Полуавтомат своими руками — подробное видео

Созданный план

Любая схема самодельного устройства предусматривает отдельную последовательность работы:

• На начальном уровне необходимо обеспечить подготовительную продувку системы. Она будет воспринимать последующую подачу газа;
• Затем необходимо запустить источник питания дуги;
• Подать проволоку;
• Только после выполнения всех действий начнется движение инвертора с заданной скоростью.
• На окончательном этапе следует обеспечить защиту шва и заварку кратера;

Плата управления

Для создания инвертора необходима специальная плата управления. На данном устройстве должны быть вмонтированы узлы аппарата:

• Задающий генератор, включающий в себя трансформатор гальванической развязки;
• Узел, при помощи которого управляется реле;
• Блоки обратной связи, отвечающие за сетевое напряжение и подающий ток;
• Блок термозащиты;
• Блок «антистик»;

Выбор корпуса

Перед сборкой агрегата нужно подобрать корпус. Можно выбрать короб или ящик с подходящими габаритами. Рекомендовано выбирать пластик или тонкий листовой материал. В корпус всонтируются трансформаторы, которые соединяются с вторичными и первичными бобинами.

Совмещение катушек

Первичные обмотки выполняются по параллельной схеме. Вторичные бобины подключаются по последовательной. По подобной схеме устройство способно принимать ток величиной до 60 А. При этом выходное напряжение будет равно 40 В. Данные характеристики отлично подойдут для сваривания небольших конструкций в домашних условиях.

Система охлаждения

Во время непрерывной работы самодельный инвертор может сильно перегреваться. Поэтому такому устройству необходима специальная система охлаждения. Самым простым методом создания охлаждения является установка вентиляторов. Данные устройства необходимо прикрепить по бокам корпуса. Вентиляторы должны быть установлены напротив трансформаторного устройства. Прикрепляются механизмы таким образом, чтобы они могли работать на вытяжку.

Выбор бытовых сварочных аппаратов на современном рынке огромен - от трансформаторных и инверторных до аппаратов плазменной резки. Основная область использования данной электроаппаратуры в бытовых целях - ремонт авто - мототехники, сварочные работы на малых строительных площадках (дачное строительство). В данной статье предлагаю рассмотреть некоторые моменты по модернизации бытовых трансформаторных сварочных аппаратов на примере сварки фирмы BlueWeld модель Gamma 4.185.

Рассмотрим принципиальную схему аппарата - как видите ничего сложного-обычный силовой трансформатор,с первичной обмоткой на 220/400В, с тепловой защитой и вентилятором охлаждения.

Рабочий ток прибора (от 25 до 160А) регулируется посредством выдвижной части сердечника трансформатора.Аппарат расчитан на работу с покрытыми электродами от 1,5 до 4мм диаметром. Что же явилось предпосылкой к модернизации данного устройства? Прежде всего нестабильность питающего напряжения в том районе, где планировалось использование данного аппарата - в иные дни оно едва достигало 170В (кстати, некоторые инверторные аппараты просто не запускаются при таком напряжении питания). Кроме того, аппарат изначально не предназачен для выполнения сварных швов с высокими эстетическими характеристиками (например при применении электродуговой сварки в процессе художественной холодной ковки металла или при сварке тонкостенных профильных труб) - в общем основным назначением аппарата было""спаять"" между собой две железных болванки. Помимо всего прочего, ""зажечь"" дугу этой сваркой было весьма затруднительно даже при номинальном напряжении питания - про пониженное напряжение вообще говорить не приходится. В итоге было решено прежде всего перевести аппарат на постоянный ток (для стабильности электрической дуги и как следствие увеличения качества сварного соединения) а также повысить напряжение выхода для более стабильного и легкого розжига электрода. Для этих целей идеально подошла схема выпрямителя/умножителя конструкции А.Трифонова - принципиальная электрическая схема (а) и вольт-амперные характеристики (б) показаны на рисунке.

Особую роль в этом техническом решении казалось бы обычного выпрямителя, играет перемычка Х1Х3-вставив ее,получают из обычного диодного моста VD1-VD4 с низкочастотным фильтром C1C2L1 выпрямительное устройство, на выходе которого в режиме холостого хода мы имеем удвоенное напряжение (по сравнению с вариантом работы прибора без перемычки). Рассмотрим более подробно работу схемы. Положительная полуволна напряжения поступает на полупроводниковый вентиль VD1 и зарядив конденсатор С1 до максимума возвращается к началу обмотки трансформатора. В другой полупериод, заряд проходит к конденсатору С2, а от него к вентилю VD2 и далее к обмотке. Конденсаторы С1 и С2 соединены таким образом, что результирующее напряжение оказывается равным суммарному (удвоенному) напряжению, которое и подводится через дроссель на держатель электрода и таким образом способствует стабильному разжиганию дуги. Вентили VD3 и VD4 при замкнутой перемычке Х2Х3 и отсутствии сварочной дуги в работе схемы не участвуют. Главным достоинством схемы является то,что при применении обычной схемы моста имеет место резкое снижение выпрямленного напряжения при увеличении тока нагрузки в момент зажигания дуги-приходится ставить электролитические конденсаторы огромной емкости - 15000мкф, и все это при том, что в момент касания электродом свариваемых поверхностей и мнгновенного разряда конденсатора большой емкости, происходит микровзрыв плазмы с разрушением покрытия электрода, а это ухудшает розжиг. Теперь немного о деталях конструкции.

В качестве вентилей диодного моста применимы полупроводниковые диоды Д161 или В200 со стандартными радиаторами для них.

Если у вас в наличии имеются 2 диода Д161 и 2 диода В200 вы можете сделать мост более компактным - диоды исполнены с разной проводимостью и радиаторы можно скрепить шпильками прямо между собой, не применяя прокладок. В качестве конденсаторов, перестраховавшись, применил набор неполярных конденсаторов МБГО (можно МБГЧ,МБГП).

Емкость каждого получилась по 400 мкф, чего вполне хватило для стабильной работы аппарата. Токовый дроссель L1 намотан на сердечнике от трансформатора ТС-270 проводом сечением 10мм квадратных.

Мотаем до полного заполнения окна. При сборке, между половинами сердечника трансформатора закладываем пластины из текстолита толщиной 0,5мм. Так как планировалось применение аппарата для сварки тонкостенных профильных труб, отрицательный вывод выпрямителя был подведен к электрододержателю, а положительный к ""крокодилу"" массы. Проведенные испытания показали следующие результаты: стабильный розжиг дуги; уверенное поддержание горения дуги; отличный тепловой режим при долговременной работе (10 электродов к ряду); хорошее качество сварных швов (по сравнению с использованием аппарата без выпрямителя). Вывод - модернизация сварочного аппарата с использованием выпрямителя Трифонова заметно улучшают его показатели по всем параметрам.

Сварочный полуавтомат является довольно востребованным устройством среди профессиональных и домашних мастеров, особенно тех, кто занимается кузовным ремонтом. Данный агрегат можно приобрести уже в готовом исполнении. Но многие владельцы сварочных инверторных аппаратов задаются вопросом: а можно ли переделать инвертор в полуавтомат, чтобы не покупать еще один сварочник? Сделать полуавтомат из инвертора своими руками — задача довольно сложная, но при сильном желании вполне осуществимая.

Для сборки агрегата понадобятся следующие элементы:

• инверторный сварочный аппарат;
• горелка, а также специальный гибкий шланг, внутри которого проходят газопровод, направляющая для проволоки, силовой кабель и электрический управляющий кабель;
• механизм для равномерной автоматической подачи проволоки;
• модуль управления, а также контролер скорости двигателя (ШИМ-контроллер);
• баллон с защитным газом (углекислотой);
• электромагнитный клапан для отсекания газа;
• катушка с электродной проволокой.

Чтобы собрать самодельный полуавтомат из сварочного инвертора, последний должен вырабатывать сварочный ток не менее 150 А. Но его придется немного модернизировать, поскольку вольтамперные характеристики (ВАХ) инвертора не подходят для сварки электродной проволокой в среде защитного газа.

Но об этом позже. Сначала нужно сделать механическую часть полуавтомата, а именно механизм подачи проволоки.

Механизм подачи электродной проволоки

Поскольку подающий механизм будет размещаться в отдельном коробе, то для этой цели идеально подойдет корпус от системника компьютера . К тому же, не нужно выбрасывать блок питания. Его можно приспособить под работу механизма протяжки.

Для начала, нужно измерить диаметр катушки с проволокой или, обрисовав ее на бумаге, вырезать окружность и вставить ее в корпус. Вокруг бобины должно быть достаточно места для размещения других узлов (блока питания, шлангов и механизма протяжки проволоки).

Устройство протяжки проволоки изготавливается из механизма стеклоочистителя от автомобиля. Под него необходимо спроектировать раму, которая также будет удерживать прижимные ролики. Макет необходимо нарисовать на плотной бумаге в реальном масштабе.

Совет! Разъем для подключения шланга горелки и сам шланг с горелкой можно изготовить своими руками. Но правильнее будет купить готовый комплект, который имеет доступную цену.

Устройство подачи должно быть установлено в корпусе так, чтобы разъем располагался в удобном месте.

Чтобы проволока подавалась равномерно, все составляющие должны закрепляться точно друг напротив друга. Ролики необходимо отцентрировать относительно отверстия для входного штуцера, который находится в разъеме для подключения шланга.

В качестве роликовых направляющих можно использовать подходящего диаметра подшипники. На них с помощью токарного станка протачивается небольшая канавка, по которой будет двигаться электродная проволока. Для корпуса механизма можно использовать фанеру толщиной 6 мм, текстолит или прочный листовой пластик. Все элементы закрепляются на основе, как показано на следующем фото.

В качестве первичной направляющей для проволоки используется просверленный вдоль оси болт . В результате получится подобие экструдера для проволоки. На входе штуцера одевается кембрик, усиленный пружиной (для жесткости).

Штанги, на которых закреплены ролики, также подпружиниваются. Сила прижима устанавливается с помощью болта, расположенного снизу, к которому крепится пружина.

Совет! Если у вас по каким-либо причинам нет возможности изготовить механизм для протяжки проволоки своими руками, то его можно купить в Китае. В продаже имеются механизмы на 12 В и на 24 В. Данном случае, поскольку используется БП от компьютера, потребуется устройство с питанием от 12 В.

Основу для закрепления бобины можно изготовить из небольшого куска фанеры или текстолита и обрезка пластиковой трубы подходящего диаметра.

Схема управления механикой

Чтобы добиться хорошего качества шва при сварке, необходимо обеспечить подачу проволоки с определенной и постоянной скоростью. Поскольку за скорость подачи оснастки отвечает двигатель от стеклоочистителя, то необходимо устройство, способное изменять скорость вращения его якоря. Для этого подойдет уже готовое решение, которое также можно приобрести в Китае, и называется оно

Ниже приведена схема, из которой становится понятно, как подсоединяется контроллер оборотов к двигателю. Регулятор контроллера с цифровым табло выводится на переднюю панель корпуса.

Далее, нужно установить реле, управляющее газовым клапаном . Оно же будет управлять и запуском двигателя. Все данные элементы должны активироваться при нажатии кнопки пуска, расположенной на рукоятке горелки. При этом подача газа в место сварки должна быть с опережением (примерно на 2-3 сек) начала подачи проволоки. В противном случае дуга зажжется в окружении атмосферного воздуха, а не в среде защитного газа, в результате чего электродная проволока расплавится.

Реле задержки для самодельного полуавтомата можно собрать на основе 815-го транзистора и конденсатора . Чтобы получить паузу в 2 секунды, будет достаточно конденсатора на 200-2500 мкФ.

Совет! Поскольку питание идет от компьютерного БП, который выдает напряжение 12 В, вместо самостоятельного изготовления модуля можно использовать автомобильное реле.

Размещается в любом месте, где он не будет мешать работе подвижных узлов, и подсоединяется к цепи согласно схеме. Можно использовать воздушный клапан от ГАЗ 24 или купить специальный, предназначенный для полуавтоматов. Клапан отвечает за автоматическую подачу защитного газа на горелку. Включается он после нажатия на кнопку пуска, расположенную на горелке полуавтомата. Наличие этого элемента значительно экономит расход газа.

Но как уже было отмечено, для полноценной работы полуавтомата вольтамперные характеристики (ВАХ) инвертора не подходят. Поэтому, чтобы приставка полуавтомат работала в паре с инвертором, в его электрическую схему требуется внести небольшие изменения.

Изменение ВАХ инвертора

Чтобы изменить ВАХ инвертора, существует множество схем, но самый простой способ сделать это заключается в следующем:

• соберите устройство с использованием дросселя от лампы дневного света по схеме, приведенной ниже;

• для подключения собранного устройства потребуется собрать еще один блок по следующей схеме;

• чтобы на инверторе не срабатывал датчик перегрева, к нему необходимо припаять (параллельно) оптрон, как показано на следующей схеме.

Но если управление сварочным током в инверторе происходит с помощью шунта , то можно собрать простую схему из трех резисторов и переключателя режимов, как показано ниже.

В итоге, переделка сварочного инвертора в полуавтомат обойдется в 3 раза дешевле уже готового агрегата. Но конечно же, для самостоятельной сборки аппарата потребуется иметь определенные знания в радиоделе.

Преимущества сварочных аппаратов постоянного тока перед их «переменнотоковыми собратьями» общеизвестны. Это и мягкое зажигание дуги, и возможность соединять тонкостенные детали, и меньшее разбрызгивание металла, и отсутствие непровариваемых участков. Даже надоедливого (и, как выяснилось, вредно действующего на людей) треска нет. А все потому, что отсутствует главная, присущая сварочным аппаратам переменного тока особенность - прерывистое горение дуги при перетекании синусоиды питающего напряжения через ноль

Рис. 1. Графики, поясняющие процесс сварки на переменном (а) и постоянном (б) токе.

Переходя от графиков к реальным конструкциям, нельзя также не отметить: в аппаратах переменного тока для улучшения и облегчения сварки применяют мощные трансформаторы (магнитопровод - из специального электротехнического железа с крутопадающей характеристикой) и заведомо завышенное напряжение во вторичной обмотке, доходящее до 80 В, хотя для поддержки горения дуги и наплавления металла в зоне сварки достаточно 25-36 В. Приходится мириться с непомерно большими массой и габаритами аппарата, повышенным расходованием электроэнергии. Снизив же напряжение, трансформируемое во вторичную цепь, до 36 В, можно в 5-6 раз облегчить вес «сварочника», довести его размеры до размеров переносного телевизора с одновременным улучшением остальных эксплуатационных характеристик.

Но как при низковольтной обмотке зажечь дугу?

Решением стал ввод во вторичную цепь диодного моста с конденсатором. В результате напряжение на выходе модернизированного «сварочника» удалось увеличить почти в 1,5 раза. Мнение специалистов подтверждено на практике: при превышении 40-вольтного барьера постоянного тока дуга легко зажигается и устойчиво горит, позволяя сваривать даже тонкий кузовной металл.

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема сварочного аппарата постоянного тока.

Последнее, впрочем, легко объяснимо. С введением в схему большой ёмкости характеристика сварочного аппарата также получается крутопадающей (рис. 3). Создаваемое конденсатором начальное повышенное напряжение облегчает зажигание дуги. А когда потенциал на сварочном электроде упадет до U2 трансформатора (рабочая точка «А»), возникнет процесс устойчивого горения дуги с наплавлением металла в зоне сварки.

Рис.3. Вольт-амперная характеристика сварочного аппарата на постоянном токе.

Рекомендуемый автором «сварочник» можно собрать даже в домашних условиях, взяв за основу промышленный силовой трансформатор 220-36/42 В (такие обычно используют в системах безопасного освещения и питания низковольтного заводского оборудования). Убедившись в целости первичной обмотки, содержащей, как правило, 250 витков изолированного провода сечением 1,5 мм2, проверяют вторичные. Если их состояние неважное, все (за исключением исправной сетевой обмотки) без сожаления удаляют. А в освободившемся пространстве наматывают (до заполнения «окна») новую вторичную обмотку. Для рекомендуемого трансформатора мощностью 1,5 кВА это 46 витков медной или алюминиевой шины сечением 20 мм2 с добротной изоляцией. Причём в качестве шины вполне подойдет кабель (или несколько свитых в жгут изолированных одножильных проводов) общим сечением 20 мм2.

Выбор сечения электродов в зависимости от мощности трансформатора.

Выпрямительный мост можно собрать из полупроводниковых диодов с рабочим током 120-160 А, установив их на теплоотводы-радиаторы 100x100 мм. Разместить такой мост удобнее всего в одном корпусе с трансформатором и конденсатором, выведя на переднюю текстолитовую панель 16-амперный выключатель, глазок сигнальной лампочки «Вкл.», а также клеммы «плюс» и «минус» (рис.4). А для подключения к держателю электрода и «земле» использовать по отрезку одножильного кабеля соответствующей длины сечением по меди 20-25 мм2. Что касается самих сварочных электродов, то их диаметр зависит от мощности используемого трансформатора.

Рис. 4. Самодельный сварочный аппарат для сварки на постоянном токе.

И ещё. При испытаниях рекомендуется, отключив аппарат (минут через 10 после сварки) от сети, проверить тепловые режимы трансформатора, диодного моста и конденсатора. Лишь убедившись, что всё в норме, можно продолжить работу. Ведь перегретый «сварочник» - источник повышенной опасности!

Из других требований нелишне, думается, отметить, что сварочный аппарат должен быть укомплектован искросветозащитной маской, рукавицами и резиновым ковриком. Место, где выполняются сварочные работы, оборудуется с учётом требований противопожарной безопасности. К тому же надо проследить, чтобы рядом не было ветоши, других горючих материалов, а подключение «сварочника» к сети выполнять с соблюдением правил электробезопасности через мощный штепсельный разъём электрощитка на вводе в здание.

В.Коновалов, г.Иркутск
Мк 04 1998