Kenmerken van een lasstroombron

Na het lezen van dit artikel leert u over de kenmerken van een lasstroombron: - 1. Volt-Ampere kenmerken van een lasstroombron 2. Externe statische Volt-Ampere kenmerken van een lasstroombron 3. Constante stroomkenmerken 4. Constant voltage Kenmerken 5. Dynamische Volt-Ampere kenmerken.

Volt-Ampere kenmerken van een laskrachtbron:

Alle lasstroombronnen hebben twee soorten werkingskarakteristieken, namelijk statisch kenmerk en dynamische karakteristiek. De statische uitgangskarakteristiek kan gemakkelijk worden vastgesteld door het meten van de uitgangsspanning en -stroom van de stabiele toestand door middel van conventionele laadmethoden met variabele weerstanden. Aldus vormt een curve die de uitgangsstroom versus de uitgangsspanning voor een gegeven stroombron weergeeft, de statische eigenschap ervan.

De dynamische karakteristiek van een booglassenergiebron wordt bepaald door het registreren van de tijdelijke variaties die optreden gedurende een kort interval in de lasstroom en de boogspanning. Het beschrijft dus ogenblikkelijke variaties die optreden gedurende een kort interval van tijd, zeg een milli-seconde. Boogstabiliteit wordt bepaald door de gecombineerde interactie van de statische en dynamische voltampère (VI) -karakteristieken van de lasstroombron.

De intrinsieke voorbijgaande aard van een lasboog is de belangrijkste reden voor het grote belang van de dynamische eigenschap van een booglasbron. De meeste lasbogen hebben continu veranderende omstandigheden die voornamelijk worden geassocieerd met het slaan van de boog, metaaloverdracht van de elektrode naar het smeltbad en boogdoving en herontsteking tijdens elke halve cyclus van wissellassen. De voorbijgaande aard van de lasboog is ook te wijten aan variatie in booglengte, boogtemperatuur en elektronenemissiekarakteristiek van de kathode.

De snelheid van verandering van spanning en stroom in booglasprocessen is zo snel dat de statische voltampère-karakteristiek van een vermogensbron nauwelijks van enig belang kan zijn bij het voorspellen van de dynamische karakteristiek van een lasboog.

Het zijn echter alleen de statische volt-ampère-eigenschappen van een lasstroombron die door de fabrikant worden geleverd. Hoewel ze de aard van het gedrag van de krachtbron niet kunnen geven met betrekking tot de dynamische respons, zijn ze van groot belang bij het bepalen van de algemene algehele respons bij het regelen van de procesparameters.

Externe statische volt-ampère kenmerken van een laskrachtbron:

Een zeer belangrijk kenmerk van elke booglasbron is de externe statische voltampère-eigenschap. Het is een curve die de spanning van de bron aan de lasstroom relateert. De volt-ampere-karakteristiek van een lasstroombron wordt verkregen door de uitgangsspanning en de stroom te meten terwijl deze statisch wordt geladen met een zuivere ohmse belasting die wordt gevarieerd van de minimale of geen belasting tot de maximale of kortsluitingsomstandigheden. De externe statische eigenschap van een lasstroombron varieert afhankelijk van de toepassing waarvoor deze is bedoeld.

Fig. 4.1 toont verschillende soorten volt-ampère-eigenschappen die worden gebruikt voor de lasstroombronnen. Over het algemeen zijn al deze VI-kenmerken ingedeeld in vier categorieën, namelijk sterk afhangende, geleidelijk hangende, vlakke en stijgende kenmerken die respectievelijk worden gebruikt voor handmatig booglassen, booglassen onder een boog, halfautomatisch booglassen met gasmetaal en automatische gasmetaalboog. lasprocessen.

Fig. 4.1 Statische volt-ampère-eigenschappen van verschillende soorten lasstroombronnen

Andere booglasprocessen worden ook door deze vier typen afgedekt. Het is echter vrij gebruikelijk om de lasstroombron met afhangende V-I-karakteristieken te beschouwen als conventionele of constante stroommachines en de lasstroombronnen met platte of bijna vlakke VI-karakteristieken als machines met een constante spanning of constante potentiaal.

Verdere discussie daarover volgt onder deze twee kopjes:

Constante stroomkenmerken van een laskrachtbron:

Een conventionele booglassenergiebron is bekend als de machine met constante stroom (CC). Het heeft de afhangende volt-ampère karakteristiek en is populair geweest voor gebruik bij booglassen met afgeschermd metaal.

De constante stroomcurve laat zien dat de lasstroombron een maximale uitgangsspanning produceert zonder belasting, en naarmate de belasting toeneemt, neemt de uitgangsspanning af. De maximale onbelaste of open spanning is meestal 100 volt.

Een stroombron van het constante stroomtype kan gelijkstroom of wisselstroom uitvoeren. Afgezien van SMAW wordt het gebruikt voor koolstofbooglassen, gaswolfraambooglassen, plasmabooglassen en stuiklassen. Het kan ook worden gebruikt voor continue draadprocessen wanneer draden met een relatief grote diameter worden gebruikt, bijvoorbeeld booglassen ondergedompeld.

De lasstroombronnen van het constante stroomtype kunnen ook worden gebruikt voor sommige automatische lasprocessen. Dit maakt het gebruik van een draadaanvoer en bedieningsorganen noodzakelijk om de bewegingen van de lasser te dupliceren om een ​​boog te initiëren en te behouden die normaal wordt bereikt door een complex feedbacksysteem om de boogspanning te controleren om de booglengte te regelen.

Tot voor kort werden de constantstroomvoedingen zelden gebruikt voor het lassen met draden met een zeer kleine diameter. Nu zijn booglassen echter stroombronnen ontwikkeld met een echte constante stroom volt-ampère statische karakteristiek, zoals weergegeven in figuur 4.2, die kan worden gebruikt met draden met een kleine diameter binnen het normaliter gebruikte boogspanningsbereik.

De lasser die dit type machine gebruikt heeft nauwelijks controle over de lasstroom door de verandering in booglengte omdat deze niet wordt beïnvloed door een dergelijke verandering. Dit is van groot voordeel voor het lassen van gaswolfraamboog aangezien de verandering in booglengte in dit proces beperkt is. Het is ook van groot nut bij gasmetaal-booglassen, waar het wordt gebruikt voor het verschaffen van sproeimodus van metaaloverdracht met lage gemiddelde stroom.

Dit wordt gedaan door de voedingsbron die kan worden geprogrammeerd om te veranderen van lage of achtergrondstroom naar piek- of pulsstroom om druppelafsluiting te beïnvloeden door verhoogde smeltsnelheid in combinatie met verbeterd knijpeffect. Dit staat bekend als pulslassen.

Bij pulsstroom lassen twee stroomniveaus, zoals getoond in Fig. 4.3, met gewenste tijdsperioden kan worden ingesteld om de vereiste gemiddelde lasstroom te bereiken Gepulseerd stroomlassen wint aan populariteit, zowel bij gaswolfraambooglassen als gasmetaalbooglasprocessen.

Constante spanningskarakteristieken van een laskrachtbron :

Een lasstroombron met constante spanning (CV) heeft in wezen een vlakke volt-ampere karakteristiek, hoewel gewoonlijk met een lichte afhang. De curve kan naar boven of beneden worden verschoven om de spanning te veranderen zoals weergegeven in Afb. 4.4. De spanning zal echter nooit tot een zo hoog mogelijke OCV stijgen als bij een lasstroombron met een constante stroom.

Fig 4-4 ​​Verschillende volt-ampere-curven van bronnen met constante spanning

Dit is een reden waarom de lasconsumptiebron met constante spanning niet wordt gebruikt voor handmatig metaalbooglassen met een gecoate elektrode, omdat hiervoor hogere OCV nodig is om een ​​boog te initiëren. De lasstroombronnen met constante spanning voltampère-eigenschappen worden eigenlijk alleen gebruikt voor het lassen met een continue elektrodedraad zoals gasmetaal-booglassen.

De volt-ampèrekarakteristiek van een CV-voedingsbron is ontworpen om vrijwel dezelfde spanning te produceren bij geen belasting en bij nominale of volledige belasting. Het heeft een VI-karakteristiek die vergelijkbaar is met een standaard commerciële stroomgenerator. Als de belasting in het circuit verandert, past de stroombron automatisch de stroomuitgang aan om aan de vereiste te voldoen en handhaaft in essentie dezelfde spanning over de uitgangsterminals. Dit systeem verschaft dus een zelfregulerende boog gebaseerd op een vooraf ingestelde snelheid van draadtoevoer en een bron met constante spanning.

De vereenvoudigde bedieningselementen elimineren de complexe schakelingen en de omkering van de draadaanvoeraandrijfmotor om een ​​stabiele lasboog te initiëren of te handhaven.

Een lasbron met constante spanning levert de juiste stroom, zodat de snelheid van het smelten van de elektrode gelijk is aan de draadaanvoersnelheid. De booglengte wordt vooraf ingesteld door de spanning op de stroombron in te stellen terwijl de lasstroom wordt geregeld door de draadaanvoersnelheid aan te passen.

De volt-ampèrekarakteristiek van een lasstroombron moet zodanig zijn ontworpen dat deze een stabiele boog voor GMAW met draden met een verschillende diameter en metaal voor gebruik in combinatie met verschillende beschermgassen biedt. De meeste lassenergiebronnen met constant voltage zijn voorzien van middelen voor het instellen van de helling van de VI-kromme.

Er is gevonden dat de VI-krommen met hellingen van 1-5 tot 2 volt / 1004 het best geschikt zijn voor GMAW van non-ferro metalen, ondergedompeld booglassen en voor flux-geboord booglassen met elektrodendraden met grotere diameter. Een curve met een gemiddelde helling van 2 tot 3 volt / 100A heeft de voorkeur voor C02, gasbeschermd metaalbooglassen en voor elektrodedraden met flux-kern van kleine diameter. Een steilere helling van 3 tot 4 volt / 100A wordt nuttig gevonden voor kortsluitoverdracht. Deze drie soorten hellingen worden getoond in Fig. 4.5. Voor gelijke verandering in boogspanning, hoe vlakker de curve, hoe meer de verandering in lasstroom.

Afb. 4-5 Verschillende hellingen gebruikt bij lasbronnen met een constante spanning

De dynamische karakteristiek van een voedingsbron met constante spanning moet zorgvuldig worden gepland. Als gevolg van abrupte verandering in de spanning bij een kortsluiting, heeft de stroom de neiging om snel te stijgen tot een zeer hoge waarde. Dit is een voordeel bij het initialiseren van de boog, maar het kan ongewenst spatten veroorzaken.

Het kan echter worden geregeld door reactantie of inductie in het circuit toe te voegen. Dit resulteert in verandering van tijdfactor of reactietijd en leidt tot een stabiele boog. Bij de meeste lasstroombronnen is een relatieve hoeveelheid inductie opgenomen in het circuit voor de verschillende hellingen. Dit wordt gedaan door een variabele reactor in het systeem aan te bieden.

Het lasstroomsysteem met constante spanning heeft het grootste voordeel wanneer de stroomdichtheid van de elektrodedraad hoog is. Het constante voltage-principe van lassen wordt normaal niet gebruikt met ac. Hoewel het kan worden gebruikt voor ondergedompeld booglassen en elektroslaklassen, maar het is niet populair bij deze processen. Het mag niet worden gebruikt voor booglassen met afgeschermd metaal, omdat het de stroombron kan overbelasten en beschadigen door te veel stroom te trekken.

Selectie van een statische voltampère-karakteristiek voor een lasproces:

In principe zijn er vier soorten statische volt-ampère-eigenschappen die kunnen worden opgenomen in een lasstroombron, afhankelijk van het proces waarvoor ze moeten worden gebruikt.

Deze vier typen VI-kenmerken zijn:

1. Steil hangend type,

2. Geleidelijk hangend type,

3. Fiat of type met constante spanning, en

4. Oplopend spanningssoort.

Al deze typen stroombronkarakteristieken met de volt-ampère-eigenschappen van de lasboog daarop gesuperponeerd, worden getoond in Fig. 4.6.

Fig. 4.6 Volt-ampère-eigenschappen van verschillende lasstroombronnen en de lasboog

1. Steil hangende VI-kenmerk:

De lasstroombron met sterk afhangende voltampère-eigenschappen heeft een hoge nullastspanning en een lage kortsluitstroom zoals weergegeven door curve 1 in figuur 4.6. Het is duidelijk dat als de booglengte verandert tussen L - δ L en L + δ L, de stroomverandering zeer gering is.

Dit type voltampère-karakteristiek is het best geschikt voor SMAW, dat handmatig metaalbooglassen is met gecoate elektroden, omdat een kleine verandering in booglengte als gevolg van de intrinsieke beweging van de menselijke hand tijdens lasbewerking geen invloed heeft op de smeltsnelheid van de elektrode. Ook zorgt een hoge nullastspanning voor een gemakkelijke start en onderhoud van de lasboog.

2. Geleidelijk afhangend VI Karakteristiek:

De stroombron met geleidelijk afhangende statische volt-ampèrekarakteristiek, zoals weergegeven door curve 2 in Fig. 4.6, kan een hoge kortsluitstroom leveren die nodig is voor ondergedompeld booglassen met dikke elektroden, in het bijzonder voor een elektrodediameter van meer dan 3, 5 minuten. Een stroombron met dit type volt-ampere-karakteristiek vereist enige techniek van booginitiëring vergelijkbaar met die van aanraken en trekken gebruikt voor SMAW of alternatief kan staalwol worden gebruikt om een ​​kortstondige kortsluiting te verschaffen tussen de elektrode en het werkstuk.

De nullastspanning kan iets lager zijn dan die in het geval van een sterk afhangende VI-karakteristiek. Dit kenmerk helpt bij het verschaffen van een soort van zelfregeling van de booglengte tijdens het lassen, evenals bij dezelfde verandering in booglengte is de verandering in boogstroom aanzienlijk meer dan in het geval van sterk afhangende voltampère-eigenschappen.

3. Flat VI-karakteristiek:

In een lasbron met constante spanning voor een kleine verandering in booglengte is er een grote verandering in de lasstroom, waardoor deze behoorlijk gevoelig is en daardoor helpt bij het handhaven van een stabiele booglengte met consequente lassen van consistente kwaliteit. Dit wordt over het algemeen de zelfregulering van de booglengte genoemd en is een essentiële vereiste voor het succes van gasmetaal-booglassen.

De verandering in booglengte is onvermijdelijk, in het bijzonder in halfautomatische GMAW. Constante volt-ampèrekarakteristiek met constante spanning is daarom zeer nuttig voor fijne draadlasprocessen. De vlakke VI-karakteristiek zoals weergegeven door curve 3 in Fig. 4.6, is echter niet echt plat, maar valt normaal uiteen met 1-3 volt per 100 ampère. Alle lasstroombronnen met platte VI-karakteristieken zijn bijna altijd van het type transformator-gelijkrichter en elektrode-positief (ep) is de polariteitsinstelling die normaal wordt gebruikt.

4. Rising VI-kenmerk:

In een lasstroombron met stijgende voltampère-eigenschappen is er een toename in stroom met de toename in spanning zoals wordt getoond door curve 4 in figuur 4.6. Deze VI-karakteristiek is gebaseerd op een kleine wijziging van de constante spanningskarakteristiek. Een voordeel van de stijgende VI-eigenschap ten opzichte van de vlakke karakteristiek is dat naarmate de draadaanvoersnelheid wordt verhoogd, de vereiste stroomsterkte wordt verhoogd, de spanning ook automatisch wordt verhoogd. Deze functie helpt bij het handhaven van een constante booglengte, zelfs als er kortsluiting plaatsvindt. De stijgende VI-karakteristiek is vooral aanpasbaar aan de volautomatische processen.

Dynamische Volt-Ampere kenmerken van een laskrachtbron:

De dynamische eigenschap van een lasstroombron is de relatie tussen de boogspanning en de bijbehorende lasstroom wanneer deze van het ene moment naar het andere veranderen, zoals weergegeven in Afb. 4.7.

Het is noodzakelijk om de aard van de dynamische karakteristiek te kennen om de snelheid van stroomstijging na een kortsluiting te bepalen die de snelheid van het smelten van de elektrode en de lasspetters beïnvloedt.

De dynamische VI-karakteristieken worden verkregen door het registreren van de volt-ampere-transiënten gedurende de feitelijke werking van de energiebron. Uit de dynamische VI-kenmerken is het mogelijk om de modus van metaaloverdracht voor een gegeven reeks lasparameters te bepalen.

Probleem 1:

De booglengtespanningskarakteristiek van een DC boog wordt gegeven door de vergelijking V = 24 + 41 waarbij V de boogspanning is en I de booglengte in mm. De statische volt-ampèrekarakteristiek van de stroombron wordt benaderd door een rechte lijn met geen laadspanning van 80 volt en de kortsluitstroom van 600 ampère. Bepaal de optimale booglengte voor maximaal vermogen.

Oplossing :

Probleem 2:

De statische volt-ampèrekarakteristiek van een lasstroombron wordt gegeven door de parabolische vergelijking

I ² = - 500 (V - 80)

en de boogkarakteristiek wordt weergegeven door de rechte-lijnvergelijking

I = 23 (V- 18).

Bepalen,

(a) de kracht van een stabiele boog,

(b) Als de booglengte (I) en de boogspanning (V) gerelateerd zijn aan de uitdrukking V = 20 + 4-5, bepaal ik de optimale booglengte voor maximaal vermogen.

(c) Als de convectieve en stralingsverliezen voor de boog in (b) 15% van het boogvermogen zijn, bepaal dan of het voordelig is om een ​​booglengte van 4 mm te hebben, waarbij deze verliezen slechts 20% van die voor de boog zijn in (b). Reageer kort op de twee gevallen.

Oplossing:

(a) Voor boog:

(b) Voor boog:

In vergelijking met (v) en (vi) is het duidelijk dat het nettovermogen voor een booglengte van 4 mm hoger zal zijn dan met een booglengte van 7-4 mm. Vandaar dat I = 4 mm de voorkeur verdient.

Probleem 3:

Bepaal de verandering in lasstroom als de booglengte wijzigt van 4 mm tot 5 mm voor de stroombronnen met de volgende statische volt-ampèreigenschappen,

(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)

Stel dat booglengte (l) en boogspanning (V) gerelateerd zijn door de uitdrukking V = 20 + 4l.

Oplossing :