Izvor struje za zavarivanje

Rotacioni pretvarači su takvi izvori struje za zavarivanje koji struju iz električne mreže posredstvom elektromotora i generatora pretvaraju u struju vrlo dobrih karakteristika pogodnih za zavarivanje. Namjenjeni su za rad u terenskim uvjetima i na mjestima sa nestabilnom električnom mrežom (velike i česte oscilacije napona). Iako je to vrlo rijetko u praksi, iza generatora može slijediti ispravljački dio, pa se na mjestu zavarivanja može imati pored izmjenične i istosmjerna struja.

Tiristori se koriste često kao ispravljači električne struje.

Električni generator ili dinamo.

Simbol tiristora.

Transformator.

Obložene elektrode, držač elektrode ili zavarivački pištolj, te zavarivački kabel, koji se koriste kod ručnog elektrolučnog zavarivanja.

Izvor struje za zavarivanje ili napajanje za zavarivanje su takvi uređaji koji daju na mjestu zavarivanja električnu struju s karakteristikama pogodnim za zavarivanje. Najčešće se koristi napajanje sa konstantnom jačinom struje i drugi tip, napajanje sa konstantnim naponom. Kod elektrolučnog zavarivanja, dužina električnog luka je u direktnoj vezi sa naponom, dok je sa jačinom struje direktno povezan unos topline na zavarenom spoju.

Električna energija se iz strujne mreže ne može izravno koristiti za zavarivanje, već se moraju koristiti posebno konstruirani izvori struje za zavarivanje. Izvori struje za zavarivanje električnim lukom moraju zadovoljiti sljedeće bitne uvjete: kod uspostavljanja električnog luka moraju osiguravati relativno visok napon, zbog lakšeg uspostavljanja luka i samog početka zavarivanja; tijekom izvođenja zavarivanja moraju omogućavati rad s velikim jakostima struje, a pri niskom naponu električnog luka; moraju imati odgovarajuće statičke i dinamičke karakteristike, koje jamče stabilnost i lako održavanje električnog luka tijekom rada.

Vrste napajanja za zavarivanje

Prema vrsti struje, izvori struje za zavarivanje mogu se podijeliti na:

• izvore istosmjerne struje (generatori, pretvarači i ispravljači). Koristi se kod gotovo svih uobičajenih postupaka zavarivanja i za sve vrste osnovnog metala;
• izvore izmjenične struje (transformatori, generatori i pretvarači frekvencije). Koristi se kod nelegiranih i niskolegiranih čelika.

Značajke napajanja za zavarivanje

Posebno razlikujemo statičke i dinamičke značajke izvora struje za zavarivanje.

Statičke značajke izvora struje

Statičke značajke izvora struje predstavljene su krivuljama koje pokazuju odnos izmedu napona i jakosti struje zavarivanja pri stalnom tj. statičkom opterećenju. U odnosu na statičke značajke, postoje dva tipa izvora struje za zavarivanje: izvori struje sa strmopadajućom karakteristikom i izvori struje sa sporopadajućom karakteristikom.

Napon praznog hoda je kada izvor struje za zavarivanje nije opterećen tj. kada nije uspostavljen električni luk. Najniža vrijednost napona praznog hoda mora omogućavati lako uspostavljanje i održavanja električnog luka tijekom zavarivanja. Najviša vrijednost je ograničena propisima i uvjetima sigurnosti rada zavarivača, pa je za suhe i kontrolirane radionički uvjeti: istosmjerna struja najviše 100 V, a izmjenična struja najviše 80 V. Kod skućenih i vlažnih prostora dopušteni su samo izvori istosmjerne struje zavarivanja, a izmjenična struja najviše 48 V.

Pomoću krivulja statičkih karakteristika izvora struje i električnog luka, dolazi se do granica područja moguće regulacije, kao i do parametara radne točke zavarivačkog električnog luka. Radna točka određena je presjecištem statičke karakteristike izvora struje i statičke karakteristike električnog luka. Promjene duljina električnog luka izazivaju i određene promjene napona i jakosti struje zavarivanja. Promjene jakosti struje zavarivanja značajnije utječu na kvalitetu zavarenog spoja. Izvor struje za zavarivanje mora imati takvu statičku karakteristiku s kojom će, kod uobičajenih promjena duljina električnog luka tijekom zavarivanja, osiguravati relativno male promjene jakosti struje zavarivanja. Radno područje zavarivačkog električnog luka određeno je rasponom podešavanja jakosti struje na samom izvoru struje za zavarivanje i rasponom odgovarajućih duljina električnog luka.

Dinamičke značajke izvora struje

Dinamičke značajke izvora struje za zavarivanje pokazuju promjenljivost jakosti struje zavarivanja u ovisnosti od promjena napona električnog luka. Snimanje dinamičkih značajki izvora struje za zavarivanje vrši se, u stvarnim uvjetima rada, s pomoću priključenog oscilografa. Općenito, izvor struje za zavarivanje mora imati utvrđene sljedeće značajke: ograničenu vrijednost napona praznog hoda; odgovarajuću jakost struje kratkog spoja; odgovarajuće područje reguliranja radnog napona i jakosti struje za pojedine postupke poluautomatiziranog ili automatiziranog zavarivanja. Postupci provjere kao i granice dopustivih odstupanja pojedinih parametara propisuju se medunarodnim normama za umjeravanje opreme za elektrolučno zavarivanje.

Stvarni napon električnog luka mjeri se spajanjem voltmetra na zavarivani metal i korištenu elektrodu, odnosno na držač elektrode, dok se jakost struje zavarivanja mjeri ampermetrom u zavarivačkom strujnom krugu tj. uključivanjem u dovodni zavarivački kabel.

Odabir izvora struje za zavarivanje

Kod odabira izvora struje za zavarivanje mora se voditi računa o: vrsti struje zavarivanja; naponu praznog hoda izvora struje; predviđenoj intermitenciji zavarivanja; području podešavanja jakosti struje zavarivanja; načinu i uvjetima priključivanja u električnu mrežu; uvjetima korištenja i rada izvora struje za zavarivanje; načinu održavanja, i drugo. Očekivana intermitencija zavarivanja značajna je zbog dopustivog opterećenja izvora struje u radu. Intermitencija zavarivanja je omjer između stvarnog trajanja električnog luka i same vrijednosti osnovnog normiranog vremena, a izražava se u postocima (%).

Izvori istosmjerne struje za zavarivanje

Kao izvori istosmjerne struje zavarivanja koriste se električni generatori i ispravljači.

Električni generatori

Električni generatori su najstarija vrsta izvora struje za zavarivanje. Sastoje se od: pogonskog dijela, generatora za proizvodnju istosmjerne struje i uređaja za regulaciju struje zavarivanja. Pogonski dio generator je elektromotor ili motor s unutarnjim izgaranjem, te trofazni asinkroni motor ugraden na istu osovinu s generatorom istosmjerne struje. U slučaju terenskih radova koriste se generatori koje pokreće motor s unutarnjim izgaranjem ili tzv. agregati. Prednosti generatora kao izvora struje za zavarivanje su: jednostavnost i pouzdanost u radu; prilagodljivost i dobro podnašanje radnih uvjeta; neosjetljivost na promjene mrežnog napona u granicama od ±10%. Nedostaci su im: osjetljivost na vlagu i kišu; nizak stupanj korisnog djelovanja; skupo i otežano održavanje, poglavito zbog rotacijskih dijelova koji su podložni kvarovima; bučnost pri radu i relativno visoka nabavna cijena.

Ispravljači za zavarivanje

Ispravljači za zavarivanje su uredaji koji ispravljaju izmjeničnu struju iz električne mreže u istosmjernu struju zavarivanja. Sastoje se od: transformatora, sklopa za reguliranje struje zavarivanja i posebnog ispravljačkog dijela. Izmjenična struja primarnog napona iz električne mreže najprije se pretvara u sekundarnu struju niskog napona, obično 70 V, a zatim se kroz sustav ispravljačkih elemenata pretvara u istosmjernu struju zavarivanja. Rad ispravljačkih elemanata temelji se na korištenju svojstava poluvodiča.

U posljednje se je vrijeme proširila uporaba ispravljača za zavarivanje zbog: snižavanja nabavnih cijena; jednostavnog i jeftinijeg održavanja; manjih gubitaka energije u praznom hodu; višeg stupnja korisnog djelovanja, nižih pogonskih troškova, bešumnog rada, i drugo. Suvremeni ispravljači s tiristorskom regulacijom struje zavarivanja omogućavaju i osiguravaju: znatno lakše uspostavljanje električnog luka; stalnu regulaciju struje zavarivanja; neznatne promjene jakosti struje zavarivanja u odnosu na promjene napona električnog luka ili ulaznog napona; izbjegavanje kratkog spajanja tzv. lijepljenja elektrode za osnovni metal prilikom zavarivanja; podešavanje jakosti struje zavarivanja pomoću daljinskog upravljača; priključivanje uređaja za topli start, i drugo.

Statička karakteristika izvora struje s tiristorskom regulacijom osigurava: visok napon praznog hoda, preko 70 V, koji omogućava lako uspostavljanje električnog luka; stabilnost električnog luka poglavito svojim okomitim dijelom; kontinuiranu regulaciju struje zavarivanje od 7 A na više. Kod uspostavljanja električnog luka, trenutnim korištenjem struje veće jakosti mogu se otkloniti uobičajene pogreške kod nastavljanja zavara. Uspostavljanje električnog luka strujom povećane jakosti naziva se “toplim startom”.

Kod zavarivanja nehrđajućih čelika, lakih metala i njihovih slitina, te pri zavarivanju visokomehaniziranim uređajima, u novije se vrijeme koristi pulsirajuća struja. Kao izvor pulsirajuće struje za zavarivanje koriste se tiristorski ispravljači, a na kojima je moguće podešavanje: napona električnog luka; srednje jakosti struje zavarivanja, odnosno brzine dovodenja dodatnog materijala tj. taljive žice; amplitude jakosti struje impulsa; trajanja struje impulsa; trajanja pause, odnosno osnovne jakosti struje izmedu dva impulsa; učestalosti impulsa, i drugo.

Izvori izmjenične struje za zavarivanje

Kao izvori izmjenične struje za zavarivanje uobičajeno se koriste transformatori za zavarivanje i pretvarači.

Transformatori za zavarivanje

Transformatori za zavarivanje izmjeničnu struju iz električne mreže pretvaraju u izmjeničnu struju iste frekvencije, ali nižeg napona. Pretežno se koriste za zavarivanje elektrodama kiselog i rutilnog tipa obloge. Transformatori za zavarivanje koriste se zbog nekih svojih prednosti u odnosu na druge izvore struje: manji gubici praznog hoda; niža nabavna cijena; jednostavnost održavanja; pouzdanost u radu; nepostojanje otklanjanja električnog luka, zbog smanjenog utjecaja magnetskog polja, i drugo.

Pretvarači

Pretvarači ili invertori razvijeni su u novije vrijeme, najviše zahvaljujući vrlo pouzdanim elektroničkim elementima i sklopovima. Pretvarači se koriste za zavarivanje TIG postupkom; masa manjih od 5 kilograma; jakosti struje zavarivanja od 5 do 140 A; stupanj korisnog djelovanja veći od 89%.

Oprema izvora struje za zavarivanje

Uobičajeno se oprema zavarivača sastoji od:

• prikladnog držača elektrode ili zavarivačkog pištolja,
• zavarivačkih kabela ili provodnika s potrebnim spojnicama,
• uređaja za daljinsko upravljanje izvorom struje za zavarivanje.

Zavarivački kabel

Zavarivački kabel služi za dovođenje električne struje do držača elektrode i do zavarivanog metala, a po svojoj izvedbi to su jednožilni pleteni savitljivi kabeli, s plaštom otpornim na mehanička oštećenja i s dobrim izolacijskim svojstvima. U praksi je od izuzetnog značenja određivanje presjeka i duljine zavarivačkih kabela: smanjenje ili pad napona kroz zavarivački kabel ne smije biti veće od propisane vrijednosti; kabel se ne smije previše zagrijavati; prevelika duljina korištenih kabela povećava troškove održavanja; preveliki presjek kabela otežava rad zavarivača, kabel postaje nepraktičan i težak za premještanje, skuplji je, itd.