Контактная сварка – как самому изготовить оборудование и клещи?

1 Принципы конструирования и сборки контактной сварки

Контактная сварка, своими руками собранная, может быть использована для решения довольно широкого спектра задач несерийного и непромышленного характера по ремонту и изготовлению изделий, механизмов, оборудования из различных металлов как в домашних условиях, так и в небольших мастерских.

Контактная сварка обеспечивает создание сварного соединения деталей за счет нагрева области их соприкосновения проходящим через них электрическим током при одновременном приложении сжимающего усилия к зоне соединения. В зависимости от материала (его теплопроводности) и геометрических размеров деталей, а также мощности используемого для их сваривания оборудования процесс контактной сварки должен протекать при следующих параметрах:

• низкое напряжение в силовой сварочной цепи – 1–10 В;
• за малое время – от 0,01 секунды до нескольких;
• большой ток сварочного импульса – чаще всего от 1000 А либо выше;
• маленькая зона расплавления;
• сжимающее усилие, прилагаемое к месту сварки, должно быть значительным – десятки–сотни килограмм.

Соблюдение всех этих характеристик напрямую влияет на качество получаемого сварного соединения. Самостоятельно можно изготовить только устройства для точечной сварки, как на видео. Проще всего собрать аппарат переменного сварочного тока с нерегулируемой силой. В нем управление процессом соединения деталей осуществляется за счет изменения продолжительности подаваемого электрического импульса. Для этого используют реле времени либо справляются с этой задачей вручную "на глазок" с помощью выключателя.

Самодельная точечная контактная сварка не очень сложна в изготовлении, а для выполнения ее основного узла – сварочного трансформатора – можно подобрать трансформаторы от старых микроволновок, телевизоров, ЛАТРов, инверторов и тому подобного. Обмотки подходящего трансформатора надо будет перемотать в соответствии с необходимым напряжением и сварочным током на его выходе.

Схему управления подбирают готовую или разрабатывают, а все остальные комплектующие и, в частности, для контактно-сварочного механизма берут, исходя из мощности и параметров сварочного трансформатора. Контактно-сварочный механизм изготавливают в соответствии с характером предстоящих сварочных работ по какой-либо из известных схем. Обычно делают сварочные клещи.

Все электрические соединения должны быть выполнены качественно и иметь хороший контакт. А соединения с использованием проводов – из проводников с сечением, соответствующим протекающему по ним току (как показано на видео). Особенно это касается силовой части – между трансформатором и электродами клещей. При плохих контактах цепи последних в местах соединений будут большие потери энергии, возможно возникновение искрения, а сваривание может стать невозможным.

2 Схема устройства для сварки металла толщиной до 1 мм

Устройство точечной сварки для соединения деталей контактным способом можно собрать по ниже приведенным схемам. Предлагаемый аппарат рассчитан на сварку металлов:

• листовых, толщина которых до 1 мм;
• проволоки и прутков, диаметр которых до 4 мм.

Основные технические характеристики устройства:

• напряжение питающей сети – переменное 50 Гц, 220 В;
• выходное напряжение (на электродах контактно-сварочного механизма – на клещах) – переменное 4–7 В (холостого хода);
• сварочный ток (максимальный импульсный) – до 1500 А.

На Рис.1 приведена принципиальная электрическая схема всего устройства. Предлагаемая контактная сварка состоит из силовой части, цепи управления и автоматического выключателя АВ1, который служит для включения питания устройства и защиты в случае возникновения аварийных ситуаций. Первый узел включает сварочный трансформатор Т2 и бесконтактный тиристорный однофазный пускатель типа МТТ4К, который осуществляет подключение первичной обмотки Т2 к питающей сети.

На Рис.2 представлена схема обмоток сварочного трансформатора с указанием количества витков. Первичная обмотка имеет 6 выводов, переключением которых можно осуществлять ступенчатую грубую регулировку выходного сварочного тока вторичной обмотки. При этом постоянно подсоединенным к сетевой цепи остается вывод №1, а остальные 5 служат для регулировки, и для работы подключают к питанию только один из них.

Схема пускателя МТТ4К, выпускаемого серийно, на Рис.3. Этот модуль представляет собой тиристорный ключ, который при замыкании его контактов 5 и 4 коммутирует нагрузку через контакты 1 и 3, подключенные в разрыв цепи первичной обмотки Тр2. МТТ4К рассчитан на нагрузку с максимальными напряжением до 800 В и током до 80 А. Производят такие модули в г. Запорожье на ООО "Элемент-Преобразователь".

Схема управления состоит из:

• блока питания;
• непосредственно цепи управления;
• реле K1.

В блоке питания может быть использован любой трансформатор мощностью не более 20 Вт, предназначенный для работы от сети 220 В и выдающий на вторичной обмотке напряжение 20–25 В. В качестве выпрямителя предлагается установить диодный мост типа КЦ402, но может быть применен любой другой с аналогичными параметрами либо собран из отдельных диодов.

Реле K1 служит для замыкания контактов 4 и 5 ключа МТТ4К. Это происходит при подаче напряжения от цепи управления на обмотку его катушки. Так как коммутируемый ток, протекающий через замкнутые контакты 4 и 5 тиристорного ключа, не превышает 100 мА, то в качестве K1 подойдет практически любое слаботочное электромагнитное реле с напряжением срабатывания в пределах 15–20 В, например, РЭС55, РЭС43, РЭС32 и подобные.

3 Цепь управления – из чего состоит и как работает?

Цепь управления выполняет функции реле времени. Включая K1 на заданный промежуток времени, она задает продолжительность воздействия электрического импульса на свариваемые детали. Состоит цепь управления из конденсаторов С1–С6, которые должны быть электролитическими с напряжением зарядки 50 В или выше, переключателей типа П2К, имеющих независимую фиксацию, кнопки КН1 и двух резисторов – R1 и R2.

Емкость конденсаторов может быть: 47 мкФ для C1 и C2, 100 мкФ – C3 и C4, 470 мкФ – C5 и C6. КН1 должна быть с одним нормально-замкнутым, а другим нормально-разомкнутым контактами. При включении АВ1 начинают заряжаться конденсаторы, подключенные с помощью П2К к цепи управления и блоку питания (на Рис.1 – это только C1), R1 ограничивает начальный зарядный ток, что позволяет значительно увеличить срок эксплуатации емкостей. Зарядка происходит через скоммутированную на тот момент нормально-замкнутую контактную группу кнопки КН1.

При нажатии на КН1 нормально-замкнутая контактная группа размыкается, отключая цепь управления от блока питания, а нормально-разомкнутая – замыкается, подсоединяя заряженные емкости к реле K1. Конденсаторы при этом разряжаются, и ток разрядки приводит к срабатыванию K1.

Разомкнутая нормально-замкнутая контактная группа КН1 препятствует запитыванию реле непосредственно от блока питания. Чем больше суммарная емкость разряжающихся конденсаторов, тем дольше они разряжаются, и, соответственно, K1 дольше замыкает контакты 4 и 5 ключа МТТ4К, и продолжительнее сварочный импульс. Когда конденсаторы полностью разрядятся, K1 отключится, и контактная сварка прекратит свою работу. Чтобы ее подготовить к следующему импульсу, КН1 надо отпустить. Разрядка конденсаторов происходит через резистор R2, который должен быть переменным и служит для более точного регулирования продолжительности сварочного импульса.

4 Силовая часть – трансформатор

Предлагаемая контактная сварка может быть собрана, как показано по видео, на основе сварочного трансформатора, изготовленного с использованием магнитопровода от трансформатора на 2,5 А. Такие встречаются в ЛАТРах, лабораторных приборах и ряде других устройств. Старую обмотку необходимо удалить. На торцах магнитопровода надо установить кольца, изготовленные из тонкого электрокартона.

Их подгибают по внутренней и внешней кромке. Затем магнитопровод надо обмотать поверх колец 3-мя или большим количеством слоев лакоткани. Для выполнения обмоток используют провода:

• Для первичной 1,5 мм в диаметре, лучше в тканевой изоляции – это будет способствовать хорошему пропитыванию обмотки лаком;
• Для вторичной диаметром 20 мм многожильный в кремнийорганической изоляции с площадью сечения не меньше 300 мм².

Количество витков указано на Рис.2. От первичной обмотки делаются промежуточные выводы. После намотки ее пропитывают лаком ЭП370, КС521 либо подобным. Поверх первичной катушки наматывают хлопчатобумажную ленту (1 слой), которую тоже пропитывают лаком. Затем укладывают вторичную обмотку и снова делают пропитку лаком.

5 Как сделать клещи?

Контактная сварка может быть оснащена клещами, которые монтируют непосредственно в сам корпус устройства, как на видео, либо выносными в виде ножниц. Первые, с точки зрения выполнения качественной, надежной изоляции между их узлами и обеспечения хорошего контакта в цепи от трансформатора до электродов, изготовить и подсоединить гораздо проще, чем выносные.

Однако прижимное усилие, развиваемое такой конструкцией, если не нарастить длину подвижного рычага клещей после электрода, будет равно усилию, создаваемому непосредственно сварщиком. Выносными клещами удобнее пользоваться – можно работать на некотором удалении от аппарата. А усилие, развиваемое ими, будет зависеть от длины ручек. Однако надо будет в месте их подвижного болтового соединения сделать достаточно хорошую изоляцию из текстолитовых втулок и шайб.

Изготавливая клещи, нужно заранее предусмотреть необходимый вылет их электродов – расстояние от корпуса аппарата или места подвижного соединения ручек до электродов. От этого параметра будет зависеть максимально возможное расстояние от кромки листовой детали до места, где выполняется сварка.

Электроды клещей делают из прутков меди либо бериллиевой бронзы. Можно использовать жала мощных паяльников. В любом случае диаметр электродов должен быть не меньше, чем у подводящих к ним ток проводов. Чтобы получать сварочные ядра нужного качества, у контактных площадок (кончиков электродов) размер должен быть как можно меньше.