ประเภทหลักของเครื่องเชื่อม

การยึดชิ้นส่วนโดยการเชื่อมและการประสานนั้นใช้หลักการเดียว: การเทองค์ประกอบที่จะเชื่อมต่อกับโลหะหลอมเหลว เฉพาะเมื่อบัดกรีใช้ตะกั่วดีบุกละลายต่ำและเมื่อเชื่อมโลหะชนิดเดียวกับที่ใช้ทำโครงสร้างเชื่อม

กฎทางกายภาพในการเชื่อม

ในการถ่ายโอนโลหะจากสถานะของแข็งปกติไปสู่สถานะของเหลว จะต้องให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงมาก สูงกว่าจุดหลอมเหลว เครื่องเชื่อมไฟฟ้าทำงานโดยใช้หลักการสร้างความร้อนในเส้นลวดเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 19 นักฟิสิกส์สองคนอธิบายปรากฏการณ์นี้พร้อมกัน: James Joule ชาวอังกฤษและ Emil Lenz ชาวรัสเซีย พวกเขาพิสูจน์ว่าปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นในตัวนำเป็นสัดส่วนโดยตรงกับ:

1. ผลคูณของกำลังสองของกระแสที่ผ่าน

2. ความต้านทานไฟฟ้าของวงจร

3. เวลาเปิดรับแสง

ในการสร้างปริมาณความร้อนที่สามารถละลายชิ้นส่วนโลหะด้วยกระแสได้ จำเป็นต้องควบคุมด้วยเกณฑ์หนึ่งในสามเกณฑ์เหล่านี้ (I, R, t)

เครื่องเชื่อมทั้งหมดใช้การควบคุมอาร์คโดยการเปลี่ยนค่าของกระแสที่ไหล พารามิเตอร์ที่เหลืออีกสองตัวถูกจัดประเภทเป็นค่าเพิ่มเติม

ประเภทของกระแสสำหรับเครื่องเชื่อม

ตามหลักการแล้ว กระแสไฟฟ้าแบบเวลาคงที่ซึ่งสามารถถูกสร้างจากแหล่งต่างๆ เช่น แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้หรือแบตเตอรี่เคมีหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบพิเศษ เหมาะที่สุดในการให้ความร้อนแก่ชิ้นส่วนและบริเวณรอยต่ออย่างสม่ำเสมอ

อย่างไรก็ตาม รูปแบบที่แสดงในภาพไม่เคยถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติ มีการแสดงกระแสไฟฟ้าที่เสถียรซึ่งสามารถตีส่วนโค้งที่ราบรื่นและสมบูรณ์แบบได้

เครื่องเชื่อมไฟฟ้าทำงานด้วยไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความถี่อุตสาหกรรม 50 เฮิรตซ์ ในเวลาเดียวกัน ทั้งหมดนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อการทำงานในระยะยาวและปลอดภัยของช่างเชื่อม ซึ่งจำเป็นต้องติดตั้งความต่างศักย์ขั้นต่ำระหว่างชิ้นส่วนที่เชื่อม

อย่างไรก็ตามสำหรับการจุดระเบิดของส่วนโค้งที่เชื่อถือได้จำเป็นต้องรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าไว้ที่ 60 ÷ 70 โวลต์ ค่านี้ใช้เป็นค่าเริ่มต้นสำหรับวงจรการทำงานในขณะที่จ่ายไฟ 220 หรือ 380 V ให้กับอินพุตของเครื่องเชื่อม

กระแสสลับสำหรับการเชื่อม

เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าของการติดตั้งระบบไฟฟ้าให้เป็นค่าการทำงานของการเชื่อมจึงใช้หม้อแปลงแบบ step-down อันทรงพลังพร้อมความสามารถในการปรับค่าปัจจุบัน ที่เอาต์พุต พวกเขาสร้างรูปร่างไซน์แบบเดียวกับในเครือข่ายไฟฟ้า และแอมพลิจูดของฮาร์มอนิกสำหรับการเผาไหม้แบบอาร์คจะสูงขึ้นมาก

การออกแบบหม้อแปลงเชื่อมต้องเป็นไปตามเงื่อนไขสองประการ:

1.ข้อ จำกัด ของกระแสลัดวงจรในวงจรทุติยภูมิซึ่งเกิดขึ้นค่อนข้างบ่อยตามสภาพการใช้งาน

2. การเผาไหม้ที่เสถียรของส่วนโค้งที่ติดไฟซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงาน

เพื่อจุดประสงค์นี้ พวกเขาได้รับการออกแบบให้มีลักษณะเฉพาะของโวลต์-แอมแปร์ภายนอก (VAC) ที่มีความสูงชัน สิ่งนี้ทำได้โดยการเพิ่มการกระจายของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าหรือโดยการรวมโช้คซึ่งเป็นขดลวดต้านทานแบบเหนี่ยวนำไว้ในวงจร

ในการออกแบบหม้อแปลงเชื่อมแบบเก่าจะใช้วิธีการเปลี่ยนจำนวนรอบในขดลวดปฐมภูมิหรือทุติยภูมิเพื่อปรับกระแสเชื่อม วิธีการที่ลำบากและมีราคาแพงนี้มีประโยชน์มากกว่าและไม่ได้ใช้ในอุปกรณ์สมัยใหม่

ในขั้นต้น หม้อแปลงถูกตั้งค่าให้ส่งพลังงานสูงสุด ซึ่งระบุไว้ในเอกสารทางเทคนิคและบนป้ายชื่อของกล่อง จากนั้น เพื่อปรับกระแสการทำงานของส่วนโค้ง จะลดลงด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งต่อไปนี้:

• การต่อตัวต้านทานแบบเหนี่ยวนำเข้ากับวงจรทุติยภูมิ ในเวลาเดียวกัน ความชันของลักษณะ I — V จะเพิ่มขึ้นและแอมพลิจูดของกระแสเชื่อมลดลงดังที่แสดงในภาพด้านบน

• การเปลี่ยนแปลงสถานะของวงจรแม่เหล็ก

• วงจรไทริสเตอร์

วิธีการปรับกระแสเชื่อมโดยการนำความต้านทานไฟฟ้าเข้าในวงจรทุติยภูมิ

หม้อแปลงเชื่อมงานเหล่านี้บนหลักการนี้มีสองประเภท:

1. มีระบบควบคุมกระแสไฟฟ้าที่ราบรื่นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงช่องว่างอากาศภายในลวดแม่เหล็กเหนี่ยวนำอย่างค่อยเป็นค่อยไป

2. ด้วยการสลับจำนวนขดลวดทีละขั้นตอน

ในวิธีแรก วงจรแม่เหล็กเหนี่ยวนำประกอบด้วยสองส่วน: ส่วนที่อยู่กับที่และส่วนที่เคลื่อนที่ได้ ซึ่งเคลื่อนที่โดยการหมุนของที่จับควบคุม

ที่ช่องว่างอากาศสูงสุด ความต้านทานสูงสุดต่อการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้าและความต้านทานอุปนัยที่เล็กที่สุดจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งให้ค่าสูงสุดของกระแสเชื่อม

วิธีการเต็มรูปแบบของส่วนที่เคลื่อนที่ของวงจรแม่เหล็กไปยังส่วนที่อยู่นิ่งจะลดกระแสเชื่อมให้มีค่าต่ำที่สุด

การควบคุมขั้นตอนขึ้นอยู่กับการใช้หน้าสัมผัสที่เคลื่อนย้ายได้เพื่อสลับขดลวดจำนวนหนึ่งในขั้นตอน

สำหรับตัวเหนี่ยวนำเหล่านี้ วงจรแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นทั้งหมดโดยแยกออกจากกันไม่ได้ ซึ่งทำให้การออกแบบโดยรวมง่ายขึ้นเล็กน้อย

วิธีการควบคุมกระแสไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนรูปทรงเรขาคณิตของวงจรแม่เหล็กของหม้อแปลงเชื่อม

เทคนิคนี้ดำเนินการโดยใช้วิธีใดวิธีหนึ่งต่อไปนี้:

1. โดยการย้ายส่วนของขดลวดเคลื่อนที่ในระยะที่แตกต่างจากขดลวดที่ติดตั้งอยู่กับที่

2. โดยการปรับตำแหน่งของการแบ่งแม่เหล็กภายในวงจรแม่เหล็ก

ในกรณีแรก หม้อแปลงเชื่อมถูกสร้างขึ้นด้วยการกระจายตัวเหนี่ยวนำที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนระยะห่างระหว่างขดลวดของวงจรปฐมภูมิ การหยุดนิ่งในบริเวณแอกด้านล่าง และขดลวดทุติยภูมิที่เคลื่อนที่ได้

มันเคลื่อนที่เนื่องจากการหมุนแบบแมนนวลของที่จับเพลาปรับซึ่งทำงานบนหลักการของลีดสกรูพร้อมน็อต ในกรณีนี้ ตำแหน่งของคอยล์กำลังจะถูกถ่ายโอนโดยไดอะแกรมจลนศาสตร์อย่างง่ายไปยังตัวบ่งชี้เชิงกล ซึ่งแบ่งตามส่วนของกระแสเชื่อม ความแม่นยำประมาณ 7.5%เพื่อการวัดที่ดีขึ้น หม้อแปลงกระแสที่มีแอมมิเตอร์จะถูกสร้างขึ้นในวงจรทุติยภูมิ

ที่ระยะห่างระหว่างขดลวดน้อยที่สุด กระแสเชื่อมสูงสุดจะถูกสร้างขึ้น ในการลดจำเป็นต้องเลื่อนขดลวดเคลื่อนที่ไปด้านข้าง

โครงสร้างหม้อแปลงเชื่อมดังกล่าวสร้างสัญญาณรบกวนทางวิทยุขนาดใหญ่ระหว่างการทำงาน ดังนั้นวงจรไฟฟ้าของพวกเขาจึงมีตัวกรองแบบ capacitive ที่ช่วยลดสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

วิธีเปิดแม่เหล็กปัดแบบเคลื่อนย้ายได้

วงจรแม่เหล็กรุ่นหนึ่งของหม้อแปลงดังกล่าวแสดงอยู่ในภาพด้านล่าง

หลักการของการทำงานนั้นขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของฟลักซ์แม่เหล็กบางส่วนในแกนกลางเนื่องจากการรวมของตัวปรับเข้ากับสกรูนำ

หม้อแปลงเชื่อมที่ควบคุมโดยวิธีการที่อธิบายไว้นั้นทำด้วยแกนแม่เหล็กที่ทำจากแผ่นเหล็กไฟฟ้าและขดลวดทองแดงหรือลวดอลูมิเนียมพร้อมฉนวนกันความร้อน อย่างไรก็ตาม เพื่อวัตถุประสงค์ในการใช้งานระยะยาว พวกมันถูกสร้างขึ้นโดยมีความเป็นไปได้ของการแลกเปลี่ยนอากาศที่ดีเพื่อขจัดความร้อนที่เกิดขึ้นในบรรยากาศโดยรอบ ดังนั้นพวกมันจึงมีน้ำหนักและขนาดที่ใหญ่

ในทุกกรณี กระแสเชื่อมที่ไหลผ่านอิเล็กโทรดมีค่าแปรผัน ซึ่งจะลดความสม่ำเสมอและคุณภาพของส่วนโค้ง

กระแสตรงสำหรับงานเชื่อม

วงจรไทริสเตอร์

ถ้าไทริสเตอร์สองตัวที่เชื่อมต่อตรงข้ามกันหรือไตรแอกหนึ่งตัวเชื่อมต่อหลังจากขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงเชื่อม ผ่านอิเล็กโทรดควบคุม ซึ่งวงจรควบคุมใช้เพื่อปรับเฟสเปิดของแต่ละครึ่งรอบของฮาร์มอนิก จากนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะ ลดกระแสไฟสูงสุดของวงจรไฟฟ้าให้เป็นค่าที่จำเป็นสำหรับสภาวะการเชื่อมเฉพาะ

ไทริสเตอร์แต่ละตัวผ่านเพียงครึ่งคลื่นบวกของกระแสจากขั้วบวกไปยังขั้วลบและปิดกั้นทางผ่านของครึ่งลบ คำติชมช่วยให้คุณควบคุมทั้งสองครึ่งคลื่น

หน่วยงานควบคุมในวงจรควบคุมกำหนดช่วงเวลา t1 ในระหว่างที่ไทริสเตอร์ยังคงปิดอยู่และไม่ผ่านครึ่งคลื่น เมื่อกระแสจ่ายให้กับวงจรของอิเล็กโทรดควบคุมที่เวลา t2 ไทริสเตอร์จะเปิดขึ้นและส่วนหนึ่งของครึ่งคลื่นบวกที่มีเครื่องหมาย «+» จะผ่านเข้าไป

เมื่อไซน์ไซด์ผ่านค่าศูนย์ ไทริสเตอร์จะปิด มันจะไม่ผ่านกระแสผ่านตัวมันเองจนกว่าครึ่งคลื่นบวกจะเข้าใกล้แอโนด และวงจรควบคุมของบล็อกเปลี่ยนเฟสจะส่งคำสั่งไปยังอิเล็กโทรดควบคุม

ในขณะที่ t3 และ T4 ไทริสเตอร์ที่เชื่อมต่อกับตัวนับจะทำงานตามอัลกอริทึมที่อธิบายไว้แล้ว ดังนั้นในหม้อแปลงเชื่อมที่ใช้วงจรไทริสเตอร์ ส่วนหนึ่งของพลังงานปัจจุบันจะถูกขัดจังหวะในเวลา t1 และ t3 (การหยุดชั่วคราวโดยไม่มีกระแสถูกสร้างขึ้น) และกระแสที่ไหลในช่วง t2 และ t4 จะใช้สำหรับการเชื่อม

นอกจากนี้ สามารถติดตั้งเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้ในวงจรปฐมภูมิแทนที่จะติดตั้งในวงจรไฟฟ้า สิ่งนี้ทำให้สามารถใช้ไทริสเตอร์พลังงานต่ำได้แต่ในกรณีนี้หม้อแปลงจะแปลงส่วนตัดของคลื่นไซน์ครึ่งคลื่นโดยมีเครื่องหมาย «+» และ «-«

การปรากฏตัวของการหยุดชั่วคราวโดยไม่มีกระแสในช่วงที่มีการหยุดชะงักของส่วนหนึ่งของฮาร์มอนิกในปัจจุบันเป็นข้อบกพร่องของวงจรซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของการเผาอาร์ค การใช้อิเล็กโทรดพิเศษและมาตรการอื่น ๆ ทำให้สามารถใช้วงจรไทริสเตอร์สำหรับการเชื่อมได้สำเร็จซึ่งพบว่ามีการใช้งานค่อนข้างกว้างในโครงสร้างที่เรียกว่า วงจรเรียงกระแสเชื่อม.

วงจรไดโอด

วงจรเรียงกระแสเชื่อมเฟสเดียวกำลังต่ำมีไดอะแกรมการเชื่อมต่อบริดจ์ที่ประกอบจากไดโอดสี่ตัว

มันสร้างรูปแบบของกระแสแก้ไขที่อยู่ในรูปของคลื่นครึ่งคลื่นบวกสลับกันอย่างต่อเนื่อง ในวงจรนี้ กระแสเชื่อมจะไม่เปลี่ยนทิศทาง แต่จะผันผวนตามขนาดเท่านั้น ทำให้เกิดระลอกคลื่น รูปทรงนี้รักษาแนวเชื่อมได้ดีกว่ารูปทรงไทริสเตอร์

อุปกรณ์ดังกล่าวอาจมีขดลวดเพิ่มเติมที่เชื่อมต่อกับขดลวดปฏิบัติการของหม้อแปลงควบคุมกระแส ค่าของมันถูกกำหนดโดยแอมมิเตอร์ที่เชื่อมต่อกับวงจรเรียงกระแสผ่านการแบ่งหรือไซน์ - ผ่านหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า

โครงการสะพานของ Larionov

ออกแบบมาสำหรับระบบสามเฟสและทำงานได้ดีกับวงจรเรียงกระแสการเชื่อม

การรวมไดโอดตามโครงร่างของสะพานนี้ทำให้สามารถเพิ่มเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้าให้กับโหลดในลักษณะที่พวกเขาสร้างแรงดันไฟฟ้าสุดท้าย U ออกซึ่งมีลักษณะเป็นระลอกคลื่นขนาดเล็กและตามกฎของโอห์มทำให้เกิดส่วนโค้ง กระแสที่มีรูปร่างคล้ายกันบนอิเล็กโทรดเชื่อม ใกล้เคียงกับรูปแบบกระแสตรงในอุดมคติมากขึ้น

คุณสมบัติของการใช้วงจรเรียงกระแสการเชื่อม

แก้ไขปัจจุบันในกรณีส่วนใหญ่ช่วยให้:

• ปลอดภัยกว่าที่จะจุดไฟส่วนโค้ง

• ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการเผาไหม้ที่มั่นคง

• สร้างการกระเด็นของโลหะหลอมเหลวน้อยกว่าหม้อแปลงเชื่อม

สิ่งนี้จะขยายความเป็นไปได้ของการเชื่อม ช่วยให้คุณเชื่อมต่อโลหะผสมสแตนเลสและโลหะที่ไม่ใช่เหล็กได้อย่างน่าเชื่อถือ

กระแสอินเวอร์เตอร์สำหรับการเชื่อม

เครื่องเชื่อมอินเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ทำการแปลงกระแสไฟฟ้าทีละขั้นตอนตามอัลกอริทึมต่อไปนี้:

1. ไฟฟ้าอุตสาหกรรม 220 หรือ 380 โวลต์เปลี่ยนโดยวงจรเรียงกระแส

2. สัญญาณรบกวนทางเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นจะถูกปรับให้เรียบโดยใช้ฟิลเตอร์ในตัว

3. พลังงานที่เสถียรจะเปลี่ยนกลับเป็นกระแสความถี่สูง (10 ถึง 100 kHz)

4. หม้อแปลงความถี่สูงลดแรงดันไฟฟ้าเป็นค่าที่จำเป็นสำหรับการจุดระเบิดที่เสถียรของส่วนโค้งของอิเล็กโทรด (60 V)

5. วงจรเรียงกระแสความถี่สูงแปลงไฟฟ้าเป็นกระแสตรงสำหรับการเชื่อม

แต่ละขั้นตอนในห้าขั้นตอนของอินเวอร์เตอร์จะถูกควบคุมโดยอัตโนมัติโดยโมดูลทรานซิสเตอร์พิเศษของซีรีส์ IGBT ในโหมดป้อนกลับ ระบบควบคุมที่ใช้โมดูลนี้เป็นองค์ประกอบที่ซับซ้อนและมีราคาแพงที่สุดของอินเวอร์เตอร์เชื่อม

รูปร่างของกระแสแก้ไขที่สร้างขึ้นสำหรับส่วนโค้งโดยอินเวอร์เตอร์นั้นใกล้เคียงกับเส้นตรงที่สมบูรณ์แบบ ช่วยให้คุณสามารถทำการเชื่อมได้หลายประเภทบนโลหะที่แตกต่างกัน

ด้วยการควบคุมไมโครโปรเซสเซอร์ของกระบวนการทางเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นในอินเวอร์เตอร์ การทำงานของช่างเชื่อมจึงได้รับการอำนวยความสะดวกอย่างมากจากการแนะนำฟังก์ชันฮาร์ดแวร์:

• เริ่มร้อน (โหมดเริ่มร้อน) โดยการเพิ่มกระแสโดยอัตโนมัติที่จุดเริ่มต้นของการเชื่อมเพื่ออำนวยความสะดวกในการเริ่มต้นส่วนโค้ง;

• ป้องกันการติด (โหมด Anti Stick) เมื่ออิเล็กโทรดสัมผัสกับชิ้นส่วนที่จะเชื่อม ค่าของกระแสเชื่อมจะลดลงเป็นค่าที่ไม่ทำให้โลหะละลายและติดกับอิเล็กโทรด

• การบังคับอาร์ก (โหมดแรงอาร์ก) เมื่อหยดโลหะหลอมเหลวขนาดใหญ่ถูกแยกออกจากอิเล็กโทรดเมื่อความยาวส่วนโค้งสั้นลงและมีความเป็นไปได้ที่จะเกิดการเกาะติด

คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้แม้แต่ผู้เริ่มต้นก็สามารถเชื่อมได้อย่างมีคุณภาพ เครื่องเชื่อมอินเวอร์เตอร์ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือเมื่อแรงดันไฟเมนอินพุตผันผวนมาก

อุปกรณ์อินเวอร์เตอร์ต้องการการจัดการอย่างระมัดระวังและการป้องกันฝุ่น ซึ่งหากนำไปใช้กับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ อาจทำให้การทำงานหยุดชะงัก ส่งผลให้การกระจายความร้อนเสื่อมสภาพและความร้อนสูงเกินไปของโครงสร้าง

ที่อุณหภูมิต่ำ การควบแน่นอาจปรากฏบนบอร์ดของโมดูล สิ่งนี้จะทำให้เกิดความเสียหายและทำงานผิดปกติ ดังนั้นอินเวอร์เตอร์จึงถูกเก็บไว้ในห้องที่มีความร้อนและไม่สามารถใช้งานได้ในช่วงที่มีน้ำค้างแข็งหรือฝนตก