Karakteristik af en svejsestrømkilde

Efter at have læst denne artikel vil du lære om egenskaberne ved en svejsekraftkilde: - 1. Volt-Ampere Karakteristik af en svejsestrømkilde 2. Eksterne statiske volt-ampereegenskaber af en svejsestrømkilde 3. Konstant aktuelle egenskaber 4. Konstant spænding Egenskaber 5. Dynamiske Volt-Ampere Egenskaber.

Volt-Ampere Karakteristik af en svejsestrømkilde:

Alle svejsekraftkilder har to slags driftsegenskaber, nemlig statisk karakteristik og dynamisk karakteristik. Den statiske udgangskarakteristika kan let etableres ved at måle udgangsspændingen og strømmen ved hjælp af konventionel indlæsningsmetode ved hjælp af variable modstande. Således udgør en kurve, der viser udgangsstrømmen mod udgangsspænding for en given strømkilde, dens statiske karakteristik.

Den dynamiske egenskab ved en buesvejsningskraftkilde bestemmes ved at registrere de transientvariationer, der forekommer over et kort interval i svejsestrømmen og buespændingen. Det beskriver således øjeblikkelige variationer, der forekommer over et kort tidsinterval, en milli-sekund. Arc-stabilitet bestemmes af den kombinerede interaktion mellem svejsekraftkildens statiske og dynamiske volt-ampere (VI) egenskaber.

Den iboende transiente karakter af en svejsebue er hovedårsagen til stor betydning af den dynamiske egenskab ved en buesvejsningskraftkilde. De fleste svejsebuer har kontinuerligt ændret forhold, der hovedsageligt er forbundet med slibning af bue, metaloverførsel fra elektroden til svejsepuljen og bueudryddelse og reignition under hver halvcyklus af ac-svejsning. Den transiente karakter af svejsebueen skyldes også variationen i bue længde, bue temperatur og elektronemission karakteristisk for katoden.

Forandringshastigheden for spænding og strøm i buesvejsningsprocesser er så hurtig, at den statiske volt-ampere karakteristiske for en strømkilde næppe har nogen betydning for at forudsige den dynamiske egenskab ved en svejsebue.

Det er dog kun de statiske volt-ampere karakteristika for en svejsestrømkilde, som leveres af fabrikanten. Selv om de ikke kan give karakteren af ​​adfærd fra strømkilden angående dens dynamiske respons, men de har stor betydning ved bestemmelsen af ​​det generelle overordnede respons ved styring af procesparametrene.

Ekstern Statisk Volt-Ampere Karakteristik af en svejsestrømkilde:

En meget vigtig egenskab ved enhver buesvejsning er den eksterne statiske volt-ampere karakteristik. Det er en kurve, der relaterer spændingen af ​​kilden til svejsestrømmen. Volt-ampere karakteristiske kurve for en svejsekraftkilde opnås ved at måle udgangsspændingen og strømmen, mens den statisk belastes med ren resistiv belastning, som varieres fra minimum eller ikke-belastning til maksimale eller kortslutningsbetingelser. Den eksterne statiske egenskab ved en svejsestrømkilde varierer med applikation, som den er beregnet til.

Figur 4.1 viser forskellige typer volt-ampere karakteristika, der anvendes til svejsekraftkilder. Generelt er alle disse VI karakteristika klassificeret under fire kategorier, dvs. stejlt hængende, gradvist hængende, flade og stigende egenskaber, som anvendes henholdsvis til manuel buesvejsning, nedsænket buesvejsning, halvautomatisk gasmetalbuesvejsning og automatisk gasmetalbue svejseprocesser.

Fig. 4.1 Statiske volt-ampere karakteristika af forskellige typer svejsekraftkilder

Andre buesvejseprocesser dækkes også af disse fire typer. Det er imidlertid ret almindeligt at overveje svejsekraftkilden med hængende V -I-egenskaber som konventionelle eller konstantstrømsmaskiner og svejsekraftkilderne med fladt eller næsten flad VI-egenskaber som konstant spænding eller konstant potentielle maskiner.

Yderligere diskussion om dem følger under disse to overskrifter:

Konstant aktuelle egenskaber ved en svejsekraftkilde:

En konventionel lysbuesvejsning er kendt som den konstante strøm (CC) maskine. Den har den hængende volt-ampere karakteristiske kurve og har været populær til brug i afskærmet metalbuesvejsning.

Konstantstrømskurven viser, at svejsekraftkilden giver maksimal udgangsspænding uden belastning, og som belastningen stiger, falder udgangsspændingen. Maksimal belastning eller åben kredsløbsspænding er normalt 100 volt.

En strømkilde af konstant strøm kan have DC eller AC, output. Bortset fra SMAW anvendes den til kulbuesvejsning, gaswolframbuesvejsning, plasmabuesvejsning og studsvejsning. Det kan også bruges til kontinuerlige trådprocesser, når der anvendes relativt store diameter ledninger, f.eks. Nedsænket lysbuesvejsning.

Strømkilderne til konstant strøm type kan også bruges til nogle automatiske svejseprocesser. Dette nødvendiggør brugen af ​​wire feeder og kontroller for at duplikere svejsernes bevægelser for at initiere og vedligeholde bue, som normalt opnås ved hjælp af komplekse tilbagekoblingssystem til overvågning af buespænding til kontrolbue længde.

Indtil for nylig blev de konstante strømforsyninger sjældent brugt til svejsning med meget små diameter ledninger. Imidlertid er nu buesvejsningskilder blevet udviklet med ægte konstant strøm-ampere statisk karakteristik, som vist i figur 4.2, som kan anvendes med ledninger med lille diameter inden for det normalt anvendte buespændingsområde.

Svejseren, der bruger denne type maskine, har næppe nogen kontrol over svejsestrømmen ved ændringen i lysbuen, fordi den ikke påvirkes af en sådan ændring. Dette er en fordel for gaswolframbuesvejsning, da ændringen i lysbuenes længde i denne proces er begrænset. Det er også af stor betydning i gasbuesvejsning, hvor den anvendes til at tilvejebringe sprøjtemetode af metaloverførsel med lav middelstrøm.

Dette gøres ved hjælp af strømkilden, som kan programmeres til at skifte fra lav eller baggrundsstrøm til spids eller pulsstrøm for at påvirke dråbeafregningen ved øget smeltehastighed i forbindelse med forbedret knivspids effekt. Dette kaldes puls svejsning.

Ved pulserende strømssvejsning er to strømniveauer, som vist i fig. 4.3, med ønskede tidsperioder kan indstilles for at opnå den nødvendige gennemsnitlige svejsestrøm. Pulserende strømssvejsning er ved at blive populær med både wolframbuesvejsning og gasbuesvejsningsprocesser.

Konstant spændingsegenskaber af en svejsestrømkilde :

En konstant spændings (CV) svejsestrømkilde har i det væsentlige en flad volt-ampere karakteristisk kurve, dog normalt med en lille dråbe. Kurven kan forskydes op eller ned for at ændre spændingen som vist i figur 4.4. Spændingen vil dog aldrig stige til så høj en OCV som i en konstant strøm svejsestrømkilde.

Fig 4-4 ​​Forskellige volt-ampere kurver af konstant spænding strømkilder

Dette er en af ​​grundene til, at den konstante spændingsvejse strømkilde ikke anvendes til manuel metalbuesvejsning med belagt elektrode, da det kræver højere OCV at starte en bue. Svejsekraftkilderne med konstant spændingsvolumen-ampereegenskaber er infact, der kun anvendes til kontinuerlig elektrodrådssvejsning, såsom gasmetalbuesvejsning.

Volt-ampere karakteristika for en CV-strømkilde er designet til at producere næsten samme spænding uden last og ved nominel eller fuld belastning. Det har VI karakteristisk ligner en standard kommerciel el-generator. Hvis belastningen i kredsløbet ændres, justerer strømkilden sin nuværende udgang for at opfylde kravet og opretholder i det væsentlige den samme spænding over udgangsterminalerne. Dette system tilvejebringer således en selvregulerende lysbuen baseret på en forudindstillet hastighed for ledning og en konstant spændingskraftkilde.

De forenklede kontroller eliminerer det komplekse kredsløb og reversering af ledningsdrevmotoren for at starte eller opretholde en stabil svejsebue.

En konstant spændingssvejsekilde giver en korrekt strøm, så at elektrodesmeltningshastigheden er lig med ledningstilførselshastigheden. Buklængden er forudindstillet ved at indstille spændingen på strømkilden, mens svejsestrømmen styres ved at indstille ledningstilførselshastigheden.

Volt-ampere karakteristika for en svejsestrømkilde skal være konstrueret til at give en stabil bue til GMAW med forskellige diameter ledninger og metal til brug sammen med forskellige afskærmningsgasser. De mest konstante spændingssvejsekilder er forsynet med midler til justering af hældningen af ​​VI-kurven.

Det har vist sig, at VI-kurverne med hældninger på 1-5 til 2 volt / 1004 er bedst egnet til GMAW af ikke-jernholdige metaller, nedsænket lysbuesvejsning og til flux-kernebuesvejsning med elektroder med større diameter. En kurve med en medium hældning på 2 til 3 volt / 100A foretrækkes for CO ₂, gasskærmet metalbuesvejsning og fluxkernede elektrodetråde med små diameter. En stejlere hældning på 3 til 4 volt / 100A er fundet nyttig til kortslutningstransmission. Disse tre typer af skråninger er vist i figur 4.5. For ensartet ændring i buespænding, fladere kurven, jo mere ændres svejsestrømmen.

Fig. 4-5 Forskellige skråninger, der anvendes i konstant spændingsvejse strømkilder

Den dynamiske egenskab ved en konstant spændings strømkilde skal planlægges omhyggeligt. På grund af den pludselige spændingsændring ved en kortslutning har strømmen en tendens til at stige hurtigt til en meget høj værdi. Dette er en fordel ved initialisering af buen, men det kan forårsage uønsket spatter.

Det kan dog styres ved at tilføje reaktans eller induktans i kredsløbet. Dette resulterer i ændring af tidsfaktor eller responstid og fører til en stabil bue. I de fleste svejsekraftkilder indgår en deferent mængde induktans i kredsløbet for de forskellige skråninger. Dette gøres ved at levere en variabel reaktor i systemet.

Det konstante spændingssvejsesystem har sin største fordel, når elektrodens nuværende tæthed er høj. Det konstante spændingsprincip ved svejsning anvendes normalt ikke med ac. Selvom det kan bruges til nedsænket buesvejsning og elektroslag svejsning, men det er ikke populært med disse processer. Det bør ikke bruges til afskærmet metalbuesvejsning, da det kan overbelaste og beskadige strømkilden ved at trække for høj en strøm for lang tid.

Udvælgelse af en statisk Volt-Ampere karakteristik for en svejseproces:

Dybest set er der fire typer af statiske volt-ampere karakteristika, som kan inkorporeres i en svejsekraftkilde afhængig af processen, for hvilken de skal anvendes.

Disse fire typer af VI karakteristika er:

1. Steeply hanging type,

2. gradvist hængende type

3. Fiat eller konstant spændingstype, og

4. Stigende spændingstype.

Alle disse typer af strømkildeegenskaber med volt-ampereegenskaberne af svejsebueen, der er overlejret på dem, er vist i figur 4.6.

Figur 4.6 Volt-ampere egenskaber ved forskellige svejsekraftkilder og svejsebue

1. Steeply Drooping VI karakteristisk:

Svejsekraftkilden med kraftigt hængende volt-ampere karakteristik har en høj åben kredsløbsspænding og lav kortslutningsstrøm som vist ved kurve 1 i figur 4.6. Det er tydeligt, at når bue længden ændres mellem L - δ L og L + δ L, er ændringen i strømmen meget lille.

Denne type volt-ampere karakteristiske er bedst egnet til SMAW, der er manuel metalbuesvejsning med belagte elektroder, fordi en lille ændring i lysbue som følge af den indre bevægelse af den menneskelige hånd under svejsebevægelsen ikke vil påvirke elektrodens smeltehastighed. Høj åben kredsløbsspænding sikrer også let igangsætning og vedligeholdelse af svejsebue.

2. Gradvist Drooping VI Karakteristik:

Strømkilden med gradvist hængende statisk volt-ampere karakteristik, som vist ved kurve 2 i figur 4.6, kan levere høj kortslutningsstrøm som det er nødvendigt for nedsænket lysbuesvejsning med tykke elektroder, især for elektrodediameter i mere end 3, 5 min. En strømkilde med denne type af volt-ampere karakteristika kræver en hvilken som helst teknik med bueinitiering svarende til den til berøring og tegning, der anvendes til SMAW, eller alternativt kan ståluld anvendes til at tilvejebringe en øjeblikkelig kortslutning mellem elektroden og emnet.

Den åbne kredsløbsspænding kan være lidt lavere end den i tilfælde af stejlt hangende VI karakteristik. Denne funktion hjælper med at tilvejebringe en form for selvregulering af buenlængden under svejsning, for samme ændring i lysbue er ændringen i lysestrømmen væsentlig mere end i tilfælde af stejlt faldende volt-ampere karakteristik.

3. Flad VI Karakteristisk:

I en konstant spændingssvejsningskilde til en lille ændring i lysbuelængde er der en stor ændring i svejsestrømmen, hvilket gør den meget følsom og hjælper dermed med at opretholde en stabil buelængde med følgelig ensartede kvalitetssvejsninger. Dette betegnes almindeligvis som selvregulering af buenlængden og er et væsentligt krav til succes med gasbuebuesvejsning.

Ændringen i lysbue længde er uundgåelig især i semi-automatiske GMAW dermed konstant spænding statisk volt-ampere karakteristisk er meget nyttigt til fine tråd svejseprocesser. Imidlertid er den flade VI karakteristik som vist ved kurve 3 i figur 4.6 ikke virkelig flad, men normalt dråber ved 1-3 volt pr. 100 ampere. Alle svejsekraftkilder med flade VI karakteristika er næsten uafbrudt af transformator cum ensretter type og elektrode positive (ep) er polaritetsindstillingen normalt anvendt.

4. Stigende VI karakteristik:

I en svejsekraftkilde med stigende volt-ampere-karakteristik er der en stigning i strømmen med spændingsforøgelsen som vist ved kurve 4 i figur 4.6. Denne VI karakteristik er baseret på let modifikation af konstant spændingskarakteristikken. En fordel ved den stigende VI karakteristik over den flade karakteristik er, at når trådforsyningshastigheden øges, øges strømstyrken, spændingen øges også automatisk. Denne funktion hjælper med at opretholde en konstant lysbue, selvom kortslutningen finder sted. Den stigende VI karakteristik kan tilpasses hovedsageligt til de fuldautomatiske processer.

Dynamisk Volt-Ampere Karakteristik af en svejsestrømkilde:

Den dynamiske egenskab ved en svejsekraftkilde er forholdet mellem buespændingen og den tilsvarende svejsestrøm, idet de ændrer sig fra et øjeblik til et andet som vist i figur 4.7.

Det er afgørende at kende karakteren af ​​dynamisk karakteristik for at bestemme stigningen af ​​strømmen efter en kortslutning, som påvirker hastigheden af ​​elektrodesmeltning og svejsningen spatter.

De dynamiske VI karakteristika opnås ved at registrere volt-ampere transienterne under den faktiske drift af strømkilden. Fra de dynamiske VI karakteristika er det muligt at bestemme metoden for metaloverførsel til et givet sæt svejseparametre.

Problem 1:

Lysbue-længde-spændingskarakteristikken for en DC-bue er givet ved ligningen V = 24 + 41 hvor V er buespændingen og I bue længden i mm. Den statiske volt ampere karakteristika for strømkilden er tilnærmelsesvis ved en lige linje med en spænding på 80 volt og kortslutningsstrømmen på 600 ampere. Bestem den optimale lysbue for maksimal effekt.

Løsning :

Problem 2:

Den statiske volt-ampere karakteristik af en svejsekraftkilde er givet ved den parabolske ligning

I ² = - 500 (V - 80)

og bueegenskaben er repræsenteret af den lige linje ligning

I = 23 (V-18).

Bestemme,

(a) kraften i en stabil bue,

(b) Hvis bue længden (I) og buespændingen (V) er relateret af udtrykket V = 20 + 4-5 bestemmer jeg den optimale bue længde for maksimal effekt.

c) Hvis de konvektive og radiative tab for buen i (b) er 15% af lysbueffekten, bestemmes det, om det vil være fordelagtigt at have en buelængde på 4 mm, hvor disse tab kun er 20% af dem for buen i (b). Kommenter kort om de to tilfælde.

Opløsning:

(a) Til bue:

(b) Til bue:

Sammenligning (v) og (vi) er det tydeligt, at nettoeffekten til en buelængde på 4 mm vil være højere end med en buelængde på 7-4 mm. Derfor bør jeg = 4 mm foretrækkes.

Problem 3:

Bestem ændringen i svejsestrømmen, hvis buelængden ændres fra 4 mm til 5 mm for strømkilderne med følgende statiske volt-ampereegenskaber,

(i) I ² = - 400 (V - 100)

(ii) I2 = - 8000 (V-80)

(iii) V = 48 - (I ^{1, 05} / 50)

(iv) V = 30 + (1 ^{1, 05} / 50)

Antag at bue længde (l) og buespænding (V) er beslægtet med udtrykket V = 20 + 4l.

Løsning :