Изготовление сварочного аппарата

Силами своего конструкторского кружка в школе мы ещё семь лет назад изготовили и испытали несколько сварочных трансформаторов (СТ). Работают они так, что никаких нареканий ни у кого не вызывают. А потому хочется предложить варианты их расчёта и изготовления всем, для кого сварочный трансформатор не прихоть, а жизненная необходимость. Тем более что достать готовый СТ зачастую — проблема из проблем. Да и габариты у них значительные (как, впрочем, и стоимость). Как известно, электросварка производится при напряжении 40-60В и током от 50 А до 300 А — в зависимости от применяемых электродов и толщины свариваемых металлов. Исходя из этого можно определить и мощность Р (в ваттах) трансформатора: P=IU, где I — сила тока в амперах, a U — напряжение в вольтах.

 

Простейший сварочный аппарат с использованием стержневого магнитопровода.

В зависимости от мощности Р подбирается и площадь сечения S ( в см²) магнитопровода. Делается это по формуле:

S=P^0,5.

А уже по величине S определяется число витков w на 1В напряжения:

w=50/S

Зная требуемые напряжения U1 и U2, легко рассчитать число витков первичной w1 и вторичном w2 обмоток:

w1=wU1 , w2=wU2.

После чего определяется сечение проводов обмоток. При этом необходимо учитывать, что плотность тока в обмотке сварочного трансформатора, выполненной из меди, при нормальном охлаждении должна быть не более 5 А/мм².

Варианты намотки сварочного трансформатора на «пакете железа» сгоревшего статора электродвигателя:

 

а) классическое расположение обмоток. б) частичное перекрытие обмоток. в) вторичная обмотка располагается полностью поверх первичной. Толщина набора во всех случаях 100 мм.

На основании этих расчётов и экспериментальных данных мы пришли к следующим выводам. Для того чтобы трансформатор развивал необходимую мощность, сечение его магнитопровода целесообразно выбрать 50 см² (дальнейшее увеличение S грозит ростом габаритов и массы). При этом первичная обмотка должна содержать 260 витков медного провода или шины сечением 7-10 мм. В такой обмотке делаются отводы от 140, 160, 180, 200, 220, 240 витков. Подключая к ним сеть, можно производить регулировку тока в широких пределах (от 50 А до 250 А).

Вторичная же обмотка должна содержать 40-50 витков медной шины сечением не менее 25 мм. Но если предполагается «жёсткая» эксплуатация (с большими токами), то сечение здесь необходимо увеличить на 5-10 мм². Причём для повышения КПД трансформатора лучше первые 10-15 витков здесь намотать поверх первичной обмотки, а остальные — на вторую половину сердечника. Для более широких возможностей регулировки тока можно во вторичной обмотке сделать отвод примерно от 30-го витка.

Оригинальный и компактный сварочный трансформатор с высоким КПД получается, если в качестве магнитопровода используется пакет железа (набор) от … статора сгоревшего электродвигателя. Для этого у вышедшего из строя электродвигателя с подходящими размерами разбивают корпус, снимают обмотку. Оставляют только пакет железа, хорошо сгладив острые углы. Обмотав железо киперной лентой, наматывают обмотки, исходя из тех же расчётов и данных числа витков, которые были приведены нами выше. То есть первичная обмотка должна содержать 260 витков. Причём отводы у неё делают, начиная со 140-го витка, через каждые 20 витков. У вторичной обмотки 40-50 витков.

Могут быть три варианта намотки такого трансформатора. Первичная обмотка выполняется с помощью челнока, а вторичная — с учётом жёсткости шины. В случае, когда обмотка II распределена по магнитопроводу равномерно, КПД максимальный, а ток можно довести до 350 А.

При подготовив тороидального сердечника лучше всего, если есть возможность, расточить пазы, где лежали обмотки двигателя, на токарном станке. И ещё ряд советов.

При изготовлении аппарата необходимо тщательно изолировать обмотки друг от друга и между слоями киперной лентой с последующей пропиткой всего этого битумным лаком. В первичной цепи следует учесть предохранитель и переключатель числа витков. Простейший вариант последнего изображён на иллюстрации.

Необходимо помнить, что в первичной цепи ток колеблется от 8 А (на режиме 260 витков) до 25 А (на режиме 140 витков). Поэтому подключение аппарата к сети должно производиться проводом сечением не менее 7-10 мм². Кабель вторичной сети присоединяют через переходную колодку с помощью оконцевателей (см. рис.), которые легко изготовить из медной трубки. А из стальной трубки выполняется самодельщиками электродержатель.

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.

Изготовление переключателя (а) и переходной колодки (б):

 

1 — пластина-основание (8-мм текстолит), 2 — контактные болты (М6 и М8 соответственно) с гайками (медь), 3 — контактная пластина (отрезок 6-мм медного листа), 4 — ручка переключателя (текстолит). Размеры — согласно габаритам самого трансформатора.

Оконцеватель:

 

1 — контактная ламель (расплющенная и просверлённая часть медной трубки, 2 — запрессованная жила кабеля, 3 — изоляционная оплётка кабеля.

Электрододержатель:

 

1 — вилка-контакт (из расплющенного конца стальной трубки), 2 — гильза с запрессованной в неё жилой кабеля, 3 — изоляционная оплётка кабеля.

По себе знаем: 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 на-

правлению сварки. Причём электрод должен быть наклонён в сторону движения, 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. Причём ширина валика порой здесь доходит до двух-трех диаметров электрода.

Более подробно изучить технологию сварки можно по специальной литературе. Читайте, постигайте, тренируйтесь — и сварочная дуга будет вам послушна.

В заключение нелишне, думается, напомнить о необходимости соблюдения техники 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 отключённом аппарате. Ни в коем разе не производить электросварку в сырых, не вентилируемых 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, что если производится сварка транспортного средства, то и его необходимо заземлить.

Работать нужно в спецодежде, на месте, оборудованном вентиляцией, которую включают за 5-10 минут до начала работы. Следить, чтобы сварочный кабель не был бы слишком длинным. А его сечение должно соответствовать силе тока. Светофильтры надо также подбирать по силе тока. Причём, если последняя составляет 15-30 А, пользуются светофильтрами типа С3. С4 применяют при 30-60 А. При токе дуги 60-150 А незаменимыми оказываются светофильтры С5. А С6 и С7 используют соответственно при 150-275 А и 275-350 А.

Наконец, ещё одно правило. Категорически запрещается сварка сосудов, находящихся под давлением.

Рекомендуем для обмазки электродов применять пасту со следующей рецептурой: 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 часов.

В. МИШИЕВ, Н. ИВАНОВ, г. Ессентуки

***

Тем, кто в изготовлении обычных «стержневых» сварочных трансформаторов не новичок, настоятельно рекомендую переходить к другому, более сложному (зато интересному и перспективному) типу с использованием ленточного магнитопровода. Ведь преимущества последнего очевидны.

 

Ленточный тороидальный сердечник.

 

Принципиальная электрическая схема выпрямителя для сварки постоянным током.

Во-первых, это абсолютная бесшумность в работе (отсутствует какое-либо гудение). Во-вторых, налицо экономичность, высокий КПД. Так как намагничивающая сила в ленточных магнитопроводах в 4-5 раз больше, чем в обычных (наборных), то за счёт уменьшения поперечного сечения ((D-d)*b/2) магнитопровода удаётся значительно снизить массу самого трансформатора. Например, мои 25-килограммовый СТ позволяет свободно варить сталь «пятёркой».

Материал для ленточных магнитопроводов я брал из выбракованных трансформаторов тока (ТТ=35 кВ). Они устанавливаются на MB = 35 кВ. Намоточные данные для СТ в таком случае будут:

первичная обмотка — медный провод сечением S=6 мм², 140 витков;
вторичная — медный многожильный шнур в ПХВ-изоляции, S=35 мм² — до заполнения «окна».

Сварку с этим трансформатором рекомендую вести на постоянном токе. Но нужен хотя бы простейший «мостовой» выпрямитель на ВД-200. Причём «плюсовой» вывод здесь желательно подсоединять к держателю электрода через дроссель (см. рисунок). Наматывается последний на магнитопроводе от магнитного пускателя II — III величины медной шиной S=35 мм² до заполнения «окна» (10-15 витков). Это позволит легче зажигать и поддерживать дугу.

С. БАБИЧЕВ, г. Балаклея

ЛИТЕРАТУРА:
1. Жеребцов И. П.- Электротехника для радистов.- М.: ДОСААФ, 1964.
2. Никулин Н. В.- Справочник молодого электрика по электротехническим материалам и изделиям.- М.: Высшая школа, 1982.
3. Тихомиров П. М.- Расчёт трансформаторов.- М.: Энергоатомиздат, 1986.
4. Глаз А. И.- Справочник молодого электротехника.- .М.: Высшая школа, 1967.