Конденсаторная контактная сварка для аккумуляторов…

Конденсаторный сварочный аппарат для аккумуляторов

Аккумуляторы. Их трудно паять, поэтому приходится сваривать. И если их много – тогда без специального сварочника точно не обойтись. И для данных целей как нельзя лучше подходит конденсаторный СА.

Соединения, создаваемые током короткого замыкания конденсаторов, представляют собой смешение атомов обоих соединенных металлов, а ток, протекающий за долю секунды, очень велик. Его значение зависит от Uc и результирующего сопротивления короткого замыкания Rw. Для Uc = 55V и Rw = 0,1 Ом Iz = 550A в течение времени, зависящего от значения tal = C х Rw. При использовании постоянного напряжения от сети конденсаторы заряжаются до Uc = 322 В. Тогда ток Iz будет Iz = 3220A. Была установлена продолжительность этого импульса. Он колеблется от 0,005 до 0,015 с. Чтобы избежать сварки контактов, используются тиристоры. Емкость конденсаторов выбирается в зависимости от требуемого диаметра точки сварки. Требуемое напряжение ниже для деталей из меди и выше для стали, из-за сопротивления цепи короткого замыкания.

Для конструкции этого самодельного сварочного аппарата использовался предварительно сконструированный штатив от сверлильного станка.

Основными элементами схемы являются тиристоры, конденсаторы, медные электроды, источник питания. Тиристор в оригинальной версии был TK 1202 K, но после нескольких десятков сварных швов он получил непонятно почему пробой. Может он был слишком слаб, спецификация этого тиристора отсутствовала, поэтому максимальный ток под вопросом.

На данный момент поставлен гораздо более мощный импульсный тиристор T 987-630-12 с током 630 A. Для его использования пришлось построить специальный держатель-радиатор.

Еще один элемент – конденсаторный блок. Это 10 штук 33000 мкФ на 35 В конденсаторов, соединенных параллельно на одной плате. Важно укрепить дорожки оловом и даже проволокой, потому что они не выдерживают токов, протекающих там. Батарея запасает примерно 100 Вт энергии. Если разряд длится 0,001 с, мощность такой сварки в импульсе составит 100 кВт.

И еще: батарея конденсатора должна быть обязательно собрана из нескольких конденсаторов с меньшей емкостью. Использование одиночных конденсаторов с тысячами микрофарад – плохая идея. Они дадут меньше тока да и быстро сгорят.

Следующим элементом являются электроды.

Это два медных стержня диаметром 10 мм сверху, отверстия с резьбой для завинчивания проводов, снизу с отверстиями 3,5 мм для крепления электродов из медного провода, заостренного с трех сторон. Между стержнями текстолитовая пластинка в качестве изолятора. Острия электродов приблизительно 0,8 x 0,8 мм.

Сварочный аппарат после сборки выглядит примерно так:

В рычаге опускания сделана кнопка – переключатель, прикрепленный болтами к боковой части штатива, который активирует включение сварочной машины.

Блок питания сварочной установки

Последний элемент – это источник питания. Трансформатор 24 В, диодный мост, лампочка, являющаяся ограничением тока во время зарядки, а также компонент для разрядки конденсаторов.

Схема конденсаторного сварочника

Теперь схема: переключатель в источнике питания разряжает конденсаторы после завершения работы и до отключения. Конденсаторы заряжаются до 36 В и во время первой фазы зарядки лампочка в блоке питания 24 В 55 Вт медленно загорается. После искры она также светит и защищает источник питания во время короткого замыкания электродов. После получения сварного шва и отхода электродов от аккумулятора конденсаторы заряжаются.

В целом стоимость проекта составила лишь 1000 рублей на конденсаторы. Остальные элементы не могут быть оценены, потому что они были в запасах дома.

Хотя конечно было бы неплохо использовать регулируемый стабилизатор для зарядки конденсаторов до определенного напряжения. Позднее добавим индикатор готовности сварки после зарядки конденсаторов.

Достоинства и недостатки СА на конденсаторах

Поскольку сварной шов это всего две точки, вероятность хорошего сварного соединения очень высока (около 99%). Также здесь ничего не греется. Сварные швы становятся холодными сразу после сварки, потому что это всего лишь короткий импульс и несколько мелких искр. Давление почти постоянное благодаря пружинам, ход электрода составляет около 2 мм. Вот фотографии сварных швов. Таким образом, плюсы и минусы этого СА следующие:

Достоинства

• очень короткий импульс сварки
• хорошая настройка сварочной мощности
• быстрая генерация тепла и сварка элементов
• легкая конструкция
• немного компонентов
• возможность работы от батареи, портативность
• высокая повторяемость правильных сварных швов

Недостатки

• большая стоимость исполнения
• более быстрое разрушение конденсаторов
• более длительный период ожидания для полной мощности
• не предназначен для сварки листового металла более 1 мм.

Но несмотря на множество недостатков сварочной машины с конденсаторами, её определенно можно советовать для самостоятельной сборки, потому что если все хорошо подобрать – работает очень быстро и безопасно. Это идеальное решение для сварки батарейных ячеек, а также для ювелирных изделий. Заметим, что сварку аккумуляторов лучше всего делать с использованием цинковой пластины. Цинковая фольга может быть куплена в катушке.

Заключение

Можете использовать трансформаторы малой мощности для зарядки конденсаторов, но тогда нужно выбрать резистор соответственно с максимальным током зарядки, иначе он быстро нагреется и сгорит. Готовность возникает из-за достижения напряжения постоянного тока на конденсаторе, что является результатом преобразования переменного напряжения (для сети 50 Гц это около 1,41 х значение переменного напряжения), и это можно контролировать, например, вольтметром. Очевидно следует использовать специальные конденсаторы для импульсной работы. Стоит позаботиться о том, чтобы допустимое рабочее напряжение конденсаторов находилось с определенным запасом по отношению к предполагаемому значению.

Конденсаторная сварка: изготовление аппарата своими руками

Впервые конденсаторная сварка была опробована в 30-е годы 20-го века. Метод оказался настолько успешным, что до сих пор применяется в промышленности, частных мастерских, быту. Конденсаторный аппарат прост по конструкции и его нетрудно сделать своими руками из доступных деталей.

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.

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.

Конденсаторная сварка своими руками

Прежде чем начинать делать аппарат конденсаторной сварки своими руками нужно выбрать тип устройства. Они бывают бестрансформаторными и трансформаторными. Первый вариант чаще применяют для ударной сварки, второй для соединения заготовок прочными швами. В бестрансформаторных аппаратах конденсаторы разряжаются на соединяемые детали, в трансформаторных на первичную обмотку выходного трансформатора. Со вторичной обмотки которого импульс тока поступает на место соединения.

Трансформаторный аппарат

Трансформаторная схема конденсаторной сварки собирается из следующих деталей:

• сетевого трансформатора мощностью 5 — 20 Вт со вторичным напряжением 5 В;
• двух выпрямительных мостов;
• тиристора КУ 202 или аналога для управления разрядом;
• одного или нескольких конденсаторов с суммарной емкостью 1000 — 2000 мкФ;
• выходного трансформатора мощностью не меньше 1 кВт;
• предохранителя, кнопочного переключателя любого типа.

При безошибочном монтаже устройство начинает работать сразу без дополнительных настроек. Таким аппаратом можно проводить точечную сварку на конденсаторах со скоростью до 5 импульсов в секунду.

В качестве выходного можно использовать трансформатор от микроволновой печки с небольшой доработкой. Магнитные шунты убирают, вместо вторичной обмотки наматывают 3 — 5 витков медной шины сечением 20 — 35 мм².

Если трансформатор от микроволновой печки добыть не получилось, самодельный собирают на сердечнике из пластин Ш 40 с толщиной набора 70 мм. Для первичной обмотки потребуется 300 витков провода диаметром 0,8 мм, для вторичной 10 витков шины.

Качество конденсаторной сварки зависит не только от характеристик сварочного аппарата, но и от электродов. Их можно прижимать к деталям руками или зажимами, но лучше сделать рычажную конструкцию.

Она состоит из нижнего электрода из медного стержня диаметром 8 мм, длиной 1 -2 см, закрепленного на неподвижном основании. Для лучшего контакта с заготовками верхний конец округляют. Подвижный электрод крепят на рычаге, с помощью которого можно быстро сжимать заготовки между собой. Основание с нижним контактором должно быть изолировано от рычага.

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.

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. Полезно составить таблицу режимов сварки в зависимости от марки и толщины металла, изменяя количество витков и сопротивление резистора в цепи управления тиристором.

Схема и описание контактной конденсаторной сварки для аккумуляторов

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

Отличительные особенности

Классический электродуговой метод подразумевает использование громоздкого оборудования, которое отличается сложностью конструкции. Соединение выполняется за счет температурного воздействия на поверхность, создаваемого постоянной электрической дугой.

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.

Далее процедура повторяется в той же последовательности.

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

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 электродов 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.

[stextbox 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.[/stextbox]

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.

[stextbox качестве электродов рекомендуем использовать состав из хромированной бронзы. Срок службы классического медного контакта не превышает 900 разрядов.[/stextbox]

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.

[stextbox обеспечения безопасности следует о наличии надежной изоляции между площадкой и основанием энергетического блока.[/stextbox]

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.

[stextbox 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».[/stextbox]