Сварочный аппарат - узкоспециализированное оборудование, но практически каждому мужчине не раз в жизни приходилось искать подобный агрегат для ремонта домашней техники или автомобиля. Достаточно легко сделать сварочный аппарат своими руками, но при этом следует понимать, что оборудование годится для работы над небольшими конструкциями. Это будет сварка электродугой от источника переменного или постоянного тока.

Аргонная и газосварка требуют специальных знаний и аппаратуры. Изготовить газогенератор дома можно, но если у мастера нет профильного образования, велик риск совершить ошибку. Аппарат для аргонно-дуговой сварки проще брать в аренду, это стоит в десятки раз дешевле, чем мастерить оборудование самостоятельно.

Сварочный аппарат для домашнего использования - это упрощенная конструкция с самыми простыми комплектующими деталями и несложной схемой сборки. Основная деталь - сварочный трансформатор, который можно сделать самостоятельно или использовать узел бытового прибора (например, микроволновой печи).

Сварочный инверторный агрегат устроен по схеме:

• подача питания;
• выпрямитель;
• инвертор.

Сделать трансформатор можно самому, используя отработанные кабели проводов и необходимой длины медную ленту.

Если в трансформаторе используется круглая медная проволока, работа аппарата ограничивается 2-3 сварочными стержнями. Для охлаждения используют трансформаторное масло.

Шов на соединяемых деталях образуется за счет тепла, источником которой служит электродуга, возникающая между двумя электродами. Один из электродов - это свариваемый материал. Короткое замыкание, которое требуется для разогрева электрода (катода), приведет к возникновению устойчивого разряда температурой до 6000°С. Под его действием металл начнет плавиться. Это грубое описание процесса сварки для неспециалистов, которым в быту требуется просто быстро зафиксировать необходимый профиль, деталь.

Комплектация изделия

Сварочные инверторы самостоятельно делают достаточно редко. Это электронное устройство требует неоднократной проверки, специфических знаний и опыта. Самоделку на основе трансформатора сделать проще и, поскольку работать она должна от бытовой сети (чаще 220 В), то для выполнения мелкого домашнего ремонта этого аппарата будет вполне достаточно.

Сварочный инвертор на сеть в 220 В собирается по схеме, которая используются для приборов, работающих от промышленной трехфазной сети. Нужно знать, что эти аппараты будут иметь КПД на 60% выше, чем оборудование, приспособленное на однофазную сеть.

Cварочник из трансформатора изготавливается без дополнительных узлов, в комплектацию входит:

• трансформатор (можно сделать самому);
• изоляционный материал;
• держак сварочного стержня;
• ПРГ-кабель.

Более сложные изделия инверторы комплектуются:

• трансформатором;
• инвертором;
• системой вентиляции;
• амперным регулятором.

После сборки замеряется напряжение вторичной обмотки: значения не должны выходить за параметры 60-65 В.

Блок питания простого сварочника

Самодельные сварочные трансформаторы - простое оборудование для редкого ремонта. Магнитопроводом может служить статор. Первичная намотка будет подключаться к сети, вторичная рассчитана для получения электродуги и выполнения работ. Обмотка трансформатора состоит из медного провода или ленты (до 30 метров).

Первичная намотка делается медной полосой с хлопчатой изоляцией. Можно использовать «голый» магнитопровод и заизолировать его отдельно. Полосками из хлопчатой ткани обматывают провод и пропитывают любым лаком для электротехнических работ. Вторичная обмотка наматывается после изолирования первичной. Сечение первичной обмотки 5-7 кв. мм, сечение вторичной - 25-30 кв. мм. После изоляции проводят тестирование параметров: может потребоваться большее количество витков.

Сварочный аппарат инверторного типа имеет более сложное устройство, может работать на постоянном или переменном токе и обеспечивает лучшее качество шва. Но если в быту требуется провести только точечную сварку (например при ремонте бытовой техники), то изготовление инверторного сварочника нецелесообразно. Если используется трансформатор от пылесоса или микроволновой печи, важно не повредить первичную обмотку. Вторичная обмотка в 80% случаев должна сниматься и переделываться, чтобы агрегат не перегревался.

Блок выпрямителя

Блок выпрямителя преобразует напряжение переменного сигнала в постоянный и состоит из небольшого количества мелких деталей:

• диодные мосты;
• конденсаторы;
• дроссель;
• вольтдобавка.

Выпрямитель собирается по принципу мостовой схемы, где на входе подается переменный ток, а с выходных клемм выходит постоянный. Оба устройства - трансформатор и выпрямитель для сварочника - оснащаются блоком принудительного охлаждения. Можно использовать кулер от блока питания компьютера.

Блок инвертора

Блок инвертора преобразует постоянный ток с выпрямителя в переменный и выдает напряжение до 40 В, силу тока до 150 А.

Инвертор работает по следующей схеме:

1. С розетки переменный ток (частота 50-60 Гц) поступает на выпрямитель, где выравнивается частота.Ток поступает на транзисторы, где постоянный сигнал преобразуется в переменный с увеличением частоты колебаний до 50 кГц.
2. Понижение напряжения высокочастотного потока на понижающем трансформаторе с 220 до 60 В. При этом увеличивается сила тока. Благодаря увеличению частоты в катушке инвертора используют лишь минимально допустимое количество витков.
3. На выходном выпрямителе происходит последнее преобразование электропотока в постоянный с большой силой и низким напряжением, который оптимально подходит для качественной сварки.

В сварочном приборе кроме главных этапов происходит корректировка силы тока, обеспечивается оптимальная вентиляция. Изготовить инвертор самому можно, руководствуясь подробной схемой.

Требуемый инструмент

Для сборки сварочного аппарата и изготовления понадобятся такие инструменты и приборы:

• ножовка;
• крепеж;
• паяльник;
• нож, зубило, пинцет и отвертки;
• металл листовой для каркаса;
• электроды;
• элементы сборки для трансформатора, асинхронный статор.

Сборка деталей аппарата происходит на текстолитовой основе, для корпуса используются листы алюминия или промышленной стали.

Изготовление

Все детали при схеме изготовления в домашних условиях трансформаторного сварочника будут располагаться в следующем порядке:

• выпрямитель;
• сетевой фильтр;
• преобразователь;
• трансформатор;
• силовой выпрямитель.

Из схемы можно исключить сетевой фильтр и выпрямитель, но электродуга будет плохоуправляема, а шов - некачественным (неровным, с большими рваными краями, которые потребуют зачистки).

Этапы сборки:

1. Намотка катушек трансформатора. Для инверторного сварочника, который будет работать на переменном и постоянном токе, потребуется высокочастотный трансформатор с модулем преобразования.
2. Лакировка изоляции обмотки.
3. Сборка мгнитопровода. Оптимальный вариант - асинхронный статор от электромотора мощностью 4-5 кВт.
4. Пайка соединений катушек и вывода.
5. Проверка трансформатора.
6. Сборка диодного моста и соединение в схеме. Потребуется 5 диодов класса КВРС5010 или В200.
7. Установка охлаждающего радиатора на каждый диодный мост.
8. Монтаж дросселя на одной плате с выпрямителем.
9. Установка регулятора тока на панели управления.
10. Обеспечение вентиляции всей конструкции. В корпус аппарата для сварки по периметру устанавливаются вентиляторы.
11. Выход на рабочие электроды и держак устанавливается на передней стенке, шнур питания на противоположной.
12. Между платой с блоком питания и силовым узлом рекомендуется установить порог из листового металла, конденсатор напряжения, который будет стабилизировать ток в электродуге.

Вес собранного аппарата для мелкого ремонта от 10 кг. Диодный мост с дросселем рекомендуется изготавливать в отдельном корпусе, для уменьшения веса. Этот узел будет необходимо подключать к аппарату для сварки нержавеющей стали. При переменном напряжении сети для сварки железного профиля, ремонта кузовных работ или точечных прихватов оборудование типа полуавтомат практически не требуется.

На переменном токе

Самодельный сварочный аппарат, работающий на переменном токе, имеет преимущества:

1. Надежный шов. На переменном токе дуга не отклоняется от изначальной оси, это помогает новичкам делать ровный и качественный шов.
2. Простой способ сборки аппарата.
3. Бюджетная стоимость комплектующих.
4. Необходимо подключить только к однофазной сети, достаточно бытовой розетки.

Главный недостаток контактно-сварочного аппарата – разбрызгивание металла во время работы из-за прерывания синусоиды электродуги и быстрый перегрев трансформатора. Для сварки деталей толщиной до 2 мм диаметр электрода должен быть 1,5-3 мм. Сварка листов от 4 мм проводится стержнями 3-4 мм при силе тока аппарата не менее 150 Ампер.

На постоянном токе

Самодельные аппараты постоянного тока широко используются для дома, но при сборке требуют навыков, времени и большего количества мелких деталей. Среди преимуществ оборудования:

• устойчивая дуга позволяет варить сложные и тонкостенные конструкции;
• отсутствие неприхваченных участков;
• нет брызг металла, срезка заусенцев и зачистка швов не требуется.

Укомплектованный сварочный аппарат постоянного тока своими руками рекомендуется несколько раз проверить на перегрев трансформатора, конденсатора и диодного моста в тестовом режиме перед основной эксплуатацией.

В конструкцию самодельных аппаратов для сварки можно вносить изменения и постоянно их дорабатывать. Можно сделать агрегат, который бы работал на постоянном токе, минимальную конструкцию, работающую на переменном сигнале при минимальной силе до 40А, или массивный стационарный агрегат для установки в мастерской.

Инверторная сварка — это современное устройство, которое пользуется широкой популярностью благодаря небольшому весу аппарата и его габаритов. Инверторный механизм основывается на применении полевых транзисторов и силовых переключателей. Чтобы стать обладателем сварочного аппарата, можно посетить любой магазин инструментов и обзавестись такой полезной вещью. Но есть способ намного экономнее, который обусловлен созданием инверторной сварки своими руками. Именно второму способу и уделим внимание в данном материале и рассмотрим, как сделать сварку в домашних условиях, что для этого понадобится и как выглядят схемы.

Особенности функционирования инвертора

Сварочный аппарат инверторного типа — это не что иное, как блок питания, тот, который сейчас применяется в современных компьютерах. На чем же основывается работа инвертора? В инверторе наблюдается следующая картина преобразования электрической энергии:

2) Ток с постоянной синусоидой преобразовывается в переменный с высокой частотой.

3) Происходит снижение значения напряжения.

4) Происходит выпрямление тока с сохранением необходимой частоты.

Перечень таковых преобразований электрической цепи необходим для того, чтобы иметь возможность снизить массу аппарата и его габаритные размеры. Ведь, как известно, старые сварочные аппараты, принцип которых основывается на снижении величины напряжения и увеличения силы тока на вторичной обмотке трансформатора. В результате благодаря высокому значению силы тока наблюдается возможность дугового сваривания металлов. Для того чтобы сила тока увеличивалась, а напряжение снижалось, на вторичной обмотке уменьшается число витков, но при этом увеличивается сечение проводника. В результате можно заметить, что сварочный аппарат трансформаторного типа не только имеет значительные габариты, но и приличный вес.

Для решения проблемы был предложен вариант реализации сварочного аппарата посредством инверторной схемы. Принцип инвертора основывается на увеличении частоты тока до 60 или даже 80 кГц, тем самым осуществляя снижение массы и габаритов самого устройства. Все что потребовалось для реализации инверторного сварочного аппарата — это увеличить частоту в тысячи раз, что стало возможным благодаря применению полевых транзисторов.

Транзисторы обеспечивают сообщение между собой с частотой около 60-80 кГц. На схему питания транзисторов приходит постоянное значение тока, что обеспечивается благодаря применению выпрямителя. В качестве выпрямителя используется диодный мост, а выравнивание значения напряжения обеспечивают конденсаторы.

Переменный ток, который передается после прохождения через транзисторы на понижающий трансформатор. Но при этом в качестве трансформатора используется в сотни раз уменьшенная катушка. Почему используется катушка, потому как частота тока, которая подается на трансформатор, уже увеличена в 1000 раз благодаря полевым транзисторам. В результате получаем аналогичные данные, как и при работе трансформаторной сварки, только с большой разницей в весе и габаритах.

Что нужно для сборки инвертора

Чтобы собрать самостоятельно инверторную сварку, нужно знать, что схема рассчитывается, прежде всего, на потребляющее напряжение величиной 220 Вольт и током на 32 Ампера. Уже после преобразования энергии на выходе ток будет увеличен почти в 8 раз и будет достигать 250 Ампер. Такого тока достаточно для того, чтобы создать прочный шов электродом на расстоянии до 1 см. Для реализации блока питания инверторного типа потребуется воспользоваться следующими составляющими:

1) Трансформатор, состоящий из ферритного сердечника.

2) Обмотка первичного трансформатора со 100 витками провода диаметром 0,3 мм.

3) Три вторичных обмотки:

— внутренняя: 15 витков и диаметром провода 1 мм;

— средняя: 15 витков и диаметром 0,2 мм;

— наружная: 20 оборотов и диаметром 0,35 мм.

Кроме того, чтобы собрать трансформатор, потребуются следующие элементы:

— медные провода;

— стеклоткань;

— текстолит;

— электротехническая сталь;

— хлопчатобумажный материал.

Как выглядит схема инверторной сварки

Для того, чтобы понимать, что вообще собой представляет сварочный инверторный аппарат, необходимо рассмотреть схему, представленную ниже.

Электрическая схема инверторной сварки

Все эти компоненты необходимо объединить и тем самым получить сварочный аппарат, который будет незаменимым помощником при выполнении слесарных работ. Ниже представлена принципиальная схема инверторной сварки.

Схема блока питания инверторной сварки

Плата, на которой находится блок питания аппарата, монтируется отдельно от силовой части. Разделителем между силовой частью и блоком питания выступает металлический лист, подсоединенный к корпусу агрегата электрически.

Для управления затворками применяются проводники, припаивать которые нужно поблизости транзисторов. Эти проводники соединяются между собой парно, а сечение этих проводников не играет особой роли. Единственное, что важно учитывать — это длина проводников, которая не должна превышать 15 см.

Для человека, который не знаком с основами электроники, прочесть такого рода схему проблематично, не говоря уже о назначении каждого элемента. Поэтому если у вас нет навыков работы с электроникой, то лучше попросить знакомого мастера помочь разобраться. Вот, к примеру, ниже изображена схема силовой части инверторного сварочного аппарата.

Схема силовой части инверторной сварки

Как собрать инверторную сварку: поэтапное описание + (Видео)

Для сборки инверторного сварочного аппарата необходимо выполнить следующие этапы работы:

1) Корпус . В качестве корпуса для сварки рекомендуется воспользоваться старым системником от компьютера. Он подходит лучше всего, так как в нем имеется необходимое количество отверстий для вентиляции. Можно использовать старую 10-литровую канистру, в которой можно вырезать отверстия и разместить кулера. Для увеличения прочности конструкции из корпуса системника необходимо разместить металлические уголки, которые закрепляются с помощью болтовых соединений.

2) Сборка блока питания. Важным элементом блока питания является именно трансформатор. В качестве основы трансформатора рекомендуется воспользоваться ферритом 7х7 или 8х8. Для первичной обмотки трансформатора необходимо осуществить намотку проволоки по всей ширине сердечника. Такая немаловажная особенность влечет за собой улучшение работы устройства при появлении перепадов напряжения. В качестве проволоки обязательно нужно использовать медные провода марки ПЭВ-2, а в случае отсутствия шины, провода соединяются в один пучок. Стеклоткань используется для изоляции первичной обмотки. Сверху после слоя стеклоткани необходимо намотать витки экранирующих проводов.

Трансформатор с первичной и вторичной обмотками для создания инверторной сварки

3) Силовая часть . В качестве силового блока выступает понижающий трансформатор. В качестве сердечника для понижающего трансформатора применяются два вида сердечников: Ш20х208 2000 нм. Между обоими элементами важно обеспечить зазор, что решается путем расположения газетной бумаги. Для вторичной обмотки трансформатора характерно наматывание витков в несколько слоев. На вторичную обмотку трансформатора необходимо укладывать три слоя проводов, а между ними устанавливаются прокладки из фторопласта. Между обмотками важно расположить усиленный изоляционный слой, который позволит избежать пробоя напряжения на вторичную обмотку. Необходимо установить конденсатор напряжением не менее 1000 Вольт.

Трансформаторы для вторичной обмотки от старых телевизоров

Чтобы обеспечить циркуляцию воздуха между обмотками, необходимо оставить воздушный зазор. На ферритовом сердечнике собирается трансформатор тока, который включается в цепь к плюсовой линии. Сердечник необходимо обмотать термобумагой, поэтому в качестве этой бумаги лучше всего использовать кассовую ленту. Выпрямительные диоды крепятся к алюминиевой пластине радиатора. Выходы этих диодов следует соединить неизолированными проводами, сечение которых составляет 4 мм.

3) Инверторный блок . Главным предназначением инверторной системы — это преобразование постоянного тока в переменный с высокой частотой. Для обеспечения повышения частоты и применяют специальные полевые транзисторы. Ведь именно транзисторы работают на открытие и закрытие с высокой частотой.

Рекомендуется использовать не один мощный транзистор, а лучше всего реализовывать схему на основании 2 менее мощных. Это нужно для того, чтобы иметь возможность стабилизации частоты тока. В схеме не обойтись и без конденсаторов, которые соединяются последовательно и дают возможность решить такие проблемы:

Инвертор на алюминиевой пластине

4) Система охлаждения . На стенке корпуса следует установить вентиляторы охлаждения, а для этого можно использовать компьютерные кулера. Необходимы они для того, чтобы обеспечить охлаждение рабочих элементов. Чем больше вентиляторов будет использовано, тем лучше. В частности, обязательно требуется установить два вентилятора для обдува вторичного трансформатора. Один кулер будкт обдувать радиатор, тем самым не допуская перегрева рабочих элементов — выпрямительных диодов. Диоды монтируются на радиаторе следующим образом, как показано на фото ниже.

Выпрямительный мост на радиаторе охлаждения

Фото терморегулятора

Его рекомендуется устанавливать на самом нагревающемся элементе. Этот датчик будет срабатывать при достижении критической температуры нагрева рабочего элемента. При его срабатывании будет отключаться питание инверторного устройства.

Мощный вентилятор для охлаждения инверторного устройства

При работе инверторная сварка очень быстро нагревается, поэтому наличие двух мощных кулеров является обязательным условием. Эти кулеры или вентиляторы располагаются на корпусе устройства, чтобы они работали на вытяжку воздуха.

Поступать свежий воздух в систему будет благодаря отверстиям в корпусе устройства. В системном блоке эти отверстия уже имеются, а если вы используете любой другой материал, то не забудьте обеспечить приток свежего воздуха.

5) Пайка платы является ключевым фактором, так как именно на плате основывается вся схема. На плате диоды и транзисторы важно устанавливать на встречном направлении друг к другу. Плата монтируется непосредственно между радиаторами охлаждения, с помощью чего соединяется вся цепь электроприборов. Питающая цепь рассчитывается на напряжение 300 В. Дополнительное расположение конденсаторов емкостью 0,15 мкФ дает возможность сброса избыточной мощности обратно в цепь. На выходе трансформатора располагаются конденсаторы и снабберы, с помощью которых осуществляется гашение перенапряжений на выходе вторичной обмотки.

6) Настройка и отладка работы . После того, как инверторная сварка будет собрана, потребуется провести еще несколько процедур, в частности, настроить функционирование агрегата. Для этого следует подключить к ШИМ (широтно-импульсный модулятор) напряжение в 15 Вольт и запитать кулер. Дополнительно включается в цепь реле через резистор R11. Реле включается в цепь для того, чтобы избежать скачков напряжения в сети 220 В. Обязательно важно провести контроль за включением реле, после чего подать питание на ШИМ. В результате должна наблюдаться картина, при которой должны исчезнуть прямоугольные участки на диаграмме ШИМ.

Устройство самодельного инвертора с описанием элементов

Судить о правильности соединения схемы можно в том случае, если во время настройки реле выдает 150 мА. В случае, когда же наблюдается слабый сигнал, то это говорит о неправильности соединения платы. Возможно, имеется пробой одной из обмоток, поэтому для устранения помех потребуется укоротить все питающие электропровода.

Инверторная сварка в корпусе системного блока от компьютера

Проверка работоспособности устройства

После проведения всех сборочных и отладочных работ остается только провести проверку работоспособности получившегося сварочного аппарата. Для этого запитывается прибор от электросети 220 В, затем задается высокие показатели силы тока и по осциллографу осуществляется сверка показаний. В нижней петле напряжение должно быть в переделах 500 В, но не более 550 В. Если все выполнено правильно со строгим подбором электроники, тогда показатель напряжения не превысит значения в 350 В.

Итак, теперь можно проверить сварку в действии, для чего используем необходимые электроды и осуществляем раскраивание шва до полного выгорания электрода. После этого важно проконтроллировать температуру трансформатора. Если трансформатор попросту закипает, тогда схема имеет свои недочеты и лучше далее не продолжать рабочий процесс.

После раскраивания 2-3 швов радиаторы нагреются до высокой температуры, поэтому после этого важно дать возможность им остыть. Для этого достаточно 2-3 минутной паузы, в результате чего температура понизится до оптимального значения.

Проверка сварочного аппарата

Как пользоваться самодельным аппаратом

После включения в цепь самодельного аппарата, контроллер в автоматическом режиме задаст определенную силу тока. При напряжении провода менее 100 Вольт, то это говорит о неисправности устройства. Придется разобрать аппарат и снова повторно провести проверку правильности сборки.

С помощью такого вида сварочных аппаратов можно осуществлять спайку не только черных, но и цветных металлов. Для того чтобы собрать сварочный аппарат, потребуется не только владение основами электротехники, но и свободное время для реализации задумки.

Инверторная сварка — незаменимая вещь в гараже у любого хозяина, поэтому если вы еще не обзавелись таким инструментом, то вы можете сделать его самостоятельно.

Сварочные работы в домашних условиях давно стали обычным делом. Доступность аппаратов и расходных материалов, возможность недорого обучиться на курсах сварщиков, различные методички для получения самостоятельных навыков. Все эти факторы дают возможность сэкономить на оплате труда профессионального сварщика, и повысить оперативность работ.

Однако, если внимательно изучить рынок сварочных аппаратов, выясняются неприятные моменты:

• Качественные сварочники имеют высокую стоимость, выгоднее несколько раз нанять специалиста (если, конечно, вы не занимаетесь этими работами постоянно).
• Доступные по цене агрегаты имеют ряд недостатков: низкая надежность, плохое качество шва, зависимость от питающего напряжения и типа расходников.

Отсюда вывод: если необходимо высокое качество оборудования по доступной цене, придется сделать сварочный аппарат из доступных материалов своими руками.

Прежде чем рассматривать варианты самодельных сварочников, разберем принцип их работы

В основе работы любого агрегата лежит закон Ома. При неизменной мощности, имеется обратная зависимость между током и напряжением. Для нормальной работы требуется сила тока 60–150 А. Только в этом случае металл в зоне сварки будет плавиться. Представим себе сварочный аппарат, который работает напрямую с напряжением 220 вольт. Для достижения требуемой силы тока, потребуется мощность 15–30 кВт. Во-первых, для этого надо будет прокладывать отдельную линию энергоснабжения: большинство вводов в жилые помещения ограничены техническими условиями на уровне 5–10 кВт. Кроме того, для такой силы тока потребуется проводка сечением не менее 30 мм². Варить придется с соблюдением мер защиты при работе в электроустановках до 1000 вольт: резиновые боты, перчатки, ограждение рабочего места, и прочее.

Разумеется, обеспечить такие условия в реальности невозможно.

Поэтому любой сварочный аппарат преобразует напряжение (в сторону понижения): на выходе получаем искомый ток при сохранении разумной мощности.

Оптимальное значение напряжения - 60 вольт. При сварочном токе 100 А, это вполне приемлемые 6 кВт мощности. Как преобразовать напряжение?

Существуют четыре основных типа сварочных аппаратов

Любой из перечисленных аппаратов можно собрать самостоятельно. Проведем обзор технологий изготовления по моделям:

Трансформаторы (с выпрямителем или без него)

Сердце трансформатора - сердечник. Он набирается из пластин трансформаторной стали, изготовить которые вручную довольно проблематично. Правдами и неправдами исходный материал добывается на заводах, в строительных бригадах, на пунктах сбора металлолома. Полученная конструкция (как правило, в виде прямоугольника) должна иметь сечение не меньше, чем 55 см². Это довольно тяжелая конструкция, особенно после укладки обмоток.

При сборке обязательно надо предусмотреть регулировочный винт, с помощью которого можно двигать вторичную обмотку относительно неподвижной первички.

Чтобы не вдаваться в сложности расчетов сечения проводов, возьмем типовые параметры:

• сила тока на вторичке 100–150 А;
• напряжение холостого хода 60–65 вольт;
• рабочее напряжение при сварке 18–25 вольт;
• сила тока на первичной обмотке до 25 А.

Исходя из этого, сечение провода первички должно быть не менее 5 мм², если делать с запасом - можно взять провод 6–7 мм². Изоляция должна быть жаростойкой, из материала, не поддерживающего горение.

Вторичная обмотка набирается из провода (а лучше медной шины), сечением 30 мм². Изоляция тряпичная. Пусть толщина вас не пугает, количество витков на вторичке небольшое.

Количество витков первичной обмотки определяется по коэффициенту 0.9–1 виток на вольт (для наших параметров).

Формула выглядит так:

W(количество витков) = U(напряжение) / коэффициент.

То есть, при напряжении в сети 200–210 вольт, это будет порядка 230–250 витков.

Соответственно, при напряжении вторички 60–65 вольт, количество ее витков составит 67–70.

С технической точки зрения трансформатор готов. Для удобства использования рекомендуется выполнить небольшой запас по вторичной обмотке, с несколькими ответвлениями (на 65, 70, 80 витках). Это позволит уверенно работать в местах с пониженным напряжением сети.

Прятать агрегат в корпус, или оставлять открытым - это вопрос безопасности использования. Типовой изготовленный сварочный трансформатор своими руками выглядит так:

Оптимальный материал для корпуса - текстолит 10–15 мм.

Добавляем выпрямитель

Самодельный мощный сварочный трансформатор с точки зрения схемотехники - обычный блок питания. Соответственно выпрямитель устроен так же просто, как в сетевом заряднике для мобильного телефона. Только элементная база будет выглядеть на несколько порядков массивнее.

Как правило, в простую схему из диодного моста добавляют пару конденсаторов, гасящих импульсы выпрямленного тока.

Можно собрать выпрямитель и без них, но чем ровнее ток, тем качественней получается сварочный шов. Для сборки собственно моста применяются мощные диоды типа Д161–250(320). Поскольку при нагрузке на элементах выделяется много тепла, его нужно рассеивать с помощью радиаторов. Диоды крепятся к ним с помощью болтового соединения и термопасты.

Разумеется, ребра радиаторов должны либо обдуваться вентилятором, либо выступать над корпусом. Иначе вместо охлаждения они будут греть трансформатор.

Мини сварочный трансформатор

Если вам не нужно варить рельсы или швеллера из стали 4–5 мм, можно собрать компактный сварочник для спайки стальной проволоки (изготовление каркасов для самоделок) или сварки тонкой жести. Для этого можно взять готовый трансформатор от мощного бытового прибора (идеальный вариант - микроволновка), и перемотать вторичную обмотку. Сечение провода 15–20 мм², потребляемая мощность не более 2–3 кВт.

Расчет схемы производится также, как и для более мощных агрегатов. При сборке выпрямителя можно использовать менее мощные диоды.

Микросварочник

Если сфера применения ограничена спайкой медных проводов (например, при монтаже распределительных коробок), можно ограничиться конструкцией размером с пару спичечных коробков.

Выполняется на транзисторе КТ835 (837). Трансформатор изготавливается самостоятельно. Фактически - это высокочастотный повышающий преобразователь.

В отличие от традиционных сварочников, в данной схеме используется высокое напряжение, до 30 кВ. Поэтому при работе следует соблюдать осторожность.

Трансформатор мотаем на ферритовом стержне. Две первичные обмотки: коллекторная (20 витком 1 мм), базовая (5 витков 0.5 мм). Вторичная (повышающая) обмотка - 500 витков 0.15 проволоки.

Собираем схему, припаиваем по схеме резисторную обвязку (чтобы трансформатор не перегревался на холостом ходу), аппарат готов. Питание от 12 до 24 вольт, с помощью такого аппарата можно сваривать жгуты проводов, резать тонкую сталь, соединять металлы толщиной до 1 мм.

В качестве сварочных электродов можно использовать толстую швейную иглу.

Инвертор (импульсный блок питания для сварки)

Самодельный инверторный сварочный аппарат нельзя изготовить просто «на коленке». Для этого потребуется современная элементная база и опыт работы с ремонтом и созданием электронных устройств. Однако, не так страшна схема, как ее малюют. Подобных устройств сделано великое множество, и все они работают не хуже фабричных аналогов. К тому же, чтобы создать импульсный сварочный аппарат своими руками, не обязательно приобретать десятки дорогостоящих радиодеталей и готовых узлов. Большинство из них, особенно высокочастотные элементы для блока питания, можно позаимствовать у старых телевизоров или БП от компьютера. Стоимость близкая к нулю.

Рассматриваемый инвертор имеет следующие характеристики:

• Ток нагрузки на электродах: до 100 А.
• Потребляемая мощность от сети 220 вольт - не более 3.5 кВт (ток порядка 15 А).
• Используемые электроды до 2.5 мм.

На иллюстрации изображена готовая схема, которая неоднократно опробована многими домашними мастерами.

Конструктивно инвертор состоит из трех элементов:

1. Блок питания для схемы преобразователя и управления. Выполнен на доступной элементной базе, с применением оптрона от старого блока питания компьютера. При самостоятельном изготовлении трансформатора стоимость практически нулевая: детали копеечные. Номиналы и названия радиоэлементов на иллюстрации.
2. Блок задержки заряда конденсаторов (для стартовой дуги). Выполнен на базе транзисторов КТ972 (абсолютно не дефицит). Разумеется, транзисторы устанавливаются на радиаторы. Для коммутации достаточно обыкновенного автомобильного реле с токовой нагрузкой на контактах до 40 А. Для ручного управления установлены обычные защитные автоматы (пакетники) на 25 А. Выходные 300 вольт - холостой ход. При нагрузке напряжение 50 вольт.
3. Трансформатор тока - самый ответственный узел. При сборке особое внимание следует обратить на точность катушек индуктивности. Некоторую подстройку можно выполнить с помощью переменного резистора (на схеме выделен красным цветом). Однако если параметры не буду согласованными, требуемой мощности дуги достичь не удастся.ШИМ реализуется на микросхеме US3845 (одна из немногих деталей, которую придется покупать). Силовые транзисторы - все те же КТ972 (973). Некоторые элементы на схеме импортные, однако их легко можно заменить на доступные отечественные, поискав аналоги на сайте datasheet.Высокочастотный блок выполнен из частей строчного трансформатора от телевизора.

На выход сварочного инвертора подключаются рабочие провода длиной не более 2 метров. Сечение не менее 10 квадратов. При работе с электродами до 2.5 мм, падение тока минимальное, шов получается гладкий и ровный. Дуга непрерывная, не хуже заводского аналога.

При наличии активного охлаждения (вентиляторы от того-же компьютерного блока питания), конструкцию можно компактно упаковать в небольшой корпус. Учитывая высокочастотные преобразователи, лучше использовать металл.

Итог

Чем сложнее самодельный сварочный аппарат, тем ощутимей экономия. Именно простые трансформаторы обходятся дороже, по причине использования дорогостоящей меди в обмотках или трансформаторного железа. Импульсные блоки питания, особенно при наличии в запасе старых деталей от типовых электроприборов, обходятся практически бесплатно.

Видео по теме

Сварка своими руками в данном случае значит не технология производства сварочных работ, а самодельное оборудование для электросварки. Рабочие навыки приобретаются производственной практикой. Безусловно, прежде чем идти в мастерскую, нужно усвоить теоретический курс. Но претворять его в практику можно только, имея на чем работать. Это первый довод в пользу того, чтобы, самостоятельно осваивая сварочное дело, позаботиться вначале о наличии соответствующего оборудования.

Второй – покупной сварочный аппарат стоит дорого. Аренда тоже недешева, т.к. вероятность выхода его из строя при неквалифицированном пользовании велика. Наконец, в глубинке добраться до ближайшего пункта, где можно взять сварочник напрокат, может быть просто долго и трудно. В общем, первые шаги в сварке металлов лучше начинать с изготовления сварочной установки своими руками. А потом – пусть себе стоит в сарае или гараже до случая. Потратиться на фирменную сварку, буде дело пойдет, никогда не поздно.

О чем будем

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

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

О чем не будем

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

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

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

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

Трансформатор

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

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

Теория

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Магнитопроводы

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

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

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

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

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

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

О, ОЛ

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

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

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

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

Ш, ШЛ

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

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

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

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

ПЛ, ПЛМ

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

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

Если есть трансформатор

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

Расчет сварочного трансформатора

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

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

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

Намотка и доводка

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

Изолирование

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

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

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

Намотка

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

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

Доводка и домотка

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

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

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

Тянем ВХ

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

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

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

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

А остальное?

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

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

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

Пробуем постоянку

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

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

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

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

Микродуга

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

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

Видео: самодельный аппарат для сварки скруток

Видео: сварочный аппарат своими руками из конденсаторов

Контакт! Есть контакт!

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

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

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

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

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

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

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

Об электродах

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

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

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

Как давать импульс

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

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

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

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 мм 2, намотанной на любом сердеч­нике, например, от . 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.

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.

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), см 2 с, 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, см 2 . 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.

Рисунок 4. Схема магнитопровода тороидального типа.

Сечение сердечника должно состав­лять S = 45 - 55 см 2 . 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; W1 1 W1 2 - сетевые обмотки, включенные параллельно; W 2 - сварочная обмотка; S =axb- площадь поперечного сечения сердечника, см 2 , 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.

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/мм 2 . При токе сварки 130 - 160 А (электрод dэ = 4 мм) мощность вторичной обмотки составит Р 2 =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 S 1 должно быть не менее 5 - 6 мм. На практике желательно ис­пользовать провод сечением 6 - 7 мм 2 . Либо это прямоугольная шина, либо мед­ный обмоточный провод диаметром (без изоляции) 2,6 - 3мм. (Расчет по известной формуле S = пиR 2, где S- площадь круга, мм 2 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 W 1 определяется из следующего соотноше­ния: W 1 = [(30 - 50):S] х U 1 где 30-50 - постоянный коэффициент; S- сечение керна, см 2 , W 1 = 240 витков с отводами от 165, 190 и 215 витков, т.е. через каждые 25 витков.

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 W 2.

Вторичная обмотка W 2 должна 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.

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 W 1 W 2, 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 мм 2 .

Рисунок 8. Схема подключения измерительных приборов.

Для второго способа намотки основная сварочная обмотка W 2 1 наматывается 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 W 2 2 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. 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.

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.

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 определяют ток, протекающий в сварочной обмотке. Например, при подключении Rн = 0,2ом Uвых = 30в.

Отмечают точку на шкале прибора. Трех - четырех измерений с различными R H до­статочно, 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).

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.

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.