1.2 6.2 11.2 Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом. Технологические особенности. Область применения.
Импульсный сварочный аппарат своими руками
В домашних условиях можно изготовить сварочный аппарат своими руками . Запчасти для этого устройства можно легко найти в продаже, однако при этом надо учитывать некоторые тонкости.
Особое внимание необходимо уделить транзисторам, так как они быстро выходят из строя. Поэтому на этих деталях лучше не экономить. Самодельный сварочный инвертор оснащается четырьмя транзисторами, которые присоединяются к изолированным радиаторам.
Для того чтобы правильно собрать импульсный сварочный аппарат, необходимо просчитать его мощность и силу тока . Примеры расчетов можно посмотреть в Интернете. Установленный фильтр поможет поддерживать напряжение 220 В. Для сборки своего аппарата понадобятся инструменты и специальные приборы, такие как осциллограф, паяльник, мультиметр, вольтметр и т.д. Во время сборки следует соблюдать технику безопасности.
Микроимпульсная сварка
Импульсная сварочная технология получила свое развитие в зубопротезировании в виде дуговой микросварки . Ее преимущества заключаются в целесообразности использования этой технологии при сварке такого тонколистового зуботехнического металла как титан. Используемый микроимпульсный сварочный аппарат хорошо себя зарекомендовал в зуботехнической практике. Это устройство способно соединять любые дентальные сплавы, в том числе титан. По качеству сварного шва он не уступает лазерному аппарату, но при этом стоит гораздо дешевле. Поэтому его могут себе позволить владельцы даже небольших зуботехнических клиник.
Микроимпульсный сварочный аппарат имеет закрытый корпус, который защищает от искр и вспышек, а также оснащен удобным наконечником и яркими светодиодами, что позволяет работать с максимальным удобством. Для работы с подобным устройством навыков сварщика не требуется.
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
Для вторичной катушки возьмите медную шину сечением 10мм 2 и намотайте ее на заранее изготовленный каркас из любых подручных материалов. Главное, чтобы форма каркаса повторяла габариты сердечника.
Рис. 4: намотайте вторичную обмотку на каркас
Сделайте диэлектрическую прокладку под первичную обмотку, подойдет любой негорючий материал. По длине ее должно хватать на обе половинки после соединения магнитопровода.
Рис. 5: сделайте диэлектрическую прокладку
Поместите силовую катушку в магнитопровод. Для фиксации обеих половинок сердечника можно использовать клей или стянуть их между собой любым диэлектрическим материалом.
Рис. 6: поместите катушку в магнитопровод
Подключите выводы первички к шнуру питания, а вторички к сварочным кабелям.
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
Импульсный электродуговой сварочный аппарат
В нашем коллективе давно витала идея создания небольшого, компактного, лёгкого, но в то же время приемлемого по параметрам сварочного аппарата. Однако, наша частичная безграмотность и неосведомлённость не позволяла нам решить проблему, так сказать, «с ходу».
Единственное, что мы знали, что напряжение холостого хода у всех «обычных» аппаратов — около 60-ти вольт, а токи достигают 150-200 ампер.
Но. но тут мы узнали, что идея наша не нова, и некоторые уже для себя её давным давно решили. Одним умельцем был изготовлен электродуговой сварочный аппарат, который при токе сварки от 30-ти до 80-ти ампер имел вес всего 7.5 кг и запросто умещался в дипломате.
Некоторые скажут: «Маловато! Маловато будет!». А что, для того, чтобы варить автомобиль вполне достаточно, да и забор на даче в случае чего подварить хватает.
Главное, что этот аппарат можно было подключать в обычную бытовую розетку
220 вольт! (Его КПД — больше 85%).
Этот сварочный аппарат послужил прообразом для воплощения нашей идеи.
Естественно, что в первоначальную схему было внесено масса изменений.
Во-первых, возбуждение преобразователя было сделано от внешнего генератора (в той схеме преобразователь «самовозбуждающийся» с насыщающимся выходным трансформатором).
Во-вторых, добавлена схема «мягкого» запуска для предотвращения перегорания диодов сетевого выпрямителя в момент включения в сеть.
В-третьих, для измерения тока первичной обмотки (а вместе с ним и во вторичной) был применён компаратор 554СА3 (вместо схемы на транзисторе КТ315 и тиристоре КУ112).
В-четвёртых, были разделены выходные обмотки и выходные выпрямители.
После всех доработок, изменений и расчётов была рождена схема, с которой мы вас сейчас познакомим.
Преобразователь. Силовая часть сварочного аппарата
Ниже приведена так называемая «силовая» часть. 
Спецификация деталей «силовой части»
| Обозначение на схеме | Марка элемента | Примечания |
|---|---|---|
| ДИОДЫ | ||
| VD1 — VD8 | КД 203 | Установлены на радиаторах |
| VD9 — VD11 | КД 226Д | |
| VD12 | КД 102Б | |
| VD13 | КД 522 | |
| VD14, VD15 | КД 102А | |
| VD16 — VD17 | КД 213А | |
| VD18 — VD19 | КД 212А | |
| VD20 — VD21 | КД 212А | |
| VD22 — VD27 | КД 209А | |
| VD28 — VD29 | КС162А | |
| VD30 | КД 2990А (КД 2997А) | |
| VD31 — VD42 | КД 2997А | |
| ТИРИСТОР | ||
| VT1 | Т122-25-6 | Установлен на радиаторе |
| ТРАНЗИСТОРЫ | ||
| VT2 — VT3 | КТ 315Г | |
| VT4 | КТ 209М | |
| VT5 — VT6 | КТ 972А | |
| VT7 — VT8 | КТ 878А | Установлены на радиаторе |
| МИКРОСХЕМЫ | ||
| DA1 | 142КРЕН5А | |
| ТРАНСФОРМАТОРЫ, ДРОССЕЛИ | ||
| Т1 | См. примечания | См. намоточные данные |
| Т2 | Ш10х10 НМ-2000 | |
| Т3 | К12х8х3 НМ-2000 | |
| Т4 — Т5 | 2хК20х10х НМ-2000 | |
| Т6 | 2хК28х16х9 НМ-2000 | |
| Т7 | 2хШх20х28 НМ-2000 | |
| L1 — L4 | ПХ 4748003 (. почему-то изготовлены на «железе». ) | (применялись в БП ЭВМ «ЕС») |
| РЕЗИСТОРЫ | ||
| R1 | 10 Ом не менее 5 Вт | |
| R2 | 10 кОм 2 Вт | |
| R3 | Переменное 1кОм | |
| R4 | 1 кОм | |
| R5 | 22 кОм | |
| R6 | 150 кОм | |
| R7 | 10 кОм | |
| R8 | 27 кОм | |
| R9 | 10 кОм | |
| R10 | 10 кОм 2 Вт | |
| R11 | 1,5 кОм | |
| R12 | 1,8 кОм | |
| R13-15 | Общее: 470 Ом не менее 25 Вт | |
| R16 — R17 | 0,5 Ом 2 Вт | |
| R18 — R20 | Общее: 0,01 Ом не менее 5 Вт | |
| R21, R23 | 2,2 кОм | |
| R22, R24 | 6,8 кОм | |
| R25 | 1,2 кОм | |
| R26 | 68 кОм | |
| R27 — R28 | 750 Ом | |
| R29 | 200 Ом | |
| R30 | Переменное 1кОм | |
| R31 — R34 | 47 Ом | |
| КОНДЕНСАТОРЫ | ||
| С1 | 0,47 мкФ х 800 В | |
| С2 | 10,0 мкФ х 350 В | |
| С3 | 0,047 мкФ х 600 В | |
| С4 | 0,022 мкФ | |
| С5 | 0,1 мкФ х 50 В | |
| С6 | 0,1 мкФ | |
| С7 | 0,047 мкФ | |
| С8 | 0,047 мкФ х 800 В | |
| С9 — С12 | Суммарно 2000,0 мкФ х 350 В | |
| С13 | Подбирается при настройке | |
| С14 | Подбирается при настройке | |
| С15, С16 | 56 пФ | |
| С17 | ||
| С18 | 470,0 мкФ х 35 В | |
| С19, С21, С23, С25, С27, С29, С31 | 0,1 мкФ | |
| С20 | 470,0 мкФ х 16 В | |
| С22, С26, С30 | 10,0 мкФ х 16 В | |
| С24, С28 | 68,0 мкФ х 35 В | |
| С31 — С34 | 0,022 мкФ |
Схема управления: задающий генератор, компаратор, схема запуска.
Схема управления и часть схемы запуска: 
Спецификация деталей схемы управления
| Обозначение на схеме | Марка элемента | Примечания |
|---|---|---|
| ДИОДЫ | ||
| VD1 | КД503 | Любой маломощный |
| ТРАНЗИСТОРЫ | ||
| VT1, VT8, VT9 | КТ315 | Возможны любые аналоги |
| VT2 — VT5 | КТ361 | Возможны любые аналоги |
| VT6, VT7 | КТ605БМ | Возможны любые аналоги |
| МИКРОСХЕМЫ | ||
| DA1 | К155ЛА3 (ЛА12) | Возможны любые аналоги |
| DA2 | К544СА3 | |
| DA3 | К155АГ3 | |
| DA4 | К155ТМ2 (К1531ТМ2) | Возможны любые |
| DA5 | К155ЛА1 (К155ЛА6) | Возможны любые аналоги |
| РЕЗИСТОРЫ | ||
| R1, R2, R5, R8, R10 | 2,2-4,7 кОм | В зависимости от применяемых микросхем |
| R3 | 27 кОм | |
| R4 | 4,3 кОм | |
| R6 | Подбирается при настройке | В справочнике по микросхемам под редакцией Шило есть графики расчёта длительностей импульсов, получаемых с одновибратора 155АГ3 |
| R7 | Подбирается при настройке | |
| R9 | 330 Ом | |
| R11, R13, R15, R17 | 3,3 кОм | |
| R12, R14, R16, R18 | 2,7 кОм | |
| R19, R21 | 680 Ом | |
| R20, R22 | 1,5 кОм | |
| R23, R24 | 1,2 кОм | |
| КОНДЕНСАТОРЫ | ||
| C1 | 1000 пФ | |
| C2 | 56 пФ | |
| C3 | Подбирается при настройке | В справочнике по микросхемам под редакцией Шило есть графики расчёта длительностей импульсов, получаемых с одновибратора 155АГ3 |
| C4 | Подбирается при настройке | |
| C5 | 1000 пФ |
Чертеж печатной платы:
Схема расположения элементов на плате
Обратите внимание, что схема »мягкого запуска» (кроме элементов R1, C2) размещена на плате управления. 
Вид устройства в сборе
На фото слева не показаны:
- корпус устройства с дополнительными вентиляторами;
- элементы крепления к корпусу;
- плата управления (крепится на корпусе устройства и соединяется гибким жгутом к плате управления токовыми ключами);
- разъём «сварочного тока»;
- сетевой фильтр и предохранительный автомат (крепятся на корпусе устройства).
Как известно, напряжение на дуге в режиме сварки обычно составляет около 20-24 вольт. В режиме разрезания металла напряжение может достигать и 30-36 вольт.
Для поддержания дугового разряда достаточно не очень высокого ннапряжения пробоя, всего несколько вольт. Но для нормальной «поддержки» дугового разряда время деионизации молекул газа (воздуха, продуктов «горения») в зоне дуги должно быть значительно больше времени восстановления напряжения пробоя ионизированного газа.
Для сухого воздуха со стандартным атмосферным давлением это время составляет около 50-ти миллисекунд. Для восстановления дуги при таких условиях необходимо напряжение пробоя выше 25-30ти вольт. «Обычный» сварочный аппарат (трансформаторный) работает от сети переменного тока частотой 50Гц, при этом время восстановления дуги не может превышать 20-25мс.
По причине этого сварочные аппараты переменного тока обычно имеют напряжение холостого хода 60-80 вольт. Время восстановления в среднем составляет 25-35 миллисекунд.
Для увеличения стабильности дуги желательно, чтобы источник (в данном случае трансформатор) имел достаточно большую индуктивность. Но, с другой стороны, увеличение индуктивности сварочного трансформатора ведёт к увеличению его реактивного сопротивления, а значит к уменьшению тока на дуге.
Очень часто сердечник сварочного трансформатора выполняют ввиде незамкнутого магнитопровода с регулируемым зазором. По этим причинам сварочные аппараты переменного тока имеют достаточно узкий диапазон регулировки тока, большие габариты, вес и низкий КПД.
У аппаратов постоянного тока элементом стабилизации тока служит отдельный дроссель (иногда два дросселя). Время восстановления дуги у таких сварочных аппаратов может быть сокращено до 10-25мс, за счёт этого напряжение холостого хода может быть понижено до 40-50В.
Казалось бы теперь индуктивность стабилизируещего дросселя можно увеличивать и увеличивать, но при слишком большой индуктивности дросселя становится достаточно трудно зажечь дугу, возникает так называемый «эффект прилипания электрода».
Чтобы добиться хорошей стабильности дугового разряда и хорошего «зажигания» желательно, чтобы индуктивность стабилизирующего дросселя была низкой (для быстрого увеличения тока в момент зажигания) и частота тока была как можно выше (чтобы уменьшить время восстановления дуги).
Как известно, в промышленной электросети напряжение переменного тока составляет 220 вольт, а частота — 50 герц, и с этим приходится мириться. Увеличить частоту переменного тока можно только используя выпрямитель и преобразователь напряжения. Также, по причине того, что трансформатор сварочного аппарата кроме активного сопротивления имеет также и реактивное (без нагрузки трансформатор работает как индуктивность), то даже при отсутствии тока во вторичной обмотке, через первичную обмотку всё равно протекает достаточно большой ток.
Хотя при «холостом ходе» сварочный аппарат потребляет не очень большое количество энергии, реактивная составляющая тока может быть достаточно велика. При работе аппарата вектора «реактивного» и «активного» токов складываются, и суммарный ток может достигать значительных величин. По этой причине обычный сварочный аппарат нельзя подключать к бытовой электрической розетке, так как электрические провода должны иметь достаточно большое сечение, и предохранительные «автоматы» должны быть расчитаны на большой ток (до 50-ти и более ампер).
Габариты и масса стандартных сварочных аппаратов также не позволяют использовать их в качестве переносных. При работе, для того, чтобы не переносить сам аппарат, сварщики просто используют длинные соединительные провода. Сечение таких проводов доходит до 20-ти и более кв.мм. Естественно, что и стоимость самих соединительных проводов (в денежном эквиваленте) может быть сопоставима со стоимостью самого сварочного аппарата.
Также любой сварочный аппарат имеет такой параметр, как КПВ, выраженный в процентах (отношение: время работы/время остывания + время работы). В редких случаях данный параметр превышает 80%, чаще всего встречаемый параметр КПВ=50% (тут имеются ввиду режимы максимальных токов).
Многие производители указывают кроме КПВ также и продолжительность непрерывной работы, которая иногда не превышет дву-трёх минут.
Сварочный аппарат постоянного тока, собранный по схеме «Выпрямитель -> Вч. преобразователь -> Выпрямитель+дроссель» лишён указанных недостатков. В силу того, что отсутствуют реактивные токи в питающей сети, а при работе аппарата практически 85% энергии «идёт в дело», данный аппарат можно безболезненно подключать к обычной бытовой розетке, не беспокоясь о том, что проводка может перегореть (потребляемая аппаратом мощность при максимальных режимах работы немногим больше превышает мощность бытового утюга).
КПД у такого аппарата, если и не 100%, то, во всяком случае, где-то рядом, да и продолжительность непрерывной работы намного больше, чем 20 минут. Если учесть вес аппарата — не более 10 кг -, то отпадает необходимость в длинных соединительных проводах, гораздо проще просто поднести аппарат к месту работы.
Сечение проводов также можно уменьшить. Для «сварочных» проводов достаточно сечения 12 кв.мм. (при длинне 2-3 метра), а в качестве «питающих» проводов вполне можно употреблять бытовые электроудлинители, важно только, чтобы максимальный ток для выбранного удлинителя был не менее 10-ти ампер.
Хочу также отметить, что если Вы всё-таки соберёте себе такую штуковину, то останетесь весьма довольны ею. Никто из нас никаких навыков сварщика никогда не имел, однако, когда пришла необходимость подварить калитку на даче, агрегат здорово выручил.
Несмотря на то, что «дачное» напряжение — было далеко не 220V, дуга была стабильной, зажигалась с пол-пинка, не было эффекта прилипания электрода, да и получившийся шов был по качеству как у заправского сварщика.
Конечно же, без трудовых и материальных затрат не обойтись, но, себестоимость нашего агрегата (по крайней мере для нас) оказалась куда ниже, чем цены того двухпудового дерьма, что продаётся сейчас на каждом углу (даже с импортными наклейками).