Hitsauskoneiden päätyypit

Osien kiinnitys hitsaamalla ja juottamalla perustuu yhteen periaatteeseen: liitettävät elementit kaadetaan sulalla metallilla. Vain juotettaessa käytetään alhaalla sulavia lyijy-tinajuotteita ja hitsattaessa samoja metalleja, joista hitsatut rakenteet valmistetaan.

Fysikaaliset lait hitsauksessa

Metallin siirtämiseksi normaalista kiinteästä tilasta nestemäiseen tilaan se on lämmitettävä erittäin korkeaan lämpötilaan, korkeampaan lämpötilaan kuin sen sulamispiste. Sähköhitsauskoneet toimivat periaatteella, että johdossa syntyy lämpöä, kun sen läpi kulkee sähkövirta.

1800-luvun ensimmäisellä puoliskolla tätä ilmiötä kuvaili samanaikaisesti kaksi fyysikkoa: englantilainen James Joule ja venäläinen Emil Lenz. He osoittivat, että johtimessa syntyvän lämmön määrä on suoraan verrannollinen:

1. kulkevan virran neliön tulo;

2. piirin sähkövastus;

3. valotusaika.

Jotta saadaan aikaan lämpömäärä, joka pystyy sulattamaan metalliosia virralla, on tarpeen vaikuttaa siihen jollakin näistä kolmesta kriteeristä (I, R, t).

Kaikki hitsauskoneet käyttävät kaariohjausta muuttamalla virtaavan virran arvoa. Loput kaksi parametria luokitellaan lisäparametriksi.

Hitsauskoneiden virtatyypit

Ihannetapauksessa vakioaikainen sähkövirta, joka voidaan tuottaa lähteistä, kuten ladattavista paristoista tai kemiallisista akuista tai erikoisgeneraattoreista, sopii parhaiten lämmittämään osia ja sauma-aluetta tasaisesti.

Kuvassa näkyvää kaaviota ei kuitenkaan koskaan käytetä käytännössä. Sen on osoitettu näyttävän vakaata virtaa, joka voi iskeä tasaisen, täydellisen kaaren.

Sähköhitsauskoneet toimivat vaihtovirralla, jonka teollinen taajuus on 50 hertsiä. Samalla ne kaikki on luotu pitkäkestoiseen ja turvalliseen hitsaajan työhön, mikä edellyttää minimipotentiaalieron asentamista hitsattujen osien välille.

Valokaarin luotettavan syttymisen varmistamiseksi on kuitenkin tarpeen ylläpitää jännitetasoa 60 ÷ 70 volttia. Tämä arvo otetaan työpiirin aloitusarvoksi, kun taas hitsauskoneen tuloon syötetään 220 tai 380 V.

Vaihtovirta hitsaukseen

Sähköasennuksen syöttöjännitteen alentamiseksi hitsauksen käyttöarvoon käytetään tehokkaita alennusmuuntajia, joilla on kyky säätää virta-arvoa. Lähdössä ne luovat saman sinimuotoisen muodon kuin sähköverkossa. Ja kaaripolton harmoninen amplitudi luodaan paljon korkeammalle.

Hitsausmuuntajien suunnittelun on täytettävä kaksi ehtoa:

1.oikosulkuvirtojen rajoittaminen toisiopiirissä, joita esiintyy käyttöolosuhteiden mukaan melko usein;

2. toiminnan kannalta välttämätön sytytetyn valokaaren vakaa palaminen.

Tätä tarkoitusta varten ne on suunniteltu ulkoisella volttiampeeriominaisuudella (VAC), jolla on jyrkkä pudotus. Tämä tehdään lisäämällä sähkömagneettisen energian hajoamista tai sisällyttämällä piiriin kuristin - induktiivisen vastuksen kela.

Vanhemmissa hitsausmuuntajien malleissa hitsausvirran säätämiseen käytetään menetelmää, jolla vaihdetaan ensiö- tai toisiokäämin kierrosten lukumäärä. Tämä työläs ja kallis menetelmä on vanhentunut, eikä sitä käytetä nykyaikaisissa laitteissa.

Aluksi muuntaja asetetaan toimittamaan maksimitehoa, joka on ilmoitettu teknisissä asiakirjoissa ja rasian tyyppikilvessä. Sitten kaaren käyttövirran säätämiseksi sitä vähennetään jollakin seuraavista tavoista:

• induktiivisen vastuksen kytkeminen toisiopiiriin. Samanaikaisesti I - V -ominaisuuden kaltevuus kasvaa ja hitsausvirran amplitudi pienenee, kuten yllä olevassa kuvassa näkyy;

• magneettipiirin tilan muutos;

• tyristoripiiri.

Menetelmät hitsausvirran säätöön lisäämällä induktiivinen vastus toisiopiiriin

Hitsausmuuntajatnämä tällä periaatteella toimivat teokset ovat kahdenlaisia:

1. tasaisella virransäätöjärjestelmällä induktiivisen magneettilangan sisällä olevan ilmavälin asteittaisen muutoksen vuoksi;

2. käämien lukumäärän asteittaisella vaihdolla.

Ensimmäisessä menetelmässä induktiivinen magneettipiiri koostuu kahdesta osasta: kiinteästä ja liikkuvasta, jota liikutetaan ohjauskahvan pyörityksellä.

Suurimmalla ilmavälillä syntyy suurin vastus sähkömagneettiselle virtaukselle ja pienin induktiivinen vastus, mikä antaa hitsausvirran maksimiarvon.

Magneettipiirin liikkuvan osan täydellinen lähestyminen paikallaan olevaan alentaa hitsausvirran alimpaan mahdolliseen arvoon.

Askelsäätö perustuu liikkuvan koskettimen käyttöön kytkemään tietty määrä käämiä vaiheittain.

Näille induktansseille magneettipiiri on tehty kokonaiseksi, erottamattomaksi, mikä yksinkertaistaa hieman yleistä suunnittelua.

Virransäätömenetelmä, joka perustuu hitsausmuuntajan magneettipiirin geometrian muuttamiseen

Tämä tekniikka suoritetaan jollakin seuraavista tavoista:

1. siirtämällä liikkuvien kelojen osaa eri etäisyydelle paikallaan olevista keloista;

2. Säätämällä magneettishuntin asentoa magneettipiirin sisällä.

Ensimmäisessä tapauksessa hitsausmuuntaja luodaan lisääntyneellä induktanssihäviöllä, koska on mahdollista muuttaa alemman ikeen alueella paikallaan olevan ensiöpiirin käämien ja liikkuvan toisiokäämin välistä etäisyyttä.

Se liikkuu säätöakselin kahvan manuaalisen pyörityksen takia, joka toimii mutterilla varustetun lyijyruuvin periaatteella. Tässä tapauksessa tehokäämin paikka siirretään yksinkertaisella kinemaattisella kaaviolla mekaaniseen indikaattoriin, joka on jaoteltu hitsausvirran jakoittain. Sen tarkkuus on noin 7,5 %.Parempia mittauksia varten toisiopiiriin on sisäänrakennettu ampeerimittarilla varustettu virtamuuntaja.

Käämien välisellä minimietäisyydellä syntyy suurin hitsausvirta. Sen vähentämiseksi on välttämätöntä siirtää liikkuvaa kelaa sivulle.

Tällaiset hitsausmuuntajien rakenteet aiheuttavat suuria radiohäiriöitä käytön aikana. Siksi niiden sähköpiiri sisältää kapasitiivisia suodattimia, jotka vähentävät sähkömagneettista kohinaa.

Kuinka kytkeä liikkuva magneettinen shuntti päälle

Yksi tällaisen muuntajan magneettipiirin versioista on esitetty alla olevassa kuvassa.

Sen toimintaperiaate perustuu magneettivuon tietyn osan ohjaamiseen ytimessä, koska säätörunko on sisällytetty johtoruuvilla.

Kuvatuilla menetelmillä ohjatut hitsausmuuntajat valmistetaan sähköteräslevyistä valmistetuilla magneettisydämillä ja kupari- tai alumiinilankojen keloilla, joissa on lämmönkestävä eristys. Pitkäaikaista käyttöä varten ne on kuitenkin luotu hyvällä ilmanvaihdolla syntyvän lämmön poistamiseksi ympäröivästä ilmakehästä, joten niillä on suuri paino ja mitat.

Kaikissa tarkastelutapauksissa elektrodin läpi kulkevalla hitsausvirralla on muuttuva arvo, mikä heikentää kaaren tasaisuutta ja laatua.

Tasavirta hitsaukseen

Tyristoripiirit

Jos hitsausmuuntajan toisiokäämin jälkeen kytketään kaksi vastakkain kytkettyä tyristoria tai yksi triakki ohjauselektrodien kautta, joista ohjauspiirin avulla säädetään harmonisen jokaisen puolijakson avautumisvaihetta, on mahdollista vähennä tehopiirin maksimivirta tietyissä hitsausolosuhteissa vaadittuun arvoon.

Kukin tyristori siirtää vain virran positiivisen puoliaallon anodista katodille ja estää negatiivisen puolikkaan kulkua. Palautteen avulla voit ohjata molempia puoliaaltoja.

Ohjauspiirin säätöelin asettaa aikavälin t1, jonka aikana tyristori on vielä kiinni eikä ohita puoliaaltoaan. Kun ohjauselektrodin piiriin syötetään virtaa hetkellä t2, tyristori aukeaa ja sen läpi kulkee osa positiivisesta puoliaallosta, joka on merkitty «+»-merkillä.

Kun siniaalto kulkee nolla-arvon läpi, tyristori sulkeutuu, se ei kuljeta virtaa itsensä läpi ennen kuin positiivinen puoliaalto lähestyy anodiaan ja vaiheensiirtolohkon ohjauspiiri antaa komennon ohjauselektrodille.

Tällä hetkellä t3 ja T4 laskuriin kytketty tyristori toimii jo kuvatun algoritmin mukaan. Siten tyristoripiiriä käyttävässä hitsausmuuntajassa osa virtaenergiasta katkeaa hetkinä t1 ja t3 (muodostetaan tauko ilman virtaa), ja välissä t2 ja t4 kulkevia virtoja käytetään hitsaukseen.

Myös nämä puolijohteet voidaan asentaa ensisijaiseen silmukkaan sähköpiirin sijaan. Tämä mahdollistaa pienempitehoisten tyristorien käytön.Mutta tässä tapauksessa muuntaja muuntaa siniaallon puoliaaltojen leikatut osat, jotka on merkitty merkeillä «+» ja «-«.

Tauko ilman virtaa virran yliaaltojen osan keskeytysjaksojen aikana on piirin puute, joka vaikuttaa valokaaren palamisen laatuun. Erikoiselektrodien ja joidenkin muiden toimenpiteiden käyttö mahdollistaa tyristoripiirin menestyksellisen käytön hitsaukseen, joka on löytänyt varsin laajan käytön rakenteissa ns. hitsaustasasuuntaajat.

Diodipiirit

Pienitehoisissa yksivaiheisissa hitsaustasasuuntaajissa on neljästä diodista koottu siltakytkentäkaavio.

Se luo tasasuuntaisen virran muodon, joka on jatkuvasti vaihtuvien positiivisten puoliaaltojen muodossa. Tässä piirissä hitsausvirta ei muuta suuntaaan, vaan vain vaihtelee suuruusluokkaa aiheuttaen aaltoilua. Tämä muoto säilyttää hitsauskaaren paremmin kuin tyristorimuoto.

Tällaisissa laitteissa voi olla lisäkäämityksiä, jotka on kytketty virransäätömuuntajan käyttökäämeihin. Sen arvo määritetään ampeerimittarilla, joka on kytketty tasasuunnan piiriin shuntin tai sinimuotoisen - virtamuuntajan kautta.

Larionovin siltasuunnitelma

Se on suunniteltu kolmivaiheisiin järjestelmiin ja toimii hyvin hitsaustasasuuntaajien kanssa.

Diodien sisällyttäminen tämän sillan kaavion mukaisesti mahdollistaa jännitevektoreiden lisäämisen kuormaan siten, että ne muodostavat lopullisen jännitteen U out, jolle on ominaista pienet aaltoilut ja joka Ohmin lain mukaan muodostaa kaaren samanmuotoinen virta hitsauselektrodilla. Se on paljon lähempänä ihanteellista tasavirran muotoa.

Hitsaustasasuuntaajien käytön ominaisuudet

Tasasuunnattu virta useimmissa tapauksissa mahdollistaa:

• on turvallisempaa sytyttää kaari;

• varmistaa sen vakaan palamisen;

• aiheuttavat vähemmän sulametalliroiskeita kuin hitsausmuuntajat.

Tämä laajentaa hitsausmahdollisuuksia, mahdollistaa ruostumattomien teräsmetallien ja ei-rautametallien luotettavan liittämisen.

Invertterivirta hitsaukseen

Hitsausinvertterit ovat laitteita, jotka suorittavat sähkön vaiheittaisen muuntamisen seuraavan algoritmin mukaisesti:

1. teollisuussähkö 220 tai 380 volttia vaihdetaan tasasuuntaajalla;

2. syntyvät teknologiset äänet tasoitetaan sisäänrakennettujen suodattimien avulla;

3. stabiloitu energia käännetään suurtaajuiseksi virraksi (10-100 kHz);

4. suurtaajuusmuuntaja alentaa jännitteen arvoon, joka tarvitaan elektrodikaarin vakaaseen syttymiseen (60 V);

5. Suurtaajuustasasuuntaaja muuntaa sähkön tasavirraksi hitsausta varten.

Jokaista invertterin viidestä porrasta ohjataan automaattisesti takaisinkytkentätilassa IGBT-sarjan erityinen transistorimoduuli. Tähän moduuliin perustuva ohjausjärjestelmä kuuluu hitsausinvertterin monimutkaisimpiin ja kalleimpiin elementteihin.

Invertterin kaarelle luoman tasasuuntaisen virran muoto on käytännössä lähellä täydellistä suoraa. Sen avulla voit suorittaa useita erilaisia ​​hitsauksia eri metalleille.

Invertterissä tapahtuvien teknisten prosessien mikroprosessoriohjauksen ansiosta hitsaajan työtä helpottaa huomattavasti laitteistotoimintojen käyttöönotto:

• kuumakäynnistys (kuumakäynnistystila) lisäämällä automaattisesti virtaa hitsauksen alussa valokaaren syttymisen helpottamiseksi;

• tarttumisenesto (Anti Stick Mode), kun elektrodin koskettaessa hitsattavia osia, hitsausvirran arvo laskee arvoihin, jotka eivät aiheuta metallin sulamista ja kiinnittymistä elektrodiin;

• kaaripakko (Arc force mode), kun suuret sulan metallin pisarat erottuvat elektrodista, kun kaaren pituutta lyhennetään ja on mahdollista tarttua.

Näiden ominaisuuksien avulla jopa aloittelijat voivat tehdä laadukkaita hitsejä. Invertterihitsauskoneet toimivat luotettavasti suurillakin verkkojännitteen vaihteluilla.

Invertterilaitteet vaativat huolellista käsittelyä ja suojausta pölyltä, joka elektronisiin komponentteihin levitettynä voi häiritä niiden toimintaa, johtaa lämmön haihtumisen heikkenemiseen ja rakenteen ylikuumenemiseen.

Alhaisissa lämpötiloissa moduulien levyille voi muodostua kondensaatiota. Tämä aiheuttaa vaurioita ja toimintahäiriöitä. Siksi invertterit varastoidaan lämmitetyissä tiloissa, eivätkä ne toimi niiden kanssa pakkasen tai sateen aikana.