Мощная контактная сварка своими руками

Мощная контактная сварка своими руками

Аппараты для точечной сварки не так часто используются в быту, как дуговые, но иногда без них невозможно обойтись. Учитывая, что стоимость такого оборудования начинается от $450-$470, рентабельность его покупки вызывает сомнения.

Бытовой аппарат для точечной сварки CBA-1,5AK

Выход из такой ситуации – контактная точечная сварка своими руками. Но, прежде чем рассказать, как самостоятельно сделать такое устройство, давайте рассмотрим, что представляет собой точечная сварка и технологию ее работы.

Кратко о точечной сварке

Данный тип сварки относится к контактным (термомеханическим). Заметим, что к такой категории также относят шовную и стыковую сварку, но их реализовать в домашних условиях не представляется возможным, поскольку для этой цели понадобится сложное оборудование.

Сварочный процесс включает в себя следующие этапы:

  • детали совмещают в необходимом положении;
  • закрепляют их между электродами аппарата, которые прижимают детали;
  • производится нагрев, в результате которого за счет пластического деформирования детали прочно соединяются между собой.

Производственный аппарат точечной сварки (такой как показан на фото) способен в течение минуты совершить до 600 операций.

Оборудование для машинной точечной сварки

Технология процесса

Чтобы нагреть детали до необходимой температуры, на них подается кратковременный импульс элетротока большой силы. Как правило, импульс длится в от 0,01 до 0,1 секунды (время подбирается исходя из характеристик металла, из которого изготовлены детали).

При импульсе металл расплавляется, и между деталями образовывается общее жидкое ядро, пока оно не застынет, свариваемые поверхности необходимо удерживать под давлением. Благодаря этому, остывая, расплавленное ядро кристаллизируется. Рисунок, иллюстрирующий процесс сварки, показан ниже.

Иллюстрация процесса точечной сварки

Обозначения:

  • A – электроды;
  • B – свариваемые детали;
  • С – ядро сварки.

Давление на детали необходимо для того, чтобы при импульсе по периметру ядра расплавленного метала образовался уплотняющий пояс, не позволяющий вытекать расплаву за пределы зоны, где происходит сварка.

Чтобы обеспечить лучшие условия для кристаллизации расплава, давление на детали снимается постепенно. Если необходимо «проковать» место сварки с целью устранить неоднородности внутри шва, усиливают давление (делают это на финальной стадии).

Обратим внимание, что для обеспечения надежного соединения, а также качества шва, предварительно необходимо обработать поверхности деталей в местах, где будет происходить сварка. Это делается для удаления оксидной пленки или коррозии.

Когда требуется обеспечить надежное соединение деталей толщиной от 1 до 1,5 мм, применяют конденсаторную сварку. Принцип ее действия следующий:

  • блок конденсаторов заряжают электротоком небольшой силы;
  • разряд конденсаторов производится через соединяемые детали (силы импульса достаточно для обеспечения необходимого режима сварки).

Такой тип сварки применяется в тех сферах промышленности, где необходимо соединить миниатюрные и сверхминиатюрные компоненты (радиотехника, электроника и т.д.).

Говоря о технологии точечной сварки следует отметить, что с ее помощью можно соединять между собой разнородные металлы.

Примеры самодельных конструкций

В интернете есть много примеров создания аппаратов, производящих точечную сварку. Приведем несколько наиболее удачных конструкций. Ниже показана схема простого устройства для точечной сварки.

Пример принципиальной схемы аппарата

Для реализации нам понадобятся следующие радиодетали:

  • R — переменное сопротивление номиналом 100 Ом;
  • С – конденсатор, рассчитанный на напряжение не менее 25 В с емкостью 1000 мкФ;
  • VD1 – тиристор КУ202, буквенный индекс может быть К, Л, М или Н, можно также использовать ПТЛ-50, но в этом случае емкость «С» необходимо понизить до 1000 мкФ;
  • VD2-VD5 – диоды Д232А, зарубежный аналог – S4M;
  • VD6-VD9 – диоды Д226Б, их можно заменить зарубежным аналогом 1N4007;
  • F – плавкий предохранитель на 5 А.

Необходимо сделать отступление, чтобы рассказать, как изготовить трансформатор TR1. Он изготавливается на базе железа Ш40, с толщиной набора 70 мм. Для первичной обмотки потребуется провод ПЭВ2 Ø0,8 мм. Количество витков в обмотке – 300.

Чтобы сделать вторичную обмотку, понадобится медный многожильный провод Ø4 мм. Его допускается заменить шиной, при условии, что ее сечение будет как минимум 20 мм 2 . Количество витков вторичной обмотки – 10.

Видео: контактная сварка своими руками

Что касается TR2, то для него подойдет любой из маломощных трансформаторов (от 5 до 10 Вт). При этом на обмотке II, используемой для подключения лампы подсветки «H», должно быть выходное напряжение в пределах 5-6 В, а обмотки III – 15 В.

Мощность изготовленного аппарата будет относительно не высокая, в пределах от 300 до 500 А, максимальное время импульса до 0,1 сек (при условии, что номиналы «R» и «С» будут такими же, как на приведенной схеме). Этого вполне достаточно для сварки стальной проволоки Ø0,3 мм или листового металла, если его толщина не превышает 0,2 мм.

Приведем схему более мощного аппарата, у которого сварочный электроток импульса будет в пределах от 1,5 кА до 2 кА.

Читайте также:  Система отопления в две трубы

Схема аппарата с силой импульса до 2 кА

Перечислим используемые в схеме компоненты:

  • номиналы сопротивлений: R1-1.0 кОм, R2-4.7 кОм, R3-1.1 кОм;
  • емкости в схеме: С1-1.0 мкФ, С2-0,25 мкФ. Причем, С1 должен быть рассчитан под напряжение не менее 630 В;
  • VD1-VD4 диоды – диоды Д226Б, допускается замена на зарубежный аналог 1N4007, вместо диодов можно поставить диодный мост, например, КЦ405А;
  • тиристор VD6 – КУ202Н, его необходимо поместить на радиатор, площадью не менее 8 см 2 ;
  • VD6 – Д237Б;
  • F — плавкий предохранитель на 10 А;
  • К1 – это любой магнитный пускатель, у которого имеется три пары рабочих контактов, а обмотка рассчитана на

220 В, например, можно установить ПМЕ071 МВУХЛЗ AC3.

Теперь расскажем, как сделать трансформатор ТR1. За основу взят автотрансформатор ЛАТР-9, такой, как показан на фотографии.

Используемый за основу автотрансформатор

Обмотка в этом автотрансформаторе насчитывает 266 витков, сделана она медным проводом Ø1,0 мм, ее мы будем использовать в качестве первичной. Аккуратно разбираем конструкцию, чтобы не повредить обмотку. Вал и прикрепленный к нему передвижной роликовый контакт демонтируем.

Дале нам необходимо изолировать контактную дорожку, с этой целью очищаем ее от пыли, обезжириваем и покрываем лаком. Когда он просохнет дополнительно, изолируем всю обмотку, используя лакоткань.

В качестве вторичной обмотки используем медный провод с площадью сечения как минимум 80 мм 2 . Важно, чтобы изоляция этого провода была термостойкой. Когда все условия соблюдены, делаем им обмотку из трех витков.

Настройка собранного устройства сводится к градированию шкалы переменного резистора, регулирующего время импульса.

Рекомендуем перед тем как приступать к сварке, установить опытным путем оптимальное время для импульса. Если длительность будет излишней, детали будут прожжены, а если меньше необходимой — прочность соединения будет ненадежной.

Как уже писалось выше, аппарат способен выдать сварочный электроток силой до 2000 А, что позволяет сваривать стальной провод Ø3 мм или листовую сталь, толщина которой не превышает 1,1 мм.

Постройкой данного аппарата занялся очень давно, еще в начале 2000-х. Нашел подходящую статью в журнале Радиоаматор №11. 2001, все устроило. Собрал трансформатор…

Сверил со схемой и изготовил печатную плату и корпус для всей электроники. Стал проверять и настраивать электронную часть, оказалось, что она не работает. Не работает не из-за моих ошибок в разводке платы и не из-за неисправных деталей. Причиной были многочисленные ошибки в принципиальной схеме. Это я уже понял. После неудачных попыток исправить все, по нехватке знаний в цифровой технике, насколько смог, добился от устройства нескольких выдержек времени. Этого мне пока хватало, а переделывать все не было никакого желания. Да и острая необходимость в контактной сварке отпала сама собой. Аппарат был успешно взгромоздён на полку в подвале и забыт надолго.
Потом была пара подтоплений в подвале, уровень воды поднимался до пояса и все, что нажито непосильным трудом, разом пришло в негодность.
Теперь снова возникла потребность в этой сварке. Достал, начал проверять и после вскрытия обнаружил испорченные "кишки" всей электроники, кроме некоторых элементов и соответственно самого силового трансформатора.
Взялся за повторение проекта и с учетом прошлых ошибок начал проверять правильность схемы в первоисточнике. Было выявлено еще несколько ошибок в схеме. Потом здесь в сообществе просил помочь мне прогнать схему в Протеусе, т.к. я с ним совсем не работал и представления не имею как это делать. Некоторые просто давали советы, некоторые на словах (глядя на мою схему) описывали как должно все работать. Некоторые вообще были возмущены такой дерзкой просьбой и и моей попыткой отнять у них драгоценнейшее время. Посоветовали мне собрать все на макетной плате для Ардуино и в таком виде проверить работоспособность устройства. "Ведь 21 век на дворе" есть такая "чудо-плата", на ней и проверяй". А на мою просьбу проверить все в Протеусе так никто и не откликнулся.
Ну, это все лирика и вступление, хватит букв — к устройству…
Трансформатор на первой фотографии — "стёб" — это "диванным теоретикам".
Вот транс, который был намотан на шести сердечниках ТС-270, провод первичной обмотки диаметром 3,2 мм, вторичка намотана 4 витка кабелем от промышленной дуговой сварки (сечение я к сожалению не знаю). Напряжение холостого хода во вторичной обмотке 6 вольт:

Еще раз проверил схему и сравнил каждую мелкосхему с даташитом, как оно должно работать (в теории). Вот первоначальная схема, кстати и она немного подправлена на предмет лишних соединений :

Все-таки нашел в своем городе человека, владеющего Протеусом и он проверил работоспособность схемы в программе. "Вылизал" все "косяки" и уже получилась нормальная, работоспособная схема.
Вот она:

Читайте также:  Как сохранить луковицы тюльпанов в домашних условиях

Все вроде складывалось. Сделал "печатку", запаял детальки и принялся настраивать. И здесь не обошлось без мелких неприятностей. Генератор на микросхеме DD4.1-DD4.3 выдавал импульсы с частотой 100 Гц, но у сигнала была слишком большая амплитуда и установленная выдержка работала 1 раз из 20 — 30 попыток. Пришлось опытным путем (методом "научного тыка") подобрать задающие элементы на входе генератора (R9, C2). Причем установка простого резистора на 5 кОм вместо R1 не дала результата. Установил еще и конденсатор…
Да, чуть не забыл, в качестве управляющего элемента для силового трансформатора был использован сдвоенный оптосимистор МТОТО 80, специально раздобытый для данного устройства. Запас по току у него огромный, даже с избытком…

Трансформатор. Основная составляющая часть любого оборудования для контактной точечной сварки — силовой трансформатор с большим коэффициентом трансформации (для обеспечения большого сварочного тока). Такой трансформатор можно сделать из трансформатора от мощной микроволновой печки (мощность трансформатора должна быть около 1 кВт или выше) питающего магнетрон.

Эти трансформаторы отличаются своей доступностью и большой мощностью. Такого трансформатора хватит для аппарата точеной сварки, способного сваривать стальные листы толщиной 1 мм. Если потребуется более мощный аппарат точечной сварки, то можно использовать два (и более) трансформатора (как это организовать описано ниже).

В микроволновке, для работы магнетрона необходимо очень высокое напряжение (около 4000В). Поэтому трансформатор питающий магнетрон, не понижающий, а повышающий. У его первичной обмотки количество витков меньше, чем у вторичной, а толщина обмоточного провода больше.

От такого трансформатора нужен магнитопровод и первичная обмотка (та, где меньше витков и провод толще). Вторичная обмотка срезается ножовкой или отрубается стамеской (если магнитопровод надежно сварен, а не склеен), выбивается стержнем или высверливается и выковыривается. Необходимость в высверливании возникает, когда обмотка набита в окно очень плотно и попытка её выбить может привести к разрушению магнитопровода.

При удалении вторичной обмотки нужно стараться не повредить первичную обмотку.

Кроме двух обмоток, в трансформатор могут быть вмонтированы шунты, ограничивающие ток, их тоже обязательно нужно убрать.

После извлечения из трансформатора ненужных элементов, наматывается новая вторичная обмотка. Для обеспечения большого тока, близкого к 1000А, необходим толстый медный провод, площадью сечения более 100 мм 2 (провод диаметром более 1 см). Это может быть либо один многожильный провод, либо пучок нескольких проводов небольшого диаметра. Если изоляция провода толстая и мешает сделать достаточное количество витков, то её можно снять, а провод обмотать тканевой изолентой. Длина провода должна быть наименьшей из возможной, чтобы не создавать дополнительного сопротивления.

Делается 2-3 витка. На выходе должно получиться около 2В, этого будет достаточно. Если удастся впихнуть в окна трансформатора больше витков, то выходное напряжение будет больше, следовательно будет дольше ток (в сравнении с меньшим количеством витков провода такого же диаметра) и мощность аппарата.

Если есть два одинаковых трансформатора, то их можно объединить в один, более мощный, источник тока. Это может потребоваться когда в наличии два трансформатора с недостаточной мощностью или когда требуется сделать своими руками аппарат точечной сварки для работы с более толстым металлом.

Например, в случае недостаточно мощных трансформаторов, каждый из трансформаторов мощностью 0,5 кВт имеет входное напряжение 220В, выходное напряжение равно 2В при номинальном токе 250А (значение взято для примера, пусть кратковременный ток сварки будет 500А). Соединив одноименные выводы первичных и вторичных обмоток, получим устройство, в котором при том же значении напряжения (2В) номинальное значение выходного тока составит 500А (почти также удвоится и ток сварки, будут больше потери из-за сопротивлений).

При этом, показанные на схеме соединения в цепи вторичных обмоток должны быть на электродах, то есть в случае двух трансформаторов мощностью 0,5 кВт будет два одинаковых провода диаметром 1 см, концы которых соединены с электродами.

Если есть два достаточно мощных трансформатора и нужно увеличить напряжение, а размеры окна магнитопровода не позволяют сделать нужное количество витков толстым проводом на одном трансформаторе, то вторичные обмотки двух трансформаторов соединяются последовательно (один провод протягивается через два трансформатора), с одинаковым количеством витков на каждом трансформаторе. Направление витков должно быть согласованно, чтобы не получилось противофазы и как следствие, напряжения на выходе близкого к нулю (сначала можно поэкспериментировать с тонкими проводами).

Обычно в трансформаторах одноименные выводы обмоток всегда обозначены. Если по каким-либо причинам они неизвестны, то их можно определить, поставив простой эксперимент, схема которого изображена ниже.

Здесь входное напряжение подается на последовательно соединенные первичные обмотки двух одинаковых трансформаторов, а на выходе, образованном последовательным соединением вторичных обмоток, включен вольтметр переменного напряжения. В зависимости от направления включения обмоток может быть два случая: вольтметр показывает какое-то напряжение или напряжение на выходе равно нулю. Первый случай свидетельствует о том, что и в первичной, и во вторичной цепях объединены между собой разноимённые выводы соответствующих обмоток. В самом деле, напряжение на каждой из первичных обмоток равно половине входного и трансформируется во вторичных обмотках с одинаковыми коэффициентами трансформации. При указанном включении вторичных обмоток напряжения на них суммируются и вольтметр дает удвоенное значение напряжения каждой из обмоток. Нулевое показание вольтметра свидетельствует о том, что равные по значению напряжения на последовательно включенных вторичных обмотках трансформаторов имеют противоположные знаки и, следовательно, какая-либо из пар обмоток объединена одноименными выводами. В этом случае, изменив, например, последовательность соединения выводов первичных обмоток так, как это показано на рисунке (б), получим на выходе удвоенное значение выходного напряжения каждой из вторичных обмоток и можно будет считать, что обмотки трансформатора соединены разноименными выводами. Очевидно, что такой же результат можно получить изменив последовательность соединения выводов вторичных обмоток.

Читайте также:  Варианты ремонта коридора в квартире

Чтобы сделать своими руками более мощный аппарат точечной сварки можно соединить подобным же образом больше трансформаторов, если только это позволяет сделать сеть. Слишком мощный трансформатор будет вызывать большое падение напряжения в сети, приводить к срабатыванию предохранителей, миганию лампочек, жалобам соседей и т.п. Поэтому мощность самодельных аппаратов для точечной сварки ограничивают обычно значениями, которые обеспечивают силу сварочного тока в 1000-2000А. Нехватку силы тока компенсируют увеличением времени сварочного цикла.

Электроды. В качестве электродов используются стержни (прутки) из меди. Чем толще будет электрод тем лучше, желательно чтобы диаметр электрода не был меньше диаметра провода. Для аппаратов небольшой мощности подходят жала от мощных паяльников.

Электроды необходимо периодически подтачивать, т.к. они теряют форму. Со временем они стачиваются полностью и требуют замены.

Как уже писалось, длина провода, идущего от трансформатора к электродам, должна быть минимальной. Также должно быть минимум соединений, т.к. на каждом соединении происходит потеря мощности. В идеале на оба конца провода надеваются медные наконечники, через которые провод соединяется с электродами.

Наконечники должны быть спаяны с проводом (жилы провода тоже должны быть спаяны). Дело в том, что со временем (возможно и при первом же запуске), в месте контактов происходит окисление меди приводящее к росту сопротивления и большой потере мощности, из-за чего аппарат может перестать сваривать. Плюс при обжиме наконечников площадь контакта меньше чем при пайке, что тоже увеличивает сопротивление контакта.

Из-за большого диаметра провода и наконечника для него, спаять их непросто, однако облегчить эту задачу могут продающиеся луженые наконечники под пайку.

Неспаянные соединения наконечников с электродами тоже создают дополнительное сопротивление и окисляются, но т.к. электроды должны быть съемными, неудобно каждый раз при замене отпаивать старые и припаивать новые. Тем более это соединение гораздо проще очистить от окислов, чем конец многожильного провода обжатого наконечником.

Органы управления. Единственными органами управления могут быть рычаг и выключатель.

Сила сжатия между электродами должна быть достаточной для обеспечения контакта свариваемых деталей меду электродами, и чем толще свариваемые листы, тем больше должна быть сила сжатия. На промышленных аппаратах эта сила измеряется десятками и сотнями килограмм, поэтому рычаг стоит делать подлиннее и покрепче, а основание аппарата помассивнее и с возможностью крепления струбцинами к столу.

Большое усилие прижима у самодельных аппаратов для точечной сварки можно создать не только рычажным, но и рычажно-винтовым зажимом (винтовая стяжка между рычагом и основанием). Возможны и другие способы, требующие различного оборудования.

Выключатель должен устанавливаться в цепь первичной обмотки, потому что в цепи вторичной обмотки очень большой ток и выключатель будет создавать дополнительное сопротивление, кроме того контакты в обычном выключателе могут намертво свариться.

В случае рычажного прижимного механизма, выключатель следует монтировать на рычаге, тогда одной рукой можно давить на рычаг и включать ток. Вторая рука останется свободной для придерживания свариваемых деталей.

Эксплуатация. Включать и выключать сварочный ток необходимо только при сжатых электродах, в противном случае возникает интенсивное искрение, приводящее к подгоранию электродов.

Желательно использовать принудительное охлаждение аппарата с помощью вентилятора. При отсутствии последнего нужно постоянно контролировать температуру трансформатора, токопроводов, электродов и делать перерывы, чтобы не допустить их перегрева.

Качество сварки зависит от приобретенного опыта, который сводится в основном к выдерживанию необходимой продолжительности токового импульса на основании визуального наблюдения (по цвету) за сварной точкой. Подробнее про выполнение точечной сварки написано в статье Контактная точечная сварка.

Видео:

Ссылка на основную публикацию
Моченые яблоки с корицей и гвоздикой
Осень – время приготовления заготовок. Одна из самых вкусных – квашеные яблоки, это очень здоровый источник полезных бактерий, необходимых организму,...
Монтаж стеновых панелей дома
Отделка стен пластиковыми панелями сейчас очень популярна. Но перед принятием решения выбрать именно этот вариант стоит изучить информацию о свойствах...
Монтаж террасы своими руками
Терраса – это площадка, пристраиваемая к дому или стоящая отдельно. Обычно она напоминает большое крыльцо, примыкающее к стене у входа...
Мошки в квартире осенью
Как избавиться от мошек в квартире Приход весны всегда настраивает на смену гардероба, на беззаботный отдых и скорое открытие пляжного...
Adblock detector