Chociaż wybór procesu spawania ma kluczowe znaczenie, nawet najbardziej wykwalifikowane techniki nie są w stanie zrekompensować niewłaściwego źródła prądu. W tym artykule objaśniono źródła prądu spawania, aby pomóc profesjonalistom dopasować sprzęt do określonych procesów spawania w celu uzyskania optymalnych wyników.

Wybór procesu spawania zależy przede wszystkim od właściwości spoiny, rodzaju materiału, kształtów i grubości oraz konstrukcji złącza. Należy również wziąć pod uwagę wymagania produkcyjne, w tym szybkość i jakość spawania. Dopiero po ustaleniu procesu spawania należy dobrać źródła prądu i urządzenia pomocnicze. Proces spawania pozostaje głównym czynnikiem wpływającym na wybór źródła zasilania.

W tym przewodniku skupiono się na wyborze źródła prądu dla technologii spawania, które rozwinęły się w ciągu ostatniej dekady. Metody te, niegdyś uważane za specjalistyczne lub ograniczone do produkcji masowej, obecnie pojawiają się w praktycznie każdym sektorze produkcji metali. Rosnąca produkcja metali, które wcześniej były trudne do spawania, w połączeniu z zaletami ekonomicznymi i jakościowymi zaawansowanych procesów, sprawiła, że ​​technologie te są dostępne nawet dla małych zakładów zajmujących się obróbką metali.

Procesy te wymagają bardziej złożonych wymagań dotyczących zasilania i sterowania niż konwencjonalne spawanie łukiem metalowym w osłonie (SMAW). Ponieważ większość metalurgów i inżynierów spawaczy nie jest specjalistami w dziedzinie elektryki, wybór odpowiednich źródeł zasilania może okazać się wyzwaniem. Niniejsze badanie wymagań dotyczących mocy dla procesów spawania produkcyjnego ma na celu wyjaśnienie tych rozważań technicznych.

W spawalnictwie dominują dwa podstawowe typy źródeł zasilania: systemy prądu stałego (CC) i systemy stałego napięcia (CV), każdy dostosowany do określonych procesów i zastosowań.

• Źródła prądu stałoprądowego (CC):Często nazywane maszynami „opadającymi” ze względu na spadek napięcia w miarę wzrostu prądu spawania, tworząc charakterystyczną opadającą krzywą wyjściową woltoampera.
  • Gdy są zasilane, ale nie powodują wyładowania łukowego (bez przepływu prądu), utrzymują stosunkowo wysokie napięcie w obwodzie otwartym, zwykle 70–80 woltów. Spawanie zwykle odbywa się na bardziej stromej części krzywizny, dzięki czemu idealnie nadają się do ręcznego spawania elektrodą.
  • Napięcie łuku zależy od fizycznej długości pomiędzy elektrodą a przedmiotem obrabianym – przy spawaniu ręcznym nie jest możliwe utrzymanie idealnie stałego napięcia. Jednakże, ponieważ prąd określa szybkość topienia metalu wypełniającego, stały prąd zapewnia stabilne topienie.
  • Istnieją różnice w zależności od mocy wejściowej (jednofazowa lub trójfazowa), mocy wyjściowej (AC, DC lub AC/DC) i rodzaju sterowania wyjściem (mechaniczne lub elektryczne).
• Źródła zasilania o stałym napięciu (CV):Prąd może wahać się od zera do bardzo wysokiego poziomu zwarcia przy dowolnym ustawieniu napięcia. Maszyny te, zaprojektowane specjalnie do spawania łukiem gazowym (GMAW), na ogół nie nadają się do spawania łukiem metalowym w osłonie.
  • Żadna spawarka nie zapewnia naprawdę stałego napięcia — praktyczne urządzenia wykazują spadek co najmniej 1 V na moc wyjściową 100 A. Prądy zwarciowe mogą sięgać tysięcy amperów.
  • Maszyny CV zazwyczaj charakteryzują się niższym napięciem w obwodzie otwartym (maksymalnie 50 woltów) w porównaniu do maszyn CC (80 woltów). Operatorzy ustawiają napięcie obwodu otwartego zamiast prądu, w typowym zakresie od 10 do 48 woltów.
  • Prąd spawania reguluje się automatycznie podczas zwarcia, aby utrzymać długość łuku przy ustawionym napięciu, a wielkość prądu zależy od szybkości podawania elektrody.

Wszystkie spawarki mają parametry cyklu pracy – często źle rozumiana, ale krytyczna specyfikacja. W oparciu o okres dziesięciominutowy, 100% współczynnik wypełnienia oznacza, że ​​źródło zasilania może pracować w sposób ciągły przy prądzie znamionowym lub niższym. Cykl pracy wynoszący 60% nie oznacza nieokreślonej pracy przy 60% wydajności, ale raczej sześć minut pracy przy znamionowym prądzie i napięciu na dziesięciominutowy cykl, co wymaga czterech minut bezczynnego chłodzenia. Maszyny z cyklami pracy poniżej 100% mogą pracować w sposób ciągły poprzez zmniejszenie prądu wyjściowego.

Kluczowe zaawansowane procesy spawalnicze i związane z nimi wymagania dotyczące mocy obejmują:

• Spawanie łukiem wolframowym w gazie (GTAW/TIG):Choć nie jest to nowość, spawanie TIG zasługuje na włączenie ze względu na swoją skuteczność w przypadku trudnych materiałów – w tym stali nierdzewnej, aluminium, magnezu, miedzi, miedzi berylowej, Hastelloy, Inconel, Invar i Kovar – szczególnie w cienkich przekrojach.
  • TIG wymaga źródeł prądu podobnych do SMAW – takich, które mają opadającą krzywą wolt-amper. Jednakże względy specyficzne dla procesu sprawiają, że preferowane są maszyny dedykowane.
  • Standardowe źródła prądu przemiennego nieprzeznaczone do spawania metodą TIG wymagają obniżenia wartości znamionowych w przypadku usługi AC TIG ze względu na częściowe prostowanie wprowadzające elementy prądu stałego, które mogą przegrzać transformatory. Dodatkowe wyzwania specyficzne dla TIG obejmują inicjację łuku, stabilność i precyzyjną zmienną kontrolę w przypadku delikatnych prac.
• Spawanie łukiem gazowym (GMAW/MIG):Ciągłe podawanie drutu stosowane w technologii GMAW zastąpił w wielu zastosowaniach wolframowy gaz obojętny (TIG) i SMAW, głównie ze względu na prędkość — często wielokrotnie większą niż w przypadku alternatywnych procesów.
  • Dodatkowe zalety obejmują czystsze spoiny (zmniejszone tworzenie się tlenków z gazu osłonowego), zminimalizowane odpady elektrod, doskonałe właściwości metalurgiczne i prostotę obsługi poprawiającą stałą jakość przy jednoczesnym zmniejszeniu czynników ludzkich.
• Zgrzewanie punktowe łukiem:Coraz większa popularność dzięki możliwościom jednostronnego zgrzewania punktowego i szybkiej, powtarzalnej produkcji wielu zgrzein punktowych.
  • Wykonywane w procesach TIG lub GMAW. Spawanie punktowe TIG wykorzystuje standardowe źródła prądu TIG, ale wymaga specjalistycznych uchwytów i elementów sterujących do zgrzewania punktowego, zazwyczaj stapiania materiałów podstawowych bez drutu dodatkowego – co jest powszechne w przypadku stali walcowanej na zimno i stali nierdzewnej.
  • Zgrzewanie punktowe GMAW wykorzystuje wysokie natężenie prądu (500–750 amperów) przy drutach o mniejszej średnicy, co wymaga maszyn o wyższym napięciu oraz specjalistycznych podajników drutu i jednostek sterujących.
• Spawanie łukiem plazmowym:Rozszerzenie technologii cięcia plazmowego, podobne do TIG, ale oferujące przewagę nad spawaniem wiązką elektronów, laserem i ultradźwiękowym pod względem ograniczeń i kosztów początkowych.
  • Podobnie jak TIG, spawanie plazmowe zazwyczaj łączy materiały (chociaż można zastosować zimny drut spawalniczy). Chłodzone wodą torowane elektrody wolframowe wytrzymują ekstremalne temperatury powodowane przez skupione płomienie plazmowe, zdolne do głębokiej, wąskiej penetracji.