Процес зварювання (без подачі інертного або каталітичного газу) полягає в створенні умов для освіти електричної дуги при напрузі 50. 80 У між електродом і зварюються деталями і подальшим підтриманням дуги при напрузі 18. 25 У для розплавлення матеріалу деталей і електрода. Для цього необхідне джерело струму з так званої "падаючої" вольт-амперної характеристикою [1].
На рис. 1 показана типова статична ВАХ дуги. При накладенні на неї вихідний ВАХ зварювального трансформатора легко бачити, що стійкою точкою підтримки дуги є точка А, причому збільшення крутизни "падіння" характеристики зварювального трансформатора призводить до ще більшої стабілізації дуги.
Натисніть на картинку щоб збільшити
В апаратах змінного струму, що працюють від однофазної мережі, дуга повинна виникати при кожному напівперіод живлячої напруги, що робить більш жорсткими вимоги до апарату і матеріалу електрода, ніж при зварюванні постійним струмом або трифазним.
При виготовленні апарату дугового зварювання часто намагаються копіювати промислові зразки, які для забезпечення падаючої характеристики здебільшого виконані на основі магнігопровода з підвищеним магнітним розсіюванням або дроселя [1, 2]. В умовах домашньої лабораторії на зазначених принципах важко створити апарат з хорошими масо-габаритними показниками, крім того, він нездатний задовільно працювати в режимі контактного зварювання [2], яка представляє для радіоаматорів великий інтерес.
Існує принцип формування "падаючої" ВАХ способом управління кутом відсічення синусоїдальної напруги, що дозволяє вирішити проблеми зниження маси апарату, а також розширити можливості його застосування. На рис. 2 показана функціональна схема зварювального апарату, що працює за цим принципом. Напруга вторинної обмотки U2 трансформатора Т1 в момент замикання контактів комутатора струму S1 надходить на зварювальний електрод. Якщо замикати контакти комутатора в другій половині напівперіоду напруги мережі (в момент t з, рис. 3, а), то початковий рівень напруги Uз забезпечить утворення електричної дуги, а падаюча характеристика буде наслідком зміни миттєвого напруги Un за синусоїдальним законом.
Натисніть на картинку щоб збільшити
Для апаратів, які працюють на малих значеннях зварювального струму, необхідно забезпечити крутопадаючих характеристику. Цього досягають вибором числа витків вторинної обмотки. На рис. 3.б показано, як можна змінювати крутість характеристики при одному і тому ж напрузі запалювання дуги. Таким чином, в апараті з керуванням кутом відсічення вторинної напруги є всі умови для освіти електричної дуги і можливість регулювання потужності.
Натисніть на картинку щоб збільшити
Іншою вимогою до апаратів є забезпечення необхідного часу відновлення напруги запалювання після замикання ланцюга електрод-деталь (краплями розплаву і т. П.) - не більше 50 мс. В апараті описуваної структури ця вимога виконується автоматично при високій швидкодії комутатора S1. Оптимізації процесу для конкретного діаметра електрода, матеріалу деталі і т. П. Домагаються вибором моменту замикання контактів комутатора S1 (t з на рис. 3, а).
При побудові зварювального апарату переважно застосування тороїдального магнітопроводу, що володіє мінімальними габаритами і полем розсіювання. Зміною часу комутації tз можна перевести апарат в режим жорсткої вихідний характеристики, що перетворить його в потужне джерело змінного або випрямленого напруги, який може працювати, наприклад, зарядним пристроєм, або в установці точкового контактного зварювання.
Слід зазначити, що проведення точного розрахунку муздрамтеатру трансформатора недоцільно, так як в радіоаматорських умовах доводиться задовольнятися тим, що є. Більш того, зазвичай невідома ні марка, ні технологія прокатки електротехнічної сталі магнітопровода, а одній магнітної проникності (яку, в загальному, неважко визначити) для розрахунку недостатньо. Можна рекомендувати таку методику орієнтовного розрахунку трансформатора.
Спочатку знаходять необхідну потужність. Основним критерієм тут служить максимальний діаметр електрода, що визначає зразкову діюче значення зварювального струму. Так, для електрода діаметром 1,5 мм зварювальний струм повинен бути в межах 25. 40 А, для 2 мм - 60. 70 А, для 3 - 100. 140, для 4 - 160. 200. Потужність трансформатора в ватах дорівнює РТР = 25Icв, де Icв- зварювальний струм в амперах.
Далі визначають перетин муздрамтеатру в см.кв: S> 0,015 * Р (де Р - у ВАТ). Для магнітопроводів, відмінних від тороїдального, слід збільшити перетин в 1,3. 1,5 рази.
Тепер звичайним порядком розраховують умови заповнення обмотками вікна муздрамтеатру. Співвідношення тут не дано; нагадаємо лише про необхідність уважно поставитися до розрахунку, не забути врахувати товщину шарів ізоляції.
Натисніть на картинку щоб збільшити
Натисніть на картинку щоб збільшити
З урахуванням викладеного були розроблені два варіанти зварювального апарату меншою і більшої потужності, що відрізняються мережевими трансформаторами, схеми яких показані на рис. 4, а і б відповідно. Первинна обмотка обох трансформаторів сконструйована так, щоб можливо було варіювати число витків, включених в мережу. Намотувальні характеристики трансформаторів представлені в таблиці.
Мережевий трансформатор апарату
Можливе використання будь-якого проводу зазначеного перетину з ізоляцією, що має теплостійкість не нижче +80 ° С
Таким чином, мережеве напруга 220 В у першого з трансформаторів (рис. 4, а) може бути підведено до 210, 220, 230 або до 240 витків первинної обмотки, а у другого (рис. 4,6) - до 115, 135, 155, 165 або до 185 витків. Це дозволяє в досить широких межах змінювати коефіцієнт трансформації і разом з комутацією сільноточних обмоток III-VII (III- IX) підбирати оптимальний режим зварювання. Для дугового зварювання сільноточние обмотки з'єднують послідовно, а для контактної - паралельно.
В мережевому трансформаторі апарату меншої потужності замість проводу ПВЗ (ГОСТ 6323-79) можна використовувати і інший, що допускає роботу при температурі до +80 ° С і має вказане розтин. Магнитопровод використаний від трансформатора ЛАТР-9 без будь-якої переробки. Первинну обмотку ізолюють стрічкою з лакоткани або, в крайньому випадку, чорної липкою тканинної ізоляційною стрічкою. При зварюванні електродами діаметром до 2 мм можливе підключення цього апарата до побутової мережі змінного струму напругою 220 В.
Апарат більшої потужності призначений для зварювання електродами діаметром до 4 мм при відповідній потужності мережі живлення. Магнитопровод складений з двох від трансформаторів ЛАТР-9, у яких внутрішній діаметр збільшений до 80 мм - видалена частина витків сталевої стрічки - для розміщення обмоток. Зняті два відрізка сталевої стрічки намотані на магнітопроводи і закріплені з зовнішньої сторони.
Натисніть на картинку щоб збільшити
Принципова схема вузла керування зварювальним апаратом показана на рис. 5. Змінна напруга, що надходить з обмотки II мережевого трансформатора, перезаряджати конденсатор С1 в кожен напівперіод з постійною часу, яка визначається опором резисторів R1, R2. До висновків конденсатора С1 підключена послідовна ланцюг, що складається з діодного моста VD5 і керуючих переходів тринисторов VS1 і VS2 з розв'язують діодами VD3, VD4. На транзисторах VT1, VT3 зібрано порогове пристрій з регульованим підлаштування резистором R6 порогом спрацьовування.
Як тільки напруга на конденсаторі С1 (між іншим, плюс на верхній за схемою обкладанні), збільшуючись, досягне порогового рівня, пристрій спрацьовує і конденсатор розряджається через міст VD5 і керуючий перехід тріністора VS2. На цьому тріністоре в поточному напівперіоді пряму напругу, тому він відкривається, пропускаючи струм до місця виникнення зварювальної дуги. Діоди VD4 і VD2 в поточному напівперіоді закриті.
У наступному напівперіоді змінюється на зворотну полярність напруги на конденсаторі С1. Тому після чергового спрацьовування порогового пристрою виявиться закритим діод VD3 і імпульс розрядки конденсатора відкриє тринистор VS1. Таким чином, зварювальну дугу будуть запалювати імпульси однакової полярності.
Як уже згадано, поріг спрацьовування можна регулювати резистором R6. При підвищенні порога збільшується потужність імпульсу, який відкриває тріністори, що може знадобитися, коли апарат експлуатують при зниженій температурі навколишнього середовища.
Змінний резистор R2 дозволяє змінювати час зарядки конденсатора С1 від початку напівперіоду до моменту спрацьовування порогового пристрою, т. Е. Регулювати крутизну падіння характеристики апарату.
Резистор R3 обмежує струм розрядки конденсатора С1 і визначає тривалість імпульсів, які відкривають тріністори VS1, VS2; конденсатор С2 сприяє формуванню фронту і спаду імпульсів. Діод VD6 захищає емітерний перехід транзистора VT3 від перевантаження в момент спаду імпульсу. Транзистор VT2 грає роль слаботочного стабилитрона.
Тумблер SA1 монтують на панелі управління апаратом. Для контактного зварювання цей тумблер доцільно дублювати ножним перемикачем. При масової зварюванні тонколистових деталей включати і вимикати апарат можна виконавчими контактами реле часу, що підключаються паралельно тумблера SA1.
Якщо ж зміни порога спрацьовування не потрібно, граничний пристрій VT1VT3 можна замінити послідовним колом з резистора опором 51 Ом потужністю 0,5 Вт і динистора КН102Б, підключеної до точок А і Б. Резистор служить обмежувачем струму розрядки конденсатора С1.
У вузлі управління апаратів конденсатор С1 - МБМ або будь-який паперовий на номінальну напругу 160 В і більше; конденсатор С2 - КМ-6. Змінний резистор R2 - ППБ-2 з характеристикою А; підлаштування R6 - СП5-16ВА. Тумблер SA1 -МТ-1.
Діоди Д237А можна замінити будь-якими, які витримують імпульси струму в 1 А. Таким же критерієм визначено вибір діодного моста VD5. Замість КД513А підійде будь-який малопотужний кремнієвий з малим зворотним струмом.
Діоди VD1 і VD2 повинні мати гранично допустимий прямий струм не менше значення зварювального струму для обраної конструкції. Те ж саме відноситься і до вибору тринисторов VS1 і VS2.
Замість КТ807Б підійде будь-який п-р-п транзистор, що витримує імпульсний струм колектора не менше 1 А при напрузі колектор-емітер не менше 40 В, а замість КТ502В-будь, структури р-п-р на струм колектора не менше 0,35 А на той же коллекторное напруга.
Обидва апарати мають схожу конструкцію. На рис. 6 схематично показано пристрій апарату меншої потужності. Його основою служить рама 1, зібрана з дюралюмінієвих планок уголкового профілю або, в крайньому випадку, з дерев'яних рейок, посилених дюралюмінієвий куточками. У нижній частині рами закріплений мережевий трансформатор 3 в обечайке від трансформатора ЛАТР. На правій стійці рами кріплять ізоляційну колодку 2 з зажимами для підключення апарату до мережі, на лівій стійці - коробку 4 з електронним вузлом і органами управління - змінним резистором R2 і тумблером SA1.
Натисніть на картинку щоб збільшити
Вторинні обмотки трансформатора перемикають на саморобній міцної текстолітової колодці 5. Зварювальні "шланги" підключають або до з'єднаних разом гнучким висновків діодів VD1 VD2 - один - і тринисторов VS1, VS2-другий, -небудь безпосередньо КТЕП-лоотводам 8 (для так званого максимального режиму контактної зварювання необхідно забезпечити мінімальне падіння напруги на підвідних провідниках). Потужні діоди 7 і тріністори 6 (VD1, VS1 і VD2, VS2) розташовують на двох ізольованих тепловідведення 8 площею не менше 100 см 2 кожен. У потужному апараті тепловідвід встановлені на додаткових поперечних рейках. Для захисту трансформатора від механічних пошкоджень і дотику до струмів-дущім деталей передбачений загальний циліндричний кожух з листової сталі, що прикріплюється до несучої рами (на малюнку не показаний).
Налагодження апарату зводиться до установки амплітудного значення напруги відкриває імпульсу, достатнього для відкривання тринисторов, змінним резистором R6 (близько 20. 30 В). Для контролю амплітуди імпульсів осцилограф .подключают до точок А і Б (рис. 3, а). При синхронізації осцилографа від мережі можна провести перевірку і коригування меж регулювання кута відсічення (рис. 3, а), маючи на увазі, що збільшення номіналів R1, R2, С1, а також збільшення амплітуди відкривають імпульсів призводить до збільшення часу Тз. Оптимізують режим зварювання змінним резистором R2, обмежити кут відсічення можна підбіркою резистора R1.
На закінчення повідомимо, що апарати забезпечують два режими контактного зварювання - максимальний і регульований (з'єднання тонких листових деталей). При максимальному режимі електронний вузол виключають з роботи. Зварювальні "шланги" - це відрізки гнучкого багатодротяна ізольованого кабелю перетином 10. 15 мм 2. в залежності від значення зварювального струму.
За принципом дії апарати можна також віднести до регульованих випрямлячів, що дозволяє застосовувати їх в якості потужних джерел напруги постійного струму. Вихідна напруга можна регулювати в широких межах (4. 60 В) вибором числа підключаються вторинних обмоток і зміною кута відсічення. Апарат меншої потужності можна застосувати в якості зарядного пристрою для мотоциклетних або автомобільних батарей акумуляторів, а апарат більшої потужності здатний забезпечити стартерний запуск двигуна автомобіля при спільній роботі з акумуляторною батареєю.
Технологія зварки добре освітлена в літературі, наприклад в [1, 2], слід лише зазначити, що в показаному на схемі рис. 5 підключенні деталі і електроду краще зварювати тонкі вироби, а масивні - при зворотній полярності підключення.
1. Титов О. І. Довідник електрозварника ручного зварювання. - Новосибірське книжкове видавництво, 1989.
2. Довідник зварника. Під ред. Степанова В. В. - М. Машинобудування, 1983.