Glavne vrste strojeva za zavarivanje

Pričvršćivanje dijelova zavarivanjem i lemljenjem temelji se na jednom principu: izlijevanje elemenata koji se spajaju rastaljenim metalima. Samo kod lemljenja koriste se olovno-kositreni lemovi s niskim talištem, a kod zavarivanja isti metali od kojih su izrađene zavarene konstrukcije.

Fizikalni zakoni koji djeluju u zavarivanju

Da bi metal iz normalnog krutog stanja prešao u tekuće stanje, mora se zagrijati na vrlo visoku temperaturu, višu od njegove tališta. Električni aparati za zavarivanje rade na principu stvaranja topline u žici kada kroz nju prolazi električna struja.

U prvoj polovici 19. stoljeća ovu su pojavu istovremeno opisala dva fizičara: Englez James Joule i Rus Emil Lenz. Dokazali su da je količina topline koja se stvara u vodiču izravno proporcionalna:

1. umnožak kvadrata prolazne struje;

2. električni otpor kruga;

3. vrijeme ekspozicije.

Da bi se stvorila količina topline koja strujom može taliti metalne dijelove, potrebno je na nju utjecati jednim od ova tri kriterija (I, R, t).

Svi aparati za zavarivanje koriste kontrolu luka promjenom vrijednosti struje koja teče. Preostala dva parametra klasificiraju se kao dodatni.

Vrste struje za aparate za zavarivanje

U idealnom slučaju, stalna električna struja, koja se može generirati iz izvora kao što su punjive baterije ili kemijske baterije ili posebni generatori, najprikladnija je za ravnomjerno zagrijavanje dijelova i područja šava.

Međutim, shema prikazana na fotografiji nikada se ne koristi u praksi. Pokazalo se da prikazuje stabilnu struju koja može pogoditi glatki, savršeni luk.

Električni aparati za zavarivanje rade na izmjeničnu struju s industrijskom frekvencijom od 50 herca. Istovremeno, svi su stvoreni za dugotrajan, siguran rad zavarivača, koji zahtijeva ugradnju minimalne potencijalne razlike između zavarenih dijelova.

Međutim, za pouzdano paljenje luka potrebno je održavati razinu napona od 60 ÷ 70 volti. Ova vrijednost se uzima kao početna vrijednost za radni krug dok se 220 ili 380 V dovodi na ulaz aparata za zavarivanje.

Izmjenična struja za zavarivanje

Kako bi se napon napajanja električne instalacije smanjio na radnu vrijednost zavarivanja, koriste se snažni silazni transformatori s mogućnošću podešavanja vrijednosti struje. Na izlazu stvaraju isti oblik sinusoide kao u električnoj mreži. A harmonijska amplituda za gorenje luka stvara se mnogo veća.

Dizajn transformatora za zavarivanje mora ispunjavati dva uvjeta:

1.ograničenje struja kratkog spoja u sekundarnom krugu, koje se, prema radnim uvjetima, javljaju prilično često;

2. stabilno gorenje upaljenog luka potrebnog za rad.

U tu svrhu dizajnirani su s vanjskom volt-amper karakteristikom (VAC) koja ima strmi pad. To se postiže povećanjem rasipanja elektromagnetske energije ili uključivanjem prigušnice - zavojnice induktivnog otpora - u krug.

U starijim izvedbama zavarivačkih transformatora za podešavanje struje zavarivanja koristi se metoda prebacivanja broja zavoja u primarnom ili sekundarnom namotu. Ova mukotrpna i skupa metoda je nadživjela svoju korisnost i ne koristi se u modernim uređajima.

Transformator je u početku postavljen na maksimalnu snagu, što je naznačeno u tehničkoj dokumentaciji i na natpisnoj pločici kutije. Zatim, za podešavanje radne struje luka, smanjuje se na jedan od sljedećih načina:

• spajanje induktivnog otpora na sekundarni krug. Istodobno se povećava nagib I-V karakteristike i smanjuje amplituda struje zavarivanja, kao što je prikazano na gornjoj fotografiji;

• promjena stanja magnetskog kruga;

• tiristorski krug.

Metode podešavanja struje zavarivanja uvođenjem induktivnog otpora u sekundarni krug

Transformatori za zavarivanjeovi radovi na ovom principu su dvije vrste:

1. s glatkim sustavom upravljanja strujom zbog postupne promjene zračnog raspora unutar induktivne magnetske žice;

2. sa stupnjevitim prebacivanjem broja namota.

Kod prve metode induktivni magnetski krug sastoji se od dva dijela: stacionarnog i pomičnog koji se pokreće rotacijom upravljačke ručice.

Pri najvećem zračnom rasporu stvara se najveći otpor elektromagnetskom strujanju, a najmanji induktivni otpor, čime se postiže najveća vrijednost struje zavarivanja.

Puno približavanje pokretnog dijela magnetskog kruga stacionarnom smanjuje struju zavarivanja na najnižu moguću vrijednost.

Koračna regulacija temelji se na upotrebi pomičnog kontakta za prebacivanje određenog broja namota u stupnjevima.

Za ove induktivnosti, magnetski krug je napravljen cijelim, neodvojivim, što malo pojednostavljuje cjelokupni dizajn.

Metoda regulacije struje koja se temelji na promjeni geometrije magnetskog kruga transformatora za zavarivanje

Ova tehnika se izvodi pomoću jedne od sljedećih metoda:

1. pomicanjem dijela pokretnih zavojnica na različitoj udaljenosti od nepomično montiranih zavojnica;

2. Podešavanjem položaja magnetskog šanta unutar magnetskog kruga.

U prvom slučaju, transformator za zavarivanje stvara se s povećanom disipacijom induktiviteta zbog mogućnosti promjene udaljenosti između namota primarnog kruga, nepomičnih u području donjeg jarma, i pomičnog sekundarnog namota.

Pomiče se zahvaljujući ručnom okretanju ručke osovine za podešavanje, koja radi na principu vodećeg vijka s maticom. U ovom slučaju, položaj svitka snage prenosi se jednostavnim kinematičkim dijagramom na mehanički indikator, koji je stupnjevan u podjelama struje zavarivanja. Njegova točnost je oko 7,5%.Za bolja mjerenja u sekundarni strujni krug ugrađen je strujni transformator s ampermetrom.

Na minimalnom razmaku između zavojnica stvara se najveća struja zavarivanja. Da biste ga smanjili, potrebno je pomaknuti pokretnu zavojnicu u stranu.

Takve konstrukcije zavarivačkih transformatora stvaraju velike radiosmetnje tijekom rada. Stoga njihov električni krug uključuje kapacitivne filtre koji smanjuju elektromagnetski šum.

Kako uključiti pomični magnetski shunt

Jedna od verzija magnetskog kruga takvog transformatora prikazana je na slici ispod.

Načelo njegovog rada temelji se na manevriranju određenog dijela magnetskog toka u jezgri zbog uključivanja tijela za podešavanje s vodećim vijkom.

Transformatori za zavarivanje upravljani opisanim metodama izrađuju se s magnetskim jezgrama od elektročeličnog lima i svitaka od bakrenih ili aluminijskih žica s izolacijom otpornom na toplinu. Međutim, u svrhu dugotrajnog rada, stvoreni su s mogućnošću dobre izmjene zraka za uklanjanje stvorene topline u okolnoj atmosferi, stoga imaju veliku težinu i dimenzije.

U svim razmatranim slučajevima struja zavarivanja koja teče kroz elektrodu ima promjenjivu vrijednost, što smanjuje jednolikost i kvalitetu luka.

Istosmjerna struja za zavarivanje

Tiristorski krugovi

Ako su nakon sekundarnog namota transformatora za zavarivanje, preko upravljačkih elektroda, spojena dva suprotno spojena tiristora ili jedan triac, iz kojih se upravljački krug koristi za podešavanje faze otvaranja svakog poluciklusa harmonika, tada postaje moguće smanjiti maksimalnu struju strujnog kruga na vrijednost potrebnu za specifične uvjete zavarivanja.

Svaki tiristor propušta samo pozitivni poluval struje od anode do katode i blokira prolaz svoje negativne polovice. Povratna veza vam omogućuje kontrolu oba poluvala.

Regulacijsko tijelo u upravljačkom krugu postavlja vremenski interval t1 tijekom kojeg je tiristor još zatvoren i ne prolazi svoj poluval. Kada se struja dovodi u krug upravljačke elektrode u trenutku t2, tiristor se otvara i kroz njega prolazi dio pozitivnog poluvala, označen znakom «+».

Kada sinusoida prođe kroz nultu vrijednost, tiristor se zatvara, neće propustiti struju kroz sebe sve dok se pozitivni poluval ne približi njegovoj anodi i upravljački krug bloka za pomicanje faze ne da naredbu kontrolnoj elektrodi.

U trenutku t3 i T4 tiristor spojen na brojač radi prema već opisanom algoritmu. Tako se u transformatoru za zavarivanje koji koristi tiristorski krug dio struje struje prekida u trenucima t1 i t3 (stvara se stanka bez struje), a struje koje teku u intervalima t2 i t4 koriste se za zavarivanje.

Također, ovi se poluvodiči mogu ugraditi u primarnu petlju, a ne u električni krug. To omogućuje korištenje tiristora manje snage.Ali u ovom slučaju, transformator će pretvoriti izrezane dijelove poluvalova sinusnog vala, označene znakovima «+» i «-».

Prisutnost pauze bez struje tijekom razdoblja prekida dijela strujnih harmonika je nedostatak kruga, što utječe na kvalitetu gorenja luka. Primjena posebnih elektroda i neke druge mjere omogućuju uspješno korištenje tiristorskog kruga za zavarivanje, koji je našao dosta široku primjenu u konstrukcijama tzv. zavarivački ispravljači.

Diodni krugovi

Jednofazni ispravljači za zavarivanje male snage imaju dijagram povezivanja mosta sastavljen od četiri diode.

Stvara oblik ispravljene struje koja ima oblik kontinuirano izmjeničnih pozitivnih poluvalova. U ovom krugu struja zavarivanja ne mijenja svoj smjer, već samo varira u veličini, stvarajući valove. Ovaj oblik održava luk zavarivanja bolje od oblika tiristora.

Takvi uređaji mogu imati dodatne namote spojene na radne namote transformatora za regulaciju struje. Njegovu vrijednost određuje ampermetar spojen na ispravljeni krug kroz shunt ili sinusoidni - kroz strujni transformator.

Larionovljeva shema mosta

Dizajniran je za trofazne sustave i dobro radi s ispravljačima za zavarivanje.

Uključivanje dioda prema shemi ovog mosta omogućuje dodavanje vektora napona opterećenju na takav način da stvaraju konačni napon U out, koji je karakteriziran malim valovima i, prema Ohmovom zakonu, tvori luk struja sličnog oblika na elektrodi za zavarivanje. Mnogo je bliži idealnom obliku istosmjerne struje.

Značajke uporabe zavarivačkih ispravljača

Ispravljena struja u većini slučajeva omogućuje:

• sigurnije je zapaliti luk;

• osigurava njegovo stabilno sagorijevanje;

• stvaraju manje prskanja rastaljenog metala od transformatora za zavarivanje.

To proširuje mogućnosti zavarivanja, omogućuje vam pouzdano povezivanje legura od nehrđajućeg čelika i obojenih metala.

Inverter struje za zavarivanje

Inverteri za zavarivanje su uređaji koji izvode postepenu pretvorbu električne energije prema sljedećem algoritmu:

1. industrijska struja 220 ili 380 volti mijenja se pomoću ispravljača;

2. nastale tehnološke buke su izglađene pomoću ugrađenih filtara;

3. stabilizirana energija se invertira u visokofrekventnu struju (10 do 100 kHz);

4. visokofrekventni transformator smanjuje napon na vrijednost potrebnu za stabilno paljenje elektrodnog luka (60 V);

5. Visokofrekventni ispravljač pretvara električnu energiju u istosmjernu struju za zavarivanje.

Svakim od pet stupnjeva pretvarača automatski upravlja poseban tranzistorski modul serije IGBT u načinu povratne veze. Upravljački sustav temeljen na ovom modulu spada u najsloženije i najskuplje elemente zavarivačkog invertera.

Oblik ispravljene struje koju pretvarač stvara za luk praktički je blizu savršenoj ravnoj liniji. Omogućuje izvođenje više vrsta zavarivanja na različitim metalima.

Zahvaljujući mikroprocesorskom upravljanju tehnološkim procesima koji se odvijaju u pretvaraču, rad zavarivača uvelike je olakšan uvođenjem hardverskih funkcija:

• vrući start (Hot start mode) automatskim povećanjem struje na početku zavarivanja kako bi se olakšalo pokretanje luka;

• anti-stick (Anti Stick Mode), kada kada elektroda dodirne dijelove koji se zavaruju, vrijednost struje zavarivanja se smanjuje na vrijednosti koje ne uzrokuju topljenje metala i lijepljenje za elektrodu;

• forsiranje luka (Arc force mode) kada se velike kapljice rastaljenog metala odvajaju od elektrode kada se duljina luka skraćuje i postoji mogućnost lijepljenja.

Ove značajke čak i početnicima omogućuju izradu kvalitetnih zavara. Inverterski aparati za zavarivanje rade pouzdano s velikim fluktuacijama ulaznog mrežnog napona.

Inverterski uređaji zahtijevaju pažljivo rukovanje i zaštitu od prašine koja, ako se nanese na elektroničke komponente, može poremetiti njihov rad, dovesti do pogoršanja odvođenja topline i pregrijavanja strukture.

Na niskim temperaturama može se pojaviti kondenzacija na pločama modula. To će uzrokovati štetu i kvarove. Stoga se inverteri skladište u grijanim prostorijama i ne rade s njima za vrijeme mraza ili oborina.