Схема конденсаторной сварки для дома. Контактная сварка с помощью одного суперконденсатора. Более мощная конденсаторная сварка: схема и описание самодельного устройства

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:

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.

Конденсаторная сварка является методом сварки с запасенной энергией. Энергетические заряды будут накапливаться в конденсаторах в процессе зарядки от выпрямителя, после чего трансформироваться в теплоту. Она будет образовываться в процессе протекания тока между свариваемыми деталями. Именно поэтому конденсаторная сварка также называется контактной.

Элементы, которые будут необходимы:

• устройство для сварки;
• электрод;
• трансформатор;
• проволока;
• конденсатор.

Отличие точечного метода сварки от других существующих

Конденсаторная сварка с разрядом конденсатора через первичную обмотку трансформатора: а-схема процесса; б-диаграмма тока.

Основным отличием подобного метода соединения является экологичность. Стандартное устройство конденсаторной сварки работает на высоких токах, благодаря чему есть возможность получить шов отменного качества при небольшом расходе электроэнергии.

Конденсаторный метод сварки, как и приспособления для него, используется чаще всего в случаях, когда необходимо выполнить микросварку или соединить заготовки больших сечений и толщин. заключается в следующем:

1. В конденсаторах накапливается энергия в необходимом количестве.
2. Заряды превращаются в тепло, которое используется для сварки.

Следует знать, что точечная сварка является экологичной, так как она практически не оказывает влияния на окружающую среду. Используемые устройства не нуждаются в жидкости для охлаждения, так как из них не выделяется тепло. Подобное значительное преимущество дает возможность увеличить цикл жизни всего устройства для получения неразъемных соединений.

Вместо типичных цилиндров в конструкциях используются специальные сервоприводы, в связи с чем отсутствует необходимость в пневмоподключении. Встраиваемые компоненты позволяют скопить сварочное усилие довольно быстро и эффективно. Электроды при этом будут действовать на основание деликатно.

Конденсаторная сварка имеет следующие преимущества:

• возможность производить сварку на высокой скорости;
• точность соединения элементов;
• высокий уровень экологичности;
• надежность соединения;
• долговечность сварочных устройств.

За счет высокой скорости точечная сварка не будет деформировать и расплавлять металл. Устройства действуют на различные обрабатываемые заготовки щадящим образом. Отличные показатели качества можно получить при контактном или ударном способе соединения заготовок. Например, ударно-конденсаторный метод лучше всего использовать для соединения цветных металлов и сплавов на их основе. В итоге шов получится эстетичным, надежным, а процесс получения неразъемных соединений займет небольшое количество времени.

Конденсаторная сварка достаточно часто используется в промышленных условиях благодаря сочетанию эксплуатационных характеристик. Образуется технологическое явление, в процессе которого нераздельный контакт заготовок из металла производится ввиду выделения тепла. При этом из места сварки путем усилия сжатия устранятся грязь, оксидные пленки, различные включения и выпуклости. В результате появятся соединения между атомами соединяемых покрытий.

Заряды энергии будут аккумулироваться при зарядке от генератора или выпрямителя. Производить регулировку энергии можно с помощью изменения напряжения и емкости зарядки.

Существующие разновидности точечной сварки

Иногда используется соединение без трансформаторов. Конденсаторы в данном случае будут разряжать энергию на соединяемое основание. Допускаются следующие схемы зарядки:

1. 1000 мкФ устройства будут аккумулировать энергию на напряжение до 1000 В путем повышающего трансформатора, при этом время сварки составит 0,005 с. Ток сварки находится в промежутке от 10 до 100 А. Подобный способ опасен для человека в связи с высоким напряжением.
2. 40000-400000 мкФ устройства будут аккумулировать энергию на напряжение до 60 В путем понижающего трансформатора. Время сварки может достигать 0,6 с. при этом ток сварки находится в промежутке от 1000 до 2000 А.

В других случаях используется сварка с использованием трансформаторов. В данном случае конденсатор будет разряжать заряд энергии на первичную обмотку устройства трансформатора.

Виды контактной сварки: а – стыковая; б – точечная; в – роликовая; 1 – сварочный шов; 2 – электрод; 3 – свариваемые детали; 4 – подвижная плита с перемещаемой деталью; 5 – сварочный трансформатор; 6 – неподвижная плита.

Соединяемые детали при этом размещаются в контуре сварки, который соединяется со вторичной обмоткой трансформатора. Данный способ соединения используется в качестве микросварки со следующими параметрами:

• напряжение зарядки – 1000 В;
• время сварки – 0,001 с.;
• ток сварки – 6000 А;
• емкость конденсаторных устройств – 1000 мкФ.

Конденсатор будет аккумулировать энергию до конкретного количества при левом размещении рычага. При правом выполняется разряд тепловых обменников на первичную обмотку трансформаторной конструкции. Конденсаторный метод соединения во вторичной обмотке индуктируется электродвижущей силой. Данная сила обусловливает силу тока в цепочке сварки.

Сварка цветных металлов точечной сваркой

Цветные металлы контрастируют с обыкновенной сталью. В данном случае могут использоваться различные методы тепловой обработки. Все будет зависеть от вида соединяемого металла. Сварка подобных металлов имеет следующие особенности:

• температура плавления;
• плотность;
• сродство к газам атмосферы;
• механические показатели при низких и высоких температурах.

По совокупности данных можно выделить металлы:

• тяжелые цветные;
• активные и тугоплавкие;
• легкие.

Из первой группы можно плавить металлы точечной сваркой без особых трудностей. Для проводов из меди в большинстве случаев применяются механизированные устройства. Они способны обеспечить соединение высокого качества и сохранять исходные размеры заготовок.

Для обработки металлов двух остальных групп понадобятся устройства с высокой концентрацией энергии. Сварка своими руками заготовок из данных групп выполняется крайне редко, так как в данном случае могут образовываться летучие вредные соединения.

Технология конденсаторной сварки

Процесс соединения заготовок точечным способом состоит из нескольких этапов. Прежде всего, соединяемые заготовки понадобится совместить в необходимом положении, поместить между электродами устройства для сварки, после чего прижать друг к другу. После этого их понадобится нагреть до состояния пластичности и подвергнуть последующей пластической деформации. В условиях промышленности в процессе использования автоматических конструкций частота сварки достигает 600 точек/мин. Чтобы можно было произвести качественную конденсаторную сварку своими руками, понадобится поддерживать одинаковую скорость перемещения всех электродов. Обязательно надо обеспечить необходимую величину давления и полный контакт свариваемых заготовок.

Заготовки будут нагреваться за счет прохождения тока сварки в виде кратковременного импульса. Длительность импульса зависит от условий сварки и может составлять от 0,01 до 0,1 с. Данным импульсом обеспечится расплавление элемента в зоне действия электродов и образуется общее жидкое ядро двух заготовок. Диаметр ядра может составлять от 4 до 12 мм. После того как прекратит действовать импульс тока, заготовки некоторое время под давлением будут удерживаться, чтобы образованное ядро могло остыть и кристаллизоваться.

Продолжительность нагрева и сила давления

Продолжительность нагрева или прохождения тока сварки может изменяться, она зависит от условий сварки и мощности используемой конструкции. В случае соединения элементов из сталей, которые склонны к закалке и образованию трещинок, понадобится увеличить продолжительность нагрева. Это делается для того, чтобы была возможность замедлить дальнейшее охлаждение металла. Сварку заготовок из нержавеющей стали понадобится производить с минимальной продолжительностью нагрева. Это нужно для того, чтобы была возможность предотвратить опасность нагрева наружного основания точки соединения до температуры превращений структуры. Следует знать, что в результате могут быть нарушены высокие антикоррозийные свойства внешних слоев металла.

Сила давления между электродами должна обеспечить надежное соединение заготовок в месте сварки. Она зависит от вида соединяемого металла и толщины свариваемых заготовок. Давление после нагрева имеет важное значение, так как его величина будет обеспечивать мелкозернистую структуру металла в месте соединения, при этом прочность точки соединения будет равна прочности базового металла.

Особенности выбора и использования электродов

Факторы, от которых зависит качество сварки:

1. Качество сварки будет зависеть от правильного выбора диаметра электрода из меди. Диаметр точки соединения обязательно должен превышать толщину тонкого элемента соединения сварки в несколько раз.
2. Прижимом заготовок в момент прохождения импульса сварки может обеспечиться появление пояска для уплотнения возле расплавленного ядра. Благодаря этому не понадобятся какие-либо дополнительные меры защиты места соединения.
3. Чтобы была возможность улучшить кристаллизацию расплавленной заготовки, электроды понадобится разжать с небольшой задержкой после прохождения импульса сварки.
4. Чтобы можно было получить качественный и надежный шов сварки, соединяемые основания понадобится первым делом подготовить. В данном случае имеется в виду очистка элементов от ржавчины.
5. Расстояние между точками соединения должно обеспечить уменьшение шунтирования тока через ближние точки. К примеру, для соединения двух заготовок толщиной в 2-5 мм расстояние между точками соединения будет изменяться от 15 до 50 мм.

Электроды, которые используются для конденсаторной сварки, должны обеспечить прочность в интервале рабочих температур, высокую электро- и теплопроводность, а также легкость их обработки. Подобным требованиям соответствуют некоторые бронзы, которые включат в себя кобальт и кадмий. Подходят и сплавы меди с содержанием хрома. Следует знать, что по показателям тепло- и электропроводности медь существенно превосходит бронзу и сплавы, но данный металл во много раз хуже по показателям износостойкости. Поэтому лучше всего подходит для подобных целей сплав типа ЭВ, который являет собой практически чистую медь с добавлением хрома и цинка.

Чтобы уменьшить износ электродов, в процессе использования нужно интенсивно охлаждать их водой.

Как своими руками сделать устройство для сварки точечным способом?

Устройство для сварки проволоки из меди можно с легкостью собрать самому. Для этого следует приобрести трансформатор мощностью 450 Вт. Трансформатор нужен стандартного типа, с первичной медной обмоткой толщиной в 0,75х2 мм и вторичной обмоткой силовым кабелем из алюминия 6 мм. В данном случае понадобится и угольный электрод.

Устройство для сварки проводов из меди работает на переменном токе от 35 до 40 А. Высшая точка напряжения составляет 15 В. В качестве держателя электрода можно использовать несколько зажимов. Проводником для изготавливаемого устройства может служить угольный электрод, который изготавливается из щетки троллейбусного контакта.

Если аккуратно эксплуатировать данное приспособление, то оно может прослужить несколько лет. Нужно следить за контактами, а также за тем, чтобы не разряжался аккумулятор. Схема сварки проводов из меди не подразумевает применение устройств с высокими ресурсами. Самодельное приспособление способно отлично справиться со значительными объемами работы.

Следует заметить: сварочные работы в данном случае можно автоматизировать, что является существенным преимуществом.

Конденсаторная сварка является сложным процессом, поэтому необходимо знать все нюансы.

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

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.

Конденсаторная сварка – это технология создания бесшовного соединения металлических изделий. Соединения осуществляется за счет кратковременных импульсов электрической энергии.

Расплавленный металл и присадочный материал перемешиваются, после застывания образуется сварочный шов. В процессе выполнения работ сварщик подвергаются интенсивному воздействию ультрафиолета, который оказывает негативное влияние на организм человека.

В отличие от данного метода, конденсаторная сварка не вредит здоровью , поэтому для выполнения работ не требуется минимальный комплект средств индивидуальной защиты. Благодаря точности устройств, после соединения элементов на поверхности практически не остаются следы. Рациональное использование энергии позволяет сэкономить электричество.

Современная наука не располагает возможностями для создания массивных аппаратов, поэтому в настоящее время конденсаторная точечная сварка используется для соединения компактных элементов.

Принцип точечного способа

Технологический процесс соединения выглядит следующим образом:

1. Две заготовки соединяют двумя проводниками, для создания замкнутой цепи.
2. Конденсаторы накапливают необходимое количество энергии от питающей сети.
3. На проводники поступает кратковременный заряд, под действием которого контактная область плавится, образуя соединения.

Метод позволяет соединить изделия, которые отличаются по типу металла. Однако толщина одного из элементов не должна превышать 0,15 см.

Выполнение работ не требует применения каких-либо расходных материалов. Зона расплава состоит исключительно из сплава заготовок.

Требования

Для получения качественного результата необходимо соблюдать следующие требования:

1. Длительность рабочего цикла не превышает 3 мс.
2. Конденсаторы получают рабочий уровень энергии за короткий промежуток времени.
3. В качестве предварительной подготовки выполняют очистку от загрязнений и обезжиривание поверхности.
4. На роль лучше всего подойдут медные стрежни. Их толщина быть в три раза больше, чем самое тонкое место заготовки.
5. В момент контакта соединяемые элементы должны быть плотно прижаты друг к другу. После разряда необходим небольшой промежуток времени, для кристаллизации соединения, поэтому электроды отсоединяют с небольшой задержкой.

Разновидности

Различают несколько технологических приемов для выполнения конденсаторной контактной сварки. Рассмотрим их подробнее.

Точечная

Метод предназначен для соединения изделий с разными габаритами, например тонкой проволоки и листа металла . Соединение выполняется за счет короткого импульса тока, накопленного в конденсаторах. Широко применяется в электротехнической промышленности.

Роликовая

В данном случае шов состоит из множества точечных соединений перекрывающих друг друга . Они обеспечивают полную герметичность. Сварку выполняют специальными электродами, непрерывно вращающимися вокруг своей оси. Основная сфера использования – производство приборов преобразования электромагнитной энергии.

Стыковая

Свое название получила благодаря возможности выполнять сварку проводов малого сечения стык в стык. Выполняется методом оплавления или сопротивления . В первом случае перед соприкосновением концы деталей оплавляются, под действием электрической дуги. Затем приступают к сварке. Во втором случае все действия выполняются в момент соприкосновения заготовок.

Преимущества и недостатки

К достоинствам аппаратов относят:

• производительность работ;
• возможно применение в промышленных и бытовых целях;
• низкое энергопотребление;
• простая конструкция;
• длительный период эксплуатации;
• точечное воздействие позволяет выполнить соединения без тепловой деформации изделия;
• не требуется применение расходных материалов;
• малые размеры позволяют свободно перемещать устройство самостоятельно.

Конденсаторы в сварочных аппаратах, функционирующих по прочим технологиям, также играют важную роль. Например, алюминиевые электролитические конденсаторы в инверторах и полуавтоматических аппаратах они отвечают за повышение уровня напряжения, а также сглаживают возможные пульсации.

Недостатков всего два:

1. Малая мощность не позволяет соединять заготовки большого сечения.
2. Эксплуатация аппарата вызывает помехи, которые нарушают функционирование рабочей сети.

Cвоими руками: схема простейшего прибора

Помимо работ промышленного назначения, точечную сварку часто используют в быту . Аппарат заводского производства стоит довольно дорого. На просторах интернета можно найти множества чертежей для самостоятельной сборки различного направления деятельности. Например, конденсаторная сварка для аккумулятора своими руками изготавливается из дипольной катушки и трансформатора с контактными триодами.

Рассмотрим схему и описание конденсаторной сварки своими руками, в которой для передачи импульсов используется трансформатор.

Схема устройства имеет следующий вид:

Для сборки понадобится:

1. Конденсатор емкостью 1000 мкФ. Для накопления заряда.
2. Ферритовый сердечник с Ш-образными пластинами для изготовления трансформатора.
3. Медная проволока сечением 0,8 мм. Для первичной обмотки будет достаточно 3 витков.
4. Медная шина. Будет использована для изготовления вторичной обмотки, которая должна насчитывать 10 витков.
5. Тиристор типа КУ-202М. Для управления коммутацией напряжением.

Такой прибор будет с легкость справляться с элементами, толщиной до 0,5 мм.

Схема и описание более мощного устройства

Схема устройства для точечной сварки на конденсаторах, способной работать с изделиями большей толщины, имеет следующий вид:

Основу аппарата составляют 6 конденсаторов на 10000 мкФ, соединенные в единую батарею . В данном случае, в качестве ключей были использованы два тиристора 70TPS12, подключенные параллельно. Зарядка конденсаторов осуществляется с помощью повышающего преобразователя. Сопротивление резистора составляет 130 Ом.

Для визуального контроля над уровнем заряда имеется блок светового индикатора с 3 делениями.

Расчетная сила тока составляет 2000 А, а величина напряжения – 32 В.

Единственный недостаток данной модели – продолжительность зарядки конденсаторов, которая составляет 45 секунд.

Собранный аппарат не сможет приварить шпильку большого диаметра, однако вполне справится с проводом, сечением до 5 мм.

Обращаем внимание, что промышленные образцы изготовлены с соблюдением ГОСТов, регулирующих данную отрасль промышленности. В случае самостоятельных изобретений вся ответственность за возможные последствия ложится на конструктора .

Устройство контактного блока

Механизм для фиксации и перемещения электродов по рабочей плоскости называется контактным блоком . Примитивная конструкция подразумевает ручную регулировку контактов. В продвинутых моделях за надежность крепления отвечает блок из метизов.

В этом случае нижний стержень фиксируется в неподвижном положении. Его длина должна быть в диапазоне 10-20 мм, а сечение – не менее 8 мм.

Второй стержень крепят на подвижную площадку. Для регулировки давления устанавливают простейшие винты.

Для обеспечения безопасности следует о наличии надежной изоляции между площадкой и основанием энергетического блока.

Порядок проведения работ

Рабочий процесс можно условно разделить на три этапа:

1. Подготовка . Рабочая поверхность должна быть тщательно очищена от коррозии и масляных пятен.
2. Рабочий цикл . Изделия стыкуют в нужно положении. После этого к ним подводят электроды. Заряд подается после нажатия пусковой кнопки.
3. Изменение положения детали . В случае необходимости, изделие перемещают для нового точечного воздействия.

Применение готовых аппаратов

Для конденсаторных сварочных аппаратов нашлось множество применений:

1. Автомобилестроение . Элементы кузова соединяют только посредством точечной сварки.
2. Авиастроение . Данная отрасль отличается особыми требованиями к точности проведения работ.
3. Приборостроение . Для соединения миниатюрных элементов, которые не должны подвергаться деформации.
4. Строительство . С помощью данной технологии выполняют соединение тонколистовых металлов.
5. Домашние работы . Приборы помогают в ремонте бытовой техники.

Заключение

Аппарат для конденсаторной сварки – это отличное устройство, способное соединять изделия, обладающие разной структурой. Его главные достоинства – простота и надежность при малых габаритах. В случае необходимости можно изготовить простой аппарат для бытовых нужд.

Инженер-электрик 1 категории Калязин Артем Витальевич, опыт работ – 15 лет: « Дома я занимаюсь самостоятельным ремонтом всей бытовой техники, за редким исключением. Буквально неделю назад в руки попала мертвая литий-ионная батарея от телефона. С помощью подручных материалов я решил сделать маленький сварочных аппарат на конденсаторах. От составления схемы до завершения работ прошло ровно 6 часов. Работоспособность порадовала – провода сечением 3 мм соединят легко. Тиристоры и конденсаторы были под рукой, но если бы пришлось покупать все в магазине, то затраты не превысили 500-600 рублей ».

Широко применяемой в промышленности, можно назвать конденсаторную сварку. Правила ее проведения регламентирует ГОСТ.

Ее принцип основан на разряде, накопленного на блоке конденсаторов электрического заряда на соединяемые изделия. В точке соприкосновения электродов происходит разряд и формирование краткой электрической дуги, достаточной для расплавления металла.

Конденсаторная сварка наибольшее распространение получила в приборостроении. Она способна сваривать металлы до 1,5 мм, причем толщина второй детали может быть значительно больше. В сварке тонких изделий по экономичности, производительности и качеству у конденсаторной сварки конкурентов нет.

Она бывает трансформаторная и бестрансформаторная. В первом варианте на конденсаторах можно накопить большую энергию за счет использования высокого напряжения и разряда через понижающий трансформатор с большими токами. Второй вариант отличается простотой и минимумом деталей.

В зависимости от особенностей образования шва конденсаторную сварку подразделяет на:

• точечную;
• шовную;
• стыковую.

Первый, точечный способ, в основном применяется в приборостроении и производстве электронной техники. Его активно используют для сваривания тонких деталей с толстыми.

Ее еще называют роликовой, используется при сваривании мембран и электровакуумных приборов. Сплошной, герметичный шов получается за счет того, что точечные соединения производятся с перекрытием. Роль электродов выполняют вращающиеся ролики.

Осуществляют оплавлением или сопротивлением. При первом способе сначала возникает разряд между свариваемыми деталями, место будущего соединения оплавляется под действием образовавшейся дуги, а потом они осаживаются, после чего происходит соединение металлов. Во втором случае разряд и последующее сваривание происходит в момент соприкосновения деталей.

Преимущества

Достоинством конденсаторной сварки является то, что из-за высокой плотности энергии и малой длительности сварочного импульса зона термического воздействия очень маленькая, напряжения и деформации минимальны. Оборудование простое и производительное.

За счет того, что в момент разряда конденсаторный блок отключен от сети, он никак не влияет на ее параметры. Единственным недостатком является то, что она применяется лишь при работе с тонкими металлами.

Другим достоинством емкостной сварки является ее компактность. Для конденсаторной сварки не нужны мощные источники питания, устройство может зарядиться между переносом электрода к следующей точке.

В процессе сваривания практически отсутствуют вредные газы. Устройство очень экономично, вся запасенная энергия идет на расплавление металлов в точке соединения. Благодаря тому, что заряд на конденсаторах постоянен, получается качественная и стабильная дуга.

Конденсаторная сварка позволяет сваривать цветные металлы малой толщины. Кроме этого она может соединять разнородные металлы и сплавы благодаря высокой концентрации энергии на маленькой площади.

Благодаря тому, что система конденсаторной сварки работает в дискретном режиме (сначала заряд, затем разряд), ей достаточно воздушного охлаждения, что упрощает устройство сварочного агрегата.

Емкостной сварочный аппарат применяется для соединения сталей всех видов, деталей из латуни, алюминия, бронзы. Он может сваривать разнородные металлы, тонкие с толстыми листами.

Возможность регулировки энергии разряда и длительности импульса позволяют производить микросварку, к примеру, в механизме часов. Конденсаторный аппарат может сваривать тугоплавкие вольфрамовые нити накаливания, применяется в ювелирном деле.

Технологические особенности

В зависимости от технологического процесса сварка конденсаторного типа бывает:

• контактной;
• ударной;
• точечной.

При контактной сварке накопленная в емкости энергия разряжается на металлические детали, которые до этого были плотно соединены между собой. В месте прижима электродов возникает электрическая дуга, при которой ток доходит до 10-15 тысяч ампер при длительности дуги до 3 мс.

В случае ударной конденсаторной сварки разряд происходит в момент краткого удара электрода о заготовку. Длительность воздействия дуги 1,5 мс. Это снижает термическое воздействие на окружающую область и повышает качество сварки.

При конденсаторной сварке точечного типа дуга появляется между электродами и заготовками, находящимися между ними. Процесс разряда длится от 10 до 100 мс (зависит от установок), и соединение металлов происходит на маленькой площади.

Бестрансформаторный аппарат

Решив самостоятельно сделать аппарат для конденсаторной сварки, вначале выбирают вариант исполнения. Самый простой вариант – это бестрансформаторная схема. Ее можно реализовать с емкостями высокого или низкого напряжения.

В первом случае потребуется повышающий трансформатор и конденсаторы на 1000 В емкостью 1000 мкФ. Кроме этого потребуется высоковольтный диодный мост для выпрямления переменного тока, переключатель, электроды с соединительными проводами.

Сваривание происходит в два этапа. На первом этапе происходит зарядка емкости, на втором после переключения ее выводов на сварочные электроды и прикосновении их к месту сварки, происходит разряд, и детали соединяются. Протекающий ток доходит до 100 А, длительность импульса 5 мс. Этот вариант опасен для человека из-за высокого рабочего напряжения.

При втором варианте требуется понижающий трансформатор, батарея конденсаторов на напряжение до 60 В емкостью 40000 мкФ и более, диодный мост, переключатель.

Процесс сварки идентичен первому случаю только через точку сваривания проходят токи силой 1-2 кА и длительностью до 600 мс. Мощность трансформатора особого значения не имеет, она может быть 100-500 Вт.

Трансформаторная схема своими руками

При использовании трансформаторной схемы потребуется повышающий трансформатор и диодный мост для зарядки на 1 кВ, конденсаторы на 1000 мкФ и понижающий трансформатор, через вторичную обмотку которого осуществляется разряд накопленного заряда в месте соединения заготовок.

При таком исполнении сварочного аппарата точечной сварки длительность разряда составляет 1 мс, а ток доходит до 6000 А. После зарядки блока конденсаторов переключателем они подключаются к первичной обмотке понижающего трансформатора. Во вторичной обмотке индуцируется ЭДС, которая вызывает огромные токи при замкнутых электродах на соединяемых заготовках.

Качество сваривания будет сильно зависеть и от состояния электродного блока. Самый простой вариант представляет собой зажимы для фиксации и прижатия контакторов.

Но более надежна конструкция, где нижний электрод неподвижен, а верхний с помощью рычага может прижиматься к нижнему. Он представляет собой медный пруток диаметром 8 мм и длиной 10-20 мм закрепленный к любому основанию.

Верхняя часть прутка закругляется для получения надежного контакта со свариваемым металлом. Аналогичный медный стержень устанавливается на рычаге, при опускании которого электроды должны плотно соединяться. Основа с нижним электродом изолируется от верхнего рычага. Вторичная обмотка соединяется с электродами проводом 20 мм 2 .

Первичная обмотка наматывается ПЭВ-2 0,8 мм, количество витков равно 300. Вторичная обмотка из десяти витков наматывается проводом 20 мм2. В качестве магнитопровода можно применять сердечник Ш 40 толщиной 70 мм. Для управления зарядом/разрядом применяется тиристор ПТЛ-50 или КУ202.

Подготовка деталей

Перед началом конденсаторной сварки необходимо подготовить детали, которые предстоит соединить. С них счищают ржавчину, окалину и прочих загрязнения.

Заготовки совмещают должным образом и потом помещают между нижним неподвижным электродом и верхним подвижным. Затем они сильно сдавливаются электродами. Нажимая пусковую кнопку, подают электрический разряд.

В месте соприкосновения электродов происходит сварка металла. Разжимать электроды нужно через некоторое время, необходимое для остывания и кристаллизации места сваривания под давлением.

После этого деталь перемещается, за это время устройство успевает зарядиться, и процесс сварки повторяется. Размер места сварки должен быть в 2-3 раза больше наименьшей толщины соединяемых заготовок.

Когда нужно приварить лист до 0,5 мм толщиной к другим деталям независимо от их толщины, можно применить упрощенный способ сварки. Один электрод с помощью зажима присоединяется к свариваемой толстой детали в любом удобном месте.

В том месте, где нужно приварить тонкую деталь, она прижимается вручную вторым электродом. Можно использовать автомобильные зажимы. Затем производится сварка. Как видно, процесс не слишком сложный, и доступный для домашних условий.