Конденсаторная сварка — обзор технологии и оборудования

Бестрансформаторный вариант

Бестрансформаторная схема может быть собрана на высоковольтных или низковольтных конденсаторах.

Чтобы собрать конденсаторный аппарат по первому варианту, потребуются повышающий трансформатор, высоковольтные диоды для выпрямительного моста. Также понадобятся один или несколько конденсаторов с рабочим напряжением не меньше 1 кВ общей емкостью 1000 мкФ.

Схема обеспечивает 100 А в импульсе длительностью 5 мс. Режим разряда регулируют изменением числа витков вторичной обмотки переключателем SA1. Элементы схемы находятся под высоким напряжением, поэтому нужно строго соблюдать правила техники безопасности при работе с электроинструментом.

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

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

Также следует учитывать, что срок службы электролитических конденсаторов невелик.

Конденсаторная сварка своими руками

Сейчас в магазинах можно найти большой ассортимент аппаратов для конденсаторной сварки на любой вкус и кошелек. Для новичков изготавливают бюджетные компактные модели, а мастерам своего дела предлагают профессиональное высокопроизводительное оборудование.

Вы можете сами собрать конденсаторный аппарат. Его конструкция и принцип работы крайне просты, так что вам будет достаточно минимальных знаний электротехники и простых инструментов. Далее вы прочтете подробное описание принципа работы, а пока можете ознакомиться со схемой ниже. Это схема конденсаторной сварки ударного типа от Aka Kasyan.

Итак, принцип работы. Сначала сварочный ток подают на первичную обмотку трансформаторной катушки, также ток нужно подать на диодный мост. Затем на мост подается сигнал от тиристора. Предварительно тиристор должен быть подключен к кнопке, отвечающей за подачу импульса.

Далее, чтобы накопить сварочные импульсы нам нужно встроить конденсаторы в цепь тиристора. В то же время нужно подключить конденсатор к диодному мосту и первичной обмотке трансформатора. Вот и все.

При включении сварочника на конденсаторах начинает накапливаться электричество, которое аппарат получает от обычной розетки. Мы нажимаем кнопку и накопившееся электричество движется через резистор и тиристор, образуется импульс. Затем импульс поступает на электрод. При этом нужно остановить подачу электричества к сварочному аппарату.

Если вам нужно повторно зарядить конденсаторы, то отпустите кнопку и снова подключите аппарат к сети. Так вы разомкнете цепь между резисторами и тиристорами. Кроме того, вы можете регулировать длину импульса, это делается с помощью управляющих резисторов.

Это простейший аппарат для конденсаторной сварки. Естественно, вы можете его модернизировать, добавляя свои комплектующие и улучшая характеристики прибора. Мы лишь рассказали о принципах работы аппарата сварочного аппарата из конденсаторов.

Хотим дать вам несколько рекомендаций, какие комплектующие использовать, чтобы собрать базовый сварочный аппарат для конденсаторной сварки.

Мы рекомендуем использовать конденсаторы с емкостью от 1000 до 2000 мкФ. Этого будет достаточно для выполнения большинства работ. Для трансформатора лучше взять сердечник Ш40, толщина 60-70 миллиметров. В качестве управляющего элемента можете использовать тиристоры типа ПТЛ-50.

Для первичной обмотки хватит 280-300 витков медной проволоки диаметром 6-8 миллиметров. Для вторичной обмотки хватит около десяти витков медной шины. Ее сечение должно быть около 20 кв. мм. Входное напряжение должно обеспечиваться трансформатором, выдающим мощность не менее 10 Вт.

Это минимальный набор, который понадобится вам. Самодельная конденсаторная сварка стоит недорого, относительно стабильно работает и позволяет выполнить большинство бытовых задач. Конечно, такой прибор не будет работать так же четко и точно, как заводской сварочный аппарат.

Общие сведения

Предназначена для создания высокоресурсных изделий из сплавов тугоплавких металлов со сталями различного класса и цветными металлами.

Особенности конденсаторной сварки

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

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

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

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

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

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

Особенности сварки

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.

Принцип работы

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

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

Во время работы возможно появление помех в электросети.

Разновидности

По способу выполнения конденсаторная сварка подразделяется на 3 типа:

• контактную;
• ударно-конденсаторную;
• точечную.

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

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

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

По способу наложения шва конденсаторная сварка выполняется как:

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

Рекомендации по выбору оборудования

Так как точечная конденсаторная сварка сопровождается ударом, обратите внимание на показатель энергии сварки. Чем крупнее заготовки, тем большая сила удара нужна. При значении энергии сварки в 390 Дж, можно приваривать шпильки диаметром не более 4 мм, а при показателе в 1500 Дж – до 8 мм.

Роликовая конденсаторная сварка

Здесь принцип тот же, но получаемые «точки» находятся не на расстоянии, а частично друг друга перекрывают. Такое соединение полностью герметично, не пропускает влагу и пыль. Данная технология получила широкое применение при производстве вакуумных и мембранных изделий.

Связанные понятия

Стыковая конденсаторная сварка

Такой тип сварки существенно отличается от предыдущих. Здесь разряд тока плавит не поверхность металла, а его торцы, которые затем стыкуются и при остывании образуют прочное соединение. Это самый сложный метод.

Технические характеристики

Продолжительность образования сварного соединения составляет 10-3…10-2 с. Прочностные характеристики сварного соединения находятся на уровне значения прочности основного менее прочного металла. Технологический процесс протекает в три этапа: подготовительный, в том числе локальный нагрев деталей в зоне контакта кольцевым электронно-лучевым нагревателем; деформирование, то есть сварка путем воздействия динамической нагрузкой со скоростью 1-30 м/с; охлаждение. Оптимальные параметры режима сварки приведены в таблице.

По данной технологии осуществляется скоростная сварка трубчатых переходников диаметром до 100 мм, термокатодов плазмотронов различной формы, швартовочных цепей из высокопрочных сплавов титана. Для проведения процесса сварки были разработаны и изготовлены специальные установки и устройства.

Детали, сваренные ударной сваркой в вакууме, обладают вакуумной плотностью, высокими механическими свойствами и коррозионной стойкостью в агрессивных средах.

Термоциклические испытания изделий из разнородных металлов показывают высокую надежность сварных соединений.

Перспективность технологии определяется следующим: отказом от послесварочной механической обработки; увеличением работоспособности и стабильности изделия в 3-5 раз.

На базе разработанной технологии можно решать различные задачи по изготовлению изделий из разнородных и однородных металлов.

Технология применения конденсаторной сварки

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

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

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

После сборки конденсаторного аппарата можно заняться его усовершенствованием. Сделать пусковую кнопку в виде педали, чтобы освободить руки, собрать светодиодный блок индикации уровня заряда конденсаторной батареи. Если вместо простого использовать автотрансформатор, можно регулировать напряжение разряда в широком диапазоне.

Точечная конденсаторная сварка

Здесь все так же, как и при обычной точечной контактной сварке. Здесь генерируется короткий импульс тока, который мгновенно плавит металл и соединяет детали. Такая технология самая распространенная, она используется во многих отраслях. К тому же, она одна из самых универсальных, вы сможете сварить даже детали разной толщины.

Вместо заключения

Конденсаторная сварка — это удобная, простая и проверенная технология. К тому же, легко изготавливается конденсаторная точечная сварка своими руками. Вам даже не нужно тратить много денег, чтобы применить данную технологию на практике. Воспользуйтесь нашими рекомендациями и поделитесь опытом применения конденсаторной сварки. Желаем удачи в работе!