Аргонодуговая сварка своими руками

В этой статье речь пойдет о создании простой универсальной установки для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом из доступных материалов и комплектующих своими руками. Данная статья, возможно, будет интересна производствам или индивидуалам, имеющим в своем активе нехитрый набор оборудования для решения простейших задач по сварке.

Начнем с более сложной и специфичной установки для ручной аргонодуговой сварки алюминия и его сплавов неплавящимся электродом в среде аргона на переменном токе. Забегая вперед, отметим, что при оснащении ее выпрямителем и некоторой перекоммутации установка сможет производить сварку на постоянном токе сталей, сплавов на основе меди, никеля, титана и т. д.

Для реализации упомянутой идеи потребуется:

а)    сварочный трансформатор для ручной дуговой сварки. Подойдет любой с напряжением холостого хода 60-70В, удовлетворяющий по своим мощностным характеристикам технологическим параметрам процесса, а также напряжению питающей сети.

Желательно иметь трансформатор с увеличенным магнитным рассеянием, имеющим подвижные обмотки или магнитные шунты для обеспечения получения падающей внешней вольтампер-ной характеристики и регулировки сварочного тока за счет изменения величины потока рассеяния.

К их числу могут быть отнесены современные трансформаторы типа ТДМ, более ранних выпусков 60х-70х гг.: ТДП, ТД, ТСП и «дедушка» сварочных трансформаторов СТН - выпускался с 30х по 50е гг. прошлого века, а также трансформаторы иностранного или совместного производства, широко представленные на отечественном рынке;

б) силовой контактор типа КМ или СКМ с соответствующим току индексом для подачи сварочного напряжения на горелку;

в) осциллятор - устройство для наложения на свароч-в)    осциллятор - устройство для наложения на сварочную дугу высоковольтных (до 3 кВ) импульсов частотой до 1000 кГц для ионизации дугового промежутка при зажигании дуги и облегчения ее возбуждения при прохождении синусоиды тока через «0» в процессе сварки;

г) трансформатор вспомогательный 220/24В (или другое безопасное вторичное напряжение мощностью 40-50ВА для питания обмоток коммутирующих устройств);

д) устройство для регулирования времени обдува (УРВО) аргоном сварочной ванны после гашения дуги, включающее в себя реле РВ типа РКН с высокоомной обмоткой - 2500...3500 витков питанием 24В, конденсатора СР резисторов R и Rp, либо реле времени на 24В1 (последнее на схеме не показано);

е) электрогазовый клапан типа СКР на 24В постоянного тока или 220В переменного тока (на схеме);

ж) реле на 24В включения-отключения контактора, осциллятора;

з) горелка типа ГДС на требующийся ток с вставкой «евро»;

и) розетка «евро» под вставку горелки;

к) выпрямитель на ток 2-3А для питания постоянным током напряжением 24В коммутирующих устройств;

л) индуктивно-емкостной фильтр для защиты сварочного трансформатора от высоковольтных импульсов осциллятора. Индуктивная часть фильтра - дроссель 1_Ф, намотанный сечением сварочного провода на сердечник (Может быть применен сердечник 10ти амперного ЛАТРа либо от трансформатора на 2000ВА.), чем больше витков - тем лучше. Емкостная часть 0Ф - металлобумажный конденсатор типа МБГП емкостью 4мкФ на рабочее напряжение 600В;

м) баллон с аргоном, оснащенный редуктором, желательно с манометром — расходомером;

н) амперметр с шунтом на 75мВ необходимого номинала для измерения сварочного тока;

о) прутки вольфрамовые марок СВЛ (для переменного тока) и СВИ (для постоянного тока) диаметром, соответствующим рабочему току;

п) автомобильный аккумулятор емкостью 55-75Ah (один или более), последовательно включенный в сварочную цепь. Исправность его не обязательна, главное, чтобы он был залит.

Не удивимся, если в этом месте даже эрудированный в области сварки специалист задумается. Дело в том, что при использовании переменного тока полярность электрода и изделия меняются с частотой тока. Поэтому тепло, выделившееся на электроде и изделии, приблизительно одинаково. Электропроводность дуги в разные полупериоды полярности переменного тока различна. Она выше в те полупериоды, когда катодом является электрод (прямая полярность) и дуговой разряд в основном происходит за счет термоионной эмиссии ввиду высокой температуры плавления вольфрама при его относительно низкой теплопроводности. В периоды, когда катод находится на изделии, электропроводность дуги ниже, напряжение, требуемое для возбуждения дуги, выше, поэтому ее возбуждение происходит с некоторым опозданием.

В соответствии с различным напряжением дуги в разные полупериоды переменного тока различна величина и самого сварочного тока. То есть имеет место асимметрия сварочного тока. Таким образом, в сварочной цепи появляется постоянная составляющая тока. Это явление носит название «вентильного эффекта» дуги переменного тока.

Величина постоянной составляющей зависит от действующего значения сварочного тока, скорости сварки, теплофизических свойств электрода и изделия. Особенно сильно этот эффект проявляется при сварке алюминия и его сплавов на больших токах с высокими скоростями.

Визуальными признаками этого эффекта является снижение стойкости вольфрамового электрода и неудовлетворительное формирование сварного шва. В современных источниках для сварки алюминия на переменном токе неплавящимся электродом для подавления постоянной составляющей используют схемотехнические решения и микропроцессорные устройства.

Одним из популярных в недалеком прошлом простых способов уменьшения постоянной составляющей тока при сварке алюминия неплавящимся (вольфрамовым) электродом является последовательное включение в сварочную цепь батареи конденсаторов. Установлена эмпирическая зависимость между величиной емкости батареи и сварочным током:

Сбат = 100I„,
где Сбат - емкость батареи конденсаторов, мкФ;
1св - сварочный ток, А.

Нетрудно представить габариты батареи конденсаторов для сварки, например, током 300А, учитывая то, что конденсаторы используют металлобумажные с рабочим напряжением не ниже 500В. Вот тут-то и выручит отслуживший свой срок или рабочий автомобильный аккумулятор. Включение его в сварочную цепь заменит громоздкую батарею конденсаторов. Сам аккумулятор от этой процедуры не страдает. Единственное необходимое требование - соблюдение правил техники безопасности при эксплуатации кислотных аккумуляторов. Особенно необходимо помнить о том, что любая попавшая внутрь аккумулятора искра может вызвать взрыв последнего.

Упомянутая выше комплектация может быть отыскана частично в собственных «кандейках», приобретена в магазинах по продаже сварочного оборудования или на «блошиных» рынках.

Предлагаемая схема (Рис.1) не явлется «истиной в последней инстанции» и может быть многократно улучшена, например, введением в нее дополнительных опций, отвечающих за:

• плавное снижение сварочного тока при остановке процесса (для заварки кратера);

• работу дуги в пульсирующем режиме;

• бесконтактное возбуждение дуги при сварке на постоянном токе;

• «дежурную» дугу;

• и другими.

Работает схема следующим образом.

При включении сетевого питания на вторичной обмотке сварочного трансформатора СТ возникает напряжение холостого хода, которое «дежурит» на разомкнутом контакторе КМ. Одновременно выпрямленное вторичное напряжение вспомогательного трансформатора ТрВ находится на кнопке горелки Кнг. При нажатии на кнопку срабатывает реле Р, которое через нормально разомкнутые контакты включает осциллятор ОС, реле РВ, которое через свои нормально-разомкнутые контакты подает питание на обмотку электрогазового клапана ЭГК, последний открывается; контактор КМ, срабатывая, приводит сварочное напряжение на вольфрамовый электрод горелки Э. В результате пробоя и ионизации дугового промежутка, заполненного аргоном, высоковольтными высокочастотными импульсами осциллятора, возбуждается сварочная дуга.

Для подавления постоянной составляющей переменного тока последовательно в сварочную цепь включена АКБ. Полярность включения аккумулятора зависит от индуктивно-емкостных параметров цепи и определяется экспериментально.

При разъединении кнопки КН контактор размыкает цепь, процесс сварки прекращается, осциллятор отключается. Электрогазовый клапан вследствие разряда конденсатора СР через резисторы Rp R и обмотку вспомогательного реле РВ, некоторое время остается открытым, аргон поступает в сопло горелки, защищая тем самым расплав от негативного воздействия воздуха.

Для аргонодуговой сварки на постоянном токе необходимо в сварочную цепь ввести выпрямитель двухполу-периодного выпрямления, собранный из вентилей соответствующего токового номинала, изъять АКБ, отключить осциллятор. В этом случае индуктивно-емкостной фильтр 1_Ф - СФ будет сглаживать пульсации сварочного тока. Следует напомнить, что «минус» выпрямителя должен находиться на электроде.