Gyártástechnológia I. (hegesztés) 3.előadás:

1. Műszaki Alapozó és Gépészmérnöki szakGépgyártástechnológia Tanszék Gyártástechnológia I. (hegesztés) 3.előadás: Kézi ívhegesztő áramforrások fő jellemzői, működési elvük előadó: Dr. Szigeti Ferenc főiskolai tanár

2. 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 áramforrásstatikus 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).

3. 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!)

4. 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!

5. 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.

6. I. Transzformátorok Elektromágneses 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).

7. 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 ↓.

8. 1.A mágneses erővonalak szóródásával szabályozható hegesztő transzformátor:

9. 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 ↓.

10. 3. Primer tekercs menetszámának változtatásával szabályozható hegesztő transzformátor • A primer tekercs menetszámának változtatásávalváltozik 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.

13. 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 beiktatásával b, primer tekercs szekunderhoz való közelítésével, távolításával Iheg vált.

14. 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!).

15. 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 emberiszervezetre veszélyesebb, mint az egyenáram gyújtó feszültsége → tartályban trafóval nem szabad hegeszteni.

16. II. A hegesztő-egyenirányítók A hegesztő-egyenirányítók fő részei: • három fázisú transzformátor • egyenirányító egység • szabályozó (vezérlő) kör • 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.

18. 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!)

20. 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!)

22. III. Generátorok Generátorok: gyártásuk és alkalmazásuk az anyaggal és az energiával való fokozott takarékosság, a környezetvédelmi és ergonómiai szempontok miatt egyre inkább háttérbe szorul.