Сварочный инвертор своими руками: схема и сборка

Аргоновая горелка

Аргоновая горелка воздушного охлаждения, которую вы с
успехом применяли для работы на постоянном токе, при работе на переменном токе
может оказаться недостаточно мощной.

Постоянный ток обладает одной особенностью: в том месте,
куда подводится плюс питания, выделяется намного больше тепла, чем на минусе.
Как вы уже убедились, при аргоновой сварке постоянным током используется прямая
полярность, то есть на электрод подается минус. Из-за этого электрод,
нагреваясь незначительно, допускает применение больших токов.

Совсем иная ситуация при сварке переменным током. Здесь
тепловыделение как на электроде, так и на изделии, примерно одинаково. Из-за
этого перегревается как электрод, так и горелка.

Горелка воздушного охлаждения может выдержать максимум
160-180 А. Этого не всегда бывает достаточно при сварке массивных блоков
цилиндров. В этом случае вам придется приобрести горелку с водяным охлаждением.

Охлаждение таких горелок можно осуществлять как проточной
водой, так и в замкнутой системе.

Охлаждение проточной водой наиболее просто, однако здесь
требуется водопровод и канализация.

При замкнутой системе охлаждения используется циркуляционный
насос, радиатор и охлаждающий его вентилятор.

Аргоновые горелки водяного охлаждения, ко всему прочему,
допускают использование электродов диаметром 4 мм и более.

При сварке массивных блоков цилиндров горелка воздушного охлаждения может перегреваться. В этом случае ее нужно заменить горелкой жидкостного охлаждения, такой, как UnoTIG-18.

Блок водяного охлаждения сварочной горелки.

Разбираемся в конструкции и принципе действия осциллятора

Сварочные осцилляторы, способные работать с источниками переменного и постоянного тока, необходимы для того, чтобы одновременно повысить как величину напряжения, так и частоту электрического тока. Если на входе такого устройства напряжение составляет 220 В, а частота тока – 50 Гц, то на выходе уже получается 2500–3000 В и 150000–300000 Гц. Продолжительность импульсов, которые создает осциллятор, составляет десятки микросекунд. Мощность этих устройств, с помощью которых в сварочную цепь поступает ток высокой частоты и с большим значением напряжения, – 250–350 Вт.

Технические возможности, которыми обладает осциллятор, обеспечиваются его конструкцией и характеристиками его элементов.

Электрическую схему аппарата составляют следующие компоненты:

колебательный контур, выступающий в роли искрового генератора затухающих колебаний (в состав такого контура входят конденсатор и катушка индуктивности – подвижная обмотка высокочастотного трансформатора);
разрядник;
дроссельные катушки в количестве двух штук;
повышающий трансформатор;
трансформатор высокой частоты.

Функциональная схема осциллятора

Кроме того, осциллятор содержит элементы, обеспечивающие безопасность как самого устройства, так и сварщика. К таким элементам относятся конденсатор, защищающий сварщика от удара электрическим током, и предохранитель, размыкающий электрическую цепь при пробое конденсатора.

Осциллятор, который используется в паре со сварочным аппаратом, работает по следующему принципу. После прохождения по обмоткам повышающего трансформатора напряжение поступает на конденсатор колебательного контура и начинает заряжать его. Когда конденсатор заряжается до величины, предусмотренной его емкостью, он выдает разряд на разрядник, что приводит к пробою. После этого колебательный контур оказывается закороченным, что и вызывает возникновение резонансных затухающих колебаний. Высокочастотный ток, формирующий эти колебания, через блокировочный конденсатор и обмотку катушки поступает на сварочную дугу.

Пример изготовления платы осциллятора

Блокировочный конденсатор устроен таким образом, что через него может свободно проходить только ток высокой частоты, отличающийся и большим значением напряжения. Низкочастотный ток через такой конденсатор проходить не способен из-за слишком большого сопротивления. Благодаря данной характеристике блокировочного конденсатора через него не может пройти и низкочастотный ток от сварочного аппарата, что защищает осциллятор от короткого замыкания.

Разновидности

Использовать осциллятор можно по-разному в зависимости от вида работ и типа устройства. Общим для всех вариантов оборудования является необходимость преобразования тока до значений в 3000-5000 В и повышение частоты до 150-500 Кгц. Основное отличие состоит в продолжительности высокочастотного импульса. По принципу работу устройства бывают двух видов.

Непрерывного действия

Особенность заключается в том, что высокочастотный и сварочный токи суммируются. Дуга поджигается бесконтактным способом. Дуга остается стабильной даже при небольших показателях силы тока. Поражение специалиста электрическим разрядом, а также разбрызгивание расплава исключены. Неважен способ подключения оборудования в схему – параллельный или последовательный.

При последовательном подключении устройство присоединяется к кабелю, подающему напряжение на электрод. Такой вариант включения осциллятора является наиболее востребованным, поскольку наиболее эффективно используются его возможности. Не расходуется энергия на защиту от высокого напряжения. Модели непрерывного действия часто устанавливаются на трансформаторы и инверторы для работы с электродами покрытого типа.

Импульсные

Подключается параллельно и применяется тогда, когда сварочные работы выполняются переменным током. Оборудование должно очень быстро реагировать на смену полярности и именно в этом состоит основная сложность. В таких условиях поддержать дугу, обеспечить стабильность можно только при помощи импульсного высокочастотного тока. Если к сварочному аппарату на переменном токе подключить осциллятор непрерывного действия, то сварочная дуга зажжется без проблем. Но только первый раз. Повторно ее инициировать будет невозможно. Проще говоря устройство сможет выполнить свои функции только частично.

Конденсаторы в схеме необходимы для того, чтобы с максимальной эффективностью и в полном объеме задействовать функционал оборудования. Они копят заряд, который нужен для повторных импульсов – розжига угасшей в процессе формирования сварного шва дуги. Это неизбежно случается каждый раз, когда сварщик отклоняет электрод от сварочной ванны на большое расстояние, разрывающее протекание электрического разряда. Не обойтись в такой установке без обратной связи. Поэтому предусмотрена управляющая схема, которая синхронизирует разряд конденсатора.

КАК САМОМУ СДЕЛАТЬ ОСЦИЛЛЯТОР

Главный элемент электросхемы осциллятора — трансформатор. Он увеличивает стандартное 220-вольтное напряжение до высоких значений.

Этот контур нужен для того, чтобы появлялись импульсы затухания с высокой частотой. Они делают зажигание дуги простым и способствуют тому, чтобы она горела стабильно.

Управляется осциллятор при помощи кнопки. Она будет включать разрядный механизм и делать это одновременно с подачей защитного газа в зону сварки. Контакты «плюс» и «минус» будут направлены на выход.

Первый подают на горелку аппарата сварки, а второй — на деталь, которую сваривают.

Заводские или самодельные усилительные устройства могут работать по двум системам. Первая основана на принципе постоянной подачи. Вторая — на принципе импульсивной работы.

Осцилляторы с постоянной системы нужно использовать только в паре с приборами, которые будут защищать от перегрева — и это их основной недостаток.

С импульсивным принципом такой проблемы нет, поэтому лучше выбирать осцилляторы на его основе. С ними дуга будет ровной и «спокойной» всё время сварки.

Если, сваривая алюминий, вы часто используете осциллятор, сделанный самостоятельно, обращайте особое внимание на технику безопасности. Такие «поделки» могут работать с перебоями и ломаться

Собирая осциллятор, не пытайтесь экономить на деталях, покупая их в «подвальных» магазинах, а перед тем, как начать сварку, протестируйте свой новый прибор.

Технология сварки алюминия и его сплавов

Сварка алюминия чаще всего выполняется сварочным инвертором с применением особых электродов. Для небольшой частной мастерской можно приобрести оборудование для TIG сварки. Для этого потребуется аппарат укомплектованный горелкой и баллон с газом, который приобретается отдельно.

Алюминий и его сплавы обладают некоторыми особенностями, затрудняющими процесс сварки:

Плёнка окиси;
Высокая теплопроводность;
Текучесть;
Неравномерная кристаллизация.

Покрывающая алюминий оксидная плёнка имеет большую температуру плавления и препятствует процессу соединения деталей. Теплопроводность алюминиевых изделий требует увеличения сварочного тока. Алюминий в расплавленном виде активно растекается, поэтому при сварочных работах приходится применять теплоотвод.

При соединении алюминиевых сплавов, особенно с содержанием кремния, часто образуются поры и трещины, которые нарушают прочность сварного шва. Отличительной особенностью алюминия считается то, что он не изменяет цвет при воздействии температуры, поэтому иногда сложно определить начальную точку его плавления.

TIG сварка

Для сварки алюминия в домашних условиях с использованием аргона можно воспользоваться сварочными аппаратами КЕДР ТИГ 200Р или СВАРОГ PRO TIG 200 P DSP AC/DC. Аппараты комплектуются горелками с вольфрамовым электродом. Подготовка к сварке включает в себя тщательную очистку свариваемого металла с помощью металлической щётки. Абразивные материалы применять не рекомендуется, так как они могут загрязнить место будущего шва. Тугоплавкий электрод следует заточить, чтобы его конец был острым. Это облегчает зажигание дуги.

В процессе сварки острый конец электрода должен заплавиться в шарик. Если этого не происходит, следует увеличить сварочный ток. При сварке в помещении расход аргона должен составлять 6-8 литров в минуту.

Дуговая сварка тугоплавким электродом с использованием защитного газа производится только на переменном токе. Это уменьшает разбрызгивание и повышает качество шва.

Сварка покрытым электродом

Сварка алюминия в домашних условиях инвертором предполагает использование электродов с покрытием. Никакой газ при этом не применяется. Следует иметь в виду, что таким образом можно сваривать детали, которые в дальнейшем не будут подвергаться большим механически нагрузкам и деформациям. Сварка алюминия с использованием аппарата инверторного типа осуществляется на постоянном токе при обратной полярности, когда плюс подаётся на электрод.

Перед сваркой металлические поверхности следует обезжирить ацетоном, бензином или другими реагентами. Для удаления плёнки окисла и повышения качества шва можно обработать свариваемые кромки в 30-40% растворе ортофосфорной кислоты.

Сварка алюминия в бытовых условиях не представляет больших сложностей, если соблюдать все требования к производству данных работ. Начинающим нужно попрактиковаться на алюминиевых отходах, прежде чем приступать к настоящей работе.

Сварочный осциллятор своими руками

Промышленных конструкций сварочных осцилляторов немало. Например, модель УВК-7, используемая для питания сварочных аппаратов постоянного и переменного тока. Недостаток такого устройства в том, что оно непригодно для инвертора, поскольку требует питания не более 80 В против 220 В, от которого работают сварочные инверторы.

Модель ОССД-300 рассчитывается на напряжение холостого хода не ниже 60 В и обязательно потребует балластного реостата, что поднимает планку требований к мощности сварочного аппарата. Подобные ограничения действуют и в отношении популярного осциллятора ОП-240 «Огниво».

Исходными данными для изготовления осциллятора своими руками являются:

Назначение (для алюминия или нержавеющей стали).
Род используемого тока – переменный, постоянный и его напряжение.
Потребляемая мощность – обычно не более 200…250 Вт, в противном случае стоимость компонентов схемы резко возрастёт.
Вторичное напряжение, которое должно быть не ниже 2500 В, иначе изготовление самодельного осциллятора себя не окупит.

Работу легче начинать, располагая сварочным преобразователем: в этом случае осциллятор можно делать не импульсно, а непрерывно действующим, и подключать к сварочной сети по более простой последовательной схеме. Наконец, при высокой частоте тока поджиг дуги произойдёт без контакта электрода со свариваемой поверхностью, а устойчивое горение дуги гарантируется даже при сравнительно небольших значениях силы тока.

Компоновку осциллятора на прямоугольной плате лучше выполнять следующим образом. Слева размещается высокочастотный трансформатор, предохранители и цепь управления, справа — дроссель, в центре – разрядник, конденсатор колебательного контура и блокировочный конденсатор, который будет отсекать ток низкой частоты от сварочной цепи.

Трансформатор подбирается по его требуемым характеристикам тока во вторичной обмотке. Катушку индуктивности надёжнее собрать сдвоенной: при последовательном соединении двух колебательных контуров подача тока и напряжения оказывается более стабильной, а защита осциллятора от выхода из строя – более надёжной. Обе части контуров – одинаковы, и состоят из:

конденсатора, рассчитанного на менее, чем на двукратный запас по напряжению (не менее 450…500 В для первой части и хотя бы 4 кВ – для второй) при ёмкости от 0,3 мФ (во втором каскаде может быть до 1 мФ);
варистора напряжением не менее того, которое требуется для напряжения на вторичной обмотке – 90…100 В (во втором каскаде может быть до 140…150 В);
катушки индуктивности, представляющей собой ферритовый стержень, на который с зазором не менее 0,8 мм наматывается проволока сечением 15…20 мм2. Число витков на первом каскаде должно быть не менее 7, во втором – меньше Вторая катушка служит своего рода фильтром от возможных колебаний тока большей амплитуды, которые могут привести к нестабильному горению дуги;

Для изготовления разрядника подбирается плата с рёбрами жёсткости, которая должна понижать температуру при срабатывании. В качестве вольфрамовых электродов можно воспользоваться сварочными, с диаметром не менее 2 мм. Торцы электродов предварительно торцуют, чтобы они были строго параллельны. Обязательно предусматривается регулировка зазора при помощи винта.

Во вторичную обмотку второго каскада для повышения стабильности работы подключается катушка от любого электрошокера. Правда, для питания этой катушки требуется напряжение 6В, которое можно получить только от аккумулятора, но это даже и лучше: всё равно самодельный осциллятор время от времени необходимо подвергать регламентному обслуживанию.

Первый каскад подключают к зажимам сварочного инвертора, а второй – к свариваемой детали и сварочной горелке. Осциллятор следует собрать во влагозащищённом корпусе, который снабжается вентиляционными отверстиями.

Компенсатор постоянной составляющей тока дуги

Дуга, горящая между вольфрамовым электродом и алюминием,
искажает форму кривой переменного тока. Это связано с разной проводимостью дуги
прямой и обратной полярности.

Дуговой промежуток прямой полярности имеет небольшое сопротивление,
и через него течет максимальный ток. Дуговой промежуток обратной полярности
отличается повышенным сопротивлением, протекающий через него ток намного ниже.
В результате общий ток дуги прямой полярности вызывает постоянную составляющую
тока дуги.

Небольшой по величине общий ток дуги обратной полярности не
может эффективно удалять окисную пленку. Для нормальной сварки алюминия эти два
тока необходимо выровнять.

Устройство, выравнивающее токи дуги прямой и обратной
полярности, получило название «компенсатор постоянной составляющей сварочного
тока».

Видео: «Компенсаторы постоянной составляющей для аргоновой сварки алюминия».

Особенности аргоновой сварки

Сварка в аргоновой атмосфере отличается от обычной ММА такими особенностями:

производится при постоянном обдуве аргоном;
ток может использоваться как переменный, так и постоянный (обратной полярности);
необходимо использовать вольфрамовый электрод;
без присадочной проволоки варить можно только особо тонкие листы;
для розжига дуги необходим осциллятор;
техника проводки электрода имеет определенную специфику.

Рассмотрим все пункты по отдельности. Может показаться, что они напрямую не относятся к теме, как из обычного инвертора сделать профессиональную аргоновую сварку, но, зная эти тонкости, станет легче учесть все особенности аппарата и технологии.

Схема аргонной сварки:

Зачем нужен аргон

Этот элемент (Ar) входит в группу (18) инертных (можно посмотреть в периодической таблице) газов, которые в обычном состоянии практически не взаимодействуют с большинством веществ, включая металлы, кислоты, соли и щелочи. По распространенности в природе он находится на третьем месте после кислорода и азота, что определяет его достаточно невысокую цену по сравнению, например, с гелием.

Практические свойства при сварке определяет его вес — он тяжелее азота и кислорода более чем в два раза, появляясь в зоне сварного шва, он попросту вытесняет эти газы и окутывает ванну, не допуская возникновения химических реакций окисления. Этот факт необходимо учитывать при сварке на открытом воздухе — сильный или умеренный ветер может ухудшить качество сварки.

Сварочный ток

Электрический ток напряжением 30-80 В и силой 20-200 А — диапазоны, применяющиеся при сварке цветных металлов в инертной атмосфере. Выбор параметров тока производится согласно специальных таблиц и зависит от диаметра электрода и толщины свариваемого металла. Правильно выбрав характеристики тока, вы сможете выполнить самый сложный шов даже на самодельном аппарате.

Электрод

Вольфрамовый остро заточенный стержень, использующийся в роли электрода удобен тем, что:

он не плавиться (Т плавления выше 3000 0 С, даже при красном калении он не размягчается) при температурах сварки цветных металлов;
позволяет получить очень тонкую дугу, дает возможность формирования компактного шва;
испарение электрода составляет не более 0,01 грамма на 1 м шва.

При этом промышленность выпускает такие электроды в более чем 25 видах, выбрать нужный не составит особого труда.

Присадочная проволока

Дополнительный материал, который при сварке плавиться электрической дугой и заливает шов. При застывании он образует монолитное соединение. На особо тонких листах проволока практически не нужна, но для сварки объемных деталей она необходима.

Материал проволоки выбирается в соответствии со свариваемым металлом: для алюминия — алюминиевая, для нержавейки — из легированной стали определенной марки.

Осциллятор

При сварке постоянным током вольфрамовым электродом довольно сложно разжечь электрическую дугу. Если выполнять эту операцию касанием, как при сварке ММА, то возможно пригорание электрода, проплавление металла, приварка части материала к острию электрода и прочие неприятности.

Осциллятор — специальный аппарат, который вырабатывает высокочастотный ток для подачи импульса розжига. В дальнейшем он периодически генерирует поддерживающие импульсы, стабилизирующие дугу и позволяет сварщику уверенно работать как при постоянном, так и при переменном токе.

Перед тем, как сделать полноценную аргоновую ТИГ сварку самому, необходимо купить осциллятор, например УВК 7, или собрать его самостоятельно по одной из схем:

Но практика показывает, что осциллятор заводского изготовления работает намного надежнее. А цена его не столь высока, чтобы тратить неделю времени на поиск деталей, сборку и настройку самодельного устройства.

Тем более, что заводской осциллятор подключается очень просто практически к любому аппарату инверторного или трансформаторного типа — достаточно при помощи специальных разъемов навесить его на сварочные электрокабели. Он работает параллельно с аппаратом и на сварочный ток влияния не оказывает, поддерживая только стабильность дуги.

Но при покупке осциллятора следует учесть, что некоторые модели работают при напряжении холостого хода от 40 В. Если вы собрались вести сварку при U= 28-30В, то генератор импульса может не сработать.

Виды, подключение

По принципу работы устройства делятся на два типа:

Осцилляторы непрерывного действия.
Осцилляторы импульсного действия.

При работе осциллятора первого типа сварочный ток суммируется с высокочастотным током высокого напряжения. Зажигание дуги происходит без непосредственного контакта электрода с поверхностью металла. При малом значении силы тока дуга остается стабильной. Исключается разбрызгивание металла и поражение сварщика электрическим разрядом. Такой осциллятор может быть включен в сеть последовательно или параллельно. При последовательном соединении устройство включается в разрыв кабеля электрода. Подобное подключение позволяет использовать осциллятор более эффективным образом. Нет потери энергии на обеспечение защиты от высокого напряжения.

Импульсный осциллятор подключается параллельно и используется преимущественно в тех случаях, когда требуется вести сварочные работы переменным током. Вся сложность заключается в том, что устройство должно реагировать на смену полярности, причем за минимальное время. Поддержать дугу, повысив ее стабильность, может только ток высокой частоты импульсного типа. Если применить при такой сварке аппараты непрерывного действия, то дуга будет получена без особых проблем, однако повторное ее зажигание уже невозможно, то есть осциллятор будет выполнять только одну свою функцию.

Наличие в схеме конденсаторов позволяет сделать более функциональное устройство. Накопленный электрический заряд позволяет производить повторные импульсы и поджигать дугу в процессе формирования шва, если сварщик случайно отклонил электрод на большое расстояние. В схеме устройства без обратной связи не обойтись. Именно управляющая система обеспечивает синхронизированный разряд конденсатора.

Комплектующие детали для аппарата

Для изготовления плазмореза можно взять серийный сварочный инвертор, на основе которого изготавливаются чертежи и схемы плазмореза своими руками. Сборку производительного агрегата можно осуществить из набора элементов:

плазмотрона (плазменного резака);
источника питания (инвертор, трансформатор);
осциллятор;
компрессор для охлаждения плазмы;
электрические кабели;
соединительные шланги.

Благодаря высоким техническим характеристикам плазменная резка металла, своими руками которую можно изготовить в частной мастерской, имеет стабильное напряжение, влияющее на качество резки. Аппарат, изготовленный на основе инвертора, обладает высоким КПД, простой схемой настройки, малым потреблением электрической энергии, помогает выполнять работы на объектах с ограниченной доступностью.

Взаимодействие с инвертором

Принцип действия аппаратуры, стабилизирующей работу инвертора, состоит в дополнительной подаче высокого напряжения к электроду. Оно поступает периодически, вместе с основным выходным напряжением самого сварочного агрегата. Напряжение поступает в виде импульсов, имеющих характерную амплитудную модуляцию. Их параметры могут достигать 6 кВ, а частота находится в пределах 150-500 кГц.

Продолжительность сформированных импульсов незначительная, поэтому они отличаются очень маленькой скважностью, вполне достаточной для получения необходимой мощности – до 300 Вт. Их воздействие приводит к образованию кратковременного электрического пробоя между деталью и электродом, повышающего надежность контакта

Осциллятор запускается в тот момент, когда электрод приближается к металлу примерно на 5 мм. Под действием электрических импульсов воздушный промежуток ионизируется, после чего возникает мгновенный разряд.

Безопасность

Чтобы понять, что такое осциллятор, для чего нужен, необходимо иметь минимальные навыки сварщика. Основные различия рассматриваемых устройств и принцип их действия приведены выше. При работе с подобными приспособлениями следует соблюдать определенные меры безопасности.

Необходимо постоянно контролировать правильность подсоединения в сварочную цепь и проверять контакты на исправность. Кроме того, следует работать с использованием защитного кожуха, который снимать и одевать нужно при выключенном от сети аппарате. Также надо периодически проверять состояние поверхности разрядника (очищать его наждачкой от нагара).

Сварочный осциллятор своими руками

Исходными данными для изготовления осциллятора своими руками являются:

Назначение (для алюминия или нержавеющей стали).
Род используемого тока – переменный, постоянный и его напряжение.
Потребляемая мощность – обычно не более 200…250 Вт, в противном случае стоимость компонентов схемы резко возрастёт.
Вторичное напряжение, которое должно быть не ниже 2500 В, иначе изготовление самодельного осциллятора себя не окупит.

конденсатора, рассчитанного на менее, чем на двукратный запас по напряжению (не менее 450…500 В для первой части и хотя бы 4 кВ – для второй) при ёмкости от 0,3 мФ (во втором каскаде может быть до 1 мФ);
варистора напряжением не менее того, которое требуется для напряжения на вторичной обмотке – 90…100 В (во втором каскаде может быть до 140…150 В);
катушки индуктивности, представляющей собой ферритовый стержень, на который с зазором не менее 0,8 мм наматывается проволока сечением 15…20 мм2. Число витков на первом каскаде должно быть не менее 7, во втором – меньше Вторая катушка служит своего рода фильтром от возможных колебаний тока большей амплитуды, которые могут привести к нестабильному горению дуги;