منابع نیرو در جوشکاری
دستگاههای جوشکاری، جریان الکتریکی مورد نیاز برای تشکیل قوس الکتریکی را تامین مینمایند. دستگاههای جوشکاری به دو دسته مولدها و مبدلها تقسیم میشوند.
مولدها
دستگاه جوشکاری از نوع مولد، جریان مورد نیاز را خود تولید نموده و معمولاً در مکانهایی که دسترسی به برق شهری نباشد، مورد استفاده قرار میگیرد. برای مثال برای جوشکاری خطوط لوله بین شهری و انجام جوشکاری در سایتها از دستگاه مولد استفاده میشود. دستگاههای مولد شامل موتور ژنراتور دیزلی و بنزینی است. البته یک دستگاه مولد دیگر به دینام است که توسط یک موتور الکتریکی سه فاز که با یک دینام کوپل شده و جریان مورد نیاز جوشکاری را تولید مینماید. این دینامها با پیدایش دستگاههای رکتیفایر تقریباً از رده خارج شدهاند. پس مولدها شامل موتور ژنراتوری احتراقی (بنزینی و گازوییلی) و موتور ژنراتور الکتریکی (دینام) است.
مبدلها
مبدلها دستگاههای مبدل جریان الکتریکی برق شهر را به جریان مورد نیاز جوشکاری تبدیل مینمایند. این دستگاهها شامل دستگاه ترانس، دستگاه ترانس رکتیفایردار و دستگاه اینونتر هستند. در دسته بندی دیگری میتوان دستگاههای جوشکاری را به شرح زیر ارائه داد.
دستگاه ترانسفور ماتور
ترانس به عنوان یکی از اصلیترین قسمتها در دستگاههای مبدل است. ترانس از یک هسته آهنی و دو سیم پیچ به نامهای سیم پیچ اولیه و ثانویه تشکیل شده است. هر دو سیم پیچ بر روی هسته پیچیده شدهاند و سیم پیچ اولیه با تعداد دور زیاد سیم و قطر نازکتر به برق شهر وصل شده است. سیم پیچ ثانویه با تعداد دور کمتر و قطر ضخیمتر به خروجی دستگاه متصل است. ترانسهای جوشکاری از نوع کاهنده ولتاز و افزاینده آمپر هستند.
برای کنترل تنظیم جریان خروجی از تجهیزات مکانیکی یا الکتریکی استفاده میشود. کنترل کنندههای مکانیکی شامل موارد زیر است.
- اتصال یک سری مقاومت قابل تغییر به مدار خروجی
- استفاده از هسته اصلی دو تکه که با یک پیچ فاصله آن قابل تنظیم باشد.
- استفاده از یک هسته فرعی در وسط هسته اصلی که با یک پیچ حرکت آن تنظیم میشود.
- استفاده از یک هسته پیچ کمکی که بر روی یک هسته آهنی دیگر پیچیده شده و دارای انشعابات مختلفی است.
- استفاده از سیم پیچهای متحرک
دستگاه ترانس رکتیفایردار
این دستگاه از ترانس و یکسو کننده تشکیل شده است. جریان خروجی متناوب ترانس وارد یکسو کننده و به جریان مستقیم تبدیل میشود. برای حصول جریان مستقیم صافتر، از ترانسهای سه فاز استفاده میشود.
دستگاه اینورتور
نسل جدید دستگاههای جوشکاری دارای سیستمهای اینورتوری هستند که موجب سبکی وزن و قابلیتهای الکترونیکی زیاد هستند. در این دستگاهها برق ورودی ابتدا یکسو شده سپس ترانزیستور به جریان متناوبی با فرکانس بالا تبدیل میشود. سپس جریان متناوب فرکانس بالا وارد ترانس شده و سپس به جریان مستقیم یکسو تبدیل و مورد استفاده قرار میگیرد. با افزایش فرکانس برق ورودی ترانسها، ابعاد ترانس کم میشود. همین امر باعث سبکی وزن دستگاههای اینورتوردار میشود.
موتور ژنراتورها
در موتور ژنراتورها یک موتور احتراقی یا الکتریکی ژنراتور را به حرکت در آورده و جریان مورد نیاز برای جوشکاری تولید میشود. بسته به طراحی ژنراتور خروجی جریان میتواند DC یا AC یا با قابلیت خروجی هر دو جریان باشد.
علامت شناسایی دستگاهها
بر روی دستگاهها یک پلاک آلومینیومی وجود دارد که اطلاعات مختلفی روی آن حک شده است. یکی از موارد شناسایی نوع دستگاه مورد استفاده است.
در دستگاههای جوشکاری تیگ نیاز به هر دو جریان متناوب و مستقیم است. همچنین برای جوشکاری به روش قوس الکتریکی دستی که در آمپرهای بالا، امکان ایجاد وزش قوس وجود دارد از این نوع دستگاه استفاده میشود.
دستگاه رکتیفایر
دستگاه ترانس رکتیفایردار در اصل همان دستگاه ترانس بوده که مجهز به سیستم یکسو کننده جریان در مسیر خروجی ترانس است. دستگاه ترانس رکتیفایردار به برق سه فاز متناوب متصل شده و خروجی آن جریان مستقیم است. البته دستگاه ترانس رکتیفایرداری هم وجود دارد که دارای خروجی هر دو جریان DC و AC باشد.
سیکل کاری
سیکل کاری مدت زمانی است که در یک آمپر مشخص، میتوان با دستگاه جوشکاری نمود، بدون آنکه آسیب ببینند. این مدت زمان معمولاً بر مبنای ده دقیقه است.
سیکل کاری برای دستگاههای نظیر جوشکاری زیر پودری، جوش کاری میگ مگ و فلاکس کورد در خط تولید مورد استفاده قرار میگیرد، باید مورد توجه قرار گیرد. در جوش کاری با قوس الکتریکی دستی باید زمان وقفهایی که برای تعویض الکترود و تمیز کردن گل جوش ایجاد میشود، مد نظر قرار گیرد.
منحنی ولتاژ و آمپر در قوس الکتریکی
قوس یک مقاومت غیر عادی است یعنی تا ۸۰ – ۷۰ آمپر از قانون اهم پیروی نمیکند و با افزایش آمپر، مقاومت قوس کم میشود. ولی در آمپرهای بالاتر از قانون اهم پیروی نموده و مقاومت قوس ثابت بوده و با افزایش آمپر، ولتاژ افزایش مییابد.
نمودار ولت – آمپر
از نوع ولتاژ ثابت دستگاههای جوش کاری زیر پودری، جوشکاری میک مگ و فلاکس کورد از نوع ولتاژ ثابت هستند. در این دستگاهها تغییرات طول قوس سریعاً جبران شده و قوس اثر خود تنظیمی دارد. در این دستگاهها ولتاژ از روی دستگاه تنظیم شده و آمپر در ارتباط با سرعت تغذیه سیم است. با افزایش سرعت سیم آمپر زیاد شده و با کاهش آن آمپر کم میشود. با ادغام منحنی ولت – آمپر قوس با نمودار ولت – آمپر محدوده کاری قوس در جوش کاری میگ مگ و زیر پودری مشخص میشود.
نحوه برقراری قوس در فرآیندهای مختلف
برقراری قوس در فرآیند قوس الکتریکی دستی، از طریق تماس الکترود با سطح کار است. در بعضی از دستگاهها از سیستم (start.Hot) استفاده میشود. در این روش در لحظه برخورد نوک الکترود با سطح کار آمپر، ۱/۵ برابر حالت تنظیم شده، اعمال شده و به محض برقراری قوس، آمپر کاهش یافته و به حد تنظیم شده میرسد. در بعضی از دستگاهها با افزایش ولتاژ مدار باز، برقراری قوس راحتتر انجام میگیرد. در فرآیند میگ مگ و فلاکس کورد چون قطر سیم جوش مصرفی نازک بوده و آمپر بسیار است به محض برخورد نوک سیم با سطح کار، سیم ذوب شده و قوس تشکیل میشود.
در فرآیند زیر پودری در سیمهای نازک از طریق برخورد سیم با سطح کار قوس برقرار میشود. در سیمهای قطورتر نوک سیم تحت زاویه بریده شده تا در لحظه برخورد قوس براحتی برقرار شود. یا از سیم ظرفشویی بصورت گلوله شده در نوک سیم و سطح کار یا از سیستم HF نیز استفاده میشود.
در جوش کاری تیگ از سیستمهای فرکانس HF و قوس تماس برنامه ریزی شده Arc Life استفاده میشود.
سیستم برقراری قوس به روش تماس برنامه ریزی شده Arc Left
برای رفع مشکل سیستم HF و روش تماس معمولی که امکان آلودگی تنگستنی وجود دارد، از روش برقراری قوس به روش تماسی برنامه ریزی شده استفاده میشود. نحوه برقراری قوس مانند روش تماسی در الکترود دستی بوده ولی با این تفاوت که در لحظه تماس نوک الکترود تنگستنی با سطح کار دستگاه آمپر بسیار کمی در حدود ۱۵-۱۰ آمپر اعمال نموده و پس از برقراری قوس و افزایش فاصله نوک الکترود با سطح کار آمپر افزایش یافته و به حد تنظیم شده میرسد. این روش باعث نویز و آلودگی تنگستنی نمیشود. بعضی دستگاههای رکتیفایر که برای قوس الکتریکی دستی بکار میروند مجهز به سیستم برقراری قوس تماس برنامه ریزی شده هستند که میتوان از این امکان برای جوش کاری تیگ استفاده نمود.