Características de una fuente de poder de soldadura
Después de leer este artículo, aprenderá acerca de las características de una fuente de poder de soldadura: 1. Características de una fuente de poder de soldadura de amperaje voltio 2. Características de una fuente de poder de soldadura de amperaje voltio estático externo 3. Características de corriente constante 4. Voltaje constante Características 5. Características dinámicas del voltio-amperio.
Características de voltios-amperios de una fuente de poder de soldadura:
Todas las fuentes de alimentación de soldadura tienen dos tipos de características de funcionamiento, es decir, características estáticas y características dinámicas. La característica de salida estática se puede establecer fácilmente midiendo el voltaje y la corriente de salida de estado estable mediante el método convencional de carga mediante resistencias variables. Por lo tanto, una curva que muestra la corriente de salida frente al voltaje de salida para una fuente de energía dada constituye su característica estática.
La característica dinámica de una fuente de energía de soldadura por arco se determina al registrar las variaciones transitorias que ocurren en un corto intervalo en la corriente de soldadura y la tensión del arco. Por lo tanto, describe variaciones instantáneas que ocurren en un corto intervalo de tiempo, por ejemplo, un milisegundo. La estabilidad del arco está determinada por la interacción combinada de las características estáticas y dinámicas de voltaje-amperio (VI) de la fuente de poder de soldadura.
La naturaleza transitoria intrínseca de un arco de soldadura es la razón principal de la gran importancia de la característica dinámica de una fuente de energía de soldadura por arco. La mayoría de los arcos de soldadura tienen condiciones continuamente cambiantes que se asocian principalmente con el golpe del arco, la transferencia de metal del electrodo al conjunto de soldadura, y la extinción y reinicio del arco durante cada semiciclo de soldadura de CA. La naturaleza transitoria del arco de soldadura también se debe a la variación en la longitud del arco, la temperatura del arco y las características de emisión de electrones del cátodo.
La tasa de cambio de voltaje y corriente en los procesos de soldadura por arco es tan rápida que la característica de voltaje-amperio estático de una fuente de energía difícilmente puede ser de importancia para predecir la característica dinámica de un arco de soldadura.
Sin embargo, son solo las características estáticas de voltios-amperios de una fuente de poder de soldadura las que proporciona el fabricante. Aunque no pueden dar la naturaleza del comportamiento de la fuente de energía con respecto a su respuesta dinámica, son muy importantes para determinar la respuesta general en general al controlar los parámetros del proceso.
Características estáticas de voltios-amperios externos de una fuente de poder de soldadura:
Una característica muy importante de cualquier fuente de alimentación de soldadura por arco es su característica estática externa de voltaje-amperio. Es una curva que relaciona el voltaje de la fuente con la corriente de soldadura. La curva característica de voltios-amperios de una fuente de energía de soldadura se obtiene al medir la tensión y la corriente de salida mientras se carga estáticamente con carga resistiva pura que varía desde la carga mínima o sin carga hasta las condiciones de cortocircuito o máxima. La característica estática externa de una fuente de poder de soldadura varía con la aplicación para la cual está destinada.
La Fig. 4.1 muestra diferentes tipos de características de voltios-amperios utilizadas para las fuentes de poder de soldadura. En general, todas estas características VI se clasifican en cuatro categorías, a saber, inclinación pronunciada, caída gradual, características planas y ascendentes que se utilizan respectivamente para soldadura de arco manual, soldadura de arco sumergido, soldadura de arco de metal a gas semiautomática y arco de metal a gas automático. Procesos de soldadura.
Fig. 4.1 Características estáticas de voltios-amperios de diferentes tipos de fuentes de poder de soldadura
Otros cuatro tipos cubren otros procesos de soldadura por arco. Sin embargo, es bastante común considerar la fuente de energía de soldadura con características V -I caídas como máquinas convencionales o de corriente constante y las fuentes de energía de soldadura con características VI planas o casi planas como máquinas de voltaje constante o potencial constante.
Más discusión sobre ellos sigue en estos dos encabezados:
Características actuales constantes de una fuente de poder de soldadura:
Una fuente de energía de soldadura por arco convencional se conoce como la máquina de corriente constante (CC). Tiene la curva característica de voltios-amperios de caída y ha sido popular para uso en soldadura de arco de metal blindado.
La curva de corriente constante muestra que la fuente de poder de soldadura produce un voltaje de salida máximo sin carga y, a medida que aumenta la carga, el voltaje de salida disminuye. El voltaje máximo de circuito abierto o sin carga es generalmente de 100 voltios.
Una fuente de alimentación de tipo de corriente constante puede tener salida de corriente continua o alterna. Además de SMAW, se utiliza para soldadura por arco de carbono, soldadura por arco de tungsteno de gas, soldadura por arco de plasma y soldadura de pernos. También se puede usar para procesos de alambres continuos cuando se usan alambres de diámetro relativamente grande, por ejemplo, soldadura por arco sumergido.
Las fuentes de energía de soldadura de tipo de corriente constante también se pueden utilizar para algunos procesos de soldadura automática. Esto requiere el uso de un alimentador de alambre y controles para duplicar los movimientos de la soldadora para iniciar y mantener el arco que normalmente se logra mediante un sistema complejo de retroalimentación para monitorear la tensión del arco para controlar la longitud del arco.
Hasta hace poco, las fuentes de alimentación de corriente constante rara vez se usaban para soldar con cables de diámetro muy pequeño. Sin embargo, ahora se han desarrollado fuentes de energía de soldadura por arco con una verdadera característica estática de corriente constante voltio-amperio, como se muestra en la Fig. 4.2, que se puede usar con cables de pequeño diámetro dentro del rango de voltaje de arco normalmente empleado.
El soldador que usa este tipo de máquina apenas tiene control sobre la corriente de soldadura por el cambio en la longitud del arco porque no se ve afectado por dicho cambio. Esto es una buena ventaja para la soldadura con arco de tungsteno con gas, ya que el cambio en la longitud del arco en este proceso es limitado. También es de uso considerable en la soldadura por arco de gas metálico, donde se utiliza para proporcionar el modo de rociado de transferencia de metal con una corriente media baja.
Esto se realiza mediante la fuente de energía que puede programarse para cambiar de corriente baja o de fondo a pico o corriente de pulso para afectar el desprendimiento de gotas mediante un aumento de la velocidad de fusión en combinación con un efecto de pellizco mejorado. Esto se conoce como soldadura por pulsos.
En la soldadura de corriente pulsada dos niveles de corriente, como se muestra en la fig. 4.3, con los períodos de tiempo deseados se puede configurar para lograr la corriente de soldadura media requerida. La soldadura con corriente pulsada está ganando popularidad tanto con los procesos de soldadura con arco de tungsteno de gas como con el de soldadura de arco metálico con gas.
Características de voltaje constante de una fuente de poder de soldadura :
Una fuente de poder de soldadura de voltaje constante (CV) tiene esencialmente una curva característica de voltios-amperios, aunque generalmente con una ligera caída. La curva se puede desplazar hacia arriba o hacia abajo para cambiar el voltaje como se muestra en la Fig. 4.4. Sin embargo, el voltaje nunca se elevará a un OCV tan alto como en una fuente de poder de soldadura de corriente constante.
Fig. 4-4 Curvas de voltios-amperios diferentes de fuentes de energía de voltaje constante
Esta es una de las razones por las que la fuente de energía de soldadura de voltaje constante no se utiliza para la soldadura de arco de metal manual con electrodo revestido, ya que necesita un OCV más alto para iniciar un arco. Las fuentes de poder de soldadura con características de voltaje-amperio de voltaje constante se utilizan de hecho solo para la soldadura continua de electrodos, como la soldadura de arco de metal y gas.
La característica de voltios-amperios de una fuente de alimentación CV está diseñada para producir casi el mismo voltaje sin carga y con carga nominal. Tiene una característica VI similar a un generador de energía eléctrica comercial estándar. Si la carga en el circuito cambia, la fuente de alimentación ajusta automáticamente su salida de corriente para satisfacer el requisito y mantiene esencialmente el mismo voltaje en los terminales de salida. Este sistema, por lo tanto, proporciona un arco autorregulador basado en una tasa de alimentación de alambre preestablecida y una fuente de alimentación de voltaje constante.
Los controles simplificados eliminan los complejos circuitos y la inversión del motor de alimentación de alambre para iniciar o mantener un arco de soldadura estable.
Una fuente de energía de soldadura de voltaje constante proporciona la corriente adecuada para que la velocidad de fusión del electrodo sea igual a la velocidad de alimentación del alambre. La longitud del arco se establece previamente al establecer el voltaje en la fuente de energía, mientras que la corriente de soldadura se controla al ajustar la velocidad de alimentación del alambre.
La característica de voltios-amperios de una fuente de poder de soldadura debe diseñarse para proporcionar un arco estable para GMAW con cables de diferentes diámetros y metal para usarse junto con diferentes gases de protección. La mayoría de las fuentes de poder de soldadura de voltaje constante están provistas de medios para ajustar la pendiente de la curva VI.
Se ha encontrado que las curvas VI con pendientes de 1-5 a 2 voltios / 1004 son las más adecuadas para GMAW de metales no ferrosos, soldadura por arco sumergido y para soldadura por arco de núcleo de flujo con cables de electrodo de mayor diámetro. Se prefiere una curva con una pendiente media de 2 a 3 voltios / 100 A para el CO 2, la soldadura por arco de metal con protección de gas y para los cables de electrodo de núcleo de flujo de diámetro pequeño. Una pendiente más pronunciada de 3 a 4 voltios / 100 A se considera útil para la transferencia en cortocircuito. Estos tres tipos de pendientes se muestran en la Fig. 4.5. Para un cambio igual en la tensión del arco, cuanto más plana sea la curva, mayor será el cambio en la corriente de soldadura.
Fig. 4-5 Diferentes pendientes utilizadas en fuentes de poder de soldadura de voltaje constante
La característica dinámica de una fuente de alimentación de tensión constante debe planificarse cuidadosamente. Debido al cambio abrupto de voltaje en un cortocircuito, la corriente tiende a aumentar rápidamente a un valor muy alto. Esta es una ventaja al inicializar el arco, pero puede causar salpicaduras no deseadas.
Sin embargo, se puede controlar agregando reactancia o inductancia en el circuito. Esto produce un cambio en el factor de tiempo o el tiempo de respuesta y conduce a un arco estable. En la mayoría de las fuentes de energía de soldadura, se incluye una cantidad de inductancia diferente en el circuito para las diferentes pendientes. Esto se hace proporcionando un reactor variable en el sistema.
El sistema de potencia de soldadura de voltaje constante tiene su mayor ventaja cuando la densidad de corriente del cable del electrodo es alta. El principio de voltaje constante de la soldadura normalmente no se usa con aire acondicionado. Aunque se puede usar para soldadura por arco sumergido y soldadura por electro-escoria, no es popular con estos procesos. No debe utilizarse para soldadura con arco metálico blindado, ya que puede sobrecargar y dañar la fuente de alimentación al generar una corriente demasiado alta durante demasiado tiempo.
Selección de una característica estática de voltios-amperios para un proceso de soldadura:
Básicamente, existen cuatro tipos de características estáticas de voltios-amperios que pueden incorporarse a una fuente de poder de soldadura, dependiendo del proceso para el cual se emplearán.
Estos cuatro tipos de características VI son:
1. Tipo de caída pronunciada,
2. Tipo de caída gradual,
3. Fiat o tipo de voltaje constante, y
4. Tipo de tensión creciente.
En la Fig. 4.6 se muestran todos estos tipos de características de fuente de alimentación con las características de voltios-amperios del arco de soldadura superpuestas en ellos.
Fig. 4.6 Características de amperios voltios de diferentes fuentes de poder de soldadura y el arco de soldadura
1. Caracteristicas de inclinación profunda del VI:
La fuente de alimentación de soldadura con una característica de caída abrupta de voltios-amperios tiene un alto voltaje de circuito abierto y una baja corriente de cortocircuito, como lo muestra la curva 1 en la Fig. 4.6. Es evidente que a medida que la longitud del arco cambia entre L - δ L y L + δ L, el cambio en la corriente es muy pequeño.
Este tipo de característica de voltios-amperios es más adecuado para SMAW que es soldadura de arco de metal manual con electrodos recubiertos debido a que un ligero cambio en la longitud del arco debido al movimiento intrínseco de la mano humana durante la operación de soldadura no afectará la velocidad de fusión del electrodo. Además, la alta tensión de circuito abierto garantiza un inicio y mantenimiento fáciles del arco de soldadura.
2. Graduando gradualmente la característica VI:
La fuente de energía con una característica de voltaje-amperio estático de caída gradual, como se muestra en la curva 2 en la Fig. 4.6, puede suministrar una alta corriente de cortocircuito según sea necesario para la soldadura por arco sumergido con electrodos gruesos, particularmente para diámetros de electrodos de más de 3.5 min. Una fuente de alimentación con este tipo de característica de voltaje amperio requiere una técnica de iniciación del arco similar a la del tacto y el estiramiento que se utiliza para SMAW o, alternativamente, se puede usar lana de acero para proporcionar un cortocircuito momentáneo entre el electrodo y la pieza de trabajo.
El voltaje del circuito abierto puede ser ligeramente más bajo que en el caso de la característica VI de inclinación pronunciada. Esta característica ayuda a proporcionar algún tipo de autorregulación de la longitud del arco durante la soldadura, ya que para el mismo cambio en la longitud del arco, el cambio en la corriente del arco es mucho más que en el caso de la característica de caudales-amperios de caída abrupta.
3. Características del plano VI:
En una fuente de energía de soldadura de voltaje constante para un pequeño cambio en la longitud del arco, hay un gran cambio en la corriente de soldadura que lo hace bastante sensible y, por lo tanto, ayuda a mantener una longitud de arco estable con las consecuentes soldaduras de calidad constante. Esto se conoce generalmente como la autorregulación de la longitud del arco y es un requisito esencial para el éxito de la soldadura por arco de metal y gas.
El cambio en la longitud del arco es inevitable, particularmente en el GMAW semiautomático, por lo que la característica de voltaje constante amperaje-voltaje estático es muy útil para los procesos de soldadura de alambre fino. Sin embargo, la característica VI plana, como se muestra en la curva 3 en la Fig. 4.6, no es realmente plana, pero normalmente cae a 1-3 voltios por 100 amperios. Todas las fuentes de energía de soldadura con características de VI planas son casi invariablemente del tipo de rectificador y transformador y el electrodo positivo (ep) es el ajuste de polaridad empleado normalmente.
4. Rising VI característica:
En una fuente de alimentación de soldadura con característica de aumento de voltios-amperios, hay un aumento en la corriente con el aumento en el voltaje como se muestra en la curva 4 en la Fig. 4.6. Esta característica VI se basa en una ligera modificación de la característica de voltaje constante. Una ventaja de la característica VI ascendente sobre la característica plana es que a medida que aumenta la velocidad de alimentación del alambre, aumenta el requisito de amperaje, la tensión también aumenta automáticamente. Esta característica ayuda a mantener una longitud de arco constante incluso si se produce un cortocircuito. La característica VI ascendente es adaptable principalmente a los procesos totalmente automáticos.
Características dinámicas de voltio-amperio de una fuente de poder de soldadura:
La característica dinámica de una fuente de poder de soldadura es la relación entre el voltaje del arco y la corriente de soldadura correspondiente a medida que cambian de un instante a otro como se muestra en la Fig. 4.7.
Es imperativo conocer la naturaleza de las características dinámicas para determinar la tasa de aumento de la corriente después de un cortocircuito que afecta la velocidad de fusión del electrodo y la salpicadura de la soldadura.
Las características dinámicas del VI se obtienen registrando los transitorios de voltios-amperios durante el funcionamiento real de la fuente de alimentación. A partir de las características dinámicas de VI, es posible determinar el modo de transferencia de metal para un conjunto dado de parámetros de soldadura.
Problema 1:
La característica de longitud de voltaje de arco de un arco de CC está dada por la ecuación V = 24 + 41, donde V es el voltaje de arco y I la longitud de arco en mm. La característica de voltaje-amperio estático de la fuente de alimentación se aproxima a una línea recta sin voltaje de carga de 80 voltios y la corriente de cortocircuito de 600 amperios. Determine la longitud de arco óptima para la máxima potencia.
Solución :
Problema 2:
La característica de voltaje-amperio estático de una fuente de poder de soldadura viene dada por la ecuación parabólica
I 2 = - 500 (V - 80)
y la característica del arco está representada por la ecuación de línea recta
I = 23 (V- 18).
Determinar,
(a) la potencia de un arco estable,
(b) Si la longitud del arco (I) y la tensión del arco (V) están relacionadas por la expresión V = 20 + 4-5, determine la longitud de arco óptima para la potencia máxima.
(c) Si las pérdidas por convección y radiación del arco en (b) son del 15% de la potencia del arco, entonces determine si será ventajoso tener una longitud de arco de 4 mm, en donde estas pérdidas son solo el 20% de las del arco. en (b). Comente brevemente sobre los dos casos.
Solución:
(a) Para el arco:
(b) Para el arco:
Al comparar (v) y (vi), es evidente que la potencia neta para una longitud de arco de 4 mm será mayor que con una longitud de arco de 7-4 mm. Por lo tanto, I = 4 mm debe ser preferido.
Problema 3:
Determine el cambio en la corriente de soldadura si la longitud del arco cambia de 4 mm a 5 mm para las fuentes de alimentación con las siguientes características estáticas de amperaje-voltio,
(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)
Suponga que la longitud del arco (l) y la tensión del arco (V) están relacionadas por la expresión V = 20 + 4l.
Solución :
