Импульсная сварка — что это такое? По сути своей, это обычная электродуговая сварка, в процессе которой подаются дополнительные кратковременные импульсы. Просим не путать данный тип сварки с точечным. Импульсная точечная сварка и импульсно-дуговая сварка — два кардинально разных метода соединения металлов.
Но что, если вы хотите испробовать в своей практике данный метод соединения металлов, но не хотите тратить много денег на покупку качественного сварочного аппарата? Решение есть! Можно сделать самодельную импульсную сварку. Импульсная сварка своими силами собирается за полтора-два часа, а все комплектующие стоят недорого. В этой статье мы подробно расскажем, как своими руками сделать импульсную сварку и каков наш опыт использования самодельного сварочного аппарата.
Особенности импульсной сварки
Этому виду сварки под силу соединение таких капризных металлов как сплавы меди, сталь и многие другие цветные сплавы, в том числе алюминиевые. Импульсная сварка отлично справляется со сложными стыковыми швами при соединении металлических заготовок с толстыми краями.
Исторически импульсная сварка была изобретена и разработана в качестве конкурентного метода электродуговой технологии, у которой имеются определенные недостатки с точки зрения производительности и качества сварочного шва.
Общая информация
Начнем с терминов, потому что с ними зачастую возникают трудности. Часто при прочтении статей на данную тему или при общении с другими людьми мы слышим слово «инвектор», но это ошибка в слове. Правильно говорить «инвертор».
Говоря об этом оборудование некоторые считают, что «импульсный инверторный аппарат» и «импульсный сварочный аппарат» это синонимы. Это утверждение ложное, т.к. импульсная сварка применяется в другом виде сварки.
Теперь разберемся с понятием. Сварочный инверторный аппарат один из видов оборудования для сварки. В нем, за счет инвертора, обеспечивается питание дуги.
Инверторные аппараты распространены и имеют спрос на рынке. Первый прототип инверторного аппарата появился в конце XX века. Вскоре инженеры существенно улучшили его устройство, он стал удобен для всех.
Суть процесса
Принцип импульсной сварки.
Если коротко, то это процесс последовательного расплавления металла заготовки в определенных точках со следующим этапом в виде покрытия.
Главный элемент данного процесса — так называемая дежурная дуга невысокой мощности, которая продолжает работать в остановках между повторяющимися импульсами и передает импульсный ток лишь частично.
Эта дуга практически не влияет на металл между импульсами, она отлично и устойчиво горит в пространстве. Второе состояние этой же дуги – импульсное, которое плавит металл в точках приложения.
Соотношение токов от дуги в разном состоянии – импульсном и дежурном должно быть правильным, что может ускорить сварку и повысить качество шва.
Возможности классической дуговой сварки в среде защитных газов сильно расширяются, если металл плавится под воздействием импульсной дуги.
Главная ее особенность – специальный режим включения и выключения дуги, которая обусловлена программой в зависимости от природы металлов соединяемых заготовок, толщины их кромок и положения швов в пространстве.
Короткие импульсы производятся за счет энергии специального аккумулятора, который предварительно заряжается от электрической цепи. Главная технологическая особенность и преимущество метода – способность импульсной сварки формировать неразъемные соединения металлов с абсолютно разным составом.
Оборудование для импульсной сварки требуется особое – это особый специализированный — импульсный сварочный аппарат с определенными расходными материалами. Импульсный аппарат генерирует дозированные сварочные импульсы.
Расходными материалами являются разного рода электроды – плавящиеся и неплавящиеся.
В состав импульсного сварочника входят следующие элементы:
- выпрямитель низкочастотного характера;
- еще один выпрямитель высокочастотного характера;
- устройство сварочного инвертора;
- трансформатор;
- электронный блок управления – плато;
- рабочие шунты.
Электрическая схема устройства импульсной сварки.
Два способа импульсной сварки определяются выбором и использованием электродов:
- с применением электродов неплавящегося вида;
- с применением плавящихся электродов с устранением недостатка процесса в виде разбрызгивания капель расплавленного металла.
Так или иначе это контролируемый повторяющийся процесс переноса расплавленного металла расходника в защитной среде газа.
Вот как это происходит:
- Капля расплавленного металла проволоки расходника отделяется и перемещается на заготовку под воздействием мощного импульса.
- Сразу же после этого сила сварочного тока падает до уровня, который может лишь поддерживать дугу – дуга становится «дежурной», малой мощности.
- Мгновенно начинается процесс остывания металла в сварочной ванне.
- Начинается точное повторение такого же цикла переноса капли под импульсом, с падением тока, остываем и т.д.
С точки зрения электрической составляющей процесса импульсной сварки в аппарате применяется трансформация сетевого напряжения в выпрямленное постоянное, после чего оно превращается в напряжение с высокой частотой.
Для чего нужен контроллер заряда аккумулятора
Основная функция зарядного контроллера для аккумулятора – регулировка восстановления энергетических потерь. Вначале отслеживается превращение электрической энергии в химическую, а затем она аккумулируется, чтобы использоваться в случае необходимости для определенных приборов и механизмов.
Сделать такой приборчик можно и своими руками, что с успехом делают домашние умельцы, подбирая границы в аппаратах до 15 Вольт.
Существуют такие виды зарядных контроллеров в зависимости от их применения:
- Для техники, применяемой в быту;
- Для мобильных устройств и гаджетов;
- Для восстанавливаемых энергетических источников.
Кроме этого, контроллеры могут применяться для различных солнечных батарей и ветродуев. Верхняя граница напряжения в таких устройствах обычно – 15 В, а нижняя – 12 В.
Применение контроллера заряда АКБ подойдет и для мобильных устройств. Разницы между прибором для смартфона, кнопочного телефона или планшета особо нет никакой.
Технические нюансы
До начала работы приёмник энергии нужно подключить к сети электропитания, чтобы зарядить его до нужного уровня. Сама импульсная сварка занимает совсем немного времени, так как используется энергия, имеющаяся в запасе в приемнике. Такую сварку вполне можно выполнить своими руками, она совсем не сверхсложная.
При этом способе отлично контролируется и минимизируется малоприятное явление в виде разбрызгивания капель расплавленного металла. Имеется прекрасная возможность производить сварочные швы высокого качества практически в домашних условиях.
Швы формируются вследствие расплавления отдельных порций металла с последующим покрытием.
Важнейший момент – правильное выставление режима импульсной и дежурной дуги. Если режим верный, процесс пройдет быстро, правильно и, самое главное, безопасно, без всяких кратеров в ответственных стыковых участках.
Импульсная сварка на постоянном токе
Жесткость режима является технологической особенностью данного метода. Все дело в длительности импульса. Если его поменять, изменятся все параметры сварки.
Одно из важных преимуществ – возможность контролировать и минимизировать кристаллизацию металла. Можно изменять форму сварочной ванны. Дополнительно можно контролировать и снижать риск деформации сварочного шва.
Данный метод часто применяется для соединения металла с толщиной краев свыше 3-х мм.
Преимущества самодельного аппарата
Помимо цены у самодельного аппарата для импульсной сварки есть множество других преимуществ перед моделями, продающимися в магазине. Первое преимущество — малое потребление тока. Если вы включите обычный аппарат из магазина в бытовую розетку у себя на даче и сварите калитку, например, то вскоре получите счета за электроэнергию и неприятно удивитесь. К тому же, подключать такой аппарат к бытовой розетке просто опасно, автоматы могут не выдержать такой мощности.
Не забывайте и о габаритах покупных аппаратов. Их просто невозможно спокойно перенести в руках с места на место. На заводах сварщики просто используют очень длинные провода, чтобы не перемещать такой аппарат по цеху. При этом цена на такие провода очень высока, и мы не думаем, что вы захотите тратить лишние 100$ на кабели. А вот самодельный аппарат весит немного и его можно легко перемещать.
Также у покупных аппаратов есть свои производственные возможности, и они редко превышают 80%. А зачастую находятся на отметке в 50%. Это значит, что такой аппарат просто не может раскрыть весь свой потенциал. Происходит это из-за того, что большой и технически сложный сварочник сильно нагревается и ему требуется много времени на остывание. По этой причине вы также не сможете варить дольше 2-3 минут подряд.
У самодельного сварочника, собранного по нашим схемам, нет таких недостатков. В нем нет реактивных токов, так что практически вся электроэнергия используется. Вы без проблем можете подключить такой сварочник к домашней розетке и не беспокоиться о счетах за электричество и возможном времени работы. Ведь мощность нашего самодельного прибора лишь немного больше, чем мощность обычного утюга.
С помощью самодельного аппарат для импульсной сварки можно варить более 20 минут, что точно больше, чем положенные 2-3 минуты у аппарата их магазина. А вес такого самодельного прибора не превышает 10 килограмм. Это то, что нужно для домашнего мастера.
Какие еще есть достоинства? Ну вы можете на этапе сборки еще больше удешевить конструкцию. Например, в качестве сварочных кабелей использовать провода с меньшим сечением, достаточно 12 квадратных миллиметров. А для питания аппарата можно использовать провода от бытовых удлинителей.
Классификация видов
Импульсная сварка подразделяется на четыре вида:
- конденсаторная с применением аппаратов с огромным диапазоном силы тока. Отлично подходит для сварки алюминиевых деталей;
- аккумуляторная в которой используются устройства с щелочными аккумуляторами, отлично справляются с замыканиями в сети;
- инерционная с использованием кинетической энергии мощного маховика;
- электромагнитная с получением механической энергии с помощью магнитного поля. Элементы крепятся магнитными силами в сочетании с высоким давлением.
Алгоритм действий
Это один из самых лучших видов сварки в целом. Нет никакого разбрызгивания, не формируются несплавления, варить можно в любом положении, очень экономно расходуются электроды. Швы формируются исключительно качественными без каких-либо прожогов.
Схема конденсаторной сварки.
Принцип действия сварочного инвертора в сочетании с импульсной технологией следующий: перенос металла электрода в сварочную ванну с одновременным регулированием тока.
Все начинается с формирования капли металла на конце электрода, которая при повышении тока попадает в сварочную ванну. Теперь этот горячий момент должен смениться холодным этапом с остыванием металла. Так может происходить много раз.
Проволока электрода должна быть хорошо разогрета. Это особенно важно при низких значениях тока.
Импульсный сварочный аппарат является чрезвычайно универсальным устройством: его можно применять в том числе и в газовой среде, для соединения металлических деталей самой разной толщины и конфигурации.
Эти аппараты очень удобны в работе с понятными регулировками для грамотной и тонкой настройки. Обычно они снабжены неплохим программным сопровождением, что делает их еще более эффективными по всем критериям.
Элементы электрической схемы инверторных устройств
Устройство сварочного инвертора составляют следующие базовые элементы:
- выпрямитель переменного тока, поступающего из обычной электрической сети;
- инверторный блок, собранный на основе высокочастотных транзисторов (такой блок и является генератором высокочастотных импульсов);
- трансформатор, который понижает высокочастотное напряжение и увеличивает высокочастотный ток;
- выпрямитель переменного высокочастотного тока;
- рабочий шунт;
- электронный блок, отвечающий за управление инвертором.
Пример принципиальной схемы инвертора (нажмите для увеличения)
Выпрямительный и инверторный блоки оборудования в процессе своей работы сильно нагреваются, поэтому их устанавливают на радиаторы, активно отводящие тепло. Кроме того, для защиты выпрямительного блока от перегрева используется специальный термодатчик, отключающий его электропитание при достижении им температуры 90 градусов.
Инверторный блок, являющийся, по сути, генератором высокочастотных импульсов большой мощности, собирается на основе транзисторов, соединяемых по типу «косого моста». Высокочастотные электрические импульсы, формирующиеся в таком генераторе, поступают на трансформатор, необходимый для того, чтобы понизить значение их напряжения.
Наиболее распространенными трансформаторами, используемыми для оснащения сварочных инверторов, являются устройства со следующими характеристиками: первичная обмотка – 100 витков провода марки ПЭВ (толщина 0,3 мм); 1-я вторичная обмотка – 15 витков из медной проволоки диаметром 1 мм; 2-я и 3-я вторичные обмотки – 20 витков медного провода диаметром 0,35 мм. Все обмотки тщательно изолируются друг от друга, а места их выхода защищаются и запаиваются.
Внутреннее устройство сварочного инвертора
На выходной выпрямитель сварочного инвертора поступает ток, обладающий высокой частотой. С преобразованием такого тока в постоянный простые диоды не справятся. Именно поэтому основу выпрямителя составляют мощные диоды, обладающие большой скоростью открывания и закрывания. Чтобы предотвратить перегревание диодного блока, его размещают на специальном радиаторе.
Обязательным элементом любого сварочного инвертора является резистор высокой мощности, обеспечивающий устройству мягкий пуск. Необходимость использования такого резистора объясняется тем, что при включении питания на оборудование подается мощный электрический импульс, который может стать причиной выхода из строя диодов выпрямительного блока. Чтобы этого не произошло, ток подается через резистор на электролитические конденсаторы, которые начинают заряжаться. При достижении конденсаторами полного заряда и перехода устройства в штатный режим работы замыкаются контакты электромагнитного реле и ток начинает поступать на диоды выпрямителя, уже минуя резистор.
Выходные дроссели на плате сварочного инвертора
Работой всех элементов такого сварочного аппарата, отличающегося компактными габаритами, небольшим весом и высокой мощностью, управляет специальный ШИМ-контроллер. Электрические сигналы поступают на контроллер от операционного усилителя, питающегося выходным током самого инвертора. На основе характеристик этих сигналов котроллер формирует корректирующие выходные сигналы, которые могут подаваться на диоды выпрямителя и транзисторы инверторного блока – генератора высокочастотных электрических импульсов.
Кроме основных, современные сварочные инверторы обладают еще целым перечнем полезных дополнительных опций. К таким характеристикам, которые значительно облегчают работу с устройством и дают возможность получать качественные, надежные и красивые сварные соединения, следует отнести форсирование сварочной дуги (быстрый розжиг), антизалипание электрода, плавную регулировку сварочного тока, наличие системы защиты от возникающих перегрузок.
Монтажная плата с основными элементами инвертора
Главные достоинства метода
Преимущества импульсной сварки:
- Первым делом это великолепное качество сварочного шва. Сразу же заметим, что импульсные устройства – вещи весьма недешевые. Но они того стоят и обязательно окупят все затраты в будущем.
- Импульс варит все: от стали до алюминия.
- Нужен минимум дополнительных инструментов и расходных материалов.
- Нет разбрызгивания металла.
- Не бывает прожогов и несплавлений.
- Возможность контролировать дугу.
- Отличная возможность управлять процессом переноса металла.
- Экономный расход материалов, в том числе сварочной проволоки и электродов.
- Легкая чистка шва в конце.
- Легкость для исполнения даже новичками.
Чертеж устройства импульсной сварки.
На сегодняшний день у данного метода есть лишь один конкурент по популярности и эффективности – это сварка полуавтоматом. Она отличается высокой производительностью и, что немаловажно, непрерывностью процесса.
Но серьезным недостатком является разбрызгивание металла, при котором теряется до 30% материала. Кроме потерь, эти брызги нужно чистить после сварки, что очень непросто и портит внешний вид сварочного шва. Сварка импульсом исключает такую беду.
Главная область применения метода – монтаж трубопроводов самого ответственного вида, где особенно важны прочность шва с крепко сформированным обратным валиком без финишной зачистки.
Недостатков у этого метода всего два:
- он не годится для больших сварочных площадей;
- всегда нужно серьезное охлаждение индуктора.
С переменным током
Полуавтоматический сварочный инвертор
Такой аппарат имеет простую конструкцию. По сути это понижающий силовой трансформатор с некоторым количеством выводов вторичной обмотки. Такие приборы делятся на:
- полуавтоматические устройства, работающие при помощи электродной проволоки в среде инертного и защитного газа;
- инверторы для аргоновой ручной электрической сварки с использованием неплавящихся вольфрамовых электродов;
- оборудование для проведения работ контактным способом.
Победа АС 250 (MMA) – функция термозащиты с индикацией перегрева
Этот аппарат инверторного типа выполняет ровный шов во время соединения элементов и стальных металлоконструкций. Подходит для использования в качестве помощи при строительстве на даче или в частной мастерской.
Агрегат подойдет для сваривания цветных, черных металлов и сталей. Небольшая ручка и легкий вес помогают легко переносить “Победу” по рабочей площадке. Модель оснащена эффективной системой охлаждения и функцией термозащиты с индикацией перегрева.
Этот аппарат имеет функции антиприлипания и горячего старта. У инвертора есть ручная дуговая сварка. Работает с мощностью 5 кВт, диаметр электродов от 1,6 до 5 мм. Есть одна фаза при питании. Напряжение холостого хода составляет 65 Вт.
Вес прибора составляет 4 кг. Благодаря своей легкости, инверторный аппарат легко переносить по рабочей площадке. В комплект входит ремень для переноски, держатель электрода, инструкция и клемма – земля. Надежность шва обеспечивается качественной дугой.
Плюсы:
- цена;
- качественная сборка;
- хороший шов.
Минусы:
короткие провода.
БИЗОН 205 ПН-3 (MMA) – не нагревается при работе
Этот крупный российский производитель выпускает оборудование и материалы для строительства и ремонта, а также электрический ручной инструмент.
Бренд производит инверторные аппараты с 2005 г. Защита от короткого замыкания и перегрева, возможность работы при низком напряжении, стабильность поддержки дуги и легкость поджига делают эти приборы очень востребованными.
Инвертор имеет одну фазу питания. Мощность работы составляет 5 кВт. Продолжительность включения при максимальном напряжении 30 %. Агрегат можно использовать при температуре от -10 до 40 °C. Подходит даже для сваривания конструкций в условиях севера. В комплект входит кабель с электро держателем, кабель-земля и зажимы.
Плюсы:
- не греется при работе;
- легкий;
- компактный;
- хорошее качество шва;
- цена.
Минусы:
нет защиты на плате в корпусе.
Aurora STICKMATE 205 (TIG, MMA) – компактный и легкий
Этот бренд из России, но его товары производятся в Китае. Каталог представлен полуавтоматами инверторами для промышленного и домашнего использования. Все они работают в сети с напряжением 220 В и 380 В.
Такие модели подойдут для приваривания швов медных, чугунных, и алюминиевых изделий. Производимые устройства работают от переменного тока в аргоновой среде.
Особенностью этого агрегата является ручная дуговая и аргонодуговая сварка. Максимальное вырабатываемое напряжение составляет 200 А.
Диаметр электродов от 1,2 до 1,6 мм. Присутствует функция горячего старта и антиприлипания. Напряжение холостого хода этого инвертора 58 В. Продолжительность включения при максимальном токе 40 %.
Присутствуют форсаж дуги и функция ВРД. Тип выходного напряжения переменный. Устройство работает при температуре от -25 до +50 °C. Подходит даже для очень жаркого климата. Вес сварочного аппарата 3 кг. В комплект входит один зажим на массу, два кабеля, и держатель электродов.
Плюсы:
- работает от -20 до +50 °C;
- небольшие и габариты;
- цена.
Минусы:
иногда перегревается после 6 часов работы.
ESAB LHN 200i Plus (TIG, MMA) – регуляция частоты сварочного тока
У прибора есть функция горячего старта и форсаж дуги. Напряжение холостого хода составляет 77 В. Продолжительность включения при максимальном токе 40 %.
Устройство обладает весом в почти в 6 кг. Производит на выбор ручную и аргоновую сварочную дугу. Диаметр электродов от одного до 4 мм. Работает при температуре от -20 до 45 °C.
А в аппарате продуманная система охлаждения, которая включает в себя два миниатюрных вентилятора. Инвертор можно использовать для изготовления швов любыми видами электродов. Технология горячий старт позволяет обеспечить стабильность и уверенное розжига дуги.
Частоту сварочного тока можно регулировать во время сваривания. С помощью этого прибора можно соединять элементы из меди, магния, углеродистой стали, нержавеющей стали, титана, легированной стали. Подойдет для сварки труб.
Плюсы:
- два типа сварки;
- цена.
Минусы :
большой вес.
Импульсный сварочник своими руками
Устройство сварочного аппарата вполне позволяет сделать его в домашних условиях для бытового применения. Составные части легко купить, здесь нет никаких проблем. Но не нужно забывать о некоторых нюансах.
Особый фокус – на транзисторах, потому что они быстрее всего ломаются и выходят из строя. На них не экономить, а покупать четыре транзистора высокого качества.
Перед тем, как приступить к работе, нужно обдумать и высчитать силу сварочного тока и мощность устройства. Примеров с подобными расчетами огромное количество в сети, они могут помочь с выработкой верного решения.
Как выбрать сварочный инвертор
Для бытовых инверторных агрегатов напряжение должно быть 220 В
Перед покупкой инвертора следует выяснить, какое значение будет иметь мощность оборудования – номинальный сварочный ток. Такие данные производитель всегда прописывает в паспорте модели.
Подобные параметры говорят о силе напряжения, при которой сварочный аппарат не будет перегреваться и работать на пределе возможностей. При этом учитываются периоды отдыха, работы, и соблюдение продолжительности включения.
Если прибор покупается не для регулярного использования, можно остановиться на агрегате с мощностью от 160 до 200 А. Такие модели имеют стандартный набор функций
Важно и сетевое напряжение, при которой будет работать это оборудование. Для бытовых инверторных агрегатов оно составляет 220 В
Однофазные сети делятся по типам на стабильную и нестабильную. Первая имеет следующие особенности. Напряжение скачет от 180 до 254 В.
В эту категорию входят промышленные и бытовые системы. Устройство для сварки будет работать при таких условиях, но с небольшими отклонениями. Нестабильная сеть появляется при использовании удлинителя. Ее можно встретить на садовых участках или гаражах.
Напряжение в этой ситуации отклоняется от нормы. Если агрегат покупается для использования в похожих условиях, то лучше выбрать модель с широким диапазоном рабочего напряжения.
