Οι κύριοι τύποι μηχανών συγκόλλησης

Η στερέωση των εξαρτημάτων με συγκόλληση και συγκόλληση βασίζεται σε μία αρχή: έκχυση των στοιχείων που πρόκειται να ενωθούν με λιωμένα μέταλλα. Μόνο κατά τη συγκόλληση, χρησιμοποιούνται συγκολλήσεις μολύβδου-κασσιτέρου χαμηλής τήξης και κατά τη συγκόλληση, τα ίδια μέταλλα από τα οποία κατασκευάζονται οι συγκολλημένες κατασκευές.

Φυσικοί νόμοι που λειτουργούν στη συγκόλληση

Για να μεταφερθεί ένα μέταλλο από κανονική στερεά σε υγρή κατάσταση, πρέπει να θερμανθεί σε πολύ υψηλή θερμοκρασία, υψηλότερη από το σημείο τήξης του. Οι ηλεκτρικές μηχανές συγκόλλησης λειτουργούν με βάση την αρχή της παραγωγής θερμότητας σε ένα σύρμα όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα περνά μέσα από αυτό.

Στο πρώτο μισό του 19ου αιώνα, το φαινόμενο αυτό περιγράφηκε ταυτόχρονα από δύο φυσικούς: τον Άγγλο James Joule και τον Ρώσο Emil Lenz. Απέδειξαν ότι η ποσότητα της θερμότητας που παράγεται σε έναν αγωγό είναι ευθέως ανάλογη με:

1. το γινόμενο του τετραγώνου του διερχόμενου ρεύματος.

2. ηλεκτρική αντίσταση του κυκλώματος.

3. χρόνος έκθεσης.

Για να δημιουργήσετε την ποσότητα θερμότητας που μπορεί να λιώσει μεταλλικά μέρη με ρεύμα, είναι απαραίτητο να την επηρεάσετε με ένα από αυτά τα τρία κριτήρια (I, R, t).

Όλες οι μηχανές συγκόλλησης χρησιμοποιούν έλεγχο τόξου αλλάζοντας την τιμή του ρεύματος που ρέει. Οι υπόλοιπες δύο παράμετροι ταξινομούνται ως πρόσθετες.

Τύποι ρεύματος για μηχανές συγκόλλησης

Στην ιδανική περίπτωση, ένα ηλεκτρικό ρεύμα σταθερού χρόνου, το οποίο μπορεί να δημιουργηθεί από πηγές όπως επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ή χημικές μπαταρίες ή ειδικές γεννήτριες, είναι το καλύτερο για την ομοιόμορφη θέρμανση των εξαρτημάτων και της περιοχής ραφής.

Ωστόσο, το σχήμα που φαίνεται στη φωτογραφία δεν χρησιμοποιείται ποτέ στην πράξη. Έχει αποδειχθεί ότι εμφανίζει ένα σταθερό ρεύμα που μπορεί να χτυπήσει ένα ομαλό, τέλειο τόξο.

Οι ηλεκτρικές μηχανές συγκόλλησης λειτουργούν με εναλλασσόμενο ρεύμα με βιομηχανική συχνότητα 50 hertz. Ταυτόχρονα, όλα δημιουργούνται για μακροχρόνια, ασφαλή εργασία του συγκολλητή, η οποία απαιτεί την εγκατάσταση μιας ελάχιστης διαφοράς δυναμικού μεταξύ των συγκολλημένων εξαρτημάτων.

Ωστόσο, για αξιόπιστη ανάφλεξη του τόξου, είναι απαραίτητο να διατηρηθεί ένα επίπεδο τάσης 60 ÷ 70 βολτ. Αυτή η τιμή λαμβάνεται ως τιμή εκκίνησης για το κύκλωμα εργασίας ενώ 220 ή 380 V παρέχονται στην είσοδο της μηχανής συγκόλλησης.

Εναλλασσόμενο ρεύμα για συγκόλληση

Προκειμένου να μειωθεί η τάση τροφοδοσίας της ηλεκτρικής εγκατάστασης στην τιμή εργασίας της συγκόλλησης, χρησιμοποιούνται ισχυροί μετασχηματιστές βηματισμού με δυνατότητα ρύθμισης της τιμής ρεύματος. Στην έξοδο δημιουργούν το ίδιο ημιτονοειδές σχήμα όπως στο δίκτυο ισχύος. Και το αρμονικό πλάτος για καύση τόξου δημιουργείται πολύ υψηλότερο.

Ο σχεδιασμός των μετασχηματιστών συγκόλλησης πρέπει να πληροί δύο προϋποθέσεις:

1.περιορισμός των ρευμάτων βραχυκυκλώματος στο δευτερεύον κύκλωμα, το οποίο, σύμφωνα με τις συνθήκες λειτουργίας, συμβαίνει αρκετά συχνά.

2. σταθερή καύση του αναφλεγόμενου τόξου απαραίτητη για τη λειτουργία.

Για το σκοπό αυτό, έχουν σχεδιαστεί με εξωτερικό χαρακτηριστικό βολτ-αμπέρ (VAC) που έχει απότομη πτώση. Αυτό γίνεται αυξάνοντας τη διάχυση της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας ή συμπεριλαμβάνοντας ένα τσοκ —ένα πηνίο επαγωγικής αντίστασης— στο κύκλωμα.

Σε παλαιότερα σχέδια μετασχηματιστών συγκόλλησης, η μέθοδος εναλλαγής του αριθμού στροφών στο πρωτεύον ή δευτερεύον τύλιγμα χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση του ρεύματος συγκόλλησης. Αυτή η επίπονη και δαπανηρή μέθοδος έχει ξεπεράσει τη χρησιμότητά της και δεν χρησιμοποιείται σε σύγχρονες συσκευές.

Αρχικά, ο μετασχηματιστής έχει ρυθμιστεί να παρέχει μέγιστη ισχύ, η οποία αναφέρεται στην τεχνική τεκμηρίωση και στην πινακίδα τύπου του κουτιού. Στη συνέχεια, για να ρυθμίσετε το ρεύμα λειτουργίας του τόξου, μειώνεται με έναν από τους παρακάτω τρόπους:

• συνδέοντας μια επαγωγική αντίσταση στο δευτερεύον κύκλωμα. Ταυτόχρονα, η κλίση του χαρακτηριστικού I — V αυξάνεται και το πλάτος του ρεύματος συγκόλλησης μειώνεται, όπως φαίνεται στην παραπάνω φωτογραφία.

• αλλαγή στην κατάσταση του μαγνητικού κυκλώματος.

• κύκλωμα θυρίστορ.

Μέθοδοι ρύθμισης του ρεύματος συγκόλλησης με την εισαγωγή επαγωγικής αντίστασης στο δευτερεύον κύκλωμα

Μετασχηματιστές συγκόλλησηςαυτά τα έργα σε αυτήν την αρχή είναι δύο τύπων:

1. με ομαλό σύστημα ελέγχου ρεύματος λόγω της σταδιακής αλλαγής του διακένου αέρα μέσα στο επαγωγικό μαγνητικό καλώδιο.

2. με σταδιακή εναλλαγή του αριθμού των περιελίξεων.

Στην πρώτη μέθοδο, το επαγωγικό μαγνητικό κύκλωμα αποτελείται από δύο μέρη: ένα σταθερό και ένα κινητό, το οποίο κινείται με την περιστροφή της λαβής ελέγχου.

Στο μέγιστο διάκενο αέρα δημιουργείται η μεγαλύτερη αντίσταση στην ηλεκτρομαγνητική ροή και η μικρότερη επαγωγική αντίσταση, η οποία παρέχει τη μέγιστη τιμή του ρεύματος συγκόλλησης.

Η πλήρης προσέγγιση του κινούμενου τμήματος του μαγνητικού κυκλώματος προς το ακίνητο μειώνει το ρεύμα συγκόλλησης στη χαμηλότερη δυνατή τιμή.

Η ρύθμιση του βήματος βασίζεται στη χρήση μιας κινητής επαφής για την αλλαγή ορισμένου αριθμού περιελίξεων σε στάδια.

Για αυτές τις επαγωγές, το μαγνητικό κύκλωμα γίνεται ολόκληρο, αδιαχώριστο, γεγονός που απλοποιεί ελαφρώς τη συνολική σχεδίαση.

Μια μέθοδος ρύθμισης ρεύματος που βασίζεται στην αλλαγή της γεωμετρίας του μαγνητικού κυκλώματος του μετασχηματιστή συγκόλλησης

Αυτή η τεχνική εκτελείται χρησιμοποιώντας μία από τις ακόλουθες μεθόδους:

1. μετακινώντας το τμήμα των κινούμενων πηνίων σε διαφορετική απόσταση από τα σταθερά τοποθετημένα πηνία.

2. Ρυθμίζοντας τη θέση της μαγνητικής διακλάδωσης μέσα στο μαγνητικό κύκλωμα.

Στην πρώτη περίπτωση, ο μετασχηματιστής συγκόλλησης δημιουργείται με αυξημένη διάχυση επαγωγής λόγω της δυνατότητας αλλαγής της απόστασης μεταξύ των περιελίξεων του πρωτεύοντος κυκλώματος, στάσιμος στην περιοχή του κάτω ζυγού και της κινητής δευτερεύουσας περιέλιξης.

Κινείται λόγω της χειροκίνητης περιστροφής της λαβής του άξονα ρύθμισης, η οποία λειτουργεί με βάση την αρχή μιας βίδας με ένα παξιμάδι. Σε αυτή την περίπτωση, η θέση του πηνίου ισχύος μεταφέρεται με ένα απλό κινηματικό διάγραμμα σε έναν μηχανικό δείκτη, ο οποίος διαβαθμίζεται σε διαιρέσεις του ρεύματος συγκόλλησης. Η ακρίβειά του είναι περίπου 7,5%.Για καλύτερες μετρήσεις, ένας μετασχηματιστής ρεύματος με αμπερόμετρο είναι ενσωματωμένος στο δευτερεύον κύκλωμα.

Στην ελάχιστη απόσταση μεταξύ των πηνίων, παράγεται το υψηλότερο ρεύμα συγκόλλησης. Για να το μειώσετε, είναι απαραίτητο να μετακινήσετε το κινούμενο πηνίο στο πλάι.

Τέτοιες κατασκευές μετασχηματιστών συγκόλλησης δημιουργούν μεγάλες ραδιοπαρεμβολές κατά τη λειτουργία. Επομένως, το ηλεκτρικό τους κύκλωμα περιλαμβάνει χωρητικά φίλτρα που μειώνουν τον ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο.

Πώς να ενεργοποιήσετε την κινητή μαγνητική διακλάδωση

Μία από τις εκδόσεις του μαγνητικού κυκλώματος ενός τέτοιου μετασχηματιστή φαίνεται στην παρακάτω φωτογραφία.

Η αρχή της λειτουργίας του βασίζεται στον ελιγμό ενός συγκεκριμένου μέρους της μαγνητικής ροής στον πυρήνα λόγω της συμπερίληψης ενός ρυθμιστικού σώματος με μια βίδα μολύβδου.

Οι μετασχηματιστές συγκόλλησης που ελέγχονται με τις περιγραφόμενες μεθόδους κατασκευάζονται με μαγνητικούς πυρήνες κατασκευασμένους από φύλλα ηλεκτρικού χάλυβα και πηνία από σύρματα χαλκού ή αλουμινίου με μόνωση ανθεκτική στη θερμότητα. Ωστόσο, για λόγους μακροχρόνιας λειτουργίας δημιουργούνται με δυνατότητα καλής ανταλλαγής αέρα για την απομάκρυνση της παραγόμενης θερμότητας στην περιβάλλοντα ατμόσφαιρα, επομένως έχουν μεγάλο βάρος και διαστάσεις.

Σε όλες τις περιπτώσεις που εξετάζονται, το ρεύμα συγκόλλησης που διαρρέει το ηλεκτρόδιο έχει μεταβλητή τιμή, η οποία μειώνει την ομοιομορφία και την ποιότητα του τόξου.

Συνεχές ρεύμα για συγκόλληση

Κυκλώματα θυρίστορ

Εάν συνδεθούν δύο αντίθετα συνδεδεμένα θυρίστορ ή ένα triac μετά τη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή συγκόλλησης, μέσω των ηλεκτροδίων ελέγχου, από τα οποία το κύκλωμα ελέγχου χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της φάσης ανοίγματος κάθε μισού κύκλου της αρμονικής, τότε καθίσταται δυνατή η μειώστε το μέγιστο ρεύμα του κυκλώματος ισχύος στην τιμή που απαιτείται για συγκεκριμένες συνθήκες συγκόλλησης.

Κάθε θυρίστορ περνά μόνο το θετικό μισό κύμα του ρεύματος από την άνοδο στην κάθοδο και εμποδίζει τη διέλευση του αρνητικού του μισού. Η ανάδραση σάς επιτρέπει να ελέγχετε και τα δύο μισά κύματα.

Το ρυθμιστικό σώμα στο κύκλωμα ελέγχου ορίζει το χρονικό διάστημα t1 κατά το οποίο το θυρίστορ είναι ακόμα κλειστό και δεν περνά το μισό του κύμα. Όταν τροφοδοτείται ρεύμα στο κύκλωμα του ηλεκτροδίου ελέγχου τη χρονική στιγμή t2, το θυρίστορ ανοίγει και μέρος του θετικού μισού κύματος, που σημειώνεται με το σύμβολο «+», περνά μέσα από αυτό.

Όταν το ημιτονοειδές διέρχεται από μια μηδενική τιμή, το θυρίστορ κλείνει, δεν θα περάσει ρεύμα από τον εαυτό του έως ότου ένα θετικό μισό κύμα πλησιάσει την άνοδό του και το κύκλωμα ελέγχου του μπλοκ μετατόπισης φάσης δώσει εντολή στο ηλεκτρόδιο ελέγχου.

Τη στιγμή t3 και T4, το θυρίστορ που είναι συνδεδεμένο στον μετρητή λειτουργεί σύμφωνα με τον ήδη περιγραφόμενο αλγόριθμο. Έτσι, στον μετασχηματιστή συγκόλλησης που χρησιμοποιεί ένα κύκλωμα θυρίστορ, μέρος της ενέργειας ρεύματος διακόπτεται τις στιγμές t1 και t3 (δημιουργείται παύση χωρίς ρεύμα) και τα ρεύματα που ρέουν στα διαστήματα t2 και t4 χρησιμοποιούνται για συγκόλληση.

Επίσης, αυτοί οι ημιαγωγοί μπορούν να εγκατασταθούν σε έναν πρωτεύοντα βρόχο και όχι στο ηλεκτρικό κύκλωμα. Αυτό επιτρέπει τη χρήση θυρίστορ χαμηλότερης ισχύος.Αλλά σε αυτή την περίπτωση, ο μετασχηματιστής θα μετατρέψει τα κομμένα μέρη των ημικυμάτων του ημιτονοειδούς κύματος, που σημειώνονται με τα σημάδια «+» και «-».

Η παρουσία παύσης χωρίς ρεύμα κατά τις περιόδους διακοπής τμήματος των αρμονικών του ρεύματος είναι ένα μειονέκτημα του κυκλώματος, το οποίο επηρεάζει την ποιότητα της καύσης του τόξου. Η χρήση ειδικών ηλεκτροδίων και ορισμένα άλλα μέτρα καθιστούν δυνατή την επιτυχή χρήση του κυκλώματος θυρίστορ για συγκόλληση, το οποίο έχει βρει αρκετά ευρεία εφαρμογή σε δομές που ονομάζονται ανορθωτές συγκόλλησης.

Κυκλώματα διόδου

Οι μονοφασικοί ανορθωτές συγκόλλησης χαμηλής ισχύος έχουν ένα διάγραμμα σύνδεσης γέφυρας συναρμολογημένο από τέσσερις διόδους.

Δημιουργεί μια μορφή ανορθωμένου ρεύματος που παίρνει τη μορφή συνεχώς εναλλασσόμενων θετικών ημικυμάτων. Σε αυτό το κύκλωμα, το ρεύμα συγκόλλησης δεν αλλάζει την κατεύθυνσή του, αλλά αυξομειώνεται μόνο σε μέγεθος, δημιουργώντας κυματισμούς. Αυτό το σχήμα διατηρεί το τόξο συγκόλλησης καλύτερα από ένα σχήμα θυρίστορ.

Τέτοιες συσκευές μπορεί να έχουν πρόσθετες περιελίξεις συνδεδεμένες με τις περιελίξεις λειτουργίας του μετασχηματιστή ρύθμισης ρεύματος. Η τιμή του καθορίζεται από ένα αμπερόμετρο συνδεδεμένο σε ένα ανορθωμένο κύκλωμα μέσω διακλάδωσης ή ημιτονοειδούς — μέσω ενός μετασχηματιστή ρεύματος.

Το σχέδιο γέφυρας του Λαριόνοφ

Είναι σχεδιασμένο για τριφασικά συστήματα και λειτουργεί καλά με ανορθωτές συγκόλλησης.

Η συμπερίληψη διόδων σύμφωνα με το σχήμα αυτής της γέφυρας καθιστά δυνατή την προσθήκη διανυσμάτων τάσης στο φορτίο με τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργούν μια τελική τάση U έξω, η οποία χαρακτηρίζεται από μικρούς κυματισμούς και, σύμφωνα με το νόμο του Ohm, σχηματίζει ένα τόξο ρεύμα παρόμοιου σχήματος στο ηλεκτρόδιο συγκόλλησης. Είναι πολύ πιο κοντά στην ιδανική μορφή συνεχούς ρεύματος.

Χαρακτηριστικά της χρήσης ανορθωτών συγκόλλησης

Το διορθωμένο ρεύμα στις περισσότερες περιπτώσεις επιτρέπει:

• είναι ασφαλέστερο να αναφλεγεί το τόξο.

• εξασφαλίζει τη σταθερή καύση του.

• δημιουργούν λιγότερο πιτσίλισμα λιωμένου μετάλλου από τους μετασχηματιστές συγκόλλησης.

Αυτό επεκτείνει τις δυνατότητες συγκόλλησης, σας επιτρέπει να συνδέσετε αξιόπιστα κράματα ανοξείδωτου χάλυβα και μη σιδηρούχα μέταλλα.

Ρεύμα μετατροπέα για συγκόλληση

Οι μετατροπείς συγκόλλησης είναι συσκευές που εκτελούν βήμα προς βήμα μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας σύμφωνα με τον ακόλουθο αλγόριθμο:

1. Βιομηχανικός ηλεκτρισμός 220 ή 380 βολτ αλλάζει με ανορθωτή.

2. Οι προκύπτοντες τεχνολογικοί θόρυβοι εξομαλύνονται με ενσωματωμένα φίλτρα.

3. Η σταθεροποιημένη ενέργεια αναστρέφεται σε ρεύμα υψηλής συχνότητας (10 έως 100 kHz).

4. ο μετασχηματιστής υψηλής συχνότητας μειώνει την τάση στην τιμή που απαιτείται για σταθερή ανάφλεξη του τόξου ηλεκτροδίου (60 V).

5. Ο ανορθωτής υψηλής συχνότητας μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε συνεχές ρεύμα για συγκόλληση.

Κάθε ένα από τα πέντε στάδια του μετατροπέα ελέγχεται αυτόματα από μια ειδική μονάδα τρανζίστορ της σειράς IGBT σε λειτουργία ανάδρασης. Το σύστημα ελέγχου που βασίζεται σε αυτή τη μονάδα ανήκει στο πιο περίπλοκο και ακριβό στοιχείο του μετατροπέα συγκόλλησης.

Το σχήμα του ανορθωμένου ρεύματος που δημιουργείται για το τόξο από τον μετατροπέα είναι πρακτικά κοντά σε μια τέλεια ευθεία γραμμή. Σας επιτρέπει να εκτελείτε πολλαπλούς τύπους συγκόλλησης σε διαφορετικά μέταλλα.

Χάρη στον έλεγχο μικροεπεξεργαστή των τεχνολογικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στον μετατροπέα, η εργασία του συγκολλητή διευκολύνεται σημαντικά από την εισαγωγή λειτουργιών υλικού:

• ζεστή εκκίνηση (λειτουργία Hot start) αυξάνοντας αυτόματα το ρεύμα στην αρχή της συγκόλλησης για να διευκολυνθεί η εκκίνηση του τόξου.

• αντικολλητικό (Anti Stick Mode), όταν όταν το ηλεκτρόδιο αγγίζει τα προς συγκόλληση μέρη, η τιμή του ρεύματος συγκόλλησης μειώνεται σε τιμές που δεν προκαλούν το μέταλλο να λιώσει και να κολλήσει στο ηλεκτρόδιο.

• εξαναγκασμός τόξου (τρόπος δύναμης τόξου) όταν μεγάλα σταγονίδια λιωμένου μετάλλου διαχωρίζονται από το ηλεκτρόδιο όταν το μήκος του τόξου συντομεύεται και υπάρχει πιθανότητα να κολλήσουν.

Αυτά τα χαρακτηριστικά επιτρέπουν ακόμη και σε αρχάριους να κάνουν ποιοτικές συγκολλήσεις. Οι μηχανές συγκόλλησης inverter λειτουργούν αξιόπιστα με μεγάλες διακυμάνσεις στην τάση δικτύου εισόδου.

Οι συσκευές inverter απαιτούν προσεκτικό χειρισμό και προστασία από τη σκόνη, η οποία, εάν εφαρμοστεί σε ηλεκτρονικά εξαρτήματα, μπορεί να διαταράξει τη λειτουργία τους, να οδηγήσει σε επιδείνωση της απαγωγής θερμότητας και υπερθέρμανση της δομής.

Σε χαμηλές θερμοκρασίες, μπορεί να εμφανιστεί συμπύκνωση στις πλακέτες των μονάδων. Αυτό θα προκαλέσει ζημιές και δυσλειτουργίες. Επομένως, οι μετατροπείς αποθηκεύονται σε θερμαινόμενους χώρους και δεν λειτουργούν μαζί τους κατά τη διάρκεια παγετού ή βροχοπτώσεων.