности, только и только масляно-бумажные (МБГЧ, МБГО, КБГ-МН). О массогабаритах одинарных «банок» этих типов (кстати, и не дешевых) дает представление след. рис., а на батарею их понадобится 100-200.

С магнитопроводом катушки проще, хотя и не совсем. Для него подойдут 2 ПЛа силового трансформатора ТС-270 от старых ламповых телевизоров-«гробов» (данные есть в справочниках и в рунете), или аналогичные, или ШЛ с похожими либо большими a, b, c и h. Из 2-х ПЛов собирают ШЛ с зазором, см. рис., в 15-20 мм. Фиксируют его текстолитовыми или фанерными прокладками. Обмотка – изолированный провод от 20 кв. мм, сколько влезет в окно; 16-20 витков. Мотают ее в 2 провода. Конец одного соединяют с началом другого, это будет средняя точка.

Настройка фильтра производится по дуге на минимальном и макисмальном значениях Uхх. Если дуга на минимале вялая, электрод липнет, зазор уменьшают. Если на максимале жжет металл – увеличивают или, что будет эффективнее, срезают симметрично часть боковых стержней. Чтобы сердечник от этого не рассыпался, его пропитывают жидким, а потом нормальным лаком. Найти оптимум индуктивности довольно трудно, но зато потом сварка работает безукоризненно и на переменном токе.

Микродуга

О назначении микродуговой сварки сказано вначале. «Аппаратура» для нее предельно проста: понижающий трансформатор 220/6,3 В 3-5 А. В ламповые времена радиолюбители подключались к накальной обмотке штатного силового трансформатора. Один электрод – сама скрутка проводов (можно медь-алюминий, медь-сталь); другой – графитовый стерженек вроде грифеля от карандаша 2М.

Сейчас для микродуговой сварки используют более компьютерные блоки питания, или, для импульсной микродуговой сварки, батареи конденсаторов, см. видео ниже. На постоянном токе качество, работы, разумеется, улучшается.

Видео: самодельный аппарат для сварки скруток

Видео: сварочный аппарат своими руками из конденсаторов

Контакт! Есть контакт!

Контактная сварка в промышленности используется преимущественно точечная, шовная и стыковая. В домашних условиях, прежде всего по энергопотреблению, осуществима импульсная точечная. Пригодна она для сваривания и приваривания тонких, от 0,1 до 3-4 мм, стальных листовых деталей. Дуговая сварка тонкостенку прожжет, а если деталь с монетку и менее, то самая мягкая дуга сожжет ее целиком.

Принцип действия точечной контактной сварки иллюстрирует рис: медные электроды с силой сжимают детали, импульс тока в зоне омического сопротивления сталь-сталь нагревает металл до того, что происходит электродиффузия; металл не плавится. Ток для этого нужен ок. 1000 А на 1 мм толщины свариваемых деталей. Да, ток в 800 А прихватит листы по 1 и даже 1,5 мм. Но если это не поделка для забавы, а, допустим, оцинкованный профнастил забора, то первый же сильный порыв ветра напомнит: «Мужик, а ток-то слабоват был!»

Тем не менее, контактная точечная сварка намного экономичнее дуговой: напряжение холостого хода сварочного трансформатора для нее – 2 В. Оно складывается 2-х контактных разностей потенциалов сталь-медь и омического сопротивления зоны провара. Рассчитывается трансформатор для контактной сварки аналогично ему же для дуговой, но плотность тока во вторичной обмотке берут 30-50 и более А/кв. мм. Вторичка контактно-сварочного трансформатора содержит 2-4 витка, хорошо охлаждается, а его коэффициент использования (отношение времени сварки к времени работы на холостом ходу и остывания) многократно ниже.

В рунете немало описаний самодельных импульсно-точечных сварочников из негодных микроволновок. Они, в общем-то, правильные, а в повторении, как написано в «1001 ночи», пользы нет. И старые микроволновки на помойках кучами не валяются. Поэтому займемся конструкциями менее известными, но, между прочим, более практичными.

На рис. – устройство простейшего аппарата для импульсной точечной сварки. Им можно сваривать листы до 0,5 мм; для мелких поделок он подходит отлично, а магнитопроводы такого и большего типоразмера относительно доступны. Его достоинство, помимо простоты – прижим ходовой штанги сварочных клещей грузом. Для работы с контактно-сварочным импульсником не помешала бы и третья рука, а если одной приходится с силой сжимать клещи, то вообще неудобно. Недостатки – повышенная аварийно- и травмоопасность. Если случайно дать импульс, когда электроды сведены без свариваемых деталей, то из клещей ударит плазма, полетят брызги металла, защиту проводки вышибет, а электроды сплавятся намертво.

Вторичная обмотка – из медной шины 16х2. Ее можно набрать из полосок тонкой листовой меди (получится гибкая) или сделать из отрезка сплющенной трубки подачи хладоагента бытового кондиционера. Изолируется шина вручную, как описано выше.

9c5679b4bd045d0e8816eaa63fbdb1c1Здесь на рис. – чертежи аппарата импульсной точечной сварки помощнее, на сварку листа до 3 мм, и понадежнее. Благодаря довольно мощной возвратной пружине (от панцирной сетки кровати) случайное схождение клещей исключено, а эксцентриковый прижим обеспечивает сильное стабильное сжатие клещей, от чего существенно зависит качество сварного стыка. В случае чего прижим можно мгновенно сбросить одним ударом по рычагу эксцентрика. Недостаток – изолирующие узлы клещей, их слишком много и они сложные. Еще один – алюминиевые штанги клещей. Они, во-первых, не столь прочны, как стальные, во-вторых, это 2 ненужных контактных разности. Хотя теплоотвод по алюминию, безусловно, отличный.

Об электродах

В любительских условиях целесообразнее изолировать электроды в месте установки, как показано на рис. справа. Дома не конвейер, аппарату всегда можно дать остыть, чтобы изолирующие втулки не перегрелись. Такая конструкция позволит сделать штанги из прочной и дешевой стальной профтрубы, а еще удлинить провода (до 2,5 м это допустимо) и пользоваться контактно-сварочным пистолетом или выносными клещами, см. рис. ниже.

На рис. справа видна еще одна особенность электродов для точечной контактной сварки: сферическая контактная поверхность (пятка). Плоские пятки долговечнее, поэтому электроды с ними широко используются в промышленности. Но диаметр плоской пятки электрода должен быть равен 3-м толщинам прилегающего свариваемого материала, иначе пятно провара пережжется или в центре (широкая пятка), или по краям (узкая пятка), и от сварного стыка пойдет коррозия даже по нержавейке.

Последний момент об электродах – их материал и размеры. Красная медь быстро выгорает, поэтому покупные электроды для контактной сварки делают из меди с присадкой хрома. Такими следует пользоваться, при нынешних ценах на медь это более чем оправдано. Диаметр электрода берут в зависимости от режима его использования в расчете на плотность тока 100-200 А/кв. мм. Длина электрода по условиям теплопередачи не менее 3-х его диаметров от пятки до корня (начала хвостовика).

Как давать импульс

В простейших самодельных аппаратах импульсно-контактной сварки импульс тока дают вручную: просто включают сварочный трансформатор. Это ему, конечно, на пользу не идет, а сварка – то непровар, то пережог. Однако автоматизировать подачу и нормировать сварочные импульсы не так уж сложно.

Схема простого, но надежного и проверенного долгой практикой формирователя сварочных импульсов дана на рис. Вспомогательный трансформатор Т1 – обычный силовой на 25-40 Вт. Напряжение обмотки II – по лампочке подсветки. Можно вместо нее поставить 2 включенных встречно-параллельно светодиода с гасящим резистором (обычным, на 0,5 Вт) 120-150 Ом, тогда напряжение II будет 6 В.

Напряжение III – 12-15 В. Можно 24, тогда конденсатор С1 (обычный электролитический) нужен на напряжение 40 В. Диоды V1-V4 и V5-V8 – любые выпрямительные мосты на 1 и от 12 А соотв. Тиристор V9 – на 12 и более А 400 В. подойдут оптотиристоры из компьютерных блоков питания или ТО-12,5, ТО-25. Резистор R1 – проволочный, им регулируют длительность импульса. Трансформатор Т2 – сварочный.

В заключение

И напоследок нечто, что может показаться приколом: сварка в соляном растворе. На самом деле это не досужее развлечение, но вещь для некоторых целей вполне полезная. А сварочное оборудование для соляной сварки можно сделать своими руками на столе за 15 мин, см. ролик:

vopros-remont.ru


Leave a Comment

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.