Расчет трансформатора для контактной сварки

Обновлено: 17.05.2024

Обмотка сварочного трансформатора

Предполагается, что при стремлении к максимальной экономии, в самодельных конструкциях сварочных трансформаторов могут использоваться нестандартные решения построения обмоток, старые, бывшие в употреблении провода и материалы, несвойственные для промышленного сварочного оборудования.

Учитывая высокую мощность, для обмоток сварочного трансформатора понадобится провод относительно большого сечения. Развивая в режиме сварки значительный ток, трансформатор постепенно нагревается. Скорость нагрева зависит от ряда факторов, важнейшим из которых является диаметр или площадь поперечного сечения провода его обмоток. Чем толще провод, тем лучше он пропускает ток, тем меньше нагревается и, наконец, тем лучше он рассеивает тепло. Основной характеристикой здесь является плотность тока (А/мм 2 ), чем выше значение плотности тока в проводах, тем интенсивнее будет происходить разогрев трансформатора. Наиболее распространенным материалом для провода является медь, хотя обмоточный провод может быть и алюминиевым. Обмотки из медного провода получаются компактнее, так как медь позволяет использовать в 1,6 раз большую плотность тока, нежели алюминиевый провод. Зато алюминиевый провод дешевле, а обмотки из него получаются легче.

В промышленных трансформаторах плотность тока не превышает значения 5 А/мм 2 для медного провода. Но для самодельных трансформаторов удовлетворительным результатом можно считать для меди даже 10 А/мм 2 . С увеличением плотности тока резко ускоряется нагрев трансформатора. Нередки случаи, когда в самоделках для первичной обмотки используются провода, выдерживающие токи более высокой плотности - до 20 А/мм 2 . Но в этом случае трансформатор нагреется до температуры порядка 60 градусов уже после использования подряд 2-3 электродов, потом придется ждать, пока обмотки остынут. Время перерыва на охлаждение будет сильно зависеть от конструкции аппарата: как у него организовано охлаждение и насколько хорош теплоотвод из катушек. Если варить предполагается немного, а лучших материалов все равно не предвидится, то можно намотать проводом и с сильной перегрузкой. Хотя это, конечно, неизбежно уменьшит надежность сварочного трансформатора. Оптимальным для самодельных трансформаторов можно считать плотность тока до 7 А/мм 2 .

Кроме сечения и металла, другой важной характеристикой провода является способ его изоляции. Провод может быть просто покрыт лаком, умотан в один или два слоя нитки или ткани, которые в свою очередь могут быть пропитаны или нет лаком. От типа изоляции сильно зависит надежность обмотки, ее максимальная температура перегрева, влагостойкость, изоляционные качества. Наилучшим вариантом является изоляция из стеклоткани, пропитанной теплостойким лаком.

Изоляция провода ХБ изолентой

Наименее желательным, но самым доступным материалом для самоделок являются обычные провода ПЭЛ, ПЭВ 1,6-2,4 мм в простой лаковой изоляции. Такой провод легче всего достать, он наиболее распространен: его можно снять с катушек дросселей и трансформаторов отслужившего свой век оборудования. Осторожно снимая старые провода с катушек, необходимо следить за состоянием их покрытия и слегка поврежденные участки дополнительно изолировать. Хуже, когда катушки с проводом были дополнительно пропитаны лаком или закрашены, их витки между собой склеились и, при попытке рассоединения, затвердевшая пропитка часто срывает и собственное лаковое покрытие провода, оголяя металл. В редких случаях, при отсутствии других материалов, мотают обмотки даже монтажным проводом в хлорвиниловой изоляции. Их недостатки: лишний объем изоляции и плохой теплоотвод.

Основные характеристики обмоточных проводов

ПЭВ, ПЭМ - провода, эмалированные высокопрочным лаком (соответственно, винифлекс и металвин), выпускаются с тонким (ПЭВ-1, ПЭМ-1) и усиленным изоляционными слоями (ПЭВ-2, ПЭМ-2); ПЭЛ - провод, эмалированный лаком на масляной основе; ПЭЛР-1, ПЭЛР-2 - провода, эмалированные высокопрочным полиамидным лаком, соответственно с тонким и усиленным слоями изоляции; ПЭЛБО, ПЭВЛО - провода на основе проводов типа ПЭЛ и ПЭВ с одним слоем, соответственно, хлопчатобумажной пряжи или лавсана; ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2 - провод, эмалированный высокопрочной полиуретановой эмалью, теплостойкой, с тонким и усиленным слоями изоляции; ПЛД - провод, изолированный двумя слоями лавсана; ПЭТВ - провод, эмалированный теплостойким высокопрочным полиэфирным лаком; провода типа ПСД- с изоляцией из бесщелочного стекловолокна, наложенного двумя слоями с подклейкой и пропиткой теплостойким лаком (в обозначениях марок: Т - утонённая изоляция, Л - с поверхностным лаковым слоем, К - с подклейкой и пропиткой кремнийорганическим лаком); ПЭТКСОТ - провод, изолированный теплостойкой эмалью и стекловолокном; ПНЭТ-имид - провод изолированный высокопрочной эмалью на полиимидной основе. Под толщиной изоляции в таблице принимается разность между максимальным диаметром провода и номинальным диаметром по меди.

Качеству укладки первичной обмотки сварочного трансформатора всегда следует уделять наибольше внимание. Первичная обмотка содержит большее количество витков, чем вторичная, плотность ее намотки выше, чаще всего она больше греется. Первичная обмотка находится под высоким напряжением, при ее межвитковом замыкании или пробое изоляции, скажем, через попавшую влагу, вся катушка быстро "сгорает". Как правило, восстановить ее без разборки всей конструкции невозможно.

Провод обмотки может состоять и из кусков, даже метров по десять, если получилось достать только такой. В этом случае он наматывается частями, а концы соединяются между собой. Для этого пролуженные кончики соединяются (не скручивая) и скрепляются несколькими витками тонкой медной жилы без изоляции, потом окончательно пропаиваются и изолируются. Такое соединение не дает трещин в проводе и не занимает большого объема.

Для начала нужно выбрать ровное прямое пространство, где жестко устанавливаются два колышка или крючка, с расстоянием между ними, равным длине провода вторичной обмотки - 20-30 м. Потом между ними протягивается без прогиба несколько десятков жил тонкого провода - получается один вытянутый пучок. Далее один из концов пучка отсоединяется от опоры и зажимается в патрон электродрели. На небольших оборотах весь пучок, в слегка натянутом состоянии, за несколько приемов закручивается в единый провод. В процессе закручивания пучок проводов необходимо периодически встряхивать, держась за один конец, дабы закрутка равномерно разошлась по всей длине провода. После скручивания длина немного уменьшится. На концах получившегося многожильного провода нужно будет аккуратно обжечь лак и зачистить кончики каждого проводка отдельно, а потом их залудить и надежно спаять все вместе. После всего провод желательно изолировать, обмотав его по всей длине, например, тканевой изолентой.

Во многих конструкциях трансформаторов объем окон магнитопровода, в которые необходимо укладывать несколько обмоток толстыми проводами, сильно ограничен. Поэтому в этом пространстве магнитопровода дорог каждый миллиметр. При малых размерах сердечников изоляционные материалы должны занимать как можно меньший объем, т.е. быть как можно тоньше и эластичнее.

Распространенную ПВХ-изоленту можно сразу же исключить из применения на греющихся участках трансформатора. Даже при незначительном перегреве она становится мягкой и постепенно разлазится или продавливается проводами, а при значительном перегреве плавится и пенится. Для изоляции и бандажа можно использовать фторопластовые, стекло- и лакотканевые, киперные ленты. Хороший изоляционный материал стоит дорого, и его применение может сильно удорожить изготовление сварочного трансформатора.

Каждый слой провода необходимо надежно фиксировать. Для этого под слой провода в 3-4 местах с разных сторон поперек виткам ложатся отрезки киперной ленты из ткани или грубые веревочки, после завершения слоя лента стягивается и завязывается, таким образом витки надежно фиксируются друг к другу.

Между слоями провода укладывается изоляция. Это может быть лакоткань, киперная лента или лента из стеклоткани.

При работе трансформатор вибрирует. Если провода лежат друг на друге без промежуточной изоляции, то в результате вибрации и трения друг о друга изоляция провода может разрушиться, и произойдет замыкание.

Не очень хорошей изоляцией является стеклоткань без пропитки. С одной стороны, она не горит, выдерживает высокую температуру, хорошо проводит тепло, но с другой: волокна непропитанной стеклоткани, будучи неплотными и скользкими, под нагрузкой расходятся, таким образом, внутри обмоток эта изоляция может продавливаться проводами, теряя свои свойства.

В некоторых случаях межслоевая изоляция может занимать значительный объем и препятствовать охлаждению трансформатора, что особенно актуально для компактных конструкций с ограниченным объемом магнитопровода. ПВХ-изоленту лучше внутри обмоток не использовать, так как при нагреве она становится мягкой и может постепенно продавливаться проводами.

Иногда рекомендуют пропитывать готовые обмотки специальным пропиточным лаком или же покрывать слои провода эмалевой краской. Но здесь нужно учитывать, что пропиточный лак по технологии сохнет только при высокой температуре, для чего используются сушильные шкафы. Применение красок и лаков может привести к отрицательным последствиям в будущем, если предполагается перемотка катушек, полностью такую возможность в самодельном трансформаторе исключить нельзя. Высохшая краска намертво склеивает витки обмотки и часто их рассоединение возможно только вместе с сдиранием собственной изоляционной оболочки провода, после чего провод приходит в негодность.

Между слоями провода рекомендуется вставлять поперечные планки толщиной 5-10 мм. Планки служат прежде всего для образования внутри обмоток воздушных зазоров, через которые будет выходить теплый воздух, таким образом, улучшится вентиляция и температурный режим трансформатора. Кроме того, зазоры увеличивают объем катушек, а значит, и магнитное рассеивание трансформатора, что самым положительным образом сказывается на его сварочных характеристиках. Планки могут быть изготовлены из дерева или какого-либо другого диэлектрического материала. Их ставят несколько штук по длине витка катушки с определенными интервалами. В компактных магнитопроводах с внутренней стороны планки не ставятся, чтобы не занимать дополнительный объем окна. Имеет смысл устанавливать планки через каждые два слоя провода (кроме первого слоя), тогда каждый слой одной стороной будет выходить на воздушный зазор.

Обмотка с вентиляционными зазорами

Принципиальное значение имеет способ соединения между собой находящихся на разных плечах обмоток.

Дисковые обмотки: 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка

Так как магнитный поток в магнитопроводе циркулирует, то взаимное направление потоков в противоположных плечах должно быть соответственно направлено в разные стороны относительно их продольных осей.

Это значит, что направление течения тока в витках катушек на разных плечах должно быть в разные стороны: в одной - по часовой стрелки; в другой - против часовой. Имеет смысл намотать все обмотки в одну сторону - сделать их одинаковыми. Тогда для осуществления вышеуказанных условий обмотки на разных плечах нужно будет соединить между собой началами, что удобно. Последние же верхние витки будут включаться в питающую или сварочную цепь, соответственно для первичной или вторичной обмоток. Если обмотки соединить неправильно - в противофазе, то в случае первичной - трансформатор возьмет непомерный ток и будет сильно гудеть при включении; для вторичной - выходное напряжение будет близко к нулю.

При изготовлении П-образного трансформатора, катушки можно изготовить отдельно от магнитопровода. В некоторых других типах самодельных сварочных трансформаторов так поступить нельзя, что, конечно же, усложняет процесс изготовления. Перед намоткой катушек сначала для них необходимо изготовить каркасы, куда и будет укладываться провод. Каркас вместе с готовой катушкой одевается на магнитопровод. В простейшем случае каркас может быть сделан из нескольких слоев толстого картона, свернутого в виде короба. Но лучше каркас сделать из более жесткого материала: ДВП, текстолита, фанеры и т.д. Внутренние размеры каркаса делаются несколько большими, чем сечение магнитопровода, хотя бы по бокам, так чтобы между ними оставались зазоры по несколько миллиметров. В зазоры потом забиваются фиксирующие колышки.

При намотке катушки, внутрь каркаса необходимо временно поместить какой-нибудь жесткий материал, заполняющий весь его внутренний объем, обычно дерево. При укладке жесткого провода придется прилагать значительные усилия, это может деформировать и испортить каркас, именно поэтому и требуется временная внутренняя набивка. Ни в коем случае нельзя использовать один сплошной деревянный брус - если его сильно ужмет, то потом невозможно будет извлечь из каркаса без риска повреждения готовой обмотки. Лучше вставить 2-3 сложенных вместе доски, тогда одну из них всегда можно будет безболезненно удалить, после чего выйдут и остальные.

В некоторых случаях, если размеры магнитопровода позволяют, легче изготовить каркас для обмоток круглого сечения, особенно если есть отрезки подходящей картонной или пластмассовой трубы. Мотать на круглом каркасе легче, тем более обеспечивается лучшая сохранность провода, так как теперь отсутствуют прямые изгибы на углах. Увеличенные зазоры между каркасом и магнитопроводом заполняются деревянными вставками соответствующих размеров и формы.

Обмотка на каркасе цилиндрической формы

Конечные участки первичной обмотки имеет смысл выполнить с несколькими отводами через 15-25 витков, тогда можно будет подрегулировать мощность трансформатора.

Отводы первичной обмотки сварочного трансформатора

Вторичную обмотку следует рассчитать так, чтобы при включении в сеть максимального количества витков первичной обмотки, т.е. при минимальной мощности, выходное напряжение приближалось к 50В, в крайнем случае к 42В. Тогда при уменьшении, через отводы, количества работающих витков первичной обмотки, напряжение на выходе будет повышаться вместе с увеличением мощности.

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

Трансформатор для контактной сварки

Среди множества видов сварочных процессов можно выделить точечную. Ее применяют при создании систем вентиляции и кондиционирования, для соединения тонкостенных корпусных деталей и множества других конструкций.

Точечная контактная сварка

Виды точечной сварки

К точечной относят один из видов контактной сварки, в ходе выполнения которой детали соединяют по отдельным точкам. Электроды, выполненные из разных материалов, сжимают заготовки и передают через себя электрический ток соответствующих характеристик. Расположение точек контакта, напрямую зависит от того как установлены электроды в машине, используемой для сварки. Опять же в зависимости от конструкции машины и электродов допустимо получение одной или нескольких точек сварки.

Контактную сварку используют для работы с черными и цветными металлами. Это могут быть детали, обработанные на механическом оборудовании, они могут иметь одинаковую или разную толщину. В качестве заготовок могут быть использованы листы, полученные на прокатных станах или кузнечно — прессовом оборудовании.
Такой вид сварки наиболее эффективен для изготовления деталей в транспортном машиностроении, при производстве различного по классам станочного оборудования и пр.

Особенности и принцип точечной сварки для выбора трансформатора

Метод точечной сварки применяют и на производственных площадках, и в кустарных мастерских. На производстве эту технологию применяют для работы с листовыми заготовками из разных марок металла – черного, цветного, нержавеющего и пр. С помощью точечной сварки обрабатывают детали разной формы и размеров, кроме того, на оборудовании такой сварки изготавливают пересекающиеся стрежни.

В домашней мастерской такую технологию применяют для выполнения ремонта бытовой техники, в т.ч. автомобильной, электрической, например, для наращивания силового кабеля.
Надо отметить то, что способ точечной сварки включает в себя несколько последовательных операций, причем, эти операции одинаковы и для промышленного, и для бытового оборудования.
На первом этапе заготовки, выполненные из металла, соединяют между собой в заданном пространственном положении. Для их фиксации могут быть использованы обыкновенные строительные струбцины или друга технологическая оснастка.

Затем, соединенные детали помещают в рабочую зону оборудования, в пространстве между электродами. После этого их приводят в движение, начинается сжимание заготовок и подача электрического тока с определенными характеристиками. Подаваемый ток, выполняет нагревание металла до определенной температуры, в результате, этого будет произведена необходимая деформация заготовок.
В промышленных условиях применяют автоматические установки точечной сварки, в условиях мастерской чаще применяют полуавтоматические сварочные аппараты. Некоторые виды оборудования позволяют получать до 600 сварных контактов в минуту.
Еще один способ точечной сварки — это лазерная. Ее применение обеспечивает высокое качество, получаемых швов.

Смысл сварки этого типа заключается в следующем:
После сильного нагрева заготовок происходит их оплавление и происходит образование однородной структуры (шва).

Главный параметр такого сварочного процесса – это импульсная характеристика тока.

Именно она обеспечивает требуемый нагрев. Кроме того, важную роль играет и сила, с которой заготовки прижимают друг с другом. Именно в результате этого происходит кристаллизация металлической структуры.
Импульсная сварка гарантирует максимальную прочность стыков, при практически полной автоматизации сварочного процесса. Но главный недостаток такой технологии это невозможность обеспечения 100% герметичности заготовок между собой.

Виды трансформаторов для сварки

Технические характеристики трансформаторов должны обеспечивать такие технические свойства, которые позволяют с минимальными потерями произвести нагрев, расплав и соединение обрабатываемых деталей.

Трансформатор, предназначенный для производства сварных работ, имеет простую конструкцию и именно поэтому, многие домашние мастера предпочитают его изготавливать самостоятельно.

В конструкцию входит несколько составных частей:

Сердечник для трансформатора

Сердечник, состоящий из нескольких пластин, выполненных из стали. Для сборки магнитопровода применяют пластины, изготовленные из электротехнической стали. На нем устанавливают одну или несколько обмоток. Настройку напряжения выполняют с помощью винтовой пары, которая проходит через сердечник и обмотку.
Металлический корпус предназначен для защиты устройства от каких-либо повреждений. Кроме того, в состав трансформатора входят устройства вентиляции, рукояти и колеса для транспортировки.

Номинальное рабочее напряжение составляет 220 или 380 вольт и это позволяет их использовать и на промышленных объектах, и домашнем хозяйстве. Технические характеристики трансформатора допускают производить работы с металлическими заготовками разной формы и размеров.

Трансформатор для контактной сварки, состоит из тех же узлов, что и для традиционной. Это оборудование работает в режиме коротких, но часто повторяющихся нагрузок. Это приводит к тому, что обмотки испытывают серьезные динамические нагрузки. Для их компенсации в трансформаторах для точечной сварки применяют сердечник броневого типа и дисковые обмотки.

Трансформатор для контактной сварки ТВК-75

Трансформатор для контактной сварки ТВК-75 предназначается для работы в составе электросварного оборудования для точечной сварки, которые эксплуатируются в закрытых помещениях при соблюдении ряда условий. Магнитопровод в этом трансформаторе имеет ленточную конструкцию, и стянут в раму с помощью шпилек. Обмотки этого трансформатора дисковые. Для изготовления первой обмотки применяют теплостойкий кабель ПСД.

Трансформатор для контактной сварки ТВК-75

Вторая обмотка собрана из отдельных дисков и с помощью металлических деталей, выполненных из меди, они собраны в параллельную схему.
Для охлаждения вторичной обмотки используют проточную воду, которая перемещается по специально проложенным трубам. Обмотки залиты эпоксидной смолой.
Напряжение регулируется с помощью переключателей, которые установлены на сварочной машине. К основным параметрам трансформатора этой марки можно отнести следующее:

Охлаждение водой, аппарат изготовлен по классу изоляции F. За счет использования технологии Unicore трансформатор несет минимальные потери в магнитопроводе. Производитель выпускает трансформатор в климатическом исполнении УХЛ4.

Трансформатор для контактной сварки ТКС — 4500 Каскад

Трансформатор для контактной сварки ТКС — 4500 Каскад используют для сварки деталей из малоуглеродистых сталей совокупной толщиной до 4 мм.

Расчет трансформатора для сварки

Магнитопровод и обмотки отвечают за создание рабочих параметров устройства. То есть, зная, какие характеристики должны быть у трансформатора можно просчитать параметры обмоток, сердечника и сечения всех проводов.

Для выполнения расчетов необходимо взять следующие данные:

Сварочный трансформатор своими руками

1. Напряжение на первой обмотке.
2. Напряжение на второй обмотке.
3. Сила тока на второй обмотке. Размер этого параметра определяется типом электродов и размерами заготовки.
4. Площадь сердечника. Этот параметр определяет надежность трансформатора в целом. Оптимальным размером можно считать от 45 до 55 кв. см.
5. Размер площади окна сердечника. Оптимальным считают размер от 80 до 110 кв. см.
6. Плотность тока внутри обмотки. Этот параметр отвечает за потери в обмотке. Для аппаратов, выполненных своими руками, эта характеристика составляет 2,5 – 3 А.
Самодельный аппарат из микроволновой печи

Для установки в домашней мастерской высокопроизводительного сварочного оборудования нет необходимости в приобретении дорогостоящего оборудования. Для этого достаточно использовать старую микроволновую печь. Точнее, ее трансформатор. Он в состоянии обеспечить напряжение необходимо для выполнения точечной сварки.

При извлечении трансформатора из корпуса микроволновой печи необходимо соблюдать аккуратность. Сначала надо снять все крепежные детали, и удалить вторичную обмотку. Кроме этого необходимо удалить шунты, встроенные в ограничители тока. Точечная сварка, изготовленная из микроволновой печи, обеспечивает мощность в 700 – 800 Вт и это позволяет выполнять сварку стальных листов толщиной до 1 мм.

Как и для любого другого сварочного устройства для его работы потребуется электрод.

Создание электродов

Сварочное оборудование позволяет выполнять большое количество работ по неразъемному соединению деталей, выполненных из металла. Для выполнения этой операции применяют электроды. Те, которые применяют для точечной сварки, называют сварочные клещи. Их можно купить и в специализированном магазине, а можно изготовить своими силами.

Электрод для контактной сварки

Сварочные клещи состоят из:
- захвата, который несет токонесущие части;
- собственно электроды;
- сварочные кабели;
- механизм управления.
Для качественного сварного соединения необходимо, чтобы на выходе из аппарата было устойчивое пониженное напряжение и повышенная сила тока. Часто, для достижения необходимых параметров применяют аппараты с усиленной второй обмоткой.

Напряжение с обмотки поступает на сварочные клещи, в которые вставляют заготовки, подлежащие сварке.

Когда заготовки собраны между собой и помещены в рабочее пространство электроды сжимают. Это можно выполнить в ручном, а можно и в автоматическом режимах. Одновременно с этим на электроды подается ток надлежащей мощности. Он вызывает нагрев металла, его расплав и перемешивание. Так, выполняется контактная сварка. Диаметр пятна контакта определяет размер силы тока и время выдержки деталей между электродами.

Сварка цветных металлов точечной сваркой

В промышленности широко применяют точечную сварку цветных металлов. В качестве примера можно рассмотреть сварку алюминия. Важным моментом в точечной сварке является удаление с поверхности заготовок оксидной пленки. Как правило, ее удаляют с применением стальной щетки или абразивной шкурки нулевого размера. Другой, не менее распространенный способ удаления оксидной пленки – это химический.

Для того применяют серную или хромовую кислоту. Но, такой способ применяют в условиях серийного производства.

Для сварки цветных металлов, в частности, алюминия необходимо использовать машины большой мощности. Так, для сварки двух листов дюраля толщиной в 0,5 мм потребует ток в 12 000 А.

Технология конденсаторной сварки

Одна из разновидностей контактной сварки – конденсаторная. Такой метод сварки известен с первой половины прошлого века. Сварка происходит за счет расплавления заготовок в тех местах, где происходит короткое замыкание тока, которое получают из энергии разряда конденсаторов. Время процесса сварки составляет от 1 до 3 миллисекунд.

Технология конденсаторной сварки

В основе такого сварочного аппарата находится конденсаторная емкость, заряжаемая от источника постоянного напряжения.

По достижении потребного количества энергии в емкости, электроды смыкают в месте сварки. Ток, протекающий между заготовками, вызывает необходимый нагрев поверхности и в результате металл плавится и образуется шов высокого качества.

К достоинствам конденсаторной сварки можно отнести:
Скорость, применение автоматизированного оборудования позволяет получать до 600 точек сварки в минуту. Точность позиционирования и соединения заготовок. Малое выделение тепла, отсутствие расходных материалов – проволоки или электродов.

На практике применяют два вида аппаратов такого типа сварки. Первые обеспечивают разряд из накопителей энергии на поверхности деталей, вторые получают разряд от второй обмотки трансформатора. Первый метод применяют при проведении ударно-конденсаторной сварки, второй применяют тогда, когда речь идет о необходимости получения качественного шва.

Такая сварка отличается экономичностью и поэтому ее часто применяют в условиях домашней мастерской. На рынке можно встретить устройства с мощностью в 100 – 400 Вт, которые часто применяют для работы в небольших мастерских по ремонту автомобильных кузовов.
Продолжительность нагрева и сила давления
Режимы сварки определяют следующими характеристиками – силой тока, длительностью нагрева, силой сжатия, размерами рабочего конца электрода.

Особенности выбора и использования электродов

Электроды для такой сварки должны иметь форму и размер, которые обеспечат его доступ к рабочему месту. Кроме того, электроды должны быть приспособлены для простой и надежной установки в сварочной машине и иметь высокую стойкость к износу. Самая простая конструкция электрода для точечной сварки – прямая. Их производят в соответствии с требованиями ГОСТ 14111-69. Для их производства применяют различные сплавы на основе меди.

Электрод для конденсаторной сварки

Например, при сварке разных металлов электроды должны обладать низкой электропроводностью. Но если, из металла такого типа изготовить весь электрод, то он будет достаточно быстро нагреваться. В таком случае его необходимо выполнять из двух частей. Одну из меди, а другую из материала, который приспособлен для выполнения необходимой операции.

Как сделать сварочный трансформатор своими руками. Как рассчитать, намотка. Самодельный аппарат дуговой или контактной сварки

Если у вас есть необходимый слесарный и электромонтажный инструмент (ниже мы о нём подробно расскажем), и вы имеете соответствующие профессиональные навыки, то вполне сможете изготовить сварочный трансформатор своими руками.

Расходы у вас, конечно, будут, но несравненно меньшие по сравнению с затратами на приобретение гаджета заводского изготовления. Зато, сколько вы получите удовольствия в процессе любимой работы по созданию самоделки. А восторг, в момент успешного начала электросварки, вообще, ни с чем ни сравним!

Мы в статье дадим вам массу полезных советов по выбору, расчёту и изготовлению сварочного трансформатора (далее – СТ), чем поможем оптимизировать расходы и сберечь бюджет.

[note]Правильно изготовленный своими руками аппарат — ни чем не хуже заводского.[/note]

В статье будет рассказано про два типа сварочных трансформаторов. Для сварок:

Сварочный трансформатор своими руками: что нам понадобится

Ассортимент инструмента и оборудования для изготовления и сборки обоих типов СТ идентичен. Нам потребуется следующее:
- индикатор электрического напряжения. Для контроля отсутствия последнего на электрических контактах, и обеспечения, тем самым, безопасности при выполнении электромонтажных работ;
- УШМ (она же «болгарка», «вжик-машинка» и т. п.) с набором дисков (отрезных, шлифовальных и т. п.);
- электродрель с набором свёрл по металлу и керном;
- тестер или вольтметр переменного тока с пределом измерений 400 В;
- любая «чертилка». Применяется при разметке по металлу;
- слесарные струбцины. Для фиксации деталей при разметке «по месту»;
- набор электрослесарного инструмента. Конкретный состав набора зависит от материалов, которые будут применяться при изготовлении СТ. В общем случае он таков:
  - укомплектованный электропаяльник. Пайку будем выполнять припоем ПОС-40;
  - отвёртки (разного размера с прямым и крестообразным шлицом);
  - ключи:
    - гаечные;
    - накидные;
    - торцевые;
    [tip]Все работы удобнее выполнять на слесарном верстаке с электроизоляционным покрытием, оборудованном слесарными тисками.[/tip]
    
    Для изготовления СТ необходимы комплектующие и материалы, отличающиеся между собой в зависимости от типа трансформатора. В общем случае необходимо следующее:
    - защитный кожух. Должен обеспечивать:
      - защиту от поражения электрическим током;
      - исключать возможность попадания каких-либо предметов во внутрь гаджета;
      [important]Важно: изоляционную ленту «ПХВ» применять нельзя, т. к. при нагревании она разрушается.[/important]
      
      Самодельный сварочный трансформатор для дуговой сварки
      
      [tip]Рекомендация: ознакомьтесь с материалом «Сварочный трансформатор: устройство и принцип действия«[/tip]
      
      Прежде чем приступать к дальнейшей работе по изготовлению СТ, следует решить: что именно вы будете создавать. Вам необходимо:
      - выбрать конструкцию и электрическую принципиальную схему будущего устройства;
      - произвести электрический и, при необходимости, конструктивный расчёт его параметров.
      Только после этого следует подбирать необходимую комплектацию, материалы и готовить, при необходимости,специальный инструмент.
      
      Как рассчитать сварочный трансформатор. Схема
      
      Вопрос, как рассчитать сварочный трансформатор самодельный, очень специфичен, так как он не соответствуют типовым схемам и общепринятым правилам. Дело в том, что при изготовлении самоделок параметры их компонентов «подгоняются» под уже имеющиеся в наличии комплектующие (в основном — под магнитопровод). Более того, часто случается, что:
      - трансформаторы собираются не из самого лучшего трансформаторного железа;
      - обмотки наматываются не самым подходящим проводом и много других отрицательных факторов.
      В результате, самоделки греются и «гудят» (пластины сердечника вибрируют с частотой электросети: 50 Гц), но, при этом, «делают своё дело» — сваривают металл.
      
      По форме сердечников различают трансформаторы следующих основных типов:
      
      Пояснения к рисунку:
      
      [note]Трансформаторы стержневого типа, по сравнению с трансформаторами броневого типа, допускают большие плотности токов в обмотках. Благодаря этому они имеют более высокий КПД, но и трудоёмкость их изготовления значительно выше. Тем не менее, их используют чаще.[/note]
      
      На стержневом сердечнике применяют схемы обмоток, приведённые на рисунке.
      - а – сетевая обмотка на двух сторонах сердечника;
      - б – соответствующая ей вторичная (сварочная) обмотка, включённая встречно-параллельно;
      - в – сетевая обмотка на одной стороне сердечника;
      - г – соответствующая ей вторичная обмотка, включенная последовательно.
      Для примера выполним расчёт СТ собранного по схеме «в» — «г». Его вторичная обмотка состоит из двух равных частей (половинок). Они расположены на противоположных плечах магнитопровода, а между собой соединены последовательно. Расчёты заключаются в определении теоретических и выборе действительных размеров магнитопровода.
      
      Определяемся с мощностью СТ (по величине тока во вторичной обмотке) из следующих соображений. Для электросварки в быту чаще всего используются покрытые электроды Ø, мм: 2, 3, 4. Выбираем «золотую середину» для самых ходовых — 120…130 А. Мощность СТ определяется по формуле:
      
      P = Uх.х. × Iсв. × cos(φ) / η, где:
      - Uх.х. — напряжение холостого хода;
      - Iсв. — ток сварки;
      - φ — угол сдвига фаз между напряжением и током. Принимаем: cos(φ) = 0,8;
      - η — КПД. Для самодельных СТ: КПД = 0,7.
      [tip]Если произвести расчет магнитопровода по справочнику, то его сечение для выбранного тока равно 28 кв.см. На практике, сечение магнитопровода для той же мощности может варьироваться в пределах: 25…60 кв.см.[/tip]
      
      Для каждого сечения необходимо определить (по справочнику) количество витков первичной обмотки для обеспечения на выходе заданной мощности. Мы лишь заметим, что чем больше площадь сечения магнитопровода (S), тем меньше понадобится витков обеих катушек. Это существенный момент, т. к. большое количество витков может не поместиться в «окно» магнитопровода.
      
      Возможно использование магнитопровода старого трансформатора (например, от микроволновой печки, конечно, после некоторой его реконструкции – замены вторичной обмотки).
      
      Если у вас нет старого трансформатора, то следует прибрести трансформаторное железо, из которого вы иизготовите сердечник СТ.
      - а – пластины Г-образной формы;
      - б – пластины П-образной формы;
      - в – пластины из полос трансформаторной стали;
      - c и d – размеры «окна», см;
      - S = a х b – площадь поперечного сечения сердечника (ярма), кв.см.
      [help]Если правильно рассчитать магнитопровод, то обмотки СТ не будут греться, а сам сварочник будет надежно работать.[/help]
      
      Расчёт количества витков первичных обмоток при напряжении питания сети 220…240 В, выбранных нами токах сварки и параметрах магнитопровода можно произвести по следующим формулам:
      N1 = 7440 × U1/(Sиз × I2). Для обмоток на одном плече (по половине обмотки друг на друге, соединённые последовательно);
      N1 = 4960 × U1/(Sиз × I2). Обмотки разнесены на разные плечи.
      
      Условные обозначения в обеих формулах:
      - U1 – напряжение источника питания;
      - N1 — количество витков первичной обмотки;
      - Sиз — сечение магнитопровода (кв.см);
      - I2 — заданный сварочный ток вторичной обмотки (А).
      Выходное напряжение вторичной обмотки СТ в режиме холостого хода у самодельных сварочных трансформаторов находится, как правило, в пределах 45…50В. По следующей формуле можно определить её количество витков:
      U1/U2 = N1/N2.
      
      Для удобства подбора силы сварочного тока, на обмотках делают отводы.
      
      Намотка сварочного трансформатора и монтаж
      
      Для первичной обмотки трансформатора применяется специальный термостойкий медный провод, имеющий хлопчатобумажную или стеклотканевую изоляцию.
      
      [warning]Внимание: категорически не рекомендуем для намотки сварочного трансформатора использовать провода с резиновой изоляцией.[/warning]
      
      С учётом выбранной выше мощности, электрический ток в первичной обмотке может достигать 25 А. Исходя из этих соображений, первичную обмотку СТ следует наматывать проводом, имеющим сечение ≥ 5…6 кв.мм. Это, кроме всего прочего, существенно увеличит надежность СТ.
      
      Вторичная обмотка выполняется медной проволокой, сечение которой: 30…35 кв.мм. Особое внимание следует уделить выбору изоляции провода вторичной обмотки, так как по ней протекает большой сварочный ток. Она должна быть очень надёжной — особое внимание следует уделить теплостойкости.
      
      При монтаже обмоток обратите внимание на следующее:
      - намотка производится в одном направлении;
      - между рядами обмоток прокладывается изолирующий слой дополнительной изоляции (рекомендуем – хлопчатобумажной).
      Собранный СТ следует поместить в защитный кожух с отверстиями для вентиляции.
      
      Видео
      
      Посмотрите, как была реализована задача сборки аппарата:
      
      Контактная сварка своими руками из сварочного трансформатора
      
      Контактная сварка создаёт сварное соединение деталей за счет следующих одновременных воздействий на них:
      - нагрев области их соприкосновения проходящим через него электрическим током;
      - к зоне соединения прикладывается сжимающее усилие.
      Существует три вида контактной сварки:
      
      Мы расскажем про самодельный СТ для наиболее популярной: точечной контактной сварки (для двух других требуется очень сложное оборудование).
      
      Пояснения к рисунку:
      1 – электроды, подводящие сварочный ток с свариваемым изделиям;
      2 – свариваемые изделия с нахлёсточным соединением;
      3 – сварочный трансформатор.
      
      Для осуществления контактной сварки, в зависимости от толщины и теплопроводности материалов свариваемых деталей, выбираются следующие значения её основных параметров:
      - электрическое напряжение в силовой (сварочной цепи), В: 1…10;
      - величина сварочного тока (амплитуда сварочного импульса), А: ≥ 1000;
      - время нагрева (прохождения импульса сварочного тока), сек: 0,01…3,0;
      Кроме того, должны быть обеспечены:
      - незначительная зона расплавления;
      - значительное сжимающее усилие, прилагаемое к месту сварки.
      Схема и расчёт
      
      Расчет СТ контактной сварки выполняется по тому же алгоритму, что и для дуговой (смотри выше). При выборе данных из справочника (сила тока и напряжение вторичной обмотки для точечной сварки выбранной марки металла заданной толщины), следует учитывать, что сила тока вторичной обмотки для таких трансформаторов порядка 1000…5000 А. Вторичная обмотка рассчитана, как правило, на единицы вольт и представляет собой всего несколько витков (бывает, что, один) толстого провода. Поэтому, для регулировки сварочного тока рекомендуется следующая схема первичной обмотки трансформатора.
      
      Очень часто, в процессе эксплуатации самоделок, выясняется, что не хватает мощности СТ. В этом случае возможно подключение второго трансформатора в соответствии с предлагаемой схемой.
      
      Намотка и монтаж
      
      Эти операции выполняются по тем же основным правилам и с соблюдением требований, что и для СТ дуговой сварки. С особой тщательность следует закрепить витки вторичной обмотки. Для этого можно использовать её выводы, пропустив их в термостойком изоляторе.
      
      В качестве электродов применяются медные стержни.
      
      [help]Следует учитывать, что чем больше будет диаметр электрода, тем лучше. Ни в коем случае не допустимо, чтобы диаметр электрода был меньше диаметра провода. Для маломощных СТ возможно использовать жала от мощных паяльников.
      
      В процессе эксплуатации следите за состоянием расходных материалов: электроды необходимо периодически подтачивать — иначе они теряют форму. Со временем они стачиваются полностью и требуют замены.[/help]
      
      Вот вариант точечного сварочника из микроволновки:
      
      Рекомендации по эксплуатации
      
      При выполнении сварочных работ необходимо выполнять требования по обеспечению безопасности труда:
      - на сварщике должна быть специальная одежда;
      - голова должна быть защищена маской сварщика (очень популярны маски «Хамелеон», оснащённые самозатемняющимся светофильтром) и т. п.
      [important]При эксплуатации сварочного аппарата контактной сварки следует выполнять следующие дополнительные требования:
      - сварщику необходимо стоять на резиновом коврике;
      - на руках рабочего должны быть резиновые перчатки;
      - сварочная маска не обязательна, но на лице должны быть защитные очки.[/important]
      Выводы
      
      Мы дали вам достаточно информации для того, чтобы сделать самодельный сварочный трансформатор:
      
      Но, не смотря на это, рекомендуем «взвесить свои силы» и «крепко» подумать: а не лучше ли приобрести сварочник заводского изготовления? А может быть даже и более современный и удобный инвертор (смотрите плюсы и минусы, что лучше транформаторный или инверторный сварочник).
      
      Другие материалы по трансформаторным сварочным аппаратам смотрите в соответствующем разделе.[/help]
      
      Самодельная точечная сварка
      
      Самыми простыми в изготовлении являются сварочные аппараты контактной точечной сварки переменного тока с нерегулируемой силой тока. Управление процессом сварки осуществляется изменением продолжительности электрического импульса - с использованием реле времени или вручную с помощью выключателя.
      
      Самодельный аппарат точечной сварки
      
      Прежде чем рассматривать конструкции самодельных аппаратов для контактной точечной сварки, следует напомнить закон Ленца-Джоуля: при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику (Q=I 2 •R•t). Это значит, что при токе 1000А на плохо выполненных соединениях и тонких проводах теряется примерно в 10000 раз больше энергии, чем при токе 10А. Поэтому нельзя пренебрегать качеством электрической цепи.
      
      Трансформатор. Основная составляющая часть любого оборудования для контактной точечной сварки - силовой трансформатор с большим коэффициентом трансформации (для обеспечения большого сварочного тока). Такой трансформатор можно сделать из трансформатора от мощной микроволновой печки (мощность трансформатора должна быть около 1 кВт или выше) питающего магнетрон.
      
      Микроволновая печь
      
      Повышающий трансформатор микроволновки
      
      Эти трансформаторы отличаются своей доступностью и большой мощностью. Такого трансформатора хватит для аппарата точеной сварки, способного сваривать стальные листы толщиной 1 мм. Если потребуется более мощный аппарат точечной сварки, то можно использовать два (и более) трансформатора (как это организовать описано ниже).
      
      В микроволновке, для работы магнетрона необходимо очень высокое напряжение (около 4000В). Поэтому трансформатор питающий магнетрон, не понижающий, а повышающий. У его первичной обмотки количество витков меньше, чем у вторичной, а толщина обмоточного провода больше.
      
      На выходе таких трансформаторов до 2000В (на магнетрон подается напряжение удвоенное удвоителем), поэтому не стоит проверять работоспособность трансформатора включая его в сеть и измеряя напряжение на выходе.
      
      От такого трансформатора нужен магнитопровод и первичная обмотка (та, где меньше витков и провод толще). Вторичная обмотка срезается ножовкой или отрубается стамеской (если магнитопровод надежно сварен, а не склеен), выбивается стержнем или высверливается и выковыривается. Необходимость в высверливании возникает, когда обмотка набита в окно очень плотно и попытка её выбить может привести к разрушению магнитопровода.
      
      Удаление вторичной обмотки трансформатора зубилом
      
      Срезанная ножовкой вторичная обмотка трансформатора
      
      Удаление вторичной обмотки трансформатора
      
      При удалении вторичной обмотки нужно стараться не повредить первичную обмотку.
      
      Кроме двух обмоток, в трансформатор могут быть вмонтированы шунты, ограничивающие ток, их тоже обязательно нужно убрать.
      
      Магнитопровод с первичной обмоткой и шунтами
      
      После извлечения из трансформатора ненужных элементов, наматывается новая вторичная обмотка. Для обеспечения большого тока, близкого к 1000А, необходим толстый медный провод, площадью сечения более 100 мм 2 (провод диаметром более 1 см). Это может быть либо один многожильный провод, либо пучок нескольких проводов небольшого диаметра. Если изоляция провода толстая и мешает сделать достаточное количество витков, то её можно снять, а провод обмотать тканевой изолентой. Длина провода должна быть наименьшей из возможной, чтобы не создавать дополнительного сопротивления.
      
      Готовый трансформатор для точечной сварки
      
      Делается 2-3 витка. На выходе должно получиться около 2В, этого будет достаточно. Если удастся впихнуть в окна трансформатора больше витков, то выходное напряжение будет больше, следовательно будет дольше ток (в сравнении с меньшим количеством витков провода такого же диаметра) и мощность аппарата.
      
      Если есть два одинаковых трансформатора, то их можно объединить в один, более мощный, источник тока. Это может потребоваться когда в наличии два трансформатора с недостаточной мощностью или когда требуется сделать своими руками аппарат точечной сварки для работы с более толстым металлом.
      
      Например, в случае недостаточно мощных трансформаторов, каждый из трансформаторов мощностью 0,5 кВт имеет входное напряжение 220В, выходное напряжение равно 2В при номинальном токе 250А (значение взято для примера, пусть кратковременный ток сварки будет 500А). Соединив одноименные выводы первичных и вторичных обмоток, получим устройство, в котором при том же значении напряжения (2В) номинальное значение выходного тока составит 500А (почти также удвоится и ток сварки, будут больше потери из-за сопротивлений).
      
      Схема соединения двух трансформаторов
      
      При этом, показанные на схеме соединения в цепи вторичных обмоток должны быть на электродах, то есть в случае двух трансформаторов мощностью 0,5 кВт будет два одинаковых провода диаметром 1 см, концы которых соединены с электродами.
      
      Если есть два достаточно мощных трансформатора и нужно увеличить напряжение, а размеры окна магнитопровода не позволяют сделать нужное количество витков толстым проводом на одном трансформаторе, то вторичные обмотки двух трансформаторов соединяются последовательно (один провод протягивается через два трансформатора), с одинаковым количеством витков на каждом трансформаторе. Направление витков должно быть согласованно, чтобы не получилось противофазы и как следствие, напряжения на выходе близкого к нулю (сначала можно поэкспериментировать с тонкими проводами).
      
      Обычно в трансформаторах одноименные выводы обмоток всегда обозначены. Если по каким-либо причинам они неизвестны, то их можно определить, поставив простой эксперимент, схема которого изображена ниже.
      
      Схема определения выводов трансформаторов
      
      Здесь входное напряжение подается на последовательно соединенные первичные обмотки двух одинаковых трансформаторов, а на выходе, образованном последовательным соединением вторичных обмоток, включен вольтметр переменного напряжения. В зависимости от направления включения обмоток может быть два случая: вольтметр показывает какое-то напряжение или напряжение на выходе равно нулю. Первый случай свидетельствует о том, что и в первичной, и во вторичной цепях объединены между собой разноимённые выводы соответствующих обмоток. В самом деле, напряжение на каждой из первичных обмоток равно половине входного и трансформируется во вторичных обмотках с одинаковыми коэффициентами трансформации. При указанном включении вторичных обмоток напряжения на них суммируются и вольтметр дает удвоенное значение напряжения каждой из обмоток. Нулевое показание вольтметра свидетельствует о том, что равные по значению напряжения на последовательно включенных вторичных обмотках трансформаторов имеют противоположные знаки и, следовательно, какая-либо из пар обмоток объединена одноименными выводами. В этом случае, изменив, например, последовательность соединения выводов первичных обмоток так, как это показано на рисунке (б), получим на выходе удвоенное значение выходного напряжения каждой из вторичных обмоток и можно будет считать, что обмотки трансформатора соединены разноименными выводами. Очевидно, что такой же результат можно получить изменив последовательность соединения выводов вторичных обмоток.
      
      Чтобы сделать своими руками более мощный аппарат точечной сварки можно соединить подобным же образом больше трансформаторов, если только это позволяет сделать сеть. Слишком мощный трансформатор будет вызывать большое падение напряжения в сети, приводить к срабатыванию предохранителей, миганию лампочек, жалобам соседей и т.п. Поэтому мощность самодельных аппаратов для точечной сварки ограничивают обычно значениями, которые обеспечивают силу сварочного тока в 1000-2000А. Нехватку силы тока компенсируют увеличением времени сварочного цикла.
      
      Электроды. В качестве электродов используются стержни (прутки) из меди. Чем толще будет электрод тем лучше, желательно чтобы диаметр электрода не был меньше диаметра провода. Для аппаратов небольшой мощности подходят жала от мощных паяльников.
      
      Медный пруток
      
      Электроды для точечной сварки
      
      Электрод для точечной сварки
      
      Электроды необходимо периодически подтачивать, т.к. они теряют форму. Со временем они стачиваются полностью и требуют замены.
      
      Как уже писалось, длина провода, идущего от трансформатора к электродам, должна быть минимальной. Также должно быть минимум соединений, т.к. на каждом соединении происходит потеря мощности. В идеале на оба конца провода надеваются медные наконечники, через которые провод соединяется с электродами.
      
      Наконечники должны быть спаяны с проводом (жилы провода тоже должны быть спаяны). Дело в том, что со временем (возможно и при первом же запуске), в месте контактов происходит окисление меди приводящее к росту сопротивления и большой потере мощности, из-за чего аппарат может перестать сваривать. Плюс при обжиме наконечников площадь контакта меньше чем при пайке, что тоже увеличивает сопротивление контакта.
      
      Из-за большого диаметра провода и наконечника для него, спаять их непросто, однако облегчить эту задачу могут продающиеся луженые наконечники под пайку.
      
      Неспаянные соединения наконечников с электродами тоже создают дополнительное сопротивление и окисляются, но т.к. электроды должны быть съемными, неудобно каждый раз при замене отпаивать старые и припаивать новые. Тем более это соединение гораздо проще очистить от окислов, чем конец многожильного провода обжатого наконечником.
      
      Органы управления. Единственными органами управления могут быть рычаг и выключатель.
      
      Сила сжатия между электродами должна быть достаточной для обеспечения контакта свариваемых деталей меду электродами, и чем толще свариваемые листы, тем больше должна быть сила сжатия. На промышленных аппаратах эта сила измеряется десятками и сотнями килограмм, поэтому рычаг стоит делать подлиннее и покрепче, а основание аппарата помассивнее и с возможностью крепления струбцинами к столу.
      
      Большое усилие прижима у самодельных аппаратов для точечной сварки можно создать не только рычажным, но и рычажно-винтовым зажимом (винтовая стяжка между рычагом и основанием). Возможны и другие способы, требующие различного оборудования.
      
      Выключатель должен устанавливаться в цепь первичной обмотки, потому что в цепи вторичной обмотки очень большой ток и выключатель будет создавать дополнительное сопротивление, кроме того контакты в обычном выключателе могут намертво свариться.
      
      В случае рычажного прижимного механизма, выключатель следует монтировать на рычаге, тогда одной рукой можно давить на рычаг и включать ток. Вторая рука останется свободной для придерживания свариваемых деталей.
      
      Эксплуатация. Включать и выключать сварочный ток необходимо только при сжатых электродах, в противном случае возникает интенсивное искрение, приводящее к подгоранию электродов.
      
      Желательно использовать принудительное охлаждение аппарата с помощью вентилятора. При отсутствии последнего нужно постоянно контролировать температуру трансформатора, токопроводов, электродов и делать перерывы, чтобы не допустить их перегрева.
      
      Результаты точечной сварки
      
      Качество сварки зависит от приобретенного опыта, который сводится в основном к выдерживанию необходимой продолжительности токового импульса на основании визуального наблюдения (по цвету) за сварной точкой. Подробнее про выполнение точечной сварки написано в статье Контактная точечная сварка.
      
      Видео:
      
      Читайте также: