Делаем точечную сварку из микроволновки

Прочное и надёжное соединение металлических деталей обеспечивается пайкой или сваркой. Пайка не даёт нужной прочности, а широко известная электродуговая сварка имеет ряд недостатков. В первую очередь — с её помощью очень трудно соединять тонкостенные детали.

«Точечная сварка» отличается от дуговой тем, что свариваемые детали нагреваются непосредственным пропусканием электрического тока. Для этого они плотно сжимаются между остроконечными электродами, через которые пропускается короткий, но мощный импульс тока.

Такой способ обеспечивает моментальный нагрев непосредственно в точке соединения. Окружающий материал при этом не только не плавится, но даже не перегревается. Это позволяет соединять тонкостенные трубы, штампованные детали и даже тонкие металлические ленты.

Можно ли сделать аппарат контактной сварки своими руками? Оказывается — да, и это не слишком сложно. Можно даже собрать сварочный аппарат по готовой схеме, используя детали от старой микроволновой печи.

Для того чтобы обеспечить должный нагрев в точке сварного соединения, требуется пропустить через детали мощный импульс электрического тока.

Но для нагрева по-прежнему необходима значительная мощность. Типичными значениями для аппаратов точечной сварки является требование к мощности тока не менее 1.5-2 кВт. Это обеспечивается особым трансформатором, способным выдавать при небольшом напряжении очень большой ток. Такие трансформаторы трудно купить в готовом виде, и стоят они дорого.

Однако трансформаторы подходящей мощности уже применяются в бытовой технике. Например, типичный трансформатор из старой микроволновки способен отдавать мощность от 2 до 3 кВт. Надо лишь заменить его вторичную обмотку.

В микроволновой печи мощный трансформатор служит для конвертации напряжения бытовой сети 220 В в повышенное напряжение для питания лампового генератора микроволн (магнетрона). Его вторичная обмотка содержит очень много витков тонкого провода и для целей точечной сварки совсем не подходит. Чтобы на базе такой детали сделать своими руками сварочный аппарат, надо всего лишь заменить вторичную обмотку и собрать самодельную схему регулирования мощности тока.

Перед тем как извлечь трансформатор из микроволновки, списанной на запчасти, убедитесь, что печка не включалась в розетку на протяжении хотя бы последних 4-6 часов. Даже если печь неисправна, на некоторых внутренних деталях может сохраниться опасное для жизни напряжение.

После извлечения хочется проверить, исправен ли сам трансформатор. Ведь печь могла выйти из строя по самым разным причинам — поломка модуля управления, неисправность магнетрона, отказ контрольных цепей.

Трансформатор питания магнетрона по конструкции должен обеспечивать питание магнетрона высоковольтным напряжением. Такой ток может при нечаянном включении поразить неосторожного мастера даже на расстоянии десятка сантиметров. Поэтому отложите проверку до лучших времён.

Внимательно рассмотрев трансформатор от микроволновки, мы увидим, что его обмотки ясно разделены на две секции. «Первичная» обмотка, которая подключается в сеть 220 В, намотана более толстым проводом и имеет в несколько раз меньшее количество витков, чем «вторичная», выполненная совсем тонким проводником.

Высоковольтная вторичная обмотка нам совершенно не нужна, её следует удалить. В зависимости от конструкции конкретного трансформатора, можно попробовать обойтись без разборки магнитопровода. В этом случае ненужный провод просто спиливается ножовкой по металлу, затем его остатки вынимаются из окон сердечника.

Спиливая вторичную обмотку, будьте аккуратны и ни в коем случае не повредите первичную. Если остатки вторичной обмотки не удаётся извлечь из окон руками, можно с помощью дрели их аккуратно высверлить сверлом по металлу.

Если присмотреться к трансформатору, можно увидеть, что две половинки его магнитопровода соединены сваркой (или пайкой твёрдым сплавом).

Для разборки такого трансформатора соединительный шов аккуратно спиливают ножовкой по металлу или «болгаркой». После того как швы разойдутся, трансформатор можно разобрать на две части и спокойно извлечь ненужную «тонкую» обмотку.

Обратите внимание, что между двумя секциями обмоток также расположены тонкие металлические пластинки. Это так называемые «магнитные шунты». В схеме микроволновой печи они важны, но для сварочного трансформатора скорее вредны, их также следует выбросить.

Теперь надо изготовить вторичную обмотку заново. Нам требуется создать в трансформаторе всего 2 или 3 витка провода. Но провод должен быть настолько толстым, насколько это возможно. Обычно используют толстые «сварочные» провода в резиновой изоляции, которые можно купить в специализированных магазинах.

Желательно, чтобы провод занял всё доступное пространство в окне трансформатора. Если провод почти подходит, но мешает изоляция — от неё можно избавиться, заменив плотной обмоткой, качественной изолентой или лакотканью. Напряжение на вторичной обмотке очень мало (несколько вольт), поэтому пары слоёв лакоткани вполне достаточно.

Поэтому, если толстого провода мало, можно выполнить вторичную обмотку из нескольких проводов меньшего сечения, которые будут соединены параллельно.

Если в процессе модернизации магнитопровод трансформатора пришлось разбирать, после намотки обмотки его надо прочно соединить. Для этого лучше воспользоваться эпоксидными композитами. Обезжирьте поверхности, по которым стыкуется магнитопровод, и промажьте подготовленным клеевым составом. Плотно соединив детали, дайте клею полимеризоваться (24 часа).

Если нужно сваривать детали из толстого материала (несколько миллиметров), нужно обеспечить повышенное напряжение на электродах и большую мощность. Такой сварочный аппарат мы сделаем из двух одинаковых трансформаторов от микроволновки. Вторичные обмотки трансформаторов соединяются последовательно. Это обеспечит вдвое большее напряжение на сварочных контактах при сохранении прежней силы тока.

Сложность может вызвать соединение первичных обмоток. Обе они питаются равным напряжением 220 В, поэтому соединяются параллельно. Но оказывается важна «фазировка» обмоток, то есть правильность соединения их «начала» и «конца».

Правильность фазировки легко проверить, собрав схему в виде макета. Включив собранный аппарат, проверяем напряжение на соединённых последовательно вторичных обмотках. При правильной фазировке напряжение окажется вдвое выше, чем на каждом отдельном трансформаторе.

Важной деталью сварочного аппарата является блок управления. При подаче тока нельзя допустить перегрева деталей, это вызовет их прожог. В то же время слишком слабый импульс не обеспечит необходимого нагрева точек соединения, и детали развалятся.

Простейшее регулирование можно обеспечить примитивным управлением с помощью педали, включающей и отключающей аппарат. Такая схема крайне проста, но требует от сварщика изрядных навыков и интуиции.

Разновидностью схемы с контактным управлением является модуль, в котором примитивная электронная схема обеспечивает необходимую длительность импульса. Нужный интервал задаётся простым поворотом ручки регулятора. Педаль по-прежнему нужна, но она лишь запускает процесс сварки, а прерывание тока осуществляется автоматикой.

Лучше всего собрать блок управления по схеме с микроконтроллером, который будет точно отсчитывать длительность подаваемого импульса. Обычно блоки для регулировки используют подсчёт полупериодов частоты питающего напряжения, пропускаемого через сварочный трансформатор. Такие модули доступны в готовом виде. Современные производители предлагают широкий ассортимент блоков управления для аппаратов контактной сварки по доступным ценам.

Если мы делаем управляющий контроллер по самодельной схеме, при проектировании обязательно следует учесть, что мощные трансформаторы являются индуктивной нагрузкой. При применении в качестве ключа управления электромагнитного реле следует выбирать детали с большим запасом по току и обязательно шунтировать контакты реле диодом.

Большинство реле такого типа хорошо согласуются с микропроцессорными компонентами.

Для питания блока управления требуется отдельный источник, обеспечивающий небольшое (9-12 В), но очень стабильное напряжение. Сам по себе сварочный аппарат является источником сильных помех, способных помешать работе микроконтроллера. В то же время, простейшие схемы модулей управления «ориентируются» в работе на синусоиду напряжения, питающего сварочный аппарат.

Несмотря на то что есть соблазн использовать для питания блока управления высокочастотный ШИМ-контроллер, делать этого не следует. Лучше подобрать любой подходящий блок питания устаревшей конструкции (например, старое зарядное устройство для телефона).

Аппарат контактной сварки, собранный своими руками, окажется незаменим для соединения в батарею элементарных литиевых аккумуляторов. Чтобы обеспечить хорошую отдачу тока, аккумуляторы в батарее должны соединяться проводниками как можно меньшего сопротивления. Ячейки с подпружиненными ламелями не обеспечивают качественного контакта.

В промышленности аккумуляторы соединяют тонкой никелевой лентой. Для того чтобы надёжно присоединить ленту к элементу питания, применяют аппараты точечной сварки.

При соединении методом точечной сварки мы не можем зажать детали между электродов. Вместо этого прикладывают пару электродов аппарата контактной сварки с одной стороны ленты на небольшом расстоянии друг от друга. Если лента при этом хорошо прижата к торцу аккумулятора, после прохождения импульса тока две точки непосредственно под электродами оказываются надёжно приваренными к элементу питания.

При разработке аппаратов для контактной сварки главная трудность, с которой сталкиваются мастера — конструкция сварочных электродов. Механизм держателя должен обеспечить не только сильный, но стабильный по силе прижим электродов к свариваемым деталям.

В случае сварки листовых материалов и компактных деталей равномерность обеспечивается тем, что сварочные контакты располагаются напротив друг в друга в приспособлении, напоминающем клещи. Такая конструкция гарантирует, что электроды находятся точно напротив друг друга и сдавливают детали с обеих сторон с равной силой.

Труднее обеспечить прижим при доступе к деталям только с одной стороны. Например, иначе просто невозможно приварить никелевую ленту к аккумуляторам при сборке литиевой батареи. Пропускать сильный сварочный ток непосредственно через элемент означает – испортить аккумулятор.

Импульс тока проходит через две близко расположенные точки, почти не нагревая нижнюю деталь, но обеспечивая надёжное расплавление верхнего материала в месте контакта.

Такие держатели следует выполнять с подпружиненным креплением обоих электродов. Самостоятельное изготовление пружинного держателя дело хлопотное — но сейчас можно приобрести готовые держатели и комплекты электродов для односторонней контактной сварки.

Хорошим усовершенствованием будет также возможность замены типа сварочных электродов прямо в процессе работы. Для этого соединение с трансформатором выполняют разъёмным, в виде винтовых или штепсельных соединений. Так как в процессе сварки по контактам проходит очень большой ток, лучше устроить разъёмный контакт в виде медного винта и медных клемм сварочных электродов, скрепляемых медной гайкой. Впрочем, есть готовые штепсельные соединители, специально сконструированные для использования в сварочных аппаратах.

Как сделать сварочный аппарат из микроволновки, смотрите далее.