Конденсаторные сварочные аппараты своими руками

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Конденсаторный сварочный аппарат для аккумуляторов

Аккумуляторы. Их трудно паять, поэтому приходится сваривать. И если их много — тогда без специального сварочника точно не обойтись. И для данных целей как нельзя лучше подходит конденсаторный СА.

Соединения, создаваемые током короткого замыкания конденсаторов, представляют собой смешение атомов обоих соединенных металлов, а ток, протекающий за долю секунды, очень велик. Его значение зависит от Uc и результирующего сопротивления короткого замыкания Rw. Для Uc = 55V и Rw = 0,1 Ом Iz = 550A в течение времени, зависящего от значения tal = C х Rw. При использовании постоянного напряжения от сети конденсаторы заряжаются до Uc = 322 В. Тогда ток Iz будет Iz = 3220A. Была установлена продолжительность этого импульса. Он колеблется от 0,005 до 0,015 с. Чтобы избежать сварки контактов, используются тиристоры. Емкость конденсаторов выбирается в зависимости от требуемого диаметра точки сварки. Требуемое напряжение ниже для деталей из меди и выше для стали, из-за сопротивления цепи короткого замыкания.

Для конструкции этого самодельного сварочного аппарата использовался предварительно сконструированный штатив от сверлильного станка.

Основными элементами схемы являются тиристоры, конденсаторы, медные электроды, источник питания. Тиристор в оригинальной версии был TK 1202 K, но после нескольких десятков сварных швов он получил непонятно почему пробой. Может он был слишком слаб, спецификация этого тиристора отсутствовала, поэтому максимальный ток под вопросом.

На данный момент поставлен гораздо более мощный импульсный тиристор T 987-630-12 с током 630 A. Для его использования пришлось построить специальный держатель-радиатор.

Еще один элемент — конденсаторный блок. Это 10 штук 33000 мкФ на 35 В конденсаторов, соединенных параллельно на одной плате. Важно укрепить дорожки оловом и даже проволокой, потому что они не выдерживают токов, протекающих там. Батарея запасает примерно 100 Вт энергии. Если разряд длится 0,001 с, мощность такой сварки в импульсе составит 100 кВт.

И еще: батарея конденсатора должна быть обязательно собрана из нескольких конденсаторов с меньшей емкостью. Использование одиночных конденсаторов с тысячами микрофарад — плохая идея. Они дадут меньше тока да и быстро сгорят.

Следующим элементом являются электроды.

Это два медных стержня диаметром 10 мм сверху, отверстия с резьбой для завинчивания проводов, снизу с отверстиями 3,5 мм для крепления электродов из медного провода, заостренного с трех сторон. Между стержнями текстолитовая пластинка в качестве изолятора. Острия электродов приблизительно 0,8 x 0,8 мм.

Сварочный аппарат после сборки выглядит примерно так:

В рычаге опускания сделана кнопка — переключатель, прикрепленный болтами к боковой части штатива, который активирует включение сварочной машины.

Блок питания сварочной установки

Последний элемент — это источник питания. Трансформатор 24 В, диодный мост, лампочка, являющаяся ограничением тока во время зарядки, а также компонент для разрядки конденсаторов.

Схема конденсаторного сварочника

Теперь схема: переключатель в источнике питания разряжает конденсаторы после завершения работы и до отключения. Конденсаторы заряжаются до 36 В и во время первой фазы зарядки лампочка в блоке питания 24 В 55 Вт медленно загорается. После искры она также светит и защищает источник питания во время короткого замыкания электродов. После получения сварного шва и отхода электродов от аккумулятора конденсаторы заряжаются.

В целом стоимость проекта составила лишь 1000 рублей на конденсаторы. Остальные элементы не могут быть оценены, потому что они были в запасах дома.

Хотя конечно было бы неплохо использовать регулируемый стабилизатор для зарядки конденсаторов до определенного напряжения. Позднее добавим индикатор готовности сварки после зарядки конденсаторов.

Достоинства и недостатки СА на конденсаторах

Поскольку сварной шов это всего две точки, вероятность хорошего сварного соединения очень высока (около 99%). Также здесь ничего не греется. Сварные швы становятся холодными сразу после сварки, потому что это всего лишь короткий импульс и несколько мелких искр. Давление почти постоянное благодаря пружинам, ход электрода составляет около 2 мм. Вот фотографии сварных швов. Таким образом, плюсы и минусы этого СА следующие:

Достоинства

• очень короткий импульс сварки
• хорошая настройка сварочной мощности
• быстрая генерация тепла и сварка элементов
• легкая конструкция
• немного компонентов
• возможность работы от батареи, портативность
• высокая повторяемость правильных сварных швов

Недостатки

• большая стоимость исполнения
• более быстрое разрушение конденсаторов
• более длительный период ожидания для полной мощности
• не предназначен для сварки листового металла более 1 мм.

Но несмотря на множество недостатков сварочной машины с конденсаторами, её определенно можно советовать для самостоятельной сборки, потому что если все хорошо подобрать — работает очень быстро и безопасно. Это идеальное решение для сварки батарейных ячеек, а также для ювелирных изделий. Заметим, что сварку аккумуляторов лучше всего делать с использованием цинковой пластины. Цинковая фольга может быть куплена в катушке.

Заключение

Можете использовать трансформаторы малой мощности для зарядки конденсаторов, но тогда нужно выбрать резистор соответственно с максимальным током зарядки, иначе он быстро нагреется и сгорит. Готовность возникает из-за достижения напряжения постоянного тока на конденсаторе, что является результатом преобразования переменного напряжения (для сети 50 Гц это около 1,41 х значение переменного напряжения), и это можно контролировать, например, вольтметром. Очевидно следует использовать специальные конденсаторы для импульсной работы. Стоит позаботиться о том, чтобы допустимое рабочее напряжение конденсаторов находилось с определенным запасом по отношению к предполагаемому значению.

Источник

Конденсаторная сварка: изготовление аппарата своими руками

Впервые конденсаторная сварка была опробована в 30-е годы 20-го века. Метод оказался настолько успешным, что до сих пор применяется в промышленности, частных мастерских, быту. Конденсаторный аппарат прост по конструкции и его нетрудно сделать своими руками из доступных деталей.

Особенности конденсаторной сварки

Конденсаторную сварку выполняют короткими импульсами, которые нагревают очень маленькую площадь, что предотвращает образование термических напряжений и деформаций. При этом скорость сварки на автоматических линиях достигает 600 точек/минуту.

К преимуществам относят компактность и небольшой вес аппарата. Для работы не требуется мощный источник электроэнергии, так как блок конденсаторов заряжается во время перехода от одной точки к другой. Мощность разряда расходуется только на нагрев точки соединения, поэтому у технологии высокий КПД.

При конденсаторной сварке не выделяются вредные для здоровья газы, нет инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Аппарат не нуждается в принудительном охлаждении, поскольку при работе в импульсном режиме элементы схемы сильно не нагреваются. За счет регулирования мощности и продолжительности разряда можно сваривать очень мелкие детали. Поэтому элементная база, которую использует микроэлектроника, изготавливается с применением конденсаторной технологии.

Конденсаторную сварку применяют для соединения деталей толщиной до 1,5 мм из любых марок стали, цветных и тугоплавких металлов. При этом одна заготовка может быть значительно толще другой. Также сваривают детали из разнородных металлов или сплавов. За счет стабильности энергии разряда все точки шва получаются с одинаковым качеством.

Из недостатков отмечают кратковременность сварочного импульса и ограниченность толщины заготовок. Поэтому в большинстве случаев конденсаторная сварка не сможет заменить дуговую.

Однако при работе с тонкостенными деталями ее экономичность, качество, производительность значительно выше.

Принцип работы

Принцип работы основан на способности конденсатора накапливать электроэнергию при подключении к источнику питания. Свариваемые детали плотно прижимают одна к другой между электродами, через которые пропускают короткий разряд электроэнергии, накопленной конденсатором. Ток, протекающий между ними, расплавляет металл.

Детали удерживают в сжатом положении до тех пор, пока металл не затвердеет. После повторной зарядки конденсатора переходят к следующему месту соединения. Операцию повторяют по всей длине шва.

Во время работы возможно появление помех в электросети.

Разновидности

По способу выполнения конденсаторная сварка подразделяется на 3 типа:

Контактная сварка выполняется через электроды, приложенные к плотно сжатым деталям. В точке касания электродов образуется дуга с током 10 — 15 кА, длительностью 3 мс.

При ударно-конденсаторной сварке один электрод подсоединяют к заготовкам, а другим кратковременно ударяют по месту соединения. Продолжительность импульса сокращается до 1,5 мс, что способствует уменьшению зоны термического влияния.

Точечный способ отличается тем, что дуга образуется между деталями и электродами. Продолжительность импульса в зависимости от толщины заготовок 10 — 100 мс. Заготовки соединяются на небольшой площади на месте воздействия дуги.

По способу наложения шва конденсаторная сварка выполняется как:

1. Контактная. Применяется на приборостроительных и предприятиях производящих радиоэлектронную аппаратуру. Этот вид используют автомастерские для ремонта кузовов легковых автомобилей, так как при конденсаторной сварке не деформируются тонкостенные листы обшивки.
2. Шовная или роликовая позволяет создавать герметичные соединения. Это достигается за счет перекрытия соседних точек шва, которые выполняются электродами в виде роликов. Они прокатываются по заготовкам, уложенных внахлест. Этим способом сваривают мембраны и сосуды из тонкого металла.
3. Стыковая выполняется методом оплавливания или сопротивления. В первом варианте разряд пропускают между заготовками. После того, как возникшая дуга оплавит места соединения, детали осаживают. При втором варианте запуск разряда и сварка осуществляются, когда заготовки соприкоснутся. Таким способом удобно сращивать медные и алюминиевые провода. В отличие от обычной скрутки контакт между ними не окислится.

Конденсаторная сварка своими руками

Прежде чем начинать делать аппарат конденсаторной сварки своими руками нужно выбрать тип устройства. Они бывают бестрансформаторными и трансформаторными. Первый вариант чаще применяют для ударной сварки, второй для соединения заготовок прочными швами. В бестрансформаторных аппаратах конденсаторы разряжаются на соединяемые детали, в трансформаторных на первичную обмотку выходного трансформатора. Со вторичной обмотки которого импульс тока поступает на место соединения.

Трансформаторный аппарат

Трансформаторная схема конденсаторной сварки собирается из следующих деталей:

• сетевого трансформатора мощностью 5 — 20 Вт со вторичным напряжением 5 В;
• двух выпрямительных мостов;
• тиристора КУ 202 или аналога для управления разрядом;
• одного или нескольких конденсаторов с суммарной емкостью 1000 — 2000 мкФ;
• выходного трансформатора мощностью не меньше 1 кВт;
• предохранителя, кнопочного переключателя любого типа.

При безошибочном монтаже устройство начинает работать сразу без дополнительных настроек. Таким аппаратом можно проводить точечную сварку на конденсаторах со скоростью до 5 импульсов в секунду.

В качестве выходного можно использовать трансформатор от микроволновой печки с небольшой доработкой. Магнитные шунты убирают, вместо вторичной обмотки наматывают 3 — 5 витков медной шины сечением 20 — 35 мм².

Если трансформатор от микроволновой печки добыть не получилось, самодельный собирают на сердечнике из пластин Ш 40 с толщиной набора 70 мм. Для первичной обмотки потребуется 300 витков провода диаметром 0,8 мм, для вторичной 10 витков шины.

Качество конденсаторной сварки зависит не только от характеристик сварочного аппарата, но и от электродов. Их можно прижимать к деталям руками или зажимами, но лучше сделать рычажную конструкцию.

Она состоит из нижнего электрода из медного стержня диаметром 8 мм, длиной 1 -2 см, закрепленного на неподвижном основании. Для лучшего контакта с заготовками верхний конец округляют. Подвижный электрод крепят на рычаге, с помощью которого можно быстро сжимать заготовки между собой. Основание с нижним контактором должно быть изолировано от рычага.

Бестрансформаторный вариант

Бестрансформаторная схема может быть собрана на высоковольтных или низковольтных конденсаторах.

Чтобы собрать конденсаторный аппарат по первому варианту, потребуются повышающий трансформатор, высоковольтные диоды для выпрямительного моста. Также понадобятся один или несколько конденсаторов с рабочим напряжением не меньше 1 кВ общей емкостью 1000 мкФ. Схема обеспечивает 100 А в импульсе длительностью 5 мс. Режим разряда регулируют изменением числа витков вторичной обмотки переключателем SA1. Элементы схемы находятся под высоким напряжением, поэтому нужно строго соблюдать правила техники безопасности при работе с электроинструментом.

Низковольтную схему собирают из понижающего трансформатора мощностью 100 — 500 Вт и блока конденсаторов с рабочим напряжением 50 В общей емкостью от 40 до 100 тысяч мкФ. Такой аппарат выдает ток 1 -2 кА в течение 600 мс. При монтаже конденсаторов на печатной плате соединительные дорожки нужно усилить медным проводом, иначе они могут расплавиться при разряде.

Конструкция низковольтного бестрансформаторного аппарата получается громоздкой, так как батарея конденсаторов занимает много места, да и весит немало. Вместо нее можно использовать ионистор, но цена прибора на порядок больше стоимости всей батареи.

Также следует учитывать, что срок службы электролитических конденсаторов невелик.

Технология применения конденсаторной сварки

Технология несложная и доступна для применения в домашних условиях. Прежде чем приступить к сварке, места соединений на заготовках очищают от грязи, ржавчины, окалины. Затем детали совмещают в нужном положении и кладут между электродами. С помощью рычага подвижным электродом заготовки прижимают друг к другу и нижнему контактору. Пусковой кнопкой подают импульс тока.

После окончания разряда электроды кратковременно удерживают в сжатом положении, чтобы расплавленный металл затвердел под давлением. Затем под верхний электрод подставляют следующее место сварки. Этой паузы достаточно для зарядки конденсатора. Операцию повторяют необходимое количество раз. По размеру участок сварки должен в 2 -3 раза превышать толщину тонкой заготовки.

Если требуется сварить деталь толщиной до 0,5 мм с массивной заготовкой, пользуются упрощенным способом. Один из электродов крепят зажимом к любому месту толстой заготовки, а вторым рукой прижимают тонкую к точке сварки. Нажимают пусковую кнопку и т. д.

После сборки конденсаторного аппарата можно заняться его усовершенствованием. Сделать пусковую кнопку в виде педали, чтобы освободить руки, собрать светодиодный блок индикации уровня заряда конденсаторной батареи. Если вместо простого использовать автотрансформатор, можно регулировать напряжение разряда в широком диапазоне. Полезно составить таблицу режимов сварки в зависимости от марки и толщины металла, изменяя количество витков и сопротивление резистора в цепи управления тиристором.

Источник