Сварочный полуавтомат

Электродуговая сварка плавящимся электродом в среде углекислого газа становится сейчас всё более популярной. Углекислота защищает зону сварки от вредного воздействия атмосферного воздуха, а также активно участвует в сварочном процессе, способствуя получению сварного шва высокого качества.

Подробно об этом виде сварки изложено в [ 1, 2].

После ознакомления с промышленными образцами сварочного оборудования и изучения технической литературы оказалось возможным самостоятельно сконструировать и изготовить из доступных материалов и компонентов простой полуавтоматический аппарат, реализующий указанный вид сварки. Аппарат позволяет соединять детали из чёрной и нержавеющей стали толщиной 0,4...4 мм, а также некрупные чугунные конструкции. Плавящимся электродом служит специальная проволока св08Г2С или свГ2С2 диаметром 0,8...1,2 мм при сварочном токе до 160 А. Источником защитного газа служит сжиженная углекислота (СОг) в баллонах, которую применяют для получения газированных напитков.

Функциональная схема сварочного полуавтомата показана на рис. 1. Устройства такой структуры относят к группе шланговых толкающего типа.

Сварочную проволоку—электрод с катушки 5 подаёт в горелку 1 толкающий механизм 3 через рабочий рукав 2. По этому же рукаву в зону сварки поступает защитный газ из баллона 10 через газовый редуктор 9, шланг 8 и электроклапан 4. Источник сварочного тока 7, совмещённый с блоком управления, соединён со свариваемой конструкцией и с толкающим механизмом сварочными кабелями 6.

Редуктор поддерживает заданное давление газа в магистрали.

Электроклапан дозирует подачу газа в процессе сварки. В отсутствие дуги в горелке клапан закрыт. Источник сварочного тока создаёт требуемый сварочный ток и управляет работой электроклапана и механизма подачи проволоки в зону сварки.

Принципиальная схема электронно-механического узла сварочного полуавтомата изображена на рис. 2. При включении аппарата в сеть и замыкании контактов выключателя SA1 начинает работать электродвигатель М2 вентилятора, принудительно охлаждающего обмотки сварочного трансформатора Т2 и дросселя L1, а также теплоотвод мощного транзистора VT2. Включается и индикаторная лампа HL1, подтверждающая готовность узла к работе.

Узел питания блока управления содержит сетевой трансформатор Т1, к вторичным обмоткам 3—4 и 5—6 которого подключены мостовые диодные выпрямители VD1—VD4 и VD5—VD8, соединённые согласно-последовательно, и сглаживающие конденсаторы С1. С2.

Первый из выпрямителей питает электронный регулятор напряжения, собранный на транзисторах VT1, VT2. Нагрузкой его служит электродвигатель М1 механизма подачи сварочной проволоки. 

Переменным резистором  R3 можно изменять выходное напряжение регулятора, а значит, ускорять и замедлять подачу сварочной проволоки в зону дуги.

Второй выпрямитель, работая в паре с первым, формирует напряжение питания двух реле постоянного тока — К2 и КЗ. Оба они срабатывают при нажатии на кнопку SB1, смонтированную в ручке горелки. Нажатием на эту кнопку начинают процесс сварки и заканчивают её отпусканием.

В момент нажатия на SB1 срабатывают реле К2, КЗ и заряжается конденсатор С4. Через замкнувшиеся контакты КЗ. 1 реле КЗ напряжение поступает на двигатель Ml и начинается подача сварочной проволоки в горелку. Через замкнувшиеся контакты К2.1 реле К2 поступает напряжение сети 220 В на обмотку электромагнитного клапана YA1 с последовательно включённым резистором R5 и обмотку электромагнитного пускателя К1.

Открывшийся клапан пропускает в горелку защитный газ, а сработавший пускатель подаёт сетевое напряжение на первичную обмотку сварочного трансформатора Т2, входящего в состав формирователя сварочного тока (при любом из положений 1—5 переключателя SA2).

Вторичная обмотка этого трансформатора вместе с двухполупериодным выпрямителем на мощных диодах VD11, VD12, сглаживающими конденсаторами С5, С6 и дросселем LI служат формирователем сварочного тока. Плюсовой провод выпрямителя соединен с корпусом аппарата с целью упрощения конструкции.

В противном случае пришлось бы изолировать от корпуса сварочную проволоку, механизм ее подачи и сварочный кабель к горелке.

Недостаток такого решения лишь в том, что оно обязывает исключить контакт корпуса аппарата со свариваемыми деталями. В любых условиях при выполнении сварки аппарат должен быть установлен на лист изоляционного

Схемы источники питания

Сварочный полуавтомат

материала, сухой фанеры или на щит, сбитый из сухих досок. При всех манипуляциях с аппаратом сварщик должен быть в сухих рукавицах и стоять на резиновом коврике.

С момента отпускания кнопки SB1 полуавтомат начинает возвращаться в режим ожидания. Сначала выключается реле КЗ. Контакты К3.1 отключают напряжение питания двигателя М1 и замыкают его выводы, что обеспечивает быструю остановку ротора. Однако вследствие инерции механизма подачи сварочной проволоки происходит её выбег, и этот излишек необходимо "дожечь".

Эта функция возложена на узел, собранный на элементах К2, С4. R6. Цепь C4R6 на некоторое время задерживает отпускание якоря реле К2, продлевая режим сварки до разрядки конденсатора С4 через резистор R6 и обмотку реле К2. После разрядки конденсатора С4 реле К2 выключится, и его разомкнувшиеся контакты К2.1 обесточат обмотку К1 магнитного пускателя, а значит, и сварочный трансформатор Т2, и обмотку электромагнитного клапана YA1. прекращая подачу в горелку защитного газа. Диод VD9 отключает узел K2R6C4 от реле КЗ на время разрядки конденсатора С4. Диод VD10 гасит всплески напряжения самоиндукции на обмотке реле КЗ. Этим завершается цикл сварки. Манипулируя кнопкой SB1, можно изменять режим сварки от точечного до непрерывного.

Кнопка размещена на ручке горелки в месте, удобном для работы.

Переключатель SA2. переменный резистор R3 и тумблер SA3 служат для установления оптимального режима сварки в зависимости от конкретных материалов и размеров соединяемых деталей. Переключателем SA2 выбирают значение сварочного тока, а резистором и тумблером — скорость подачи сварочной проволоки.

Электромагнитный клапан YA1 — из комплекта сатуратора для приготовления газированных напитков. Подойдёт и любой другой (в том числе и жидкостный) с обмоткой на номинальное значение переменного напряжения 220 В, тогда отпадёт надобность в резисторе R5. Можно также использовать клапан на другое напряжение, но в этом случае придётся предусмотреть для него подходящий источник питания и подобрать резистор R5 соответствующего номинала.

Вентилятор я применил от старой ЭВМ болгарского производства. Годится также бытовой ВН-2. Можно использовать вентилятор от персонального компьютера — таких в продаже весьма широкий выбор, но здесь также необходимо будет решить проблему питания

Электродвигатель М2 — от стеклоочистителя автомобилей "Волга" ГАЗ-24 или "Москвич". Весь этот узел надо разобрать, потребуются только электродвигатель с тремя выводами  голубым чёрным и жёлтым и редуктор. Электродвигатель — двухскоростной, его подключают согласно разметке (см. схему на рис. 2); он обеспечивает широкие пределы выбора оптимальной подачи сварочной проволоки в зону дуги.

Можно воспользоваться стеклоочистителем от других автомобилей, но необходимо, чтобы диаметр выходного вала редуктора не был менее 8 мм. К сожалению, не у всех автомобилей стеклоочиститель имеет два значения частоты вращения вала электродвигателя, поэтому придётся пользоваться только одним диапазоном подачи проволоки.

Сварочный трансформатор Т2 собран на О-образном магнитопроводе. набранном из прямоугольных пластин трансформаторной стали. Размеры пластин — 210x60 и 105x60 мм. Толщина набора магнитопровода — 53 мм (сечение 60x53 мм). Магнитопровод собирают "вперекрышку", без зазоров. Каркасы двух катушек изготовлены из ДВП (оргалит) толщиной 4 мм по известной методике. Обе обмотки обеих катушек наматывают в одну сторону и соединяют полуобмотки согласно-последовательно,  конец одной к концу другой.

Первой на каждом каркасе укладывают половину сетевой обмотки. Её выполняют проводом ПЭВ-2 2,11. Каждая полуобмотка содержит 135+9+11+19+25 витков, намотанных виток к витку. Прокладки между слоями — из лакоткани или кабельной бумаги. Последний слой покрывают пятью слоями лакоткани Вторичную обмотку наматывают виток к витку медным (лучше) или алюминиевым проводом прямоугольного сечения 5x3 мм в бумажной изоляции, пропитанной лаком. Каждая полуобмотка содержит 38 витков Выводы вторичной обмотки формуют в виде петель и соединяют в соответствии со схемой винтами М6 с гайками (лучше медными или латунными) При сборке трансформатора Т2 катушки располагают на магнитопроводе одну напротив другой, началами обмоток в одну сторону.

Функциональная схема сварочного полуавтомата рис. 1. 
Рис. 2 схема сварочного полуавтомата 
Рис. 3 сварочного полуавтомата

Дроссель L1 наматывают на стержневом (незамкнутом) магнитопроводе из прямоугольных пластин трансформаторной стали размерами 150x26 мм, толщина набора — 40 мм. Пластины стянуты винтовыми хомутами. Магнитопровод изолирован от корпуса полуавтомата. Катушка дросселя — бескаркасная, намотана медным проводом прямоугольного сечения 8,5x1,5 мм в хлопчатобумажной изоляции. Обмотка содержит 50 витков, уложенных слоями, виток к витку, по всей длине магнитопровода. Снаружи катушка обёрнута несколькими слоями лакоткани. Выводы обмотки также формуют в виде петель под крепление по месту.

Сетевой трансформатор Т1 блока управления выполнен на магнитопроводе ШЛ24х25. Обмотка 1—2 содержит 1466 витков провода ПЭВ-1 0,39, обмотка 3—4 — 146 витков провода ПЭВ-1 1,33. обмотка 5—6— 15 витков провода ПЭВ-1 0,39 Провод всех обмоток укладывают виток к витку. Если суммарную ёмкость батареи конденсаторов С5, С6 увеличить до 50000 мкФ,  это несколько  облегчит  сварку  и  улучшит качество   шва.    Надежность   работы аппарата будет выше, если конденсаторы батареи выбрать на номинальное напряжение 160 В или более.

Диоды VD11, VD12 — В200 на напряжение не ниже класса 2. Их монтируют на самодельном теплоотводе угловой формы из листового алюминиевого сплава толщиной 2...3 мм. Длина теплоотвода — 80 мм. ширина горизонтальной полки — 50. а вертикальной — 70 мм. Он же служит плюсовым выводом формирователя сварочного тока.

Электромагнитный пускатель К1 — ПМЕ или другой на ток коммутации не менее 20 А. Следует обратить внимание на надежность его срабатывания и отпускания — иногда приходилось пробовать устанавливать основанием вверх и подбирать более слабые возвратные пружины. Если пускатель имеет несколько групп основных коммутирующих контактов на замыкание, их следует включить параллельно. Попытки применения тиристорного коммутатора себя не оправдали — случались отказы в самые неподходящие моменты.

Реле К2 и КЗ — РЭС9, исполнение РС4.529.029-00 либо РС4.529.029-07, РС4.529.029-09. Контактные группы также следует запараллелить.

Транзистор КТ815Б можно заменить на КТ815В, КТ815Г, а КТ819ГМ — на КТ819БМ, КТ819ВМ, КТ803А. КТ808А, КТ908А. Транзистор КТ819ГМ установлен на теплоотеоде расчётной мощности не менее 25 Вт. Диоды В200 заменимы другими выпрямительными на прямой ток не менее 200 А и обратное напряжение более 200 В.

Резистор R5 — любой проволочный мощностью 5 или 7,5 Вт; переменный R3 — СПЗ-9а или СП4-1а, ППЗ-40; подстроенный R4 — СПЗ-6а, остальные — МЛТ. Тумблеры SA1  и SA3 — любые.

Переключатель SA2 — любой щёточного типа, двухплатный на шесть положений на ток коммутации не менее 20 А. Можно использовать подходящий на пять положений (без свободного нулевого).

Большинство деталей блока управления смонтированы на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 2 мм. Чертёж платы показан на рис. 3. Печатные проводники облужены с избытком припоя. Все отверстия под выводы деталей снабжены пистонами соответствующего диаметра и облужены. Реле на плате удерживаются на выводах; крепёжные винты укорочены до минимума. Теплоотвод с мощным транзистором VT2 прикреплён к плате; тумблеры SA1, SA3, переключатель SA2, переменный резистор R3, держатель плавкой вставки FU1 и индикаторная лампа HL1 установлены на внутренней стороне лицевой панели корпуса аппарата.

Внешний вид сварочного полуавтомата представлен на фото рис. 4. Сверху на кожухе лежит горелка, справа находится рабочий рукав. Корпус аппарата разделён перегородкой на два этажа. На верхнем, как показано на фото рис. 5, размещены катушка 3 со сварочной проволокой, толкающий механизм 5 с электродвигателем 1, газовый электроклапан 4 и трансформатор 2 блока управления.

Снизу укреплены (см. фото на рис. 6) печатная плата 2, переключатель 3 сварочного тока (SA2), электромагнитный пускатель 4, оксидные конденсаторы 5 формирователя сварочного тока, сварочный трансформатор 6 (Т2), тепло-отвод 7 с мощными диодами (VD11, VD12) и дроссель 8. Вентилятор 1 — вытяжной, установлен на лицевой панели корпуса аппарата.

Перед тем, как включить изготовленный полуавтомат в сеть, необходимо

тщательно проверить правильность монтажа и надёжность всех соединений. На начальном этапе налаживания сварочную проволоку не устанавливают и газовую магистраль не присоединяют. Включают полуавтомат тумблером SA1 и, нажимая на кнопку SB1, убеждаются в чётком срабатывании электромагнитного пускателя К1. Затем при нажатой кнопке SB1 вращают ручку переменного резистора R3 и наблюдают, как изменяется частота вращения ведущего ролика толкателя проволоки. Ролик должен вращаться по часовой стрелке.

Движок резистора R3 переводят в нижнее по схеме положение, a R4 — в верхнее. Ведущий ролик при этом медленно вращается. Осторожно перемещая движок подстроечного резистора R4, добиваются остановки ролика.

К выходу аппарата подключают в качестве временной нагрузки несколько ламп накаливания на напряжение 220 В общей мощностью около 500 Вт, соединённых параллельно и вольтметром постоянного тока проверяют наличие напряжения между минусовым выводом сварочной цепи и наконечником горелки, нажимая на SB1 при каждом положении переключателя SA2. Ни в коем случае не следует пользоваться переключателем SA2 при нажатой кнопке SB1, так как при этом велика опасность вывода из строя сварочного трансформатора Т2.

Далее подключают магистраль подачи углекислого газа, устанавливают на выходе давление 120...150кПа (1,2...1,5атм) и проверяют электромагнитный клапан на предмет утечки газа. Баллон с газом должен стоять вертикально и быть надёжно защищен от падения. Нажимают на кнопку управления и убеждаются по характерному шипению, что газ поступает в сопло горелки.

При перекрытом газе заправляют сварочную   проволоку.   После   этого включают аппарат, открывают подачу газа, нажимают на кнопку горелки и пробуют наложить сварочный шов на обрезок стального листа.

Как и в любом деле, здесь необходим определённый навык в работе с этой разновидностью сварки. Имея такой навык, удаётся легко сваривать даже тонколистовые металлические детали с минимальными поводками (деформацией). Необходимый сварочный ток подбирают по стабильности сварочной дуги переключателем SA2, а скорость подачи проволоки — переменным резистором R3 для каждого её диаметра и значения сварочного тока.

При дальнейшей эксплуатации аппарата для облегчения этой задачи целесообразно вокруг ручек управления нанести соответствующую градуировку. Сварочный ток достигает максимального значения 160 А при минимальном числе включённых витков сетевой обмотки (положение 5 переключателя SA2) и использовании сварочной проволоки диаметром 1,2 мм.

Для сваривания деталей из тонкого металла используют сварочную проволоку диаметром 0,8 мм, для более толстого — до 4 мм — диаметром 1,2 мм.

Описанный полуавтомат эксплуатируется более десяти лет и отказов в его работе за это время не было.

Рис. 4сварочного полуавтомата 
Рис. 5 сварочного полуавтомата 
Рис. 6 сварочного полуавтомата

Функциональная схема сварочного полуавтомата рис. 1.

Рис. 4.5.6 сварочного полуавтомата

Рис. 2 схема сварочного полуавтомата

Рейтинг@Mail.ru
Яндекс.Метрика

Источник: Журнал Радио 2012 №6

Сварочный полуавтомат

Массовый ежемесячный научно-технический журнал

Издаётся с 1924 года

Источник: Журнал Радио 2012 №6
сварочного полуавтомата