Egenskaper hos en svetskraftkälla

Efter att ha läst den här artikeln kommer du att lära dig mer om egenskaper hos en svetsströmkälla: - 1. Volt-Ampere Egenskaper hos en svetsströmkälla 2. Extern statisk Volt-Ampere Egenskaper hos en svetsströmkälla 3. Konstant strömkällor 4. Konstant spänning Egenskaper 5. Dynamisk Volt-Ampere Egenskaper.

Volt-Ampere Egenskaper hos en svetsströmkälla:

Alla svetskraftkällor har två typer av driftsegenskaper, dvs statisk karaktäristik och dynamisk karaktäristik. Den statiska utmatningskaraktäristiken kan lätt etableras genom att mäta utgångsströmmen och strömmen genom konventionell laddningsmetod med variabla motstånd. Således utgör en kurva som visar utströmmen mot utgångsspänning för en given strömkälla sin statiska egenskap.

Den dynamiska egenskapen hos en bågsvetsströmkälla bestäms genom att registrera de övergående variationer som uppträder över ett kort intervall i svetsströmmen och bågspänningen. Således beskriver den momentana variationer som uppträder över ett kort tidsintervall, säger en miljon sekund. Arc stabilitet bestäms av den kombinerade växelverkan av svetskraftskällans statiska och dynamiska volt-ampere (VI) egenskaper.

En svetsbågs inneboende övergående karaktär är den främsta orsaken till stor betydelse för den dynamiska egenskapen hos en bågsvetsningskälla. De flesta svetsbågar har ständigt förändrat förhållanden som huvudsakligen är förknippade med släckning av ljusbågen, metallöverföring från elektroden till svetsbassängen och ljusbågsutrotning och regenerering under varje halvcykel av svetsning. Den övergående naturen hos svetsbågen beror också på variationen i båglängd, bågtemperatur och elektronutsläppskaraktäristik hos katoden.

Hastigheten för förändring av spänning och ström i bågsvetsningsprocesser är så snabb att den statiska volt-ampereegenskapen hos en kraftkälla knappt kan ha någon betydelse för att förutsäga den svetsbågens dynamiska egenskap.

Det är emellertid bara de statiska volt-ampereegenskaperna hos en svetsströmkälla som levereras av tillverkaren. Även om de inte kan ge typen av kraftkällans beteende angående dess dynamiska svar, men de är av stor betydelse för att bestämma det allmänna övergripande svaret vid kontroll av processparametrarna.

Extern Statisk Volt-Ampere Egenskaper för en svetsströmkälla:

En mycket viktig egenskap hos någon bågsvetsning är dess externa statiska volt-ampere egenskaper. Det är en kurva som relaterar källans spänning till svetsströmmen. Volt ampere karakteristiska kurvan hos en svetsströmkälla erhålls genom att mäta utspänningen och strömmen medan den laddas statiskt med ren resistiv belastning som varieras från lägsta eller ingen belastning till maximala eller kortslutna förhållanden. Den externa statiska egenskapen hos en svetsströmkälla varierar med applikation som den är avsedd för.

Fig. 4.1 visar olika typer av volt-ampere egenskaper som används för svetskraftkällorna. I allmänhet klassificeras alla dessa VI-egenskaper enligt fyra kategorier, nämligen brant hängande, gradvis hängande, plana och stigande egenskaper som används respektive för manuell bågsvetsning, nedsänkt bågsvetsning, halvautomatisk gasmetallbågsvetsning och automatisk gasmetallbåg svetsprocesser.

Fig. 4.1 Statiska volt-ampere egenskaper hos olika typer av svetskraftkällor

Andra bågsvetsprocesser omfattas också av dessa fyra typer. Det är dock ganska vanligt att överväga svetskraftkällan med hängande V -I-egenskaper som konventionella eller konstanta strömmaskiner och svetsströmkällorna med platta eller nästan platta VI-egenskaper som konstant spänning eller konstant potentiella maskiner.

Ytterligare diskussioner om dem följer under dessa två rubriker:

Konstant aktuella egenskaper hos en svetsströmkälla:

En konventionell bågsvetsströmkälla är känd som konstantström (CC) -maskinen. Den har den hängande volt-ampere karakteristiska kurvan och har varit populär för användning i skärmad metallbågsvetsning.

Den konstanta strömkurvan visar att svetsströmkällan ger maximal utspänning utan belastning, och när belastningen ökar minskar utspänningen. Maximal belastning eller öppen kretsspänning är vanligtvis 100 volt.

En strömkälla av konstant ström kan ha DC eller AC, utgång. Förutom SMAW används den för kolbågsvetsning, gaswolframbågsvetsning, plasmabågsvetsning och studsvetsning. Den kan också användas för kontinuerliga trådprocesser när trådar med relativt stor diameter används, exempelvis nedsänkt bågsvetsning.

Likströmskällorna med konstant ström kan också användas för vissa automatiska svetsprocesser. Detta kräver användning av trådmatare och kontroller för att duplicera svetsarnas rörelser för att initiera och bibehålla båge som normalt uppnås genom komplext återkopplingssystem för att övervaka bågspänning till kontrollbågslängd.

Till sist användes konstant strömförsörjning sällan för svetsning med mycket små diameterkablar. Nu har nu bågsvetsningskällor utvecklats med sann konstant strömvolt-ampere statisk karaktäristik, såsom visas i figur 4.2, som kan användas med trådar av liten diameter inom det normalt använda bågspänningsområdet.

Svetsaren som använder denna typ av maskin har knappast någon kontroll över svetsströmmen genom ändringen i ljusbågslängden eftersom den inte påverkas av en sådan förändring. Detta är till stor fördel för gaswolframbågsvetsning, eftersom ändringen i ljusbågslängd i denna process är begränsad. Det är också av stor betydelse för gasbågsvetsning där den används för att ge sprutläge för metallöverföring med låg medelström.

Detta görs av strömkällan som kan programmeras att byta från låg eller bakgrundsström till topp eller pulsström för att påverka droppavståndet genom ökad smälthastighet i samband med förbättrad nypeffekt. Detta är känt som pulssvetsning.

I pulserad strömsvetsning är två strömnivåer, såsom visas i fig. 4.3, med önskade tidsperioder kan ställas in för att uppnå den önskade genomsnittliga svetsströmmen. Pulserad strömsvetsning blir populärare både med gaswolframbågsvetsning och gasbågsvetsningsprocesser.

Konstant spänningsegenskaper hos en svetsströmkälla :

En kraftkälla med konstant spänning (CV) har i huvudsak en platt volt-ampere karakteristisk kurva, men vanligtvis med en liten dragning. Kurvan kan flyttas upp eller ner för att ändra spänningen som visas i figur 4.4. Spänningen kommer emellertid aldrig att stiga till så hög en OCV som i en konstant strömsvetsströmkälla.

Fig 4-4 ​​Olika volt-ampere kurvor av konstant spänning strömkällor

Detta är en anledning till att den konstanta spänningssvetsströmkällan inte används för manuell metallbågsvetsning med belagd elektrod eftersom det behöver högre OCV för att initiera en båge. Svetsströmkällorna med konstanta spännings-volt-ampere egenskaper är infact som endast används för kontinuerlig elektrodrådsvetsning som gasbågsvetsning.

Volt-ampereegenskaperna hos en CV-strömkälla är konstruerade för att producera nästan samma spänning vid låg last och vid nominell eller full belastning. Den har VI karakteristisk som en vanlig kommersiell elektrisk kraftgenerator. Om belastningen i kretsen ändras, justerar strömkällan automatiskt sin strömutgång för att uppfylla kraven och upprätthåller i huvudsak samma spänning över utgångsanslutningarna. Detta system tillhandahåller således en självreglerande ljusbåg baserad på en förinställd hastighet av trådmatning och en konstant spänningskälla.

De förenklade kontrollerna eliminerar den komplexa kretsen och reversering av trådmatningsmotorns motor för att initiera eller upprätthålla en stabil svetsbåg.

En konstant spänningssvetskraftkälla ger korrekt ström så att elektrodsmältningshastigheten är lika med trådmatningshastigheten. Båglängden är förinställd genom att ställa in spänningen på strömkällan medan svetsströmmen regleras genom att justera trådmatningshastigheten.

Volt ampereegenskaperna hos en svetsströmkälla måste utformas så att de ger en stabil båge för GMAW med olika diametertrådar och metall för användning tillsammans med olika avskärmningsgaser. De mest konstanta spänningssvetsningskällorna är försedda med medel för att justera lutningen på VI-kurvan.

Det har visat sig att VI-kurvorna med lutningar på 1-5 till 2 volt / 1004 är bäst lämpade för GMAW av icke-järnmetaller, nedsänkt bågsvetsning och för flux-kärnbågsvetsning med elektroder med större diameter. En kurva med en medellång höjd av 2 till 3 volt / 100A är föredragen för CO 2, gasskärmad metallbågsvetsning och flödeskärmade elektrodkablar med liten diameter. En brantare sluttning på 3 till 4 volt / 100A är användbar för kortslutningsöverföring. Dessa tre typer av sluttningar visas i figur 4.5. För samma förändring i bågspänning, ju smalare kurvan, ju mer förändringen i svetsströmmen.

Fig. 4-5 Olika sluttningar som används i strömsvetsningskällor med konstant spänning

Den dynamiska egenskapen hos en konstant spänningskälla måste planeras noggrant. På grund av plötslig spänningsbyte vid en kortslutning tenderar strömmen att öka snabbt till ett mycket högt värde. Detta är en fördel vid initialisering av bågen men det kan orsaka oönskade sprutor.

Det kan emellertid kontrolleras genom att lägga reaktans eller induktans i kretsen. Detta resulterar i förändring av tidsfaktor eller svarstid och leder till en stabil båge. I de flesta svetskraftkällor ingår en deferent mängd induktans i kretsen för de olika sluttningarna. Detta görs genom att tillhandahålla en variabel reaktor i systemet.

Det konstanta spänningssvetskraftsystemet har sin största fördel när strömtätheten hos elektrodtråden är hög. Strängspänningsprincipen för svetsning används normalt inte med ac. Även om den kan användas för nedsänkt bågsvetsning och elektroslagsvetsning, men det är inte populärt med dessa processer. Den ska inte användas för skärmad metallbågsvetsning, eftersom den kan överbelasta och skada strömkällan genom att dra för hög ström för länge.

Val av en statisk Volt-Ampere-egenskap för en svetsprocess:

I grund och botten finns det fyra typer av statiska volt-ampere egenskaper som kan införlivas i en svetskraftkälla, beroende på processen för vilken de ska användas.

Dessa fyra typer av VI egenskaper är:

1. Brant hängande typ,

2. gradvis hängande typ,

3. Fiat eller konstant spänningstyp, och

4. Stigande spänningstyp.

Alla dessa typer av kraftkällans egenskaper med volt-ampereegenskaperna hos svetsbågen ovanpå dem visas i figur 4.6.

Fig. 4.6 Volt-ampere egenskaper hos olika svetskraftkällor och svetsbågen

1. Steeply Drooping VI karakteristik:

Svetsströmkällan med brant dragande volt-ampere karakteristik har en hög öppen kretsspänning och låg kortslutningsström, såsom visas av kurva 1 i figur 4.6. Det är uppenbart att ändringen i strömmen är liten när båtlängden ändras mellan L - 5 L och L + 5 L.

Denna typ av volt-ampere-karakteristik passar bäst för SMAW som är manuell metallbågsvetsning med belagda elektroder eftersom en liten förändring i ljusbågens längd på grund av den inre rörelsen hos den mänskliga handen under svetsoperationen inte påverkar elektrodens smältningshastighet. Dessutom säkerställer hög öppen kretsspänning enkel initiering och underhåll av svetsbågen.

2. Gradvis Drooping VI Karakteristisk:

Strömkällan med gradvis dämpande statisk volt-amperekaraktäristik, som visas med kurvan 2 i figur 4.6, kan leverera hög kortslutningsström som behövs för nedsänkt bågsvetsning med tjocka elektroder, speciellt för elektroddiametern mer än 3, 5 min. En strömkälla med denna typ av volt-ampere-karakteristik kräver en viss teknik för båginitiering liknande den för beröring och dragning som används för SMAW eller alternativt kan stålull användas för att ge en kortslutning mellan elektroden och arbetsstycket.

Den öppna kretsspänningen kan vara något lägre än den vid brant dragande VI-karakteristik. Denna funktion hjälper till att tillhandahålla någon form av självreglering av ljusbågslängden under svetsningen, för samma ändringar i ljusbågslängden är förändringen i ljusbågsströmmen betydligt mer än vid brant dragande volt-amperekarakteristik.

3. Platt VI Karakteristik:

I en konstant spänningssvetsströmkälla för en liten ändring i ljusbågslängden är det en stor förändring i svetsströmmen vilket gör den ganska känslig och bidrar därmed till att upprätthålla en stabil båglängd med följaktligen konsekventa kvalitetssvetsar. Detta kallas allmänt som självreglering av ljusbågslängden och är ett viktigt krav för framgången med gasbågsvetsning.

Förändringen i ljusbågslängden är oundviklig, särskilt i halvautomatisk GMAW, varför konstant spänning, statisk volt-amperekaraktäristik är mycket användbar för fina trådsvetsningsprocesser. Emellertid är den platta VI-karaktäristiken, såsom visas av kurvan 3 i figur 4.6, inte riktigt platt, men normalt dråper vid 1-3 volt per 100 ampere. Alla svetskraftkällor med platta VI-egenskaper är nästan alltid av transformatorns likriktartyp och elektrodpositiv (ep) är den polaritetsinställning som normalt används.

4. Stigande VI karakteristik:

I en svetsströmkälla med stigande volt-ampere-karakteristik finns en ökning av strömmen med spänningsökningen, såsom visas av kurva 4 i figur 4.6. Denna VI karakteristik är baserad på liten modifikation av konstant spänningsegenskapen. En fördel med den stigande VI karakteristiken över den platta karaktäristiken är att när trådmatningshastigheten ökas ökar krafttillskottet, spänningen ökar också automatiskt. Denna funktion hjälper till att bibehålla en konstant ljusbågslängd även om kortslutning sker. Den stigande VI-karaktäristiken är anpassningsbar till de helt automatiska processerna.

Dynamisk Volt-Ampere Egenskaper för en svetsströmkälla:

Den dynamiska egenskapen hos en svetsströmkälla är förhållandet mellan bågspänningen och motsvarande svetsström när de ändras från en ögonblick till en annan såsom visas i fig 4.7.

Det är absolut nödvändigt att känna till karaktären av dynamisk karaktäristik för att bestämma hastigheten av ökningen av ström efter en kortslutning som påverkar elektrodsmältningshastigheten och svetsspetsen.

De dynamiska VI-egenskaperna erhålls genom registrering av volt-ampere-transienterna under den faktiska driften av strömkällan. Från de dynamiska VI-egenskaperna är det möjligt att bestämma metoden för metallöverföring för en given uppsättning svetsparametrar.

Problem 1:

Båglängdspänningsegenskapen hos en DC-båge ges av ekvationen V = 24 + 41 där V är bågspänningen och I båglängden i mm. Den statiska volt-ampereegenskapen hos strömkällan är approximerad av en rak linje utan belastning på 80 volt och kortslutningsströmmen på 600 ampere. Bestäm den optimala ljusbågslängden för maximal effekt.

Lösning :

Problem 2:

Den statiska volt-ampere egenskapen hos en svetsströmkälla ges av den paraboliska ekvationen

I 2 = - 500 (V-80)

och ljusbågsegenskapen representeras av raklinjekvationen

I = 23 (V-18).

Bestämma,

(a) kraften hos en stabil båge,

b) Om ljusbågens längd (I) och bågspänningen (V) är relaterade till uttrycket V = 20 + 4-5 bestämmer jag den optimala ljusbågslängden för maximal effekt.

c) Om de konvektiva och radiativa förlusterna för bågen i (b) är 15% av ljusbågens effekt bestämmer då om det är fördelaktigt att ha en ljusbågslängd av 4 mm, varvid dessa förluster endast är 20% av de för ljusbågen i B). Skriv en kort kommentar om de två fallen.

Lösning:

(a) För båge:

(b) För båge:

Vid jämförelse av (v) och (vi) är det uppenbart att nettoeffekten för en båglängd på 4 mm blir högre än med en båglängd på 7-4 mm. Därför bör jag = 4 mm föredras.

Problem 3:

Bestäm förändringen i svetsströmmen om ljusbågens längd ändras från 4 mm till 5 mm för strömkällor med följande statiska volt-ampere egenskaper,

(i) I2 = - 400 (V-100)

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

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

(iv) V = 30 + (l 1, 05 / 50)

Antag att båglängden (l) och bågspänningen (V) är relaterade till uttrycket V = 20 + 4l.

Lösning :