Полуавтомат из инвертора своими руками можно изготовить без особых трудностей при наличии соответствующих технических знаний. Чтобы изготовить полуавтомат своими руками, потребуется подготовить определенный перечень механизмов, устройств, инструментов и материалов, которые входят в состав агрегата.
Полуавтомат из инвертора включает в себя инвертор и сварочную горелку.
Подготовка к изготовлению и особенности конструкции
Домашними умельцами разработаны различные схемы конструирования полуавтоматов из инвертора.
Наиболее распространенная схема устройства предполагает необходимый перечень инструментов и материалов:
- сварочный инвертор, который имеет возможность выдавать рабочий ток силой около 150 А;
- подающий механизм, обеспечивающий подачу электродной проволоки в зону сваривания;
- горелка;
- гибкий шланг;
- рабочая бобина с электродной проволокой, имеющая изменения в устройстве;
- блок управления устройством.
Инвертор должен быть мощностью около 150 А.
Особое внимание следует уделить подающему механизму. При помощи использования этого элемента конструкции происходит подача электродной проволоки к горелке по гибкому шлангу. Идеальная скорость подачи проволоки соответствует скорости ее плавления. Показатель скорости подачи проволоки, которую обеспечивает подающий механизм, оказывает существенное влияние на процесс проведения работ и качество выполнения сварочного шва при помощи сварочного полуавтомата.
При конструировании полуавтомата следует предусмотреть возможность изменения скорости подачи электродной проволоки в зону сваривания. Возможность изменять скорость подачи электродного материала позволяет работать с расходниками различного диаметра и из разных материалов. Чаще всего при работе сварочных полуавтоматов применяется проволока с размерами 0,8 мм, 1 мм, 1,2 мм и 1,6 мм. Проволоку наматывают на специальные катушки, устанавливаемые в сварочном устройстве.
Если подача проволоки проводится полностью в автоматическом режиме, то это значительно уменьшает время, требуемое для проведения работ по свариванию заготовок.
Блок управления полуавтоматом оснащается каналом регулировки и стабилизирования рабочей силы тока. Параметры рабочего тока контролируются микроконтроллером в широтно-импульсном режиме. От широтно-импульсного параметра тока во многом зависит напряжение на конденсаторе. Напряжение на последнем непосредственно оказывает влияние на силу рабочего сварного тока.
Выбор трансформатора для инвертора и сборка агрегата
Перед самостоятельным конструированием полуавтомата требуется определиться с типом и мощностью сварочного трансформатора, который планируется установить в полуавтомате. Следует помнить, что при использовании для процесса сваривания проволоки минимального размера 0,8 мм рабочий сварочный ток должен быть 160 А. Мощность сварочного трансформатора для получения такого тока должна составлять 3 кВт. При выборе трансформатора следует обратить внимание на то, что трансформатор на тороидальном сердечнике имеет меньший вес по сравнению с другими типами устройств.
При изготовлении трансформатора нужно учитывать несколько тонкостей. Трансформатор требуется обмотать медной полосой с размерами (40 мм — ширина и 30 мм — толщина). Перед использованием медной полосы ее сначала обматывают термобумагой. Использовать для намотки обычный медный провод нельзя, так как происходит его сильный нагрев.
Вторичную обмотку трансформатора делают из трех слоев жести. Слои жести изолируются между собой при помощи фторопластовой ленты. На выходе концы спаиваются между собой для повышения проводимости. В корпусе, где устанавливается трансформатор, монтируется вентилятор для осуществления обдува с целью повышения охлаждения компонентов системы в процессе работы устройства.
Регулировку тока в приспособлении можно осуществлять двумя способами: по первичной и вторичной обмоткам. Осуществление регулировки первым способом требует использования тиристорной схемы регулировки. Этот способ регулирования имеет определенные недостатки, которые устраняются при помощи включения в цепь реле и некоторых коммутирующих элементов.
При применении регулировки тока по вторичной обмотке возникает высокая пульсация, для снижения которой применяют тиристорную схему. Применение коммутирующих схем приводит к повышению веса конструкции и стоимости установки. По этой причине использование регулировки тока по первичной обмотке считается более приемлемым.
Для сглаживания пульсаций в цепи вторичной обмотки встраиваются сглаживающий дроссель и конденсатор, имеющий емкость около 50000 МкФ. Такая конфигурация устройства позволяет сглаживать пульсации напряжения при выборе любой схемы регулирования тока.
В качестве редуктора для подачи проволоки можно использовать редуктор от стеклоочистителя ВАЗ.
Настройка инвертора-полуавтомата
При сборке инвертора-полуавтомата своими руками требуется для силовых ключей, входного и выходного выпрямителей обеспечить хорошее охлаждение при помощи использования радиаторов. В корпусе также требуется монтировать термодатчик. После проведения монтажа силовой части приспособления проводится подключение ее к блоку управления устройством.
Готовое устройство можно включать в сеть. После того как загорелся индикатор, к устройству подключают осциллограф и проверяют правильность работы. Двуполярные импульсы должны иметь частоту 40-50 Гц, а время между ними корректируется за счет изменения напряжения на входе. Нормальный промежуток времени между импульсами должен составлять 1,5 мкс.
Импульсы, которые регистрирует осциллограф, должны иметь прямоугольные фронты длительностью не более 500 нс.
После проверки инвертора он подключается к бытовой электрической сети. При подключении аппарата индикатор должен показывать 120 А. В случае если этот показатель не достигнут, требуется проверить правильность сборки устройства.
По окончании тестирования аппарата на холостом ходу проводится тестирование устройства под нагрузкой. Для этой цели требуется в цепь сварочных проводов включить нагрузку в виде реостата 0,5 Ом, который способен выдерживать ток больше 60 А. При этой нагрузке контролируется ток при помощи вольтметра.
После сборки агрегата проверяется его работоспособность. Для этого следует нажать на кнопку запуска. Сразу после этого начинает поступать углекислый газ, через несколько секунд включается ток, начинается подача электродной проволоки. При выключении устройства сначала прекращается подача рабочего тока и электродной проволоки и только спустя несколько секунд перекрывается электроклапан, обеспечивающий подачу углекислого газа в зону проведения сварочных работ. В качества клапана для обеспечения подачи углекислого газа можно использовать клапан подачи воды на заднее стекло автомобиля ВАЗ.
Правила использования сварочного инвертора и применение агрегата
После запуска инвертора при помощи контроллера выставляется требуемый для работы ток. В случае правильной настройки на выходе устройства величина электрического тока составляет 120 А. При помощи блока управления при необходимости силу тока можно изменять в интервале от 20 до 160 А. При использовании агрегата следует контролировать температуру его нагрева. Температура нагрева не должна превышать 75º С. Для ее контроля в устройстве следует установить термодатчик. При увеличении температуры выше установленного максимума устройство следует отключить и дать ему время на остывание. Для улучшения охлаждения в агрегате предусмотрена установка нескольких вентиляторов.
Полуавтомат сварочный, изготовленный на основе инвертора, применяют для проведения процедуры точного сваривания изделий из различных типов стали. Помимо этого устройство используется для сваривания тонких металлических заготовок. Использование полуавтомата распространено при проведении автомобильных ремонтных работ кузова.
После изготовления полуавтоматической сварки из инвертора для дома этот агрегат становится незаменимым устройством, используемым в домашнем хозяйстве для выполнения большого количества различных сварочных работ.
Сварочное устройство-полуавтомат для бытовых нужд может быть приобретено в уже готовом к применению виде либо полностью собрано своими руками. Самодельный полуавтомат обойдётся исполнителю намного дешевле, но для его сборки потребуются определенные навыки работы с электротехническим оборудованием. Внешний вид такого сварного устройства представлен на размещённом ниже рисунке.
Всем желающим сделать полуавтомат из инвертора своими руками рекомендуем сначала ознакомиться с устройством этого агрегата и особенностями функционирования входящих в его состав модулей.
Что нужно для переделки инвертора
Перед тем, как сделать сварочный полуавтомат своими руками, необходимо будет приготовить следующие функциональные модули и запчасти, обеспечивающие требуемую комплектацию сборного оборудования:
- Старый инверторный агрегат, рассчитанный на сварочный ток порядка 150 Ампер;
- Ещё один рабочий узел будущего полуавтомата – так называемая «горелка»;
- Специальный подающий механизм, с помощью которого можно будет организовать доставку к месту работы сварочной проволоки;
- Шланги, обеспечивающие подачу проволоки и защитного газа в самодельный сварочный агрегат (точнее в зону производства рабочих операций);
- Переделанная под новые нужды катушка с размещённой на ней специальной проволокой;
- Отдельный электронный модуль, управляющий функционированием всего самодельного устройства (включая преобразовательный трансформатор).
С полным комплектом узлов и модулей, необходимых для полуавтомата, можно ознакомиться на приведённом ниже рисунке.
Устройство агрегата
Рассмотрим самые важные части агрегатов, изготовленных своими руками из инвертора, более подробно.
Узел подачи расходного материала и горелка
Особое внимание при комплектации запчастями следует уделить основательной переделке устройства подачи проволоки, которая должна будет перемещаться внутри гибкого шланга.
Для получения качественного и аккуратного сварного шва скорость подачи проволоки должна быть синхронизирована с темпами плавления её рабочей части.
Так как при сварке полуавтоматом допускается применение нескольких типов проволоки, изготовленной из различных материалов и имеющей разный диаметр, скорость её поступления обязательно должна быть переменной величиной. Именно эту возможность должна обеспечивать так называемая «подача» расходного материала, которая организуется в соответствии с общими требованиями к любому инверторному агрегату.
При обустройстве полуавтоматической схемы чаще всего применяется расходная проволока сечениями 0,8, 1,0, 1,2 и 1,6 мм. Непосредственно перед началом работ она наматывается на заранее подготовленных катушках, которые фиксируются на элементах агрегата посредством простейшего крепежа. Полуавтоматическая сварка предполагает подачу проволоки «самоходом», что существенно сокращает время проведения всех операций и повышает эффективность этих процедур.
Используемая в полуавтомате горелка может быть взята целиком от неработающего сварочного агрегата этого же типа или же изготовлена самостоятельно в домашних условиях. Сразу оговоримся, что сделать горелку своими руками – совсем непростое занятие, требующее от исполнителя определённого опыта и наличия навыков в изготовлении подобных аппаратов.
Электронный управляющий модуль
Электрическая схема сварочного полуавтомата представлена на рисунке ниже.
Базовым элементом блока управления полуавтоматом является микроконтроллер, ответственный за выбор нагрузочного режима и за стабилизацию выходного тока. Помимо этого, в состав электронного блока входят следующие обязательные узлы и детали:
- Выпрямительный мостик на полупроводниковых диодах большой мощности;
- Ключевые транзисторные схемы;
- Дополнительный намоточный трансформатор;
- Корректирующие дроссели и катушки индуктивности.
Особое внимание в составе электронного модуля должно быть уделено намоточным индуктивным изделиям.
Известен упрощённый вариант инверторного агрегата, который принято называть «устройство от Саныча». Его схема приводится на размещённом ниже рисунке.
Трансформатор
Ещё одним ответственным узлом полуавтомата, своими руками изготовленного из старого сварочного устройства, является трансформатор, который может быть взят от того же инвертора (с учётом небольшой переделки).
Для обеспечения требуемых характеристик инверторного трансформатора, полностью подходящих для полуавтомата, необходимо перемотать старую первичную катушку медной полоской с нанесенной на неё прослойкой из термоустойчивой бумаги.
Важно! Такие трансформаторы не могут наматываться обычным медным проводом толстого сечения, поскольку в режиме больших токовых нагрузок они будут сильно нагреваться.
Вторичную обмотку старого трансформаторного изделия также следует немного доработать. Для этого необходимо будет проделать следующие операции:
- Сначала нужно намотать катушку, состоящую из 3-х слоев жестяных полос, каждая из которых изолируется посредством фторопластовой ленты;
- Далее концы старой и только что намотанной обмотки нужно спаять, что обеспечит высокую проводимость всей катушки;
- Также нужно предусмотреть в наборе элементов, из которых собирается конструкция полуавтомата, небольшой вентилятор (он предназначается для дополнительного охлаждения устройства).
В качестве такого охлаждающего прибора, устанавливаемого в сварочные агрегаты, может использоваться вентилятор с вышедшего из строя старого ПК.
Сборка агрегата
Перед тем, как сделать полуавтомат своими руками, обязательно побеспокойтесь о проверке всех необходимых деталей старого инвертора. Кроме того, с целью улучшения теплового режима будущего устройства в нём необходимо предусмотреть дополнительные радиаторы, на которые монтируются выпрямители и силовые диодные ключи (фото ниже).
Дополнительная информация. В пространствах, где должны размещаться радиаторные блоки, нужно предусмотреть термические датчики, фиксирующие температуру в этой части устройства.
По завершении всех перечисленных выше процедур следует приступить к состыковке силового модуля с электронным блоком управления, после чего можно попытаться подключить его к сети и проверить в работе.
Настройка инвертора
Для проведения этой обязательной процедуры, прежде всего, необходимо к выходным клеммам преобразователя инвертора подключить щупы осциллографа, посредством которого можно будет исследовать форму промежуточных сигналов.
Обратите внимание! На экране осциллографического прибора должны наблюдаться электрические импульсы частотой порядка 40-50 кГц (смотрите расположенный ниже рисунок).
Время между отдельными всплесками таких импульсов должно быть равно 1,5 мкс (оно может регулироваться за счёт изменения входного напряжения). Величина управляющего потенциала, подаваемая на вход преобразователя, измеряется обычно с помощью электронного вольтметра.
В процессе настройки системы преобразования необходимо также отслеживать форму наблюдаемых на выходе импульсов, которая должна приближаться к прямоугольной с фронтами длительностью не более 500 нс. При соответствии всех перечисленных выше параметров нормативным значениям можно перейти к настройке нагрузочной части инверторного устройства.
Формируемый на выходе работающего агрегата максимальный ток должен иметь значение порядка 120 Ампер (его величину можно будет замерить с помощью специальных токоизмерительных клещей). Помимо токовой компоненты, после включения прибора в работу обязателен контроль датчиков температуры, установленных в зоне расположения радиаторов.
На заключительном этапе запуска аппарата в эксплуатацию необходимо проверить его на работоспособность под нагрузкой. Для этого к сварочным проводам следует подключить достаточно «мощный» реостат с активным сопротивлением порядка 0,5 Ом.
Важно! Это регулировочное устройство должно быть рассчитано на токи не менее 60-ти Ампер, которые контролируются посредством встроенного в прибор амперметра.
Если подобранный для настройки реостат не обеспечивает получения нужной величины тока, его номинальное сопротивление следует подобрать опытным путём.
Опробование полуавтомата в работе
После запуска собранного своими руками полуавтомата на его индикаторном табло должно высветиться значение тока, соответствующее рабочей величине в 120 Ампер. Одновременно с этим следует проконтролировать показания датчиков, установленных на охлаждающих радиаторах самодельного изделия (температура в зоне их действия не должна превышать значения 100 градусов).
Также потребуется проверить диапазон регулировки величины выходного (нагрузочного) тока, который не может быть менее 20-160 Ампер.
В заключение отметим, что полуавтомат, изготовленный своими руками с соблюдением всех рассмотренных в данном обзоре правил, сможет прослужить своему владельцу достаточно долго. Его работоспособность и надёжность в значительной мере будут зависеть от качества используемых комплектующих и надёжности их сборки.
Видео
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
Этой статьей начинается новая рубрика «Инструменты и приспособления», и статья будет несколько необычной, то есть здесь будет не о том, что и как изготовить, а наоборот, чего делать не стоит.
Благодаря потрясающей производительности труда жителей «Поднебесной» и доступной стоимости, сварочные аппараты — «инверторы» прочно обосновались в гаражах многих автовладельцев. И неспроста: малые размеры, небольшой вес, широкий и плавный диапазон регулировки по току, «мягкая» дуга, малое энергопотребление делают этот сварочный аппарат просто неоценимым помощником во многих случаях, но не всегда, автомобильная «жестянка» зачастую для сварки электродом является слишком нежной. И тут в пытливых умах автолюбителей начинают рождаться мысли: а что, если добавить горелку, протяжку проволоки и с малыми затратами переделать «инвертор» в «полуавтомат». Сразу скажу, что этот вариант не получится, также не получится такая добавка и к обычному сварочному аппарату на трансформаторе. Почему? Читайте далее.
Горелка полуавтомата и сварочная проволока
Чтобы не быть голословным: у меня есть в гараже сварочный аппарат постоянного тока на трансформаторе, также несколько лет назад я изготовил самостоятельно полуавтомат (тоже трансформаторный, которым успешно пользуюсь), а в этом году я приобрел инверторный сварочный аппарат (трансформатор самому таскать тяжеловато). Решил проверить эту возможность «эмпирическим» путем, тем более что все необходимое имеется, и никакие затраты не нужны. Отключил в «полуавтомате» трансформатор, подал питание от «инвертора», пробовал… Скажу честно – пробовал на разных режимах, регулировал ток, изменял скорость подачи проволоки, варил с газом и без… нормальный шов так и не вышел, получилось мягко говоря «насрано».
Теперь немного теории. Без этого никак, но постараюсь по возможности просто и кратко.
Виды или типы сварки.
MMA (Manual Metal Arc ). Наиболее распространенный тип сварки, это ручная сварка штучными электродами, покрытыми флюсом, кстати, данную технологию разработал наш соотечественник Н.Г. Славянов.
TIG (Tungsten Inert Gas ). Сварка неплавящимся (вольфрамовым или графитовым) электродом в среде защитного инертного газа (аргонно-дуговая сварка). Изобретена Н.Н. Бенардосом.
MIG (Mechanikal Inert Gas ). Механизированная подача электродного материала (полуавтоматическая или автоматическая) в среде инертного газа (аргон, гелий).
MAG (Mechanical Aktive Gas ). Механизированная подача электродного материала (полуавтоматическая или автоматическая) в среде активного (углекислого) газа. Которая нас больше всего интересует. Кстати, легированную проволоку (мы пользуемся омедненной) тоже изобрели наши соотечественники К.В. Любавский и Н.М. Новожилов.
Теперь разберемся, чем же отличаются источники питания MMA и MAG, и почему их нельзя использовать один вместо другого.
Для начала рассмотрим условия существования электрической дуги, используемой при сварке. На приведенном графике заметно,
что вольтамперная характеристика дуги (ВАХ) имеет три ярко выраженных участка:
- нисходящий участок – которому соответствует малая плотность тока,
- горизонтальный участок – со средней плотностью тока
- восходящий участок – которому соответствует высокая плотность тока.
Так вот, при ручной сварке MMA процесс горения дуги происходит на среднем участке ВАХ, лучше на первой его трети, при этом дуга зажигается легко, держится стабильно, швы получаются ровными и металл не разбрызгивается (при этом колебания электрода (руки сварщика) и изменения длины дуги практически не вызывают изменение сварочного тока. Если же плотность тока повышается и точка горения дуги смещается к восходящему участку, то дуга становится нестабильной, «жесткой», металл разбрызгивается, швы выходят рваные и неровные.
При сварке полуавтоматом MAG точка дуги должна располагаться в начале восходящего участка ВАХ, с высокой плотностью тока, при этом будет происходить саморегулирование сварочного процесса.
Каждому виду сварки должен соответствовать источник питания сварочного аппарата, будь это инвертор или трансформатор. Для наглядности еще один график,
на котором изображены внешние вольтамперные характеристики источников питания сварочных аппаратов .
Кривая 1 соответствует крутопадающей ВАХ источника питания, которая практически идеально соответствует для ручной сварки на постоянном токе ММА , кривая 2 — пологопадающая вольтамперная характеристика, кривая 3 — жесткая ВАХ, обеспечивающая саморегулирование при сварке тонкой проволокой MAG .
Вывод : источник питания для ручной сварки постоянным током проектируется и изготавливается с крутопадающей ВАХ , которая абсолютно не подходит для проведения сварочных работ проволочным электродом в полуавтоматическом режиме . Применительно к инверторному источнику питания требуется переделка и перенастройка блока управления, но если вы не очень сильны в электронике, то лучше не лезть к хорошо налаженному механизму.
