A hegesztőgépek fő típusai

Az alkatrészek hegesztéssel és keményforrasztással történő rögzítése egyetlen elven alapul: az összekapcsolandó elemek olvadt fémekkel való öntése. Csak forrasztáskor alacsony olvadáspontú ólom-ón forrasztóanyagokat használnak, hegesztéskor pedig ugyanazokat a fémeket, amelyekből a hegesztett szerkezetek készülnek.

A hegesztésben működő fizikai törvények

Ahhoz, hogy egy fém normál szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotba kerüljön, nagyon magas, olvadáspontja feletti hőmérsékletre kell hevíteni. Az elektromos hegesztőgépek azon az elven működnek, hogy hőt termelnek a vezetékben, amikor elektromos áram halad át rajta.

A 19. század első felében ezt a jelenséget egyszerre két fizikus írta le: az angol James Joule és az orosz Emil Lenz. Bebizonyították, hogy a vezetőben keletkező hőmennyiség egyenesen arányos:

1. az átmenő áram négyzetének szorzata;

2. az áramkör elektromos ellenállása;

3. expozíciós idő.

Ahhoz, hogy a fémrészeket árammal megolvasztani képes hőmennyiséget hozzuk létre, e három kritérium (I, R, t) valamelyikével kell befolyásolni.

Minden hegesztőgép ívvezérlést használ az átfolyó áram értékének változtatásával. A fennmaradó két paraméter kiegészítőnek minősül.

A hegesztőgépek áramának típusai

Ideális esetben az állandó idejű elektromos áram, amely olyan forrásokból állítható elő, mint például újratölthető akkumulátorok vagy vegyi akkumulátorok vagy speciális generátorok, a legalkalmasabb az alkatrészek és a varratterület egyenletes felmelegítésére.

A képen látható sémát azonban soha nem használják a gyakorlatban. Kimutatták, hogy stabil áramot jelenít meg, amely sima, tökéletes ívet képes felvenni.

Az elektromos hegesztőgépek 50 Hz ipari frekvenciájú váltakozó árammal működnek. Ugyanakkor mindegyik a hegesztő hosszú távú, biztonságos munkájához készült, amihez minimális potenciálkülönbség beépítése szükséges a hegesztett részek között.

Az ív megbízható gyújtásához azonban 60 ÷ 70 V feszültségszintet kell fenntartani. Ez az érték a munkakör kezdőértéke, miközben a hegesztőgép bemenetére 220 vagy 380 V feszültség kerül.

Váltakozó áram hegesztéshez

Annak érdekében, hogy az elektromos berendezés tápfeszültségét a hegesztés üzemi értékére csökkentsék, nagy teljesítményű lecsökkentő transzformátorokat használnak, amelyek képesek az áramérték beállítására. A kimeneten ugyanazt a szinuszos formát hozzák létre, mint az elektromos hálózatban. És az ívégetés harmonikus amplitúdója sokkal magasabb.

A hegesztő transzformátorok tervezésének két feltételnek kell megfelelnie:

1.a rövidzárlati áramok korlátozása a szekunder áramkörben, amelyek az üzemi feltételeknek megfelelően gyakran előfordulnak;

2. a működéshez szükséges meggyújtott ív stabil égése.

Ebből a célból külső volt-amper karakterisztikával (VAC) vannak kialakítva, amely meredek eséssel rendelkezik. Ez az elektromágneses energia disszipációjának növelésével vagy egy fojtótekercs – egy induktív ellenállású tekercs – beépítésével történik az áramkörbe.

A hegesztőtranszformátorok régebbi konstrukcióiban a primer vagy szekunder tekercs fordulatszámának kapcsolási módszerét használják a hegesztőáram beállítására. Ez a fáradságos és költséges módszer túljárt a hasznosságán, és nem használják a modern eszközökben.

Kezdetben a transzformátor a maximális teljesítmény leadására van beállítva, amely a műszaki dokumentációban és a doboz adattábláján szerepel. Ezután az ív üzemi áramának beállításához az alábbi módok egyikével csökkenteni kell:

• induktív ellenállás csatlakoztatása a szekunder áramkörhöz. Ugyanakkor az I — V karakterisztika meredeksége nő, és a hegesztőáram amplitúdója csökken, amint az a fenti képen látható;

• a mágneses áramkör állapotának változása;

• tirisztor áramkör.

A hegesztőáram beállításának módszerei induktív ellenállás bevezetésével a szekunder körben

Hegesztő transzformátorokezek az ezen az elven működő művek kétféleek:

1. az induktív mágneses vezetéken belüli légrés fokozatos változása miatt egyenletes áramszabályozó rendszerrel;

2. a tekercsek számának fokozatos kapcsolásával.

Az első módszernél az induktív mágneses áramkör két részből áll: egy állóból és egy mozgatható részből, amelyet a vezérlőkar forgatásával mozgatnak.

A maximális légrésnél az elektromágneses áramlással szembeni legnagyobb ellenállás és a legkisebb induktív ellenállás jön létre, amely biztosítja a hegesztőáram maximális értékét.

A mágneses áramkör mozgó részének az állóhoz való teljes megközelítése a hegesztőáramot a lehető legalacsonyabb értékre csökkenti.

A lépésszabályozás alapja egy mozgatható érintkező használata bizonyos számú tekercs fokozatos kapcsolására.

Ezeknél az induktivitásoknál a mágneses áramkör teljes, elválaszthatatlan, ami kissé leegyszerűsíti az általános kialakítást.

A hegesztő transzformátor mágneses áramkörének geometriájának megváltoztatásán alapuló áramszabályozási módszer

Ezt a technikát a következő módszerek egyikével hajtják végre:

1. a mozgó tekercsek szakaszának az állóra szerelt tekercsektől eltérő távolságra történő mozgatásával;

2. A mágneses áramkörön belüli mágneses sönt helyzetének beállításával.

Az első esetben a hegesztőtranszformátor megnövekedett induktivitás disszipációval jön létre az alsó járom tartományában álló primer áramkör tekercsei és a mozgatható szekunder tekercs közötti távolság megváltoztatásának lehetősége miatt.

A beállító tengely fogantyújának kézi forgatása miatt mozog, ami egy anyával ellátott vezérorsó elvén működik. Ebben az esetben a táptekercs helyzetét egy egyszerű kinematikai diagrammal egy mechanikus jelzőre visszük át, amely a hegesztőáram osztásaiban van osztva. Pontossága körülbelül 7,5%.A jobb mérés érdekében a szekunder áramkörbe ampermérős áramváltót építenek be.

A tekercsek közötti minimális távolságnál a legnagyobb hegesztőáram keletkezik. Ennek csökkentésére a mozgó tekercset oldalra kell mozgatni.

A hegesztőtranszformátorok ilyen felépítése nagy rádióinterferenciát okoz működés közben. Ezért elektromos áramkörük kapacitív szűrőket tartalmaz, amelyek csökkentik az elektromágneses zajt.

A mozgatható mágneses sönt bekapcsolása

Az alábbi képen egy ilyen transzformátor mágneses áramkörének egyik változata látható.

Működésének elve a mágneses fluxus egy bizonyos részének a magban való manőverezésén alapul, egy vezérorsóval ellátott beállító test beépítése miatt.

A leírt módszerekkel vezérelt hegesztőtranszformátorok elektromos acéllemezekből készült mágneses magokkal és hőálló szigetelésű réz- vagy alumíniumhuzaltekercsekkel készülnek. A hosszú távú működés érdekében azonban jó légcsere lehetőségével jönnek létre a keletkező hő eltávolítására a környező légkörben, ezért nagy tömeggel és méretekkel rendelkeznek.

Az elektródán átfolyó hegesztőáram minden vizsgált esetben változó értékű, ami csökkenti az ív egyenletességét és minőségét.

Egyenáram hegesztéshez

Tirisztor áramkörök

Ha a hegesztőtranszformátor szekunder tekercselése után két egymással ellentétes irányú tirisztort vagy egy triacot csatlakoztatunk a vezérlőelektródákon keresztül, amelyekről a vezérlőáramkör a harmonikus egyes félciklusainak nyitási fázisát állítja be, akkor lehetségessé válik a csökkentse az áramkör maximális áramát az adott hegesztési körülményekhez szükséges értékre.

Mindegyik tirisztor csak az áram pozitív félhullámát adja át az anódról a katódra, és blokkolja a negatív felének áthaladását. A visszacsatolás lehetővé teszi mindkét félhullám vezérlését.

A vezérlőegység vezérlőegysége beállítja azt a t1 időintervallumot, amely alatt a tirisztor még zárva van, és nem lépi át a félhullámát. Amikor a vezérlőelektróda áramkörébe áramot vezetnek a t2 időpontban, a tirisztor kinyílik, és a pozitív félhullám egy része, amelyet egy «+» jellel jelölt, áthalad rajta.

Amikor a szinuszos áthalad egy nulla értéken, a tirisztor zár, addig nem vezet át áramot magán, amíg egy pozitív félhullám meg nem közelíti az anódját, és a fázisváltó blokk vezérlő áramköre parancsot ad a vezérlőelektródának.

A t3 és T4 pillanatban a számlálóhoz csatlakoztatott tirisztor a már leírt algoritmus szerint működik. Így a tirisztoros áramkört használó hegesztőtranszformátorban az áramenergia egy része t1 és t3 időpontban megszakad (áram nélküli szünet jön létre), és a t2 és t4 intervallumokban folyó áramokat hegesztésre használják fel.

Ezenkívül ezeket a félvezetőket az elektromos áramkör helyett primer hurokba lehet beépíteni. Ez lehetővé teszi kisebb teljesítményű tirisztorok használatát.De ebben az esetben a transzformátor átalakítja a szinuszhullám félhullámainak vágott részeit, amelyeket «+» és «-« jelekkel jelöltek.

Az áram nélküli szünet jelenléte az áramharmonikusok egy részének megszakítási időszakaiban az áramkör hiányossága, amely befolyásolja az ívégetés minőségét. A speciális elektródák alkalmazása és néhány egyéb intézkedés lehetővé teszi a tirisztoros áramkör sikeres alkalmazását hegesztésre, amely meglehetősen széles körű alkalmazást talált az ún. hegesztő egyenirányítók.

Dióda áramkörök

A kis teljesítményű egyfázisú hegesztő egyenirányítóknak négy diódából összeállított hídkapcsolási rajza van.

Olyan egyenirányított áramformát hoz létre, amely folyamatosan váltakozó pozitív félhullámok formáját ölti. Ebben az áramkörben a hegesztőáram nem változtatja meg az irányát, hanem csak nagyságrendileg ingadozik, hullámzást okozva. Ez a forma jobban tartja a hegesztési ívet, mint a tirisztor alakja.

Az ilyen eszközök további tekercsekkel rendelkezhetnek, amelyek az áramszabályozó transzformátor működési tekercséhez csatlakoznak. Értékét egy ampermérő határozza meg, amely egy egyenirányított áramkörhöz van csatlakoztatva egy sönt vagy szinuszos - áramváltón keresztül.

Larionov hídvázlata

Háromfázisú rendszerekhez tervezték, és jól működik hegesztő egyenirányítókkal.

A diódák beépítése a híd sémája szerint lehetővé teszi feszültségvektorok hozzáadását a terheléshez oly módon, hogy azok végső U out feszültséget hozzanak létre, amelyet kis hullámzás jellemez, és az Ohm törvénye szerint ívet képez. hasonló alakú áram a hegesztőelektródán. Sokkal közelebb áll az egyenáram ideális formájához.

A hegesztő egyenirányítók használatának jellemzői

Az egyenirányított áram a legtöbb esetben lehetővé teszi:

• biztonságosabb az ív meggyújtása;

• biztosítja annak stabil égését;

• kevesebb olvadt fém fröccsenést hoznak létre, mint a hegesztő transzformátorok.

Ez kibővíti a hegesztés lehetőségeit, lehetővé teszi a rozsdamentes acélötvözetek és a színesfémek megbízható összekapcsolását.

Inverter áram hegesztéshez

A hegesztő inverterek olyan eszközök, amelyek lépésről lépésre hajtják végre az elektromos áram átalakítását a következő algoritmus szerint:

1. az ipari áram 220 vagy 380 voltát egyenirányítóval cserélik;

2. a keletkező technológiai zajokat beépített szűrők segítségével csillapítják;

3. a stabilizált energiát nagyfrekvenciás árammá (10-100 kHz) fordítják;

4. a nagyfrekvenciás transzformátor a feszültséget az elektródaív stabil gyújtásához szükséges értékre csökkenti (60 V);

5. A nagyfrekvenciás egyenirányító az elektromosságot hegesztéshez egyenárammá alakítja.

Az inverter mind az öt fokozatát automatikusan egy speciális IGBT sorozatú tranzisztor modul vezérli visszacsatoló üzemmódban. Az ezen a modulon alapuló vezérlőrendszer a hegesztőinverter legbonyolultabb és legdrágább eleméhez tartozik.

Az inverter által az ívre létrehozott egyenirányított áram alakja gyakorlatilag közel áll a tökéletes egyeneshez. Lehetővé teszi többféle hegesztés elvégzését különböző fémeken.

Az inverterben lezajló technológiai folyamatok mikroprocesszoros vezérlésének köszönhetően a hegesztő munkáját nagyban megkönnyíti a hardveres funkciók bevezetése:

• forró indítás (Hot start mód) az áramerősség automatikus növelésével a hegesztés elején, hogy megkönnyítse az ív elindítását;

• tapadásgátló (Anti Stick Mode), amikor az elektróda megérinti a hegesztendő részeket, a hegesztőáram értéke olyan értékekre csökken, amelyek nem okozzák a fém megolvadását és az elektródához való odatapadását;

• ívkényszer (Arc force mód), amikor az ívhossz lerövidítésekor nagy olvadt fémcseppek válnak le az elektródáról, és fennáll a ragadás lehetősége.

Ezek a tulajdonságok még a kezdők számára is lehetővé teszik minőségi hegesztések készítését. Az inverteres hegesztőgépek megbízhatóan működnek a bemeneti hálózati feszültség nagy ingadozásai mellett is.

Az inverteres eszközök gondos kezelést és por elleni védelmet igényelnek, amely az elektronikus alkatrészekre kerülve megzavarhatja működésüket, a hőleadás romlásához és a szerkezet túlmelegedéséhez vezethet.

Alacsony hőmérsékleten páralecsapódás jelenhet meg a modulok lapjain. Ez károkat és hibás működést okoz. Ezért az invertereket fűtött helyiségekben tárolják, és nem működnek velük fagy vagy csapadék idején.