Делаем сварочный аппарат самостоятельно

Многие конструкции в быту (в гараже, на даче, дома и т.д.) трудно построить без применения сварки, в особенности электродуговой. В настоящее время на прилавках магазинов появилось большое количество электросварочных аппаратов как импортного, так и российского про­изводства. Хорошие аппараты стоят доро­го, а более дешевые не всегда обеспечи­вают качество сварочных работ. В предлагаемой статье хотелось бы поделиться некоторыми соображениями в основном практического характера по конструированию любительских свароч­ных аппаратов (С.А.) на основеанализа ранее опублико­ванных
материалов. Это поможет не толь­ко в самостоятельном изготовлении любительского  С.А., но и при выборе и по­купке уже готовых сварочных аппаратов.

Схема мостового выпрямителя для сварочного аппарата

Рисунок 1. Схема мостового выпрямителя для сварочного аппарата.

Сварочные аппараты бывают постоян­ного и переменного тока.

С.А. постоянного тока используются при сварке на малых токах тонколисто­вого металла (кровельная сталь, автомо­бильная и т.д.). Сварочная дуга на посто­янном токе более устойчива, возможна сварка на прямой и обратной полярнос­ти. На постоянном токе можно варить электродной проволокой без обмазки и электродами, предназначенными для сварки, как на постоянном токе, так и на переменном. Для придания устойчивости горения дуги на малых токах желательно иметь повышенное напряжение холостого хода Uxxсварочной обмотки (до 70 - 75 В). Для выпрямления переменного тока используются простейшие «мостовые» выпрямители на мощных диодах с ради­аторами охлаждения (рис. 1).

Для сглаживания пульсаций напряже­ния один из выводов С.А.  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, например, от магнитного пускателя. Для выпрямления и плавного регули­рования сварочного тока используются более сложные схемы с использованием 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). Преимущества ре­гуляторов постоянного тока — в их уни­версальности. Диапазон изменения ими напряжений составляет 0,1-0,9 Uxx, что позволяет использовать их не только для ­плавной регулировки тока сварки, но и для зарядки аккумуляторных батарей, питания электронагревательных элементов и других целей.

Схема падающей внешней характеристики сварочного аппарата

Рисунок 2. Схема падающей внешней характеристики сварочного аппарата.

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

Сварочные аппараты переменного тока применяются при сварке электрода­ми, диаметр которых более 1,6 - 2 мм, а толщина свариваемых изделий — более 1,5 мм. При этом ток сварки значителен (десятки ампер) и дуга горит достаточно устойчиво. Используются электроды, предназначенные для сварки только на переменном токе. Для нормальной работы сварочного аппарата необходимо:

  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 (Uxxпромышленных сварочных ап­паратов — до 70 - 75 В).
  2. Обеспечить напряжение сварки Uсв, необходимое для устойчивого горения дуги. В зависимости от диаметра 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 диаметра электрода- dэ — диаметр электрода, мм.
  4. Ограничить ток короткого замыка­ния Iкз, величина которого не должна пре­вышать номинальный сварочный ток более чем на 30 - 35%.

Устойчивое горение дуги возможно в том случае, если сварочный аппарат будет обладать падающей внешней характерис­тикой, которая определяет зависимость между силой тока и напряжением в сва­рочной цепи (рис. 2).

С.А. показывает, что для грубого (ступен­чатого) перекрытия диапазона сварочных токов необходима коммутация как пер­вичных обмоток, так и вторичных (что конструктивно более сложно из-за боль­шого протекающего в ней тока). Кроме того, для плавного изменения тока сварки в пределах выбранного диапазона используются механические устройства переме­щения обмоток. При удалении сварочной обмотки относительно сетевой увеличи­ваются магнитные потоки рассеивания, что приводит к снижению тока сварки.

Схема магнитопровода стержневого типа

Рисунок 3. Схема магнитопровода стержневого типа.

Конструируя любительский С.А., не следует стремиться к полному перекры­тию диапазона сварочных токов. Целесо­образно на первом этапе собрать свароч­ный аппарат для работы с электродами диаметром 2 - 4 мм, а на втором этапе, 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, основные из которых следующие: отно­сительная компактность и небольшой вес- достаточная продолжительность работы (не менее 5 - 7 электродов dэ = 3 - 4 мм) от сети 220в.

Вес и габариты аппарата могут быть снижены благодаря уменьше­нию его мощности, а увеличение продол­жительности работы — благодаря исполь­зованию стали с высокой магнитной про­ницаемостью и теплостойкой изоляции обмоточных проводов. Эти требования несложно выполнить, зная основы кон­струирования сварочных аппаратов и при­держиваясь предлагаемой технологии их изготовления.

Рис. 2. Падающая внешняя характеристика сварочного аппарата: 1 — семейство характе­ристик для различных диапазонов сварки- Iсв2, Iсвз, Iсв4 — диапазоны токов сварки для электродов диаметром 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 — пластины Г-образной формы- б — пластины П-образной формы- в — пластины из полос трансформаторной стали- S =axb— площадь поперечного сечения сердечника (керна), смс, d— размеры окна, см.

Итак, выбор типа сердечника. Для изготовления сварочных аппара­тов используют в основном магнитопроводы стержневого типа, поскольку в ис­полнении они более технологичны. Сер­дечник набирают из пластин электротех­нической стали любой конфигурации тол­щиной 0,35- 0,55 мм, стянутых шпиль­ками, изолированными от сердечника (рис. 3). При подборе сердечника необ­ходимо учитывать размеры "окна", чтобы 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 качественную сварку получить будет труд­но. Да и перегрев сварочного аппарата после непродолжительной работы также неизбежен.

Схема магнитопровода тороидального типа

Рисунок 4. Схема магнитопровода тороидального типа.

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 обладают более высокими электротехни­ческими характеристиками, примерно в 4 - 5 раз выше, чем у стержневого, а электропотери невелики. Трудозатраты на их изготовление более значительны и свя­заны в первую очередь с размещением обмоток на торе и сложностью самой на­мотки.

Однако при правильном подходе они дают хорошие результаты. Сердечни­ки изготовляют из ленточного трансфор­маторного железа, свернутого в рулон в форме тора. Примером может служить сердечник из автотрансформатора «Латр» на 9 А. Для увеличения внутреннего диа­метра тора («окна») с внутренней стороны отматывают часть стальной ленты и на­матывают на внешнюю сторону сердеч­ника. Но, как показывает практика, одно­го «Латра» недостаточно для изготовления качественного С.А. (мало сечение S). Даже после работы с 1 - 2 электродами диамет­ром 3 мм он перегревается. Возможно ис­пользование двух подобных сердечников по схеме, описанной в статье Б.Соколова «Сварочный малыш» (Сам, 1993, № 1), или изготовление одного сердечника путем перемотки двух (рис. 4).

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

Особого внимания заслуживают люби­тельские С.А., изготовленные на базе ста­торов асинхронных трехфазных электро­двигателей большой мощности (более 10 кВт). Выбор сердечника определяется площадью поперечного сечения статора S. Штампованные пластины статора не в полной мере соответствуют параметрам электротехнической трансформаторной стали, поэтому уменьшать сечение S менее 40 - 45 см нецелесообразно.

Схема крепления выводов обмоток СА

Рисунок 5. Схема крепления выводов обмоток СА.

Статор освобождают от корпуса, уда­ляют из внутренних пазов статорные об­мотки, срубают зубилом перемычки пазов, защищают внутреннюю поверх­ность напильником или 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 обладают также провода в резиновой или резинотканевой изоляции. Непригодны для работы при повышенной температуре (а это уже за­кладывается в конструкцию любительско­го С.А.) провода в полихлорвиниловой (ПХВ) изоляции из-за возможного ее рас­плавления, вытекания из обмоток и их короткого замыкания. Поэтому полихлор­виниловую изоляцию с проводов необхо­димо либо снять и обмотать провода по всей длине х.б. изоляционной лентой, либо не снимать, а обмотать провод по­верх изоляции. Возможен и другой про­веренный на практике способ намотки. Но об этом ниже.

При подборе сечения обмоточных про­водов с учетом специфики 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 160x24 = 3,5 - 4 кВт, мощность первичной обмот­ки с учетом потерь составит порядка 5— 5,5 кВт, а следовательно, максимальный ток первичной обмотки может достигать 25 А. Следовательно, сечение провода пер­вичной обмотки Sдолжно быть не менее 5 - 6 мм. На практике желательно ис­пользовать провод сечением 6 - 7 мм2 . Либо это прямоугольная шина, либо мед­ный обмоточный провод диаметром (без изоляции) 2,6 - 3мм. (Расчет по известной формуле S = пиR2, где S— площадь круга, мм2  пи = 3,1428- R— радиус круга, мм.) При недостаточном сечении одного провода возможна намотка в два. При ис­пользовании алюминиевого провода его се­чение необходимо увеличить в 1,6 - 1,7 раза. Можно ли уменьшить сечение провода сетевой обмотки? Да, можно. Но при этом С.А. потеряет требуемый запас мощности, будет нагреваться быстрее, да и рекомен­дуемое сечение керна S = 45 - 55 см в этом случае будет неоправданно велико. Число витков первичной обмотки W1 определяется из следующего соотноше­ния: W1 =  [(30 - 50):S] х U1где 30-50 - постоянный коэффициент- S— сечение керна, см2 , W1 = 240 витков с отводами от 165, 190 и 215 витков, т.е. через каждые 25 витков.

Схема способов намотки обмоток СА на сердечнике стержневого типа

Рисунок 6. Схема способов намотки обмоток СА на сердечнике стержневого типа.

Большее количество отводов сетевой обмотки, как показывает практика, неце­лесообразно. И вот почему. За счет умень­шения числа витков первичной обмотки увеличивается как мощность С.А., так и Uxx, что приводит к повышению напря­жения горения дуги и ухудшению каче­ства сварки. Следовательно, только изме­нением числа витков первичной обмотки добиться перекрытия диапазона свароч­ных токов без ухудшения качества сварки нельзя. Для этого необходимо предусмот­реть переключение витков вторичной (сварочной) обмотки W2.

Вторичная обмотка Wдолжна содер­жать 65 - 70 витков медной изолирован­ной шины сечением не менее 25 мм (лучше сечением 35 мм ). Вполне 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 недостаточном сечении провода возможна намотка в два и даже в три провода. При использовании алюминиевого 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, да и практика по­казывают, что наиболее просто выводы сварочной обмотки завести через медные наконечники под клеммные болты диа­метром 8 - 10 мм (рис. 5). Медные наконечники изготавливают из медных трубок подходящего диаметра длиной 25 - 30 мм и крепят на проводах опрессовкой и желательно пропайкой. Особо остановимся на порядке намот­ки обмоток. Общие правила:

  1. Намотка должна производиться по изолированному керну и всегда в одном направлении (например, по часовой стрелке).
  2. Каждый слой обмотки изолируют слоем х.б. изоляции (стеклоткани, элек­трокартона, кальки), желательно 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 сомнений в качестве изо­ляции намотку можно проводить с ис­пользованием х/б шнура как бы в два про­вода (автор использовал х.б. нить для ры­боловства). После намотки одного слоя обмотку с х.б. нитью фиксируют клеем, лаком и т.д. и после высыхания наматы­вают следующий ряд.
Схема способов намотки обмоток СА на сердечнике тороидального типа

Рисунок 7. Схема способов намотки обмоток СА на сердечнике тороидального типа.

Рассмотрим порядок расположения обмоток на магнитопроводе стержневого типа. Сетевую обмотку можно располо­жить двумя основными способами. Пер­вый способ позволяет получить более «жесткий» режим сварки. Сетевая обмот­ка в этом случае состоит из двух одина­ковых обмоток W1W2, расположенных на разных сторонах сердечника, соеди­ненных последовательно и имеющих оди­наковое сечение проводов. Для регули­ровки выходного тока на каждой из об­моток сделаны отводы, которые попарно замыкаются (рис. 6а,в).

Второй способ предусматривает намот­ку первичной (сетевой) обмотки на одной из сторон сердечника (рис. 6 в,г). В этом случае СА обладает крутопадающей ха­рактеристикой, варит «мягко», длина дуги меньше влияет на величину сварочного тока, а следовательно, и на качество свар­ки. После намотки первичной обмотки СА необходимо проверить на наличие короткозамкнутых витков и правильность вы­бранного числа витков. Сварочный транс­форматор включают в сеть через плавкий предохранитель (4 - 6А) и желательно ам­перметр переменного тока. Если предо­хранитель сгорает или сильно греется, то это явный признак короткозамкнутого витка. Следовательно, первичную обмот­ку придется перемотать, обратив особое внимание на качество изоляции.

Рис. 6. Способы намотки обмоток СА на сер­дечнике стержневого типа: а - сетевая обмот­ка на двух сторонах сердечника- б — соответ­ствующая ей вторичная (сварочная) обмотка, включенная встречно-параллельно- в — сете­вая обмотка на одной стороне сердечника- г — соответствующая ей вторичная обмотка, включенная последовательно.

Если сварочный аппарат сильно гудит, а потребляемый ток превышает 2 - 3 А, то это означает, что число первичной об­мотки занижено и необходимо подмотать еще некоторое количество витков. Ис­правный СА потребляет ток холостого хода не более 1 - 1,5 А, не греется и гудит не сильно. Вторичную обмотку СА всегда нама­тывают на двух сторонах сердечника. Для первого способа намотки вторичная об­мотка также состоит из двух одинаковых половин, включенных для повышения ус­тойчивости горения дуги (рис. 6) встречно-параллельно, а сечение провода можно взять несколько меньше — 15 - 20 мм2 .

Схема подключения измерительных приборов

Рисунок 8. Схема подключения измерительных приборов.

Для второго способа намотки основная сварочная обмотка W21наматывается на свободной от обмоток стороне сердечника и составляет 60 - 65% от общего числа витков вторичной обмотки. Она служит в основном для поджига дуги, а во время сварки, за счет резкого увеличения маг­нитного потока рассеивания, напряжение на ней падает на 80 - 90%. Дополнитель­ная сварочная обмотка W2наматывается 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. После изготовления С.А необходимо провести его настройку и проверку каче­ства сварки электродами различного диа­метра. Процесс настройки заключается в следующем. Для измерения сварочного тока и напряжения необходимо приобрес­ти два электроизмерительных прибора — амперметр переменного тока на 180— 200 А и вольтметр переменного тока на 70 - 80в.

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

Рис. 8. Схема подключения измерительных приборов.

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

Схема измерителей напряжения и тока сварки и конструкция трансформатора тока

Рисунок 9. Схема измерителей напряжения и тока сварки и конструкция трансформатора тока.

Исходя из данных таблицы, 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%. Трудность покупки измерительных приборов, рекомендованных выше, за­ставила автора при бегнуть к изготовле­нию измерительной схемы (рис. 9) на ба­зе наиболее распространенного милли­амперметра постоянного тока на 1—10 мА. Она состоит из измерителей напряжения и тока, собранных по мостовой схеме.

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

Измеритель напряжения подключают к выходной (сварочной) обмотке С.А. На­стройку осуществляют с помощью лю­бого тестера, которым контролируют выходное напряжение сварки. С помо­щью переменного сопротивления R.3 стрелку прибора устанавливают на ко­нечное деление шкалы при максималь­ном значении UxxШкала измерителя напряжения достаточно линейна. Для большей точности можно снять две - три контрольные точки и проградуировать измерительный прибор на измерение напряжений.

Более сложно настроить измеритель тока, поскольку он подключается к само­стоятельно изготовленному трансформа­тору тока. Последний представляет собой сердечник тороидального типа с двумя об­мотками. Размеры сердечника (внешний диаметр 35—40 мм) принципиального значения не имеют, главное, чтобы умес­тились обмотки. Материал сердечника — трансформаторная сталь, пермаллой или феррит. Вторичная обмотка состоит из 600 - 700 витков медного изолированного провода марки ПЭЛ, ПЭВ, лучше ПЭЛШО диаметром 0,2 - 0,25 мм и под­ключена к измерителю тока. Первичная об­мотка — это силовой провод, проходящий внутри кольца и подключаемый к клемному болту (рис. 9). Настройка измерителя тока заключается в следующем. К силовой (сварочной) обмотке С.А. подключают ка­либрованное сопротивление из толстой нихромовой проволоки на 1 - 2 сек (сильно греется) и измеряют напряжение на выходе С.А. По закону Ома определяют ток, протекающий в сварочной обмотке. Например, при подключении Rн = 0,2ом Uвых = 30в.

Схема инверторного сварочного аппарата

Схема инверторного сварочного аппарата.

Отмечают точку на шкале прибора. Трех - четырех измерений с различными Rдо­статочно, чтобы откалибровать измери­тель тока. После калибровки приборы ус­танавливают на корпус С.А, пользуясь об­щепринятыми рекомендациями. При сварке в различных условиях (сильная или слаботочная сеть, длинный или короткий подводящий кабель, его се­чение и т.д.) переключением обмоток на­страивают С.А. на оптимальный режим сварки, и далее переключатель можно ус­тановить в нейтральное положение. Несколько слов о контактно-точечной сварке. К конструированию С.А. данного типа предъявляется ряд специфических требований:

  1. Мощность, отдаваемая в момент сварки, должна быть максимальной, но не более 5—5,5 кВт. В этом случае потреб­ляемый из сети ток не превысит 25 А.
  2. Режим сварки должен быть «жест­ким», а следовательно, намотка обмоток С.А. должна проводиться по первому ва­рианту.
  3. Токи, протекающие в сварочной об­мотке, достигают значений 1500—2000 А и выше. Следовательно, напряжение свар­ки должно быть не более 2—2,5в, а на­пряжение холостого хода — 6—10в.
  4. Сечение проводов первичной обмот­ки не менее 6—7 мм , а сечение вторич­ной обмотки не менее 200 мм. Достигают такого сечения проводов путем намотки 4—6 обмоток и их последующего парал­лельного соединения.
  5. Дополнительных отводов от первич­ной и вторичной обмоток делать нецеле­сообразно.
  6. Число витков первичной обмотки можно взять минимально расчетное в связи с кратковременностью работы С.А.
  7. Сечение сердечника (керна) менее 45—50 см брать не рекомендуется.
  8. Сварочные наконечники и подвод­ные кабели к ним должны быть медными и пропускать соответствующие токи (диа­метр наконечников 12—14 мм).

Схема трансформатора и электродержателя

Схема трансформатора и электродержателя.

Особый класс любительских С.А. пред­ставляют аппараты, изготовленные на базе промышленных осветительных и дру­гих трансформаторов (2—3 фазных) на выходное напряжение 36в и мощностью не менее 2,5—3 кВт. Но прежде чем брать­ся за переделку, необходимо измерить се­чение керна, которое должно быть не менее 25 см , и диаметры первичной и вторичной обмоток. Вам сразу станет ясно, чего можно ждать от переделки дан­ного трансформатора.

И в заключение несколько технологи­ческих советов.

Подключение сварочного аппарата к сети должно производиться 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: da= (1—1,5)L, где L— толщина сва­риваемого металла, мм.

Длина дуги выбирается в зависимости от диаметра электрода и в среднем равна 0,5—1,1 d3. 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 разбрызгиванию, снижению глу­бины проплавления основного металла. Чем длиннее дуга, тем выше напряжение сварки. Скорость сварки выбирает свар­щик в зависимости от марки и толщины металла.

Схема устройства однофазного трансформатора

Схема устройства однофазного трансформатора.

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, при­меняют сварку на обратной полярности (рис. 1). 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 СА через медные наконечники под клеммные болты с наружной стороны корпуса сварочного аппарата. Плохие контактные соединения снижают мощностные характеристики СА, ухудшают качество сварки и могут вызвать их пере­грев и даже возгорание проводов. При небольшой длине сварочных про­водов (4—6 м) сечение их должно быть не менее 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.

Many designs in the home (in the garage at the cottage, home, etc.) it is difficult to build without the use of welding, particularly arc. Currently on the shelves, a large number of electric welding machines both imported and made in Russia. Good devices are expensive, but cheaper does not always ensure the quality of welding. In this article I would like to share some thoughts mainly of a practical nature on the design of amateur welders (SA) to the previously published osnoveanaliza
materials. This will help not only in the manufacture of self-amateur SA, but also in the selection and purchase of ready-made welding machines.

The scheme of the bridge rectifier for welding machine

Figure 1. Schematic of the bridge rectifier for welding machine.

Welders are AC and DC.

SA DC is used in welding at low currents, the sheet metal (steel roofing, automobile, etc.). The arc DC is more stable, can be welded to the forward and reverse polarity. DC can be cooked without electrode wire coatings and electrodes for welding, both at constant current, and alternating. To make the arc stability at low currents, it is desirable to have a high open circuit voltage Uxxsvarochnoy winding (70 - 75). simple "bridge" rectifier diodes on the powerful cooling radiators are used for rectification of alternating current (Fig. 1).

To smooth the ripple is one of the conclusions of SA A is connected to the holder electrodes via the inductor L1, which is a coil of 10 - 15 turns of copper bus-section S = 35 mm2??wound on any core, by for example magnetic starter.?For straightening and smooth control of the welding current used more complex circuits using powerful controlled thyristors. One of the possible schemes of thyristor type T161 (T160), see the article A.Chernova "and charge and weld" (Model Construction 1994, number 9). Advantages of DC regulators - in their universality. The adjustment range of voltage is 0.1-0.9 Uxx, they can be used not only for the fine adjustment of the welding current, but also for charging batteries, power electric heating elements and other purposes.

Driving falling external characteristic of the welding machine

Figure 2. Diagram of a falling external characteristic of the welding machine.

Fig. 1. Bridge Rectifier for welding machine. Displaying connection SA welding sheet metal on the "reverse" polarity - "+" on the electrode, "-" on the workpiece U2: - AC output voltage of the welding machine

Welders used in the AC welding electrodes with a diameter of more than 1.6 - 2 mm, and the thickness of the welded products - 1.5 mm. This welding current is significant (tens of amperes) and the arc is sufficiently stable. Electrodes are used, only intended for welding with alternating current. For normal operation of the welding machine must be:

  1. Ensure that the output voltage for reliable arc ignition. For amateur SA Uxx = 60 - 65V. Higher output load voltage is not recommended, due mainly to security work (Uxxpromyshlennyh welders - 70 - 75).
  2. Provide welding voltage Usv required for sustained arcing. Depending on the diameter of the electrode - Usv = 18 - 24V.
  3. Provide the rated welding current Isv = (30 - 40) de where Isv- value of welding current A 30 - 40 - coefficient depending on the type and diameter of electrodes de - electrode diameter mm.
  4. To limit short-circuit current Isc, the value of which should not exceed the rated welding current is more than 30 - 35%.

Stable arcing is possible if the machine will have a drooping characteristic which defines a relationship between the current and the voltage in the welding circuit (Fig. 2).

SA It indicates that switching is required as a primary winding and secondary (that structurally more complex due to the large current flowing therein) for a coarse (step) overlap welding current range. Furthermore, for continuous adjustment of the welding current within a selected range of mechanical devices using moving coils. When removing the welding winding network relatively increased magnetic dispersion flow that reduces welding current.

Driving rod-type magnetic circuit

Figure 3. Scheme of the magnetic rod type.

Constructing amateur SA, should not seek to complete overlap welding current range. Advantageously in the first step to collect the welder electrodes with diameters of 2 - 4 mm, and in the second stage, if necessary work for welding small currents, combined with a separate rectifier device with continuously variable welding current. Amateur welding machines must meet a number of requirements, the most important of which are the following: the relative compactness and low weight- sufficient duration of work (at least 5 - 7 electrodes de = 3 - 4 mm) 220V.

The weight and dimensions of the device can be reduced by reducing its power and increase the duration of operation - by the use of steel with high magnetic permeability and a heat-resistant magnet wire insulation. These requirements are not difficult to perform, knowing the basics of designing welding machines and adhering to the proposed technology for their manufacture.

Fig. 2. The falling external characteristic of the welding machine: 1 - family of characteristics for different ranges svarki- Isv2, Isvz, Isv4 - welding current range of electrode diameters 2, 3 and 4 mm sootvetstvenno- Uxx- open circuit voltage of the CA course. Isc - short-zamykaniya- Ucv A range of welding voltage (18 - 24).

Fig. 3. The magnetic rod type: A - L-shaped plate form- b - U-shaped plate form- in - plates of bands transformer stali- S = axb- cross sectional area of core (core), see2?with, d- window size, see.

So, the choice of the type of core. magnetic cores are mainly used for the manufacture of the stick-type welding machine, since they are performed more manufacturable. Recruited from the core electrical steel plates of any configuration thickness of 0.35 0.55 mm, strapped pins isolated from the core (Fig. 3). In the selection of the core should take into account the size of the "window" to position the winding welding machine, and the cross-sectional area of core (core) S = axb, see2. Experience shows that you should not choose the minimum value of S = 25 - 35 cm, because the welder does not have the required power reserves and high weld quality will be difficult to obtain. Yes, and overheating the welding machine after a short stint as inevitable.

Scheme magnetic toroidal type

Figure 4. Schematic of the magnetic toroidal type.

The cross section of the core should be S = 45 - 55 cm2. Welding machine is somewhat heavier, but do not let you down! All the more common amateur welders to the toroidal cores of the type that have higher electrical performance, about 4 - 5 times higher than that of the rod, and electrical losses small. Labor costs for their production are more significant and are related primarily to the placement of the windings on the torus and the complexity of the winding itself.

However, they give good results in the correct approach. Cores made of transformer iron rod, rolled into a roll in the form of a torus. An example is the core of the autotransformer "Lattre" 9 A. In order to increase the inner diameter of the torus ( "windows") on the inside portion of the steel tape is unwound and wound onto the outer side of the core. But, as practice shows, a "Latra" is not enough for high-quality SA (Small S section). Even after working with 1 - 2 electrodes with a diameter of 3 mm it overheats. You can use two similar cores according to the scheme described in Article B.Sokolova "Welding Babe" (Self 1993, number 1), or the making of one of the core by rewinding the two (Fig. 4).

Fig. 4. Magnetic toroidal type: 1.2 - autotransformer core before and after the rewinder 3 SA construction on the basis of two toroidal serdechnikov- W11W12?- Winding network included parallel-W2- Welding obmotka- S = axb- core cross-sectional area, see2 , with, d- inner and outer diameters of the torus, 4 cm - electric circuit SA on the basis of two stacked toroids.

Particularly noteworthy amateur SA, made on the basis of asynchronous three-phase stator high power motors (over 10 kW). The choice is determined by the core cross-section of the stator S. Stamped stator plate does not fully match the electrical transformer steel, so to reduce the section S of less than 40 - 45 cm inappropriate.

The scheme of fastening pins CA windings

Figure 5. Scheme of fastening pins CA windings.

The stator is released from the body is removed from the inner grooves stator winding is cut down a chisel grooves jumpers protect the inner surface with a file or abrasive wheel, rounding the sharp edges of the core and wrapped it tightly with overlapping cotton adhesive tape. The core is ready for winding coils.

Selection of winding. For primary (network) windings is better to use a special copper winding wire in HB (Glass cloth) insulation. Satisfactory heat resistance also have wire in a rubber or rubber-exclusion. Not suitable for operation at high temperatures (and it is already laid in the construction of amateur SA) wire in PVC (PVC) insulation because of its possible melting, leaking of the windings and short circuit. Therefore, PVC insulation from the wires, you must either remove and wrap the wire along the entire length HB insulating tape or not to shoot, and wrap the wire on top of the insulation. There is another field-proven method of winding. But more on that below.

When selecting a section of winding wires, taking into account the specifics of the work SA (Periodic) allow the current density of 5 A / mm2. When welding current 130 - 160 A (electrode de = 4 mm) capacity of the secondary winding will be P2?Isv x = 160x24 = 3,5 - 4 kW power the primary winding including losses amount to about 5 to 5.5 kW, and hence the maximum current of the primary winding can reach 25 A. Consequently, the primary coil wire section S1?It should be at least 5 - 6 mm. In practice, it is desirable to use a wire section 6 - 7 mm2.?Either a rectangular bus or copper winding wire diameter (without insulation) 2.6 - 3mm. (Calculation of the well-known formula S = piR2?S- where the area of a circle, mm2??pi = 3,1428- R- radius of the circle, mm.) In case of insufficient section of wires can be wound in two. When using aluminum wires it is necessary to increase the cross-section of 1.6 - 1.7 times. Is it possible to reduce the cross section of the winding wire network? Yes, you can. But at the same SA lose the desired supply power, will heat faster, and recommended a core section S = 45 - 55 cm in this case will be unduly large. The number of turns of the primary winding W1 determined from the following relationship: W1?= [(30 - 50): S] x U1where 30-50 - permanent koeffitsient- S- core cross-section, see2?,?W1?= 240 tapped windings 165, 190 and 215 turns, i.e. every 25 turns.

Scheme CA ways winding windings on the core rod type

Figure 6. CA ways winding coils on the core rod type.

The greater the number of taps of the winding network, as practice shows, it is inappropriate. And that's why. By reducing the number of turns of the primary winding increases as the power of SA and Uxx, which leads to an increase in the arc voltage and the welding quality deterioration. Therefore, only by changing the number of turns of the primary winding current to achieve welding overlapping range without deteriorating the quality of welding is impossible. For this it is necessary to provide the secondary coils switch (welding) winding W2.

The secondary winding W2?should contain 65 - 70 turns of insulated copper bus-section is not less than 25 mm (preferably 35 mm section). It is suitable and flexible stranded wire (eg welding) and three-phase power multi-core cable. The main power winding section should not be less than desired, and isolation - a heat-resistant and reliable. With insufficient wire section can be wound in two or even three wires. When using aluminum wires it is necessary to increase the cross-section of 1.6 - 1.7 times.

Fig. 5. Mount conclusions CA windings: 1 - the case of SA-2 - shayby- 3 - terminal bolt- 4 - gayka- 5 - Copper wire tip.

Difficulty acquiring switches large currents, and practice show that the most simple conclusions welding start winding through copper terminals under terminal screws diameter 8 - 10 mm (Figure 5.). Copper tips are made of copper tubes suitable diameter length 25 - 30 mm and is attached on the wires and crimping desirable welds. Focusing on the order of winding coils. General rules:

  1. The winding should be carried out on the insulated cores and always in one direction (e.g., clockwise).
  2. Each layer of the winding insulation layer HB insulation (fiberglass, of insulation, tracing paper), preferably impregnated with bakelite varnish.
  3. Conclusions windings tinned, labeled, secured HB Taped on the conclusions of a winding network further wear HB tubing.
  4. In case of doubt as insulation winding can be carried out with the use of x / w cord, as it were in two wires (the author used HB thread for fishing). After winding a single layer winding with HB fixed thread glue, varnish, etc. and after drying wound next row.
Scheme CA ways winding windings on the toroidal core type

Figure 7. Scheme of ways of winding coils CA on toroidal core.

Consider the order of winding location on the rod-type yoke. Power winding can be placed in two main ways. The first method allows you to get a more "hard" weld mode. Network winding in this case consists of two identical windings W1W2?located on different sides of the core, connected in series and having the same wire size. To adjust the output current on each winding taps are made which are closed in pairs (Fig. 6a, b).

The second method involves the primary winding (the power) of the winding on one side of the core (Fig. 6, d). In this case, the CA has a characteristic of steeply dipping, Cooks "soft", the arc length is less affected by the welding current value, and hence on the quality of welding. After winding, the primary winding of the CA must be checked for the presence of short-circuited turns and correct the selected number of turns. Welding transformer includes a network via a fuse (4 - 6A) and AC ammeter desirable. If the fuse blows or strongly heated, it is a clear sign of closed loop. Therefore, the primary winding will have to rewind, paying special attention to the quality of insulation.

Fig. 6. Methods CA winding coils on the rod-type core: a - winding network on both sides of serdechnika- b - corresponding secondary (welding) winding included back-to-parallel-in - winding network on one side serdechnika- g - corresponding secondary winding It included consecutively.

If the machine much buzzing, and the current consumption is more than 2 - 3 A, it means that the number of primary winding is underestimated and must be podmotat still a number of turns. Defective SA consumes idle current less than 1 - 1.5 A is not heated and not very buzzing. CA secondary winding is always wound on both sides of the core. For the first method of winding a secondary winding is also composed of two identical halves that are included to enhance the stability of the arc (Figure 6.) In antiparallel and the wire section can be taken somewhat less than - 15 - 20 mm2?.

Wiring instruments

Figure 8. Wiring instrumentation.

For the second method of winding the primary winding W Welding21free wound on the winding core side and is 60 - 65% of the total number of turns of the secondary winding. It serves mainly for arc ignition, and during welding, due to a sharp increase in magnetic flux dispersion, the voltage across it drops to 80 - 90%. Additional welding winding W22?is wound on top of the primary. As power, it maintains the desired welding voltage range, and hence the welding current. The voltage across it falls in the welding operation at 20 - 25% relative to open-circuit voltage. After making SA is necessary to configure it and check the quality of welding electrodes of different diameters. The configuration process is as follows. To measure the welding current and voltage must be purchased two electrical instrument - ammeter AC 180- to 200 A and a voltmeter AC 70 - 80V.

Fig. 7. Methods CA winding windings on toroidal core: 1.2 - uniform and sectional winding coils respectively: a - network b - power.

Fig. 8. Wiring of measuring instruments.

The scheme of connection is shown in Fig. 8. When welding different electrodes relieve welding current value - Isv Usv and welding voltage, which must be within the required limits. If the welding current is small, it is often (electrode stick, unstable arc), in which case a switching of the primary and secondary windings is set desired values, or redistribute the number of turns of the secondary winding (without increasing) in the direction of increasing the number of turns, wound on top winding network. After welding, you can make or break sawing edges of welded products, and once it becomes clear weld quality: the penetration depth and the thickness of the deposited metal layer. As a result of measurement is useful to make a table.

Driving meters voltage and welding current, and a current transformer design

Figure 9. The circuit voltage meter and welding current, and a current transformer design.

Based on the data table selected optimum welding conditions for the electrodes of different diameters, keeping in mind that the welding electrodes, for example, 3 mm, 2 mm diameter electrodes may be cut, as Cutting welding current is greater than 30 to 25%. Difficulty purchases instrumentation recommended above, when the author made resort to making the measurement circuit (Fig. 9) based on the most common dc milliammeter 1-10 mA. It consists of a voltage and current measuring devices, collected in a bridge circuit.

Fig. 9. The concept of measuring instruments voltage and welding current, and a current transformer design.

voltage meter connected to the output (welding) winding SA The setting is carried out using any of the tester, which controls the output voltage of the welding. With variable resistance R.3 arrow device mounted on the final division of the scale at maximum voltage meter UxxShkala fairly linear. For greater precision, you can remove the two - three control points and calibrate the meter to measure voltage.

It is more difficult to adjust the current meter, as it is connected to the self-production of the current transformer. The latter is a toroidal core with two windings. The dimensions of the core (outer diameter 35-40 mm) in principle is not important, most importantly, to fit the windings. The material of the core - transformer steel, permalloy or ferrite. The secondary winding consists of a 600 - 700 turns of copper insulated wire marks PEL, SEW, better PELSHO diameter of 0.2 - 0.25 mm and is connected to a current meter. The primary winding - is a power cable extending inside the ring and connected to klemnomu bolt (Figure 9.). Configuring the current meter is as follows. To force (welding) winding SA connect a calibrated resistance of a thick nichrome wire 1 - 2 seconds (really hot) and measure the voltage at the output SA By Ohm's law determine the current flowing in the welding winding. For example, when connecting RH = 0,2om Vout = 30V.

The circuit of inverter welding machine

The circuit of inverter welding machine.

Note the point on the scale of the device. Three - four measurements with different RH?enough to calibrate the current detector. After calibration devices mounted on the housing SA, using generally accepted guidelines. When welding in a variety of conditions (strong or weak-current network, long or short supply cable, its cross section, etc.) by switching the windings set up SA an optimum welding conditions, and a further switch can be set to the neutral position. A few words about the contact-spot welding. By designing SA this type presented a number of specific requirements:

  1. The power to give at the time of welding, should be the maximum, but not more than 5-5.5 kW. In this case, the current consumption of the network does not exceed 25 A.
  2. welding mode should be "hard", and consequently, winding windings SA It should be performed in the first embodiment.
  3. Currents flowing in the welding winding, 1500-2000 A and reach higher values. Consequently, the welding voltage should be no more than 2-2,5v and open circuit voltage - 6-10V.
  4. The cross section of the primary winding wire is not less than 6.7 mm, and the cross section of the secondary winding of at least 200 mm. Reach section of the wire by winding the coils 4-6 and their subsequent parallel connection.
  5. Additional taps from the primary and secondary windings do not advisable.
  6. The number of primary turns can take the minimum calculated in relation to short-term work SA
  7. The cross section of the core (core) of less than 45-50 cm are not recommended to take.
  8. Welding tips and submarine cables to them shall be brass, and pass the corresponding currents (tip diameter 12-14 mm).

Driving transformer and Electroholders

Driving Electrode and transformer.

A special class of amateur SA phones are made on the basis of industrial lighting and other transformers (phase 2-3) on the output voltage of 36V and a capacity of not less than 2,5-3 kW. But before we take up the mess, it is necessary to measure the cross section of the core, which should not be less than 25 cm, and the diameters of the primary and secondary windings. You will immediately be clear what to expect from the alteration of the transformer.

In conclusion, several technological advice.

Connect the welding machine to the network must be carried out wire cross section of 6-7 mm through the machine at the current 25 to 50 A, for example the AP-50. The diameter of the electrode, depending on the thickness of the weld metal can be selected based on the following equation: da = (1-1,5) L, where L- thickness of the base metal, mm.

The arc length is selected depending on the diameter of the electrode and the average is 0,5-1,1 d3. It is recommended that short arc 2-3 mm, which is equal to the voltage of 18-24 V. The increase in arc length leads to a violation of the stability of its combustion, increased losses on fumes and spatter, decrease the depth of penetration of the base metal. The longer the arc, the higher the welding voltage. Welding speed welder chooses depending on the grade and thickness of the metal.

Driving a single-phase transformer unit

Driving device single-phase transformer.

When welding on the line polarity positive (anode) is connected to the workpiece and negative (cathode) - to the electrode. If necessary, on the workpiece to generate less heat, for example by welding sheet structures, welding is used to reverse polarity (Fig. 1). In this case, the negative (cathode) is connected to the workpiece, and the plus (anode) - to the electrode. This not only ensures reduced heat the workpiece, but also accelerates the process of melting the metal electrode due to the higher temperature of the anode zone and a larger supply of heat.

Welding wire is connected to the CA through copper terminals under the terminal screws on the outside of the welder housing. Poor contact joints reduce power characteristics CA, degrade the quality of welding and may cause overheating and even fire wire. When a small length of welding wire (4-6 m) cross-section, there should be at least 25 mm. When welding is necessary to observe the rules of fire and electrical safety when working with power tools.

Welding work should be carried out in a special mask with safety glass grade C5 (for currents up to 150-160 A) and mittens. All switch SA is limited after disconnecting the welder from the mains.

Багато конструкцій в побуті (в гаражі, на дачі, будинки і т.д.) важко побудувати без застосування зварювання, особливо електродугової. В даний час на прилавках магазинів з'явилася велика кількість електрозварювальних апаратів як імпортного, так і вітчизняного виробництва. Хороші апарати коштують дорого, а більш дешеві не завжди забезпечують якість зварювальних робіт. У запропонованій статті хотілося б поділитися деякими міркуваннями в основному практичного характеру з конструювання аматорських зварювальних апаратів (С.А.) на основеаналіза раніше опублікованих
матеріалів. Це допоможе не тільки в самостійному виготовленні аматорського С.А., але і при виборі та купівлі вже готових зварювальних апаратів.

Схема мостового випрямляча для зварювального апарату

Малюнок 1. Схема мостового випрямляча для зварювального апарату.

Зварювальні апарати бувають постійного і змінного струму.

С.А. постійного струму використовуються при зварюванні на малих токах тонколистового металу (покрівельна сталь, автомобільна і т.д.). Зварювальний дуга на постійному струмі більш стійка, можливе зварювання на прямий і зворотній полярності. На постійному струмі можна варити електродної дротом без обмазки і електродами, призначеними для зварювання, як на постійному струмі, так і на змінному. Для додання стійкості горіння дуги на малих токах бажано мати підвищену напругу холостого ходу Uxxсварочной обмотки (до 70 - 75 В). Для випрямлення змінного струму використовуються найпростіші «мостові» випрямлячі на потужних діодах з радіаторами охолодження (рис. 1).

Для згладжування пульсацій напруги один з висновків С.А. А під'єднують до держателю електродів через дросель L1, що представляє собою котушку з 10 - 15 витків мідної шини перетином S = 35 мм2,  намотаною на будь-якому осерді, наприклад, від магнітного пускача. Для випрямлення і плавного регулювання зварювального струму використовуються більш складні схеми з використанням потужних керованих тиристорів. Одна з можливих схем на тиристорах типу Т161 (Т160) приведена в статті А.Чернова «І зарядить і приварити» (Моделіст-конструктор, 1994, № 9). Переваги регуляторів постійного струму - в їх універсальності. Діапазон зміни ними напружень становить 0,1-0,9 Uxx, що дозволяє використовувати їх не тільки для плавного регулювання струму зварювання, а й для зарядки акумуляторних батарей, харчування електронагрівальних елементів і інших цілей.

Схема падаючої зовнішньої характеристики зварювального апарату

Малюнок 2. Схема падаючої зовнішньої характеристики зварювального апарату.

Мал. 1. Мостовий випрямляч для зварювального апарату. Показано підключення С.А. для зварювання тонколистового металу на "зворотної" полярності - "+" на електроді, "-" на зварюваної деталі U2: - вихідна змінна напруга зварювального апарату

Зварювальні апарати змінного струму застосовуються при зварюванні електродами, діаметр яких більше 1,6 - 2 мм, а товщина зварювальних виробів - понад 1,5 мм. При цьому струм зварювання значний (десятки ампер) і дуга горить досить стійко. Використовуються електроди, призначені для зварювання тільки на змінному струмі. Для нормальної роботи зварювального апарату необхідно:

  1. Забезпечити вихідна напруга для надійного запалювання дуги. Для аматорського С.А. Uxx = 60 - 65в. Більш високу вихідну напругу холостого ходу не рекомендується, що пов'язано в основному з забезпеченням безпеки роботи (Uxxпромишленних зварювальних апаратів - до 70 - 75 В).
  2. Забезпечити напруга зварювання Uсв, необхідне для стійкого горіння дуги. Залежно від діаметра електрода - Uсв = 18 - 24в.
  3. Забезпечити номінальний зварювальний струм I св = (30 - 40) d е, де Iсв- величина зварювального струму, А-30 - 40 - коефіцієнт, що залежить від типу і діаметра електрода d е - діаметр електрода, мм.
  4. Обмежити струм короткого замикання Iкз, величина якого не повинна перевищувати номінальний зварювальний струм більш ніж на 30 - 35%.

Сталий горіння дуги можливо в тому випадку, якщо зварювальний апарат буде володіти падаючої зовнішньої характеристикою, яка визначає залежність між силою струму і напругою в зварювального ланцюга (рис. 2).

С.А. показує, що для грубого (ступеневої) перекриття діапазону зварювальних струмів необхідна комутація як первинних обмоток, так і вторинних (що конструктивно складніше через велику протікає в ній струму). Крім того, для плавної зміни струму зварювання в межах обраного діапазону використовуються механічні пристрої переміщення обмоток. При видаленні зварювальної обмотки щодо мережевий збільшуються магнітні потоки розсіювання, що призводить до зниження струму зварювання.

Схема муздрамтеатру стрижневого типу

Малюнок 3. Схема муздрамтеатру стрижневого типу.

Конструюючи аматорський С.А., не слід прагнути до повного перекриття діапазону зварювальних струмів. Доцільно на першому етапі зібрати зварювальний апарат для роботи з електродами діаметром 2 - 4 мм, а на другому етапі, в разі необхідності роботи на малих токах зварювання, доповнити його окремим випрямним пристроєм з плавним регулюванням зварювального струму. Аматорські зварювальні апарати повинні задовольняти ряду вимог, основні з яких наступні: відносна компактність і невелика вага-достатня тривалість роботи (не менше 5 - 7 електродів d е = 3 - 4 мм) від мережі 220в.

Вага і габарити апарату можуть бути знижені завдяки зменшенню його потужності, а збільшення тривалості роботи - завдяки використанню стали з високою магнітною проникністю і теплостійкою ізоляції обмотувальних проводів. Ці вимоги нескладно виконати, знаючи основи конструювання зварювальних апаратів і дотримуючись запропонованої технології їх виготовлення.

Мал. 2. Падаюча зовнішня характеристика зварювального апарату: 1 - сімейство характеристик для різних діапазонів сваркі- Iсв2, Iсвз, Iсв4 - діапазони струмів зварювання для електродів діаметром 2, 3 і 4 мм відповідно-Uxx- напруга холостого ходу СА. Iкз - струм короткого замиканія- Ucв -діапазон напруг зварювання (18 - 24 В).

Мал. 3. Магнитопровод стрижневого типу: а - пластини Г-образної форми-б - пластини П-подібної форми-в - пластини з смуг трансформаторної сталі-S = axb- площа поперечного перерізу сердечника (керна), смс, d- розміри вікна, см.

Отже, вибір типу сердечника. Для виготовлення зварювальних апаратів використовують в основному магнітопроводи стрижневого типу, оскільки у виконанні вони більш технологічні. Сердечник набирають з пластин електротехнічної сталі будь-якої конфігурації товщиною 0,35 0,55 мм, стягнутих шпильками, ізольованими від сердечника (рис. 3). При підборі сердечника необхідно враховувати розміри "вікна", щоб помістилися обмотки зварювального апарату, і площа поперечного перерізу сердечника (керна) S = axb, см2. Як показує практика, не слід вибирати мінімальні значення S = 25 - 35 см, оскільки зварювальний апарат не володітиме необхідним запасом потужності і якісне зварювання отримати буде важко. Та й перегрів зварювального апарату після нетривалої роботи також неминучий.

Схема муздрамтеатру тороїдального типу

Малюнок 4. Схема муздрамтеатру тороїдального типу.

Перетин сердечника має становити S = 45 - 55 см2. Зварювальний апарат буде трохи важче, але не підведе! Дедалі більшого поширення набувають аматорські зварювальні апарати на сердечниках тороїдального типу, які володіють більш високими електротехнічними характеристиками, приблизно в 4 - 5 разів вище, ніж у стрижневого, а електропотері невеликі. Трудовитрати на їх виготовлення більш значні і пов'язані в першу чергу з розміщенням обмоток на торі і складністю самої намотування.

Однак при правильному підході вони дають хороші результати. Сердечники виготовляють з стрічкового трансформаторного заліза, згорнутого в рулон в формі тора. Прикладом може служити сердечник з автотрансформатора «Латр» на 9 А. Для збільшення внутрішнього діаметра тора ( «вікна») з внутрішньої сторони відмотують частина сталевої стрічки і намотують на зовнішню сторону сердечника. Але, як показує практика, одного «Латра» недостатньо для виготовлення якісного С.А. (Мало перетин S). Навіть після роботи з 1 - 2 електродами діаметром 3 мм він перегрівається. Можливе використання двох подібних сердечників за схемою, описаною в статті Б.Соколова «Зварювальний малюк» (Сам, 1993, № 1), або виготовлення одного сердечника шляхом перемотування двох (рис. 4).

Мал. 4. Магнитопровод тороїдального типу: 1.2 - сердечник автотрансформатора до і після перемоткі- 3 конструкція С.А. на базі двох тороїдальних сердечніков- W11W12 - Мережеві обмотки, включені паралельно-W2- Зварювальний обмотка- S = axb- площа поперечного перерізу сердечника, см2 , с, d- внутрішній і зовнішній діаметри тора, см-4 - електрична схема С.А. на базі двох зістикованих тороїдальних сердечників.

На особливу увагу заслуговують аматорські С.А., виготовлені на базі статорів асинхронних трифазних електродвигунів великої потужності (більше 10 кВт). Вибір сердечника визначається площею поперечного перерізу статора S. Штамповані пластини статора не в повній мірі відповідають параметрам електротехнічної трансформаторної сталі, тому зменшувати перетин S менше 40 - 45 см недоцільно.

Схема кріплення висновків обмоток СА

Малюнок 5. Схема кріплення висновків обмоток СА.

Статор звільняють від корпусу, видаляють з внутрішніх пазів статорні обмотки, зрубують зубилом перемички пазів, захищають внутрішню поверхню напилком або абразивним кругом, скругляют гострі кромки сердечника і обмотують його щільно, з перекриттям бавовняної ізоляційною стрічкою. Сердечник готовий для намотування обмоток.

Вибір обмоток. Для первинних (мережевих) обмоток краще використовувати спеціальний мідний обмотувальний провід в х.б. (Стеклотканевой) ізоляції. Задовільною теплостійкістю володіють також дроти в гумовій або гумовотканинної ізоляції. Непридатні для роботи при підвищеній температурі (а це вже закладається в конструкцію аматорського С.А.) дроти в поліхлорвінілової (ПХВ) ізоляції через можливе її розплавлення, витікання з обмоток і їх короткого замикання. Тому полихлорвиниловую ізоляцію з проводів необхідно або зняти і обмотати дроти по всій довжині х.б. ізоляційною стрічкою, або не знімати, а обмотати дріт поверх ізоляції. Можливий і інший перевірений на практиці спосіб намотування. Але про це нижче.

При підборі перетину обмотувальних проводів з урахуванням специфіки роботи С.А. (Періодичний) допускаємо щільність струму 5 А / мм2. При струмі зварювання 130 - 160 А (електрод d е = 4 мм) потужність вторинної обмотки складе Р2 = Iсв х 160x24 = 3,5 - 4 кВт, потужність первинної обмотки з урахуванням втрат складе близько 5 5,5 кВт, а отже, максимальний струм первинної обмотки може досягати 25 А. Отже, перетин дроту первинної обмотки Sмає бути не менше 5 - 6 мм. На практиці бажано використовувати провід перетином 6 - 7 мм2. Або це прямокутна шина, або мідний обмотувальний дріт діаметром (без ізоляції) 2,6 - 3 мм. (Розрахунок за відомою формулою S = піR2, де S- площа кола, мм2  пі = 3,1428- R- радіус кола, мм.) При недостатньому перерізі одного проводу можливе намотування в два. При використанні алюмінієвого проводу його перетин необхідно збільшити в 1,6 - 1,7 рази. Чи можна зменшити перетин дроту мережевий обмотки? Так можна. Але при цьому С.А. втратить необхідний запас потужності, буде нагріватися швидше, та й рекомендований перетин керна S = 45 - 55 см в цьому випадку буде невиправдано велика. Число витків первинної обмотки W1 визначається з наступного співвідношення: W1 = [(30 - 50): S] х U1де 30-50 - постійний коеффіціент- S- перетин керна, см2 , W1 = 240 витків з відводами від 165, 190 і 215 витків, тобто через кожні 25 витків.

Схема способів намотування обмоток СА на осерді стрижневого типу

Малюнок 6. Схема способів намотування обмоток СА на осерді стрижневого типу.

Більша кількість відводів мережевий обмотки, як показує практика, недоцільно. І ось чому. За рахунок зменшення числа витків первинної обмотки збільшується як потужність С.А., так і Uxx, що призводить до підвищення напруги горіння дуги і погіршення якості зварювання. Отже, тільки зміною числа витків первинної обмотки домогтися перекриття діапазону зварювальних струмів без погіршення якості зварювання не можна. Для цього необхідно передбачити перемикання витків вторинної (зварювальної) обмотки W2.

Вторинна обмотка Wповинна містити 65 - 70 витків мідної ізольованою шини перерізом не менше 25 мм (краще перетином 35 мм). Цілком підійде і гнучкий багатожильний провід (наприклад, зварювальний) і трифазний силовий багатожильний кабель. Головне, перетин силовий обмотки не повинно бути менше необхідного, а ізоляція - теплостійкою й надійної. При недостатньому перерізі дроту можливе намотування в два і навіть в три дроти. При використанні алюмінієвого проводу його перетин необхідно збільшити в 1,6 - 1,7 рази.

Мал. 5. Кріплення висновків обмоток СА: 1 - корпус СА 2 - шайби- 3 - клемний болт- 4 - гайка- 5 - мідний наконечник з проводом.

Труднощі придбання перемикачів на великі струми, та й практика показують, що найбільш просто висновки зварювальної обмотки завести через мідні наконечники під клемні болти діаметром 8 - 10 мм (рис. 5). Мідні наконечники виготовляють з мідних трубок відповідного діаметру завдовжки 25 - 30 мм і кріплять на проводах обпресуванням і бажано пропайкой. Особливо зупинимося на порядку намотування обмоток. Загальні правила:

  1. Намотування повинна проводитися по ізольованому керну і завжди в одному напрямку (наприклад, за годинниковою стрілкою).
  2. Кожен шар обмотки ізолюють шаром х.б. ізоляції (склотканини, електрокартону, кальки), бажано з просоченням бакелітовим лаком.
  3. Висновки обмоток залужівает, маркують, закріплюють х.б. тасьмою, на висновки мережевий обмотки додатково надягають х.б. кембрік.
  4. У Вас виникли сумніви щодо якості ізоляції намотування можна проводити з використанням х / б шнура як би в два дроти (автор використав х.б. нитка для рибальства). Після намотування одного шару обмотку з х.б. ниткою фіксують клеєм, лаком і т.д. і після висихання намотують наступний ряд.
Схема способів намотування обмоток СА на осерді тороїдального типу

Малюнок 7. Схема способів намотування обмоток СА на осерді тороїдального типу.

Розглянемо порядок розташування обмоток на магнітопроводі стрижневого типу. Мережеву обмотку можна розташувати двома основними способами. Перший спосіб дозволяє отримати більш «жорсткий» режим зварювання. Мережева обмотка в цьому випадку складається з двох однакових обмоток W1W2, розташованих на різних сторонах сердечника, з'єднаних послідовно і мають однаковий перетин проводів. Для регулювання вихідного струму на кожній з обмоток зроблені відводи, які попарно замикаються (рис. 6а, в).

Другий спосіб передбачає намотування первинної (мережевий) обмотки на одній зі сторін сердечника (рис. 6 в, г). В цьому випадку СА має крутопадаючих характеристикою, варить «м'яко», довжина дуги менше впливає на величину зварювального струму, а отже, і на якість зварювання. Після намотування первинної обмотки СА необхідно перевірити на наявність короткозамкнених витків і правильність обраного числа витків. Зварювальний трансформатор включають в мережу через запобіжник (4 - 6А) та бажано амперметр змінного струму. Якщо запобіжники або сильно гріється, то це явна ознака короткозамкнутого витка. Отже, первинну обмотку доведеться перемотати, звернувши особливу увагу на якість ізоляції.

Мал. 6. Способи намотування обмоток СА на осерді стрижневого типу: а - мережева обмотка на двох сторонах сердечніка- б - відповідна їй вторинна (зварювальний) обмотка, включена зустрічно-паралельно-в - мережева обмотка на одній стороні сердечніка- г - відповідна їй вторинна обмотка , включена послідовно.

Якщо зварювальний апарат сильно гуде, а споживаний струм перевищує 2 - 3 А, то це означає, що число первинної обмотки занижено і необхідно подмотать ще кілька витків. Справний СА споживає струм холостого ходу не більше 1 - 1,5 А, не гріється і гуде не сильно. Вторинну обмотку СА завжди намотують на двох сторонах сердечника. Для першого способу намотування вторинна обмотка також складається з двох однакових половин, включених для підвищення стійкості горіння дуги (рис. 6) зустрічно-паралельно, а перетин дроту можна взяти трохи менше - 15 - 20 мм2 .

Схема підключення вимірювальних приладів

Малюнок 8. Схема підключення вимірювальних приладів.

Для другого способу намотування основна зварювальний обмотка W21намотується на вільної від обмоток стороні сердечника і становить 60 - 65% від загального числа витків вторинної обмотки. Вона служить в основному для підпалу дуги, а під час зварювання, за рахунок різкого збільшення магнітного потоку розсіювання, напруга на ній падає на 80 - 90%. Додаткова зварювальний обмотка W2намотується поверх первинної. Будучи силовий, вона підтримує в необхідних межах напруга зварювання, а отже, і зварювальний струм. Напруга на ній падає в режимі зварювання на 20 - 25% відносно напруги холостого ходу. Після виготовлення С.А необхідно провести його налаштування і перевірку якості зварювання електродами різного діаметру. Процес настройки полягає в наступному. Для вимірювання зварювального струму і напруги необхідно придбати два електровимірювальних приладу - амперметр змінного струму на 180 200 А і вольтметр змінного струму на 70 - 80в.

Мал. 7. Способи намотування обмоток СА на осерді тороїдального типу: 1.2 - рівномірна і секційна намотування обмоток відповідно: а - мережева б - силова.

Мал. 8. Схема підключення вимірювальних приладів.

Схема їх підключення показана на рис. 8. При зварюванні різними електродами знімають значення струму зварювання - Iсв і напруги зварювання Uсв, які повинні бути в необхідних межах. Якщо зварювальний струм малий, що буває найчастіше (електрод липне, дуга нестійка), то в цьому випадку або перемиканням первинної і вторинної обмоток встановлюють необхідні значення, або перерозподіляють кількість витків вторинної обмотки (без їх збільшення) в сторону збільшення числа витків, намотаних поверх мережевий обмотки. Після зварювання можна зробити розлом або розпилювання кромок зварювальних виробів, і відразу стане ясно якість зварювання: глибина провару і товщина наплавленого шару металу. За результатами вимірювань корисно скласти таблицю.

Схема вимірювачів напруги та струму зварювання і конструкція трансформатора струму

Малюнок 9. Схема вимірювачів напруги та струму зварювання і конструкція трансформатора струму.

Виходячи з даних таблиці, вибирають оптимальні режими зварювання для електродів різного діаметру, пам'ятаючи про те, що при зварюванні електродами, наприклад, діаметром 3 мм, електродами діаметром 2 мм можна різати, тому що ток різання більше зварювального на 30 -25%. Труднощі покупки вимірювальних приладів, рекомендованих вище, змусила автора при бегнуть до виготовлення вимірювальної схеми (рис. 9) на базі найбільш поширеного миллиамперметра постійного струму на 1-10 мА. Вона складається з датчиків напруги і струму, зібраних по бруківці схемою.

Мал. 9. Принципова схема вимірників напруги і струму зварювання і конструкція трансформатора струму.

Вимірювач напруги підключають до вихідний (зварювальної) обмотці С.А. Налаштування здійснюють за допомогою будь-якого тестера, яким контролюють вихідна напруга зварювання. За допомогою змінного опору R.3 стрілку приладу встановлюють на кінцеве поділ шкали при максимальному значенні UxxШкала вимірювача напруги досить лінійна. Для більшої точності можна зняти дві - три контрольні точки і проградуювати вимірювальний прилад на вимір напруг.

Більш складно налаштувати вимірювач струму, оскільки він підключається до самостійно виготовленому трансформатору струму. Останній являє собою сердечник тороїдального типу з двома обмотками. Розміри сердечника (зовнішній діаметр 35-40 мм) принципового значення не мають, головне, щоб вмістилися обмотки. Матеріал сердечника - трансформаторна сталь, пермаллой або ферит. Вторинна обмотка складається з 600 - 700 витків мідного ізольованого проводу марки ПЕЛ, ПЕВ, краще ПЕЛШО діаметром 0,2 - 0,25 мм і підключена до вимірника струму. Первинна обмотка - це силовий провід, що проходить всередині кільця і підключається до клемних болта (рис. 9). Налаштування вимірювача струму полягає в наступному. До силової (зварювальної) обмотці С.А. підключають калібрований опір з товстої ніхромового дроту на 1 - 2 сек (сильно гріється) і вимірюють напругу на виході С.А. за закону Ома визначають струм, що протікає в зварювальної обмотці. Наприклад, при підключенні Rн = 0,2ом U вих = 30в.

Схема инверторного зварювального апарату

Схема инверторного зварювального апарату.

Відзначають точку на шкалі приладу. Трьох - чотирьох вимірювань з різними Rдосить, щоб відкалібрувати вимірювач струму. Після калібрування прилади встановлюють на корпус С.А, користуючись загальноприйнятими рекомендаціями. При зварюванні в різних умовах (сильна або слабкострумова мережу, довгий або короткий підвідний кабель, його перетин і т.д.) перемиканням обмоток налаштовують С.А. на оптимальний режим зварювання, і далі перемикач можна встановити в нейтральне положення. Кілька слів про контактно-точкового зварювання. До конструювання С.А. даного типу пред'являється ряд специфічних вимог:

  1. Потужність, що віддається в момент зварювання, повинна бути максимальною, але не більше 5-5,5 кВт. В цьому випадку споживаний з мережі струм не перевищить 25 А.
  2. Режим зварювання повинен бути «жорстким», а отже, намотування обмоток С.А. повинна проводитися за першим варіантом.
  3. Струми, що протікають в зварювальної обмотці, досягають значень 1500-2000 А і вище. Отже, напруга зварювання повинно бути не більше 2-2,5в, а напруга холостого ходу - 6-10в.
  4. Перетин проводів первинної обмотки не менше 6-7 мм, а перетин вторинної обмотки не менше 200 мм. Досягають такого перетину проводів шляхом намотування 4-6 обмоток і їх подальшого паралельного з'єднання.
  5. Додаткових відводів від первинної і вторинної обмоток робити недоцільно.
  6. Число витків первинної обмотки можна взяти мінімально розрахункове в зв'язку з короткочасністю роботи С.А.
  7. Перетин сердечника (керна) менше 45-50 см брати не рекомендується.
  8. Зварювальні наконечники і підводні кабелі до них повинні бути мідними і пропускати відповідні струми (діаметр наконечників 12-14 мм).

Схема трансформатора і електротримачі

Схема трансформатора і електротримачі.

Особливий клас аматорських С.А. представляють апарати, виготовлені на базі промислових освітлювальних та інших трансформаторів (2-3 фазних) на вихідну напругу 36в і потужністю не менше 2,5-3 кВт. Але перш ніж братися за переробку, необхідно виміряти перетин керна, яке повинно бути не менше 25 см, і діаметри первинної і вторинної обмоток. Вам відразу стане ясно, чого можна чекати від переробки даного трансформатора.

І на закінчення декілька технологічних рад.

Підключення зварювального апарату до мережі повинно виконуватись проводом перетином 6-7 мм через автомат на струм 25- 50 А, наприклад АП-50. Діаметр електрода в залежності від товщини зварюваного металу можна вибрати, виходячи з наступного співвідношення: da = (1-1,5) L, де L- товщина зварюваного металу, мм.

Довжина дуги вибирається в залежності від діаметра електрода і в середньому дорівнює 0,5-1,1 d3. Рекомендується виконувати зварювання короткої дугою 2-3 мм, напруга якої одно 18-24 В. Збільшення довжини дуги призводить до порушення стабільності її горіння, підвищення втрат на чад і розбризкування, зниження глибини проплавлення основного металу. Чим довше дуга, тим вище напруга зварювання. Швидкість зварювання вибирає зварювальник в залежності від марки і товщини металу.

Схема пристрою однофазного трансформатора

Схема пристрою однофазного трансформатора.

При зварюванні на прямій полярності плюс (анод) під'єднують до деталі і мінус (катод) - до електрода. Якщо необхідно, щоб на деталі виділялося меншу кількість тепла, наприклад, при зварюванні тонколистових конструкцій, застосовують зварювання на зворотній полярності (рис. 1). В цьому випадку мінус (катод) приєднують до деталі, що зварюється, а плюс (анод) - до електрода. При цьому не тільки забезпечується менше нагрівання деталі, що зварюється, але і прискорюється процес розплавлення електродного металу за рахунок більш високої температури анодної зони і більшого підведення тепла.

Зварювальні дроти приєднують до СА через мідні наконечники під клемні болти з зовнішнього боку корпусу зварювального апарату. Погані контактні з'єднання знижують потужності характеристики СА, погіршують якість зварювання і можуть викликати їх перегрів і навіть загоряння проводів. При невеликій довжині зварювальних проводів (4-6 м) перетин їх має бути не менше 25 мм. При виконанні зварювальних робіт необхідно дотримуватися правил пожежної та електробезпеки при роботі з електроприладами.

Зварювальні роботи слід вести в спеціальній масці із захисним склом марки С5 (на струми до 150-160 А) і рукавицях. Всі перемикання СА виконувати тільки після відключення зварювального апарату від мережі.


» » » Делаем сварочный аппарат самостоятельно