Die wichtigsten Arten von Schweißmaschinen

Die Befestigung von Teilen durch Schweißen und Löten basiert auf einem Prinzip: dem Vergießen der zu verbindenden Elemente mit geschmolzenen Metallen. Lediglich beim Löten werden niedrigschmelzende Blei-Zinn-Lote verwendet, beim Schweißen die gleichen Metalle, aus denen die Schweißkonstruktionen bestehen.

Physikalische Gesetze beim Schweißen

Um ein Metall von einem normalen festen Zustand in einen flüssigen Zustand zu überführen, muss es auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt werden, die über seinem Schmelzpunkt liegt. Elektrische Schweißgeräte arbeiten nach dem Prinzip, dass in einem Draht Wärme erzeugt wird, wenn ein elektrischer Strom durch ihn fließt.

In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurde dieses Phänomen gleichzeitig von zwei Physikern beschrieben: dem Engländer James Joule und dem Russen Emil Lenz. Sie bewiesen, dass die in einem Leiter erzeugte Wärmemenge direkt proportional ist zu:

1. das Produkt des Quadrats des fließenden Stroms;

2. elektrischer Widerstand des Stromkreises;

3. Belichtungszeit.

Um die Wärmemenge zu erzeugen, die Metallteile mit einem Strom schmelzen lässt, muss diese mit einem dieser drei Kriterien (I, R, t) beeinflusst werden.

Alle Schweißgeräte verwenden eine Lichtbogensteuerung, indem sie den Wert des fließenden Stroms ändern. Die verbleibenden zwei Parameter werden als zusätzlich klassifiziert.

Stromarten für Schweißgeräte

Idealerweise eignet sich ein zeitlich konstanter elektrischer Strom, der aus Quellen wie Akkus oder chemischen Batterien oder speziellen Generatoren erzeugt werden kann, am besten, um die Teile und den Nahtbereich gleichmäßig zu erwärmen.

Das auf dem Foto gezeigte Schema wird jedoch in der Praxis nie angewendet. Es hat sich gezeigt, dass es einen stabilen Strom aufweist, der einen gleichmäßigen, perfekten Lichtbogen erzeugen kann.

Elektrische Schweißgeräte werden mit Wechselstrom mit einer Industriefrequenz von 50 Hertz betrieben. Gleichzeitig sind sie alle für ein langfristiges und sicheres Arbeiten des Schweißers ausgelegt, was die Installation einer minimalen Potentialdifferenz zwischen den geschweißten Teilen erfordert.

Für eine zuverlässige Zündung des Lichtbogens ist es jedoch erforderlich, ein Spannungsniveau von 60 ÷ 70 Volt einzuhalten. Dieser Wert wird als Startwert für den Arbeitskreis verwendet, während am Eingang des Schweißgeräts 220 oder 380 V anliegen.

Wechselstrom zum Schweißen

Um die Versorgungsspannung der Elektroinstallation auf den Arbeitswert des Schweißens zu reduzieren, werden leistungsstarke Abwärtstransformatoren mit der Möglichkeit der Stromwertanpassung eingesetzt. Am Ausgang erzeugen sie die gleiche Sinusform wie im Stromnetz. Und die harmonische Amplitude für das Lichtbogenbrennen wird viel höher erzeugt.

Die Konstruktion von Schweißtransformatoren muss zwei Bedingungen erfüllen:

1.Begrenzung der Kurzschlussströme im Sekundärkreis, die je nach Betriebsbedingungen recht häufig auftreten;

2. Stabiles Abbrennen des gezündeten Lichtbogens, der für den Betrieb notwendig ist.

Zu diesem Zweck sind sie mit einer externen Volt-Ampere-Kennlinie (VAC) ausgestattet, die einen steilen Abfall aufweist. Dies geschieht durch eine Erhöhung der Verlustleistung elektromagnetischer Energie oder durch den Einbau einer Drossel – einer Spule mit induktivem Widerstand – in den Stromkreis.

Bei Schweißtransformatoren älterer Bauart wird zur Einstellung des Schweißstroms die Methode der Umschaltung der Windungszahl der Primär- bzw. Sekundärwicklung genutzt. Diese aufwändige und teure Methode hat ihre Nützlichkeit verloren und wird in modernen Geräten nicht mehr verwendet.

Der Transformator ist zunächst auf maximale Leistung eingestellt, die in der technischen Dokumentation und auf dem Typenschild der Box angegeben ist. Um den Betriebsstrom des Lichtbogens anzupassen, wird dieser dann auf eine der folgenden Arten reduziert:

• Anschließen eines induktiven Widerstands an den Sekundärkreis. Gleichzeitig nimmt die Steigung der I-V-Kennlinie zu und die Amplitude des Schweißstroms ab, wie im Foto oben gezeigt;

• Änderung des Zustands des Magnetkreises;

• Thyristorschaltung.

Methoden zur Einstellung des Schweißstroms durch Einführung eines induktiven Widerstands in den Sekundärkreis

SchweißtransformatorenEs gibt zwei Arten dieser Arbeiten nach diesem Prinzip:

1. mit einem reibungslosen Stromsteuerungssystem aufgrund der allmählichen Änderung des Luftspalts im Inneren des induktiven Magnetdrahtes;

2. mit stufenweiser Umschaltung der Windungszahl.

Bei der ersten Methode besteht der induktive Magnetkreis aus zwei Teilen: einem stationären und einem beweglichen Teil, der durch die Drehung des Steuergriffs bewegt wird.

Beim maximalen Luftspalt entsteht der größte Widerstand gegen den elektromagnetischen Fluss und der kleinste induktive Widerstand, der für den maximalen Wert des Schweißstroms sorgt.

Die vollständige Annäherung des beweglichen Teils des Magnetkreises an den stationären Teil reduziert den Schweißstrom auf den niedrigstmöglichen Wert.

Die Stufenregelung basiert auf der Verwendung eines beweglichen Kontakts, um eine bestimmte Anzahl von Wicklungen stufenweise zu schalten.

Bei diesen Induktivitäten ist der Magnetkreis untrennbar geschlossen, was das Gesamtdesign etwas vereinfacht.

Eine Methode zur Stromregelung, die auf der Änderung der Geometrie des Magnetkreises des Schweißtransformators basiert

Diese Technik wird mit einer der folgenden Methoden durchgeführt:

1. durch Bewegen des Abschnitts der beweglichen Spulen in einem anderen Abstand zu den stationär montierten Spulen;

2. Durch Anpassen der Position des magnetischen Shunts innerhalb des Magnetkreises.

Im ersten Fall entsteht der Schweißtransformator mit erhöhter Induktivitätsverluste durch die Möglichkeit, den Abstand zwischen den im Bereich des unteren Jochs stationären Wicklungen des Primärkreises und der beweglichen Sekundärwicklung zu verändern.

Die Bewegung erfolgt durch manuelle Drehung des Einstellwellengriffs, der nach dem Prinzip einer Leitspindel mit Mutter funktioniert. Dabei wird die Position der Leistungsspule durch ein einfaches kinematisches Diagramm auf eine mechanische Anzeige übertragen, die in Teilungen des Schweißstroms abgestuft ist. Seine Genauigkeit beträgt etwa 7,5 %.Zur besseren Messung ist im Sekundärkreis ein Stromwandler mit Amperemeter eingebaut.

Bei minimalem Spulenabstand wird der höchste Schweißstrom erzeugt. Um es zu reduzieren, ist es notwendig, die bewegliche Spule zur Seite zu bewegen.

Solche Konstruktionen von Schweißtransformatoren verursachen im Betrieb große Funkstörungen. Daher enthält ihr Stromkreis kapazitive Filter, die elektromagnetisches Rauschen reduzieren.

So schalten Sie den beweglichen Magnetshunt ein

Eine der Versionen des Magnetkreises eines solchen Transformators ist auf dem Foto unten dargestellt.

Das Funktionsprinzip basiert auf der Manipulation eines bestimmten Teils des Magnetflusses im Kern durch die Einbeziehung eines Einstellkörpers mit einer Leitspindel.

Nach den beschriebenen Verfahren gesteuerte Schweißtransformatoren bestehen aus Magnetkernen aus Elektroblechen und Spulen aus Kupfer- oder Aluminiumdrähten mit hitzebeständiger Isolierung. Für den Langzeitbetrieb sind sie jedoch mit der Möglichkeit eines guten Luftaustausches zur Abführung der entstehenden Wärme in die umgebende Atmosphäre ausgestattet und haben daher ein großes Gewicht und große Abmessungen.

In allen betrachteten Fällen hat der durch die Elektrode fließende Schweißstrom einen variablen Wert, der die Gleichmäßigkeit und Qualität des Lichtbogens verringert.

Gleichstrom zum Schweißen

Thyristorschaltungen

Wenn zwei gegensätzlich geschaltete Thyristoren oder ein Triac nach der Sekundärwicklung des Schweißtransformators über die Steuerelektroden geschaltet werden, von denen aus die Steuerschaltung verwendet wird, um die Öffnungsphase jeder Halbwelle der Harmonischen einzustellen, wird dies möglich Reduzieren Sie den maximalen Strom des Stromkreises auf den für bestimmte Schweißbedingungen erforderlichen Wert.

Jeder Thyristor leitet nur die positive Halbwelle des Stroms von der Anode zur Kathode und blockiert den Durchgang seiner negativen Hälfte. Durch Feedback können Sie beide Halbwellen steuern.

Das Regelorgan im Steuerkreis stellt das Zeitintervall t1 ein, in dem der Thyristor noch geschlossen ist und seine Halbwelle nicht durchlässt. Wenn dem Stromkreis der Steuerelektrode zum Zeitpunkt t2 Strom zugeführt wird, öffnet der Thyristor und ein Teil der positiven Halbwelle, gekennzeichnet mit einem „+“-Zeichen, durchläuft ihn.

Wenn die Sinuskurve einen Nullwert durchläuft, schließt der Thyristor, er lässt keinen Strom durch sich selbst fließen, bis sich eine positive Halbwelle seiner Anode nähert und der Steuerkreis des Phasenverschiebungsblocks einen Befehl an die Steuerelektrode gibt.

Im Moment t3 und T4 arbeitet der an den Zähler angeschlossene Thyristor nach dem bereits beschriebenen Algorithmus. So wird beim Schweißtransformator mit Thyristorschaltung ein Teil der Stromenergie zu den Zeitpunkten t1 und t3 unterbrochen (es entsteht eine stromlose Pause) und die in den Intervallen t2 und t4 fließenden Ströme zum Schweißen genutzt.

Außerdem können diese Halbleiter in einer Primärschleife statt im Stromkreis installiert werden. Dies ermöglicht die Verwendung von Thyristoren mit geringerer Leistung.In diesem Fall wandelt der Transformator jedoch die abgeschnittenen Teile der Halbwellen der Sinuswelle um, die mit den Zeichen „+“ und „-“ gekennzeichnet sind.

Das Vorhandensein einer stromlosen Pause während der Unterbrechungsperioden eines Teils der Stromharmonischen ist ein Mangel der Schaltung, der die Qualität des Lichtbogenbrennens beeinträchtigt. Der Einsatz spezieller Elektroden und einige andere Maßnahmen ermöglichen den erfolgreichen Einsatz der Thyristorschaltung zum Schweißen, die in sogenannten Konstruktionen recht breite Anwendung gefunden hat Schweißgleichrichter.

Diodenschaltungen

Einphasige Schweißgleichrichter mit geringer Leistung verfügen über ein Brückenschaltbild aus vier Dioden.

Es entsteht eine Form von gleichgerichtetem Strom, der die Form kontinuierlich alternierender positiver Halbwellen annimmt. In diesem Stromkreis ändert der Schweißstrom seine Richtung nicht, sondern schwankt nur in seiner Stärke, wodurch Wellen entstehen. Diese Form hält den Schweißlichtbogen besser aufrecht als eine Thyristorform.

Solche Geräte können über zusätzliche Wicklungen verfügen, die mit den Betriebswicklungen des Stromregeltransformators verbunden sind. Sein Wert wird durch ein Amperemeter bestimmt, das über einen Shunt oder einen Sinusstromkreis an einen gleichgerichteten Stromkreis angeschlossen ist – über einen Stromwandler.

Larionovs Brückenschema

Es ist für Drehstromsysteme konzipiert und funktioniert gut mit Schweißgleichrichtern.

Die Einbeziehung von Dioden nach dem Schema dieser Brücke ermöglicht es, der Last Spannungsvektoren so hinzuzufügen, dass sie eine Endspannung U out erzeugen, die durch kleine Welligkeiten gekennzeichnet ist und nach dem Ohmschen Gesetz einen Lichtbogen bildet Strom ähnlicher Form an der Schweißelektrode. Es kommt der idealen Form des Gleichstroms viel näher.

Merkmale der Verwendung von Schweißgleichrichtern

Gleichgerichteter Strom ermöglicht in den meisten Fällen:

• es ist sicherer, den Lichtbogen zu zünden;

• sorgt für eine stabile Verbrennung;

• erzeugen weniger geschmolzene Metallspritzer als Schweißtransformatoren.

Dies erweitert die Möglichkeiten des Schweißens und ermöglicht die zuverlässige Verbindung von Edelstahllegierungen und Nichteisenmetallen.

Inverterstrom zum Schweißen

Schweißinverter sind Geräte, die eine schrittweise Stromumwandlung nach folgendem Algorithmus durchführen:

1. Industriestrom 220 oder 380 Volt wird durch einen Gleichrichter umgewandelt;

2. die entstehenden technischen Geräusche werden durch eingebaute Filter geglättet;

3. die stabilisierte Energie wird in einen Hochfrequenzstrom (10 bis 100 kHz) umgewandelt;

4. Der Hochfrequenztransformator reduziert die Spannung auf den für eine stabile Zündung des Elektrodenlichtbogens erforderlichen Wert (60 V);

5. Der Hochfrequenzgleichrichter wandelt den Strom zum Schweißen in Gleichstrom um.

Jede der fünf Stufen des Wechselrichters wird automatisch von einem speziellen Transistormodul der IGBT-Serie im Rückkopplungsmodus gesteuert. Das auf diesem Modul basierende Steuerungssystem gehört zu den komplexesten und teuersten Elementen des Schweißinverters.

Die Form des vom Wechselrichter erzeugten gleichgerichteten Stroms für den Lichtbogen kommt praktisch einer perfekten geraden Linie nahe. Es ermöglicht Ihnen, mehrere Schweißarten an unterschiedlichen Metallen durchzuführen.

Dank der Mikroprozessorsteuerung der im Wechselrichter ablaufenden technologischen Prozesse wird die Arbeit des Schweißers durch die Einführung von Hardwarefunktionen erheblich erleichtert:

• Heißstart (Hot-Start-Modus) durch automatische Erhöhung des Stroms zu Beginn des Schweißens, um das Starten des Lichtbogens zu erleichtern;

• Antihaft (Anti-Stick-Modus): Wenn die Elektrode die zu schweißenden Teile berührt, sinkt der Wert des Schweißstroms auf Werte, die nicht dazu führen, dass das Metall schmilzt und an der Elektrode klebt;

• Lichtbogenerzwingung (Lichtbogenkraftmodus), wenn große Tröpfchen geschmolzenen Metalls von der Elektrode abgetrennt werden, wenn die Lichtbogenlänge verkürzt wird und die Möglichkeit eines Anhaftens besteht.

Diese Funktionen ermöglichen es auch Anfängern, hochwertige Schweißnähte herzustellen. Inverter-Schweißgeräte arbeiten zuverlässig bei großen Schwankungen der Eingangsnetzspannung.

Wechselrichtergeräte erfordern eine sorgfältige Handhabung und Schutz vor Staub, der, wenn er auf elektronische Komponenten gelangt, deren Betrieb stören, zu einer Verschlechterung der Wärmeableitung und einer Überhitzung der Struktur führen kann.

Bei niedrigen Temperaturen kann es zur Bildung von Kondenswasser auf den Platinen der Module kommen. Dies führt zu Schäden und Fehlfunktionen. Daher werden Wechselrichter in beheizten Räumen gelagert und arbeiten nicht bei Frost oder Niederschlag.