Работать с металлом сложно, если под рукой нет такого полезного прибора как сварочный аппарат. С его помощью можно не только резать, но и соединять разные пласты железа.Толщина и габариты железа не играют особой роли. Поскольку мощный сварочный аппарат способен справиться с любым металлом. Но такой аппарат сегодня стоит не слишком дешево. И поэтому лучше задуматься о том, чтобы сделать его своими руками. Прибор ничем не будет уступать магазинным аналогам. А главным преимуществом является, конечно же, возможность сэкономить, отказавшись от дорогостоящей покупки. Сделать самостоятельно сварочный аппарат не составит особого труда, если знать как организовать работу правильно.
Конструкция и принцип работы простейших сварочных аппаратов
Для получения устойчивой сварочной дуги, которая позволит сваривать металл разной толщины, требуются токи в пределах 70 – 150 А. Если использовать устройства, рассчитанные на напряжение 220 В, то они должны потреблять высокую мощность, в пределах 15 – 30 кВт. Поэтому такие установки будут громоздкими, да и работать с ними нормально не выйдет. А в домашних условиях их просто будет невозможно подключить, стандартные сети не рассчитаны на подобную нагрузку.
Поэтому основной задачей при проектировании и сборке сварочных аппаратов становится обеспечение необходимой силы тока при снижении потребляемой мощности. Это возможно только при выполнении сварочных работ с пониженным напряжением на электродах.
Простейший сварочный аппарат представляет собой следующую конструкцию:
- Понижающий трансформатор, обеспечивающий снижение напряжения до пределов 55 – 70 В и повышающий при этом силу тока до требуемых параметров. Благодаря этому и удаётся снизить энергопотребление до разумных пределов.
- От трансформатора к электроду и обрабатываемой детали ток подаётся при помощи специальных сварочных кабелей. Они отличаются увеличенным сечением и усиленной изоляцией, позволяющей работать с большими токами.
- Для сварки потребуются электроды, устанавливаемые в держатель. Благодаря применяемой обмазке они упрощают зажигание и поддерживание электрической дуги, которая и становится источником тепловой энергии, необходимой для плавления металла.
Сварочный трансформатор
Сложных устройств в конструкции таких сварочных аппаратов нет. Но при проектировании необходимо выполнить расчёт основных параметров, иначе подключение несоответствующего оборудования к сети приведёт к выходу его из строя, к коротким замыканиям на линии или им просто будет невозможно варить.
Особенности намотки обмоток.
Существуют следующие правила намотки обмоток сварочного аппарата:
- Намотка должна производится по изолированному ярму и всегда в одном направлении (например, по часовой стрелке).
- Каждый слой обмотки изолируют слоем хлопчатобумажной изоляции (стеклоткани, электрокартона, кальки), желательно с пропиткой бакелитовым лаком.
- Выводы обмоток залуживают, маркируют, закрепляют хлопчатобумажной тесьмой, а на выводы сетевой обмотки дополнительно надевают хлопчатобумажный кембрик.
- При некачественной изоляции провода, намотку можно производить в два провода, один из которых хлопчатобумажный шнур или хлопчатобумажная нить для рыболовства. После намотки одного слоя обмотку с хлопчатобумажной нитью фиксируют клеем (или лаком) и только после его высыхания наматывают следующий ряд.
Сетевую обмотку на магнитопроводе стержневого типа можно расположить двумя основными способами. Первый способ позволяет получить более «жесткий» режим сварки. Сетевая обмотка при этом состоит из двух одинаковых обмоток W1, W2, расположенных на разных сторонах сердечника, соединенных последовательно и имеющих одинаковое сечение проводов. Для регулировки выходного тока на каждой из обмоток делают отводы, которые попарно замыкаются.
Второй способ намотки первичной (сетевой) обмотки представляет намотку провода на одной из сторон сердечника. 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.
Способы намотки обмоток сварочного аппарата на тороидальном сердечнике.
| 1. Равномерная; | 2. Секционная; |
| а — сетевая обмотка; | б — силовая обмотка |
Переключение обмоток в сварочных аппаратах проще сделать с помощью медных наконечников и клемм. Медные наконечники в домашних условиях можно изготовить из медных трубок подходящего диаметра длиной 25…30 мм, закрепив в них провода опрессовкой или пайкой. При сварке в различных условиях (сильная или слаботочная сеть, длинный или короткий подводящий кабель, его сечение и т.д.) переключением обмоток настраивают сварочный аппарат на оптимальный режим сварки, и далее переключатель можно установить в нейтральное положение.
Виды сварочных аппаратов
Существует несколько основных видов:
Сварочный трансформатор. Для преобразователя применяется понижающий трансформатор.
Сварочный трансформатор
Сварочный инвертор. В качестве преобразователя здесь служит инверторный болк питания с ШИМ.
Сварочный выпрямитель. Это тоже самое что и сварочный трансформатор, только он имеет диодный или тиристорный выпрямитель во вторичной цепи.
Сварочный выпрямитель
Полуавтомат. Сварка производится в инертной среде, для этого используется газовый баллон.
Также читайте: Можно ли соединить медный и алюминиевый провода
Диагностика самодельного инвертора и его подготовка к работе
Сделать инверторный сварочный аппарат – это половина дела. Не менее важной задачей является его подготовка к работе, в процессе которой проверяется корректность функционирования всех элементов, а также их настройка.
Первое, что требуется сделать при проверке самодельного сварочного инвертора, – это подать напряжение 15 В на ШИМ-контроллер и один из охлаждающих вентиляторов. Это позволит одновременно проверить работоспособность контроллера и избежать его перегрева в процессе выполнения такой проверки.
Проверка выходного напряжения тестером
После того как конденсаторы аппарата зарядились, к электрическому питанию подключают реле, которое отвечает за замыкание резистора. Если подать на резистор напряжение напрямую, минуя реле, может произойти взрыв. После того как реле сработает, что должно произойти в течение 2–10 секунд после подачи напряжения на ШИМ-контроллер, необходимо проверить, произошло ли замыкание резистора.
Когда реле электронной схемы сработают, на плате ШИМ должны сформироваться прямоугольные импульсы, поступающие к оптронам. Это можно проверить, используя осциллограф. Правильность сборки диодного моста устройства также необходимо проверить, для этого на него подают напряжение 15 В (сила тока при этом не должна превышать 100 мА).
Фазы трансформатора при сборке устройства могли быть неправильно подключены, что может привести к некорректной работе инвертора и возникновению сильных шумов. Чтобы этого не произошло, правильность подключения фаз необходимо проверить, для этого используется двухлучевой осциллограф. Один луч прибора подключается к первичной обмотке, второй – ко вторичной. Фазы импульсов, если обмотки подключены правильно, должны быть одинаковыми.
Использование осциллографа для диагностики инвертора
Правильность изготовления и подключения трансформатора проверяется при помощи осциллографа и подключения к диодному мосту электрических приборов с различным сопротивлением. Ориентируясь на шумы трансформатора и показания осциллографа, делают вывод о том, что необходимо доработать в электронной схеме самодельного инверторного аппарата.
Чтобы проверить, сколько можно непрерывно работать на самодельном инверторе, необходимо начать его тестировать с 10 секунд. Если при работе такой продолжительности радиаторы устройства не нагрелись, можно увеличить период до 20 секунд. Если и такой временной промежуток не сказался негативно на состоянии инвертора, можно увеличить продолжительность работы сварочного аппарата до 1 минуты.
Упрощённая схема расчётов сварочника
На практике расчёты ведут, основываясь на типе и диаметре используемых электродов. Да, существуют более сложные и точные расчётные формулы, но любителями они применяются редко. Для получения устойчивой и производительной дуги необходимо получить ток со следующими показателями:
- Для электродов диаметром 2 мм достаточно 30 – 80 А.
- При увеличении диаметра до 3 мм сила тока должна возрасти до 70 – 130 А.
- Для электродов 4 мм устанавливают показатель 110 – 170 А.
- 5-мм электродами варят при силе тока 150 – 200 А.
Разница значений силы тока обусловлена работой с металлами различной толщины, физическими свойствами.
При самостоятельном изготовлении сварочного аппарата чаще всего приходится довольствоваться магнитопроводом от других устройств, который имеется в наличии. Поэтому простейший расчёт и будет выполняться исходя из этих двух известных характеристик — сечение магнитопровода и требуемая сила тока на вторичной обмотке.
Обратите внимание — для сборки трансформатора предпочтительно применять сердечники стержневого типа. По сравнению с броневыми они обеспечивают большую плотность тока в обмотках, обладают повышенным КПД.
Виды магнитопроводов
Кроме того, имеет значение и расположение обмоток на плечах сердечника. Если разнести первичную и вторичные обмотки по разным стержням, это приведёт к увеличению магнитного рассеивания из-за возросшего воздушного зазора. Поэтому предпочтительной считается схема размещения части обеих обмоток и на одном, и на другом стержне.
В этом случае для определения необходимого количества витков первичной обмотки применяют следующую формулу:
N1 = 7440 × U1/(Sиз × I2)
где
N1 — расчётное количество витков;
U1 — напряжение сети (200-240В);
Sиз — сечение имеющегося магнитопровода;
I2 — необходимый сварочный ток.
Обратите внимание, что для устройств с разнесёнными обмотками применяют другую формулу:
N1 = 4960 × U1/(Sиз × I2)
Если предстоит выполнять работы в условиях нестабильного напряжения в сети, есть смысл рассчитать количество витков для основных значений — 180, 190, 200, 220 и 240 В. При намотке провода просто делают отводы на этих значениях, что позволит подобрать стабильный режим работы трансформатора в любых условиях.
Необходимое количество витков вторичной обмотки рассчитывают по следующей упрощённой формуле:
N2 = 0,95 × N1 × U2/U1
где
N1 — расчётное количество витков;
U1 — напряжение сети (200-240В);
U2 — требуемое напряжение холостого хода на вторичной обмотке (50 – 70 В).
Также читайте: 11 эффективных способов соединить провода
Для первичной обмотки выбирают медный изолированный провод сечением в пределах 5 – 7 кв. мм, его хватит для работы с бытовой однофазной электросетью. При выборе обращают внимание на жаропрочные показатели изоляции, она должна выдерживать значительный нагрев, которого избежать не выйдет.
Вторичную обмотку мотают более толстым проводом, что связано со значительной силой тока, который будет протекать по ней. Оптимальным вариантом станет медная шина сечением не менее 30 кв. мм.
Блок питания от микроволновки
Рассматриваемая схема сварочного аппарата после сборки должна выдавать минимум 4 кВт, если брать за основную деталь элемент от микроволновой печи, который имеет показатели в 1,2 кВт, его будет недостаточно.
Для работы следует выделить два трансформатора, которые впоследствии потребуется соединить между собой.
Подробный алгоритм действий выглядит так:
- Запитав две детали к сети в 220 вольт, проверяется целостность обмотки.
- Чтобы снять высоковольтную обмотку, нужно распилить магнитопровод.
- С цепи убирается катушка.
- Из медной шины на 10 кв. мм изготавливается сердечник.
- Под первичную обмотку создается диэлектрическая прокладка.
- Соединяется катушка и магнитопровод.
- Все кабеля подключаются в соответствии со схемой.
После установки электрода в держатель можно приступать к проверке работоспособности созданного агрегата, маркировку диаметра более чем 4-5 мм брать не нужно.
Сварочный трансформатор — простейших тип оборудования
Для выполнения большинства сварочных работ в домашних условиях хватит понижающего сварочного трансформатора без дополнительных схем или устройств. Последовательность сборки такого агрегата следующая:
- Делят общее количество витков каждой обмотки на две равные половины, чтобы разместить их на обоих стержнях сердечника.
- Если собираете сердечник из отдельных пластин, потребуется их фиксация стяжками или в простейшей обойме. Изолировать пластины друг от друга не следует.
- Для катушек делают каркас из толстого электротехнического картона. Внутренний размер должен соответствовать сечению сердечника и должен позволять смещать катушку вверх или вниз.
- Обмотки наматывают, укладывая витки вплотную друг к другу. При необходимости делают несколько рядов из уложенного провода.
- Если первичная обмотка рассчитана с отводами, то на необходимом количестве витков делают петлю и выводят её, не разрезая.
- На нижнюю часть сердечника надевают первичную обмотку, вторичная крепится сверху.
- Чтобы менять силу тока для сваривания металлов или при работе с деталями, отличающимися по толщине, предусматривают обустройство простейшего регулятора. Он будет перемещать катушки со вторичной обмоткой вверх-вниз.
- Принцип действия такого регулятора основан на изменении воздушного зазора между обмотками. В результате меняются параметры магнитного поля, что и приводит к увеличению или уменьшению силы тока во вторичной обмотке.
- Регулятор представляет собой винт с резьбой, при закручивании которого и происходит подъём катушек. Для этого эти элементы соединяют между собой.
Практически во всех случаях самодельные сварочные аппаратуры делают без корпуса. Это делают с целью предотвращения перегрева катушек, который может стать причиной выхода устройства из строя. Если сделать схему с принудительным охлаждением при помощи вентилятора, то сварочный трансформатор можно установить и в корпус. Для его изготовления выбирают устойчивые к температуре пожаробезопасные материалы, например, текстолит толщиной 1,5 – 2 см.
На поверхность корпуса выводят шпильки для подключения сварочных кабелей и сетевого провода. Возможность подключения к отводам первичной обмотки обеспечивают обустройством отдельных контактов или установкой мощного пакетного переключателя на требуемое число положений.
Также читайте: Как сделать фазоуказатель своими руками
Как сделать своими руками сварочный агрегат?
После изучения главных особенностей процесса сборки, можно приступать непосредственного к сборке самодельного оборудования.
На сегодняшний день существует большое количество различных способов и рекомендаций, как лучше собрать самодельный сварочный аппарат любого вида – с переменным или постоянным током, импульсные или инверторные, автоматические или полуавтоматические.
Достаточно глубоко в эту тему уходить не стоит, поскольку один из самых простых способов собрать аппарат для сварки своими руками, это использование трансформатора.
Его особенность – работа с переменным током, благодаря чему обеспечивается выполнение качественного шва при сваривании металлических поверхностей. Такое оборудование может справиться с любой бытовой работой, где необходимо сварить металлические либо стальные конструкции
Чтобы изготовить его необходимо подготовить:
- Несколько метров кабеля с большой толщиной.
- Материал для сердечника, который будет располагаться в трансформаторе. Сам материал должен обладать повышенной проницаемостью с примагничиванием.
Оптимальный вариант, когда сердечник в форме стрежня имеет букву «П». В некоторых случаях разрешено применять данную деталь в более измененной форме, к примеру, круглой из статора, изготовленной из поврежденного электрического двигателя.
Однако стоит обратить внимание, что на такую форму обмотки накручиваются труднее. Лучше всего, когда сечение сердечника для классического сварочного оборудования, сделанного своими руками и используемого в бытовых целях, имело площадь около 50 см2.
Чтобы оборудование имело доступный вес, не стоит увеличивать в объеме сечение, однако технический эффект будет не на высшем уровне. Если площадь сечения вам не подходит, то её удастся посчитать самостоятельно, используя специальные схемы и формулы.
Первичная обмотка должны быть изготовлена из провода из меди, который будет обладать повышенными характеристиками: термическая стойкость, поскольку в процессе эксплуатации конструкции данная детали очень сильно нагревается.
Такая деталь должна обладать хлопчатобумажной либо стеклотканевой изоляцией. На крайний случай, возможно использовать провод из резины с изоляцией либо резиновую ткань, однако опасайтесь полихлорвиниловой обмотки.
Изоляция также изготавливается своими руками, с использованием хлопчатобумажной либо стеклоткани, а точнее её части по 2 см в ширину. Благодаря этим кускам получится обмотать провод, а затем пропитать его с помощью любого лака с электротехническим назначением. Такая изоляция не будет перегреваться после регулярного функционирования.
Аналогично приведенным выше расчетам удастся посчитать, какая площадь сечения обмотки – первичной и вторичной будет самой оптимальной. Зачастую вторичная обмотка имеет площадь около 30 мм2, а первичная обмотка до 7 мм2, с использованием стержня в 4 миллиметра диаметром.
Кроме этого простым способом нужно определить, насколько будет протягиваться кусок провода из меди и сколько витков понадобится, чтобы накрутить две обмотки. После этого наматываются катушки, а каркас изготавливается при помощи геометрических параметров магнитопровода.
Главное проследить, чтобы при надевании магнитопровода не было никаких сложностей. В первую очередь, необходимо правильно подобрать размер сердечника. Его лучше всего изготавливать по помощи электротехнического картона либо текстолита.
По такому же аналогу удастся изготовить конструкцию для сварки мелких деталей. Для дома можно использовать сварочный аппарат «мини» маленького размера.
Сварочный выпрямитель — особенности работы и сборки
Для выполнения отдельных видов сварочных работ, например, с нержавейкой, применение переменного тока, выдаваемого трансформатором, не применяется. Для работы с такими металлами необходима подача постоянного напряжения. Кроме того, резка постоянным током уменьшает расход электродов, а при сварке предотвращается разбрызгивание металла.
Для выполнения работ в таких условиях применяют сварочные выпрямители, которые позволяют варить током прямой и обратной полярности. Если есть опыт по монтажу электронных схем, то такое устройство также можно собрать самостоятельно.
Основой сварочного выпрямителя станет тот же понижающий трансформатор. Отличие заключается в наличии выпрямляющей электронной схемы. При желании можно переделать уже описанный сварочный трансформатор или собрать универсальное устройство, которое позволит варить и переменным, и постоянным током.
Простейшая схема электронной части сварочного выпрямителя выглядит так:
Принципиальная схема сварочного выпрямителя
При сборке таких устройств следует учитывать такие особенности конструкции:
- Основная часть устройства — выпрямительный мост из силовых мощных диодов. Они подключаются согласно схеме с обязательным учётом полярности.
- Сглаживание пульсации тока выполняется за счёт фильтра, выполненного на конденсаторе и дроссельной катушке. Обращаем внимание — компоненты должны иметь 2,5 – 3 запас по допустимому напряжению.
- При работе с высокими токами происходит нагревание элементов. Чувствительны к перегреву полупроводниковые диоды. Поэтому их устанавливают на радиаторы, которые позволят увеличить интенсивность отвода тепла.
- При заключении аппарата в корпус становится обязательным применение вентилятора, позволяющего повысить эффективность охлаждения.
Обращаем внимание на соединение отдельных элементов схемы. Учитывая то, что они будут испытывать воздействие большой силы тока, необходимо обеспечить надёжность контакта. Если этого не сделать, то на этих участках будут греться и отгорать провода. Предпочтителен вариант с креплением при помощи площадок с болтом и гайкой.
Дроссель в подобных конструкциях выполняют в виде отдельной выносной катушки индуктивности, которая подключается по мере необходимости. Отметим, что установка выпрямителя не препятствует изменению силы сварочного тока при помощи регулятора положения катушек вторичной обмотки.
Как видите, сложностей в самостоятельной сборке сварочного аппарата нет. Но заниматься такими устройствами стоит только в том случае, если есть опыт в конструировании простых аппаратов, работающих с меньшими токами. В противном случае доверьте сборку специалисту или купите заводской сварочный аппарат.
Сварочный аппарат из микроволновки:
Возможные детали при создании аппарата для сварки
Схема сварочного выпрямителя.
При создании аппарата для сварки своими руками стабильность электродуги достигается постоянством потенциала. Стабильность дуги обеспечивает качество образующихся швов. Постоянство потенциала достигается путем применения высокомощных выпрямителей, выполнение которых осуществляется на диодах, выдерживающих токи до 200 А, таких, например, как В-200.
Эти диоды имеют большие размеры и требуют обязательного использования для организации качественного теплоотведения массивных радиаторов. Это обстоятельство требуется учитывать при изготовлении корпуса конструкции. Лучшим вариантом при создании конструкции будет использование диодного спецмоста. Диоды можно смонтировать параллельно, что позволяет в значительной мере повысить выходной ток.
Собирая своими руками конструкцию, требуется подстраивать все его компоненты. При некачественном подборе или неправильном расчете конструкция может оказывать влияние на качество сварки.
Иногда при соответствующем подборе деталей и комплектующих может получиться по-настоящему уникальный прибор, который имеет мягкое и легкое зажигание электродуги, а сваривание деталей можно осуществлять даже с очень тонкими стенками, при практически полном отсутствии разбрызгивания жидкого металла.
Пример сборки на переменном токе
Нажмите на первую фотографию и смотрите последовательность сборки:
Обслуживание самодельного сварочного инвертора
Чтобы инверторный аппарат служил длительное время, его необходимо правильно обслуживать.
В том случае, если ваш инвертор перестал работать, необходимо открыть его крышку и продуть внутренности пылесосом. Те места, где осталась пыль, можно тщательно почистить при помощи кисточки и сухой тряпки.
Первое, что необходимо сделать, проводя диагностику сварочного инвертора, – это проверить поступление напряжения на его вход. Если напряжение не поступает, следует продиагностировать работоспособность блока питания. Проблема в этой ситуации также может заключаться в том, что сгорели предохранители сварочного аппарата. Еще одним слабым звеном инвертора является температурный датчик, который в случае поломки подлежит не ремонту, а замене.
Часто выходящий из строя термодатчик, находящийся обычно на диодном блоке или дросселе
При выполнении диагностики необходимо обращать внимание на качество соединений электронных компонентов аппарата. Определить некачественно выполненные соединения можно визуально или при помощи тестера. Если такие соединения выявлены, их необходимо исправить, чтобы не столкнуться в дальнейшем с перегревом и выходом из строя сварочного инвертора.
Только в том случае, если вы уделяете должное внимание вопросам обслуживания инверторного устройства, можно рассчитывать на то, что оно прослужит вам долгое время и даст возможность выполнять сварочные работы максимально эффективно и качественно.
Размеры провода
Аппарат будет довольно хорошо работать при напряжении на выходе 60 вольт и током до 160 ампер. Расчеты показывают, что для первичной обмотки нужно взять медный провод сечением 3, а лучше 7 квадратных миллиметров. Для алюминиевого провода сечение должно быть больше в 1,6 раза.
Изоляцию проводов необходимо использовать тканевую потому, что провода в процессе работы сильно нагреваются и пластик просто расплавится.
Укладывать первичную обмотку нужно очень тщательно и аккуратно потому, что она имеет много витков и находится в зоне высокого напряжения. Желательно, чтобы провод был без разрывов, но если нужной длины нет под рукой, то куски необходимо надежно соединить и спаять.
