Текст книги "Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка"

В старых отечественных цветных телевизорах использовались крупные, увесистые сетевые трансформаторы: в основном ТС-270, ТС-310, СТ-270. Эти трансформаторы имеют U-образные, так называемые броневые, магнитопроводы, состоящие из двух одинаковых U-образных частей – спрессованных и изогнутых пакетов железа, стягиваемых друг с другом хомутами (рис. 53, а). Их легко разобрать: стоит отвинтить всего две гайки на стягивающих шпильках – и магнитопровод распадается на две половинки.

У трансформаторов ТС-270, ТС-310 сечение магнитопровода имеет размеры 2 × 5 см (S = 10 см²), а у более новых ТСА-270 сечение магнитопровода S = 11,25 см² при размерах 2,5 × 4,5 см. При этом ширина окна у старых трансформаторов на несколько миллиметров больше. К тому же трансформаторы ТС-270 мотались медью, из их первичных обмоток может пригодиться провод 0,8 мм. ТСА-270 намотаны алюминием, поэтому их использовать нежелательно. В любом случае такие магнитопроводы вместе с каркасами при незначительных переделках можно использовать для изготовления сварки.

Понадобится три одинаковых трансформатора такого типа, при этом суммарная площадь их объединенного магнитопровода будет равняться 30–34 см². Еще до разборки телевизионных трансформаторов необходимо сразу же с помощью маркера или краски пометить сопрягаемые стороны половинок их магнитопроводов для того, чтобы при сборке не перепутать половинки от разных сердечников и они состыковались точно в том же положении, в котором и были собраны на заводе.

Как их соединить между собой после разборки, показано на рис. 53, б. Три отдельных броневых сердечника складывают боковыми торцами друг к другу и стягивают прежними хомутами-каркасами. При этом выступающие за боковой торец части металлических каркасов необходимо подрезать: на центральном магнитопроводе – с обеих сторон, а у боковых – лишь с одной, внутренней стороны. В результате получается единый магнитопровод большого сечения, который можно легко собрать и разобрать.

Объем окна такого магнитопровода позволяет использовать для первичной обмотки провод диаметром до 1,6 мм, а для вторичной – шину прямоугольного сечения 10 мм² или многожильный провод-канатик, изготовленный из пучка тонких проводов ∅0,6–0,8 мм, того же сечения, хотя прямоугольная шина компактнее. Для полноценного сварочного трансформатора этого, конечно, маловато, однако, учитывая невысокие затраты на изготовление данной конструкции, это вполне оправдывает себя в случае непродолжительных работ.

Обмотки мотают на картонных каркасах отдельно от магнитопровода, что, несомненно, удобно. Картонный каркас можно изготовить из пары родных каркасов трансформатора, выкинув из них с одной узкой стороны боковые щечки, а широкие щечки склеив между собой с помощью дополнительных полос жесткого картона. При намотке внутрь картонных каркасов обязательно надо плотно вложить распорки из нескольких обрезков деревянных дощечек. Обмотки необходимо укладывать виток к витку, как можно плотнее, межслоевая изоляция должна быть как можно тоньше. С внешней стороны после первого слоя провода и далее через каждые два желательно вставлять деревянные колышки для вентиляции обмоток.

Вторичную обмотку лучше всего мотать шиной прямоугольного сечения, так она займет наименьший объем. Если же она не влезает в положенный объем каркаса, придется отказаться от удобной намотки отдельно от магнитопровода и мотать вторичную обмотку на уже собранный, с установленной катушкой первичной обмотки сердечник, протягивая каждый ее виток через окно. На жестком магнитопроводе гибкий провод удастся утянуть значительно плотнее, чем на картонном каркасе, и в окно войдет большее количество витков.

Так как внутреннее пространство магнитопровода сильно ограничено, для экономии места придется отказаться от разделения первичной обмотки на две секции. Первичная обмотка содержит 250 витков эмалированного провода ∅1,5 мм, и вся она помещена на одном плече. Для работы 2-миллиметровыми электродами вторичная обмотка (45 В, многожильный провод или шина сечением 10 мм²) располагается полностью на противоположном плече. В такой комбинации сварочный ток равняется примерно 70 А, а в режиме короткого замыкания прирост тока совсем небольшой. Ток холостого хода – 450 мА при напряжении сети 230 В.

Для работы «тройкой» вторичную обмотку надо дополнить. Считаем предыдущую обмотку за 2/3 общего ее объема, а еще 1/3 располагаем на первом плече поверх первичной. В этом варианте выходной ток в дуговом режиме увеличится примерно до 100 А, и, для того чтобы избежать чрезмерного нагрева, корпус трансформатора следует оборудовать нагнетающим вентилятором.

Рис. 53. Сварочный трансформатор из телевизионных трансформаторов:

а – исходный трансформатор; б – конструкция сварочного трансформатора; 1, 2, 3 – магнитопроводы телевизионных трансформаторов; 4 – U-образные наборы пластин; 5 – обмотки; 6 – нижняя часть хомута; 7 – стягивающие шпильки; 8 – верхняя часть хомута

При сборке магнитопровода особое внимание следует уделить надежности крепления и плотности прилегания отдельных U-образных половинок броневого сердечника. Как уже говорилось, сопрягаемые половинки магнитопровода должны быть от одних и тех же трансформаторов и устанавливаться теми же сторонами, что и на заводе. Под гайки стягивающих шпилек обязательно нужно подложить шайбы большого диаметра и шайбы Гровера.

Основным недостатком данного СТ является несовершенство магнитопровода, имеющего сжатый зазор между двумя половинками и не рассчитанного на большую мощность. Греется первичная обмотка у этого трансформатора сильнее, чем, например, обмотка с таким же проводом у «ушастика». Тем не менее его можно с успехом использовать в подсобных целях, особенно для сваривания тонкого автомобильного металла. Он отличается особенно компактными размерами и небольшим весом – 14,5 кг.

Большинство однофазных трансформаторов, использующихся в промышленности, изготовлены по Ш-образной схеме. Снятые со старого оборудования Ш-образные трансформаторы тоже можно переоборудовать под сварочные, по крайней мере использовать их магнитопроводы, если те обладают достаточным сечением и размерами окна сердечника. Но, как правило, большинство приборных трансформаторов обладают весьма ограниченными размерами. Здесь имеет смысл собрать из пластин двух одинаковых трансформаторов один магнитопровод, нарастив таким образом площадь сечения. Увеличение сечения магнитопровода дает выигрыш в витках: их теперь придется мотать значительно меньше. А чем меньше витков, тем в меньшее по объему окно можно установить обмотки. Разумный предел здесь такой же, как и в вышеописанных случаях, – 50–60 см². Если размеры Ш-образного магнитопровода позволяют, то обмотки лучше расположить раздельно, чтобы несколько улучшить сварочные характеристики трансформатора.

Например, можно изготовить СТ из магнитопроводов двух одинаковых Ш-образных трансформаторов с внешними размерами Ш-образной пластины 122 × 182 мм и размерами окон 31 × 90 мм. Площадь сечения сложенного из двойного набора пластин магнитопровода превысит 60 см², что даст возможность до минимума сократить число витков его обмоток. Первичная обмотка будет состоять из 176 витков провода ∅1,68 мм. Вторичную мотают в два провода Ш2,5 мм с выходным напряжением 46 В. При сетевом напряжении 235 В трансформатор способен развить ток дуги до 160 А, хотя и греется при этом значительно.

Обычно сложенные из пластин сердечники промышленных трансформаторов разбирать легко, соответственно, снять старые провода и намотать новые обмотки несложно. Известны случаи, когда на Ш-образный магнитопровод сначала устанавливали вторичную обмотку (низкого напряжения), а поверх нее – первичную (высокого напряжения). Характеристики сварки от этого не ухудшатся, зато удастся избежать некоторых проблем. Дело в том, что количество витков вторичной обмотки может быть весьма приблизительным, ориентированным на 40–60 В. Подбирать же, подстраивая сварочный трансформатор под нужную мощность, приходится витки первичной обмотки. Рассчитав и уложив сначала обмотку низкого напряжения, ориентируясь примерно на 50 В, потом можно будет всегда снять или добавить определенное количество витков с верхней, первичной, обмотки уже готового трансформатора.

В отслуживших свой век агрегатах и оборудовании можно встретить довольно мощные и крупные трансформаторы. Для стационарных трансформаторов никогда не используют предельные возможности ни железа, ни обмоточных проводов – всё делается с запасом. Провода часто имеют значительные сечения, так как рассчитаны на плотность тока в 3–4 раза меньше, чем допустимо для сварки. Очень часто большие трансформаторы имеют много вторичных обмоток, рассчитанных на разные напряжения и мощности. Первичная обмотка в трансформаторе всегда одна, и ее провод рассчитан на полную мощность всех вторичных цепей. В этом случае можно оставить первичную обмотку полностью или частично отмотать, а все вторичные снять, намотав на их место одну толстым проводом. Если же непригодна и первичная обмотка, но сам магнитопровод подходит для изготовления сварочного трансформатора, тогда придется мотать все обмотки с нуля.

В оборудовании чаще используются невысокие напряжения – 12; 27 В. Поэтому мощные, намотанные толстым проводом трансформаторы могут иметь выход 2 × 12 В, 27 В и др., что явно недостаточно для зажигания дуги при сварке. Но если имеется два таких трансформатора, их можно объединить, не переделывая, в один сварочный. Для этого первичные обмотки включают параллельно, а вторичные соединяют последовательно, после чего их напряжения суммируют.

Может оказаться, что такая объединенная сварочная система будет обладать плохой, близкой к жесткой, характеристикой. Для исправления характеристики необходимо включить в цепь вторичной обмотки, последовательно с дугой, балластное сопротивление – отрезок нихромовой или другой высокоомной проволоки. Обладая сопротивлением порядка сотых долей ома, она несколько уменьшит мощность трансформатора, зато это позволит работать в ручном режиме.

В ряде случаев из готовых трансформаторов СТ получается практически без переделки. Мощные трансформаторы подходящего типа обычно применяют в местах с повышенной пожароопасностью, влажностью и т. п. для создания сетей с напряжением 36 или 40 В. Такие трансформаторы могут иметь разную мощность, подключаться к 220 или 380 В по одно– или трехфазной схеме. Провод и железо магнитопровода таких трансформаторов подбирают по мощности из расчета работы в длительном режиме (плотность тока 2–4 А/мм²), поэтому имеют значительные сечения. В режиме дуговой сварки такой трансформатор способен развивать мощность в несколько раз выше номинальной, а его провод безбоязненно переносит кратковременные перегрузки тока.

Если вы имеете дело с мощным однофазным трансформатором, у которого клеммы для включения на 220/380 В и выход 36, а возможно, и 12 В, то проблем с его подключением не будет. Не исключено, что придется домотать несколько витков вторичной обмотки для повышения выходного напряжения. Для сварки подходят трансформаторы с диаметром провода первичной обмотки около 2 мм, имеющие площадь магнитопровода, как правило, до 60 см².

Существуют трансформаторы на напряжение 36 В, предназначенные для включения в трехфазную сеть 380 В. Например, отлично работают в качестве сварочного понижающие трехфазные осветительные трансформаторы 380/36 В мощностью от 1,5 до 2,5 кВт типа ИВ-8, ИВ-10, С-Б22. Для переоборудования хорошо подходят трансформаторы с мощностью 2,5 кВА. Другие – 1,25 или 1,5 кВА – тоже можно использовать в качестве сварочного трансформатора, но только в кратковременном режиме, так как их обмотки при значительных для них перегрузках быстро перегреваются. Трансформаторы данного типа часто встроены в металлический корпус с ручками и откидной крышкой, что очень удобно для переоборудования их в сварочные аппараты. Процесс преобразования таких трансформаторов в сварочный несложен, поскольку не требуется ни переделка, ни перемотка катушек и т. п. При сравнительно малом весе и небольшой мощности железа благодаря взаимоиндукции первичных и вторичных обмоток трансформатор способен выдавать довольно большие токи.

Для питания трехфазных трансформаторов от однофазной сети 220 В их обмотки необходимо соединить между собой определенным образом. Тогда при нормальном напряжении в сети мощности трансформатора будет достаточно для работы электродом ∅4 мм.

Обычно такие трансформаторы изготовлены на трехплечевом Ш-образном магнитопроводе с сечением одного плеча не менее 25 см² (рис. 54, а). На каждом плече намотано по две обмотки – внутри первичная и поверх нее вторичная. Для начала необходимо разобрать соединения всех шести обмоток и найти начала и концы каждой из них.

В одном из вариантов подключения катушки среднего плеча не понадобятся вообще – работать будут только обмотки на крайних плечах. Две первичные обмотки с крайних плеч нужно соединить между собой параллельно.

Рис. 54. Схемы подключения обмоток осветительного трансформатора 220–380/36 В мощностью 3,5 (2,5) кВт для проведения сварочных работ:

а – расположение катушек на магнитопроводе; б – вариант с двумя рабочими обмотками; в – вариант со всеми рабочими обмотками. Пунктиром со стрелками показаны магнитные потоки в железе (для первичных обмоток) и магнитные потоки взаимоиндукции (для вторичных обмоток)

Ввиду того что магнитный поток должен циркулировать в магнитопроводе в одном направлении – по замкнутому кругу, катушки на противоположных плечах должны создавать потоки в противоположные стороны относительно, скажем, оси центрального плеча – одна вверх, другая вниз. Так как катушки намотаны одинаково, то токи в них должны течь в противоположных направлениях. Значит, при параллельном соединении начало 1-й нужно соединить с концом 2-й, конец 1-й – с началом 2-й. Вторичные обмотки соединяются последовательно, соединяясь между собой концами либо началами (рис. 54, б). Если обмотки подключены правильно, то выходное напряжение холостого хода должно ненамного превышать 50 В.

Можно задействовать и все три катушки. Схема такого подключения приведена на рис. 54, в. Три вторичные обмотки включают последовательно. Подключение двух катушек первичной обмотки такое же, как и в предыдущей схеме. В таком режиме СТ будет работать с электродом ∅3 мм, не перегреваясь, очень долго, а дуга на электроде будет исключительно устойчива. Если же замкнуть пакетный переключатель SA1, в цепь включается третья катушка, и можно использовать электроды ∅4 мм. При работе от обычной розетки 220 В ток, потребляемый СТ с таким подключением, не превышает 20 А.

Регулирование переменного сварочного тока

Большинство промышленных схем регулирования мощности слишком сложны для полноценной реализации на самодельных СТ, да и вряд ли оправданно их использование для бытовых нужд. Рассмотрим упрощенные, реально используемые в самодельном исполнении способы регулирования тока СТ.

Как упоминалось выше, можно регулировать ток СТ, переключая промежуточные отводы обмоток (см. рис. 38). Однако такой способ подходит больше для подстройки тока, нежели для его регулировки в широких пределах. Ведь, чтобы уменьшить ток в 2–3 раза, придется слишком увеличивать количество витков первичной обмотки, что неизбежно приведет к падению напряжения во вторичной цепи.

Самое широкое распространение получил очень простой и надежный способ регулировки тока с помощью включенного на выходе вторичной обмотки балластного сопротивления. Его сопротивление составляет порядка сотых или десятых долей ома, и подбирается оно экспериментально. Издавна с этой целью используют мощные проволочные сопротивления, применявшиеся в подъемных кранах и троллейбусах, а также отрезки спиралей ТЭНов или куски толстой высокоомной проволоки. Несколько уменьшить ток можно даже с помощью растянутой дверной пружины из стали. Балластное сопротивление можно включать стационарно (рис. 55, а) или так, чтобы потом можно было относительно легко выбрать нужный ток. Большинство проволочных резисторов высокой мощности изготовлены в виде открытой спирали, установленной на керамический каркас длиной до полуметра. Как правило, в спираль смотана и проволока от ТЭНов. Один конец такого сопротивления подключают к выходу СТ, а конец провода «массы» или держателя электродов оборудуют съемным зажимом, который легко перебросить по длине спирали сопротивления, выбирая нужный ток (рис. 55, б). К недостаткам такого способа регулировки надо отнести громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении. Зато балластные сопротивления, пусть даже и грубой и примитивной конструкции, улучшают динамическую характеристику СТ, сдвигая ее в сторону крутопадающей.

И всё же регулировка тока во вторичной цепи СТ связана с определенными проблемами. Через регулирующее устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости. Кроме того, для вторичной цепи практически невозможно подобрать столь мощные стандартные переключатели, чтобы они выдерживали ток до 200 А. Другое дело цепь первичной обмотки, где токи в пять раз меньше, переключатели для которых являются ширпотребом. Последовательно с первичной обмоткой можно включать активные и реактивные сопротивления. Только в этом случае сопротивления резисторов и индуктивности дросселей должны быть значительно большими, чем в цепи вторичной обмотки. Так, батарея из нескольких параллельно соединенных резисторов ПЭВ-50-100 суммарным сопротивлением 6–8 Ом способна понизить выходной ток 100 А вдвое. Можно собрать несколько батарей и установить переключатель. Если же нет в распоряжении мощного переключателя, то можно обойтись несколькими. Установив резисторы по схеме, приведенной на рис. 55, в, можно добиться комбинации 0; 4; 6; 10 Ом.

Вместо резисторов, которые при работе будут сильно нагреваться, можно установить реактивное сопротивление – дроссель, который можно намотать на каркасе от трансформатора 200–300 Вт, например от телевизора, сделав отводы через каждые 40–60 витков, подключенные к переключателю (рис. 55, г). Погасить мощность можно, включив в качестве дросселя вторичную обмотку такого трансформатора, рассчитанную примерно на 40 В. Дроссель можно изготовить и на незамкнутом – прямом – сердечнике. Это удобно, когда уже есть готовая катушка с 200–400 витками подходящего провода. Тогда внутрь ее надо набить пакет прямых пластин из трансформаторного железа. Необходимое реактивное сопротивление подбирают в зависимости от толщины пакета, ориентируясь по сварочному току СТ. Например, дроссель, изготовленный из катушки, содержащей около 400 витков провода диаметром 1,4 мм, набит пакетом железа с общим сечением 4,5 см² и длиной, равной длине катушки (14 см). Это позволит уменьшить ток СТ примерно в 2 раза.

Дроссель такого типа можно сделать и с плавно регулируемым реактивным сопротивлением. Надо изготовить конструкцию для регулировки глубины ввода стержня сердечника в полость катушки (рис. 55, д). Катушка без сердечника обладает ничтожным сопротивлением, а при полностью введенном стержне ее сопротивление максимально.

Рис. 55. Регулировка тока СТ:

а – нерегулируемым балластным сопротивлением; б – регулируемым балластным сопротивлением; в – магазином сопротивлений; г – переключаемым дросселем; д – регулируемым дросселем (1 – катушка; 2 – сердечник; 3 – фиксатор)

Следует отметить, что дроссель, намотанный подходящим проводом, мало греется, но у него сильно вибрирует сердечник. Это надо учитывать при стяжке и фиксации набора пластин железа. Кроме того, у трансформаторов с небольшими токами холостого хода (0,1–0,2 А) вышеописанные сопротивления в цепи первичной обмотки СТ практически не влияют на их выходное напряжение холостого хода, и это не сказывается на процессе зажигания дуги. Но у СТ с током холостого хода 1–2 А при внесении в первичную цепь балластного сопротивления выходное напряжение уменьшается уже ощутимо.

Каких-либо выраженных отрицательных влияний на зажигание и горение дуги добавленные последовательно первичной обмотке активные и реактивные сопротивления не оказывают. Однако качество дуги, по сравнению с включением гасящего резистора в цепь вторичной обмотки, все же ухудшается. Впрочем, вполне допустимо комбинировать регуляторы или ограничители тока разных типов.