Преимущества сварочных аппаратов постоянного тока перед их «переменнотоковыми собратьями» общеизвестны. Это и мягкое зажигание дуги, и возможность соединять тонкостенные детали, и меньшее разбрызгивание металла, и отсутствие непровариваемых участков. Даже надоедливого (и, как выяснилось, вредно действующего на людей) треска нет. А все потому, что отсутствует главная, присущая сварочным аппаратам переменного тока особенность - прерывистое горение дуги при перетекании синусоиды питающего напряжения через ноль
Рис. 1. Графики, поясняющие процесс сварки на переменном (а) и постоянном (б) токе.
Переходя от графиков к реальным конструкциям, нельзя также не отметить: в аппаратах переменного тока для улучшения и облегчения сварки применяют мощные трансформаторы (магнитопровод - из специального электротехнического железа с крутопадающей характеристикой) и заведомо завышенное напряжение во вторичной обмотке, доходящее до 80 В, хотя для поддержки горения дуги и наплавления металла в зоне сварки достаточно 25-36 В. Приходится мириться с непомерно большими массой и габаритами аппарата, повышенным расходованием электроэнергии. Снизив же напряжение, трансформируемое во вторичную цепь, до 36 В, можно в 5-6 раз облегчить вес «сварочника», довести его размеры до размеров переносного телевизора с одновременным улучшением остальных эксплуатационных характеристик.
Но как при низковольтной обмотке зажечь дугу?
Решением стал ввод во вторичную цепь диодного моста с конденсатором. В результате напряжение на выходе модернизированного «сварочника» удалось увеличить почти в 1,5 раза. Мнение специалистов подтверждено на практике: при превышении 40-вольтного барьера постоянного тока дуга легко зажигается и устойчиво горит, позволяя сваривать даже тонкий кузовной металл.
Рис. 2. Принципиальная электрическая схема сварочного аппарата постоянного тока.
Последнее, впрочем, легко объяснимо. С введением в схему большой ёмкости характеристика сварочного аппарата также получается крутопадающей (рис. 3). Создаваемое конденсатором начальное повышенное напряжение облегчает зажигание дуги. А когда потенциал на сварочном электроде упадет до U2 трансформатора (рабочая точка «А»), возникнет процесс устойчивого горения дуги с наплавлением металла в зоне сварки.
Рис.3. Вольт-амперная характеристика сварочного аппарата на постоянном токе.
Рекомендуемый автором «сварочник» можно собрать даже в домашних условиях, взяв за основу промышленный силовой трансформатор 220-36/42 В (такие обычно используют в системах безопасного освещения и питания низковольтного заводского оборудования). Убедившись в целости первичной обмотки, содержащей, как правило, 250 витков изолированного провода сечением 1,5 мм2, проверяют вторичные. Если их состояние неважное, все (за исключением исправной сетевой обмотки) без сожаления удаляют. А в освободившемся пространстве наматывают (до заполнения «окна») новую вторичную обмотку. Для рекомендуемого трансформатора мощностью 1,5 кВА это 46 витков медной или алюминиевой шины сечением 20 мм2 с добротной изоляцией. Причём в качестве шины вполне подойдет кабель (или несколько свитых в жгут изолированных одножильных проводов) общим сечением 20 мм2.
Выбор сечения электродов в зависимости от мощности трансформатора.
Выпрямительный мост можно собрать из полупроводниковых диодов с рабочим током 120-160 А, установив их на теплоотводы-радиаторы 100x100 мм. Разместить такой мост удобнее всего в одном корпусе с трансформатором и конденсатором, выведя на переднюю текстолитовую панель 16-амперный выключатель, глазок сигнальной лампочки «Вкл.», а также клеммы «плюс» и «минус» (рис.4). А для подключения к держателю электрода и «земле» использовать по отрезку одножильного кабеля соответствующей длины сечением по меди 20-25 мм2. Что касается самих сварочных электродов, то их диаметр зависит от мощности используемого трансформатора.
Рис. 4. Самодельный сварочный аппарат для сварки на постоянном токе.
И ещё. При испытаниях рекомендуется, отключив аппарат (минут через 10 после сварки) от сети, проверить тепловые режимы трансформатора, диодного моста и конденсатора. Лишь убедившись, что всё в норме, можно продолжить работу. Ведь перегретый «сварочник» - источник повышенной опасности!
Из других требований нелишне, думается, отметить, что сварочный аппарат должен быть укомплектован искросветозащитной маской, рукавицами и резиновым ковриком. Место, где выполняются сварочные работы, оборудуется с учётом требований противопожарной безопасности. К тому же надо проследить, чтобы рядом не было ветоши, других горючих материалов, а подключение «сварочника» к сети выполнять с соблюдением правил электробезопасности через мощный штепсельный разъём электрощитка на вводе в здание.
В.Коновалов, г.Иркутск
Мк 04 1998
Большинство сварочных аппаратов, особенно самодельных, весьма далеки от совершенства. Предлагаем схему доводки самодельного сварочного аппарата из "переменки" в "постоянку" своими руками и вы сможете использовать электроды любого типа(см рис. 1).
Рис. 1 Схема сварочного аппарата с высокоэффективным индуктивно-емкостным фильтром, сглаживающим пульсации выпрямленного напряжения.
"Пройдемся" по схеме.
Дроссель L.
Сердечник для него взят из дросселя ламп городского освещения 1Н400Н37—110. Удаляя старые обмотки, необходимо сохранить картонные прокладки, которые обеспечивали зазор между основными и замыкающими частями сердечника (рис. 2).
При повторной сборке их устанавливают на место. Новая обмотка наматывается только на одном боковом стержне— три слоя медной шины сечением 4x6 мм, расположенных равномерно по всей длине сердечника. Начало обмотки дросселя подключается к блоку конденсаторов С1 ...С6, а конец обмотки — к клемме « +» (рис. 1).
Выпрямитель и блок конденсаторов фильтра.
Диоды У01...У04 типа Д161—320 или аналогичные, рассчитанные на средний выпрямленный ток — выше 250 А и обратное напряжение — не менее 200 В, монтируют на стандартных литых радиаторах-охладителях, которые должны быть изолированы друг от друга и от корпуса сварочного аппарата текстолитовыми пластинами. Конденсаторы 31 ...56 — электролитические, типа К50-3 или К50-7 двухсекционные 250/290 (150+150 мкф). Суммарная емкость блока конденсаторов— 1800 мкф. Установить их удобнее всего в один ряд на текстолитовой пластине толщиной 4...6 мм.
Регулятор сварочного тока Р («балластный реостат»}.
Сделан из одной секции ограничительного сопротивления мостового крана ДЭК-256 (рис. 3 ).
Это сопротивление представляет собой керамическую трубу с фигурным спиральным пазом на внешней поверхности, в который уложена шина из материала с высоким удельным сопротивлением, сечением около 20 мм2.
Сварочное устройство-полуавтомат для бытовых нужд может быть приобретено в уже готовом к применению виде либо полностью собрано своими руками. Самодельный полуавтомат обойдётся исполнителю намного дешевле, но для его сборки потребуются определенные навыки работы с электротехническим оборудованием. Внешний вид такого сварного устройства представлен на размещённом ниже рисунке.
Всем желающим сделать полуавтомат из инвертора своими руками рекомендуем сначала ознакомиться с устройством этого агрегата и особенностями функционирования входящих в его состав модулей.
Что нужно для переделки инвертора
Перед тем, как сделать сварочный полуавтомат своими руками, необходимо будет приготовить следующие функциональные модули и запчасти, обеспечивающие требуемую комплектацию сборного оборудования:
- Старый инверторный агрегат, рассчитанный на сварочный ток порядка 150 Ампер;
- Ещё один рабочий узел будущего полуавтомата – так называемая «горелка»;
- Специальный подающий механизм, с помощью которого можно будет организовать доставку к месту работы сварочной проволоки;
- Шланги, обеспечивающие подачу проволоки и защитного газа в самодельный сварочный агрегат (точнее в зону производства рабочих операций);
- Переделанная под новые нужды катушка с размещённой на ней специальной проволокой;
- Отдельный электронный модуль, управляющий функционированием всего самодельного устройства (включая преобразовательный трансформатор).
С полным комплектом узлов и модулей, необходимых для полуавтомата, можно ознакомиться на приведённом ниже рисунке.
Устройство агрегата
Рассмотрим самые важные части агрегатов, изготовленных своими руками из инвертора, более подробно.
Узел подачи расходного материала и горелка
Особое внимание при комплектации запчастями следует уделить основательной переделке устройства подачи проволоки, которая должна будет перемещаться внутри гибкого шланга.
Для получения качественного и аккуратного сварного шва скорость подачи проволоки должна быть синхронизирована с темпами плавления её рабочей части.
Так как при сварке полуавтоматом допускается применение нескольких типов проволоки, изготовленной из различных материалов и имеющей разный диаметр, скорость её поступления обязательно должна быть переменной величиной. Именно эту возможность должна обеспечивать так называемая «подача» расходного материала, которая организуется в соответствии с общими требованиями к любому инверторному агрегату.
При обустройстве полуавтоматической схемы чаще всего применяется расходная проволока сечениями 0,8, 1,0, 1,2 и 1,6 мм. Непосредственно перед началом работ она наматывается на заранее подготовленных катушках, которые фиксируются на элементах агрегата посредством простейшего крепежа. Полуавтоматическая сварка предполагает подачу проволоки «самоходом», что существенно сокращает время проведения всех операций и повышает эффективность этих процедур.
Используемая в полуавтомате горелка может быть взята целиком от неработающего сварочного агрегата этого же типа или же изготовлена самостоятельно в домашних условиях. Сразу оговоримся, что сделать горелку своими руками – совсем непростое занятие, требующее от исполнителя определённого опыта и наличия навыков в изготовлении подобных аппаратов.
Электронный управляющий модуль
Электрическая схема сварочного полуавтомата представлена на рисунке ниже.
Базовым элементом блока управления полуавтоматом является микроконтроллер, ответственный за выбор нагрузочного режима и за стабилизацию выходного тока. Помимо этого, в состав электронного блока входят следующие обязательные узлы и детали:
- Выпрямительный мостик на полупроводниковых диодах большой мощности;
- Ключевые транзисторные схемы;
- Дополнительный намоточный трансформатор;
- Корректирующие дроссели и катушки индуктивности.
Особое внимание в составе электронного модуля должно быть уделено намоточным индуктивным изделиям.
Известен упрощённый вариант инверторного агрегата, который принято называть «устройство от Саныча». Его схема приводится на размещённом ниже рисунке.
Трансформатор
Ещё одним ответственным узлом полуавтомата, своими руками изготовленного из старого сварочного устройства, является трансформатор, который может быть взят от того же инвертора (с учётом небольшой переделки).
Для обеспечения требуемых характеристик инверторного трансформатора, полностью подходящих для полуавтомата, необходимо перемотать старую первичную катушку медной полоской с нанесенной на неё прослойкой из термоустойчивой бумаги.
Важно! Такие трансформаторы не могут наматываться обычным медным проводом толстого сечения, поскольку в режиме больших токовых нагрузок они будут сильно нагреваться.
Вторичную обмотку старого трансформаторного изделия также следует немного доработать. Для этого необходимо будет проделать следующие операции:
- Сначала нужно намотать катушку, состоящую из 3-х слоев жестяных полос, каждая из которых изолируется посредством фторопластовой ленты;
- Далее концы старой и только что намотанной обмотки нужно спаять, что обеспечит высокую проводимость всей катушки;
- Также нужно предусмотреть в наборе элементов, из которых собирается конструкция полуавтомата, небольшой вентилятор (он предназначается для дополнительного охлаждения устройства).
В качестве такого охлаждающего прибора, устанавливаемого в сварочные агрегаты, может использоваться вентилятор с вышедшего из строя старого ПК.
Сборка агрегата
Перед тем, как сделать полуавтомат своими руками, обязательно побеспокойтесь о проверке всех необходимых деталей старого инвертора. Кроме того, с целью улучшения теплового режима будущего устройства в нём необходимо предусмотреть дополнительные радиаторы, на которые монтируются выпрямители и силовые диодные ключи (фото ниже).
Дополнительная информация. В пространствах, где должны размещаться радиаторные блоки, нужно предусмотреть термические датчики, фиксирующие температуру в этой части устройства.
По завершении всех перечисленных выше процедур следует приступить к состыковке силового модуля с электронным блоком управления, после чего можно попытаться подключить его к сети и проверить в работе.
Настройка инвертора
Для проведения этой обязательной процедуры, прежде всего, необходимо к выходным клеммам преобразователя инвертора подключить щупы осциллографа, посредством которого можно будет исследовать форму промежуточных сигналов.
Обратите внимание! На экране осциллографического прибора должны наблюдаться электрические импульсы частотой порядка 40-50 кГц (смотрите расположенный ниже рисунок).
Время между отдельными всплесками таких импульсов должно быть равно 1,5 мкс (оно может регулироваться за счёт изменения входного напряжения). Величина управляющего потенциала, подаваемая на вход преобразователя, измеряется обычно с помощью электронного вольтметра.
В процессе настройки системы преобразования необходимо также отслеживать форму наблюдаемых на выходе импульсов, которая должна приближаться к прямоугольной с фронтами длительностью не более 500 нс. При соответствии всех перечисленных выше параметров нормативным значениям можно перейти к настройке нагрузочной части инверторного устройства.
Формируемый на выходе работающего агрегата максимальный ток должен иметь значение порядка 120 Ампер (его величину можно будет замерить с помощью специальных токоизмерительных клещей). Помимо токовой компоненты, после включения прибора в работу обязателен контроль датчиков температуры, установленных в зоне расположения радиаторов.
На заключительном этапе запуска аппарата в эксплуатацию необходимо проверить его на работоспособность под нагрузкой. Для этого к сварочным проводам следует подключить достаточно «мощный» реостат с активным сопротивлением порядка 0,5 Ом.
Важно! Это регулировочное устройство должно быть рассчитано на токи не менее 60-ти Ампер, которые контролируются посредством встроенного в прибор амперметра.
Если подобранный для настройки реостат не обеспечивает получения нужной величины тока, его номинальное сопротивление следует подобрать опытным путём.
Опробование полуавтомата в работе
После запуска собранного своими руками полуавтомата на его индикаторном табло должно высветиться значение тока, соответствующее рабочей величине в 120 Ампер. Одновременно с этим следует проконтролировать показания датчиков, установленных на охлаждающих радиаторах самодельного изделия (температура в зоне их действия не должна превышать значения 100 градусов).
Также потребуется проверить диапазон регулировки величины выходного (нагрузочного) тока, который не может быть менее 20-160 Ампер.
В заключение отметим, что полуавтомат, изготовленный своими руками с соблюдением всех рассмотренных в данном обзоре правил, сможет прослужить своему владельцу достаточно долго. Его работоспособность и надёжность в значительной мере будут зависеть от качества используемых комплектующих и надёжности их сборки.
Видео
Сварочный полуавтомат является довольно востребованным устройством среди профессиональных и домашних мастеров, особенно тех, кто занимается кузовным ремонтом. Данный агрегат можно приобрести уже в готовом исполнении. Но многие владельцы сварочных инверторных аппаратов задаются вопросом: а можно ли переделать инвертор в полуавтомат, чтобы не покупать еще один сварочник? Сделать полуавтомат из инвертора своими руками — задача довольно сложная, но при сильном желании вполне осуществимая.
Для сборки агрегата понадобятся следующие элементы:
- инверторный сварочный аппарат;
- горелка, а также специальный гибкий шланг, внутри которого проходят газопровод, направляющая для проволоки, силовой кабель и электрический управляющий кабель;
- механизм для равномерной автоматической подачи проволоки;
- модуль управления, а также контролер скорости двигателя (ШИМ-контроллер);
- баллон с защитным газом (углекислотой);
- электромагнитный клапан для отсекания газа;
- катушка с электродной проволокой.
Чтобы собрать самодельный полуавтомат из сварочного инвертора, последний должен вырабатывать сварочный ток не менее 150 А. Но его придется немного модернизировать, поскольку вольтамперные характеристики (ВАХ) инвертора не подходят для сварки электродной проволокой в среде защитного газа.
Но об этом позже. Сначала нужно сделать механическую часть полуавтомата, а именно механизм подачи проволоки.
Механизм подачи электродной проволоки
Поскольку подающий механизм будет размещаться в отдельном коробе, то для этой цели идеально подойдет корпус от системника компьютера . К тому же, не нужно выбрасывать блок питания. Его можно приспособить под работу механизма протяжки.
Для начала, нужно измерить диаметр катушки с проволокой или, обрисовав ее на бумаге, вырезать окружность и вставить ее в корпус. Вокруг бобины должно быть достаточно места для размещения других узлов (блока питания, шлангов и механизма протяжки проволоки).
Устройство протяжки проволоки изготавливается из механизма стеклоочистителя от автомобиля. Под него необходимо спроектировать раму, которая также будет удерживать прижимные ролики. Макет необходимо нарисовать на плотной бумаге в реальном масштабе.
Совет! Разъем для подключения шланга горелки и сам шланг с горелкой можно изготовить своими руками. Но правильнее будет купить готовый комплект, который имеет доступную цену.
Устройство подачи должно быть установлено в корпусе так, чтобы разъем располагался в удобном месте.
Чтобы проволока подавалась равномерно, все составляющие должны закрепляться точно друг напротив друга. Ролики необходимо отцентрировать относительно отверстия для входного штуцера, который находится в разъеме для подключения шланга.
В качестве роликовых направляющих можно использовать подходящего диаметра подшипники. На них с помощью токарного станка протачивается небольшая канавка, по которой будет двигаться электродная проволока. Для корпуса механизма можно использовать фанеру толщиной 6 мм, текстолит или прочный листовой пластик. Все элементы закрепляются на основе, как показано на следующем фото.
В качестве первичной направляющей для проволоки используется просверленный вдоль оси болт . В результате получится подобие экструдера для проволоки. На входе штуцера одевается кембрик, усиленный пружиной (для жесткости).
Штанги, на которых закреплены ролики, также подпружиниваются. Сила прижима устанавливается с помощью болта, расположенного снизу, к которому крепится пружина.
Совет! Если у вас по каким-либо причинам нет возможности изготовить механизм для протяжки проволоки своими руками, то его можно купить в Китае. В продаже имеются механизмы на 12 В и на 24 В. Данном случае, поскольку используется БП от компьютера, потребуется устройство с питанием от 12 В.
Основу для закрепления бобины можно изготовить из небольшого куска фанеры или текстолита и обрезка пластиковой трубы подходящего диаметра.
Схема управления механикой
Чтобы добиться хорошего качества шва при сварке, необходимо обеспечить подачу проволоки с определенной и постоянной скоростью. Поскольку за скорость подачи оснастки отвечает двигатель от стеклоочистителя, то необходимо устройство, способное изменять скорость вращения его якоря. Для этого подойдет уже готовое решение, которое также можно приобрести в Китае, и называется оно
Ниже приведена схема, из которой становится понятно, как подсоединяется контроллер оборотов к двигателю. Регулятор контроллера с цифровым табло выводится на переднюю панель корпуса.
Далее, нужно установить реле, управляющее газовым клапаном . Оно же будет управлять и запуском двигателя. Все данные элементы должны активироваться при нажатии кнопки пуска, расположенной на рукоятке горелки. При этом подача газа в место сварки должна быть с опережением (примерно на 2-3 сек) начала подачи проволоки. В противном случае дуга зажжется в окружении атмосферного воздуха, а не в среде защитного газа, в результате чего электродная проволока расплавится.
Реле задержки для самодельного полуавтомата можно собрать на основе 815-го транзистора и конденсатора . Чтобы получить паузу в 2 секунды, будет достаточно конденсатора на 200-2500 мкФ.
Совет! Поскольку питание идет от компьютерного БП, который выдает напряжение 12 В, вместо самостоятельного изготовления модуля можно использовать автомобильное реле.
Размещается в любом месте, где он не будет мешать работе подвижных узлов, и подсоединяется к цепи согласно схеме. Можно использовать воздушный клапан от ГАЗ 24 или купить специальный, предназначенный для полуавтоматов. Клапан отвечает за автоматическую подачу защитного газа на горелку. Включается он после нажатия на кнопку пуска, расположенную на горелке полуавтомата. Наличие этого элемента значительно экономит расход газа.
Но как уже было отмечено, для полноценной работы полуавтомата вольтамперные характеристики (ВАХ) инвертора не подходят. Поэтому, чтобы приставка полуавтомат работала в паре с инвертором, в его электрическую схему требуется внести небольшие изменения.
Изменение ВАХ инвертора
Чтобы изменить ВАХ инвертора, существует множество схем, но самый простой способ сделать это заключается в следующем:
- соберите устройство с использованием дросселя от лампы дневного света по схеме, приведенной ниже;
- для подключения собранного устройства потребуется собрать еще один блок по следующей схеме;
- чтобы на инверторе не срабатывал датчик перегрева, к нему необходимо припаять (параллельно) оптрон, как показано на следующей схеме.
Но если управление сварочным током в инверторе происходит с помощью шунта , то можно собрать простую схему из трех резисторов и переключателя режимов, как показано ниже.
В итоге, переделка сварочного инвертора в полуавтомат обойдется в 3 раза дешевле уже готового агрегата. Но конечно же, для самостоятельной сборки аппарата потребуется иметь определенные знания в радиоделе.
Комментариев:
Любой магазин инструментов в настоящее время может предложить довольно большой ассортимент разнообразных сварочных аппаратов различной ценовой категории. Большую часть сварочных агрегатов, до 70%, занимают сварочные инверторы, а прочие «сварочники» приходятся на аппараты трансформаторного типа. Не все люди могут приобрести промышленное изделие для производства электросварочных работ, а некоторые сами хотят сделать .
Домашний сварочный аппарат не сможет выполнять сложные задачи, однако для мелких работ мощности будет достаточно.
Что такое электросварка
Соединение металлических изделий между собой при помощи разогрева металла электрической дугой и дальнейшим его сплавлением в неразъемный шов называется электросваркой. Основным оборудованием в таком сварочном процессе является аппарат для сварки, а главным инструментом для соединения металлических вещей служит электрод. Агрегат для сварки служит источником переменного или постоянного тока, который посредством электрода поджигает дугу, расплавляющую металл. Качество сварного соединения при сварке постоянными токами значительно выше, чем такое же соединение, выполненное «переменкой». Не стоит сбрасывать со счетов опыт электросварщика, хотя популярные сегодня сварочные инверторы позволяют проводить качественную сварку металлов чуть ли не с первого раза. Именно поэтому для большинства разнообразных сварных работ используют сварочные аппараты, использующие в своей работе постоянный род тока.
Вернуться к оглавлению
Простейший сварочный аппарат: инструкция
Для небольших домашних работ по сварке можно собрать самодельный компактный аппарат, обладающий небольшой мощностью. Это, конечно, не инвертор, но нужная вещь. При решении задачи создания сварочного «помощника» можно использовать различные конструктивные особенности.
Простейший прибор для сварки представляет собой сварочный трансформатор с двумя обмотками: сетевой и рабочей. Сетевая рассчитывается на напряжение сети, обычно 220-240 вольт, а рабочая рассчитывается на пониженное напряжение от 70 до 45 вольт, причем изменение тока обычно происходит изменением числа витков рабочей обмотки, ее отводами. В качестве железа для трансформаторов можно использовать старые асинхронные двигатели или промышленные понижающие трехфазные трансформаторы типа ТОЗ и т.п.
Первичная обмотка должна быть рассчитана на 25-ти амперный ток, вторичная или рабочая — на 160 А. Это находит свое отражение в сечении применяемых проводов. Для приблизительной оценки токовой нагрузки на 1 кв. мм допускаем 10 А, для алюминиевых — 4 А. Определяем площадь сечения окна трансформаторного железа в кв. см, затем находим количество витков обмоток, если нужное количество для одного вольта определяется как 48, поделенное на площадь сечения окна железа трансформатора. Рассчитать аппарат — это полдела, главное — собрать.
Созданное по расчетам изделие является простейшим сварочным устройством переменного тока, конструкция аппарата зависит от использованных материалов.
Вернуться к оглавлению
Сделаем сварочный аппарат постоянного тока своими руками
Чтобы сварочные аппараты переменного тока превратились в «сварочники» постоянного рода тока, необходимо ограничить скорость изменения тока дросселем и выпрямить переменный диодами или выпрямительным мостом.
Диоды должны соответствовать выходному току в 200 А и иметь достаточно хорошее охлаждение, чтобы первая же сварка не вывела их из строя. Это в полной мере относится к дросселю. Использование этих приспособлений совместно со сварочным агрегатом переменного тока превращают его в аппарат постоянного тока. Становится возможным сварка электродами постоянного тока, и расширяется ассортимент свариваемых металлов. Становится доступна сварке нержавеющая сталь и чугун. Аппарат для сварки может варить подобно инвертору, хотя тут сварщику требуется довольно большой опыт работы.
