StreszczenieArtykuły dotyczące teorii budowy urządzeń spawalniczych wyposażonych w zaawansowane systemy sterowania nierzadko publikowane są w Przeglądzie Spawalnictwa. Niniejszy artykuł przedstawia stosowane w nowoczesnych urządzeniach sposoby sterowania napię-ciem i prądem łuku spawalniczego wraz ze zwięzłą charakterystyką podstawowych różnic w sterowaniu.
AbstractArticles regarding the theory of design of welding machines with high-tech control systems are often published in Welding Technology Review. Used in modern welding machines voltage and current control systems with brief characteristic of fundamental differences in regulation are presented in this article.
WstępW spawaniu zwarciowym MIG/MAG o jakości połączenia decydują zjawiska fizyczne zachodzące nie w czasie zwarcia kropli, lecz w czasie jarzenia się łuku elektrycznego. Z tego powodu fizycy zajmują się filmowaniem przechodzenia kropli w łuku, pomiarem rozkładu temperatury łuku spawalniczego, ciśnienia łuku, stopnia jonizacji, ilości oparów itd. [1,2]. Z kolei dla technologa istotna jest stabilność procesu i jakość połączenia, a dla energoelektronika i konstruktora urzą-dzeń istotne jest zrozumienie i hierarchiczne poukłada-nie tych spraw.
Mechaniczne oderwanie kropliPrzebiegi prądu i napięcia wraz ze zdjęciami łuku elektrycznego, uzyskane przy zastosowaniu tradycyjnego prostownika, przedstawiono na rysunku 1a [3]. Najważniejszą wadą procesu jest narastający podczas zwarcia, od punktu E do punktu F, prąd spawania, gdyż po oderwaniu kropli i ponownym zajarzeniu łuku, ze względu na dużą indukcyjność obwodu (dła-wiki), nie może od razu spaść do wartości przed zwarciem. Podczas zwarcia, ze względu na niskie napię-cie, moc grzania jest niewielka. Jak udowodnił prof. Oshima z Instytutu Elektroniki Saitama University, po rozwarciu i zajarzeniu łuku w wyniku wzrostu napięcia moc gwałtownie wzrasta, powodując nadmierne nagrzanie jeziorka spawalniczego -drut topi się zbyt szybko, powodując rozprysk [4]. Wyrzucana kropla powoduje wyrzucenie jonów, co objawia się krótkotrwałym spadkiem prądu do zera. Ruchy konwekcyjne w bardzo krótkim czasie zatykają "dziurę jonową", przywracając przepływ prądu i zajarzenie łuku, a w konsekwencji prowadzą do stabilnego jarzenia się łuku i zwarciowego przenoszenia metalu z drutu do jeziorka spawalniczego. Aby ograniczyć niekorzystne narastanie prą-du, w latach 80. zastosowano mechaniczne odrywanie kropli na skutek wibracji uchwytem -"wibrostyk" stosowany do regeneracyjnego napawania wałów autobusów, a współcześnie odciąganie drutu szybkim mikrosilniczkiem (funkcja CMT Fronius, rys. 1b) [2]. Niemiecka firma NWM opracowała tranzystorowe źródło pozwalające obniżyć prąd po rozwarciu do wartości przed zwarciem (funkcja cold arc, rys. 1c).Funkcje CMT i cold arc obniżają moc zajarzania się łuku oraz obniżają temperaturę jeziorka do temperatury topnienia metalu, co pozwala na łączenie blach aluminiowych z ocynkowanymi blachami karoseryjnymi. Niska temperatura jeziorka pozwala łączyć bez przepaleń blachy o szczelinie większej od ich grubo...