Galvenie metināšanas iekārtu veidi

Detaļu stiprināšana ar metināšanu un cietlodēšanu notiek pēc viena principa: savienojamo elementu izliešana ar kausētiem metāliem. Tikai lodējot izmanto zemu kūstošu svina-alvas lodmetālus, bet metinot tos pašus metālus, no kuriem tiek izgatavotas metinātās konstrukcijas.

Fizikālie likumi, kas darbojas metināšanā

Lai metālu no parastā cietā stāvokļa pārvietotu uz šķidru stāvokli, tas jāuzsilda līdz ļoti augstai temperatūrai, kas ir augstāka par tā kušanas temperatūru. Elektriskās metināšanas iekārtas darbojas pēc principa, ka stieplē rodas siltums, kad caur to iet elektriskā strāva.

19. gadsimta pirmajā pusē šo parādību vienlaikus aprakstīja divi fiziķi: anglis Džeimss Džouls un krievs Emīls Lencs. Viņi pierādīja, ka vadītāja radītais siltuma daudzums ir tieši proporcionāls:

1. plūstošās strāvas kvadrāta reizinājums;

2. ķēdes elektriskā pretestība;

3. ekspozīcijas laiks.

Lai radītu siltuma daudzumu, kas spēj kausēt metāla detaļas ar strāvu, nepieciešams to ietekmēt ar vienu no šiem trim kritērijiem (I, R, t).

Visas metināšanas iekārtas izmanto loka vadību, mainot plūstošās strāvas vērtību. Atlikušie divi parametri tiek klasificēti kā papildu parametri.

Strāvas veidi metināšanas aparātiem

Ideālā gadījumā nemainīga laika elektriskā strāva, ko var ģenerēt no tādiem avotiem kā uzlādējamās baterijas vai ķīmiskās baterijas vai īpaši ģeneratori, ir vislabāk piemērota, lai vienmērīgi sildītu detaļas un šuves laukumu.

Tomēr fotoattēlā redzamā shēma nekad netiek izmantota praksē. Ir pierādīts, ka tas parāda stabilu strāvu, kas var radīt vienmērīgu, perfektu loku.

Elektriskās metināšanas iekārtas darbojas ar maiņstrāvu ar rūpniecisko frekvenci 50 Hz. Tajā pašā laikā tie visi ir radīti ilgstošam, drošam metinātāja darbam, kas prasa uzstādīt minimālu potenciālu starpību starp metinātajām daļām.

Tomēr, lai loka aizdegtos droši, ir jāuztur sprieguma līmenis 60 ÷ 70 volti. Šī vērtība tiek ņemta par darba ķēdes sākuma vērtību, kamēr metināšanas iekārtas ieejai tiek piegādāts 220 vai 380 V.

Maiņstrāva metināšanai

Lai samazinātu elektroinstalācijas barošanas spriegumu līdz metināšanas darba vērtībai, tiek izmantoti jaudīgi pazeminoši transformatori ar iespēju regulēt strāvas vērtību. Izejā tie rada tādu pašu sinusoidālu formu kā elektrotīklā. Un harmoniskā amplitūda loka dedzināšanai tiek radīta daudz augstāka.

Metināšanas transformatoru konstrukcijai jāatbilst diviem nosacījumiem:

1.īssavienojuma strāvu ierobežošana sekundārajā ķēdē, kas saskaņā ar darbības apstākļiem notiek diezgan bieži;

2. darbībai nepieciešamā aizdedzinātā loka stabila degšana.

Šim nolūkam tie ir konstruēti ar ārēju voltu ampēru raksturlīkni (VAC), kam ir straujš kritums. Tas tiek darīts, palielinot elektromagnētiskās enerģijas izkliedi vai iekļaujot ķēdē droseli - induktīvās pretestības spoli.

Vecākos metināšanas transformatoru projektos metināšanas strāvas regulēšanai tiek izmantota primārā vai sekundārā tinuma apgriezienu skaita pārslēgšanas metode. Šī darbietilpīgā un dārgā metode ir novecojusi savu lietderību un netiek izmantota mūsdienu ierīcēs.

Sākotnēji transformators ir iestatīts uz maksimālo jaudu, kas norādīts tehniskajā dokumentācijā un kastes datu plāksnītē. Pēc tam, lai pielāgotu loka darba strāvu, to samazina vienā no šiem veidiem:

• savienojot induktīvo pretestību ar sekundāro ķēdi. Tajā pašā laikā palielinās I — V raksturlieluma slīpums un samazinās metināšanas strāvas amplitūda, kā parādīts iepriekš esošajā fotoattēlā;

• magnētiskās ķēdes stāvokļa maiņa;

• tiristoru ķēde.

Metināšanas strāvas regulēšanas metodes, ieviešot induktīvo pretestību sekundārajā ķēdē

Metināšanas transformatorišie darbi pēc šī principa ir divu veidu:

1. ar vienmērīgu strāvas kontroles sistēmu, ko izraisa pakāpeniskas gaisa spraugas maiņa induktīvā magnētiskā vada iekšpusē;

2. ar pakāpenisku tinumu skaita pārslēgšanu.

Pirmajā metodē induktīvā magnētiskā ķēde sastāv no divām daļām: stacionāras un kustīgas, kas tiek pārvietota, griežot vadības rokturi.

Pie maksimālās gaisa spraugas tiek radīta vislielākā pretestība elektromagnētiskajai plūsmai un mazākā induktīvā pretestība, kas nodrošina metināšanas strāvas maksimālo vērtību.

Magnētiskās ķēdes kustīgās daļas pilnīga tuvošanās stacionārajai samazina metināšanas strāvu līdz zemākajai iespējamajai vērtībai.

Pakāpju regulēšana ir balstīta uz kustīga kontakta izmantošanu, lai pakāpeniski pārslēgtu noteiktu skaitu tinumu.

Šīm induktivitātēm magnētiskā ķēde ir padarīta vesela, neatdalāma, kas nedaudz vienkāršo kopējo dizainu.

Strāvas regulēšanas metode, kuras pamatā ir metināšanas transformatora magnētiskās ķēdes ģeometrijas maiņa

Šo paņēmienu veic, izmantojot vienu no šīm metodēm:

1. pārvietojot kustīgo spoļu sekciju citā attālumā no stacionāri uzstādītajām spolēm;

2. Regulējot magnētiskā šunta pozīciju magnētiskās ķēdes iekšpusē.

Pirmajā gadījumā metināšanas transformators tiek izveidots ar palielinātu induktivitātes izkliedi, pateicoties iespējai mainīt attālumu starp primārās ķēdes tinumiem, kas ir stacionāri apakšējā jūga reģionā, un kustīgo sekundāro tinumu.

Tas pārvietojas regulēšanas vārpstas roktura manuālas pagriešanas dēļ, kas darbojas pēc vadošās skrūves ar uzgriezni principa. Šajā gadījumā jaudas spoles novietojums ar vienkāršu kinemātisku diagrammu tiek pārnests uz mehānisko indikatoru, kas ir graduēts metināšanas strāvas dalījumos. Tās precizitāte ir aptuveni 7,5%.Labākiem mērījumiem sekundārajā ķēdē ir iebūvēts strāvas transformators ar ampērmetru.

Pie minimālā attāluma starp spolēm tiek ģenerēta vislielākā metināšanas strāva. Lai to samazinātu, ir nepieciešams pārvietot kustīgo spoli uz sāniem.

Šādas metināšanas transformatoru konstrukcijas darbības laikā rada lielus radiotraucējumus. Tāpēc to elektriskā ķēde ietver kapacitatīvos filtrus, kas samazina elektromagnētisko troksni.

Kā ieslēgt kustīgo magnētisko šuntu

Viena no šāda transformatora magnētiskās ķēdes versijām ir parādīta zemāk esošajā fotoattēlā.

Tās darbības princips ir balstīts uz noteiktas magnētiskās plūsmas daļas manevrēšanu kodolā, pateicoties regulēšanas korpusa iekļaušanai ar svina skrūvi.

Metināšanas transformatori, kas tiek kontrolēti ar aprakstītajām metodēm, tiek izgatavoti ar magnētiskiem serdeņiem, kas izgatavoti no elektrotērauda loksnēm, un vara vai alumīnija stiepļu spoles ar karstumizturīgu izolāciju. Taču ilgstošas ​​ekspluatācijas nolūkos tie radīti ar labas gaisa apmaiņas iespēju, lai izvadītu radušos siltumu apkārtējā atmosfērā, tādēļ tiem ir liels svars un izmēri.

Visos aplūkotajos gadījumos metināšanas strāvai, kas plūst caur elektrodu, ir mainīga vērtība, kas samazina loka vienmērīgumu un kvalitāti.

Līdzstrāva metināšanai

Tiristoru ķēdes

Ja pēc metināšanas transformatora sekundārā tinuma tiek pieslēgti divi pretēji savienoti tiristori vai viens triacs caur vadības elektrodiem, no kuriem vadības ķēde tiek izmantota, lai regulētu katra harmonikas pusperioda atvēršanas fāzi, tad kļūst iespējams samazināt strāvas ķēdes maksimālo strāvu līdz vērtībai, kas nepieciešama īpašiem metināšanas apstākļiem.

Katrs tiristors no anoda uz katodu nodod tikai strāvas pozitīvo pusviļņu un bloķē tā negatīvās puses pāreju. Atsauksmes ļauj kontrolēt abus pusviļņus.

Regulējošais korpuss vadības ķēdē nosaka laika intervālu t1, kurā tiristors joprojām ir aizvērts un neiztur pusviļņu. Pievadot strāvu vadības elektroda ķēdei brīdī t2, tiristors atveras un caur to iziet daļa no pozitīvā pusviļņa, kas apzīmēta ar «+» zīmi.

Kad sinusoīds iet cauri nulles vērtībai, tiristors aizveras, tas nelaidīs strāvu caur sevi, kamēr pozitīvs pusvilnis netuvojas savam anodam un fāzes nobīdes bloka vadības ķēde dod komandu vadības elektrodam.

Uz doto brīdi t3 un T4 pie skaitītāja pieslēgtais tiristors strādā pēc jau aprakstītā algoritma. Tādējādi metināšanas transformatorā, izmantojot tiristoru ķēdi, momentos t1 un t3 tiek pārtraukta daļa strāvas enerģijas (tiek izveidota pauze bez strāvas), un metināšanai tiek izmantotas strāvas, kas plūst intervālos t2 un t4.

Turklāt šos pusvadītājus var uzstādīt primārajā cilpā, nevis elektriskajā ķēdē. Tas ļauj izmantot mazākas jaudas tiristorus.Bet šajā gadījumā transformators pārveidos sinusoidālā viļņa pusviļņu nogrieztās daļas, kas apzīmētas ar zīmēm «+» un «-«.

Pauzes bez strāvas klātbūtne strāvas harmoniku daļas pārtraukuma periodos ir ķēdes trūkums, kas ietekmē loka degšanas kvalitāti. Īpašu elektrodu un dažu citu pasākumu izmantošana ļauj veiksmīgi izmantot metināšanai tiristoru ķēdi, kas ir atradusi diezgan plašu pielietojumu konstrukcijās, t.s. metināšanas taisngrieži.

Diodes shēmas

Mazjaudas vienfāzes metināšanas taisngriežiem ir tilta savienojuma shēma, kas samontēta no četrām diodēm.

Tas rada rektificētas strāvas formu, kas izpaužas kā nepārtraukti mainīgi pozitīvi pusviļņi. Šajā ķēdē metināšanas strāva nemaina savu virzienu, bet tikai svārstās pēc lieluma, radot viļņus. Šī forma saglabā metināšanas loku labāk nekā tiristora forma.

Šādām ierīcēm var būt papildu tinumi, kas savienoti ar strāvas regulēšanas transformatora darba tinumiem. Tās vērtību nosaka ampērmetrs, kas savienots ar rektificētu ķēdi caur šuntu vai sinusoidālu - caur strāvas transformatoru.

Larionova tilta shēma

Tas ir paredzēts trīsfāzu sistēmām un labi darbojas ar metināšanas taisngriežiem.

Diožu iekļaušana saskaņā ar šī tilta shēmu dod iespēju pievienot slodzei sprieguma vektorus tā, lai tie radītu gala spriegumu U out, kam raksturīgi nelieli viļņojumi un saskaņā ar Oma likumu veido loku. līdzīgas formas strāva uz metināšanas elektroda. Tas ir daudz tuvāk ideālajai līdzstrāvas formai.

Metināšanas taisngriežu izmantošanas iezīmes

Rektificēta strāva vairumā gadījumu ļauj:

• ir drošāk aizdedzināt loku;

• nodrošina tā stabilu degšanu;

• rada mazāk izkausēta metāla šļakatu nekā metināšanas transformatori.

Tas paplašina metināšanas iespējas, ļauj droši savienot nerūsējošā tērauda sakausējumus un krāsainos metālus.

Invertora strāva metināšanai

Metināšanas invertori ir ierīces, kas veic pakāpenisku elektroenerģijas pārveidošanu saskaņā ar šādu algoritmu:

1. rūpnieciskā elektrība 220 vai 380 volti tiek mainīta ar taisngriezi;

2. ar iebūvēto filtru palīdzību tiek izlīdzināti radītie tehnoloģiskie trokšņi;

3. stabilizētā enerģija tiek apgriezta augstfrekvences strāvā (10 līdz 100 kHz);

4. augstfrekvences transformators samazina spriegumu līdz vērtībai, kas nepieciešama stabilai elektroda loka aizdegšanai (60 V);

5. Augstfrekvences taisngriezis pārvērš elektrību līdzstrāvai metināšanai.

Katrs no pieciem invertora posmiem tiek automātiski kontrolēts ar īpašu IGBT sērijas tranzistora moduli atgriezeniskās saites režīmā. Vadības sistēma, kuras pamatā ir šis modulis, pieder pie vissarežģītākā un dārgākā metināšanas invertora elementa.

Invertora lokam izveidotās taisnās strāvas forma ir praktiski tuvu ideālai taisnei. Tas ļauj veikt dažādu veidu metināšanu dažādiem metāliem.

Pateicoties inverterī notiekošo tehnoloģisko procesu mikroprocesora vadībai, metinātāja darbu ievērojami atvieglo aparatūras funkciju ieviešana:

• karstā palaišana (karstās palaišanas režīms), automātiski palielinot strāvu metināšanas sākumā, lai atvieglotu loka palaišanu;

• pretpielipšanas režīms (Anti Stick Mode), kad elektrods pieskaras metināmajām daļām, metināšanas strāvas vērtība samazinās līdz vērtībām, kas neizraisa metāla kušanu un pielipšanu pie elektroda;

• loka piespiešana (Loka spēka režīms), kad no elektroda tiek atdalīti lieli izkausēta metāla pilieni, kad loka garums ir saīsināts un pastāv iespēja salipt.

Šīs funkcijas ļauj pat iesācējiem veikt kvalitatīvas metināšanas šuves. Invertora metināšanas iekārtas darbojas droši ar lielām ieejas tīkla sprieguma svārstībām.

Invertora ierīcēm ir nepieciešama rūpīga apstrāde un aizsardzība pret putekļiem, kas, ja tiek uzklāti uz elektroniskajiem komponentiem, var traucēt to darbību, izraisīt siltuma izkliedes pasliktināšanos un konstrukcijas pārkaršanu.

Zemā temperatūrā uz moduļu plāksnēm var parādīties kondensāts. Tas radīs bojājumus un darbības traucējumus. Tāpēc invertori tiek glabāti apsildāmās telpās un nedarbojas ar tiem sala vai nokrišņu laikā.