Инвертор: постоянный ток или переменный? Особенности сварки переменным током Сварочный аппарат постоянного тока

20 лет назад по просьбе товарища собирал ему надежный сварочник для работы от сети 220 вольт. До этого у него были проблемы с соседями из-за просадки напряжения: требовался экономный режим с регулировкой тока.

После изучения темы в справочниках и обсуждения вопроса с коллегами подготовил электрическую схему управления на тиристорах, смонтировал ее.

В этой статье на основе личного опыта рассказываю, как собрал и настроил сварочный аппарат постоянного тока своими руками на базе самодельного тороидального трансформатора. Она получилась в виде небольшой инструкции.

Схема и рабочие эскизы у меня остались, но фотографии привести не могу: цифровых аппаратов тогда не было, а товарищ переехал.

Универсальные возможности и выполняемые задачи

Товарищу требовался аппарат для сварки и резки труб, уголков, листов разной толщины с возможностью работы электродами 3÷5 мм. О сварочных инверторах в то время не знали.

Остановились на конструкции постоянного тока, как более универсальной, обеспечивающей качественные швы.

Тиристорами убрали отрицательную полуволну, создав пульсирующий ток, но сглаживанием пиков до идеального состояния заниматься не стали.

Схема управления выходным током сварки позволяет регулировать его величину от небольших значений для сварки вплоть до 160-200 ампер, необходимых при резке электродами. Она:

изготовлена на плате из толстого гетинакса;
закрыта диэлектрическим кожухом;
смонтирована на корпусе с выводом рукоятки регулировочного потенциометра.

Вес и габариты сварочного аппарата по сравнению с заводской моделью получились меньшими. Разместили его на небольшой тележке с колесиками. Для смены места работы один человек свободно перекатывал его без особых усилий.

Провод питания через удлинитель подключали к разъему вводного электрического щитка, а шланги для сварки просто наматывали на корпус.

Простая конструкция сварочного аппарата постоянного тока

По принципу монтажа можно выделить следующие части:

самодельный трансформатор для сварки;
цепь его питания от сети 220;
выходные сварочные шланги;
силовой блок тиристорного регулятора тока с электронной схемой управления от импульсной обмотки.

Импульсная обмотка III расположена в зоне силовой II и подключается через конденсатор С. Амплитуда и длительность импульсов зависят от соотношения числа витков в емкости.

Как сделать самый удобный трансформатор для сварки: практические советы

Теоретически можно использовать любую модель трансформатора для питания сварочного аппарата. Главные требования к нему:

обеспечивать напряжение зажигания дуги на холостом ходу;
надежно выдерживать ток нагрузки во время сварки без перегрева изоляции от длительной работы;
отвечать требованиям электрической безопасности.

На практике мне встречались разные конструкции самодельных или заводских трансформаторов. Однако все они требуют проведения электротехнического расчета.

Я уже давно пользуюсь упрощенной методикой, которая позволяет создавать довольно надежные конструкции трансформатора среднего класса точности. Этого вполне достаточно для бытовых целей и блоков питания радиолюбительских устройств.

Она описана у меня на сайте в статье Это усредненная технология. Она не требует уточнения сортов и характеристик электротехнической стали. Мы их обычно не знаем и учесть не можем.

Особенности изготовления сердечника

Умельцы делают магнитопровды из электротехнической стали всевозможных профилей: прямоугольного, тороидального, сдвоенного прямоугольного. Даже мотают витки провода вокруг статоров сгоревших мощных асинхронных электродвигателей.

У нас была возможность пользоваться списанным высоковольтным оборудованием с демонтированными трансформаторами тока и напряжения. Взяли от них полосы электротехнической стали, сделали из них два кольца - бублика. Площадь поперечного сечения каждого по расчетам составила 47,3 см 2 .

Их изолировали лакотканью, скрепили хлопчатобумажной лентой, образовав фигуру лежащей восьмерки.

Сверху усиленного изоляционного слоя стали мотать провод.

Секреты устройства обмотки питания

Провод для любой цепи должен быть с хорошей, прочной изоляцией, рассчитанной на длительную работу при нагреве. Иначе во время сварки она просто сгорит. Мы исходили из того, что было под рукой.

Нам достался провод с изоляцией лаком, закрытой сверху тканевой оболочкой. Его диаметр - 1,71 мм маловат, но металл - медь.

Поскольку другого провода просто не было, то стали обмотку питания делать из него двумя параллельными магистралями: W1 и W’1 с одинаковым числом витков - 210.

Бублики сердечника монтировали плотно: так они имеют меньшие габариты и вес. Однако, проходное сечение для провода обмоток тоже ограничено. Монтаж затруднен. Поэтому каждую полуобмотку питания разнесли на свои кольца магнитопровода.

Таким способом мы:

вдвое увеличили поперечное сечение провода обмотки питания;
сэкономили место внутри бубликов для размещения силовой обмотки.

Выравнивание провода

Получить плотную намотку можно только из хорошо выровненной жилы. Когда мы снимали проволоку со старого трансформатора, то она получилась искривленной.

Прикинули в уме необходимую длину. Конечно же ее не хватило. Каждую обмотку пришлось делать из двух частей и сращивать винтовым зажимом прямо на бублике.

Провод растянули на улице по всей длине. Взяли в руки пассатижи. Зажали ими противоположные концы и потянули с силой в разные стороны. Жила получилась хорошо выровненной. Скрутили ее кольцом с диаметром около метра.

Технология намотки провода на тор

Для обмотки питания мы использовали метод намотки ободом или колесом, когда из провода делается кольцо большого диаметра и заводится внутрь тора вращением по одному витку.

Этот же принцип используется при надевании заводного кольца, например, на ключ или брелок. После того, как колесо заведено внутрь бублика его начинают постепенно раскручивать, укладывая и фиксируя провод.

Этот процесс хорошо показал Алексей Молодецкий в своем видеоролике «Намотка тора на обод».

Эта работа трудная, кропотливая, требует усидчивости и внимания. Провод надо плотно укладывать, считать, контролировать процесс заполнения внутренней полости, вести запись намотанного количества витков.

Как мотать силовую обмотку

Для нее мы нашли медный провод подходящего сечения - 21 мм 2 . Прикинули длину. Она влияет на число витков, а от них зависит напряжение холостого хода, необходимое для хорошего зажигания электрической дуги.

Сделали 48 витков со средним выводом. Итого получилось на бублике три конца:

средний - для прямого подключения «плюса» к сварочному электроду;
крайние - на тиристоры и после них на массу.

Поскольку бублики скреплены и на них уже по краям колец смонтированы обмотки питания, то намотку силовой цепи выполняли методом «челнока». Выровненный провод сложили змейкой и просовывали для каждого витка через отверстия бубликов.

Отпайку средней точки выполнили винтовым соединением с его изоляцией лакотканью.

Надежная схема управления сварочным током

В работе участвуют три блока:

стабилизированного напряжения;
формирования высокочастотных импульсов;
разделения импульсов на цепи управляющих электродов тиристоров.

Стабилизация напряжения

От обмотки питания трансформатора 220 вольт подключен дополнительный трансформатор с напряжением на выходе порядка 30 В. Оно выпрямляется диодным мостом на основе Д226Д и стабилизируется двумя стабилитронами Д814В.

В принципе здесь может работать любой блок питания с аналогичными электрическим характеристиками тока и напряжения на выходе.

Импульсный блок

Стабилизированное напряжение сглаживается конденсатором С1 и подается на импульсный трансформатор через два биполярных транзистора прямой и обратной полярности КТ315 и КТ203А.

Транзисторы генерируют импульсы на первичную обмотку Тр2. Это импульсный трансформатор тороидального типа. Он выполнен на пермаллое, хотя можно использовать и ферритовое кольцо.

Намотка трех обмоток проводилась одновременно тремя отрезками провода диаметром 0,2 мм. Сделано по 50 витков. Полярность их включения имеет значение. Она показана точками на схеме. Напряжение на каждой выходной цепи порядка 4 вольт.

Обмотки II и III включены в цепь управления силовыми тиристорами VS1, VS2. Их ток ограничивается резисторами R7 и R8, а часть гармоники обрезается диодами VD7, VD8. Внешний вид импульсов мы проверили осциллографом.

В этой цепочке резисторы надо подбирать под напряжение импульсного генератора так, чтобы его ток надежно управлял работой каждого тиристора.

Ток отпирания 200 мА, а отпирающее напряжение - 3,5 вольта.

Существует множество видов сварочных аппаратов, среди которых наиболее известны следующие: устройства механической сварки с применением плавящихся электродов; оборудование для аргонно-дуговой сварки неплавящимися электродами; для сварки с применением флюса автоматически плавящимися электродами. Помимо этого, есть генераторы для сварки, трансформаторы, инверторы и устройства для контактно-точечной сварки. Для работы с каждым типом металлов предусмотрены вполне определенные электроды.

По своему устройству аппарат для работы с постоянным током значительно сложнее агрегата переменного тока, поскольку в нем для получения на выходе постоянного напряжения установлен выпрямитель с диодным или тиристорным мостом. Однако мощность сварочного аппарата на выходе значительно меньше потребляемой за счет падения ее на самом выпрямителе.

Говоря иными словами, коэффициент полезного действия его невысок, и это является серьезным недостатком с точки зрения экономии электроэнергии. Однако благодаря стабильной дуге и возможности работать с различными металлами, его можно было бы отнести к разряду профессионального оборудования.

Сварочный аппарат переменного тока – в чем его особенность?

Намного дешевле предыдущего образца сварочный аппарат переменного тока , также работающий с плавящимися электродами. Он отлично подходит для работы с черными металлами, позволяет сваривать их внахлест и встык.

Если используется этот сварочный аппарат, 220 вольт являются рабочим напряжением, однако при холостом ходе оно может меняться в зависимости от применяемых электродов, которые могут быть как с фтористо-кальциевым, так и с рутиловым покрытием. Аппарат очень прост в эксплуатации, предусматривает плавную регулировку силы тока, которая зависит от выбранного для работы электрода.

Этот трансформаторный сварочный аппарат может с успехом применяться как в домашних, так и в заводских условиях. Электросварочные аппараты рассчитаны на работу от сети 220 или 380 вольт и соответственно называются одно- или трехфазными. В зависимости от этого меняется схема подключения сварочных проводов.

Сварочный аппарат однофазный подключается присоединением одного сварочного провода к «фазе», другого – к разъему «нейтраль» и третьего – к заземлению «ноль». Иначе подключается трехфазный сварочный аппарат. Два конца сварочного кабеля подключаются к любым двум «фазам», а третий – к защитному «нулю».

Следует отметить, что если использует сварочный аппарат 380 вольт, то он считается более мощным, чем подключающийся к сети в 220 вольт, но не только таким образом можно увеличить производительность.

Инверторы – повышаем мощность сварочного аппарата

До сих пор мы рассматривали сварочные аппараты, в которых в качестве преобразователя входного напряжения используется обычный силовой трансформатор. Именно им и определяются солидные габариты и большой вес данного типа оборудования. Однако оно надежно и недорого.

Но существуют и другие виды устройств, в которых в качестве преобразователя напряжения используются так называемые инверторы – полупроводниковые усилители. Малые габариты и масса сделали их едва ли не самым востребованным видом сварочных агрегатов.

При уровне КПД, достигающем 85%, аппарат работает с разными металлами, гарантируя высокую скорость, качество и точность сварки. Инверторные аппараты имеют различную мощность и могут подключаться к сетям и в 220, и в 380 вольт.

На переменном токе возможно выполнять только сварку обычной низкоуглеродистой стали (кроме сварки с осциллятором). В практике же много случаев сварки деталей из чугуна, средне- и высокоуглеродистой стали, цветных металлов, легированной стали. Здесь необходим постоянный ток. Дело в том, что электроды для вышеуказанных металлов устойчиво горят в основном на постоянном токе. Кроме этого, использование дуги прямой или обратной полярности дает дополнительные технологические преимущества.

Профессиональная сварка емкостей, работающих под давлением, также выполняется на постоянном токе.

Схема самодельного сварочного аппарата постоянного тока

Трансформатор Тр 1 – обычный сварочный, без каких-либо переделок. Лучше, если он будет иметь жесткую характеристику, то есть вторичная обмотка намотана поверх первичной. Диоды D 1– D 4– любые, рассчитанные на ток не менее 100 А.

Радиаторы диодов подбирают такой площади, чтобы нагрев диодов в процессе работы не превышал 100°С. Для дополнительного охлаждения можно использовать вентилятор.

Конденсатор С1 – составной из оксидных конденсаторов общей емкостью не менее 40 000 мкФ. Конденсаторы можно использовать любой марки емкостью по 100 мкФ каждый, включая их параллельно. Рабочее напряжение не менее 100 В. Если в работе такие конденсаторы перегреваются, то их рабочее напряжение следует брать не менее 150 В. Возможно использование конденсаторов и других номиналов.

Если планируется работать только на больших токах, то конденсаторы можно вообще не ставить. Дроссель Др 1 – обычная вторичная обмотка сварочного трансформатора. Желательно, чтобы сердечник был набран из прямоугольных пластин. Через него не течет ток подмагничивания. Если используется тороидальный сердечник, то в нем необходимо ножовкой по металлу пропилить магнитный зазор.

Резистор R 1 – проволочный. Можно использовать стальную проволоку диаметром 6 – 8 мм и длиной несколько метров. Длина зависит от напряжения вторичной обмотки вашего трансформатора и от тока, который вы хотите получить. Чем длиннее проволока, тем меньше ток. Для удобства ее лучше намотать в виде спирали.

Получившийся у вас сварочный выпрямитель допускает сварку прямой и обратной полярности.

Сварка прямой полярности – на электрод подается «минус», на изделие «плюс».

Сварка обратной полярности – на электрод подается «плюс», на изделие – «минус» (показано на рис. 4. 1.).

Если трансформатор Тр 1 имеет свою регулировку тока, то лучше всего установить на нем максимальный ток, а избыток тока гасить сопротивлением R 1.

Сварка чугуна

Практикой частных сварщиков отработаны два надежных и эффективных способа сварки чугуна.

Первый используется для сварки изделий простой конфигурации, там, где чугун может «потянуться» вслед за остывающим швом. Следует учитывать, что чугун – абсолютно непластичный металл, а каждый остывающий шов делает поперечную усадку примерно на 1 мм.

Таким способом можно сваривать отвалившееся ушко станины, лопнувший пополам чугунный корпус и так далее.

Перед сваркой трещину разделывают V -образной разделкой на всю толщину металла.

Заваривать разделку можно любым электродом, хотя лучшие результаты дает сварка электродом марки УОНИ (с любыми цифрами) на постоянном токе обратной полярности.

Накладки следует наваривать во всех возможных местах. Чем их больше, тем сварное соединение прочнее. Наваривать накладки следует вдоль действующего усилия.

Сварные конструкции с накладками часто оказываются прочнее исходной чугунной отливки.

Второй способ разработан для изделий сложной конфигурации: блоков цилиндров, картеров и так далее. Чаще всего он используется для устранения течи различных жидкостей.

Перед сваркой трещина очищается от грязи, масла, ржавчины.

Для сварки используется медный электрод марки «Комсомолец» диаметром 3 – 4 мм. Ток постоянный обратной полярности.

Перед сваркой трещину или заплатку ставят на точечные прихватки.

Сварку ведут короткими швами вразброс. Первый шов выполняется в любом месте. Длина его не более 3 см.

Сразу после проварки шва его интенсивно проковывают молотком.

Остывающий шов уменьшается в размерах, а проковка, наоборот, его раздает. Проковку выполняют примерно полминуты.

Затем дожидаются полного остывания металла. Остывание контролируют рукой. Если прикосновение ко шву не вызывает болезненных ощущений, сваривают второй короткий шов такой же длины.

Второй и все последующие швы сваривают как можно дальше от предыдущих. После сварки каждого короткого шва идет проковка и остывание.

Последними проваривают замыкающие участки между короткими швами. В результате получается сплошной шов.

Определение сорта стали по искре

В ремонтной практике достаточно много случаев сварки сталей, неизвестных по химическому составу. Без определения состава таких сталей качественная их сварка невозможна.

Существует способ определения содержания углерода в стали с точностью до ±0,05%. Он основан на соприкосновении испытываемого металла с вращающимся наждачным кругом. По форме образующихся при этом искр можно судить как о процентной доле углерода, так и о наличии легирующих примесей.

Углерод в отделяемых частичках металла сгорает, образуя вспышки в виде звездочек. Звездочки характеризуют содержание углерода в испытуемой стали. Чем выше в ней содержание углерода, тем усиленнее сгорают частички углерода и тем больше число звездочек (Рис. 4. 7.).

Такую пробу желательно проводить на карборундовом круге с зернистостью 35 – 46. Скорость вращения 25 – 30 м/сек. Помещение должно быть затемнено.

1 – искра имеет вид светлой, длинной, прямой линии с двумя утолщениями на конце, из которых первое светлое, а второе темно-красное. Весь пучок искр светлый и имеет продолговатую форму;

2 – от первого утолщения начинают отделяться новые светлые искры. Пучок искр становится короче и шире предыдущего, но тоже светлый.

3 – пучок искр получается короче и шире. От первого утолщения отделяется целый сноп искр светло-желтого цвета;

4 – на концах искр, отделяющихся от первого утолщения, наблюдаются блестяще-белого цвета звездочки;

5 – образуются длинные искры красноватого цвета с характерными отделяющимися звездочками;

6 – длинная прерывистая (пунктирная) искра темно-красного цвета со светлым утолщением на конце;

7 – двойная прерывистая (пунктирная) искра со светлыми утолщениями на концах, толстая и длинная - красного цвета, тонкая и короткая – темно-красного цвета;

8 – искра такая же, как и в пункте №7, с той лишь разницей, что искры имеют разрыв.

Обучение методу искровой пробы следует начинать с образцов известных марок стали.

Применяя этот метод, следует учитывать, что сталь в закаленном состоянии дает более короткий пучок искр, чем незакаленная.

Пробу на искру необходимо брать на глубине 1 – 2 мм от поверхности, так как на поверхности металла может быть обезуглероженный слой.

При соприкосновении с наждачным кругом цветных металлов и их сплавов, в которых углерод отсутствует, искр не получается.

Сварка среднеуглеродистой и высокоуглеродистой стали

Среднеуглеродистые стали сваривают электродами с небольшим содержанием углерода. Глубина провара должна быть небольшая, поэтому применяют постоянный ток прямой полярности. Величина тока выбирается пониженная.

Все эти мероприятия снижают содержание углерода в металле шва и предупреждают появление трещин.

Для сварки используют электроды УОНИ-13/45 или УОНИ-13/55.

Некоторые изделия перед сваркой необходимо нагревать до температуры 250 - 300°С. Лучше всего полный нагрев изделия; если это невозможно, то применяют местный нагрев газовой горелкой или резаком. Нагрев до более высокой температуры недопустим, так как вызывает появление трещин из-за увеличения глубины провара основного металла и вызываемого этим повышения содержания углерода в металле шва.

После сварки изделие укутывают термоизолирующим материалом и дают возможность медленно остыть.

В случае необходимости после сварки производится термическая обработка: изделие нагревают до темно-вишневого цвета и обеспечивают медленное охлаждение.

Высокоуглеродистую сталь сваривать труднее всего. Сварных конструкций из нее не изготавливают, но в ремонтном производстве сварка применяется. Для сварки такой стали лучше всего применять те же методы, что описывались ранее для сварки чугуна.

Сварка марганцовистой стали

Марганцовистая сталь применяется для деталей с высокой износостойкостью: ковшей землечерпалок, зубьев ковшей экскаваторов, железнодорожных крестовин, шеек камнедробилок, тракторных траков и так далее.

Для сварки применяют электроды ЦЛ-2 или УОНИ-13нж.

Сварочный ток выбирается из расчета 30 – 35А на 1 мм диаметра электрода.

При сварке образуется большое количество газов. Для облегчения их выхода из расплавленного металла наплавку следует выполнять широкими валиками и короткими участками, иначе шов получается пористый.

Сразу после сварки требуется проковка.

Для повышения твердости, прочности, вязкости и износоустойчивости наплавки необходимо после наложения каждого валика, пока он еще нагрет до красного каления, производить закалку с помощью холодной воды.

Сварка хромистой стали

Хромистые стали применяются как нержавеющие и кислотостойкие для изготовления аппаратуры нефтеперерабатывающей промышленности.

Сварку хромистых сталей необходимо выполнять с предварительным нагревом до температуры 200 - 400°С.

При сварке используется пониженная сила тока из расчета 25 – 30 А на 1 мм диаметра электрода.

Применяют электроды ЦЛ-17-63, СЛ-16, УОНИ-13/85 на постоянном токе обратной полярности.

После сварки изделие охлаждают на воздухе до температуры 150 - 200°С, а затем производят отпуск.

Отпуск производят путем нагрева изделия до температуры 720 - 750°С с выдержкой при такой температуре не менее часа и последующим медленным охлаждением на воздухе.

Сварка вольфрамовой и хромовольфрамовой стали

Такая сталь используется для изготовления режущего инструмента.

С помощью сварки режущий инструмент можно изготовить двумя способами:

1) приваркой готовых пластин быстрорежущей стали на держатель из малоуглеродистой стали;

2) наплавкой быстрорежущей стали на малоуглеродистую сталь.

Готовые пластины наваривают способами:

1) используя контактную сварку;

2) с помощью аргоновой сварки неплавящимся электродом;

3) используя газовую пайку высокотемпературным припоем;

4) плавящимся электродом постоянного тока.

Для наплавки можно использовать отходы быстрорежущей стали: поломанные сверла, резцы, зенкеры, развертки и др.

Эти отходы можно наплавлять с помощью газовой или аргоновой сварки, а также изготавливая из них электроды для электродуговой сварки.

После наплавки инструмент отжигают, обрабатывают механическим путем, затем подвергают трехкратной закалке и отпуску.

Сварка высоколегированной нержавеющей стали

Нержавеющая сталь в быту нашла довольно широкое применение: из нее изготавливают различные емкости, теплообменники, водонагреватели. Используют в частных банях как жаростойкую.

Отличить такую сталь от обычной можно по трем характерным признакам:

1) «нержавейка» отличается светло-стальным цветом;

2) при приложении постоянного магнита не притягивается, хотя бывают и исключения;

3) при обработке на наждачном круге дает мало искр (или совсем не дает).

Нержавеющая сталь обладает повышенным коэффициентом линейного расширения и пониженным коэффициентом теплопроводности.

Увеличенный коэффициент линейного расширения вызывает большие деформации сварного соединения вплоть до появления трещин. Некоторые сварные конструкции из «нержавейки» перед сваркой желательно подогреть до температуры 100 - 300°С.

Низкий коэффициент теплопроводности вызывает концентрацию тепла и может привести к прожиганию металла. По сравнению со сваркой обычной стали такой же толщины при сварке «нержавейки» ток уменьшают на 10 – 20%.

Для сварки применяют постоянный ток обратной полярности.

Используют электроды марки ОЗЛ-8, ОЗЛ-14, ЗИО-3, ЦЛ-11, ЦТ-15-1.

Одно из главных условий при сварке – поддержание короткой дуги, это обеспечивает лучшую защиту расплавленного металла от кислорода и азота воздуха.

Коррозионная стойкость швов увеличивается при ускоренном их остывании. Поэтому сразу после сварки швы поливают водой. Поливание водой допустимо только для той стали, которая после сварки не дает трещин.

Сварка алюминия и его сплавов

Сварку покрытыми электродами применяют для алюминия и сплавов толщиной более 4 мм.

Для сварки технического алюминия применяют электроды марки ОЗА-1.

Для заварки литейных дефектов применяются электроды ОЗА-2.

В последнее время электроды марки ОЗА заменяются более совершенными электродами марки ОЗАНА.

Обмазка электродов для сварки алюминия сильно впитывает влагу. При хранении таких электродов без влагозащиты обмазка в буквальном смысле слова может стечь со стержня. Поэтому такие электроды хранят в пластиковом пенале со средствами влагопоглощения. Перед сваркой их дополнительно просушивают при температуре 70 – 100°С.

Перед сваркой алюминиевые детали обезжиривают ацетоном и зачищают до блеска металлической щеткой.

Сварку производят на постоянном токе обратной полярности.

Сварочный ток 25 – 32 А на 1 мм диаметра стержня электрода.

Деталь перед сваркой прогревают до температуры 250 - 400°С.

Сварку необходимо выполнять непрерывно одним электродом, так как пленка шлака на детали и конце электрода препятствует повторному зажиганию дуги.

Если есть возможность, с обратной стороны шва укладываются подкладки (см. газовая сварка алюминия).

Электродуговой сваркой получают швы среднего качества.

Сварка меди и ее сплавов

Чистая медь хорошо поддается сварке, и ее рекомендуется варить двумя способами. Способ сварки зависит от толщины детали.

При толщине изделия не более 3 мм лучше всего использовать сварку угольным электродом. Сварка выполняется постоянным током прямой полярности при длине дуги 35 – 40 мм.

В качестве присадочного материала можно использовать электротехнический провод. Не забудьте перед сваркой очистить его от изоляции.

Для повышения качества шва на свариваемые кромки и на присадочную проволоку наносят флюс, состоящий из 95% прокаленной буры и 5% металлического порошкообразного магния. Можно использовать одну буру, но результаты будут хуже. Если не требуется высокое качество шва, флюс не применяется.

Техника безопасности при электродуговой сварке

Электродуговая сварка имеет несколько вредных для здоровья сварщика факторов: напряжение электрического тока, излучение электрической дуги, газы, искры и брызги металла, термический нагрев, сквозняки.

Предельно допустимым напряжением холостого хода сварочного трансформатора считается 80 В, а сварочного выпрямителя 100 В. В условиях сухой погоды такое напряжение практически не ощущается, но в условиях влажности начинается довольно ощутимое покалывание руки. Это же самое может наблюдаться при нахождении сварщика на свариваемой металлической детали, а тем более внутри нее.

При сварке в сырую погоду, а также стоя на металле, независимо от погоды, необходимо использовать резиновые перчатки, резиновый коврик, резиновые калоши. Перчатки, коврик и калоши должны быть из диэлектрической резины, то есть той, что используют электрики. Резиновые изделия, продающиеся для бытового использования, электроизолирующими не являются.

Для защиты сварщика от случайного пробоя трансформатора используется защитное заземление. Устройство заземления описано в Главе 1.

Для уменьшения вероятности электрического удара лучше всего использовать трансформаторы с невысоким напряжением холостого хода.

Защитой от излучения дуги является костюм сварщика, маска с набором стекол, рукавицы. Верхний ворот костюма всегда застегивайте, иначе у вас появится несмываемый «галстук».

Ультрафиолетовое излучение дуги с достаточной степенью надежности ослабляется столбом воздуха в 10 м, поэтому не подпускайте никого к месту сварки ближе, чем на 10 м (особенно детей!).

В состав покрытия электродов входят газообразующие вещества, поэтому покрытые электроды сильно дымят. Единственный способ защиты от дыма – принудительная вентиляция. Устройство такой вентиляции описано в Главе 1.

С вентиляцией связан еще один неблагоприятный фактор в работе сварщика – сквозняки. Нагрузка сварщика в процессе работы является чаще всего статической, то есть сварщик работает практически неподвижно. При этом не происходит саморазогрева тела, что может привести к переохлаждению.

Как показывает опыт многих сварщиков, никакая закалка от сквозняков не помогает. Более надежная защита – теплая одежда, особенно в районе пояса (сварщик работает согнувшись).

Теплая одежда может оказать и отрицательное влияние. При переходе к динамической нагрузке сварщик начинает потеть, пот вместе со сквозняком вызывает гарантированную простуду.

Лучший вариант избежать простуды – поставить приточный тепловентилятор. Он должен подогревать приточный воздух до плюсовой температуры даже в сильный мороз. Если вы в такие морозы предпочитаете не работать, то мощность вентилятора достаточна в 3 кВт.

Довольно неприятным явлением считаются брызги металла. Попадая на костюм, в обувь, они вызывают тление защитной одежды или пожар, если рядом горючие вещества. Приобретите кожаную защитную одежду и кирзовые сапоги – и вы в достаточной степени защитите свое тело.

При сварке на больших токах и электродуговой резке металла держатель электродов, сварочные провода и сварочная маска могут перегреваться. Поэтому не касайтесь лицом металлических частей маски, а на рукоятку держателя наденьте теплоизолирующий рукав. Регулярно проверяйте все соединения проводов – они могут стать причиной пожара.

Вышеуказанные правила применяются и для других видов электрической сварки: аргоновой, полуавтоматической, контактной.

Почти весь прошлый век сварочные работы производились на переменном токе, если не использовалась газосварка. Это было связано с тем, что более простого и недорогого сварочного оборудования не было в промышленности и строительстве.

Сварочный аппарат переменного тока представлял собой мощный понижающий трансформатор с регулятором тока в виде подвижной вторичной обмотки или дополнительных отводов в ней же. Это были надежные, простые устройства, при этом очень тяжелые и габаритные. Но благодаря развитию полупроводниковой техники появилась возможность создать сварочный аппарат постоянного тока, который по потребительским свойствам лучше своего «переменчивого» собрата.

Применение постоянного тока позволяет получать шов лучшего качества благодаря тому, что электрическая дуга стабильна. Нет переходов через ноль, как у аппарата переменного тока, поэтому нет брызг.

Возможность использования прямой и обратной полярности позволяет варить нержавеющую сталь, цветные металлы, то есть электродуговая сварка постоянным током имеет более широкий диапазон применения при прочих равных условиях. При использовании инверторов сварочный аппарат получается значительно меньше по габаритам и весу.

Недостатками являются относительно высокая стоимость (по сравнению с аппаратами переменного тока) и чувствительность к пыли. Приходится часто чистить внутренние блоки.

Приборы на трансформаторах

Первые модели аппаратов для сварки постоянкой были развитием приборов переменного тока. Дополнительно к сварочному трансформатору на выходе вторичной обмотки монтировали диодный выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, затем подключали мощные конденсаторы для уменьшения пульсаций и дроссель для получения более стабильной дуги.

От однофазной или трехфазной сети переменное напряжение поступало на первичную обмотку понижающего трансформатора. На выходе вторичной получалось напряжение порядка 70 В на холостом ходу, дальше поступало на выпрямитель и сварочный электрод.

При замыкании электрода на массу и последующем отрыве на небольшое расстояние (примерно 5 мм) возникала электрическая дуга. Сварщику оставалось вести электрод вдоль будущего шва со скоростью необходимой для образования сварочной ванны.

Инверторы

По дрогу принципу работают сварочные инверторы, которые тоже относятся к аппаратам постоянного тока. Преобразования в них происходят несколько по-другому.

Входное сетевое напряжение 220 В сразу преобразуется выпрямителем в постоянный ток. С помощью фильтра низких частот пульсации сглаживаются, и ток, в качестве питающего, поступает на задающий генератор, силовые биполярные или полевые транзисторы.

Генератор вырабатывает сигнал частотой от 40 до 80 кГц. Изменение частоты переменным резистором, выведенным на лицевую панель, позволяет регулировать силу сварочного тока. Эта частота поступает на управляющие входы силовых транзисторов, на выходе в результате получается импульсный ток той же частоты.

Для дальнейшего преобразования он пропускается через конденсаторы, чтобы получился высокочастотный переменный ток. Затем он подается на понижающий трансформатор.

С вторичной обмотки снимается пониженное напряжение высокой частоты. Благодаря этому не требуются такие громоздкие преобразователи (понижающие трансформаторы низкой частоты). в таком случае получается компактным и эргономичным.

Получившийся высокочастотный ток вновь выпрямляется диодным мостом и превращается в постоянный. Для уменьшения пульсаций устанавливаются батареи конденсаторов, а для мягкости дуги – дроссель. Благодаря электронной схеме управления силой сварочного тока и напряжения, отсутствуют проседания мощности и нестабильность дуги.

Сварочный ток не зависит от изменения сетевого напряжения. Шов получается качественным. Сварщику гораздо легче работать таким сварочным аппаратом. Единственно, при пользовании электросваркой необходимо соблюдать требования к присадочной проволоке .

Электроды для сварки нужно использовать те, которые рекомендуются для данного вида металла. Диаметр необходимо выбирать исходя из толщины свариваемого материала.

Какие электроды использовать

Подбирая электроды для сваривания деталей постоянным током, в первую очередь необходимо убедиться в наличии сертификатов соответствия.

Они должны быть подтверждены соответствующими организациями типа «Центра стандартизации и метрологии» с соответствующими лицензиями. Дальше нужно выбирать электроды с учетом мощности сварочного аппарата, толщиной свариваемых деталей и вида металла. Среди многочисленных марок можно выделить такие:

для сварки постоянным током низкоуглеродистых и низколегированных сталей подойдут электроды УОНИ13/45. Ими хорошо варить сосуды, работающие под давлением, толстостенные детали, а также заваривать дефекты литья;
электродами УОНИ 13/55 также варят низкоуглеродистые и низколегированные стали. Используют при и стальных конструкций;
электродами ОЗС-12 ГОСТ 9467-75 варят ответственные конструкции из низкоуглеродистой стали. Сваривание производится во всех положениях, кроме вертикального шва;
ОЗС- 4 можно варить по окисленной поверхности с теми же сталями.

Перечисленные выше марки наиболее универсальные и простые в использовании. Их можно быстро зажечь и обеспечить стабильную дугу, поддерживаемую постоянным током.

Для средне и высоколегированных сталей применяются специальные электроды. Они имеют состав близкий к марке свариваемой стали.

Перед применением электродов необходимо убедиться, что они сухие, без сколов обмазки. Правильный подбор марки и диаметра, силы сварного тока обеспечит получение качественного сварного шва. Все необходимые данные имеются в инструкции по эксплуатации на сварочный аппарат и паспорте на электроды.

Самостоятельное изготовление

Сварочный аппарат постоянного тока имеет смысл делать своими руками, если есть запас полупроводниковых приборов подходящих по номиналам. При использовании трансформаторной традиционной схемы преобразования тока все будет достаточно дешево.

Если решили собирать инверторный аппарат, то покупка силовых транзисторов выйдет в копеечку, проще купить готовый инвертор.

Выпрямитель

Постоянный сварочный ток в самодельных аппаратах обычно рассчитывают на 160-200 ампер. Для этого оптимальными будут выпрямительные диоды В200 соединенные по мостовой схеме.

Нужно только учесть, что корпус от внутренностей у диода не изолирован, то есть при подаче напряжения на выводы, корпус тоже окажется под напряжением.

Так как они сильно греются при работе, то их устанавливают на радиаторы. Они должны быть изолированы друг от друга, корпуса сварочного оборудования и других элементов схемы.

Если в распоряжении имеются диодные мостовые сборки, то это еще лучше, поскольку схему будет проще собирать. У них прямой ток порядка 35-50 А. Если требуется мост помощнее, то сборки можно спаривать, ставить параллельно.

Надежность такого соединения меньше, чем у одиночного диода из-за разброса параметров, но если установить с запасом, то все будет замечательно. Корпуса у них не под напряжением, поэтому можно устанавливать на один радиатор.

Другие компоненты

Самодельный сварочный аппарат постоянного тока трансформаторного типа состоит из понижающего трансформатора мощностью от 7 кВт и выше, выпрямительного моста на диодах типа В200, ВЛ200 или нескольких мостовых диодных сборок, набора электролитических конденсаторов общей мощностью 30000 мкФ и дросселя. Для охлаждения диодов применяются алюминиевые радиаторы и вентилятор.

Все контакты рекомендуется делать пайкой для уменьшения переходных сопротивлений в местах соединений. Сварочный трансформатор будет иметь различные габариты в зависимости от мощности и используемой частоты преобразования. Это необходимо учесть при конструировании корпуса или его подборе.

Сварочные кабели должны подсоединяться к устройству через болтовое соединение. В таком варианте исполнения практически отсутствуют регулировки сварки постоянным током.

Если в наличии имеется сварочный аппарат переменного тока, то добавив выпрямительную схему можно получить устройство постоянного тока, но уже с регулировками по переменному напряжению, что тоже хорошо.

Изготовление сварочного аппарата инверторного типа под силу людям, разбирающимся в электронике. Здесь нет такого большого разброса по параметрам, как в трансформаторном аппарате.

Схемы достаточно сложные для начинающего радиолюбителя, но при соблюдении всех правил пайки микросхем и полупроводниковых приборов, особенно полевых транзисторов, можно сделать аппарат требуемых параметров.