Самодельные сварочные аппараты

САМОДЕЛЬНЫЕ СВАРОЧНЫЕ АППАРАТЫ

ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ САМОДЕЛЬНЫХ СВАРОЧНЫХ АППАРАТОВ

Общие сведения

В зависимости от используемого для сварки типа тока, различают сварочные аппараты постоянного и переменного тока. Сварочные аппараты с использованием малых постоянных токов применяют при сварке тонколистового металла, в частности, кровельной и автомобильной стали. Сварочная дуга в этом случае более устойчива и при этом сварка может происходить как на прямой, так и на обратной полярности, подаваемого постоянного напряжения.

На постоянном токе можно варить электродной проволокой без обмазки и электродами, которые предназначены для сваривания металлов при постоянном или переменном токе. Для придания горения дуги на малых токах желательно иметь на сварочной обмотке повышенное напряжение холостого хода U_хх до 70...75 В. Для выпрямления переменного тока, как правило, используют мостовые выпрямители на мощных диодах с радиаторами охлаждения (Рис. 1).

Для сглаживания пульсаций напряжения один из выводов СА подсоединяют к держателю электродов через Т-образный фильтр, состоящего из дросселя L1 и конденсатора С1. Дроссель L1 представляет собой катушку из 50...70 витков медной шины с отводом от середины сечением S=50 мм² намотанную на сердечнике, например, от понижающего трансформатора ОСО-12, или более мощного. Чем больше сечение железа сглаживающего дросселя, тем менее вероятность того, что его магнитная система войдет в насыщение. При вхождении магнитной системы в насыщение при больших токах (например при резке) индуктивность дросселя скачкообразно уменьшается и соответственно сглаживание тока происходить не будет. Дуга при этом будет гореть неустойчиво. Конденсатор С1 представляет собой батарею конденсаторов типа МБМ, МБГ или им подобных емкостью 350-400 мкФ на напряжение не ниже 200 В

Характеристики мощных диодов и их импортных аналогов можно посмотреть в справочнике. Или по ссылке можно скачать справочник по диодам из серии «В помощь радиолюбителю № 110»

Для выпрямления и плавного регулирования сварочного тока используют схемы на мощных управляемых тиристорах, которые позволяют изменять напряжение от 0,1_хх до 0,9U_хх. Помимо сварки эти регуляторы могут быть использованы для зарядки аккумуляторных батарей, питания электронагревательных элементов и других целей.

В сварочных аппаратах переменного тока используют электроды диаметром более 2 мм, что позволяет сваривать изделия толщиной более 1,5 мм. В процессе сварки ток достигает десятки ампер и дуга горит достаточно устойчиво. В таких сварочных аппаратах используют специальные электроды, которые предназначены только для сварки на переменном токе..

Для нормальной работы сварочного аппарата необходимо выполнить ряд условий. Величина выходного напряжения должна быть достаточной для надежного зажигания дуги. Для любительского сварочного аппарата U_хх=60...65В. Для безопасности проведения работ более высокое выходное напряжение холостого хода не рекомендуется, у промышленных сварочных аппаратов для сравнения U_хх может составлять 70..75 В..

Величина напряжения сварки I_св должна обеспечивать устойчивое горение дуги, в зависимости от диаметра электрода. Величина напряжения сварки U_св может составлять 18...24 В.

Номинальный сварочный ток должен составлять:

I_св =KK₁*d_э , где

I_св - величина сварочного тока, А;

K₁=30...40 - коэффициент, зависящий от типа и размера электрода d_э, мм.

Ток короткого замыкания не должен превышать номинальный сварочный ток более чем на 30...35%.

Замечено, что устойчивое горение дуги возможно в том случае, если сварочный аппарат имеет падающую внешнюю характеристику, которая определяет зависимость между силой тока и напряжением в сварочной цепи.

При подборе сердечника необходимо учитывать размеры "окна", чтобы поместились обмотки сварочного аппарата, и площадь поперечного сердечника (ярма) S=a*b, см².

Как показывает практика, не следует выбирать минимальные значения S=25..35 см², поскольку сварочный аппарат не будет иметь требуемый запас мощности и будет трудно получить качественную сварку. А отсюда, как следствие, возможность перегрева аппарата после непродолжительной работы. Чтобы этого не было, сечение сердечника сварочного аппарата должно составлять S=45..55 см². Хотя при этом сварочный аппарат будет несколько тяжелее, но будет работать надежно!

Следует заметить, что любительские сварочные аппараты на сердечниках тороидального типа имеют электротехнические характеристики в 4...5 раз выше, чем у стержневого, а отсюда и небольшие электропотери. Изготовить сварочный аппарат с использованием сердечника тороидального типа сложнее, чем с сердечником стержневого типа. Это связано, в основном, с размещением обмоток на торе и сложностью самой намотки. Однако, при правильном подходе они дают хорошие результаты. Сердечники изготавливают из ленточного трансформаторного железа, свернутого в рулон в форме тора.

Второй способ намотки первичной (сетевой) обмотки представляет намотку провода на одной из сторон сердечника (рис. 6 в, г). В этом случае сварочный аппарат имеет крутопадающую характеристику, варит "мягко", длина дуги меньше влияет на величину сварочного тока, а следовательно, и на качество сварки.

После намотки первичной обмотки сварочного аппарата необходимо проверить на наличие короткозамкнутых витков и правильность выбранного числа витков. Сварочный трансформатор включают в сеть через плавкий предохранитель (4...6 А) и если есть амперметр переменного тока. Если предохранитель сгорает или сильно греется - это явный признак короткозамкнутого витка. В этом случае первичную обмотку необходимо перемотать, обратив особое внимание на качество изоляции.

Если сварочный аппарат сильно гудит, а потребляемый ток превышает 2...3 А, то это означает, что число витков первичной обмотки занижено и необходимо подмотать еще некоторое количество витков. Исправный сварочный аппарат должен потреблять ток на холостом ходу не более 1..1,5 А, не греться и сильно не гудеть.

Вторичную обмотку сварочного аппарата всегда наматывают на двух сторонах сердечника. По первому способу намотки вторичная обмотка состоит из двух одинаковых половин, включенных для повышения устойчивости дуги встречно-параллельно (Рис. 6 б). В этом случае сечение провода можно взять несколько меньше, то есть 15..20 мм². При намотке вторичной обмотки по второму способу, вначале на свободной от обмоток стороне сердечника наматывается 60...65% от общего числа ее витков.

Эта обмотка служит, в основном, для поджога дуги, а во время сварки, за счет резкого увеличения рассеивания магнитного потока, напряжение на ней падает на 80...90%. Остальное количество витков вторичной обмотки в виде дополнительной сварочной обмотки W² наматывается поверх первичной. Являясь силовой, она поддерживает в требуемых пределах напряжение сварки, а следовательно, и сварочный ток. Напряжение на ней падает в режиме сварки на 20...25% относительно напряжения холостого хода.

Намотка обмоток сварочного аппарата на сердечнике тороидального типа можно также произвести несколькими способами.

При сварке различными электродами снимают значения тока сварки - I_св и напряжения сварки U_св, которые должны находится в требуемых пределах. Если сварочный ток мал, что бывает чаще всего (электрод липнет, дуга неустойчивая), то в этом случае переключением первичной и вторичной обмоток устанавливают требуемые значения, или перераспределяют количество витков вторичной обмотки (без их увеличения) в сторону увеличения числа витков, намотанных поверх сетевой обмотки.

После сварки необходимо проконтролировать качество сварки: глубину провара и толщину наплавленного слоя металла. Для этой цели разламывают или распиливают кромки свариваемых изделий. По результатам измерений желательно составить таблицу. Анализируя полученные данные, выбирают оптимальные режимы сварки для электродов различного диаметра, помня о том, что при сварке электродами, например, диаметром 3 мм, электродами диаметром 2 мм можно резать, т.к. ток резки больше сварочного на 30...25%.

Технологические рекомендации и меры безопасности

Подключение сварочного аппарата к сети должно производится проводом сечением 6...7 мм через автомат на ток 25...50 А, например АП-50.

Диаметр электрода, в зависимости от толщины свариваемого металла, можно выбрать, исходя из следующего соотношения: dэ=(1...1,5)*В, где В - толщина свариваемого металла, мм. Длина дуги выбирается в зависимости от диаметра электрода и в среднем равна (0,5...1,1)dэ. Рекомендуется выполнять сварку короткой дугой 2...3 мм, напряжение которой равно 18...24 В. Увеличение длины дуги приводит к нарушению стабильности ее горения, повышению потерь на угар и разбрызгивание, снижению глубины проплавления основного металла. Чем длиннее дуга, тем выше напряжение сварки. Скорость сварки выбирает сварщик в зависимости от марки и толщины металла.

При сварке на прямой полярности плюс (анод) подсоединяют к детали и минус (катод) - к электроду. Если необходимо, чтобы на детали выделялось меньшее количество тепла, например, при сварке тонколистовых конструкций, то применяют сварку на обратной полярности. В этом случае минус (катод) присоединяют к свариваемой детали, а плюс (анод) - к электроду. При этом не только обеспечивается меньший 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 сварочному аппарату через медные наконечники под клеммные болты с наружной стороны корпуса сварочного аппарата. Плохие контактные соединения снижают мощностные характеристики сварочного аппарата, ухудшают качество сварки и могут вызвать их перегрев и даже возгорание проводов.

При небольшой длине сварочных проводов (4..6 м) площадь их сечения должна быть не менее 25 мм².

Во время проведения сварочных работ необходимо соблюдать правила пожарной безопасности, а при настройке аппарата и электробезопасности - во время проведения измерений электроприборами. Сварку следует вести обязательно в специальной маске с защитным стеклом марки С5 (на токи до 150...160 А) и рукавицах. Все переключения в сварочном аппарате обязательно нужно делать только после отключения сварочного аппарата от сети.

ПЕРЕНОСНОЙ СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ НА ОСНОВЕ "ЛАТРА"

Особенность конструкции

Сварочный аппарат работает от сети переменного тока напряжением 220 В. Особенностью конструкции аппарата является использование необычной форма магнитопровода, благодаря которой вес всего устройства составляет всего 9 кг, а габариты 125х150 мм .

Для магнитопровода трансформатора используется ленточное трансформаторное железо, свернутое в рулон в форме тора. Как известно, в традиционных конструкциях трансформаторов магнитопровод набирается из Ш-образных пластин. Электротехнические характеристики сварочного аппарата, благодаря использованию сердечника трансформатора в виде тора, в 5 раз выше, чем у аппаратов с Ш-образными пластинами, а потери минимальные.

Доработки «Латра»

Для сердечника трансформатора можно использовать готовый «ЛАТР» типа М2 .

Примечание. Все латры имеют шестивыводную колодку и напряжение: на входе 0-127-220, и на выходе 0- 150 - 250. Есть два вида: большие и маленькие, и называются ЛАТР 1М и 2М. Кто из них какой я не помню. Но, для сварки нужны именно большой ЛАТР с перемотанным железом или, если они исправные, то наматывают шиной вторичные обмотки и после этого первичные обмотки соединяют параллельно, а вторички последовательно. При этом нужно учитывать совпадение направлений токов во вторичной обмотке. Тогда получается что-то похожее на сварочный аппарат, правда варит, как и все тороидальные, немного жестковато.

Можно использовать магнитопровод в виде тора от сгоревшего лабораторного трансформатора. В последнем случае, сначала снимают с «Латра» ограждение, арматуру и удаляют обгоревшую обмотку. Очищенный магнитопровод при необходимости перематывают (см. выше), изолируют электрокартоном или двумя слоями лакоткани и наматывают обмотки трансформатора. Сварочный трансформатор имеет всего две обмотки. Для намотки первичной обмотки используется кусок провода ПЭВ-2 длиной 170 м, диаметром 1,2 мм

Выводы первичной обмотки подключаются к сети 220 В кабелем ШРПС или ВРП, при этом в этой цепи следует поставить отключающий автомат АП-25. Каждый вывод вторичной обмотки соединяют с гибким изолированным проводом ПРГ. Свободный конец одного из этих проводов крепится к держателю электрода, а свободный конец другого - к свариваемой детали. Этот же конец провода необходимо заземлять для безопасности сварщика. Регулировка тока сварочного аппарата производится включением последовательно в цепь провода держателя электрода кусков нихромовой или константановой проволоки d=3 мм и длиной 5 м, свернутых «змейкой». «Змейка» крепится к листу асбеста. Все соединения проводов и балластника производятся болтами М10. Перемещая по "змейке" точку присоединения провода, устанавливают необходимый ток. Регулировку тока можно производить с использованием электродов различного диаметра. Для сварки таким аппаратом пользуются электродами типа Э-5РАУОНИИ-13/55-2,0-УД1 dd=1...3 мм.

При проведении сварочных работ для предотвращения ожогов необходимо применять фибровый защитный щиток, снабженный светофильтром Э-1, Э-2. Обязательным является головной убор, спецодежда и рукавицы. Сварочный аппарат следует оберегать от сырости и не допускать его перегрева. Ориентировочные режимы работы с электродом d=3 мм: для трансформаторов с током 80...185 А - 10 электродов, а с током 70...150 А - 3 электрода. после использования указанного количества электродов, аппарат отключают от сети минимум на 5 минут (а лучше около 20).

Сварочный аппарат Малыш своими руками

Сварочный аппарат работает от сети 220 В и обладает высокими электротехническими характеристиками. Благодаря применению новой формы магнитопровода вес аппарата составляет всего 9 кг при габаритных размерах 125 Х 150 мм. Это достигнуто использованием ленточного трансформаторного железа, свернутого в рулон в форме тора, вместо традиционного пакета Ш-образных пластин. Электротехнические характеристики трансформатора на тор магнитопроводе примерно в 5 раз выше, чем у Ш-образного, а электропотери минимальные. Чтобы избавиться от поисков дефицитного трансформаторного железа, можно приобрести в магазине готовый ЛАТР на 9 А или использовать тор-магнитопровод от сгоревшего лабораторного трансформатора. Для этого снимают ограждение, арматуру и удаляют сгоревшую обмотку. Освобожденный магнитопровод должен быть изолирован от будущих слоев обмотки электрокартоном или двумя слоями лакоткани.

Сварочный трансформатор имеет две самостоятельные обмотки. В первичной применен провод ПЭВ-2 0 1,2 мм, длиной 170 м. Для удобства работы можно использовать челнок (деревянная рейка 50 Х 50 мм с прорезями на концах), на который предварительно намотан весь провод. Между обмотками помещают слой изоляции. Вторичная обмотка - медный провод в хлопчатобумажной или стекловидной изоляции - имеет 45 витков поверх первичной. Внутри провод располагают виток к витку, а с внешней стороны с небольшим зазором - для равномерного расположения и лучшего охлаждения. Работу удобнее выполнять вдвоем: один осторожно, не задевая за соседние витки, чтобы не повредить изоляцию, протягивает и укладывает провод, а помощник удерживает свободный конец, предохраняя от его - скручивания. Сварочный трансформатор, изготовленный таким способом, будет давать ток 80-185 А.

Если вы приобрели ЛАТР на 9 А и при осмотре оказалось, что его обмотка в сохранности, то дело значительно упрощается. Используя готовую обмотку в качестве первичной, можно за 1 час собрать сварочный трансформатор, дающий ток 70-150 А. Для этого необходимо снять ограждение, токосъемный ползунок и крепежную арматуру. Затем определить и промаркировать выводы на 220 В, а остальные концы, надежно заизолировав, временно прижать к магнитопроводу, чтобы не повредить их при работе с вторичной обмоткой. Монтаж последней осуществляется так же, как и в предыдущем варианте, при этом используется медный провод того же сечения и длины.

Собранный трансформатор помещают на изолированную площадку в прежний кожух, предварительно просверлив в нем отверстия для вентиляции. Провода первичной обмотки подключаются к сети 220 В кабелем ШРПС или ВРП; в цепи необходимо предусмотреть отключающий автомат АП-25. Выводы вторичной обмотки соединяют с гибкими изолированными проводами ПРГ, к одному из них крепится держатель электродов, а к другому - свариваемая деталь. Этот же провод для безопасности сварщика заземляется.

Регулировка тока предусматривается включением последовательно в цель провода держателя электродов балластника - нихромовой или констатановой проволоки 3 мм и длиной 5 м, свернутой змейкой, которая крепится к асбестоцементному листу. Все соединения проводов и балластника - с помощью болтов М10. Методом подбора, перемещая по - змейке точку присоединения провода, устанавливают требуемый ток. Возможен вариант регулировки тока использованием электродов различного диаметра. Для сварки применяются электроды типа Э-5РА УОНИИ-13/55 - 2,0-УД1 1-3 мм.
Все необходимые материалы для сварочного трансформатора можно приобрести в торговой сети. А человеку, знакомому с электротехникой, сделать такой аппарат не представляет трудностей. При работе во избежание ожогов необходимо применять фибровый защитный щиток, снабженный светофильтром Э-1, Э-2 Обязательны также головной убор, спецодежда и рукавицы. Сварочный аппарат следует оберегать от сырости и не допускать его перегрева. Ориентировочный режим работы с электродом 3 мм: для трансформатора с током 80-185 А - 10 электродов, а с током 70-150 А - 3 электрода; после чего аппарат необходимо отключить от сети минимум на 5 минут.