І.М. Пронський, м. Київ

Зварювальні напівавтомати (СПА) знаходять все більше поширення в народному господарстві нашої країни. Їх використання дає можливість багатьом дрібним підприємствам ефективно зварювати металеві конструкції будь-якої складності. У цій статті розглянута конструкція найбільш простого зварювального напівавтомата, а також основні принципи роботи та вимоги до зварювальних

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

не натиснута положенні). В інших подають механізмах двигуни мають обмотку реверсу руху.

В основному використовують двигуни постійного струму. У деяких сучасних портативних СПА механізм подачі як би обертається навколо дроту, тим самим, змушуючи рухатися її, завдяки нарізування різьби навколо дроту. Існують подаючі механізми, що знаходяться на рукаві у самого наконечника, вони виконані у вигляді цанги, яка є серцевиною соленоїдний котушки. При впливі імпульсу цанга захоплює дріт і відтягує її на невелику відстань, відпускаючи дріт тільки в кінці руху. При надходженні серії імпульсів дріт потихеньку рухається.

У даній статті зупинимося на найпростішому варіанті. Для будь-якого

простого СПА необхідний у першу чергу зварювальний трансформатор. Так як СПА зобов'язаний проварювати метал товщиною до 3 мм, то з урахуванням [1, 2] його потужність повинна бути 1,8-3 кВт при напрузі холостого ходу 40-60 В і крутопадаючих характеристиці (можна з низьким ККД, тобто зібраному в аматорських умовах). Для дотримання заходів безпеки в холостому режимі СПА не повинен видавати напругу на наконечник рукава. Логіка управління повинна відповідати діаграмі на рис.3, де ІМК – напруга включення СПА, знімається з мікровимикача; ІДВ-напруга, що подається на двигун; ірев – напруга, подається на реверсивну обмотку двигуна; Ucna-напруга, що подається на рукав і на відсікач газу.

Схема на рис.4 є найбільш поширеною, хоча має ряд

 

 

 

 

недоліків. В деякі СПА встановлюють трансформатори з многовиводной первинної обмоткою. Це робиться для можливості регулювання струму. Але, як показали багаторічні випробування, регулювання таким способом негативно позначається на якості зварюваного шва. Тому автор використовував зварювальний реостат R2 (рис. 4), який також застосовується при зварюванні електродами.

Зміна струму зварювання за допомогою реостата є найбільш простим і дуже ефективним засобом при регулюванні зварювальної дуги з різною товщиною металу. Автору вдавалося зварювати вироби для швейної промисловості (оверлоків), що мають розміри 5×5 мм з товщиною 0,5 мм, а також прути для віконних решіток товщиною 1 см, і при цьому ніяких конструктивних змін в СПА не вводилося.

При натисканні SA1 (рис. 4) вольтметр РА1 показує напругу Х.Х., на наконечнику рукава напруга відсутня. При натисканні SA2 включається подача дроту, контакти SA2.2 замикаються, а SA2.1 розмикаються. Спрацьовує реле К1, замикаються контакти К1.1 – К1.3. Включається відсікач струму КЗ, відсікач газу К4, а К1.3 замикає ланцюг живлення двигуна М.

У даній схемі розглядається двигун з реверсивної обмоткою. Для двигуна подачі з електротормозом схема включення показана на рис.5 (де 1 – двигун; 2 – електротормоз). Через К1.2 заряджається С11. Після закінчення режиму зварювання (SA2 не натиснута) ланцюг

харчування К1 розривається, а до К2 через замкнуті контакти SA2.1 від С11 підводиться напруга живлення. В результаті K2.1 і К2.2 замикаються. Включається обмотка реверсу двигуна М. А так як відсікач струму КЗ і відсікач газу К4 залишаються включені, завдяки контактам К2.1, то на наконечнику рукава присутня напруга живлення і подається вуглекислота.

Це необхідно для того, щоб подає дріт відгоріло в місці закінчення зварювання без погіршення якості зварюваного шва. Одночасно реверсивний режим роботи двигуна демпфує інерційність редуктора і якоря двигуна. Після закінчення розряду конденсатора С11 реле К2 відключається і СПА переходить в початкове положення.

Елементи. Подаючий механізм взято від зварювального напівавтомата типу А547УмПДГ-309. Реле K1, K2 типу ТКЕ-54ПД1 або аналогічні з максимальним струмом на контактах до 2 А. Реле КЗ КМ200Д-В, реле К4 – відсікач газу (йде в комплекті з подає). Трансформатор TV1 будь зварювальний з габаритною потужністю 3 кВт. Вимикач SA1 – пакетний на 380 В, 15 А чи два спарених типу ВДС 6320-75 на 15 А. Запобіжник РА1 на 15 А. Силовий дросель L1: сердечник з низькочастотного заліза від трансформатора на габаритну потужність 1,5-3 кВт. Обмотка має 40-80 витків перерізом 20 мм. Автор використовував стандартний дросель від зварювального напівавтомата типу А547УмПДГ-309. L2 – ДФ2 або будь-який інший на струм 2 А. У зазор встановлена ??смужка з текстоліту товщиною 7 мм (рис.6). Діоди VD1-VD4 типу ВЛ-200-90 або інші низькочастотні зі струмом пропускання не менше 100 А. Радіатор стандартний 7x8x10 см.

VD9 – Д816Д на радіаторі з площею розсіювання 100 см, VD5-VD8 – Д226 з будь-яким буквеним індексом; C1,

C2 – 0,1 на 400 В, будь-які металопаперові; СЗ-С8 -10000 на100 В типу К50-32, можна К50-18, К50-19; С9-С11 – 100 на 100 В К50-27, можна інші; R1 – шунт типу 75ШС ММЗ-500; R2 – реостат зварювальний, можна від регулятора аргонно-дугового зварювання; R3 – 20 Ом ПЕВ-5-77; R4 – 47 Ом, реостат змінний 22 Вт; R5-12 Ом ПЗ-75; R6-100 Ом ПЗ-75; РА1 – вольтметр з межею шкали 75-100 В типу М43300, М43100; РА2 – амперметр з межею шкали 300500 А типу М43300, М43100.

Провід, вказані на схемі потовщеною лінією, повинні мати площу перетину не менше 20 мм.

Конструкція. На рис. 7 (а – вид збоку, б – вигляд зверху) показана конструкція зварювального напівавтомата в зборі: 1 – трансформатор; 2 – діодний міст, 3 – дросель L1, 4 – реостат R2, 5 – балон вуглекислоти, 6 – "маса"; 7-редуктор, 8 – механізм, що подає; 9 – рукав; 10 – запобіжник; 11 – пакетний вимикач SA1; 12-вольтметр, амперметр РА1 і РА2; 13 – регулятор швидкості подачі R4.

Налагодження СПА. Від якості настройки СПА сильно залежить зручність користування апаратом, тому необхідно якомога уважніше поставитися до наступних рекомендацій. У даному найпростішому варіанті СПА "вузьким місцем" є налагодження подачі дроту і настройка якості шва.

Налаштування подачі дроту

Подаючий механізм слід включити без затягування дроту в рукав і без приєднання вуглекислоти. Якщо вуглекислота підключена тумблером SA3 (він необхідний для відключення відсікача газу при затягуванні дроту з метою економії С02), відключити відсікач газу. При натисканні SA2 повинні спрацювати відсікач струму, відсікач газу (при включеному SA3) і двигун механізму, що подає М. Через 5 з відпустити SA2, при цьому двигун повинен включитися в зворотному напрямку.

Заправити дріт від барабана 1 через механізм, що подає у рукав і затягнути ролик подачі, щоб дріт 5 притискалася роликом 3 до підшипника 4 і входила в рукав 2 (рис.8).

Включити SA2 на 20 с, після чого вимкнути. Механіка дуже інерційна, тому дріт спочатку рухається повільно, а з часом прискорюється. При відпусканні SA2 струм в двигуні через реверсивну обмотку повинен бути достатній для повного гальмування дроту. Ток регулюють підлаштування реостатом R5. Для гальмування дроту необхідний час.

Обмотка реверсу включена в ланцюг харчування на час, визначений часом розряду С11 через К2 і R6. Для нормального гальмування дроту, щоб дріт не затягувало назад в рукав або не виводило довше наконечника більш ніж на 1 см, необхідно дуже точно і терпляче відрегулювати R5 і R6, режим гальмування залежить на 20% також від реостата R2. На жаль, описати всі подробиці регулювання не дозволяє обсяг статті і, крім того, неможливо врахувати всі нюанси різних серій подають механізмів. Процес зварювання найчастіше буде переривчастим, тобто з інтервалом включення подачі дроту приблизно в 0,5-1 с. Налаштування якості шва для дроту діаметром 0,8-1 мм

Відрегулювати в процесі зварювання подачу вуглекислоти в межах 0,5-1 атм по манометру на редукторі. Встановити в середнє положення реостат R2.

На чистому аркуші металу 0,7-0,8 мм при масі приєднаної включити режим подачі дроту. Якщо лист металу буде марнувати, зменшити подачу дроту реостатом R4. При подальшому прожигании листа збільшити опір реостата R2. Якщо дріт не розплавляється, а червоніє і лягає на аркуш невеликими купками, збільшити реостатом R4 подачу дроту або зменшити опір реостата R2.

Ці всі процеси необхідно спостерігати через маску для електрозварювання. Як тільки шов буде лягати нормально на лист металу, необхідно відрегулювати зазор в дроселі. Для цього вимірюють вольтметром змінну складову в режимі зварювання безпосередньо між плюсом на рукаві і "масою". Регулюючи зазор в дроселі, а також кількість витків, домагаються змінної складової напруги в межах 1,2-3 В.

Треба враховувати дуже велику індуктивність дроселя. При цьому струм, необхідний для нормальної зварювання, буде наростати через певний проміжок часу, а в початковий момент подається дріт не буде навіть розправлятися. У цьому випадку необхідно зменшити кількість витків на дроселі.

Для безпеки автор рекомендує всі операції настройки проводити в гумових рукавичках на гумовому килимку в сухому приміщенні. Всі деталі, що знаходяться під напругою, слід ізолювати. Для зварника краще використовувати спеціальний зварювальний костюм, тому що при роботі утворюється велика кількість окалини (бризок розпеченого металу). Література:

1. Пронський І.М. Секрети зварювального трансформатора / / Радюаматор .- 1998 .- № 1 .- С. .21-22

2. Пронський І.М. Секрети зварювального трансформатора / / Радюаматор .- 1998 .- № 3 .- С.43-45.К

 

 

 

 

 

 

Відповіді на питання тих, хто хоче самостійно виготовити зварювальний агрегат

1. Чому саме крутопадаючих характеристика?

Більшість радіоаматорів при складанні СПА

користуються саморобними зварювальними трансформаторами. Трансформатори ручної збірки (не професійної) мають низький ККД і внаслідок цього крутопадаючих характеристику (рис.1, крива А) [1]. Це вигідно позначається при конструюванні СПА, так як основна маса зварників має невисокі професійні навички, а саме, вміння правильно тримати "рукав" (під правильним кутом по відношенню до зварюваної конструкції), правильно запалювати дугу і підтримувати її горіння. Як бачимо з рис.1, дуга має різні характеристики при різній її довжині 11, 12 де 11 і 12 ~ відстань між електродами. При цьому зміна струму незначне, що вигідно впливає на фільтрацію змінної складової, а також на однорідність зварюваного шва.

2. Як зібрати трансформатор для СПА?

Це питання є найбільш важким, тому що кількість витків в трансформаторі безпосередньо залежить від властивостей магнітного заліза, що застосовується в сердечнику трансформатора.

При розрахунку зварювального трансформатора в першу чергу необхідно враховувати габаритну потужність трансформатора, яка для нормального провару металу глибиною до 4 мм становить приблизно 3 кВт. Розглянемо детальніше пристрій трансформаторів [2].

Трансформатор складається з наступних частин: сердечника, обмоток, каркаса і деталей, що стягають сердечник. Сердечник трансформатора є магнітопроводом, який виготовляють із сталевих листів товщиною 0,35 … 0,5 мм [3]. В даний час застосовують два види спеціальної електротехнічної сталі: гарячекатану з високим вмістом кремнію і холоднокатану. Остання має кращі магнітні характеристики в напрямку прокатки.

Сталеві листи ізольовані один від одного паперової, лакової ізоляцією (товщиною 0,04-0,6 мм) або

окалиною, що дозволяє зменшити втрати потужності в магнітопроводі за рахунок того, що вихрові струми замикаються в площині поперечного перерізу окремого листа (рис.2). Чим менше товщина аркуша, тим менше перетин провідника, по якому протікає вихровий струм 1 В, і тим більше його опір.

В результаті вихровий струм і втрати потужності на нагрівання магнітопровода зменшуються (з цієї причини автор не радить використовувати сердечники від електродвигунів).

За типом або конфігурації магнитопровода трансформатори поділяють на стрижневі й броньові.

 

 

 

 

 

 

 

 

У стрижневих трансформаторах обмотки, насаджені на стрижень магнітопровода, охоплюють його (рис.3, а) У броньових трансформаторах магнітопровід частково охоплює обмотки і як би "бронює" їх (рис.3, 6). Горизонтальні частини магнітопровода, не охоплені обмотками, називаються нижньою і верхньою ярмом. Трансформатори великої і середньої потужностей зазвичай виготовляють стрижневими, так як вони простіше по конструкції, мають кращі умови для охолодження обмоток, що особливо важливо в потужних трансформаторах, що мають великі габарити. Магнітопровід таких трансформаторів набирають з окремих пластин прямокутної форми (рис.4, а, автор застосував саме таку збірку трансформатора).

Для зменшення магнітного опору їх набирають так, щоб стики пластин у двох сусідніх шарах були в різних місцях. Аналогічно виконують магнітопроводи з двома стержнями. Магнітопроводи броньового типу застосовують для сухих трансформаторів середньої потужності і використовують в електрозварювання. Зовнішні броньові стрижні цього магнітопровода частково захищають обмотки трансформатора від механічних ушкоджень.

Трансформатори малої потужності можуть мати магнітопровід, зібраний з пластин, виконаних у формі букви "Ш", і прямокутних смуг (рис.4, 6) Магнітопроводи стрижневих і броньових трансформаторів малої потужності можна навивають з вузької стрічки електротехнічної сталі (мал. 5). Це дозволяє зменшити повітряні зазори в магнітопроводі і знизити магнітне опір, а отже, і струм холостого ходу. У більшості випадків стрічкові магнітопроводи розрізають, щоб на них легше посадити заздалегідь намотані обмотки. Потім половинки магнітопроводів з'єднують. З стрічкових магнітопроводів найчастіше для електрозварювання застосовують кільцеві тороїдальні (рис.5, в). ККД таких тороїдальних трансформаторів дуже високий. Тому кількість намотуваних витків на сердечник менше, ніж у стрижневих і броньових трансформаторах.

При виготовленні трансформаторів використовують каркаси для намотування обмоток (рис.6). Як правило, їх виготовляють з листових електроізоляційних матеріалів (гетинакс або електроізоляційний картон). Розміри каркаса залежать від розміру сердечника. У тороїдальних трансформаторів каркас відсутній, сердечник обмотують спеціальною лакотканиною (склотканина або штучна високовольтна електротехнічна тканина, просочена електротехнічним лаком). Сердечник обмотують в два-три шари тканиною в натяжку і фіксують нитками або просочують лаком. Після висихання лаку намотують обмотку.

Для виготовлення обмоток трансформаторів і

 

 

 

 

 

 

дроселів застосовують круглі мідні дроти з емалевою ізоляцією (в первинній обмотці можна використовувати зазначені проводу, при цьому дроти укладають якомога ближче один до одного, одночасно провід ізолюють лакотканиною (можна склотканиною з просоченням лаком), у разі намотування первинної обмотки двома проводами кожен провід ізолюють окремо). Початок намотування фіксують ниткою (рис.7). При цьому провід повинен виходити збоку трансформатора, а не всередині його. Вторинну обмотку (силову) намотують прямокутним проводом (ізоляція проводу

аналогічна розглянутій вище).

Розглянемо найбільш простий метод розрахунку зварювального трансформатора. Початкові дані: Ргаб = 3 кВт; Uxx = 45 В при Ih = 0; Uh = 30 В при 1н = 100 А; Ісеті = 220 В; Рсеті = 50 Гц; допустимий ККД = 0,85.

Автор використовував табличні дані з різних джерел, тому вони наближені.

Скористаємося методикою, запропонованою в [4]. Маємо формулу

 

 

 

 

Як бачимо, отримане значення Км менше табличного (табл.2). У цьому випадку корисно на 10% збільшити діаметр проводу первинної обмотки, оскільки вона розташована всередині і гірше охолоджується. У більшості випадків конструювання зварювальних трансформаторів число витків на 1 В досягає 0,7. Перш ніж намотувати вторинну обмотку, бажано зібрати трансформатор і перевірити струм холостого ходу за методикою, розглянутою в [2].

Зупинимося трохи на технології складання трансформатора. Каркас виготовляємо з внутрішнім вікном (рис.6, б) не 10-20% більше розмірів перетину сердечника. Після складання трансформатора в залишилися проміжки між каркасом і сердечником забиваємо розклинюючі дерев'яні клини для зниження рівня шуму. При намотуванні на каркас обмотки (особливо вторинної) у вікно каркаса вставляємо дерев'яний брусок, а обмотку прибиваємо до каркаса дерев'яним молотком (краще через текстолітові пластину, щоб не пошкодити ізоляцію проводів). Обмотки ізолюємо один від одного спеціальним ізоляційним матеріалом (табл.4)

Діелектрична проникність Епр не повинна бути менше (в межобмоточной ізоляції) 10 кВ / мм. Як правило, первинну обмотку намотуємо першої, а вторинну-зверху первинної, ізоляція між обмотками має бути подвійною. Якщо необхідного проводу немає, то обмотку можна намотуючи подвійним проводом (одночасно), причому сумарна площа перерізу проводів повинна бути на 10-20% більше розрахункової.

Сердечник трансформатора стягаємо шпильками через отвори (рис.4), при цьому саму шпильку ізолюємо від сердечника

електроізоляційної папером (табл.4). Для стяжки сердечника використовуємо також бандаж або бруси (сталева стрічка шириною 40 мм, товщиною 1-3 мм) з маломагнітні сталі. Як правило, верхню ярмовую балку стягаємо з обох сторін пластинами, а нижню – куточками, які грають роль шасі. Від активної сталі магнітопровода ці пластини ізолюємо за допомогою смуги електротехнічного картону товщиною 23 мм. Активну сталь муздрамтеатру і ярмових балок заземлювати в одній точці за допомогою мідної лудженої стрічки. Література

1. Пронський І.М. Секрети зварювального трансформатора / / Радюаматор. – 1998 .- № 1.

2. Зизюк А.Г. Про трансформаторах / / Радюаматор .- 1998 .- № 2.

3. Іванов І.І., Равдонік BC Електротехніка – М.: Вища. шк., 1984.

4.Мезель К.Б. Трансформатори електроживлення – М.: Енергоіздат, 1982.