cap 1.5 iwe nou

SURSE DE CURENT PENTRU

SUDAREA CU ARC ELECTRIC

Lector

G.C.

Curs

IWE

Cap.

1.5

Pag.

8

8

8

Timişoara

1.5. SURSE DE CURENT PENTRU SUDAREA CU ARC ELECTRIC

Sarcina principală a surselor de curent este a aceea de a reduce potenţialul permiţându-se

obţinerea de curenţi mari. Curentul de sudare trebuie să varieze pentru diferitele moduri de sudare. În

acest scop sursele de curent trebuiesc construite în aşa fel încât curentul să poată fi reglat în trepte foarte

mici sau, preferabil, infinit variabil.

Anumite surse de curent au o ieşire pentru tensiuni mici, 24V. Maşini portabile, lămpi de mână,

etc., pot fi conectate la această ieşire fără nici o problemă întrucât nu există riscul atingerii unor tensiuni

mortale.

Sursele de curent sunt de foarte multe feluri respectiv modele în funcţie de fabricant.

Sursele de curent pentru sudare se clasifică după mai multe criterii:

- după felul curentului:- surse de curent alternativ;- surse de curent continuu;

- după procedeele de sudare:- surse de sudare manuală;- surse de sudare semimecanizate în medii de gaze protectoare;- surse pentru sudare mecanizată sub strat de flux;

- după forma caracteristicilor externe:- cu caracteristică coborâtoare (la sudare manuală cu electrozi şi sub strat de flux);- cu caracteristică rigidă (la sudare MIG/MAG);- cu caracteristică urcătoare (la sudarea MIG a aluminiului);- cu caracteristică coborâtoare alungită (la sudarea manuală cu electrozi, sub strat de flux şi în

medii de gaze protectoare);- cu caracteristică brusc coborâtoare, având curentul aproape constant (la sudarea WIG);

Caracteristica externă a unei surse de curent pentru sudare reprezintă variaţia curentului de sudare

în funcţie de tensiune. Caracteristicile surselor de sudare sunt prezentate în figura 1.

La alegerea unei surse corespunzătoare unui anumit procedeu de sudare se va ţine cont de efectul

caracteristicii externe şi după aceea de alţi parametrii.

Reglarea lungimii arcului electric

a — caracteristici externe principale ale surselor de curent; 1 — căzătoare; 2 — rigidă; 3 — uşor urcătoare; 4 — coborâtoare alungită; 5 — brusc coborâtoare;

Figura 1



Lector

G.C.

Curs

IWE

Cap.

1.5

Pag.

8

8

8

Timişoara

200 250 300 250 400 450

500 I[A] C

Sudarea manuală cu electrozi înveliţi- reglarea lungimii arcului se face de către sudor – cu cât caracteristica este mai coborâtoare,

cu atât vor fi mai mici variaţiile de curent în arc la schimbarea lungimii arcului şi cu atât va fi mai uşoară menţine-rea constantă a arcului de către sudor (figura 2).

dacă se sudează cu o sursă cu o caracteristică externă coborâtoare (curba I), arcul va funcţiona cu o tensiune şi un curent corespunzător punctului A1 şi A2 dintre caracteristica statică a arcului şi caracteristica externă a sursei:

- arc lung (curba 1) – arde în punctul A1 cu U1 şi I1;- arc scurt (curba 2) – arde în punctul A2 cu U2 şi I2;

Sudare cu procedee semimecanizatea) – autoreglare arcului (viteza de avans a sârmei fiind constantă)

- la surse cu caracteristică coborâtoare, rigidă sau urcătoare (fig. 3)

- în momentul creşterii arcului, intensitatea curentului de sudare va scădea producând scăderea vitezei de topire şi tendinţa de restabilire naturală a lungimii arcului;

- scăderea cea mai puternică a intensităţii curentului se manifestă la surse cu caracteristici urcătoare, iar autoreglarea este mai rapidă;

- autoreglarea arcului se utilizează la sudarea cu procedee semimecanizate în medii de gaze protectoare cu electrod fuzibil.

b) - variaţia vitezei de avans a sârmei funcţie de lungimea arcului- la sudarea sub strat de flux

Surse de curent alternativ (transformatoare)

1 - caracteristica statică a arcului lung; 2 -

caracteristica statică a arcului scurt; I — caracteristica exter-

nă coborâtoare a sursei de curent; II - caracteristica externă brusc

coborâtoare a sursei de curent; A 1 , A 1’A2 — puncte de

funcţionare stabilă

Figura 2

1 - caracteristica arcului stabil; 2 - caracteristica arcului alungit;

I - caracteristică lin coborâtoare (a sursei); II - caracteristica rigidă

(a sursei);

III - caracteristică urcătoare (a sursei).

Figura 3



Lector

G.C.

Curs

IWE

Cap.

1.5

Pag.

8

8

8

Timişoara

- maşină electrică statică, care transformă, pe baza legii inducţiei electromagnetice, o putere electrică alternativă cu parametrii U1 (tensiune primară) cu valoare ridicată în (220-380V) şi I1 (intensitatea primară) cu valoare redusă, într-o altă putere alternativă, de aceeaşi frecvenţă, cu parametrii U2 (tensiune secundară) cu valoare redusă (75-100V) şi I2 (intensitate secundară) cu valoare ridicată (de la zeci la sute de amperi).

Schema de principiu a unui transformator monofazat este redată în figura 4.

Figura 4

Reglarea curentului de sudare la transformatoare se face cu următoarele metode sau sisteme:- cu bobine de reactanţă în trepte – transformator cu tensiune secundară constantă şi inductanţă

de reglaj;- cu bobină de reactanţă cu miez mobil;- cu bobină mobilă;- cu amplificator magnetic;

Surse de curent continuua) Generatoare- maşini electrice rotative care primesc energie mecanică pe care o transformă în energie

electrică, în prima fază, de curent alternativ, pe care îl transformă apoi în curent continuu.Schema de principiu a unui generator este prezentată în figura 5.

Figura 5

După modul de alimentare a bobinajului de excitaţie avem:- generatoare cu excitaţie proprie:

- în serie- în derivaţie- mixtă

- generatoare cu excitaţie separată – curentul de excitaţie se obţine de la o sursă separată de generator.

b) Redresoare- maşini statice echipate cu diode de putere cu siliciu şi cu/sau fără amplificatoare magnetice,

care permit un reglaj continuu în domeniul de funcţionare, reglaj ce se poate efectua fie de pe panoul maşinii, fie de către sudor, de la distanţă.

- caracteristica externă este de tip căzător.- au o amorsare uşoară, o bună stabilitate a arcului.



Lector

G.C.

Curs

IWE

Cap.

1.5

Pag.

8

8

8

Timişoara

- trebuie instalat de o persoană calificată, astfel:- va fi plasat a.î. să permită accesul din toate părţile;- la borna minus (-) se conectează piesa de sudat, iar la borna plus (+) automatul de sudare,

cablurile vor fii aşezate paralel având o secţiune de cel puţin 95 mm2.Schema unui redresor monofazat este redată în figura6.

Figura 6

c) Surse cu invertor- utilizează tranzistori de putere - reglarea se face prin modelarea lăţimii pulsuluiAvantaje:- stabilizarea parametrilor independent de fluctuaţiile tensiunii reţelei- reducerea greutăţii surselor de circa 10 ori- un timp de reacţie foarte scurt (mai mic de 0,2 ms)- factor de putere (cos ) foarte ridicat (0,98-1)- randament bun (0,83-0,84)Dezavantaje:- preţ foarte ridicat.În figura 7 se prezintă schema bloc pentru o sursă de sudare MIG/MAG cu curent pulsat cu invertor.

Timp de reacţie

Figura 7

d) Convertoare Un convertor utilizat împreună cu un invertor poate genera curent alternativ, utilizat la sudarea WIG a aluminiului. Convertoarele sunt mici şi uşoare comparativ cu capacitatea lor, au o eficienţă mare şi caracteristici bune. Componenta cea mai grea din cadrul unui redresor standard este transformatorul. Greutatea transforma-torului depinde, printre altele, de frecvenţa curentului alternativ transformat. Frecvenţa trebuie crescută pen-tru a se putea scădea greutatea. Această corelaţie este utilizată la convertoare. La convertoare frecvenţa transformatoarelor este de 20-40 kHz, care este de 40-60 mai mare decât frecvenţa reţelei (50 Hz). Frecvenţa mare permite o reglare rapidă a curentului şi a tensiunii, convertoarele



Lector

G.C.

Curs

IWE

Cap.

1.5

Pag.

8

8

8

Timişoara

având astfel caracteris-tici bune de sudare. Convertorul furnizează curent continuu, iar în combinaţie cu un invertor furnizează curent alternativ.

Conectarea cablului de sudare şi a pământării – alegerea polarităţiiToate sursele de curent au cel puţin două ieşiri la care pot fi conectate cablurile de pământare şi sudare.

Întrucât transformatoarele furnizează curent alternativ nu se mai ţine cont la ce ieşire este conectat cablul de sudare. La redresoare, convertoare şi generatoare (maşini de curent continuu), este foarte important să se ţină cont de polaritate. Ieşirile sunt marcate (+) şi (-). Procedeul de sudare şi tipul de electrod determină la care dintre ieşiri să fie conectat cablul de sudură. Pentru sudarea MMA, polaritatea este determinată de tipul electrodului. Polaritatea recomandată este specificată pe ambalajul electrodului. Dacă este recomandată ieşirea (+), în acest caz cablul de sudare va fii conectat la ieşirea (+). La sudarea WIG în curent continuu, cablul de sudare va fii legat la (-). La sudarea MIG/MAG, cablurile trebuiesc conectate la (+) mai puţin în cazul când se utilizează sârme tubulare speciale. Pe de altă parte, cablul de pământare poate fi conectat la una din cele două sau trei ieşiri disponibile pentru a asigura o inductanţă variabilă circuitului de sudare.

Schimbător de polaritate Pentru a uşura schimbarea polarităţii, anumite surse de curent continuu dispun de schimbătoare de polaritate. Poate fii folosit la alegerea polarităţii (+) sau (-) pentru cablul de sudare şi pământare.

Setarea curentului de sudareLa sursele moderne, curentul de sudare este infinit variabil pe tot domeniul prin

utilizarea unui comutator. Curentul afişat de indicator la multe surse poate diferii de curentul furnizat în timpul sudării. Din acest motiv, nu se poate baza pe setările afişate pe sursele de sudare. Curentul de sudare trebuie verificat periodic direct în circuitul de sudare în cazul în care se cere o acurateţe mai mare a setărilor, când se sudează după un WPS.

Capacitatea sursei de curent – durata activă (ciclu de lucru)- Căldura eliberată în sursa de curent

O sursă de curent utilizată la sudare consumă o anumită cantitate de energie. Întrucât nu este posibil ca toată energia să fie consumată, o anumită parte din aceasta este pierdută şi apare sub formă de căldură prin încălzirea înfăşurării sursei. Încălzirea este cu atât mai mare cu cât încărcarea sursei este mai mare, cu cât curentul este mai mare cu atât tensiunea este mai mare. Dacă sursa funcţionează o perioadă îndelungată la capacitate maximă, aceasta se poate încălzi foarte mult iar siguranţe vor sării prevenind astfel defectarea componentelor sensibile. Energia (W) produsă de o sursă de curent este dependentă de curent (I), tensiune (U) şi de timpul de ardere a arcului (t).

W = I U t- Curentul de sudare şi timpul de arc

Curentul de sudare are un impact mare asupra încărcării la care este supusă sursa. De vreme ce un rol important îl reprezintă puterea arcului, tipul de arc(timpul cât arde arcul) este de asemenea important. O regulă importantă este aceea că cu cât curentul utilizat este mai mare cu atât scade timpul de sudare înainte ca sursa să fie suprasolicitată. Corelarea dintre curent şi timpul de arc permis este dată de durata activă a sursei de curent.



Lector

G.C.

Curs

IWE

Cap.

1.5

Pag.

8

8

8

Timişoara

- TensiuneSursele de curent cu caracteristică coborâtoare, cele utilizate la MMA şi WIG,

sunt concepute să furnizeze tensiune variabilă care este automat adaptată încărcării. De exemplu, diferiţi electrozi şi diferite lungimi de cabluri de sudare conduc la un consum diferit de tensiune în timpul sudării.

- Curentul maximLa selectarea unei surse pentru o anumită operaţie, se va ţine cont de curentul

maxim pe care aceasta îl poate furniza. Structurile mari care permit sudarea cu electrozi groşi electrozi (MMA) sau viteze de avans a sârmei foarte mari (MIG/MAG) necesită surse de capacitate mare. O limitare a capacităţii sursei de curent impune ca sudarea să se realizeze cu electrozi subţiri, ceea ce conduce la o economicitate scăzută a sudurii.

- Durata activăCurentul maxim nu furnizează toate informaţiile despre capacitatea unei surse.

Specificându-se curentul maxim la o anumită tensiune (ex. 400A, 36V) se determină capacitatea sursei. Pentru a se descrie o capacitate maximă, adică timpul cât o sursă poate fii încărcată la o anumită capacitate (curent şi tensiune) trebuie specificată şi puterea. Din acest motiv durata activă este utilizată pentru specificarea capacităţii sursei. Durata activă este exprimată în % la o perioadă de 10 min. Durata activă este specificată pe sursă. De obicei este dată pentru două sau mai multe încărcări diferite.

Durata activă descrie timpul cât arcul poate să ardă într-o perioadă de 10 minute fără a suprasolicita sursa.

Anterior anului 1992, standardele prevedeau ca durata activă să fie specificată la o perioadă de 5 min. În acest sens trebuie avut grijă cu sursele mai vechi când se sudează cu curenţi mari.

Curentul şi tensiunea în circuitul de sudare- Tensiunea din circuitul deschis

Tensiunea din circuitul deschis este tensiunea dintre ieşirile sursei când este acesta încărcată, adică sursa este pornită dar nu se sudează.Tensiunea din circuitul deschis la sursele pentru MMA şi WIG (surse cu caracteristici coborâtoare) nu poate fii afectat în mod normal de către sudor dar este o caracteristică proprie fiecărui tip de sursă.La amorsarea anumitor tipuri de electrozi înveliţi pentru sudarea MMA este nevoie de o tensiune relativ mare. Această tensiune este specificată pe ambalajul electrozilor sau în catalogul firmei producătoare. Pentru amorsarea electrozilor, tensiunea din circuitul deschis trebuie să fie cel puţin egală cu tensiunea de amorsare a acestora. Sursele de curent pentru MMA şi WIG au fost concepute a.î. să adapteze tensiunea automat încărcării. De exemplu, electrozi diferiţi şi cabluri de curent de lungimi diferite conduc la un consum de tensiune diferit în timpul sudării. Tensiunea este maximă când circuitul este deschis şi este supus unei anumite tensiuni de lucru.Sursele pentru MIG/MAG se poate spune că lucrează în sens invers, adică furnizează o tensiune aproape constantă (poate fii modificată de operator) chiar şi atunci când curentul este variabil. Tensiunea de lucru a acestor surse este la fel de mare ca şi a circuitului deschis.

- Tensiunea arculuiTensiunea arcului reprezintă căderea de tensiune între electrod şi piesa de sudat.

Tensiunea arcului poate fii măsurată prin conectarea unui voltmetru între port-electrod şi priza de pământare.

La sudarea MMA, tensiunea arcului este determinată de tipul electrodului. Tensiunea arcului este de asemenea influenţata şi de lungimea arcului, distanţa dintre vârful electrodului şi baia de metal. Lungimea arcului este direct proporţională cu tensiunea arcului. În practică, se sudează cu un arc cât mai mic posibil, pentru ca lungimea sa să nu



Lector

G.C.

Curs

IWE

Cap.

1.5

Pag.

8

8

8

Timişoara

mai aibă nici o influenţă.La sudarea WIG, tensiunea arcului este afectată de lungimea arcului şi de tipul

gazului protector. Heliu, de exemplu, determină o tensiune mai mare a arcului decât argonul.

La sudarea MIG/MAG, tensiunea arcului este unul din parametrii pe care operatorul îi poate seta. Datorită caracteristicii sursei de curent, tensiunea arcului nu se va modifica considerabil chiar şi în cazul când curentul variază.

- Tensiunea de lucruTensiunea de lucru este tensiunea alimentată între ieşirile sursei de curent în timpul

sudării. Această tensiune este relativ mai mare decât tensiunea arcului. Acest lucru se datorează căderilor de tensiune pe cablurile de sudare şi pământare. Tensiunea de lucru este suma tensiunii arcului şi a căderilor de tensiune pe cablurile de sudare.

- Căderea de tensiune pe cablurile de sudareCăderile de tensiune pot fi calculare după legea lui Ohm, U = I * R. Căderile de tensiune sunt dependente de curent şi de rezistenţa cablurilor. Căderile de tensiune cresc odată cu curentul. La fel şi în cazul când se folosesc cabluri lungi sau subţiri pentru sudare şi pământare (rezistenţă mai mare).Prin alegerea unor cabluri suficient de groase şi cu o lungime strict necesară, se pot obţine căderi de tensiune relativ mici. Cablurile lungi şi subţiri produc o tensiune de lucru mare, realizându-se o încărcare fără rost a sursei de curent.Cablul de pământare trebuie să aibă aceeaşi grosime ca şi cablul de sudare întrucât curentul care trece prin cele două cabluri este identic.

Caracteristici staticeCaracteristicile statice ale sursei de curent sunt redate într-o diagramă în care

este prezentată corelarea între curent şi tensiune când un este conectat la sursă un rezistor variabil.

- Caracteristica coborâtoare (curent constant) O sursă de curent trebuie să aibă o caracteristică coborâtoare pentru a putea fi

utilizată la sudarea MMA şi WIG. În acest caz, curentul nu va fii influenţat de variaţiile tensiunii. Cu cât căderea este mai bruscă cu atât curentul va fii mai puţin influenţat.

- Efectul tensiunii de lucru asupra curentului (MMA şi WIG)Fiecare setare a curentului este reprezentată printr-o curbă aparte în cadrul

diagramei curent-tensiune. Gradarea sursei de curent are ca bază prezumţia că ar exista o corelaţie între tensiunea de lucru şi diferitele setări ale curentului. Această corelaţie este prezentată în diagramă printr-o linie imaginară numită linia arcului.

Curentul va fii mai mic decât cel setat dacă tensiunea va fii mai mare de cât cea normală, de exemplu la un electrod cu tensiune mare a arcului şi/sau anormal trebuiesc folosite cabluri lungi. Aceasta se poate compensa prin setarea curentului la o valoare mai mare. Un sudor cu experienţă poate sesiza dacă curentul este prea mare sau prea mic şi poate modifica corespunzător setările.

Dacă se sudează după un WPS nu trebuie să avem nici o îndoială cu privire la valoarea curentului. În acest caz curentul v-a fii măsurat, operaţie ce se poate realiza prin ataşarea unui ampermetru. Există însă şi surse care au ampermetre încorporate.

- Caracteristică rigidă(tensiune constantă)Caracteristica rigidă se remarcă prin faptul că tensiunea este constantă chiar şi

atunci când se schimbă curentul. Sursele de curent cu caracteristică sunt utilizate la sudarea MIG şi MAG, procedee la care sudorul reglează tensiunea arcului pe sursa de curent. Tensiunea arcului trebuie armonizată cu tensiunea furnizată de electrod.

Criterii de alegere a echipamentelor de sudare



Lector

G.C.

Curs

IWE

Cap.

1.5

Pag.

8

8

8

Timişoara

- procedeul de sudare utilizat: pentru asigurarea stabilităţii arcului electric şi a constanţei

parametrilor tehnologici de sudare este necesar ca sursele de sudare să aibă următoarele caracteristici

statice externe:

SE - caracteristică externă coborâtoare (transformator, redresor, convertizor) sau brusc coborâtoare la sursele moderne tip invertor;

SF - în funcţie de viteza de avans a sârmei avem: caracteristică externă rigidă caracteristică externă coborâtoare (brusc coborâtoare)

MIG/MAG - caracteristică externă rigidă WIG, PLASMA - caracteristică externă brusc coborâtoare;- caracterul materialului de adaos (înveliş, flux, miez)

- valorile parametrilor tehnologici de sudare;

- restricţiile privind limitele de variaţie (toleranţele) ale parametrilor tehnologici de

sudare impuşi;

- modul de transfer al materialului de adaos la sudarea MIG/MAG:;

- gradul de mecanizare a îmbinării sudate;

- volumul producţiei:

- în cazul producţiei de unicate sau serie mică se recomandă alegerea echipamentelor de

sudare universale;

- în cazul producţiei de serie mare sau masă se recomandă echipamente de sudare

specializate care conduc la creşterea productivităţii muncii, creşterea calităţii îmbinărilor sudate,

etc.; de exemplu sudarea orbitală a ţevilor, sudarea ţeavă - placă tubulară, etc.;

- consumul de energie la sudare: consumat pentru depunerea unui kilogram de metal,

randamentul sursei, puterea de mers în gol a sursei, etc.; invertoarele asigură cele mai bune rezultate în

acest sens; - dotarea cu echipamente de sudare;

- preţul echipamentelor de sudare, respectiv durata de amortizare a echipamentelor;

- condiţiile şi posibilităţile de asigurare a service-ului;

cap 1.5 iwe nou

Documents