Műszaki Alapozó és Gépészmérnöki szakGépgyártástechnológia Tanszék

Gyártástechnológia I.(hegesztés)

3.előadás: Kézi ívhegesztő áramforrások fő jellemzői, működési elvük

előadó: Dr. Szigeti Ferenc főiskolai tanár

Kézi ívhegesztő áramforrások fő jellemzői, működési elvük

Az ívhegesztő áramforrások feladata: ív gyújtása, folyamatos fenntartása, ívhossz-változásokhoz igazodó feszültség ingadozások mellett.

A hegesztő ív stabilitása az ívköz fizikai jellemzőin kívül nagymértékben függ az áramforrás statikus és dinamikus tulajdonságaitól, ez indokolja az ív és az áramforrás üzemi viszonyának együttes vizsgálatát.

Az ívhegesztő áramforrások jellemzői:- gépkarakterisztika,- névleges áramterhelhetőség (munkaáram,Im),

- rövidzárlati áramerősség (Ir),

- üresjárati feszültség (Uo),

- bekapcsolási idő (X).

Gépkarakterisztika

Gépkarakterisztika: az áramforrás által szolgáltatott áramerősség és feszültség összetartozó értékeit mutatja meg.

A hegesztő áramforrásnak szolgáltatnia kell:- az ívgyújtáshoz szükséges feszültséget,- az ív folyamatos fenntartásához szükséges feszültségingadozásokat.

Hegesztéskor az ívhossz állandósága nem biztosítható: l ↑, Rív↑; l ↓, Rív ↓.

Ív stabil, ha ,,l” változásait nem követi ,,I” változása (fordítottan arányos!)

Hegesztés közben lív változik l1 és l2 között; Követelmény az áramforrással szemben: lív

változásától függetlenül közel állandó Iív-t szolgáltasson!

Megvalósítható: ha lív változásával Uív széles határok között változik: - a gépkarakterisztika a munkaáramnál függőleges; eső jellegű!- gépkarakterisztika meredeksége ↑; ΔI↓ (a Δl-hez tartozó)

nő az ívstabilitás A meredeken eső jelleggörbe előnye: rövidzárási áram közel van a munkaáramhoz:

- nem hevül túl a gép és az elektródahuzal, nem válik le a bevonat,- ΔI szükséges, ne ragadjon az elektróda (Ir-Im),

- kézi ívhegesztő eljáráshoz legmegfelelőbb karakterisztika.

Követelmény még:a megfelelő gyújtófeszültség (üresjárási fesz.) < 80-100V – balesetveszély!

Bekapcsolási idő (jele: X [%])

X megmutatja: a gép mennyire terhelhető; a hegesztéssel eltöltött idő (tM) és a teljes ciklusidő (tc) viszonya.

[%]; ahol tc= tM + tsz

tc: ciklusidő [perc], szabvány szerint 10 perc

tM: munkaidő [perc]

tsz: szünetidő [perc] A megengedhető áramerősség szakaszos üzemre: Ip

X: az a %-ban megadott időtartam, ameddig a hegesztőgép 10 perc időtartamon belül a megadott kimenő teljesítménnyel túlmelegedés nélkül terhelhető.

100ttX

c

M

%X100II tp

%X100

II

2t

2p

I. TranszformátorokElektromágneses indukció törvénye: Ha egy vezetővel mágnese erővonalakat

metszünk, akkor a vezetőben feszültség indukálódik. Az indukált feszültség nagysága egyenesen arányos az időegység alatt metszett erővonalak számával.

A transzformátor elve: (pl. váltóáramú elektromágnessel létrehozott) mozgó mágneses térbe helyezett tekercsben a mágneses tér mozgási ritmusának (frekvenciájának) megfelelő frekvenciájú feszültség indukálódik.

A transzformátor áttétele:

Hegesztőtranszformátor: a hálózati váltóáramot hegesztésre alkalmas eső karakterisztikájú váltóárammá alakítja (az eső karakterisztikát azáltal érik el, hogy a szekunder áramkör szórási reaktanciáját növelik).

2

1

1

2

2

1

nn

II

UU

1.A mágneses erővonalak szóródásával szabályozható hegesztő transzformátor:

,,I” állítása a mágneshíd elmozdításával történik: a szekunder tekercsen áthaladó mágneses erővonalak száma (térerősség) csökken a légrésen történő erővonal-szóródás miatt → indukált áram ↓.

Karakterisztika: Üresjárati feszültség: a mágneshíd állásától független, a

transzformátor áttétel, n1/n2 határozza meg. Mágneshíd felemelt állapotában: az erővonal-szóródás maximális;

→ a jelleggörbe meredeken eső. Mágneshíd zárt állapotában: erővonal-szóródás nincs → a

jelleggörbe enyhén eső. Jelleggörbék kellő meredekségűek, Δlív → kis ΔI Az eső gép-karakterisztika: a primer és a szekunder tekercsekben

folyó áramok ellentétes irányú mágneses tere hozza létre! Isz (Iheg) ↑ →szekunder tekercs mágneses tere lerontja a primer tekercsét Ua ↓.

1.A mágneses erővonalak szóródásával szabályozható hegesztő transzformátor:

2. Mágneses sönt alkalmazása A mágneses erővonalak részben a szekunder tekercs vastestén,

részben az állítható mágneshídon záródnak. Légrés ↓ → erővonalak a mágneshídon záródnak, gyengül a szekunder tekercset gerjesztő fluxus, Iszek ↓.

3. Primer tekercs menetszámának változtatásával szabályozható hegesztő transzformátor

A primer tekercs menetszámának változtatásával változik a transzformátor: - áttétele → üresjárati feszültsége,

- szekunder oldali áramerősség Az áttételváltozás kiküszöbölésére: fojtótekercs beépítése:

fojtótekercsek menetszámának arányos növelésével a primer térerősség kompenzálható → állandó gyújtófeszütség biztosítható

Hátrányuk: kisebb hatásfok, hegesztőárammal átjárt fojtótekercsen hőveszteség lép fel.

4. Mozgó szóróoszlopos hegesztőtranszformátor Szabályozás: a középső oszlop mágneskeretből történő

kihúzásával történik; A szóróoszlop betolva: a mágneses erővonalakat a szekunder

tekercstől eltéríti, Isz ↓ A szóróoszlop kihúzva: Isz ↑

5. Egyéb megoldások:a, változtatható ellenállás szekunderköri beiktatásávalb, primer tekercs szekunderhoz való közelítésével, távolításávalIheg vált.

A hegesztőtranszformátorok előnyei:

A váltakozó áramú hegesztés előnye: Al-ötvözet hegesztése: fordított polaritás: oxidhártya felszakad,egyenes polaritása: megfelelő (mély) beolvadás.

Egyszerű felépítés, nincs mozgó (forgó) alkatrész, kezelése, karbantartása egyszerűbb, zajtalanul működnek; nem kell figyelni a polaritásra;

Egyfázisú (230V-os) kisméretű, hordozható kivitelük olcsó, előszeretettel használják kisebb gépjavító műhelyek is, de: kis teljesítmény, X alacsony: ~25%, bázikus elektródával nem hegeszthető

Nem keletkezik az ív környezetében mágneses fúvás, íve nem hajlik el, mint a fordított polaritású egyenáramú ív (katódfolt!).

A hegesztőtranszformátorok hátrányai:

A hálózati feszültség-ingadozásra érzékenyek: → primer feszültség csökkenés esetén a hegesztőív könnyen kialszik,→ primer feszültség növekedés esetén: I↑, leolvadás felgyorsul → lív↑, Rív↑ → ív megszakad,

→ elektronikus működésű feszültség-stabilizátorral →az ív stabilabb lesz (bonyolultabb, drágább, lehet a dinamónál).

a váltóáramú ív kevésbé stabil, mint az egyenáramú → bázikus elektródát nem lehet leolvasztani;

a váltakozó feszültség (70-90 V-os tartományban) az emberi szervezetre veszélyesebb, mint az egyenáram gyújtó feszültsége → tartályban trafóval nem szabad hegeszteni.

II. A hegesztő-egyenirányítók

A hegesztő-egyenirányítók fő részei:- három fázisú transzformátor- egyenirányító egység- szabályozó (vezérlő) kör1. Háromfázisú hegesztő-egyenirányító:- A szabályozást félszabályozott háromfázisú híddal végzik (tirisztorok);- A legnagyobb teljesítmény teljesen nyitott tirisztorokkal érhető el;- Terheléskor: a söntön Ih folyik, amelyet a tirisztor vezérlő áramkör

(elektronika) összehasonlít az előre beállított értékkel → eltérés: a tirisztorok gyújtási szögét úgy változtatja, Ifőáramkör = Iszükséges

- A hegesztő a gépen a hegesztési folyamat előtt beállítja a jelleggörbét, hegesztés közben nem lehet a beállított adatokon változtatni.

2.Teljesítménytranzisztoros szabályozású hegesztő-egyenirányító

A beavatkozás a hegesztési folyamat közben is lehetséges: a változást a folyamatban → érzékelő észleli, összehasonlítja a mért értéket a beállítottal, eltérés esetén beavatkozik;

A hegesztési adatok 1%-os pontossággal tarthatók!

Függőleges és vízszintes jelleggörbe is beállítható! (többcélú!)

3. Frekvencia-átalakítós (inverteres) egyenirányító

A hálózati feszültséget dióda egyenirányítja; A frekvenciaváltó (inverter) az egyenirányított feszültséget

középfrekvenciás (20…100kHz) lüktetőfeszültséggé alakítja; A lüktetőfeszültséget transzformálja; Egyenirányítás diódával, simítás fojtótekerccsel →

hegesztéshez egyenfeszültséget kapunk; η így is jobb (többszöri átalakítás ellenére), mint a

hagyományos áramforrásé, cos φ ≈ 1; Az inverteres áramforrás tömege – a nagy frekvencia →

kisebb tömegű vasmag miatt → lényegesen kisebb (1/10-ed része a hagyományos áramforrásénak!)

III. GenerátorokGenerátorok: gyártásuk és alkalmazásuk az anyaggal és az

energiával való fokozott takarékosság, a környezetvédelmi és ergonómiai szempontok miatt egyre inkább háttérbe szorul.