Зубаль И.Д. Сварочный аппарат своими руками. — М.: СОЛОН-Пресс, 2003. - 176 с.
Рассмотрены особенности физических процессов при сварке постоянным и переменным током, приведены методики расчета сварочных трансформаторов, дано описание их практических конструкций и доработок, даны практические рекомендации при проведении сварочных работ.
Статическая вольт- амперная характеристика дуги.
Статической вольт- амперной характеристикой дуги называют зависимость падения напряжения на дуге от силы сварочного тока при постоянной длине дуги и прочих постоянных условиях горения дуги. Статическую вольт- амперную характеристику дуги условно можно разделить на три участка: падающая — с ростом сварочного тока напряжение уменьшается ; жесткая — с ростом тока напряжение остается практически неизменным; возрастающая — рост тока вызывает увеличение напряжения дуги.
Исправление внешней характеристики источника питания.
О качестве внешних характеристик сварочных трансформаторов судят на практике. Если с трансформатором работать легко, дуга горит стабильно, а наплавленный металл ложится равномерно — значит, все в порядке; иначе — характеристика трансформатора смещена в сторону жесткой. Добиться исправления внешней характеристики источника питания в сторону круто падающей можно простым включением в сварочную цепь балластного сопротивления величиной в сотые доли Ома — куска проволоки из нихрома или другого металла с высоким удельным сопротивлением . Балластное сопротивление несколько ограничит максимальный ток трансформатора, зато заметно улучшит его внешнюю характеристику, особенно если она близка к жесткой.
Дополнительные характеристики.
Дуга и источник питания характеризуются рядом дополнительных, которые влияют в основном на процесс зажигания дуги и поведение сварочной системы в некоторых нестандартных ситуациях.
1.Динамическая характеристика источника питания.
Источник питания дуги должен быстро реагировать на изменения тока и напряжения в дуге, происходящие в процессе плавления электрода. Это выражается временем восстановления напряжения от нулевого значения в момент короткого замыкания до напряжения повторного зажигания дуги. Это время есть динамическая характеристика источника. Оно не должно превышать 0,05 с на 25 В.
2.Отношение силы сварочного тока к току короткого замыкания.
Сила тока при коротком замыкании выхода вторичной обмотки трансформатора на практике может превышать сварочный ток в 1,1-2 раза. Для промышленных источников питания нормальными считаются значения в пределах 1,1- 1,5 раза. С точки зрения промышленных технологий: чем меньше это отношение — тем лучше. Однако для ручной электросварки в бытовых условиях малое отношение токов короткого замыкания и сварки могут оказаться весьма вредным свойством.
3.Эластичность дуги.
Для устойчивого горения дуги важное значение имеет эластичность. Дуга считается эластичной, если дуга продолжает гореть при относительно значительном увеличении ее длины, вызванном разными причинами. Критерием эластичности дуги является ее наибольшая длина, при которой дуга еще не гаснет.
Улучшение свойств горения дуги.
1.Дуга переменного тока.
При питании сварочной дуги от обычного трансформатора — переменным током — полярность электродов, а также условия горения дугового разряда периодически изменяются. На устойчивость и скорость повторного зажигания дуги существенное влияние оказывают параметры источников питания. К таким параметрам прежде всего относятся напряжение холостого хода и скорость его восстановления после обрыва тока дуги, фазовый сдвиг между напряжением холостого хода источника и током дуги.
2.Дуга постоянного тока.
На постоянном токе горение сварочной дуги более стабильно, сварные швы получаются более качественными, легче поддерживаются пониженные значения сварочных токов. Кроме того, некоторые типы электродов, например для сварки нержавеющей стали, требуют только постоянного тока. Постоянный ток в бытовых сварочных аппаратах получается путем выпрямления переменного тока с помощью полупроводниковых выпрямительных мостов.
Выбор мощности сварочного трансформатора.
Прежде чем приступить к изготовлению сварочного трансформатора или более завершенной конструкции — сварочного аппарата, необходимо четко определиться — на какой величине сварочного тока его предстоит эксплуатировать. В случае расчета потребляемой мощности можно принять равным 0,8.
Однако для сварщика наиболее важной характеристикой является не мощность источника питания, а развиваемый им ток в дуговом режиме, так как именно на ток рассчитаны электроды соответствующих диаметров и марок.
Для электросварки в бытовых целях чаще всего используются покрытые электроды из низколегированной стали диаметром 2, 3 и 4 мм.
Расчет сварочного трансформатора.
Наиболее ответственной задачей при самостоятельном изготовлении сварочного трансформатора является расчет его параметров, определяющих прежде всего мощность и ток вторичной катушки, также немаловажны КПД, качество выходных характеристик, надежность собираемого изделия.
При изготовлении трансформатора, близкого по конструкции промышленным образцам, можно пользоваться стандартными методиками расчета. Исходными данными при расчете сварочного трансформатора являются заданная мощность трансформатора, коэффициент продолжительности работы, номинальный ток, напряжение холостого хода и тепловой режим работы.
Расчет нестандартного трансформатора.
Самой важной частью сварочного трансформатора является магнитопровод. Во многих случаях для самоделок используются магнитопроводы от старых электроприборов, которые до того ничего общего со сваркой не имели: всевозможные крупные трансформаторы, автотрансформаторы (ЛАТРы), электродвигатели. Часто эти магнитопроводы обладают весьма экзотической конфигурацией, а их геометрические параметры невозможно изменить. И сварочный трансформатор приходится рассчитывать под то, что есть, — нестандартный магнитопровод, используя нестандартную методику расчета.
Наиболее важными при расчете параметрами, от которых зависит мощность, являются площадь сечения магнитопровода, количество витков первичной обмотки и расположение на магнитопроводе первичной и вторичной обмоток трансформатора.