Hlavné typy zváracích strojov

Upevnenie dielov zváraním a spájkovaním je založené na jednom princípe: liatie prvkov, ktoré sa majú spojiť, roztavenými kovmi. Iba pri spájkovaní sa používajú spájky olova a cínu s nízkou teplotou topenia a pri zváraní rovnaké kovy, z ktorých sú vyrobené zvárané konštrukcie.

Fyzikálne zákony pôsobiace pri zváraní

Aby sa kov preniesol z normálneho pevného stavu do kvapalného stavu, musí sa zahriať na veľmi vysokú teplotu, vyššiu ako je jeho bod topenia. Elektrické zváracie stroje pracujú na princípe generovania tepla v drôte, keď ním prechádza elektrický prúd.

V prvej polovici 19. storočia tento jav popísali súčasne dvaja fyzici: Angličan James Joule a Rus Emil Lenz. Dokázali, že množstvo tepla generovaného vo vodiči je priamo úmerné:

1. súčin druhej mocniny prechádzajúceho prúdu;

2. elektrický odpor obvodu;

3. expozičný čas.

Na vytvorenie množstva tepla schopného roztaviť kovové časti prúdom je potrebné ho ovplyvniť jedným z týchto troch kritérií (I, R, t).

Všetky zváracie stroje využívajú riadenie oblúka zmenou hodnoty pretekajúceho prúdu. Zvyšné dva parametre sú klasifikované ako dodatočné.

Druhy prúdu pre zváracie stroje

V ideálnom prípade je na rovnomerné zahrievanie dielov a oblasti švu najvhodnejší elektrický prúd s konštantným časom, ktorý môže byť generovaný zo zdrojov, ako sú dobíjacie batérie alebo chemické batérie alebo špeciálne generátory.

Schéma zobrazená na fotografii sa však v praxi nikdy nepoužíva. Ukázalo sa, že zobrazuje stabilný prúd, ktorý dokáže vytvoriť hladký, dokonalý oblúk.

Elektrické zváracie stroje pracujú na striedavý prúd s priemyselnou frekvenciou 50 hertzov. Všetky sú zároveň vytvorené pre dlhodobú bezpečnú prácu zvárača, ktorá si vyžaduje inštaláciu minimálneho rozdielu potenciálov medzi zváranými dielmi.

Pre spoľahlivé zapálenie oblúka je však potrebné udržiavať úroveň napätia 60 ÷ 70 voltov. Táto hodnota sa berie ako počiatočná hodnota pre pracovný okruh, pričom na vstup zváracieho stroja sa privádza napätie 220 alebo 380 V.

Striedavý prúd na zváranie

Na zníženie napájacieho napätia elektroinštalácie na pracovnú hodnotu zvárania sa používajú výkonné znižovacie transformátory s možnosťou nastavenia hodnoty prúdu. Na výstupe vytvárajú rovnaký sínusový tvar ako v elektrickej sieti. A harmonická amplitúda pre horenie oblúka je vytvorená oveľa vyššia.

Konštrukcia zváracích transformátorov musí spĺňať dve podmienky:

1.obmedzenie skratových prúdov v sekundárnom okruhu, ktoré sa podľa prevádzkových podmienok vyskytujú pomerne často;

2. stabilné horenie zapáleného oblúka potrebné na prevádzku.

Na tento účel sú navrhnuté s vonkajšou voltampérovou charakteristikou (VAC), ktorá má strmý pokles. To sa dosiahne zvýšením rozptylu elektromagnetickej energie alebo zahrnutím tlmivky - cievky s indukčným odporom - do obvodu.

V starších konštrukciách zváracích transformátorov sa na úpravu zváracieho prúdu používa metóda prepínania počtu závitov v primárnom alebo sekundárnom vinutí. Táto pracná a nákladná metóda prežila svoju užitočnosť a v moderných zariadeniach sa nepoužíva.

Spočiatku je transformátor nastavený na maximálny výkon, ktorý je uvedený v technickej dokumentácii a na typovom štítku krabice. Potom, aby sa nastavil prevádzkový prúd oblúka, sa zníži jedným z nasledujúcich spôsobov:

• pripojenie indukčného odporu k sekundárnemu okruhu. Súčasne sa zvyšuje sklon charakteristiky I — V a amplitúda zváracieho prúdu klesá, ako je znázornené na fotografii vyššie;

• zmena stavu magnetického obvodu;

• tyristorový obvod.

Spôsoby úpravy zváracieho prúdu zavedením indukčného odporu do sekundárneho okruhu

Zváracie transformátorytieto práce na tomto princípe sú dvoch typov:

1. s plynulým systémom riadenia prúdu v dôsledku postupnej zmeny vzduchovej medzery vo vnútri indukčného magnetického drôtu;

2. s postupným prepínaním počtu vinutí.

Pri prvom spôsobe je indukčný magnetický obvod vyrobený z dvoch častí: stacionárnej a pohyblivej, ktorá sa pohybuje otáčaním ovládacej rukoväte.

Pri maximálnej vzduchovej medzere vzniká najväčší odpor proti elektromagnetickému prúdeniu a najmenší indukčný odpor, ktorý poskytuje maximálnu hodnotu zváracieho prúdu.

Úplné priblíženie pohyblivej časti magnetického obvodu k stacionárnemu znižuje zvárací prúd na najnižšiu možnú hodnotu.

Kroková regulácia je založená na použití pohyblivého kontaktu na postupné spínanie určitého počtu vinutí.

Pre tieto indukčnosti je magnetický obvod vyrobený ako celok, neoddeliteľný, čo mierne zjednodušuje celkový dizajn.

Spôsob regulácie prúdu založený na zmene geometrie magnetického obvodu zváracieho transformátora

Táto technika sa vykonáva pomocou jednej z nasledujúcich metód:

1. posunutím časti pohyblivých cievok v inej vzdialenosti od stacionárne namontovaných cievok;

2. Úpravou polohy magnetického bočníka vo vnútri magnetického obvodu.

V prvom prípade je zvárací transformátor vytvorený so zvýšeným rozptylom indukčnosti v dôsledku možnosti zmeny vzdialenosti medzi vinutiami primárneho okruhu, stacionárnymi v oblasti spodného strmeňa, a pohyblivým sekundárnym vinutím.

Pohybuje sa ručným otáčaním rukoväte nastavovacieho hriadeľa, ktorá funguje na princípe vodiacej skrutky s maticou. V tomto prípade sa poloha napájacej cievky prenáša jednoduchou kinematickou schémou na mechanický indikátor, ktorý je odstupňovaný v dielikoch zváracieho prúdu. Jeho presnosť je asi 7,5%.Pre lepšie merania je v sekundárnom okruhu zabudovaný prúdový transformátor s ampérmetrom.

Pri minimálnej vzdialenosti medzi cievkami vzniká najvyšší zvárací prúd. Na jej zníženie je potrebné posunúť pohyblivú cievku na stranu.

Takéto konštrukcie zváracích transformátorov vytvárajú počas prevádzky veľké rádiové rušenie. Preto ich elektrický obvod obsahuje kapacitné filtre, ktoré znižujú elektromagnetický šum.

Ako zapnúť pohyblivý magnetický skrat

Jedna z verzií magnetického obvodu takéhoto transformátora je znázornená na fotografii nižšie.

Princíp jeho činnosti je založený na manévrovaní určitej časti magnetického toku v jadre v dôsledku zahrnutia nastavovacieho telesa s vodiacou skrutkou.

Zváracie transformátory riadené opísanými metódami sú vyrobené s magnetickými jadrami vyrobenými z elektrotechnických oceľových plechov a cievkami z medených alebo hliníkových drôtov s tepelne odolnou izoláciou. Za účelom dlhodobej prevádzky sú však vytvorené s možnosťou dobrej výmeny vzduchu na odvod vzniknutého tepla v okolitej atmosfére, preto majú veľkú hmotnosť a rozmery.

Vo všetkých uvažovaných prípadoch má zvárací prúd pretekajúci elektródou premenlivú hodnotu, čo znižuje rovnomernosť a kvalitu oblúka.

Jednosmerný prúd na zváranie

Tyristorové obvody

Ak sa za sekundárnym vinutím zváracieho transformátora cez riadiace elektródy zapoja dva opačne zapojené tyristory alebo jeden triak, z ktorých sa riadiaci obvod používa na nastavenie otváracej fázy každého polcyklu harmonickej, potom je možné znížte maximálny prúd napájacieho obvodu na hodnotu potrebnú pre špecifické podmienky zvárania.

Každý tyristor prechádza iba kladnou polvlnou prúdu z anódy na katódu a blokuje prechod jeho zápornej polovice. Spätná väzba umožňuje ovládať obe polvlny.

Regulačný orgán v riadiacom obvode nastavuje časový interval t1, počas ktorého je tyristor stále uzavretý a neprechádza svojou polvlnou. Pri privedení prúdu do obvodu riadiacej elektródy v čase t2 sa tyristor otvorí a cez neho prechádza časť kladnej polvlny označenej znakom «+».

Pri prechode sínusoidy cez nulovú hodnotu sa tyristor uzavrie, neprejde ním prúd, kým sa k jeho anóde nepriblíži kladná polvlna a riadiaci obvod bloku fázového posunu dá príkaz riadiacej elektróde.

V momente t3 a T4 pracuje tyristor pripojený k počítadlu podľa už opísaného algoritmu. Vo zváracom transformátore s tyristorovým obvodom sa teda časť energie prúdu v časoch t1 a t3 preruší (vytvorí sa pauza bez prúdu) a prúdy tečúce v intervaloch t2 a t4 sa využívajú na zváranie.

Tieto polovodiče môžu byť inštalované skôr v primárnej slučke ako v elektrickom obvode. To umožňuje použitie tyristorov s nižším výkonom.V tomto prípade však transformátor prevedie rezané časti polovičných vĺn sínusovej vlny, označené znakmi «+» a «-«.

Prítomnosť prestávky bez prúdu počas periód prerušenia časti prúdových harmonických je nedostatkom obvodu, ktorý ovplyvňuje kvalitu horenia oblúka. Použitie špeciálnych elektród a niektoré ďalšie opatrenia umožňujú úspešne použiť na zváranie tyristorový obvod, ktorý našiel pomerne široké uplatnenie v konštrukciách tzv. zváracie usmerňovače.

Diódové obvody

Jednofázové zváracie usmerňovače s nízkym výkonom majú schému zapojenia mostíka zostavenú zo štyroch diód.

Vytvára formu usmerneného prúdu, ktorý má podobu nepretržite sa striedajúcich kladných polvĺn. V tomto obvode zvárací prúd nemení svoj smer, ale iba kolíše vo veľkosti a vytvára zvlnenie. Tento tvar udržuje zvárací oblúk lepšie ako tyristorový tvar.

Takéto zariadenia môžu mať prídavné vinutia pripojené k prevádzkovým vinutiam transformátora na reguláciu prúdu. Jeho hodnota je určená ampérmetrom pripojeným k usmernenému obvodu cez bočník alebo sínusoidu - cez prúdový transformátor.

Schéma Larionovovho mosta

Je určený pre trojfázové systémy a dobre spolupracuje so zváracími usmerňovačmi.

Zahrnutie diód podľa schémy tohto mostíka umožňuje pridávať napäťové vektory k záťaži tak, že vytvárajú konečné napätie U out, ktoré sa vyznačuje malými zvlneniami a podľa Ohmovho zákona tvorí oblúk prúd podobného tvaru na zváracej elektróde. Je oveľa bližšie k ideálnej forme jednosmerného prúdu.

Vlastnosti použitia zváracích usmerňovačov

Usmernený prúd vo väčšine prípadov umožňuje:

• je bezpečnejšie zapáliť oblúk;

• zabezpečuje jeho stabilné spaľovanie;

• vytvárajú menej rozstrekov roztaveného kovu ako zváracie transformátory.

To rozširuje možnosti zvárania, umožňuje spoľahlivo spájať zliatiny nehrdzavejúcej ocele a neželezné kovy.

Invertorový prúd na zváranie

Zváracie invertory sú zariadenia, ktoré vykonávajú postupnú konverziu elektriny podľa nasledujúceho algoritmu:

1. priemyselná elektrina 220 alebo 380 voltov sa mení pomocou usmerňovača;

2. vznikajúce technologické šumy sú vyhladené pomocou zabudovaných filtrov;

3. stabilizovaná energia sa invertuje na vysokofrekvenčný prúd (10 až 100 kHz);

4. vysokofrekvenčný transformátor znižuje napätie na hodnotu potrebnú pre stabilné zapálenie elektródového oblúka (60 V);

5. Vysokofrekvenčný usmerňovač premieňa elektrinu na jednosmerný prúd na zváranie.

Každý z piatich stupňov meniča je automaticky riadený špeciálnym tranzistorovým modulom radu IGBT v režime spätnej väzby. Riadiaci systém založený na tomto module patrí k najkomplexnejšiemu a najdrahšiemu prvku zváracieho invertora.

Tvar usmerneného prúdu vytvoreného pre oblúk meničom je prakticky blízky dokonalej priamke. Umožňuje vykonávať viacero druhov zvárania rôznych kovov.

Vďaka mikroprocesorovému riadeniu technologických procesov prebiehajúcich v invertore je práca zvárača výrazne uľahčená zavedením hardvérových funkcií:

• horúci štart (režim horúceho štartu) automatickým zvýšením prúdu na začiatku zvárania, aby sa uľahčilo spustenie oblúka;

• anti-stick (režim Anti Stick), keď sa elektróda dotkne častí, ktoré sa majú zvárať, hodnota zváracieho prúdu klesne na hodnoty, ktoré nespôsobia roztavenie kovu a prilepenie na elektródu;

• arc forcing (režim Arc force), keď sa veľké kvapky roztaveného kovu oddeľujú od elektródy, keď je dĺžka oblúka skrátená a existuje možnosť prilepenia.

Tieto vlastnosti umožňujú aj začiatočníkom robiť kvalitné zvary. Invertorové zváracie stroje pracujú spoľahlivo aj pri veľkých výkyvoch vstupného sieťového napätia.

Invertorové zariadenia vyžadujú starostlivé zaobchádzanie a ochranu pred prachom, ktorý pri aplikácii na elektronické komponenty môže narušiť ich činnosť, viesť k zhoršeniu odvodu tepla a prehriatiu konštrukcie.

Pri nízkych teplotách sa na doskách modulov môže objaviť kondenzácia. Spôsobí to poškodenie a poruchy. Preto sa meniče skladujú vo vykúrených miestnostiach a nepracujú s nimi počas mrazov alebo zrážok.