Выбор бытовых сварочных аппаратов на современном рынке огромен - от трансформаторных и инверторных до аппаратов плазменной резки. Основная область использования данной электроаппаратуры в бытовых целях - ремонт авто - мототехники, сварочные работы на малых строительных площадках (дачное строительство). В данной статье предлагаю рассмотреть некоторые моменты по модернизации бытовых трансформаторных сварочных аппаратов на примере сварки фирмы BlueWeld модель Gamma 4.185.
Рассмотрим принципиальную схему аппарата - как видите ничего сложного-обычный силовой трансформатор,с первичной обмоткой на 220/400В, с тепловой защитой и вентилятором охлаждения.
Рабочий ток прибора (от 25 до 160А) регулируется посредством выдвижной части сердечника трансформатора.Аппарат расчитан на работу с покрытыми электродами от 1,5 до 4мм диаметром. Что же явилось предпосылкой к модернизации данного устройства? Прежде всего нестабильность питающего напряжения в том районе, где планировалось использование данного аппарата - в иные дни оно едва достигало 170В (кстати, некоторые инверторные аппараты просто не запускаются при таком напряжении питания). Кроме того, аппарат изначально не предназачен для выполнения сварных швов с высокими эстетическими характеристиками (например при применении электродуговой сварки в процессе художественной холодной ковки металла или при сварке тонкостенных профильных труб) - в общем основным назначением аппарата было""спаять"" между собой две железных болванки. Помимо всего прочего, ""зажечь"" дугу этой сваркой было весьма затруднительно даже при номинальном напряжении питания - про пониженное напряжение вообще говорить не приходится. В итоге было решено прежде всего перевести аппарат на постоянный ток (для стабильности электрической дуги и как следствие увеличения качества сварного соединения) а также повысить напряжение выхода для более стабильного и легкого розжига электрода. Для этих целей идеально подошла схема выпрямителя/умножителя конструкции А.Трифонова - принципиальная электрическая схема (а) и вольт-амперные характеристики (б) показаны на рисунке.
Особую роль в этом техническом решении казалось бы обычного выпрямителя, играет перемычка Х1Х3-вставив ее,получают из обычного диодного моста VD1-VD4 с низкочастотным фильтром C1C2L1 выпрямительное устройство, на выходе которого в режиме холостого хода мы имеем удвоенное напряжение (по сравнению с вариантом работы прибора без перемычки). Рассмотрим более подробно работу схемы. Положительная полуволна напряжения поступает на полупроводниковый вентиль VD1 и зарядив конденсатор С1 до максимума возвращается к началу обмотки трансформатора. В другой полупериод, заряд проходит к конденсатору С2, а от него к вентилю VD2 и далее к обмотке. Конденсаторы С1 и С2 соединены таким образом, что результирующее напряжение оказывается равным суммарному (удвоенному) напряжению, которое и подводится через дроссель на держатель электрода и таким образом способствует стабильному разжиганию дуги. Вентили VD3 и VD4 при замкнутой перемычке Х2Х3 и отсутствии сварочной дуги в работе схемы не участвуют. Главным достоинством схемы является то,что при применении обычной схемы моста имеет место резкое снижение выпрямленного напряжения при увеличении тока нагрузки в момент зажигания дуги-приходится ставить электролитические конденсаторы огромной емкости - 15000мкф, и все это при том, что в момент касания электродом свариваемых поверхностей и мнгновенного разряда конденсатора большой емкости, происходит микровзрыв плазмы с разрушением покрытия электрода, а это ухудшает розжиг. Теперь немного о деталях конструкции.
В качестве вентилей диодного моста применимы полупроводниковые диоды Д161 или В200 со стандартными радиаторами для них.
Если у вас в наличии имеются 2 диода Д161 и 2 диода В200 вы можете сделать мост более компактным - диоды исполнены с разной проводимостью и радиаторы можно скрепить шпильками прямо между собой, не применяя прокладок. В качестве конденсаторов, перестраховавшись, применил набор неполярных конденсаторов МБГО (можно МБГЧ,МБГП).
Емкость каждого получилась по 400 мкф, чего вполне хватило для стабильной работы аппарата. Токовый дроссель L1 намотан на сердечнике от трансформатора ТС-270 проводом сечением 10мм квадратных.
Мотаем до полного заполнения окна. При сборке, между половинами сердечника трансформатора закладываем пластины из текстолита толщиной 0,5мм. Так как планировалось применение аппарата для сварки тонкостенных профильных труб, отрицательный вывод выпрямителя был подведен к электрододержателю, а положительный к ""крокодилу"" массы. Проведенные испытания показали следующие результаты: стабильный розжиг дуги; уверенное поддержание горения дуги; отличный тепловой режим при долговременной работе (10 электродов к ряду); хорошее качество сварных швов (по сравнению с использованием аппарата без выпрямителя). Вывод - модернизация сварочного аппарата с использованием выпрямителя Трифонова заметно улучшают его показатели по всем параметрам.
Сварочный полуавтомат можно купить готовым, но всегда находятся люди, которые пытаются сделать его своими руками. Сделать это не просто, но тем, кто действительно хочет собрать полуавтомат своими руками, придется заранее подготовить все необходимые комплектующие.
Для изготовления сварочного полуавтомата из инвертора потребуются инструменты и материалы:
- инвертор, который способен давать ток примерно в 150 А;
- подающий механизм;
- горелка;
- гибкий шланг;
- катушка с проволокой, с некоторыми изменениями в конструкции;
- сварочный инвертор;
- блок управления.
Подающий механизм в данном случае заслуживает отдельного внимания: с его помощью происходит подача электродной проволоки по гибкому шлангу к точке сварки. В идеале скорость подачи проволоки должна соответствовать скорости расплавления расходного материала. Скорость подачи электродной проволоки очень важна для процесса сварки: от этого зависит качество сварного шва. Необходимо предусмотреть возможность регулирования скоростей для возможности работы с электродной проволокой разного размера из различных материалов. Чаще всего применяется проволока следующих диаметров: 0,8 мм, 1 мм, 1,2 мм, 1,6 мм. Ее наматывают на катушки и заряжают сварочный инвертор. Полностью автоматическая подача проволоки к сварочной горелке значительно сокращает время, затрачиваемое на работы.
Блок управления сварочного полуавтомата имеет канал регулирования, стабилизирующий ток. Действие тока контролирует микроконтроллер в широтно-импульсном режиме. От заполнения широтно-импульсного режима напрямую зависит напряжение на конденсаторе. Именно это напряжение влияет на силу сварочного тока.
Тонкости трансформатора
Есть небольшие тонкости при подготовке трансформатора. Трансформатор необходимо обмотать медной полосой (ширина — 40 мм, толщина — 30). Предварительно полосу необходимо обмотать термобумагой (подойдет от кассового аппарата). Намотка простого толстого провода в данном случае исключена, так как он будет греться.
Вторичная обмотка должна состоять из трех слоев жести. Изолировать слои друг от друга нужно фторопластовой лентой. На выходе необходимо спаять контактные концы вторичной обмотки. Делается это для того, чтобы повысить проводимость токов. Обязательно необходимо предусмотреть обдув вентилятором в корпусе инвертора.
Вернуться к оглавлению
Как настроить инвертор?
Если решено сделать полуавтомат своими руками, для начала необходимо обесточить силовую часть. Кстати, для входного и входного выпрямителей, а также для силовых ключей (предварительно припаянных к медным подложкам) силовой части нужно предусмотреть хорошие радиаторы. В корпусе наиболее нагревающегося радиатора необходимо расположить термодатчик. Теперь силовая часть подключается к блоку управления и включается в сеть. Когда засветится индикатор, надо включить в провода осциллограф Out1, Out2. Теперь найдите двухполярные импульсы, частота которых должна составлять 40-50 кГц. Время между ними корректируется путем изменения напряжения на входе. Величина времени должна составлять 1,5 мкс.
Импульсы на осциллографе должны быть прямоугольными с фронтами не более 500 нс. После проверки инвертора подключите его к сети. Индикатор сварочного полуавтомата должен показать 120 А, если эта надпись на индикаторе не загорелась, значит, необходимо искать и устранять причину низкого напряжения в сварочных проводах. Такая ситуация случается в том случае, если напряжение менее 100 В. После этого требуется протестировать сварочный инвертор посредством изменения тока (при постоянном контроле напряжения на конденсаторе). Затем можно проверить температуру.
После того как сварочный инвертор протестирован, необходимо проконтролировать то, как он поведет себя в нагруженном состоянии. Для этого в сварочные провода включается нагрузочный реостат 0,5 Ом, который должен выдерживать ток более 60 А. В таком состоянии контролируется ток при помощи вольтметра.
В случае если имеются расхождения между заданной величиной тока и его контролируемой величиной, придется подбирать сопротивление до тех пор, пока не будет достигнуто соответствие.
Вернуться к оглавлению
Правила использования сварочного инвертора
По умолчанию, когда вы запустите инвертор, контроллером автоматически будет выставлен размер тока. Если все действия, указанные ранее, выполнены правильно, то величина сварочного тока будет равна 120 А. Если вдруг окажется так, что на индикаторе высветятся восьмерки, это будет свидетельствовать о неисправности. Такие неисправности происходят в том случае, когда в сварочных проводах напряжение не повышается более 100 В. Если это произошло, то придется искать и устранять неисправность.
Когда все выполнено правильно, на месте восьмерок должно отображаться число, обозначающее величину заданного тока. С помощью кнопок данную величину можно изменять, в зависимости от того, какая величина сварочного тока потребуется в каждом конкретном случае. Интервал, в котором возможно изменять величину тока, варьируется от 20 А до 160 А.
Существует возможность контролировать во время всего процесса работы температуру инвертора. Для этого необходимо нажать одновременно обе кнопки. После этого можно будет наблюдать за изменением температуры радиатора, данные которой будут выводиться на индикатор. В норме температура радиатора не должна превышать 75° С. Если температура повысилась более чем на 75° С, она незамедлительно отобразится на индикаторе, и инвертор начнет издавать звуковой сигнал прерывистого типа. Если это случится, то заданный ток автоматически снизится до 20 А. Несмотря на то что величина тока будет резко снижена, инвертор будет продолжать работать. Данный звуковой сигнал будет издаваться до тех пор, пока температура индикации не войдет в норму.
Индикатор может выдавать код ошибки Ert: это произойдет в случае поломки или замыкания термодатчика.
В этом случае точно так же заданный ток будет снижен до 20 А.
Полуавтомат из инвертора своими руками можно изготовить без особых трудностей при наличии соответствующих технических знаний. Чтобы изготовить полуавтомат своими руками, потребуется подготовить определенный перечень механизмов, устройств, инструментов и материалов, которые входят в состав агрегата.
Полуавтомат из инвертора включает в себя инвертор и сварочную горелку.
Подготовка к изготовлению и особенности конструкции
Домашними умельцами разработаны различные схемы конструирования полуавтоматов из инвертора.
Наиболее распространенная схема устройства предполагает необходимый перечень инструментов и материалов:
- сварочный инвертор, который имеет возможность выдавать рабочий ток силой около 150 А;
- подающий механизм, обеспечивающий подачу электродной проволоки в зону сваривания;
- горелка;
- гибкий шланг;
- рабочая бобина с электродной проволокой, имеющая изменения в устройстве;
- блок управления устройством.
Инвертор должен быть мощностью около 150 А.
Особое внимание следует уделить подающему механизму. При помощи использования этого элемента конструкции происходит подача электродной проволоки к горелке по гибкому шлангу. Идеальная скорость подачи проволоки соответствует скорости ее плавления. Показатель скорости подачи проволоки, которую обеспечивает подающий механизм, оказывает существенное влияние на процесс проведения работ и качество выполнения сварочного шва при помощи сварочного полуавтомата.
При конструировании полуавтомата следует предусмотреть возможность изменения скорости подачи электродной проволоки в зону сваривания. Возможность изменять скорость подачи электродного материала позволяет работать с расходниками различного диаметра и из разных материалов. Чаще всего при работе сварочных полуавтоматов применяется проволока с размерами 0,8 мм, 1 мм, 1,2 мм и 1,6 мм. Проволоку наматывают на специальные катушки, устанавливаемые в сварочном устройстве.
Если подача проволоки проводится полностью в автоматическом режиме, то это значительно уменьшает время, требуемое для проведения работ по свариванию заготовок.
Блок управления полуавтоматом оснащается каналом регулировки и стабилизирования рабочей силы тока. Параметры рабочего тока контролируются микроконтроллером в широтно-импульсном режиме. От широтно-импульсного параметра тока во многом зависит напряжение на конденсаторе. Напряжение на последнем непосредственно оказывает влияние на силу рабочего сварного тока.
Выбор трансформатора для инвертора и сборка агрегата
Перед самостоятельным конструированием полуавтомата требуется определиться с типом и мощностью сварочного трансформатора, который планируется установить в полуавтомате. Следует помнить, что при использовании для процесса сваривания проволоки минимального размера 0,8 мм рабочий сварочный ток должен быть 160 А. Мощность сварочного трансформатора для получения такого тока должна составлять 3 кВт. При выборе трансформатора следует обратить внимание на то, что трансформатор на тороидальном сердечнике имеет меньший вес по сравнению с другими типами устройств.
При изготовлении трансформатора нужно учитывать несколько тонкостей. Трансформатор требуется обмотать медной полосой с размерами (40 мм — ширина и 30 мм — толщина). Перед использованием медной полосы ее сначала обматывают термобумагой. Использовать для намотки обычный медный провод нельзя, так как происходит его сильный нагрев.
Вторичную обмотку трансформатора делают из трех слоев жести. Слои жести изолируются между собой при помощи фторопластовой ленты. На выходе концы спаиваются между собой для повышения проводимости. В корпусе, где устанавливается трансформатор, монтируется вентилятор для осуществления обдува с целью повышения охлаждения компонентов системы в процессе работы устройства.
Регулировку тока в приспособлении можно осуществлять двумя способами: по первичной и вторичной обмоткам. Осуществление регулировки первым способом требует использования тиристорной схемы регулировки. Этот способ регулирования имеет определенные недостатки, которые устраняются при помощи включения в цепь реле и некоторых коммутирующих элементов.
При применении регулировки тока по вторичной обмотке возникает высокая пульсация, для снижения которой применяют тиристорную схему. Применение коммутирующих схем приводит к повышению веса конструкции и стоимости установки. По этой причине использование регулировки тока по первичной обмотке считается более приемлемым.
Для сглаживания пульсаций в цепи вторичной обмотки встраиваются сглаживающий дроссель и конденсатор, имеющий емкость около 50000 МкФ. Такая конфигурация устройства позволяет сглаживать пульсации напряжения при выборе любой схемы регулирования тока.
В качестве редуктора для подачи проволоки можно использовать редуктор от стеклоочистителя ВАЗ.
Настройка инвертора-полуавтомата
При сборке инвертора-полуавтомата своими руками требуется для силовых ключей, входного и выходного выпрямителей обеспечить хорошее охлаждение при помощи использования радиаторов. В корпусе также требуется монтировать термодатчик. После проведения монтажа силовой части приспособления проводится подключение ее к блоку управления устройством.
Готовое устройство можно включать в сеть. После того как загорелся индикатор, к устройству подключают осциллограф и проверяют правильность работы. Двуполярные импульсы должны иметь частоту 40-50 Гц, а время между ними корректируется за счет изменения напряжения на входе. Нормальный промежуток времени между импульсами должен составлять 1,5 мкс.
Импульсы, которые регистрирует осциллограф, должны иметь прямоугольные фронты длительностью не более 500 нс.
После проверки инвертора он подключается к бытовой электрической сети. При подключении аппарата индикатор должен показывать 120 А. В случае если этот показатель не достигнут, требуется проверить правильность сборки устройства.
По окончании тестирования аппарата на холостом ходу проводится тестирование устройства под нагрузкой. Для этой цели требуется в цепь сварочных проводов включить нагрузку в виде реостата 0,5 Ом, который способен выдерживать ток больше 60 А. При этой нагрузке контролируется ток при помощи вольтметра.
После сборки агрегата проверяется его работоспособность. Для этого следует нажать на кнопку запуска. Сразу после этого начинает поступать углекислый газ, через несколько секунд включается ток, начинается подача электродной проволоки. При выключении устройства сначала прекращается подача рабочего тока и электродной проволоки и только спустя несколько секунд перекрывается электроклапан, обеспечивающий подачу углекислого газа в зону проведения сварочных работ. В качества клапана для обеспечения подачи углекислого газа можно использовать клапан подачи воды на заднее стекло автомобиля ВАЗ.
Правила использования сварочного инвертора и применение агрегата
После запуска инвертора при помощи контроллера выставляется требуемый для работы ток. В случае правильной настройки на выходе устройства величина электрического тока составляет 120 А. При помощи блока управления при необходимости силу тока можно изменять в интервале от 20 до 160 А. При использовании агрегата следует контролировать температуру его нагрева. Температура нагрева не должна превышать 75º С. Для ее контроля в устройстве следует установить термодатчик. При увеличении температуры выше установленного максимума устройство следует отключить и дать ему время на остывание. Для улучшения охлаждения в агрегате предусмотрена установка нескольких вентиляторов.
Полуавтомат сварочный, изготовленный на основе инвертора, применяют для проведения процедуры точного сваривания изделий из различных типов стали. Помимо этого устройство используется для сваривания тонких металлических заготовок. Использование полуавтомата распространено при проведении автомобильных ремонтных работ кузова.
После изготовления полуавтоматической сварки из инвертора для дома этот агрегат становится незаменимым устройством, используемым в домашнем хозяйстве для выполнения большого количества различных сварочных работ.
Инверторы широко применяются домашними и гаражными мастерами. Однако сварка таким аппаратом требует от оператора определенных навыков. Необходимо умение «держать дугу».
К тому же сопротивление дуги – величина непостоянная, поэтому качество шва напрямую зависит от квалификации сварщика.
Все эти проблемы отходят на задний план, если вы работаете полуавтоматическим сварочным аппаратом.
Особенности конструкции и принцип работы полуавтомата
Отличительная черта этого сварочника – вместо сменных электродов применяется непрерывно подаваемая в зону сварки проволока.
Она обеспечивает постоянный контакт и обладает меньшим сопротивлением, в сравнении с дуговой сваркой.
Благодаря этому в точке контакта с заготовкой моментально образуется зона расплавленного металла. Жидкая масса склеивает поверхности, образуя качественный и прочный шов.
С помощью полуавтомата легко варятся любые металлы, включая цветные и нержавейку. Освоить технику сварки можно самостоятельно, нет необходимости записываться на курсы. Аппарат очень прост в эксплуатации, даже для начинающего сварщика.
Помимо электрической части – источника тока большой мощности, полуавтомат имеет в конструкции механизм непрерывной подачи сварочной проволоки и горелку, оборудованную соплом для создания газовой среды.
С обычной омедненной проволокой работают в среде защитного инертного газа (как правило – углекислого). Для этого баллон с редуктором подключают к специальному входному штуцеру на корпусе полуавтомата.
Кроме того, полуавтоматом можно варить в самозащитной среде, которая создается с помощью специального напыления на сварочной проволоке. В этом случае инертный газ не используется.
Именно простота работы и универсальность полуавтомата делает агрегат таким популярным среди сварщиков-любителей.
Во многих комплектах реализована функция два в одном – и полуавтомат в общем корпусе. От инвертора сделан дополнительный отвод – клемма подключения держателя сменных электродов.
Единственный серьезный недостаток – качественный полуавтомат стоит существенно дороже простого инвертора. При схожих характеристиках, стоимость отличается в 3-4 раза.