Как сделать дроссель для сварочного аппарата своими руками

Как сделать дроссель для сварочного аппарата своими руками?

Практически каждый мастер хотя бы раз задумывался над тем, как сделать дроссель для сварочного аппарата своими руками. Сегодня продается достаточно большое количество различных устройств, которые можно использовать в условиях малого производства. Это может быть приспособление, которое работает на временном или непрерывном токе, полуавтомат для сварки или изделие с использованием электродов. Однако качественное устройство стоит очень дорого, а бюджетные аналоги быстро приходят в негодность.

Схема сварочного аппарата переменного тока с отдельным дросселем: 1 – первичная обмотка, 2 – сердечник, 3 – вторичная обмотка, 4 – обмотка дросселя, 5 – неподвижная часть сердечника дросселя, 6 – подвижная часть сердечника дросселя, 7 – винтовая пара, Др – регулятор тока.

Для сборки самодельного приспособления для сварки понадобится подобрать и соорудить все нужные элементы, в том числе и дроссель.

Устройство сварочного трансформатора

Рассмотрим подробнее сварочный трансформатор: устройство и принцип действия. Регулировка тока в сварочном трансформаторе (далее – СТ) осуществляется по двум основным схемам:

1. В первом случае, применяется трансформатор с нормальным рассеянием магнитного поля, которое осуществляется совмещённым или отдельным дросселем. Непосредственно сама регулировка сварочного тока производится изменением воздушного зазора в магнитопроводе дросселя;
2. Во втором случае, регулировка гаджета осуществляется за счет управления рассеянием магнитного поля. Этот процесс может осуществляться следующими методами:

• изменением размеров воздушного промежутка между первичной и вторичной обмотками;
• согласованным изменением числа витков первичной и вторичной обмоток;
• применением подмагничиваемого шунта. Он изменяет магнитную проницаемость между стержнями магнитопровода, чем и осуществляется регулировка сварочного тока.

Конструкция и органы управления однопостовым сварочным трансформатором с подвижными обмотками (т. е. работающим по первой схеме) приведены на рисунке.

Органы управления сварочным трансформатором. Ист. http://moiinstrumenty.ru/svarochnyj/svarochnyi-transformator-svoimi-rukami.html.

Магнитопровод с катушками и механизмами помещается в защитный кожух, который имеет жалюзи для охлаждения. Регулировка величины сварочного тока в таком СТ осуществляется с помощью подвижной обмотки, которая перемещается посредством ходовой гайки и вертикального винта с ленточной резьбой. В движение последний приводится при помощи рукоятки.

Сварочные провода подключаются к специальным зажимам. СТ представляет собой массивную конструкцию (очень тяжёлый сердечник). Поэтому, для погрузо-разгрузочных работ, он оснащён рым-болтом, а для перемещения по рабочему объекту – транспортной тележкой и ручкой.

Типы сварочных аппаратов

Современный рынок наполнен достаточно большим разнообразием сварочных аппаратов, но далеко не все целесообразно собирать своими руками.

В зависимости от рабочих параметров устройств различают такие виды устройств:

• на переменном токе – выдающие переменное напряжение от силового трансформатора напрямую к сварочным электродам;
• на постоянном токе – выдающие постоянное напряжение на выходе сварочного трансформатора;
• трехфазные – подключаемые к трехфазной сети;
• инверторные аппараты – выдающие импульсный ток в рабочую область.

Первый вариант сварочного агрегата наиболее простой, для второго понадобиться доработать классическое трансформаторное устройство выпрямительным блоком и сглаживающим фильтром. Трехфазные сварочные аппараты используются в промышленности, поэтому рассматривать изготовление таких устройств для бытовых нужд мы не будем. Инверторный или импульсный трансформатор довольно сложное устройство, поэтому чтобы собрать самодельный инвертор вы должны уметь читать схемы и иметь базовые навыки сборки электронных плат. Так как базой для создания сварочного оборудования является понижающий трансформатор, рассмотрим порядок изготовления от наиболее простого, к более сложному.

На переменном токе

По такому принципу работают классические сварочные аппараты: напряжение с первичной обмотки 220 В понижается до 50 – 60 В на вторичной и подается на сварочный электрод с заготовкой.

Перед тем, как приступить к изготовлению, подберите все необходимые элементы:

• Магнитопровод – более выгодными считаются наборные сердечники с толщиной листа 0,35 – 0,5мм, так как они обеспечивают наименьшие потери в железе сварочного аппарата. Лучше использовать готовый сердечник из трансформаторной стали, так как плотность прилегания пластин играет основополагающую роль в работе магнитопровода.
• Провод для намотки катушек – сечение проводов выбирается в зависимости от величины, протекающих в них токов.
• Изоляционные материалы – основное требование, как к листовым диэлектрикам, так и к родному покрытию проводов – устойчивость к высоким температурам. Иначе изоляция сварочного полуавтомата или трансформатора расплавится и возникнет короткое замыкание, что приведет к поломке аппарата.

Наиболее выгодным вариантом является сборка агрегата из заводского трансформатора, в котором вам подходит и магнитопровод, и первичная обмотка. Но, если подходящего устройства под рукой нет, придется изготовить его самостоятельно. С принципом изготовления, определения сечения и других параметров самодельного трансформатора вы можете ознакомиться в соответствующей статье: https://www.asutpp.ru/transformator-svoimi-rukami.html.

В данном примере мы рассмотрим вариант изготовления сварочного аппарата из блока питания микроволновки. Следует отметить, что трансформаторная сварка должна обладать достаточной мощностью, для наших целей подойдет сварочный аппарат хотя бы на 4 – 5кВт. А так как один трансформатор для микроволновки имеет только 1 – 1,2 кВт, для создания аппарата мы будем использовать два трансформатора.

Для этого вам понадобится выполнить такую последовательность действий:

• Возьмите два трансформатора и проверьте целостность обмоток, питаемых от электрической сети 220В.
• Распилите магнитопровод и снимите высоковольтную обмотку,

Рис. 1: распилите сердечник

Рис. 2: уберите высоковольтную обмотку
оставив только низковольтную, в таком случае намотку первичной катушки уже делать не нужно, так как вы используете заводскую.

Удалите из цепи катушки на каждом трансформаторе токовые шунты, это позволит увеличить мощность каждой обмотки.

Рис. 3: удалите токовые шунты

Рис. 4: намотайте вторичную обмотку на каркас

Рис. 5: сделайте диэлектрическую прокладку

Рис. 6: поместите катушку в магнитопровод

Рис. 7: подключите шнур питания и кабели

Установите на кабель держатель и электрод диаметром 4 – 5мм. Диаметр электродов подбирается в зависимости от силы электрического тока во вторичной обмотке сварочного аппарата, в нашем примере она составляет 140 – 200А. При других параметрах работы, характеристики электродов меняются соответственно.

Во вторичной обмотке получилось 54 витка, для возможности регулировки величины напряжения на выходе аппарата сделайте два отвода от 40 и 47 витка. Это позволит осуществлять регулировку тока во вторичке посредством уменьшения или увеличения количества витков. Ту же функцию может выполнять резистор, но исключительно в меньшую сторону от номинала.

На постоянном токе

Такой аппарат отличается от предыдущего более стабильными характеристиками электрической дуги, так как она получается не напрямую с вторичной обмотки трансформатора, а от полупроводникового преобразователя со сглаживающим элементом.

Рис. 8: принципиальная схема выпрямления для сварочного трансформатора

Как видите, делать намотку трансформатора для этого не требуется, достаточно доработать схему существующего устройства. Благодаря чему он сможет выдавать более ровный шов, варить нержавейку и чугун. Для изготовления вам понадобится четыре мощных диода или тиристора, примерно на 200 А каждый, два конденсатора емкостью в 15000 мкФ и дроссель. Схема подключения сглаживающего устройства приведена на рисунке ниже:

Рис. 9: схема подключения сглаживающего устройства

Процесс доработки электрической схемы состоит из таких этапов:

Установите полупроводниковые элементы на радиаторы охлаждения.

Рис. 10: установите диоды на радиаторы

В связи с перегревом трансформатора во время работы, диоды могут быстро выйти со строя, поэтому им нужен принудительный отвод тепла.

Соедините диоды в мост, как показано на рисунке выше, и подключите их к выводам трансформатора.

Рис. 11: соедините диоды в мост

Целесообразность использования инверторов и их основные недостатки

Широкое применение сварочных инверторов объясняется целым рядом весомых преимуществ, которыми они обладают.

• Устройства данного типа отличаются высокой мощностью и производительностью.
• Сварной шов, формируемый с использованием инверторов, характеризуется высоким качеством и надежностью.
• Наряду с высокой мощностью, устройства данного типа отличаются компактными размерами и небольшим весом, что дает возможность легко переносить их в то место, где будут выполняться сварочные работы.
• Сварочные инверторы обладают большим КПД (порядка 90%), потребляемая электрическая энергия используется в них эффективнее, чем в трансформаторах.
• Благодаря высокому КПД такие аппараты отличаются экономичным расходованием потребляемой электроэнергии.
• В процессе выполнения сварочных работ с помощью инвертора расплавленный металл разбрызгивается незначительно, что отражается на более рациональном потреблении расходных материалов.
• Инверторы обеспечивают возможность плавной регулировки сварочного тока.
• Благодаря наличию в таких устройствах дополнительных опций уровень квалификации сварщика почти не влияет на качество выполнения работ.
• Широкая универсальность инверторов упраздняет вопрос о том, какой аппарат выбрать для выполнения сварки по различным технологиям.

Инверторные устройства выбирают в том случае, когда нужен аппарат, характеристики которого обеспечивают высокую стабильность горения сварочной дуги в любой ситуации. При использовании инверторов не возникает вопрос и о том, какой электрод выбрать для выполнения сварочных работ, так как с помощью этого оборудования можно варить металл электродами любого типа.

Конечно, недостатки у инверторов тоже есть, но их не так много. Сюда следует отнести достаточно высокую стоимость таких устройств, по сравнению с обычными сварочными трансформаторами. Дороги такие устройства и в ремонте, который чаще всего связан с необходимостью замены мощных транзисторов (их стоимость может составлять до 60% цены всего аппарата).

Популярные модели

Линейка балластников с маркировкой «РБ» – это 5-ти и 6-ти позиционные варианты с шагом значений от 5-ти до 10-ти ампер. Числовое обозначение соответствует диапазону от минимального до максимального значения сварочного тока.

РБ-302

При полуавтоматической и ручной сварке в режиме от 30 А до 70 А к трансформаторам, выпрямителям, генераторам рекомендуется подключать эту модель сварочного реостата. Продолжительность включения не менее 10 минут, этого времени достаточно для сварки в гараже, дома.

Пошаговая инструкция по сборке дросселя своими руками

Такие сердечники массово использовались и применяются в блоках питания радиоаппаратуры еще с советских времен. Поэтому найти старый трансформатор (например, типа ТС) мощностью 200–300 Вт, наверное, не будет очень сложной задачей. Очень удобно для регулировки зазора еще и то, что такой сердечник стягивается специальным хомутом с винтовым соединением (см. рис. ниже).

Провод или шинку можно использовать любые (но лучше все-таки медные), главное, чтобы сечение соответствовало расчетному.

Намотка и установка дросселя

1. Надеть катушку на деревянный брусок, закрепить его тиски и намотать на катушку в один-два слоя киперную ленту, а поверх нее — лакоткань. Затем аккуратно, виток к витку, намотать первый слой проводов (получится около 8–12 витков в зависимости от толщины и зазоров). Действовать надо очень осторожно, т. к. провода жесткие, а катушка сделана из тонкого и хрупкого гетинакса.
2. Поверх первой слоя витков намотать лакоткань, предварительно промазав ее лаком. Классический вариант – это бакелитовый лак, но можно взять и любой другой, например паркетный. Намотать второй слой витков, также укрыть его лаком и лакотканью. Аккуратно отогнуть выходной конец.
3. Все то же самое сделать со второй катушкой, затем обе их тщательно просушить. Подготовить две пластинки гетинакса (или другого изолирующего пластика) толщиной 1–2 мм по размеру стыка половинок сердечника.
4. Надеть на одну из половинок сердечника обе катушки, уложить изолирующие прокладки и вставить вторую половину. Тщательно стянуть сердечник хомутом.
5. Соединить катушки последовательно скруткой с пайкой или винтом (предварительно залудив), а затем место соединения изолировать.
6. Концы катушек, предназначенные для подключения, зафиксировать на хомуте, а затем припаять к ним клеммы.

При проверке дросселя с полуавтоматом необходимо попробовать его в разных режимах, и в зависимости от ситуации увеличить или уменьшить индуктивность, заменяя прокладки в зазоре сердечника.

В известной книге В. Я. Володина «Современные сварочные автоматы своими руками» приводится классический расчет количества витков в обмотке дросселя. Для домашнего мастера подошел бы более упрощенный вариант определения числа витков, пусть даже их число будет приблизительным. Если кто-то знает источники с такими методиками или сам может описать, как это сделать, поделитесь, пожалуйста, в комментариях к статье.

Внешнее влияние на настройки

Изменение пространственного положения шва, усиление катета, толщины, конфигурации стыков одного металла потребуют разных настроек. Основные настройки полуавтомата (ПА):

• Напряжение дуги; регулировка отражается на изменении величины тока.
• Ток – подача проволоки; увеличение скорости подачи проволоки отзывается пропорциональным ростом величины тока и наоборот.
• Расход газа задаётся с опорой на основные параметры, регулируется оценкой качества шва при исключении порообразования.

[stextbox настройка параметров сварки проводится по усреднённым табличным значениям.[/stextbox]

Далее по результатам тестового прохода режимы электродуговой сварки в среде защитных газов подвергаются корректировке.

Для опытного практика даже звучание зажжённой дуги информативно. Придётся с приобретением полуавтомата привыкать к его особенностям, необходимости подстраивать под изменения:

• Комплектация и сборка ПА с равноценными характеристиками отличаются начинкой, различие в настройке встречаются у одного производителя.
• Перепады напряжения сбивают настройки; трансформаторный ПА отключится, а инвертор может сгореть.
• Изменение состава защитного газа.
• Смена марки и диаметра проволоки.
• Повлияет даже незначительный ремонт или замена комплектующих.

Газозащита

Газопоток также относится к расчётным табличным величинам. Напрямую на настройку сварочного полуавтомата не влияет. Контроль упрощается, если редуктор оснащён 2 шкалами. Регистрация величины редуцированного потока воспринимается объективнее с установкой ротаметра.

Расходомер ротаметрический показывает подачу углекислоты (аргона) рабочего давления в постоянных величинах. Показание статического давление снизится, когда сработает курок горелки, создастся защитное облако. Начальный диапазон для ротаметра 6–10 л/мин, для редуктора с манометрами – 1–2 атм.

Экономный расход подбирается по пористости шва: газопоток увеличивается, пока не исчезнут поры. В помещении с принудительной вытяжкой и на ветру в целях экономии предпочтительно воспользоваться порошковой самозащитной проволокой.

Подбор газовой смеси

Выбор смеси определяют требования качества исполнения и свойства материала:

• СО₂ – идеальное предохранение сварочной ванны конструкционных сталей, глубокий проплав, но разбрызгивание и грубоватость шва для тонких работ не подходят.
• Смесь аргона и углекислого газа С25 (75% Ar; 25% CO₂) – сочетание подходит для сварки тонколистовых конструкций, создаётся равномерный шов с минимумом брызг.
• Композиция из 98% Ar; 2% CO₂ – для нержавеющих сталей.
• Для алюминия – аргон в чистом виде.

Настройка напряжения

Затраты мощности на горение дуги и плавление металла определяет настройка вольтажа. Энергозатраты возрастают с увеличением глубины провара (толщины материала) и диаметра проволоки.

Настройки бытовых ПА ступенчатые. Огрубление режимами min/max или многорежимные, с мягкой подстройкой как расширенный диапазон регулировки сварочного напряжения полуавтомата Wester MIG-110i на 10 установок.

На внутренней стороне крышки кожуха находится таблица регламента установочных величин напряжения. Это главная подсказка производителя, печатается на модели, разнящиеся по мощности и техоснащению.

Итоговое решение, как настроить полуавтомат сварочный за оператором. Расплывчатые рекомендации не догма, основной критерий – глубина провара и прочность соединения.

Скорость подачи проволоки

Регулятор скорости подачи проволоки управляет силой тока. Величина подачи – одна из основных изменяемых характеристик. Устанавливается после выбора напряжения: скорость плавления определяет движение электрода в горелке.

Эта величина подлежит регулировке после смены марки и диаметра проволоки, изменения напряжения. Существуют ПА с автоматической подстройкой режима, но они в сегменте дорогостоящей аппаратуры.

Желательна тонкая настройка движения расходного материала для оптимизации корректировок. Излишнее ускорение приведёт к наплывам, замедление – к просадке, волнистости, разрывам шва. Баланс тока и напряжения, управляемого скоростью подачи, в сумме дают оптимальный валик.

Первый показатель несоответствия режима выявляется в действии – скорость подачи с зажжённой дугой снижается, но проволока не успевает плавиться, сгибается, липнет к заготовке, идёт активное разбрызгивание.

Недостаточность подачи – электрод инвертора сгорает до касания, забивается наконечник. Подбор режима скорость/ток под выставленное напряжение – первый шаг к профессионализму.

Скорости подачи проволоки в полуавтомате, таблица прямой зависимости влияния изменения настроек на конечный результат:

Полярность

Процедура изменения полярности проста. Под крышкой табличка с указанием, какой металл вид и проволоки требуют прямой или обратной полярности. Прямая – горелка подключается к клемме минус. При прямой полярности плавление проволоки ускоряется на 50%, но стабильность дуги падает.

Сварка порошковой самозащитной проволокой ведётся при прямой полярности. Максимум энергии тепловыделения расходуется на защиту шва. Флюс прореагирует без остатка. Склонность к разбрызгиванию компенсируется безразличием к недоочистке рабочих зон, и порывам ветра. Издержки в виде брызг и корки шлака – неизбежное зло.

Цельная омеднённая в газовом облаке подсоединяется к положительной клемме. Подготовка материала к сварке связана с зачисткой проявлений коррозии, загрязнений стыков, разделки. Токопроводность возрастает с увеличением диаметра. Для заготовок большого сечения есть резон увеличить сечение проволоки.

[stextbox к такой «мелочи» приводит к падению качества: избытку брызг, снижению глубины сварочной ванны (непровару). Управление и контроль качества горения дуги существенно затруднится.[/stextbox]

Вылет и выпуск проволоки

Длина вылета расходного электрода из контактной трубки (наконечника), величина рабочего зазора горелки влияют на качество неразъёмного соединения.

[stextbox Коробление, непровар, прожиг избыток брызг – причины несоразмерности диаметра проволоки и величины выхода из сопла.[/stextbox]

Взаиморасположение наконечника горелки относительно сопла в отдельных конструкциях меняется. Они располагаются на одном уровне, контактная трубка утапливается или выдвигается относительно сопла до 3,2 мм.

На коротком вылете ведётся швообразование конструкционных низколегированных сталей – увеличение расстояния разрежает прикрытие защитным газом. Флюсовую проволоку искусственно удлиняют для увеличения температуры плавления.

Настройка дуги

Уже простые модели ПА имеют верньер управления величинами индуктивности. Настройка жёсткости меняет температуру дуги, глубину проплавления при заметной выпуклости шва. Чувствительность деталей к перегреву, тонкие стенки теперь не препятствуют сварке.

Снижение сжатия токового канала (рост индуктивности) поднимает температуру плавления, проплав глубокий, сварочная ванна разжижается. Валик шва уплощается. Управление глубиной провара, температурой дуги и ванны – качественно новый уровень настройки сварочного полуавтомата.

Малые диаметры присадки делают дугу устойчивее, коэффициент наплавки растёт, глубина проплавления оптимизируется, разбрызгивание снижается. По выпуклости шва и величине разбрызгивания уточняется длина дуги: короткая даёт объёмный шов, длинная мешает концентрации расплава.

Управление скоростью подачи проволоки

Переключатель активизации подачи проволоки бывает двухпозиционный (High/Low) или многоступенчатый. Припой большего диаметра выдаётся с замедлением, что оптимизирует процесс.

Перед началом работы

Когда ПА подготовлен к работе согласно инструкции, нелишне потратить время на уточнение режимов настройки. В помощь предлагаем таблицу в качестве ориентира. Составление аналога с индивидуальными свойствами ПА поможет в определении лучших режимов и уточнении возможности техники.

Собственная таблица сварочного тока для полуавтомата имеет тенденцию к разрастанию с новым материалом, условий сварки. Уточнение на бумаге для памяти положения переключателя не повредит.

Выбирается рекомендуемое напряжение. Манипулированием с силой тока и скоростью подачи присадки подбираем оптимум при уменьшении тока и максимуме подачи. Затем при росте ампеража. Вольтаж меняется через 0,5 А. Подробная таблица станет личной инструкцией скоростной настройки.

Ориентировочная таблица: сварочный ток (скорость подачи проволоки), взаимозависимость компонентов процесса:

Влияние величины напряжения на качество шва

Выпуклый шов с достаточным проплавом без пористости, наплывов и подрезов выйдет только при сбалансированности основного компонента – напряжения с сопутствующими.

Низкие настройки дают зауженный высокий шов с малым проникновением вглубь. Высокие – уплощённый с расползанием и глубоким кратером ванны. Завышение напряжения негативно влияет на формирование шва: не удаётся создать валик достаточного объёма при глубине расплава на грани прожига.

• теплотворность напряжения оптимальна;
• недостаточна;
• избыточна.

Возможные проблемы и ошибки

Проблемы и промахи при слепом следовании усреднённым рекомендациям – вина сварщика. Об этом упоминалось выше. Подбор режима сварки дело тонкое. Творческий подход и внимание к мелочам – половина пути к успеху.