Đặc điểm của nguồn điện hàn
Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về các đặc điểm của nguồn năng lượng hàn: - 1. Đặc điểm của Volt-Ampe của Nguồn hàn 2. Đặc tính Volt-Ampe tĩnh bên ngoài của Nguồn hàn 3. Đặc tính dòng điện không đổi 4. Điện áp không đổi Đặc điểm 5. Đặc tính Volt-Ampe động.
Đặc tính Volt-Ampe của nguồn điện hàn:
Tất cả các nguồn năng lượng hàn có hai loại đặc tính vận hành viz., Đặc tính tĩnh và đặc tính động. Đặc tính đầu ra tĩnh có thể được thiết lập dễ dàng bằng cách đo điện áp và dòng điện đầu ra trạng thái ổn định bằng phương pháp tải thông thường bằng các điện trở thay đổi. Do đó, một đường cong hiển thị dòng điện đầu ra so với điện áp đầu ra cho một nguồn điện nhất định tạo thành đặc tính tĩnh của nó.
Đặc tính động của nguồn điện hàn hồ quang được xác định bằng cách ghi lại các biến đổi thoáng qua xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn trong dòng hàn và điện áp hồ quang. Do đó, nó mô tả các biến thể tức thời xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn nói là một phần nghìn giây. Độ ổn định hồ quang được xác định bởi sự tương tác kết hợp của các đặc tính điện áp tĩnh và động (VI) của nguồn điện hàn.
Bản chất nhất thời bên trong của hồ quang hàn là lý do chính cho tầm quan trọng lớn của đặc tính động của nguồn hàn hồ quang. Hầu hết các cung hàn đều có các điều kiện thay đổi liên tục, chủ yếu liên quan đến sự nổi bật của hồ quang, chuyển kim loại từ điện cực đến bể hàn, và sự tuyệt chủng hồ quang và trị vì trong mỗi nửa chu kỳ hàn ac. Bản chất nhất thời của hồ quang hàn cũng là do sự thay đổi về chiều dài hồ quang, nhiệt độ hồ quang và đặc tính phát xạ điện tử của cực âm.
Tốc độ thay đổi điện áp và dòng điện trong các quy trình hàn hồ quang nhanh đến mức đặc tính volt-ampere tĩnh của nguồn điện khó có thể có ý nghĩa trong việc dự đoán đặc tính động của hồ quang hàn.
Tuy nhiên, đó chỉ là các đặc tính volt-ampere tĩnh của nguồn điện hàn được cung cấp bởi nhà sản xuất. Mặc dù chúng không thể đưa ra bản chất hành vi của nguồn điện liên quan đến phản ứng động của nó nhưng chúng có tầm quan trọng đáng kể trong việc xác định phản ứng chung chung trong việc kiểm soát các tham số quy trình.
Đặc tính Volt-Ampe tĩnh bên ngoài của nguồn điện hàn:
Một đặc tính rất quan trọng của bất kỳ nguồn điện hàn hồ quang nào là đặc tính volt-ampere tĩnh bên ngoài của nó. Nó là một đường cong liên quan đến điện áp của nguồn với dòng hàn. Đường cong đặc tính volt-ampere của nguồn điện hàn có được bằng cách đo điện áp và dòng điện đầu ra trong khi tải tĩnh với tải điện trở thuần được thay đổi từ mức tối thiểu hoặc không tải đến điều kiện tối đa hoặc ngắn mạch. Đặc tính tĩnh bên ngoài của nguồn điện hàn thay đổi tùy theo ứng dụng mà nó được dự định.
Hình 4.1 cho thấy các loại đặc tính volt-ampere khác nhau được sử dụng cho các nguồn năng lượng hàn. Nói chung, tất cả các đặc điểm VI này được phân loại theo bốn loại viz., Dốc dốc, dần dần, phẳng và tăng đặc trưng được sử dụng tương ứng cho hàn hồ quang thủ công, hàn hồ quang chìm, hàn hồ quang khí bán tự động và hồ quang kim loại khí tự động quy trình hàn.
Hình 4.1 Đặc tính volt-ampere tĩnh của các loại nguồn điện hàn khác nhau
Các quy trình hàn hồ quang khác cũng được bao phủ bởi bốn loại này. Tuy nhiên, điều khá phổ biến là coi nguồn điện hàn có đặc tính V -I rủ xuống như máy hiện tại thông thường hoặc không đổi và nguồn điện hàn có đặc tính VI phẳng hoặc gần phẳng là điện áp không đổi hoặc máy điện thế không đổi.
Thảo luận thêm về chúng theo sau hai tiêu đề này:
Đặc tính hiện tại không đổi của nguồn điện hàn:
Một nguồn năng lượng hàn hồ quang thông thường được gọi là máy dòng không đổi (CC). Nó có đường cong đặc trưng volt-ampere rủ xuống và đã được sử dụng phổ biến trong hàn hồ quang kim loại được che chắn.
Đường cong dòng không đổi cho thấy nguồn điện hàn tạo ra điện áp đầu ra tối đa không có tải, và khi tải tăng, điện áp đầu ra giảm. Điện áp tối đa không tải hoặc mở mạch thường là 100 volt.
Một nguồn năng lượng hiện tại không đổi có thể có dc hoặc ac, đầu ra. Ngoài SMAW, nó được sử dụng để hàn hồ quang carbon, hàn hồ quang vonfram khí, hàn hồ quang plasma và hàn stud. Nó cũng có thể được sử dụng cho các quá trình dây liên tục khi sử dụng dây cung có đường kính tương đối lớn, ví dụ, hàn hồ quang chìm.
Các nguồn năng lượng hàn loại không đổi cũng có thể được sử dụng cho một số quy trình hàn tự động. Điều này đòi hỏi phải sử dụng bộ cấp dây và điều khiển để nhân đôi chuyển động của thợ hàn để bắt đầu và duy trì hồ quang thường đạt được bởi hệ thống phản hồi phức tạp để theo dõi điện áp hồ quang để kiểm soát chiều dài hồ quang.
Cho đến gần đây, các nguồn cung cấp điện liên tục hiếm khi được sử dụng để hàn với dây có đường kính rất nhỏ. Tuy nhiên, bây giờ các nguồn năng lượng hàn hồ quang đã được phát triển với đặc tính tĩnh volt-ampere dòng không đổi thực sự, như trong Hình 4.2, có thể được sử dụng với các dây có đường kính nhỏ trong phạm vi điện áp hồ quang thường được sử dụng.
Thợ hàn sử dụng loại máy này hầu như không kiểm soát được dòng hàn bởi sự thay đổi chiều dài hồ quang vì nó không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi như vậy. Đây là một lợi thế tốt cho hàn hồ quang vonfram khí vì sự thay đổi chiều dài hồ quang trong quá trình này là hạn chế. Nó cũng được sử dụng đáng kể trong hàn hồ quang kim loại khí, nơi nó được sử dụng để cung cấp chế độ phun chuyển kim loại với dòng điện trung bình thấp.
Điều này được thực hiện bởi nguồn năng lượng có thể được lập trình để thay đổi từ dòng thấp hoặc dòng nền sang dòng cực đại hoặc xung để ảnh hưởng đến sự tách rời của giọt nước bằng cách tăng tốc độ nóng chảy kết hợp với hiệu ứng pinch tăng cường. Điều này được gọi là hàn xung.
Trong dòng hàn xung hai cấp độ hiện tại, như thể hiện trong hình. 4.3, với các khoảng thời gian mong muốn có thể được thiết lập để đạt được dòng hàn trung bình yêu cầu Hàn dòng xung đang trở nên phổ biến cả với quy trình hàn hồ quang vonfram khí và hàn hồ quang kim loại khí.
Đặc tính điện áp không đổi của nguồn điện hàn :
Một nguồn năng lượng hàn điện áp không đổi (CV) về cơ bản có một đường cong đặc trưng volt-ampere phẳng mặc dù thường có một giọt nhỏ. Đường cong có thể được dịch chuyển lên hoặc xuống để thay đổi điện áp như trong hình 4.4. Tuy nhiên, điện áp sẽ không bao giờ tăng lên mức OCV cao như trong nguồn điện hàn không đổi.
Hình 4-4 Các đường cong volt-ampere khác nhau của các nguồn điện áp không đổi
Đây là một lý do tại sao nguồn năng lượng hàn điện áp không đổi không được sử dụng để hàn hồ quang kim loại thủ công với điện cực được phủ vì cần OCV cao hơn để bắt đầu hồ quang. Các nguồn năng lượng hàn có đặc tính volt-ampere điện áp không đổi chỉ được sử dụng để hàn dây điện cực liên tục như hàn hồ quang kim loại khí.
Đặc tính volt-ampere của nguồn điện CV được thiết kế để tạo ra điện áp gần như giống nhau ở mức không tải và ở mức định mức hoặc toàn tải. Nó có đặc tính VI tương tự như một máy phát điện thương mại tiêu chuẩn. Nếu tải trong mạch thay đổi, nguồn điện sẽ tự động điều chỉnh đầu ra hiện tại của nó để đáp ứng yêu cầu và duy trì về cơ bản cùng một điện áp trên các đầu ra. Do đó, hệ thống này cung cấp một hồ quang tự điều chỉnh dựa trên tốc độ đặt trước của nguồn cấp dây và nguồn điện áp không đổi.
Các điều khiển đơn giản loại bỏ các mạch phức tạp và đảo ngược của động cơ truyền động dây dẫn để bắt đầu hoặc để duy trì hồ quang hàn ổn định.
Một nguồn năng lượng hàn điện áp không đổi cung cấp dòng điện thích hợp để tốc độ nóng chảy điện cực bằng với tốc độ cấp dây. Độ dài hồ quang được cài đặt sẵn bằng cách đặt điện áp trên nguồn điện trong khi dòng hàn được điều khiển bằng cách điều chỉnh tốc độ nạp dây.
Đặc tính volt-ampere của nguồn điện hàn phải được thiết kế để cung cấp hồ quang ổn định cho GMAW với các dây có đường kính và kim loại khác nhau được sử dụng cùng với các loại khí bảo vệ khác nhau. Hầu hết các nguồn năng lượng hàn điện áp không đổi được cung cấp với các phương tiện để điều chỉnh độ dốc của đường cong VI.
Người ta đã phát hiện ra rằng các đường cong VI có độ dốc từ 1-5 đến 2 volt / 1004 là phù hợp nhất cho GMAW của kim loại màu, hàn hồ quang chìm và hàn hồ quang có lõi với dây điện cực có đường kính lớn hơn. Một đường cong có độ dốc trung bình từ 2 đến 3 volt / 100A được ưu tiên cho CO 2, hàn hồ quang kim loại được che chắn bằng khí và cho các dây điện cực từ thông có đường kính nhỏ. Độ dốc cao hơn từ 3 đến 4 volt / 100A được tìm thấy hữu ích cho việc truyền ngắn mạch. Ba loại độ dốc này được hiển thị trong Hình 4.5. Đối với sự thay đổi bằng nhau về điện áp hồ quang, đường cong càng phẳng, dòng điện hàn càng thay đổi.
Hình 4-5 Độ dốc khác nhau được sử dụng trong các nguồn năng lượng hàn điện áp không đổi
Đặc tính động của nguồn điện áp không đổi cần được lên kế hoạch cẩn thận. Do sự thay đổi đột ngột của điện áp ở ngắn mạch, dòng điện có xu hướng tăng nhanh đến giá trị rất cao. Đây là một lợi thế trong việc khởi tạo hồ quang nhưng nó có thể gây ra sự cố không mong muốn.
Tuy nhiên, nó có thể được kiểm soát bằng cách thêm điện kháng hoặc độ tự cảm trong mạch. Điều này dẫn đến việc thay đổi hệ số thời gian hoặc thời gian đáp ứng và dẫn đến hồ quang ổn định. Trong hầu hết các nguồn năng lượng hàn, một lượng điện cảm còn lại được bao gồm trong mạch cho các độ dốc khác nhau. Điều này được thực hiện bằng cách cung cấp một lò phản ứng biến trong hệ thống.
Hệ thống điện hàn điện áp không đổi có ưu điểm lớn nhất khi mật độ dòng điện của dây điện cực cao. Nguyên lý điện áp không đổi của hàn thường không được sử dụng với ac. Mặc dù nó có thể được sử dụng để hàn hồ quang chìm và hàn điện từ nhưng nó không phổ biến với các quy trình này. Không nên sử dụng nó để hàn hồ quang kim loại được che chắn vì nó có thể làm quá tải và làm hỏng nguồn điện bằng cách kéo dòng điện quá cao quá lâu.
Lựa chọn một đặc tính Volt-Ampe tĩnh cho quá trình hàn:
Về cơ bản, có bốn loại đặc tính volt-ampere tĩnh có thể được tích hợp vào nguồn điện hàn, tùy thuộc vào quá trình sử dụng chúng.
Bốn loại đặc điểm VI là:
1. Kiểu rủ xuống
2. Dần dần loại
3. Fiat hoặc loại điện áp không đổi, và
4. Loại điện áp tăng.
Tất cả các loại đặc tính nguồn điện này với các đặc tính volt-ampere của hồ quang hàn được đặt chồng lên chúng được thể hiện trong hình 4.6.
Hình 4.6 Đặc điểm Volt-ampere của các nguồn năng lượng hàn khác nhau và hồ quang hàn
1. Đặc trưng VI dốc xuống:
Nguồn năng lượng hàn với đặc tính volt-ampere dốc xuống có điện áp mạch mở cao và dòng ngắn mạch thấp như thể hiện bởi đường cong 1 trong Hình 4.6. Rõ ràng là khi chiều dài hồ quang thay đổi giữa L - L và L + δ L, sự thay đổi trong dòng điện là rất ít.
Loại đặc tính volt-ampere này phù hợp nhất với SMAW là hàn hồ quang kim loại thủ công với các điện cực được phủ bởi vì một sự thay đổi nhỏ về chiều dài hồ quang do chuyển động nội tại của bàn tay con người trong quá trình hàn sẽ không ảnh hưởng đến tốc độ nóng chảy của điện cực. Ngoài ra, điện áp mạch cao đảm bảo dễ dàng bắt đầu và bảo trì hồ quang hàn.
2. Dần dần giảm VI Đặc điểm:
Nguồn năng lượng với đặc tính volt-ampere tĩnh giảm dần, như thể hiện bởi đường cong 2 trong Hình 4.6, có thể cung cấp dòng điện ngắn mạch cao khi cần thiết để hàn hồ quang chìm với các điện cực dày đặc biệt cho đường kính điện cực hơn 3, 5 phút. Một nguồn năng lượng với loại đặc tính điện áp này đòi hỏi một số kỹ thuật bắt đầu hồ quang tương tự như chạm và vẽ được sử dụng cho SMAW hoặc len thép thay thế có thể được sử dụng để cung cấp ngắn mạch giữa điện cực và phôi.
Điện áp mạch mở có thể thấp hơn một chút so với trường hợp đặc tính VI dốc xuống. Tính năng này giúp cung cấp một số loại tự điều chỉnh độ dài hồ quang trong quá trình hàn vì với cùng một thay đổi về chiều dài hồ quang, sự thay đổi dòng điện hồ quang là đáng kể hơn so với trường hợp đặc tính volt-ampere dốc xuống.
3. Đặc tính phẳng VI:
Trong một nguồn năng lượng hàn điện áp không đổi cho một sự thay đổi nhỏ về chiều dài hồ quang, có một sự thay đổi lớn trong dòng hàn làm cho nó khá nhạy và do đó giúp duy trì độ dài hồ quang ổn định với các mối hàn có chất lượng phù hợp. Điều này thường được gọi là tự điều chỉnh độ dài hồ quang và là một yêu cầu thiết yếu cho sự thành công của hàn hồ quang kim loại khí.
Sự thay đổi độ dài hồ quang là không thể tránh khỏi, đặc biệt là trong GMAW bán tự động do đó đặc tính volt-ampere tĩnh điện áp không đổi rất hữu ích cho các quy trình hàn dây mịn. Tuy nhiên, đặc tính VI phẳng như được hiển thị bởi đường cong 3 trong Hình 4.6, không thực sự bằng phẳng mà thường giảm xuống ở mức 1-3 volt trên 100 ampere. Tất cả các nguồn năng lượng hàn có đặc tính VI phẳng gần như là bất biến của loại máy biến áp kiêm chỉnh lưu và điện cực dương (ep) là cài đặt phân cực thường được sử dụng.
4. Đặc tính tăng VI:
Trong nguồn năng lượng hàn có đặc tính volt-ampere tăng, dòng điện tăng với sự tăng điện áp như được hiển thị bởi đường cong 4 trong Hình 4.6. Đặc tính VI này dựa trên sự thay đổi nhỏ của đặc tính điện áp không đổi. Một lợi thế của đặc tính VI tăng so với đặc tính phẳng là khi tốc độ nạp dây tăng, yêu cầu cường độ dòng điện tăng, điện áp cũng tự động tăng. Tính năng này giúp duy trì độ dài hồ quang không đổi ngay cả khi xảy ra đoản mạch. Đặc tính VI tăng có thể thích ứng chủ yếu với các quy trình hoàn toàn tự động.
Đặc tính Volt-Ampe động của nguồn hàn:
Đặc tính động của nguồn điện hàn là mối quan hệ giữa điện áp hồ quang và dòng hàn tương ứng khi chúng thay đổi từ tức thời này sang tức thời khác như trong hình 4.7.
Điều cần thiết là phải biết bản chất của đặc tính động để xác định tốc độ tăng của dòng điện sau khi ngắn mạch ảnh hưởng đến tốc độ nóng chảy điện cực và sự hàn văng.
Các đặc tính VI động có được bằng cách ghi lại các quá độ volt-ampere trong quá trình hoạt động thực tế của nguồn điện. Từ các đặc tính VI động, có thể xác định chế độ truyền kim loại cho một tập các tham số hàn nhất định.
Vấn đề 1:
Đặc tính điện áp chiều dài cung của một cung dc được cho bởi phương trình V = 24 + 41 trong đó V là điện áp hồ quang và I chiều dài cung tính bằng mm. Đặc tính volt-ampere tĩnh của nguồn điện được xấp xỉ bằng một đường thẳng không có điện áp tải là 80 volt và dòng điện ngắn mạch là 600 ampe. Xác định chiều dài hồ quang tối ưu cho công suất tối đa.
Giải pháp :
Vấn đề 2:
Đặc tính volt-ampere tĩnh của nguồn điện hàn được đưa ra bởi phương trình parabol
Tôi 2 = - 500 (V - 80)
và đặc tính hồ quang được biểu diễn bằng phương trình đường thẳng
I = 23 (V- 18).
Mục đích,
(a) sức mạnh của hồ quang ổn định,
(b) Nếu chiều dài hồ quang (I) và điện áp hồ quang (V) có liên quan bởi biểu thức V = 20 + 4-5 tôi xác định độ dài cung tối ưu cho công suất tối đa.
(c) Nếu tổn thất đối lưu và bức xạ cho hồ quang trong (b) là 15% công suất hồ quang thì hãy xác định xem có thuận lợi không khi có cung dài 4 mm trong đó những tổn thất này chỉ bằng 20% so với cung trong (b). Nhận xét ngắn gọn về hai trường hợp.
Dung dịch:
(a) Đối với cung:
(b) Đối với cung:
So sánh (v) và (vi), rõ ràng công suất ròng cho chiều dài cung là 4 mm sẽ cao hơn so với chiều dài hồ quang là 7-4 mm. Do đó I = 4mm nên được ưu tiên.
Vấn đề 3:
Xác định sự thay đổi của dòng hàn nếu chiều dài hồ quang thay đổi từ 4 mm đến 5 mm đối với các nguồn điện có các đặc tính volt-ampere tĩnh sau đây,
(i) I 2 = - 400 (V - 100)
(ii) Tôi 2 = - 8000 (V - 80)
(iii) V = 48 - (I 1, 05 / 50)
(iv) V = 30 + (l 1, 05 / 50)
Giả sử rằng chiều dài hồ quang (l) và điện áp hồ quang (V) có liên quan bởi biểu thức V = 20 + 4l.
Giải pháp :
