Свой электросварочный аппарат

Рис. 1. Схема магнитопровода сварочного трансформатора.
Рис. 2. Схема размещения обмоток на магнитопроводе сварочного
трансформатора с регулированием постоянного напряжения.
Рис. 3. Принципиальная электрическая схема сварочного
трансформатора с регулированием постоянного напряжения. При работе с металлом помимо обычного набора слесарных инструментов в хозяйстве необходимо иметь электросварочный агрегат. Он часто нужен для ремонта плуга, бороны, телеги и пр. На селе это один из самых востребованных аппаратов.

Обозначения на электрической схеме: R1 - нерегулируемое сопротивление 10 Ом, 10 Вт; R2 - регулируемое сопротивление 1-2 кОм, 10 Вт; VD1, VD2 - диоды Д226; VD3, VD4 - тиристоры Т160; QF1 - автоматический выключатель на ток 40 A; W1, W2, W3 - обмотки трансформатора; PV1 - вольтметр; С1 - конденсатор 0,5 мкФ, 160 В. Чтобы расширить диапазон регулирования напряжения, можно поставить конденсатор на 10 мкФ, 160 В.

...Когда я мастерил свой первый электросварочный аппарат, то сечение магнитопровода, количество витков в обмотках, сечения проводов рассчитывал по специальным формулам. Но на практике убедился, что характеристики аппарата определяются в основном качеством трансформаторного железа (магнитопровода). А поскольку мастерить приходилось из того, что имелось в наличии, то количество витков подбиралось опытным путём. Выяснилось, если сечение магнитопровода недостаточное, то на первичной обмотке нужно увеличивать количество витков. А если первичная обмотка превышает 260 витков, ухудшается загорание сварочной (вольтовой) дуги. Следовательно, сечение магнитопровода нужно увеличить настолько, чтобы первичная обмотка составляла 220-260 витков, а ток холостого хода (без нагрузки) был 2-7 А. Количество витков вторичной обмотки должно быть примерно в 4 раза меньше количества витков первичной обмотки, т.е. ток в ней должен превышать ток в первичной обмотке в 4 раза. А сечение провода вторичной обмотки быть в 4 раза выше. Если точнее, то сечение может быть примерно в 3,8-3,9 раза большим с учётом потерь в магнитопроводе и обмотках.

Для электросварочного аппарата подойдет трансформаторное железо от любого мощного трансформатора или электродвигателя. Необходимо, чтобы сечение магнитопровода ab (рис. 1) было не менее 32-40 см2. Это сечение определяет величину передаваемой мощности и зависит от качества трансформаторного железа. Старого, ржавого железа или железа от сгоревшего сварочного аппарата потребуется на 10-30% больше. Это зависит оттого, что при перегреве трансформаторное железо частично теряет свои электротехнические свойства. На собранный магнитопровод наматывают 220 витков провода и кратковременно дают напряжение 220 В. Амперметром измеряют ток в цепи. Если его значение будет 2-7 А, то сечение магнитопровода достаточное. Но если при кратковременном включении «броски» тока значительно больше, то сечение магнитопровода увеличивают. Количество витков первичной обмотки 220-260, вторичной 55-65 витков. Минимальное сечение провода первичной обмотки 4-6 мм2 (диаметр 2,3-2,8 мм), вторичной - 18-25 мм2 (диаметр 4,8-5,7 мм). При отсутствии проводов нужного сечения можно наматывать 2-3 тонких. Однако при параллельной намотке нескольких проводов надо увеличивать суммарное их сечение на 10-30% по сравнению с сечением одного более толстого провода. Чем больше сечение проводов, тем меньше будет греться сварочный аппарат. Однако при увеличении сечения проводов увеличивается и вес аппарата. К тому же на магнитопровод можно уложить ограниченное количество витков провода. Для сварочного аппарата можно использовать медные и алюминиевые провода. Медные провода лучше всего подходят для намотки сварочного трансформатора. Алюминиевые больше нагреваются при работе сварочного аппарата, но они мягче и наматывать их значительно легче.

Такой сварочный аппарат очень просто изготовить, однако он тяжёлый и громоздкий. Когда приходилось им работать на удалении от трансформаторной подстанции, то ухудшалось загорание дуги. Поэтому у меня появилось желание сделать более лёгкий сварочный аппарат. Для улучшения характеристик и снижения веса можно использовать кольцевой магнитопровод. При переходе от переменного к постоянному сварочному напряжению улучшается горение дуги. В журнале по радиотехнике нашел подходящую схему нужного выпрямителя. Оказалось, что для регулирования напряжения можно использовать несложную схему. Это позволило улучшить качество сварки небольших деталей и тонких листов металла.

Для изготовления нового электросварочного аппарата взял сердечники от лабораторных автотрансформаторов (ЛАТР). С внутренней стороны двух автотрансформаторов отмотал часть стальной ленты, образующей сердечник, так, чтобы диаметр отверстий составил 80 мм. Сверху намотал снятую ленту и ленту от других сердечников, чтобы сечение магнитопровода (каждого из двух колец) было 32 см2. На оба кольца сердечника с диаметром отверстий 80 мм намотал первичную обмотку W1 двумя участками по 240 витков - провод ПЭТВ-2 диаметром 1,6 мм. Вторичную обмотку W2 выполнил из профильного провода ПЭТВП сечением 20 мм2. Намотал сначала 24 витка, потом ещё 24, а участки соединил последовательно. Обмотку управления W3 наматывают на любое из двух колец сердечника проводом ПЭВ-2 диаметром 0,35 мм. Намотку лучше делать сразу двумя проводами. Намотав 24 витка, соединяют два участка последовательно. При намотке вторичной обмотки трансформатора необходимо охватить ею оба кольца сердечника (рис. 2). На рис. 3 точками обозначено начало обмоток. Очень важно правильно выполнить фазировку вторичной и управляющей обмоток.

Чтобы добиться плавного регулирования сварочного тока, воспользовался схемой выпрямления напряжения, построенной на тиристорах. Для надёжности проверил тиристоры на рабочий ток, вдвое превышающий ток сварочного аппарата. На выходе аппарата получил выпрямленное регулируемое напряжение до 50 В. Радиаторы тиристоров отделил от стенки и каркаса изолирующими втулками.

Трансформатор можно выполнить и на другом железе, например, типа ШЛ. Но тогда увеличится объём сердечника трансформатора, а с ним - и вес аппарата.

При сварочном токе 80 А (3-миллиметровый электрод) из сети потребляется ток не более 20 А. В этом режиме аппарат может работать длительное время. При сварке электродами большего диаметра время сварки приходится сокращать, чтобы избежать перегрева. Если потребуется производить сварку 5-миллиметровыми электродами, то аппарат нужно периодически отключать (израсходовав полтоpa-два электрода). Для лучшего охлаждения на сварочный аппарат я поставил вентилятор. Кроме обдува обмоток воздухом, вентилятор издает характерный звук, что сигнализирует о работе аппарата.

Начинающему сварщику обычно нелегко бывает освоить работу со сварочным аппаратом: не та получается дуга. Отчаиваться, однако, не стоит. Первым и наиболее простым способом возбуждения дуги является скользящее прикосновение электрода к свариваемому металлу. Напоминает это процесс зажигания спички. Возбудив дугу, электрод плавно отводится от металла на расстояние 2-5 мм. И производится сварка. По себе знаю: сложно удержать электрод на минимальном расстоянии. Но этого следует добиваться, так как при высоком положении электрода, когда дугу проще удержать, качество сварочного шва значительно хуже. Да и сама околошовная зона забрызгивается расплавленным металлом и шлаком. Второй способ возбуждения сварочной дуги более сложен. Электрод здесь почти вертикально подносят к месту сварки и после лёгкого прикосновения сразу же отводят вверх.

Для получения ровного сварочного шва необходимо совмещать одновременно три движения электрода. Первое - непрерывное и равномерное перемещение его вниз по мере сгорания. Суть второго - в передвижении электрода по направлению сварки. Причём электрод должен быть наклонен в сторону движения, т.е. на угол 15-30° к оси, перпендикулярной плоскости сварки. Нормальной скоростью передвижения электрода считают такую, при которой образуется валик шва. Ширина последнего примерно 1,5 диаметра электрода.

Третье - колебательное движение электрода поперёк шва («зигзагом» или «спиралью») позволяет получать более широкий валик и добиваться лучшего расплавления кромок. Причем ширина валика порой здесь доходит до 2-3 диаметров электрода.

Техника безопасности. Перед включением сварочного аппарата его надо осмотреть и очистить от пыли и грязи. Не забывать также, что включение в сеть без заземления недопустимо. А все изменения режима работы выполнять на холостом ходу либо вообще при отключенном аппарате. Ни в коем разе не производить электросварку в сырых, невентилируемых помещениях, при атмосферных осадках.

Следует строго соблюдать меры противопожарной безопасности. Присутствие горюче-смазочных материалов категорически запрещается. Естественно, нельзя допускать повреждения аппарата. Все неисправности в нём надо немедленно устранять. Помнить также, если производится сварка транспортного средства, то и его необходимо заземлить.

Работать нужно в спецодежде, на месте, оборудованном вентиляцией, которую включают за 5-10 мин до начала работы. Следить, чтобы сварочный кабель не был слишком длинным, а его сечение соответствовало силе тока.

Наконец, ещё одно правило. Категорически запрещается сварка сосудов, находящихся под давлением. Рекомендуем для обмазки электродов применять пасту следующей рецептуры: жидкое стекло - 1 л, мел - 0,5 кг, зола древесная - 1 кг. Толщина обмазки должна составлять 0,15-0,25 мм. Сушат её 12-20 ч.