Características de uma fonte de energia de soldagem

Depois de ler este artigo, você aprenderá sobre as características de uma fonte de alimentação de soldagem: - 1. Características de um Amperímetro Volt-Ampere de uma Fonte de Energia de Solda 2. Características de Volt-Ampere Estático Externo de uma Fonte de Energia 3. Características Constantes da Corrente 4. Tensão Constante Características 5. Características Dinâmicas de Volt-Ampere.

Características de Volt-Ampere de uma fonte de energia de soldagem:

Todas as fontes de energia de soldagem possuem dois tipos de características operacionais, a saber: característica estática e característica dinâmica. A característica de saída estática pode ser facilmente estabelecida pela medição da tensão e corrente de saída em regime permanente pelo método convencional de carregamento por resistores variáveis. Assim, uma curva mostrando a corrente de saída versus a tensão de saída para uma determinada fonte de energia constitui sua característica estática.

A característica dinâmica de uma fonte de energia de soldagem a arco é determinada registrando as variações transientes que ocorrem durante um curto intervalo na corrente de soldagem e na tensão do arco. Assim, descreve variações instantâneas que ocorrem em um curto intervalo de tempo, digamos um milésimo de segundo. A estabilidade do arco é determinada pela interação combinada das características estáticas e dinâmicas do voltampere (VI) da fonte de energia da soldagem.

A natureza transitória intrínseca de um arco de soldagem é a principal razão para a grande importância da característica dinâmica de uma fonte de energia de soldagem a arco. A maioria dos arcos de soldagem tem condições de mudança contínua, as quais são principalmente associadas à batida do arco, transferência de metal do eletrodo para a poça de solda e extinção e reignição do arco durante cada meio ciclo de soldagem CA. A natureza transitória do arco de soldagem também é devida à variação no comprimento do arco, temperatura do arco e característica de emissão de elétrons do cátodo.

A taxa de variação de tensão e corrente nos processos de soldagem a arco é tão rápida que a característica estática de volt-amperes de uma fonte de energia dificilmente pode ter qualquer importância na previsão da característica dinâmica de um arco de soldagem.

No entanto, são apenas as características de volt-ampere estáticas de uma fonte de energia de soldagem que são fornecidas pelo fabricante. Embora eles não possam dar a natureza do comportamento da fonte de energia em relação à sua resposta dinâmica, eles são de considerável importância na determinação da resposta geral geral no controle dos parâmetros do processo.

Características de Volt-Ampere estático externo de uma fonte de energia de soldagem:

Uma característica muito importante de qualquer fonte de energia de soldagem a arco é sua característica de volt-ampere estática externa. É uma curva que relaciona a tensão da fonte à corrente de soldagem. A curva característica volt-ampere de uma fonte de energia de soldagem é obtida medindo-se a tensão e corrente de saída enquanto se carrega estaticamente com carga resistiva pura que varia desde a carga mínima ou sem carga até as condições máximas ou de curto-circuito. A característica estática externa de uma fonte de energia de soldagem varia de acordo com a aplicação para a qual ela se destina.

A Fig. 4.1 mostra diferentes tipos de características volt-amperes usadas para as fontes de energia de soldagem. Geralmente, todas essas características VI são classificadas em quatro categorias, ou seja, de inclinação acentuada, gradualmente inclinada, plana e ascendente que são usadas respectivamente para soldagem a arco manual, soldagem a arco submerso, soldagem semi-automática a arco metálico e arco automático de metal gasoso processos de soldagem.

Fig. 4.1 Características estáticas de volt-ampère de diferentes tipos de fontes de energia de soldagem

Outros processos de soldagem a arco são também abrangidos por esses quatro tipos. No entanto, é bastante comum considerar a fonte de energia de soldagem com características de queda V-I como máquinas de corrente convencional ou constante e as fontes de energia de soldagem com características VI planas ou quase planas como voltagem constante ou máquinas com potencial constante.

Mais discussões sobre eles seguem sob estes dois títulos:

Características atuais constantes de uma fonte de energia da soldadura:

Uma fonte de energia de soldagem a arco convencional é conhecida como a máquina de corrente constante (CC). Ele tem a curva característica volt-amperes caída e tem sido popular para uso em soldagem de arco de metal blindado.

A curva de corrente constante mostra que a fonte de energia da soldagem produz a máxima tensão de saída sem carga e, à medida que a carga aumenta, a tensão de saída diminui. A tensão máxima sem carga ou de circuito aberto é geralmente de 100 volts.

Uma fonte de energia de corrente constante pode ter dc ou ac, output. Além de SMAW é usado para soldagem a arco de carbono, soldagem a arco de tungstênio a gás, soldagem a arco plasma e soldagem de pinos. Também pode ser usado para processos contínuos de arame quando fios de diâmetro relativamente grande são usados, por exemplo, soldagem a arco submerso.

As fontes de energia de soldagem de tipo de corrente constante também podem ser usadas para alguns processos de soldagem automáticos. Isso requer o uso de alimentadores de arame e controles para duplicar os movimentos do soldador para iniciar e manter o arco que é normalmente alcançado pelo sistema de feedback complexo para monitorar a tensão do arco para controlar o comprimento do arco.

Até recentemente, as fontes de alimentação de corrente constante eram raramente usadas para soldagem com fios de diâmetro muito pequeno. No entanto, agora as fontes de energia de soldagem a arco foram desenvolvidas com características estáticas de volt-ampere de corrente constante real, como mostrado na Fig. 4.2, que podem ser usadas com fios de pequeno diâmetro dentro da faixa de tensão de arco normalmente empregada.

O soldador que usa este tipo de máquina quase não tem controle sobre a corrente de soldagem pela mudança no comprimento do arco, porque não é afetado por essa mudança. Isto é de grande vantagem para soldagem a arco de tungstênio a gás, já que a mudança no comprimento do arco neste processo é limitada. Também é de uso considerável na soldagem a arco de metal a gás, onde é utilizado para fornecer o modo de pulverização de transferência de metal com baixa corrente média.

Isso é feito pela fonte de energia que pode ser programada para mudar de baixa ou corrente de fundo para pico ou corrente de pulso para afetar o descolamento de gotículas por aumento da taxa de fusão em conjunto com efeito de pinça aprimorado. Isso é conhecido como soldagem por pulso.

Na corrente pulsada, solda dois níveis de corrente, como mostrado na fig. 4.3, com períodos de tempo desejados pode ser definido para atingir a corrente de soldagem média necessária A soldagem de corrente pulsada está ganhando popularidade, tanto com soldagem a arco de tungstênio a gás quanto com processos de soldagem a arco de metal a gás.

Características de tensão constante de uma fonte de energia de soldagem :

Uma fonte de energia de soldagem de tensão constante (CV) tem essencialmente uma curva característica volt-ampérmica plana, embora geralmente com uma ligeira queda. A curva pode ser deslocada para cima ou para baixo para alterar a tensão, como mostra a Fig. 4.4. A tensão, no entanto, nunca chegará a um OCV tão alto quanto em uma fonte de energia de soldagem de corrente constante.

Fig 4-4 ​​Curvas diferentes de volt-ampère de fontes de energia de tensão constante

Esta é uma das razões pelas quais a fonte de energia de soldagem de tensão constante não é usada para soldagem manual a arco de metal com eletrodo revestido, uma vez que é necessário um OCV mais alto para iniciar um arco. As fontes de energia de soldagem com características de volt-ampère de voltagem constante são usadas apenas para soldagem de fios de eletrodos contínuos, como soldagem a arco de metal de gás.

A característica de volt-ampere de uma fonte de energia CV é projetada para produzir quase a mesma voltagem sem carga e com carga nominal ou total. Possui característica VI semelhante a um gerador comercial de energia elétrica padrão. Se a carga no circuito mudar, a fonte de energia ajustará automaticamente sua saída de corrente para satisfazer o requisito e manterá essencialmente a mesma tensão nos terminais de saída. Este sistema, portanto, fornece um arco de auto-regulação baseado em uma taxa pré-definida de alimentação de arame e uma fonte de energia de tensão constante.

Os controles simplificados eliminam os circuitos complexos e a reversão do motor de acionamento do alimentador de arame para iniciar ou manter um arco de soldagem estável.

Uma fonte de energia de soldagem de voltagem constante fornece corrente adequada para que a taxa de fusão do eletrodo seja igual à taxa de alimentação do arame. O comprimento do arco é pré-definido ajustando a tensão na fonte de energia enquanto a corrente de soldagem é controlada ajustando a taxa de alimentação do arame.

A característica de volt-ampere de uma fonte de energia de soldagem deve ser projetada para fornecer um arco estável para GMAW com fios e metais de diferentes diâmetros a serem usados ​​em conjunto com diferentes gases de proteção. As fontes de energia de soldagem de voltagem mais constantes são providas de meios para ajustar a inclinação da curva VI.

Verificou-se que as curvas VI com declives de 1-5 a 2 volts / 1004 são mais adequadas para GMAW de metais não ferrosos, soldadura de arco submerso e para soldadura de arco de núcleo de fluxo com fios de eléctrodo de maior diâmetro. Uma curva com uma inclinação média de 2 a 3 volts / 100A é preferida para CO 2, soldagem a arco de metal blindado a gás e para fios de eletrodo com núcleo de fluxo de pequeno diâmetro. Uma inclinação mais acentuada de 3 a 4 volts / 100A é útil para a transferência de curto-circuito. Estes três tipos de declives são mostrados na Fig. 4.5. Para uma mudança igual na tensão do arco, quanto mais achatada a curva, mais a mudança na corrente de soldagem.

Fig. 4-5 Diferentes inclinações usadas em fontes de energia de soldagem de tensão constante

A característica dinâmica de uma fonte de energia de tensão constante precisa ser cuidadosamente planejada. Devido à mudança abrupta de tensão em um curto-circuito, a corrente tende a aumentar rapidamente para um valor muito alto. Esta é uma vantagem na inicialização do arco, mas pode causar respingos indesejáveis.

Pode, no entanto, ser controlado adicionando-se reatância ou indutância no circuito. Isso resulta em mudança de fator de tempo ou tempo de resposta e leva a um arco estável. Na maioria das fontes de soldagem, uma quantidade diferente de indutância é incluída no circuito para os diferentes declives. Isso é feito fornecendo um reator variável no sistema.

O sistema de energia de soldagem de tensão constante tem sua maior vantagem quando a densidade de corrente do fio do eletrodo é alta. O princípio de tensão constante de soldagem normalmente não é usado com ac. Embora possa ser usado para soldagem por arco submerso e soldagem por eletrossolda, ele não é popular com esses processos. Ele não deve ser usado para soldagem de arco de metal blindado, pois pode sobrecarregar e danificar a fonte de alimentação, puxando uma corrente muito alta por muito tempo.

Seleção de uma característica estática de volt-ampère para um processo de soldagem:

Basicamente, existem quatro tipos de características estáticas de volt-ampère que podem ser incorporadas em uma fonte de energia de soldagem, dependendo do processo para o qual elas serão empregadas.

Esses quatro tipos de características de VI são:

1. tipo de inclinação acentuada,

2. Gradualmente caído tipo

3. Fiat ou tipo de tensão constante, e

4. Tipo de tensão crescente.

Todos esses tipos de características de fonte de energia com as características de volt-ampère do arco de soldagem sobreposto a eles são mostrados na Fig. 4.6.

Fig. 4.6 Características de volt-ampère de diferentes fontes de energia de soldagem e arco de soldagem

1. Característica VI inclinada de inclinação acentuada:

A fonte de energia de soldagem com característica volt-ampérmica de inclinação acentuada tem alta voltagem de circuito aberto e baixa corrente de curto-circuito como mostrado pela curva 1 na Fig. 4.6. É evidente que à medida que o comprimento do arco muda entre L - δ L e L + δ L, a mudança na corrente é muito pequena.

Este tipo de característica volt-ampere é mais adequado para SMAW que é a soldagem a arco manual com eletrodos revestidos porque uma pequena alteração no comprimento do arco devido ao movimento intrínseco da mão humana durante a operação de soldagem não afetará a taxa de fusão do eletrodo. Além disso, alta tensão de circuito aberto garante fácil iniciação e manutenção do arco de soldagem.

2. Gradualmente se inclinando VI Characteristic:

A fonte de energia com característica volt-ampere estática gradualmente inclinada, como mostrado pela curva 2 na Fig. 4.6, pode fornecer alta corrente de curto-circuito como é necessário para soldagem a arco submerso com eletrodos grossos particularmente para diâmetro do eletrodo superior a 3, 5 min. Uma fonte de energia com este tipo de característica de voltampere requer alguma técnica de iniciação de arco similar àquela do toque e tração usada para SMAW ou, alternativamente, lã de aço pode ser usada para fornecer um curto-circuito momentâneo entre o eletrodo e a peça de trabalho.

A tensão de circuito aberto pode ser ligeiramente menor do que no caso de uma característica VI de inclinação acentuada. Esse recurso ajuda a fornecer algum tipo de autorregulação do comprimento do arco durante a soldagem, pois, para a mesma mudança no comprimento do arco, a mudança na corrente do arco é mais considerável do que no caso de uma característica volt-ampérmica de inclinação acentuada.

3. Característica plana VI:

Em uma fonte de energia de soldagem de tensão constante para uma pequena mudança no comprimento do arco, há uma grande mudança na corrente de soldagem, o que a torna bastante sensível e, portanto, ajuda a manter um comprimento de arco constante com soldas de qualidade consistentes. Isto é geralmente referido como a auto-regulação do comprimento do arco e é um requisito essencial para o sucesso da soldadura por arco de metal a gás.

A mudança no comprimento do arco é inevitável, particularmente no GMAW semi-automático, portanto, a característica de volt-ampere estática de tensão constante é muito útil para processos de soldagem de fios finos. No entanto, a característica plana VI, como mostrado pela curva 3 na Fig. 4.6, não é verdadeiramente plana, mas normalmente inclina-se a 1-3 volts por 100 amperes. Todas as fontes de energia de soldagem com características de VI plano são quase invariavelmente do tipo retificador e eletrodo positivo (ep) é o ajuste de polaridade normalmente empregado.

4. característica ascendente VI:

Em uma fonte de energia de soldagem com característica ascendente de volt-ampère, há um aumento na corrente com o aumento da tensão, como mostrado na curva 4 da Fig. 4.6. Esta característica VI é baseada em uma leve modificação da característica de tensão constante. Uma vantagem da característica VI crescente sobre a característica plana é que à medida que a taxa de alimentação do arame é aumentada, o requisito de amperagem é aumentado, a voltagem também é aumentada automaticamente. Esse recurso ajuda a manter um comprimento de arco constante mesmo se ocorrer um curto-circuito. A característica VI crescente é adaptável principalmente aos processos totalmente automáticos.

Características dinâmicas de volt-ampère de uma fonte de energia de soldagem:

A característica dinâmica de uma fonte de energia de soldagem é a relação entre a tensão do arco e a corrente de soldagem correspondente à medida que elas mudam de um instante para outro, como mostrado na Fig. 4.7.

É imperativo conhecer a natureza da característica dinâmica para determinar a taxa de subida da corrente após um curto-circuito que afeta a taxa de fusão do eletrodo e o respingo da solda.

As características dinâmicas do VI são obtidas registrando os transientes de volt-ampère durante a operação real da fonte de energia. A partir das características dinâmicas do VI, é possível determinar o modo de transferência de metal para um dado conjunto de parâmetros de soldagem.

Problema 1:

A característica de tensão de comprimento de arco de um arco CC é dada pela equação V = 24 + 41, onde V é a tensão do arco e I o comprimento do arco em mm. A característica estática de volt-ampere da fonte de alimentação é aproximada por uma linha reta sem tensão de carga de 80 volts e a corrente de curto-circuito de 600 ampères. Determine o comprimento de arco ideal para potência máxima.

Solução :

Problema 2:

A característica de volt-ampere estática de uma fonte de energia de soldagem é dada pela equação parabólica

I 2 = - 500 (V - 80)

e a característica do arco é representada pela equação da reta

I = 23 (V-18).

Determinar,

(a) o poder de um arco estável,

(b) Se o comprimento do arco (I) e a tensão do arco (V) estão relacionados pela expressão V = 20 + 4-5, eu determino o comprimento ótimo do arco para potência máxima.

(c) Se as perdas convectivas e radiativas para o arco em (b) forem 15% da potência do arco, determine se será vantajoso ter um comprimento de arco de 4 mm, em que essas perdas são apenas 20% daquelas para o arco. em B). Comente brevemente sobre os dois casos.

Solução:

a) Para arco:

(b) para arco:

Comparando (v) e (vi) é evidente que a potência líquida para um comprimento de arco de 4 mm será maior do que com um comprimento de arco de 7-4 mm. Por isso eu = 4 mm deve ser preferido.

Problema 3:

Determine a mudança na corrente de soldagem se o comprimento do arco mudar de 4 mm a 5 mm para as fontes de energia com as seguintes características estáticas de volt-ampère,

(i) I 2 = - 400 (V - 100)

(ii) I 2 = - 8000 (V - 80)

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

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

Suponha que o comprimento do arco (l) e a tensão do arco (V) estejam relacionados pela expressão V = 20 + 4l.

Solução :