Самодельные контактные сварки конденсаторные. Схема и описание конденсаторной сварки. Как своими руками сделать устройство для сварки точечным способом
Приветствую всех читателей сайта «Вольт-Индекс », иногда делая те или иные проекты на основы литиевых аккумуляторов, многие читатели часто критикуют, что литиевые батарейки нельзя паять. Это конечно так, но если паять очень быстро и не нагревать чрезмерно – можно. Входе этой статьи мы постараемся сделать аппарат для контактной сварки конденсаторного типа.
На самом деле в интернете очень много вариантов построения таких аппаратов, но мы остановимся на самом простом и безотказном. Это бестрансформаторная или ударная контактная сварка, чтобы потом не путаться хочу сказать, что трансформатор на нашей схеме.
Все же есть, он предназначен для зарядки конденсатора. Но есть сварочные аппараты, где емкость конденсатора разряжается на месте сварки не напрямую, а через разделительный трансформатор.
Такие аппараты называют трансформаторными.
В отличие от обычных аппаратов контактной сварки, у которых процесс происходит нагреванием двух металлов, конденсаторная сварка не нагревает деталь из-за очень кратковременного процесса сварки. Это особенно хорошо для пайки аккумуляторов.
В схеме S3 подключается на массу. В архиве на схеме, все исправлено.
Принцип работы следующий.
Напряжение с сетевого трансформатора выпрямляется двухполупериодным выпрямлителем и заряжает электролитический конденсатор большой емкости. Целесообразно использовать батарею из параллельно соединенных конденсаторов одинакового напряжения и емкости.
Если честно, емкости могут отличаться, но важно чтобы конденсаторы имели одинаковое расчетное напряжение.
В момент сварки вся емкость конденсатора разряжается на определенной точке, к которой подключаются съемные контакты. Притом в качестве этих контактов иногда могут быть использованы сами детали, которые нужно сварить вместе.
Моментальный разряд емкости мощных конденсаторов вызывает огромный скачок тока, процесс очень кратковременный, но токи могут доходить до десятков тысяч ампер в зависимости от емкости и напряжения конденсаторной батареи. Кратковременный разряд такой емкости приводит к моментальному плавлению металла под электродами.
Напряжение было выбрано порядка 40 вольт. Такое напряжение полностью безопасно для человека, хотя все зависит от физиологии индивида. Для кого-то и 12 вольт максимум.
Но, во всяком случае, 40 вольт не смертельно. Поскольку аппарат планировался с питанием от сети нужно использовать понижающий трансформатор для зарядки конденсаторов.
В нашем случае был использован трансформатор, выдающий на вторичке около 30 вольт при токе в 1.5 ампера, что отлично подходит для наших целей.
После выпрямителей напряжение на конденсаторах будет порядка 40 вольт. Естественно из-за нестабилизированного источника это напряжение может отклоняться в ту или иную сторону в зависимости от напряжения в сети.
В принципе подойдет любой трансформатор мощностью свыше 50 ватт, которое обеспечивает на выходе нужное напряжение. От тока вторичной обмотки будет зависеть время зарядки конденсаторов.
Для ограничения тока заряда конденсатора использован 10 ваттный резистор проволочного типа с сопротивлением 10-15 Ом.
Если же не ограничивать ток заряда, то система будет потреблять колоссальные токи, в следствие чего может сгореть диодный мост.
В аппарате предусмотрен тиристорный замыкатель.
При нажатии слаботочной кнопки сработает мощный тиристор, который разрядит всю емкость конденсаторной батареи, то есть произойдет короткое замыкание. В нашем случает был взят тиристор Т 171-320.
Кратковременный ударный ток в нашей системе может доходить до 4 000 ампер.
Для того, чтобы этот «монстр» сработал нужно подать на управляющий электрод напряжение от 3.5 – 12 вольт. Указанное напряжение можно получить путем использования делителя напряжение на базе двух резисторов на 0.5 -1 ватт. Их подбором в средней точке нужно получить раннее указанное напряжение.
В качестве диодного выпрямителя был использован готовый мост на 10 Ампер, напряжение моста не менее 100 вольт, хотя такие мосты делают на 400 и более вольт. Мост в ходе работы не нагревается, но желательно посадить его на теплоотвод.
Цепочка из резистора, светодиода и стабилитрона представляет собой индикатор заряда конденсаторов и при достижении на них около 40 вольт светодиод загорается, что свидетельствует, о том, что аппарат готов к использованию.
Можно также использовать цифровой вольтметр.
При отсутствии стабилитронов на 40 вольт можно использовать несколько штук меньших номиналов.
Светодиод можно взять любой, а ограничительный резистор 0.25 ватт.
Конденсаторы были взяты с напряжением в 50 вольт – желательно на 63 либо 100 вольт. Общая емкость батареи составила 41 000 мкф.
Конечно можно увеличить емкость конденсатров лишь бы тиристор справился, а увеличение емкости даст возможность варить более крупные детали.
Конденсаторы были запаяны на общую плату, дорожки были дополнительно усилены. Также парралельно к конденсаторам был запаян 5 ваттный резистор на 1.5 кОм. Для разряда последних после выключения прибора. Также была предусмотрена кнопка для экстренного разряда емкости. Здесь принцип тот же – разряд через резистор только в этом случае он низкоомный.
Для запуска тиристора можно использовать абсолютно любой низковольную кнопку.
В первичной цепи трансформатора можно внедрить простой диммер. Это позволит регулировать напряжение на конденсаторах и выбрать оптимальное напряжение для сварки деталей из определенных металлов.
Для создания прочных металлических соединений сплавов, разнородных и однородных материалов на уровне межатомных связей используется контактная сварка. Во время этого процесса электрический ток нагревает металл до появления пластической деформации, а само соединение происходит за счет дополнительного прижимания частей друг к другу. Одним из вариантов точечной сварки является конденсаторная. Главным отличием этого процесса от других является способ накопления энергии для расплавления металла. Конденсаторная сварка проводится с применением предварительно запасенной на конденсаторах энергии.
Основными частями оборудования будут один или несколько конденсаторов, которые накапливают заряд за счет поступления из источника постоянного напряжения. При достижении определенного уровня заряда электроды с конденсаторов подключают к точкам сварки. Электрический ток обеспечивает быстрое и сильное нагревание поверхности, приводящее к расплавлению металла и образованию точеного сварочного шва. Обычно каждый разряд конденсатора длится всего лишь 1-3 миллисекунды, за счет этого нагрев вне самой зоны практически не происходит.
Применение конденсаторной сварки
Современные автоматические производства способны обеспечить создание до 600 разрядов аккумулятора и точек соединения в минуту с четким соблюдением качественных характеристик сварки и повторяемости всех манипуляций. При этом для работы оборудования не требуются расходники в виде электродов (как для инверторной сварки) или сварочной проволоки (как для аргонодуговой сварки). Кроме того, для проведения работ не нужна охлаждающая жидкость.
С помощью конденсаторной сварки в радиоэлектронике можно соединять детали, которые бояться перегрева и не могут быть скреплены обычными флюсами. Этот вид сварки можно использовать для микроскопических элементов.
Конденсаторная сварка особенно востребована в кузовном ремонте автомобилей. Разряд не деформирует стенки деталей и не прожигает их, поэтому необходимость в рихтовке отпадает.
На заметку. Этот вид сварки используют для ремонта и создания ювелирных изделий, в производстве часов, кино,- и фототехнике.
У конденсаторной сварки есть определенные недостатки, основным из которых является импульсная нагрузка. Эта нагрузка возникает в сети при быстром разряде конденсаторов. Такие импульсы создают помехи и могут привести к выходу из строя всего оборудования.
Виды сварки
Разряд от конденсаторов можно сразу пустить на место сварки или сделать это через вторичную обмотку конденсатора. В первом случае сварка будет называться бестрансформаторной, а во втором – трансформаторной. Первый вариант используется для стыковки, а последний вариант – при создании швов и в точечных работах.
При ударно-конденсаторной сварке детали соединяются во время удара конденсатора через токосъемные контакты, причем в некоторых случаях этими контактами могут быть сами детали.
Рассмотрим, как происходит этот процесс при приваре шпилек, которые одновременно будут исполнять роль токосъемных контактов. Сначала необходимо обеспечить касание конца метиза и поверхности, с которой он должен быть соединен. Затем через метиз в район сварки подается разряд конденсатора. В результате этого образуется микродуга, и температура значительно повышается. Место контакта шпильки и поверхности детали расплавляется. С помощью давления метиз погружается в расплавленный слой. Затем сплав остывает и одновременно укрепляется, а метиз приваривается.
При трансформаторной сварке конденсатор после заряда подключается к понижающему трансформатору по первичной обмотке. На вторичной обмотке возникает потенциал, который меньше входящего импульса. Далее идет разряд, конденсатор опять начинает заряжаться, и энергия идет по первичной обмотке трансформатора. Затем весь процесс повторяется. Эта технология позволяет делать точные сварные швы путем проведения нескольких циклов операций до 5 разрядов за секунду.
Для бытовых аппаратов обычно используется трансформаторная сварка, потому что бестрансформаторное оборудование более громоздкое. Только одна батарея из конденсаторов должна иметь емкость около 100 тысяч микрофарад. Можно использовать для этих целей ионистор – это суперконденсатор, по размерам соизмеримый с обычным электролитическим, но с намного большей емкостью. Однако использование ионистора приводит к значительному удорожанию оборудования. Поэтому вариант с трансформаторной сваркой более предпочтителен.
В современном оборудовании мощность и частота разрядов конденсаторов регулируется через PIC-контроллеры. Всеми манипуляциями управляют через компьютер, а большинство процессов автоматизировано. Для работы на таком оборудовании нужно не только полностью прочитать описание, но и пройти курсы по обучению.
Самодельная конденсаторная сварка
Существуют разные варианты для создания самодельных сварочных аппаратов. Простая точечная сварка своими руками может быть проведена с использованием споттера – прибора, используемого при кузовном ремонте автомобиля. По виду это оборудование представляет собой силовой блок, к которому прикреплены с помощью гибкого шланга электроды или сварочный пистолет.
Для того чтобы собрать такой сварочный аппарат, потребуются:
- Трансформатор 5-20 Вт на 220 В с входным напряжением 5В – 1 штука;
- Трансформатор не менее 1000 Вт – 1 штука;
- Выпрямительные диоды с прямым током до 300 мА – 4 штуки;
- Электроды (если есть, то можно взять сварочный пистолет);
- Тиристор КУ 202 или Т142-80-16 (на схеме устаревший вариант ПТЛ-50) – 1 штука;
- Электролитический конденсатор 1000,0 х25 В – 1 штука;
- Медный провод с сечением от 35мм2 – минимум 1 метр.
Также необходимы предохранители и переключатели, а при желании и корпус.
Обратите внимание! В данной схеме можно использовать трансформатор от микроволновой печи, но этот прибор необходимо переделать путем удаления магнитных шунтов и вторичной обмотки. Далее следует на месте вторичной обмотки сделать несколько витков медного провода. Затем, меняя количество витков, нужно отрегулировать работу прибора.
Как происходит конденсаторная сварка своими руками? В конструкции споттера можно выделить 2 основных узла:
- реле с тиристором V9;
- сварочный трансформатор Т2.
Подключение обмотки идет через диодный мост V5-V8, в который диагонально подключено электронное реле. Во время работы в положении «Включено» у выключателя S1 напряжение от источника питания идет на первичную обмотку трансформатора Т1. За счет этого конденсатор заряжается. При этом у трансформатора Т2 обмотка обесточена, а тиристор V9 закрыт. При нажатии на кнопку S3 заряд от конденсатора через переменные резистор R1 поступает к управляющему электроду тиристора V9. Ток отрывает тиристор, напряжение идет через первичную обмотку трансформатора Т2, во вторичной обмотке возникает мощный импульс длительностью примерно в 0,1 секунды. По окончании разряда конденсатора С1 система приходит в первоначальное состояние.
Внимание! Во время разряда ток составляет 350-500 А. Использовать самодельный споттер надо с особой осторожностью.
Данный аппарат можно использовать для небольших сварочных работ, соединить с его помощью арматуру или трубы не получится.
Видео
Наверняка, при работе с аккумуляторами по их замене, вам требовалась контактная сварка. Так как литии-ионные батареи очень нежелательно паять обычным припоем, есть опасность перегрева. Покупать или мастерить дорогостоящее оборудование для двух-трех случаев точно не выгодно и затратно. А вот такой аппарат для контактной сварки доступен абсолютно каждому. Ведь он по сути состоит всего из одной детали, под названием - суперконденсатор.
Это почти такой же конденсатор, только высокой емкости. Обладающий всеми теми же плюсами, что и обычный конденсатор.
Понадобится
- Толстая проволока, сечением не менее 2 кв. мм.
Изготовление простейшего аппарата для контактной сварки из суперконденсатора
Моток с проволокой разматываем и отрезаем два одинаковых отрезка длиной 5-7 см.Выпрямляем их кусачкам или плоскогубцами, чтобы они были очень ровные. Теперь с одной стороны у каждого отрезка напильником зачищаем край, снимая лаковую изоляцию.
А с другой стороны делаем острие.
Лудим контакты ионистора.
Лудим оголенные и тупые конца отрезков медной проволоки.
Припаиваем отрезки к контактам суперконденсатора.
Аппарат для контактной сварки полностью готов!
Осталось лишь подогнуть вывода кусачками, чтобы было минимальное расстояние между острием 2-3 мм.
Заряжаем током 5 А.
Напряжение не должно превышать 2,7 В. Хотя, как видите на фото, у меня оно больше на одну десятую. Это конечно не критично, но лучше не рисковать.
Зарядка продлилась примерно минут 15.
Контактная сварка
Теперь разберемся как сваривать. Поскольку наш аппарат до невозможности простой, он не может регулировать длину импульсов. Вся задача тем самым ложится на вас. Поэтому выдержку придется делать интуитивно.Вот пример, как припаять металлическую полоску к батарейке. Кладем полоску на батарейку. Теперь подносим контакты аппарата и тем самым быстро замыкаем его.
Выдерживаем где-то 0,5 секунды и быстро убираем, чтобы не пережечь соединение.
Алюминиевые электролитические конденсаторы – один из главных элементов, обеспечивающих стабильность работы высокочастотных инверторов сварочных аппаратов. Надежные высококачественные конденсаторы для этого вида применения производят компании , .
В первых устройствах, использовавших метод электродуговой сварки, применялись регулируемые трансформаторы переменного тока. Трансформаторные сварочные аппараты наиболее популярны и применяются по сей день. Они надежны, просты в обслуживании, однако имеют ряд недостатков: большой вес, высокое содержание цветных металлов в обмотках трансформатора, малую степень автоматизации процесса сварки. Преодолеть эти недостатки возможно при переходе на более высокие частоты тока и уменьшении размеров выходного трансформатора. Идея уменьшить размер трансформатора за счет перехода от частоты электросети 50 Гц на более высокую родилась еще в 40-е годы XX века. Тогда это делали с помощью электромагнитных преобразователей-вибраторов. В 1950 году для этих целей стали использовать электронные лампы – тиратроны. Однако в сварочной технике использовать их было нежелательно по причине низкого КПД и невысокой надежности. Широкое внедрение полупроводниковых приборов в начале 60-х годов привело к активному развитию сварочных инверторов, сперва – на тиристорной основе, а затем – на транзисторной. Разработанные в начале XXI века биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT-транзисторы) дали новый импульс развитию инверторных аппаратов. Они могут работать на ультразвуковых частотах, что позволяет значительно уменьшить размеры трансформатора и массу аппарата в целом.
Упрощенно структурную схему инвертора можно представить из трех блоков (рисунок 1). На входе стоит бестрансформаторный выпрямитель с параллельно подключенной емкостью, позволяющей поднять напряжение постоянного тока до 300 В. Инверторный блок производит преобразование постоянного тока в переменный высокочастотный. Частота преобразования доходит до десятков килогерц. В состав блока входит высокочастотный импульсный трансформатор, в котором происходит понижение напряжения. Данный блок может изготавливаться в двух вариантах – с использованием однотактных или двухтактных импульсов. В обоих случаях транзисторный блок работает в ключевом режиме с возможностью регулировки времени включения, что позволяет регулировать ток нагрузки. Выходной выпрямительный блок преобразует переменный ток после инвертора в постоянный ток сварки .
Принцип работы сварочного инвертора заключается в поэтапном преобразовании сетевого напряжения. Вначале сетевое переменное напряжение повышается и выпрямляется в предварительном блоке выпрямления. Постоянное напряжение питает высокочастотный генератор на IGBT-транзисторах в инверторном блоке. Высокочастотное переменное напряжение преобразовывается в более низкое с помощью трансформатора и подается на выходной выпрямительный блок. С выхода выпрямителя ток уже можно подавать на сварочный электрод. Ток электрода регулируется схемотехнически путем контроля глубины отрицательной обратной связи. С развитием микропроцессорной техники начали производство инверторных полуавтоматов, способных самостоятельно выбирать режим работы и осуществлять такие функции как «антизалипание», высокочастотное возбуждение дуги, удержание дуги и другие.
Алюминиевые электролитические конденсаторы в сварочных инверторах
Основные компонентные составляющие сварочных инверторов – это полупроводниковые компоненты, понижающий трансформатор и конденсаторы. Сегодня качество полупроводниковых компонентов столь высоко, что при правильной их эксплуатации проблем не возникает. Ввиду того, что устройство работает на высоких частотах и достаточно больших токах, особое внимание следует уделить стабильности работы аппарата – от нее напрямую зависит качество производимых сварочных работ. Наиболее критичными компонентами в данном контексте являются электролитические конденсаторы, от качества которых сильно зависит надежность аппарата и уровень вносимых в электрическую сеть помех.
Наиболее распространенными являются алюминиевые электролитические конденсаторы. Они лучше всего подходят для использования в первичном источнике сетевого ИП. Электролитические конденсаторы имеют высокую емкость, большое номинальное напряжение, малые габариты, и способны работать на звуковых частотах. Такие характеристики относятся к несомненным достоинствам алюминиевых электролитов.
Все алюминиевые электролитические конденсаторы представляют собой последовательно наложенные слои алюминиевой фольги (анод конденсатора), бумажной прокладки, еще одного слоя алюминиевой фольги (катод конденсатора) и еще одного слоя бумаги. Все это сворачивается в рулон и помещается в герметичный контейнер. От анодного и катодного слоев выводятся проводники для включения в цепь. Также алюминиевые слои дополнительно протравливают с целью увеличения площади их поверхности и, соответственно, емкости конденсатора. При этом емкость высоковольтных конденсаторов возрастает примерно в 20 раз, а низковольтных – в 100. Помимо этого вся данная конструкция обрабатывается химическими веществами для достижения требуемых параметров.
Электролитические конденсаторы имеют достаточно непростую структуру, что обуславливает сложность их изготовления и эксплуатации. Характеристики конденсаторов могут сильно меняться при разных режимах работы и климатических условиях эксплуатации. С ростом частоты и температуры снижается емкость конденсатора и ЭПС. При снижении температуры емкость также падает, а ЭПС может возрастать до 100 раз, что, в свою очередь, снижает предельно допустимый ток пульсаций конденсатора. Надежность импульсных и входных сетевых фильтрующих конденсаторов, в первую очередь, зависит от их предельно допустимого тока пульсаций. Протекающие токи пульсаций способны разогревать конденсатор, что служит причиной его раннего выхода из строя.
В инверторах основные назначения электролитических конденсаторов – повышение напряжения во входном выпрямителе и сглаживание возможных пульсаций.
Значительные проблемы в работе инверторов создают большие токи через транзисторы, высокие требования к форме управляющих импульсов, что подразумевает использование мощных драйверов для управления силовыми ключами, высокие требования к монтажу силовых цепей, большие импульсные токи. Все это в значительной степени зависит от добротности конденсаторов входного фильтра, поэтому для инверторных сварочных аппаратов нужно особо тщательно подбирать параметры электролитических конденсаторов. Таким образом, в предварительном блоке выпрямления сварочного инвертора наиболее критичным элементом является фильтрующий электролитический конденсатор, установленный после диодного моста. Рекомендовано устанавливать конденсатор в непосредственной близости к IGBT и диодам, что позволяет устранить влияние индуктивности проводов, соединяющих устройство с источником питания, на работу инвертора. Также установка конденсаторов рядом с потребителями уменьшает внутреннее сопротивление переменному току источника питания, что предотвращает возбуждение усилительных каскадов.
Обычно фильтрующий конденсатор в двухполупериодных преобразователях выбирают таким, чтобы пульсации выпрямленного напряжения не превышали 5…10 В. Следует также учитывать, что на конденсаторах фильтра напряжение будет больше в 1,41 раза, чем на выходе диодного моста. Таким образом, если после диодного моста мы получим 220 В пульсирующего напряжения, то на конденсаторах будет уже 310 В постоянного напряжения. Обычно же рабочее напряжение в сети ограничивается отметкой в 250 В, следовательно, на выходе фильтра напряжение будет 350 В. В редких случаях сетевое напряжение может подниматься еще выше, поэтому конденсаторы следует выбирать на рабочее напряжение не менее 400 В. Конденсаторы могут иметь дополнительный нагрев благодаря большим рабочим токам. Рекомендованный верхний диапазон температур – не менее 85…105°C. Входные конденсаторы для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения выбирают емкостью 470…2500 мкФ в зависимости от мощности аппарата. При неизменяемом зазоре в резонансном дросселе увеличение емкости входного конденсатора пропорционально увеличивает мощность, отдаваемую в дугу.
В продаже есть емкости, к примеру, на 1500 и 2200 мкФ, но, как правило, вместо одного используют батарею конденсаторов – несколько компонентов одинаковой емкости, включенных параллельно. Благодаря параллельному включению уменьшаются внутренние сопротивление и индуктивность, что улучшает фильтрацию напряжения. Также в начале заряда через конденсаторы протекает очень большой зарядный ток, близкий к току короткого замыкания. Параллельное включение позволяет уменьшить ток, протекающий через каждый конденсатор в отдельности, что увеличивает срок эксплуатации.
Выбор электролитов от Hitachi, Samwha, Yageo
На рынке электроники сегодня можно найти большое количество подходящих конденсаторов от известных и малоизвестных производителей. При выборе оборудования не следует забывать, что при схожих параметрах конденсаторы очень сильно отличаются качеством и надежностью. Наиболее хорошо себя зарекомендовала продукция от таких всемирно известных производителей высококачественных алюминиевых конденсаторов, как , и . Компании активно разрабатывают новые технологии производства конденсаторов, поэтому их продукция обладает лучшими характеристиками по сравнению с продукцией конкурентов.
Алюминиевые электролитические конденсаторы выпускаются в нескольких форм-факторах:
- для монтажа на печатную плату;
- с усиленными выводами-защелками (Snap-In);
- с болтовыми выводами (Screw Terminal).
В таблицах 1, 2 и 3 представлены серии вышеуказанных производителей, наиболее оптимальные для использования в предварительном блоке выпрямления, а их внешний вид показан на рисунках 2, 3 и 4 соответственно. Приведенные серии имеют максимальный срок службы (в рамках семейства конкретного производителя) и расширенный температурный диапазон.
Таблица 1. Электролитические конденсаторы производства Yageo
Таблица 2. Электролитические конденсаторы производства Samwha
Таблица 3. Электролитические конденсаторы производства Hitachi
Наименование | Емкость, мкФ | Напряжение, В | Ток пульсаций, А | Размеры, мм | Форм-фактор | Срок службы, ч/°C |
470…2100 | 400, 420, 450, 500 | 2,75…9,58 | 30×40, 35×35…40×110 |
Snap-In | 6000/85 | |
470…1500 | 400, 420, 450, 500 | 2,17…4,32 | 35×45, 40×41…40×101 |
Snap-In | 6000/105 | |
470…1000 | 400, 420, 450, 500 | 1,92…3,48 | 35×40, 30×50…35×80 |
Snap-In | 12000/105 | |
1000…12000 | 400, 450 | 4,5…29,7 | 51×75…90×236 | Screw Terminal | 12000/105 | |
GXR | 2700…11000 | 400, 450 | 8,3…34,2 | 64×100…90×178 | Screw Terminal | 12000/105 |
Как видно из таблиц 1, 2 и 3, номенклатурная база достаточно широка, и пользователь имеет возможность собрать конденсаторную батарею, параметры которой в полной мере обеспечат требования будущего сварочного инвертора. Наиболее надежными представляются конденсаторы компании Hitachi с гарантированным сроком эксплуатации до 12000 часов, в то время как у конкурентов данный параметр составляет до 10000 часов в конденсаторах Samwha серии JY и до 5000 часов в конденсаторах Yageo серий LC, NF, NH. Правда, этот параметр не указывает на гарантированный выход конденсатора из строя по истечении указанного строка. Здесь имеется в виду только время использования при максимальной нагрузке и температуре. При использовании в меньшем диапазоне температур срок эксплуатации, соответственно, возрастет. По истечении указанного строка возможно также уменьшение емкости на 10% и увеличение потерь на 10…13% при работе на максимальной температуре.
Существует множество технологий сварки различных материалов и среди них - конденсаторная сварка. Технология известна с 30-х годов прошлого века и представляет разновидность . Соединение металлов происходит во время расплавления в местах короткого замыкания электрического тока за счет приложенной энергии разряда заряженных конденсаторов большой емкости. Процесс занимает 1-3 миллисекунды.
Основа аппарата - конденсатор или блок конденсаторов, которые заряжаются источником питания постоянного напряжения. Электроды конденсаторов после достижения необходимого уровня энергии в процессе заряда подключаются к точкам сварки. Ток, текущий во время разряда между свариваемыми деталями, вызывает нагревание поверхностей до такой степени, что металл расплавляется и образовывается качественный .
Несмотря на ряд преимуществ, конденсаторная сварка имеет ряд ограничений, не позволяющих использовать ее повсеместно. Среди них:
Плюсы | Минусы |
---|---|
высокая скорость процесса на автоматизированных производствах, до 600 точек в минуту | кратковременная мощность процесса сварки |
точность соединения деталей и повторяемость процессов на линии | ограничения по размерам сечения свариваемых деталей |
не пропускает инфракрасное и ультрафиолетовое излучение | импульсная нагрузка создает помехи в сети и высокие кратковременные нагрузки |
долговечность оборудования | |
сварка разных металлов | |
низкое тепловыделение, отсутствует необходимость применения охлаждающей жидкости | |
отсутствие таких расходных материалов, как электроды или сварочная проволока |
Несмотря на некоторые недостатки, метод соединения металлов получил широкое применение в промышленности и в быту.
Типы сварочных конденсаторных аппаратов
Существует две разновидности аппаратов конденсаторной сварки - с разрядом накопителей энергии непосредственно на свариваемых поверхностях и с разрядом от вторичной обмотки трансформатора. Первый, бестрансформаторный способ, чаще используется в ударно-конденсаторной сварке. Второй способ, трансформаторный, применяется для создания качественного шва.
Ударно-конденсаторная аппаратура сваривает детали во время удара одного из электродов по детали. Во время удара детали поверхности плотно прижимаются друг к другу. Происходит разряд конденсатора, образующий микродугу, которая нагревает поверхности до температуры плавления металлов. Детали прочно соединяются.
В трансформаторном способе сварки конденсатор после заряда подключается к первичной обмотке понижающего трансформатора. На вторичной обмотке появляется потенциал, в несколько раз меньшей амплитуды входящего импульса. Во время разряда происходит сваривания деталей, конденсатор вновь заряжается и снова отдает энергию первичной обмотке трансформатора. Это позволяет производить длительные серии с частотой до 5 разрядов в секунду, которые создают прочные и точные сварочные швы.
Специфика применения
Конденсаторная сварка - экономичный процесс, поэтому ее удобно использовать в домашних условиях с однофазной сетью небольшой мощности. Промышленность выпускает бытовые сварочники мощностью 100-400 ватт, которые предназначены для домашнего использования или в небольших частных мастерских.
Особую популярность конденсаторная сварка получила в цехах ремонта кузовов автомобилей. В отличие от дуговой сварки, конденсаторная не прожигает и не деформирует тонкие стенки листов кузовных деталей. Отпадает необходимость в дополнительной рихтовке.
Также конденсаторная сварка используется в радиоэлектронике для сваривания изделий, которые не паяются при помощи обычных флюсов или выходят из строя от перегрева.
Аппараты конденсаторной сварки используют ювелиры для изготовления или ремонта ювелирных изделий.
В промышленности точечное соединение используется для:
- приваривания болтов, крючков, гаек, шпилек и других метизов к поверхностям;
- соединения между собой разных металлов, в том числе цветных;
- сварки деталей часов, фото и кинотехники;
- изготовления оптических и световых приборов;
- сборки электронной аппаратуры
- и др.
Конденсаторную сварку используют для соединения микроскопических деталей, которые невозможно сваривать дуговым методом.
Конденсаторный аппарат своими руками
Сварочный аппарат конденсаторного типа можно изготовить самостоятельно и использовать его в домашних целях. Для этого понадобятся
- трансформатор на 220 вольт мощностью 5-20 Вт с выходным напряжением 5В;
- четыре выпрямительных диода с прямым током не менее 300мА (например, Д226б);
- тиристор ПТЛ-50, современная замена Т142-80-16, КУ 202 или подобные;
- электролитический конденсатор 1000,0 х25 В;
- переменный резистор 100 Ом;
- трансформатор мощностью не менее 1000 Вт (подходит от микроволновок);
- электроды или сварочный пистолет (разные конструкции описаны на страницах интернет многократно);
- медный провод сечением не менее 35 мм.кв. - 1 метр.
- переключатели, предохранители, корпус на усмотрение.
Если монтаж выполнен по схеме без ошибок и детали исправны, то проблем с работоспособностью устройства не возникнет.
Есть единственная проблема - выходной трансформатор. Если вы действительно решили воспользоваться трансформатором от микроволновки, а его можно купить дешево на рынках пользованных деталей, то приготовьтесь, что его необходимо переделать.
Необходимо удалить магнитные шунты и вторичную обмотку и намотать на освободившееся место 2-5 витков вторичной обмотки толстым медным проводом. В процессе настройки количество витков, возможно, придется изменить. Оптимальным считается, что выходное напряжение должно колебаться в пределах 2-7 вольт, но эта величина также зависит от длительности сварочного импульса, толщины свариваемых материалов. Не нужно бояться экспериментировать, выбирая разные режимы переменным резистором и изменяя количество витков. Но не пытайтесь добиться от аппарата того, что может делать обычный дуговой процесс. Варить водопроводные трубы и арматуру не получится, этот прибор для других целей.
Аппараты для бестрансформаторного типа ненамного сложнее, но они более громоздки. Потребуется набор конденсаторов общей емкостью около 100 000 микрофарад. Это приличная по весу и размеру батарея. Ее можно заменить компактным ионистором, но прибор не из дешевых. Кроме того, электролитические конденсаторы не долговечны. Поэтому портативные и бытовые конденсаторные аппараты точечной сварки обычно изготавливаются по трансформаторной схеме.
Современные аппараты изготавливаются несколько по другим технологиям. Частота и мощность разряда регулируется PIC-контроллерами, существует возможность автоматизации процессов, управления через интерфейс компьютера или монитора. Но физические процессы сварки не изменились. Собрав однажды простейший агрегат, вы сможете впоследствии добавить в него элементы компьютерного управления, автоматизации производства и контроля.
Если эта тема вам близка и вы готовы дополнить ее или оспорить, поделится своим мнением, рассказывайте, выкладывайте описания ваших решений в блоке комментариев.