منابع برق مورد استفاده در فرایند جوشکاری

فرایند انتخاب یک منبع برق از جهاتی مانند خریداری یک ماشین است . باید به دنبال محصولی بود که بهینه باشد ، و مهم تر از همه با نیازهای کاربر مطابقت داشته باشد . منبع برق جوشکاری یک وسیله است که جریان الکتریکی لازم برای انجام جوشکاری را تامین می کند .

انتخاب نوع فرایند جوشکاری ، در مرحله اول از روی ویژگی های اتصالات جوشی شکل می گیرد . موادی که در فرایند وجود دارند ، شکل ظاهری آن ها ، ضخامت آن ها و طراحی جوش همه در انتخاب نوع فرایند جوشکاری دخیل هستند . علاوه بر موارد بالا سایر نیازمندی های پروژه ، مانند نرخ و کیفیت همه باید مورد توجه قرار گیرند . فقط پس از مشخص شدن فرآیند می توان منبع تغذیه مناسب و تجهیزات جانبی را انتخاب کرد.

هدف ما در این مقاله ارائه راهنمایی برای انتخاب منبع تغذیه برخی از فرآیندهای جوشکاری است که طی یک دهه گذشته به بلوغ رسیده اند. فرایندهای جوشکاری به عنوان فرآیندهای خاص یا فرایندهایی که در درجه اول برای عملیات تولید انبوه طراحی شده اند ، تصور می شوند ، اکنون تقریباً در هر زمینه ساخت فلز یافت می شوند. امروزه افزایش تولید فلزات با جوش و سازه های دشوار و همچنین مزیت های اقتصادی و کیفی فرآیندهای جوشکاری پیشرفته حتی توسط کوچکترین مغازه های تولیدکننده فلز به رسمیت شناخته شده است.

نیازمندی های کنترل قدرت برای این فرایندها کمی پیچیده تر از قوس فلزی محافظ معمولی ( SMAW ) یا جوشکاری الکترود استیک است. اما از آنجا که ​​متالورژیست یا مهندس جوشکار متخصص برق نیست ، انتخاب منبع تغذیه مناسب و دلایل آن می تواند گیج کننده باشد. هدف از این مقاله از بین بردن مقداری از این رمز و راز ها با بررسی الزامات قدرت فرآیندهای جوشکاری است.

دسته بندی انواع منبع برق جوشکاری

انواع اصلی منبع تغذیه عبارتند از:

• جریان ثابت و
• ولتاژ ثابت.

یک دستگاه جریان ثابت ولتاژ خود را برای داشتن یک جریان ثابت تغییر می دهد . در حالیکه که یک دستگاه ولتاژ ثابت عکس این کار را انجام می دهد . جوشکاری SMAW و TIG از منبع برق جریان ثابت استفاده می کنند . جوشکاری قوس فلزی گازی و جوشکاری قوس سیم توپودری ( FCAW ) ، از منبع برق با ولتاژ ثابت استفاده می کنند .

منبع برق جوشکاری جریان ثابت

دستگاه جوشکاری الکترود استیک معمولی گاهی اوقات “دستگاه جریان ثابت” نامیده می شود. به این دلیل که ولتاژ آن با افزایش جریان جوش کاهش می یابد به آن ، “افت کننده ( قطره چکان )” نیز می گویند ، بنابراین منحنی خروجی ولت امپر آن ، افت می کند.

با روشن بودن دستگاه اما بدون arc ، و از این رو بدون جریان ، ولتاژ مدار باز نسبتاً بالایی در بازه 70-80 ولت دارد. به طور کلی جوشکاری ( welding ) در بخش هایی تندتر از منحنی انجام می شود و این برای جوشکاری الکترود استیک دستی ایده آل است.

ولتاژ قوس به طول فیزیکی قوس بین الکترود و کار بستگی دارد و این میزان هرگز در جوشکاری دستی کاملاً ثابت نگه داشته نمی شود . اما از آنجا که میزان سوختگی فلزات پرکننده ( فیلر ) با مقدار جریان تعیین می شود ، اگر جریان متفاوت نباشد ، سوختگی خاموش می ماند.

انواع مختلفی از این نوع ماشینها بر اساس ورودی برق (تک یا سه فاز) ، خروجی (AC ، DC یا AC / dc) و نوع کنترل خروجی (مکانیکی یا برقی) وجود دارد.

منبع تغذیه ولتاژ ثابت

نوع اساسی دیگری از منبع تغذیه جوش قوس الکتریکی ، یک ولتاژ ثابت تولید می کند. بنابراین در هر ولتاژ تنظیم شده ای ، جریان ممکن است از صفر تا یک جریان اتصال کوتاه بسیار زیاد متفاوت باشد. چنین دستگاهی مخصوص جوشکاری قوس فلزی محافظ گاز طراحی شده است و به طور کلی برای جوشکاری الکترود استیک مناسب نیست.

در واقع ، هیچ دستگاه جوشکاری نمی تواند یک ولتاژ واقعی ثابت تولید کند. در عمل ، ولتاژ برای هر خروجی 100 آمپر حداقل 1 ولت کاهش می یابد. با این وجود ، جریان های اتصال کوتاه ممکن است به اندازه چندین هزار آمپر باشد.

به طور معمول ، ماشینهای ولتاژ ثابت ، دارای ولتاژ مدار باز پایین تر از ماشینهای جریان ثابت هستند . به عنوان وسیله ای برای بدست آوردن ولتاژ قوس مورد نظر ، اپراتور ولتاژ مدار باز را به جای جریان فعلی در دستگاه تنظیم می کند . تنظیمات ممکن است از 10 تا 48 ولت متغیر باشد.

جریان جوشکاری می تواند در اتصال کوتاه به چند هزار آمپر برسد. جریان خود را طوری تنظیم می کند تا فلز پرکننده ( filler ) را با سرعت کافی برای حفظ طول قوس مورد نیاز ولتاژ فعلی بسوزاند و بنابراین این میزان با سرعت تغذیه الکترود تعیین می شود.

چرخه کار دستگاه جوشکاری

کلیه دستگاه های جوشکاری طبق چرخه وظیفه خود رتبه بندی می شوند. درک این اصطلاح از اهمیت بالایی برخوردار است و غالباً به اشتباه تعبیر می شود. بدست آوردن چرخه وظیفه بر اساس یک دوره زمانی ده دقیقه ای انجام می شود. در یک ولتاژ خاص ، منبع تغذیه با 100٪ چرخه وظیفه می تواند به طور مداوم یا پایین تر از جریان خود عمل کند.

چرخه وظیفه 60٪ به معنای این نیست که می تواند 60٪ از زمان نامشخص را با جریان و ولتاژ تنظیم شده ای کار کند . بدین معنی است که جوشکار باید از هر 10 دقیقه فقط 6 دقیقه در آن جریان و ولتاژ کار کند. باید دستگاه از هر 10 دقیقه 4 دقیقه برای خنک شدن بیکار شود. از ماشین های دارای امتیاز کمتر از 100٪ چرخه وظیفه ، می توان با کاهش جریان فعلی آنها بطور مداوم از آن ها استفاده کرد.

جوش قوس تنگستن ( GTAW )

جوش قوس تنگستن یا جوشکاری GTAW ، با استفاده از گازهای محافظ بی اثر ، فرآیند جدیدی نیست. با این وجود ، در هر فرایند جوشکاری که به مشکل بر می خوریم می توانیم از آن استفاده کنیم . این موارد و مشکلات عبارتند از اتصال سخت به مواد جوش و موادی مانند فولادهای ضد زنگ ، آلومینیوم ، منیزیم ، مس ، بریلیم مس ، هاستلوی ، اینکونل ، اینوار و کوار بویژه در تقاطع های بسیار نازک در حین جوشکاری .

در GTAW ، یک قوس الکتریکی بین یک الکترود غیر مصرفی تنگستن و مواد پایه شکل می گیرد . منطقه قوس با گاز بی اثر پر می شود . این گار اغلب آرگون است . این گاز از تنگستن و مواد ذوب شده محافظت می کند .

در اصل ، جوشکاری TIG نیز از همان نوع منبع انرژی استفاده می کند که  جوشکاری قوس فلزی محافظ یا جوشکاری استیک استفاده می کند . با این حال ، این فرایند مشکلاتی را ایجاد می کند که باعث می شود یک دستگاه مخصوص برای فرایند بطور مناسب تر طراحی شود.

لازم به ذکر است که یک منبع تغذیه AC معمولی که به طور خاص برای جوشکاری TIG طراحی نشده است باید برای سرویس AC TIG طراحی شود. این امر به این دلیل است که یک اصلاح جزئی در قوس رخ می دهد و یک مؤلفه DC را معرفی می کند ، که باعث گرم شدن بیشتر ترانسفورماتور اصلی می شود. سایر مشکلات مرتبط با جوشکاری TIG که نسبت به کارهای قوس فلزی معمولی حادتر هستند عبارتند از: شروع قوس ، تثبیت قوس و البته کنترل کلیه متغیرهای جوشکاری.

فرآیندهای قوس فلزی گازی

جوش قوس فلزی گازی ، که در آن یک الکترود سیم مصرفی بطور مداوم در ناحیه قوس محافظ گاز تغذیه می شود ، جوشکاری گاز بی اثر تنگستن غیرقابل مصرف و قوس فلزی محافظ معمولی (الکترود استیک) را در بسیاری از کاربردها جایگزین کرده است. دلیل اصلی آن ، سرعت است. این فرایند معمولاً چندین برابر سریعتر از سایر فرایندها است.

مزایای دیگر آن عبارتند از: جوش های تمیز ، زیرا گاز محافظ تا حد زیادی از تشکیل شدن اکسید جلوگیری می کند یا آن را کاهش می دهد. صرفه جویی در الکترود از طریق از بین بردن تلفات آن . خصوصیات متالورژیکی و فیزیکی جوش عالی و سادگی کارایی که باعث افزایش کیفیت جوش و افزایش تولیدات می شود و به طور کلی دخالت ها و اشتباهات انسانی را کاهش می دهد.

جوشکاری قوس نقطه ای

جوش نقطه قوس در دهه های اخیر بسیار محبوب شده است. مزیت اصلی آن امکان جوشکاری از یک طرف کار است. علاوه بر این ، این یک روش سریع برای تولید جوش های چند نقطه ای با درجه قابلیت تکرار بالا است.

جوش نقطه ای TIG

جوشکاری نقطه قوس ممکن است یا با فرآیندهای قوس فلزی محافظت شده از تنگستن یا گاز محافظ انجام شود. برای جوشکاری نقطه ای تنگستن ، از همان نوع منبع تغذیه ای که برای جوشکاری منظم TIG استفاده می شود ، ممکن است استفاده شود. با این وجود ، به یک تفنگ مخصوص جوشکاری و کنترل کننده مخصوص آن نیاز دارد.

جوشکاری تیگ فقط به همجوشی فلزات والد کمک می کند. سیم پرکننده و فیلر در آن استفاده نمی شود. به طور کلی جوشکاری نقطه ای TIG روی فولادهای نورد سرد و ضد زنگ انجام می شود.

جوش نقطه ای MIG

جوش نقطه ای MIG به جوشکاری نقطه قوس فلزی محافظ گاز ( جوشکاری MIG ) با آمپراژهای زیاد شناخته می شود. ماشین آلات طراحی شده برای این منظور معمولاً از ولتاژ جوشکاری بالاتری برخوردار هستند. جریان های جوشکاری با سیم های با قطر کمتر تا حدود 1 بر 16 اینچ ممکن است به 500 آمپر برسد. سیم ها با قطر 1 بر 16 اینچ و بزرگ تر نیازمند جریان های جوشکاری تا750 آمپر هستند . مانند جوشکاری نقطه TIG ، کنترل های خاصی لازم است. این موارد معمولاً در یک درایو سیم مخصوص و واحد کنترل درج می شوند.

جوشکاری قوس پلاسما

جوشکاری قوس پلاسما ، نمونه تعمیم یافته تکنیک برش پلاسما تجاری پذیرفته شده ،  و از بعضی جهات مشابه با فرآیند گاز بی اثر تنگستن ، محدودیت کمتری نسبت به روش هایی مانند پرتو الکترونی ، جوش لیزر و جوشکاری مافوق صوت و با هزینه اولیه بسیار کمتر دارد.

مانند جوشکاری گاز بی اثر تنگستن ، جوشکاری پلاسما به طور معمول یک فرایند همجوشی است اگرچه بسته به کار ، ممکن است سیم پرکننده ( فیلر ) سرد نیز در آن به کار رود. این الکترود به دلیل دمای حرارتی بالا ، دارای از میان انواع پوشش الکترود دارای روکش تنگستن است . و با آب خنک می شود. این فرایند با جوشکاری TIG تفاوت دارد زیرا علاوه بر گاز محافظ ، یک گاز تشکیل دهنده پلاسما نیز در آن استفاده می شود. شعله “پلاسما” ، که گاه بهمراه یک قوس الکتریکی است ، می تواند درجه حرارت بسیار بالایی تولید کند. جریان پلاسما را می توان با طراحی مشعل تنظیم کرد و در نتیجه می تواند بسیار غلیظ باشد تا بتواند نفوذ عمیق و باریکی داشته باشد.

طراحی های متفاوت منبع برق جوشکاری

منبع تغذیه جوشکاری که معمولاً مشاهده می شود ، در انواع زیر قابل دسته بندی است:

ترانسفورماتور

منبع برق جوشکاری ترانسفورماتور ، ولتاژ متوسط ​​و جریان الکتریکی متوسط ​​را از شبکه های برق (به طور معمول 230 یا 115 VAC) به منبع ولتاژ بالا و ولتاژ کم ، به طور معمول بین 17 و 45 (مدار باز) و 55 تا 590 تبدیل می کند.

ژنراتور و آلترناتور ( تغییر دهنده )

منابع برق جوشکاری همچنین ممکن است از ژنراتورها یا متناوب ها برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی استفاده کنند. طرح های مدرن معمولاً توسط موتور احتراق داخلی هدایت می شوند اما ماشین های قدیمی تر ممکن است از موتور الکتریکی برای هدایت یک دینام یا ژنراتور استفاده کنند.

اینورتر

از زمان ظهور نیمه هادی های پرقدرت مانند ترانزیستور دو قطبی دروازه عایق بندی شده (IGBT) ، اکنون می توان یک منبع برق جوشکاری با حالت خاموش ساخت که قادر به مقابله با بارهای زیاد جوش قوس الکتریکی است. این طرح ها به عنوان واحدهای جوشکاری اینورتر ( inverter ) شناخته می شوند. آنها معمولاً ابتدا برق AC را در DC اصلاح می کنند. سپس آنها قدرت DC را به ترانسفورماتور گام به گام تبدیل می کنند تا ولتاژ یا جریان مورد نظر جوش را آماده کنند .

انواع دیگر منابع برق

انواع دیگری از دستگاه جوشکار علاوه بر ترانسفورماتور ، موتور / ژنراتور و اینورتر نیز وجود دارد. به عنوان مثال ، جوشکارهای لیزری نیز وجود دارند ، و آنها نیاز به یک نوع کاملاً متفاوت از طراحی منبع تغذیه جوش دارند که در هیچ یک از انواع منبع تغذیه جوشکاری که قبلاً مورد بحث قرار گرفت ، قرار نمی گیرد. به همین ترتیب ، جوشکارهای لکه ای به نوع متفاوتی از منبع تغذیه جوش نیاز دارند ، که معمولاً حاوی مدارهای زمان بندی دقیق و بانکهای بزرگ خازنی است که معمولاً با انواع دیگر منبع تغذیه جوشکاری قابل انجام نیست .

در این مقاله به انواع مختلف منبع تغذیه جوشکاری پرداختیم . از اینکه با ما همراه بودید متشکریم . منتظر پیشنهادات شما هستیم .

منابع : totalmateria – wikipedia