I principali tipi di saldatrici

Il fissaggio delle parti mediante saldatura e brasatura si basa su un principio: la colata degli elementi da unire con metalli fusi. Solo durante la saldatura vengono utilizzate saldature piombo-stagno a basso punto di fusione e, durante la saldatura, gli stessi metalli da cui sono realizzate le strutture saldate.

Leggi fisiche operanti nella saldatura

Per trasferire un metallo da un normale stato solido a uno stato liquido, deve essere riscaldato ad una temperatura molto elevata, superiore al suo punto di fusione. Le saldatrici elettriche funzionano secondo il principio di generare calore in un filo quando viene attraversato da corrente elettrica.

Nella prima metà del XIX secolo, questo fenomeno fu descritto contemporaneamente da due fisici: l'inglese James Joule e il russo Emil Lenz. Hanno dimostrato che la quantità di calore generata in un conduttore è direttamente proporzionale a:

1. il prodotto del quadrato della corrente passante;

2. resistenza elettrica del circuito;

3. tempo di esposizione.

Per creare la quantità di calore in grado di fondere le parti metalliche con una corrente, è necessario influenzarla con uno di questi tre criteri (I, R, t).

Tutte le saldatrici utilizzano il controllo dell'arco modificando il valore della corrente che scorre. I restanti due parametri sono classificati come aggiuntivi.

Tipi di corrente per saldatrici

Idealmente, una corrente elettrica a tempo costante, che può essere generata da fonti come batterie ricaricabili o batterie chimiche o generatori speciali, è la più adatta per riscaldare uniformemente le parti e l'area di giunzione.

Tuttavia, lo schema mostrato nella foto non viene mai utilizzato nella pratica. È stato dimostrato che mostra una corrente stabile che può innescare un arco regolare e perfetto.

Le saldatrici elettriche funzionano a corrente alternata con una frequenza industriale di 50 hertz. Allo stesso tempo, sono tutti creati per un lavoro sicuro a lungo termine del saldatore, che richiede l'installazione di una minima differenza di potenziale tra le parti saldate.

Tuttavia, per un'accensione affidabile dell'arco, è necessario mantenere un livello di tensione di 60 ÷ 70 volt. Questo valore viene assunto come valore iniziale per il circuito di lavoro mentre all'ingresso della saldatrice viene fornita una tensione di 220 o 380 V.

Corrente alternata per saldatura

Al fine di ridurre la tensione di alimentazione dell'impianto elettrico al valore di lavoro della saldatura, vengono utilizzati potenti trasformatori step-down con la possibilità di regolare il valore corrente. In uscita, creano la stessa forma sinusoidale della rete elettrica. E l'ampiezza armonica per la combustione dell'arco viene creata molto più in alto.

La progettazione dei trasformatori di saldatura deve soddisfare due condizioni:

1.limitazione delle correnti di cortocircuito nel circuito secondario, che, a seconda delle condizioni operative, si verificano abbastanza spesso;

2. combustione stabile dell'arco acceso necessario per il funzionamento.

A tale scopo, sono progettati con una caratteristica voltampere esterna (VAC) che presenta una forte caduta. Ciò viene fatto aumentando la dissipazione dell'energia elettromagnetica o includendo una bobina di resistenza induttiva nel circuito.

Nei modelli precedenti di trasformatori di saldatura, il metodo di commutazione del numero di spire nell'avvolgimento primario o secondario viene utilizzato per regolare la corrente di saldatura. Questo metodo laborioso e costoso è sopravvissuto alla sua utilità e non viene utilizzato nei dispositivi moderni.

Inizialmente il trasformatore è impostato per erogare la massima potenza, indicata nella documentazione tecnica e sulla targhetta del box. Quindi, per regolare la corrente di funzionamento dell'arco, viene ridotta in uno dei seguenti modi:

• collegare una resistenza induttiva al circuito secondario. Allo stesso tempo, la pendenza della caratteristica I - V aumenta e l'ampiezza della corrente di saldatura diminuisce, come mostrato nella foto sopra;

• cambiamento nello stato del circuito magnetico;

• circuito a tiristori.

Metodi di regolazione della corrente di saldatura mediante introduzione di resistenza induttiva nel circuito secondario

Trasformatori di saldaturaquesti lavori su questo principio sono di due tipi:

1. con un sistema di controllo della corrente regolare dovuto al cambiamento graduale del traferro all'interno del filo magnetico induttivo;

2. con commutazione graduale del numero di avvolgimenti.

Nel primo metodo, il circuito magnetico induttivo è costituito da due parti: una fissa e una mobile, che viene mossa dalla rotazione della manopola di comando.

Al massimo traferro si crea la massima resistenza al flusso elettromagnetico e la minima resistenza induttiva, che fornisce il valore massimo della corrente di saldatura.

Il completo avvicinamento della parte mobile del circuito magnetico a quella stazionaria riduce la corrente di saldatura al valore più basso possibile.

La regolazione del passo si basa sull'uso di un contatto mobile per commutare un certo numero di avvolgimenti in fasi.

Per queste induttanze, il circuito magnetico è reso intero, inseparabile, il che semplifica leggermente il design generale.

Un metodo di regolazione della corrente basato sulla modifica della geometria del circuito magnetico del trasformatore di saldatura

Questa tecnica viene eseguita utilizzando uno dei seguenti metodi:

1. spostando la sezione delle bobine mobili a una distanza diversa dalle bobine montate stazionarie;

2. Regolando la posizione dello shunt magnetico all'interno del circuito magnetico.

Nel primo caso, il trasformatore di saldatura viene realizzato con dissipazione di induttanza aumentata grazie alla possibilità di modificare la distanza tra gli avvolgimenti del circuito primario, stazionario nella zona del giogo inferiore, e l'avvolgimento secondario mobile.

Si muove grazie alla rotazione manuale della maniglia dell'albero di regolazione, che funziona secondo il principio di una vite di comando con un dado. In questo caso la posizione della bobina di potenza viene trasferita da un semplice diagramma cinematico ad un indicatore meccanico, graduato in divisioni della corrente di saldatura. La sua precisione è di circa il 7,5%.Per misurazioni migliori, nel circuito secondario è integrato un trasformatore di corrente con un amperometro.

Alla distanza minima tra le spire si genera la massima corrente di saldatura. Per ridurlo, è necessario spostare lateralmente la bobina mobile.

Tali costruzioni di trasformatori di saldatura creano grandi interferenze radio durante il funzionamento. Pertanto, il loro circuito elettrico include filtri capacitivi che riducono il rumore elettromagnetico.

Come attivare lo shunt magnetico mobile

Una delle versioni del circuito magnetico di un tale trasformatore è mostrata nella foto sotto.

Il principio del suo funzionamento si basa sulla manovra di una certa parte del flusso magnetico nel nucleo grazie all'inclusione di un corpo di regolazione con una vite di comando.

I trasformatori di saldatura controllati con i metodi descritti sono realizzati con nuclei magnetici costituiti da lamiere di acciaio elettrico e bobine di fili di rame o alluminio con isolamento resistente al calore. Tuttavia, ai fini del funzionamento a lungo termine, sono creati con la possibilità di un buon ricambio d'aria per rimuovere il calore generato nell'atmosfera circostante, quindi hanno un peso e dimensioni elevate.

In tutti i casi considerati, la corrente di saldatura che attraversa l'elettrodo ha un valore variabile, che riduce l'uniformità e la qualità dell'arco.

Corrente continua per saldatura

Circuiti a tiristori

Se due tiristori collegati in modo opposto o un triac sono collegati dopo l'avvolgimento secondario del trasformatore di saldatura, attraverso gli elettrodi di controllo, da cui il circuito di controllo viene utilizzato per regolare la fase di apertura di ogni semiperiodo dell'armonica, allora diventa possibile ridurre la corrente massima del circuito di potenza al valore richiesto per specifiche condizioni di saldatura.

Ogni tiristore fa passare solo la semionda positiva della corrente dall'anodo al catodo e blocca il passaggio della sua metà negativa. Il feedback consente di controllare entrambe le semionde.

L'organo di regolazione nel circuito di controllo imposta l'intervallo di tempo t1 durante il quale il tiristore è ancora chiuso e non passa la sua semionda. Quando una corrente viene fornita al circuito dell'elettrodo di controllo all'istante t2, il tiristore si apre e parte della semionda positiva, contrassegnata dal segno «+», lo attraversa.

Quando la sinusoide passa attraverso un valore zero, il tiristore si chiude, non passerà corrente attraverso se stesso finché una semionda positiva non si avvicina al suo anodo e il circuito di controllo del blocco sfasatore non dà un comando all'elettrodo di controllo.

Al momento t3 e T4, il tiristore collegato al contatore funziona secondo l'algoritmo già descritto. Pertanto, nel trasformatore di saldatura che utilizza un circuito a tiristori, parte dell'energia corrente viene interrotta nei momenti t1 e t3 (viene creata una pausa senza corrente) e le correnti che scorrono negli intervalli t2 e t4 vengono utilizzate per la saldatura.

Inoltre, questi semiconduttori possono essere installati in un circuito primario piuttosto che nel circuito elettrico. Ciò consente l'uso di tiristori di potenza inferiore.Ma in questo caso, il trasformatore convertirà le parti tagliate delle semionde dell'onda sinusoidale, contrassegnate dai segni «+» e «-«.

La presenza di una pausa senza corrente durante i periodi di interruzione di una parte delle armoniche di corrente è un difetto del circuito, che influisce sulla qualità della combustione dell'arco. L'uso di elettrodi speciali e alcune altre misure consentono di utilizzare con successo il circuito a tiristori per la saldatura, che ha trovato un'applicazione piuttosto ampia in strutture chiamate raddrizzatori di saldatura.

Circuiti a diodi

I raddrizzatori di saldatura monofase a bassa potenza hanno uno schema di collegamento a ponte assemblato da quattro diodi.

Crea una forma di corrente raddrizzata che assume la forma di semionde positive continuamente alternate. In questo circuito, la corrente di saldatura non cambia direzione, ma fluttua solo in grandezza, creando increspature. Questa forma mantiene l'arco di saldatura meglio di una forma a tiristori.

Tali dispositivi possono avere avvolgimenti aggiuntivi collegati agli avvolgimenti operativi del trasformatore di regolazione della corrente. Il suo valore è determinato da un amperometro collegato a un circuito rettificato tramite uno shunt o sinusoidale - tramite un trasformatore di corrente.

Lo schema del ponte di Larionov

È progettato per sistemi trifase e funziona bene con raddrizzatori di saldatura.

L'inclusione di diodi secondo lo schema di questo ponte consente di aggiungere vettori di tensione al carico in modo tale da creare una tensione finale U out, che è caratterizzata da piccole increspature e, secondo la legge di Ohm, forma un arco corrente di forma simile sull'elettrodo di saldatura. È molto più vicino alla forma ideale di corrente continua.

Caratteristiche dell'uso dei raddrizzatori di saldatura

La corrente rettificata nella maggior parte dei casi consente:

• è più sicuro accendere l'arco;

• assicura la sua combustione stabile;

• creare meno schizzi di metallo fuso rispetto ai trasformatori di saldatura.

Ciò amplia le possibilità di saldatura, consente di collegare in modo affidabile leghe di acciaio inossidabile e metalli non ferrosi.

Corrente inverter per saldatura

Gli inverter per saldatura sono dispositivi che eseguono la conversione passo-passo dell'elettricità secondo il seguente algoritmo:

1. l'elettricità industriale a 220 o 380 volt è cambiata da un raddrizzatore;

2. i rumori tecnologici che ne derivano vengono attenuati mediante filtri incorporati;

3. l'energia stabilizzata viene invertita in corrente ad alta frequenza (da 10 a 100 kHz);

4. il trasformatore ad alta frequenza riduce la tensione al valore necessario per l'accensione stabile dell'arco dell'elettrodo (60 V);

5. Il raddrizzatore ad alta frequenza converte l'elettricità in corrente continua per la saldatura.

Ciascuno dei cinque stadi dell'inverter è controllato automaticamente da uno speciale modulo a transistor della serie IGBT in modalità feedback. Il sistema di controllo basato su questo modulo appartiene all'elemento più complesso e costoso dell'inverter di saldatura.

La forma della corrente raddrizzata creata per l'arco dall'inverter è praticamente vicina ad una retta perfetta. Consente di eseguire molteplici tipologie di saldatura su diversi metalli.

Grazie al controllo a microprocessore dei processi tecnologici che avvengono nell'inverter, il lavoro del saldatore è notevolmente facilitato dall'introduzione di funzioni hardware:

• hot start (Hot start mode) aumentando automaticamente la corrente all'inizio della saldatura per facilitare l'innesco dell'arco;

• anti-stick (Anti Stick Mode), quando quando l'elettrodo tocca le parti da saldare, il valore della corrente di saldatura scende a valori che non provocano la fusione e l'adesione del metallo all'elettrodo;

• forzatura dell'arco (modalità Arc force) quando grosse gocce di metallo fuso vengono separate dall'elettrodo quando la lunghezza dell'arco si accorcia e c'è la possibilità che si attacchino.

Queste caratteristiche consentono anche ai principianti di effettuare saldature di qualità. Le saldatrici ad inverter funzionano in modo affidabile con grandi fluttuazioni della tensione di rete in ingresso.

I dispositivi inverter richiedono un'attenta manipolazione e protezione dalla polvere che, se applicata ai componenti elettronici, può interromperne il funzionamento, portare al deterioramento della dissipazione del calore e al surriscaldamento della struttura.

A basse temperature può formarsi della condensa sulle schede dei moduli. Ciò causerà danni e malfunzionamenti. Pertanto, gli inverter vengono immagazzinati in ambienti riscaldati e non funzionano con essi durante il gelo o le precipitazioni.