A escolha da fonte de energia de soldadura por arco correcta pode ser decisiva para qualquer projeto de soldadura. Alguma vez se interrogou sobre como escolher a fonte de energia mais eficiente para as suas necessidades específicas? Este artigo analisa os factores críticos para selecionar a fonte de energia de soldadura por arco ideal, comparando as opções AC e DC e descrevendo o seu desempenho e considerações económicas. Ao continuar a ler, obterá informações sobre como melhorar a qualidade da soldadura, aumentar a segurança e otimizar a utilização de energia, garantindo que os seus projectos de soldadura são eficientes e económicos.
A seleção da fonte de energia de soldadura por arco é uma parte crítica na determinação do desempenho elétrico do equipamento de soldadura (soldador). Embora as fontes de energia para soldadura por arco tenham um certo grau de universalidade, os diferentes tipos de fontes de energia para soldadura por arco variam em termos de estrutura, desempenho elétrico e principais parâmetros técnicos.
Como mostram os quadros 1 e 2, existem diferenças significativas nas características e na economia entre as fontes de energia para soldadura por arco CA e as fontes de energia para soldadura por arco CC. Por conseguinte, só uma seleção razoável pode garantir o bom andamento do processo de processo de soldaduraque é simultaneamente económica e permite obter bons resultados de soldadura.
Geralmente, o arco potência de soldadura A fonte deve ser selecionada com base nos seguintes aspectos:
Tabela 1: Comparação das características das fontes de energia de soldadura por arco CA e CC.
| Item | Corrente alternada | Corrente contínua |
| Estabilidade do arco | baixo | elevado |
| Intercambialidade de polaridade | nada | ter |
| Influência da polarização magnética | minúsculo | mais |
| Tensão em vazio | superior | Inferior |
| Perigo de choque elétrico | maior | menor |
| Construção e manutenção | Mais simples | Mais complexo |
| Ruído | não é grande | Gerador grande, retificador pequeno e inversor mais pequeno |
| Custo | baixo | elevado |
| Alimentação eléctrica | Monofásico geral | Trifásico geral |
| Peso | isqueiro | O inversor mais pesado e mais leve |
Tabela 2: Comparação da economia das fontes de energia de soldadura por arco CA e CC.
| Principais indicadores | Alternador de soldadura por arco de corrente contínua | Gerador de soldadura por arco AC | Retificador de soldadura por arco | inversor de soldadura por arco |
| Consumo de energia eléctrica por quilograma de metal soldado | 6～8kW.h | 3～4 kW.h | 2. | |
| 0.3～0.6 | 0.65～0.90 | 0.6～0.75 | 0.8～0.9 | |
| 0.6～0.7 | 0.3～0.6 | 0.65～0.70 | 0.85～0.99 | |
| Fator de potência em vazio | 0.4～0.5 | 0.1～0.2 | 0.30～0.4~ | 0.68～0.86 |
| consumo de energia em vazio | 2～3kW | 0,2 kW | 0,38～0,46 kW | 0,03～0,1 kW |
| Consumo de materiais de fabrico | 100％ | 30～35％ | 35～40％ | 8～13％ |
| Horas-homem para a produção da fonte de energia de soldadura por arco | 100％ | 20～30％ | ||
| Preço | 100% | 30~40% | ||
| Área ocupada por cada unidade | 0.5～0.7m2 | 0.2～0.3m2 | 0.4～0.9m2 | 0.11～0.13m2 |
Há três princípios básicos tipos de soldadura corrente: Corrente contínua, corrente alternada e corrente pulsada, e estão disponíveis fontes de energia de soldadura por arco correspondentes: Fonte de energia de soldadura por arco DC, fonte de energia de soldadura por arco AC e fonte de energia de soldadura por arco pulsado.
Além disso, existe também a opção de arco inversores de soldadura. Devemos escolher o tipo de fonte de energia de soldadura por arco razoavelmente de acordo com os requisitos técnicos, efeitos económicos e condições de trabalho.
(1) Soldadura manual por arco:
Os eléctrodos ácidos são utilizados para soldar estruturas metálicas gerais e podem ser utilizados transformadores dinâmicos de soldadura por arco com núcleo de ferro, bobina dinâmica ou com comutador de derivação (tais como BXl-300, BX3-300-1, BX6-120-1, etc.).
Os eléctrodos alcalinos são utilizados para soldar aço estrutural mais importante, e podem ser utilizadas fontes de energia de soldadura por arco de corrente contínua, tais como rectificadores de soldadura por arco (tais como ZXG-400, ZXl-250, ZX5-250, ZX5-400, ZX7-400, etc.). Estas fontes de energia de soldadura por arco devem todas ter uma caraterística descendente.
(2) Soldadura por arco submerso:
Geralmente, é selecionado um transformador de soldadura por arco de maior capacidade. Se for necessária uma maior qualidade do produto, devem ser utilizados rectificadores de soldadura por arco ou fontes de energia de soldadura por arco CA de onda retangular. Estas fontes de energia de soldadura por arco devem geralmente ter uma caraterística externa descendente.
Para a alimentação do fio a velocidade constante, é preferível uma caraterística descendente mais suave e, para a alimentação do fio a velocidade variável, é preferível uma caraterística descendente mais acentuada.
(3) Soldadura com gás inerte de tungsténio (Soldadura TIG):
A soldadura TIG requer uma fonte de energia de soldadura por arco com características de corrente constante, como um arco inversor de soldadura ou retificador de soldadura por arco. Para soldar alumínio e suas ligas, é preferível uma fonte de energia de soldadura por arco CA, de preferência uma fonte de energia de soldadura por arco CA de onda retangular.
(4) CO2 Soldadura com proteção gasosa e soldadura com gás inerte de elétrodo de fusão:
Nestes casos, os rectificadores de soldadura por arco e os inversores de soldadura com características planas (para alimentação de fio a velocidade constante) ou características descendentes (para alimentação de fio a velocidade variável) podem ser utilizadas. Para uma soldadura TIG de alta qualidade, deve ser utilizada uma fonte de energia de soldadura por arco pulsado.
(5) Arco de plasma Soldadura:
Um retificador de soldadura por arco ou inversor de soldadura com características de corrente constante é preferível. Se for utilizado um elétrodo de fusão soldadura por arco de plasmaselecionar uma fonte de energia de soldadura por arco de acordo com os requisitos da soldadura por gás inerte com elétrodo de fusão.
(6) Soldadura por arco pulsado:
A soldadura por arco com plasma pulsado e a soldadura TIG pulsada devem utilizar uma fonte de energia de soldadura por arco pulsado. Em situações de elevada exigência, é preferível utilizar inversores de soldadura por arco ou fontes de energia de soldadura por arco pulsado com transístor.
Como pode ser visto acima, um método de processo de soldadura não tem necessariamente que usar um tipo particular de fonte de energia de soldadura por arco. No entanto, a fonte de energia de soldadura por arco selecionada deve cumprir os requisitos de desempenho elétrico desse método de processo de soldadura.
Isto inclui características externas, desempenho de regulação, tensão sem carga e características dinâmicas. Se algum desempenho elétrico não puder cumprir os requisitos, também pode ser alcançado através de modificações, o que mostra que as fontes de energia de soldadura por arco têm um certo grau de universalidade.
(1) Determinar aproximadamente a potência da fonte de alimentação de soldadura por arco
A principal especificação para a soldadura é a corrente de soldadura. Para simplificar, a capacidade pode ser selecionada com base na corrente de soldadura necessária, consultando o número por detrás do modelo da fonte de alimentação de soldadura por arco. Por exemplo, o número "300" em BXl-300 representa que a corrente nominal da fonte de alimentação é 300A.
(2) Corrente de soldadura admissível sob diferentes taxas de duração da carga
Como discutido no Capítulo 2, a corrente máxima de saída de uma fonte de alimentação de soldadura por arco é determinada principalmente pelo seu aumento de temperatura permitido.
Portanto, ao determinar a corrente de soldadura permitida, a taxa de duração da carga deve ser considerada. Sob a taxa de duração de carga nominal, a fonte de alimentação de soldadura por arco não excederá o seu aumento de temperatura permitido quando trabalhar com a corrente de soldadura nominal.
Quando a taxa de duração da carga muda, a corrente máxima que a fonte de alimentação de soldadura por arco pode utilizar sem exceder o seu aumento de temperatura permitido pode ser convertida com base no princípio de igual geração de calor e atingindo a mesma temperatura nominal.
Em condições normais de produção, as fontes de energia de soldadura por arco de estação única devem ser utilizadas tanto quanto possível. No entanto, em grandes oficinas de soldadura, como as oficinas de construção naval, onde existem muitas estações de soldadura e estão concentradas, podem ser utilizadas fontes de energia de soldadura por arco de estações múltiplas.
Uma vez que as fontes de energia de soldadura por arco CC requerem uma caixa de resistências para a partilha de corrente, o que consome muita energia, devem ser utilizadas o menos possível.
Nos trabalhos de soldadura de manutenção, em que o comprimento da soldadura não é longo e o tempo de utilização contínua da fonte de energia é curto, podem ser seleccionadas fontes de energia de soldadura por arco com uma taxa contínua de carga nominal mais baixa, como as que têm uma taxa contínua de 40%, 25% ou mesmo 15%.
Como as fontes de energia de soldadura por arco consomem muita energia, para fins de poupança de energia, devem ser seleccionadas, tanto quanto possível, fontes de energia de soldadura por arco de alta eficiência e poupança de energia, tais como inversores de soldadura por arco, seguidos de rectificadores e transformadores de soldadura por arco. A menos que seja especificamente necessário, os geradores de soldadura por arco CC não precisam de ser utilizados.
Tomando como exemplo a fonte de energia de soldadura por arco manual mais utilizada, esta secção introduzirá o conhecimento da instalação de uma fonte de energia de soldadura por arco. O diagrama esquemático do circuito principal da máquina de soldadura por arco manual é mostrado na Figura 8-1.
Como se pode ver no diagrama, no circuito principal, para além da fonte de energia de soldadura por arco, existem também acessórios como cabos, fusíveis, interruptores, etc. Por conseguinte, a seleção dos acessórios relevantes deve ser discutida em primeiro lugar.
(1) Seleção de cabos
Os cabos incluem linhas de alimentação da rede eléctrica para a fonte de alimentação de soldadura e cabos de soldadura da fonte de alimentação de soldadura para a tocha de soldadura e a peça de trabalho. Ao selecionar os cabos de alimentação, devem ser considerados os seguintes factores:
Ao selecionar os cabos de soldadura, devem ser consideradas a resistência ao desgaste, a capacidade de suportar forças mecânicas e a flexibilidade de movimento. A área da secção transversal do cabo de soldadura pode ser selecionada de acordo com a Tabela 8-1, com base na corrente e no comprimento do cabo. Podem ser seleccionados diferentes tipos e modelos de linhas eléctricas e cabos de soldadura de acordo com a finalidade e a Tabela 8-1.
(2) Seleção de fusíveis
Os fusíveis comuns incluem fusíveis do tipo tubo, de encaixe e em espiral. A corrente nominal do fusível deve ser maior ou igual à do fusível.
Para transformadores de soldadura por arco, rectificadores e inversores, desde que a corrente nominal do fusível seja ligeiramente superior ou igual à corrente primária nominal da fonte de energia de soldadura, é suficiente. Para geradores de soldadura por arco DC, uma vez que a corrente de arranque do motor é muito grande, o fusível não pode ser selecionado de acordo com a corrente nominal do motor, mas deve ser escolhido com base na seguinte fórmula:
Corrente nominal do fusível = (1,5~2,5) x Corrente nominal do motor Se houver um arrancador, o coeficiente na fórmula acima deve ser 1,5.
(3) Seleção dos interruptores
Os interruptores mais comuns são os interruptores de faca e os interruptores de casca de ferro.
A corrente nominal do interrutor para transformadores de soldadura por arco, rectificadores, inversores, fontes de energia de soldadura por arco transistorizadas e fontes de energia de soldadura por arco CA de onda retangular deve ser maior ou igual à corrente nominal. A corrente nominal do interrutor para geradores de soldadura por arco é três vezes a corrente nominal do motor.
(1) Rectificadores, inversores e fontes de alimentação transistorizadas para soldadura por arco
a. No caso de novas fontes de alimentação que não tenham sido utilizadas durante muito tempo, o isolamento deve ser verificado antes da instalação, o que pode ser feito utilizando um megôhmetro de 500V. No entanto, antes do ensaio, o retificador ou o elemento retificador de silício e o grupo de transístores de alta potência devem ser postos em curto-circuito com fios, para evitar que o elemento de silício ou o transístor sejam danificados por sobretensão.
A resistência de isolamento entre o circuito de soldadura e o enrolamento secundário do invólucro deve ser superior a 2,5 M. A resistência de isolamento entre o retificador e os enrolamentos primário e secundário da caixa não deve ser inferior a 2,5M.
A resistência de isolamento entre os enrolamentos primário e secundário não deve ser inferior a 5M. A resistência de isolamento entre o circuito de controlo que não está ligado aos circuitos primário e secundário e o chassis ou outros circuitos não deve ser inferior a 2,5M.
b. Verificar se existe algum dano ou ligação solta no interior da fonte de alimentação devido ao transporte antes da instalação.
a. Verificar se a capacidade de alimentação da rede está de acordo com a capacidade nominal da fonte de alimentação de soldadura por arco e se a seleção de interruptores, fusíveis e cabos está correcta e se o isolamento dos cabos é bom.
b. A secção do fio e o comprimento da linha de alimentação e da linha do cabo de soldadura devem ser adequados para garantir que a queda de tensão da linha de alimentação não exceda 5% da tensão da rede e que a queda de tensão total da linha do cabo do circuito de soldadura não exceda 4V sob a carga nominal.
(2) Transformadores de soldadura por arco
Ao efetuar a cablagem, preste atenção ao valor da tensão primária marcado na placa de identificação de fábrica. A tensão primária pode ser de 380V, 220V ou de dupla utilização. Ao instalar várias unidades, estas devem ser ligadas à rede eléctrica trifásica separadamente para obter o maior equilíbrio possível da carga trifásica. Outras questões são as mesmas que para os rectificadores de soldadura por arco.
(3) Geradores de soldadura por arco de corrente contínua
Para além das questões supramencionadas, importa ainda referir o seguinte:
A utilização e a manutenção correctas das fontes de energia de soldadura por arco não só garantem o seu desempenho normal de trabalho, como também prolongam a sua vida útil.
Bom senso na utilização e manutenção
(1) Antes da utilização, a fonte de energia de soldadura por arco deve ser inspeccionada de acordo com o manual do produto ou com as normas nacionais relevantes, e deve ser estabelecida uma certa base de conhecimentos para garantir uma utilização correcta.
(2) Antes de soldar, verificar se todas as ligações estão correctas, especialmente se a junta do cabo de soldadura está apertada para evitar sobreaquecimento ou queimaduras.
(3) Não mover ou abrir a tampa superior da máquina quando esta estiver ligada à rede eléctrica ou durante a soldadura.
(4) Ao funcionar sem carga, verificar primeiro se o som é normal e, em seguida, inspecionar se a ventoinha de arrefecimento está a soprar normalmente e se o sentido de rotação está correto.
(5) A máquina deve ser mantida limpa, e o pó deve ser soprado regularmente com ar comprimido. São também necessários testes eléctricos, inspecções e manutenção regulares.
(6) Devem ser estabelecidos os necessários sistemas rigorosos de gestão e utilização.
Utilização paralela de fontes de energia de soldadura por arco:
Quando a corrente de soldadura de uma fonte de energia de soldadura por arco é insuficiente, várias fontes de energia de soldadura por arco podem ser ligadas em paralelo para utilização. No entanto, é importante assegurar uma corrente equilibrada, polaridade e outras questões relacionadas.
As fontes de energia de soldadura por arco oferecem uma versatilidade inerente, mas quando processos de soldadura específicos exigem um desempenho para além das suas capacidades padrão, podem ser selecionadas e modificadas fontes de energia semelhantes para satisfazer esses requisitos.
Os rectificadores de soldadura por arco são particularmente susceptíveis de serem modificados para obter as caraterísticas de desempenho desejadas. Por exemplo, os rectificadores de soldadura por arco do tipo amplificador magnético, tipicamente utilizados na soldadura por arco manual, apresentam uma caraterística externa de queda (descendente).
Para adaptar estes rectificadores à soldadura com proteção de gás CO2 com fio fino e alimentação a velocidade constante, pode ser feita uma modificação simples. Removendo ou aumentando a resistência das três resistências internas da ponte dentro do amplificador magnético, a fonte de energia pode ser transformada para exibir uma caraterística plana ou uma caraterística lentamente descendente, tornando-a adequada para a soldadura por arco com CO2 de fio fino.
Para aplicações de soldadura por arco pulsado, existem várias opções de modificação:
Os geradores de soldadura por arco também podem ser modificados quando necessário. Por exemplo, o gerador AXl-500 pode ser transformado de uma caraterística descendente para uma caraterística plana:
Estas modificações demonstram a adaptabilidade das fontes de energia de soldadura para satisfazer diversos requisitos de processos de soldadura, permitindo aos fabricantes otimizar o equipamento existente para aplicações especializadas sem a necessidade de sistemas totalmente novos.
Para poupar eletricidade, é melhor substituir os geradores de soldadura por arco DC por rectificadores de soldadura por arco de silício ou rectificadores de soldadura por arco de tiristor. Com a melhoria do desenvolvimento e do nível de produção dos inversores de soldadura por arco, a sua fiabilidade e desempenho atingiram o nível das fontes de energia de soldadura por arco tradicionais, como as do tipo tiristor, e até mesmo das fontes de energia de soldadura por arco estrangeiras de primeira linha.
Além disso, têm boas características dinâmicas e um bom processo de soldadura, poupam eletricidade e materiais e são acessíveis. Devem ser amplamente promovidos e utilizados.
Como todos sabemos, os transformadores de soldadura por arco são transformadores com elevada indutância de fuga ou grande reactância. O fator de potência é tão baixo como cerca de 0,4~0,6, por isso é necessário melhorar o fator de potência para reduzir o fornecimento de energia reactiva à rede e melhorar a qualidade da energia.
Existem duas formas de instalar condensadores para compensar o fator de potência:
(1) As fábricas que utilizam extensivamente fontes de energia de soldadura por arco, tais como estaleiros navais, fábricas de estruturas metálicas, fábricas de fabrico de pontes, etc., podem adotar uma compensação centralizada.
(2) Para as empresas rurais e pequenas empresas que não dispõem de condições de compensação centralizadas, podem ser instalados condensadores nos transformadores de soldadura por arco para compensação, como se mostra na Figura 3-1.
A instalação de "dispositivos de poupança de energia" nos transformadores de soldadura por arco não só tem um certo efeito na redução da perda de potência em vazio, como também pode prevenir eficazmente o choque elétrico.
Por conseguinte, também pode ser designado por "dispositivo de prevenção de choques eléctricos e de poupança de energia". Estes produtos estão disponíveis tanto a nível nacional como internacional.
A fonte de alimentação de soldadura por arco é um equipamento elétrico que pode facilmente causar acidentes pessoais e de equipamento se não forem tomadas as medidas de segurança necessárias ou se não forem tomadas precauções. Isto pode levar a perdas irreparáveis, pelo que deve ser evitado tanto quanto possível.
A tensão em vazio de uma fonte de energia de soldadura por arco manual situa-se geralmente entre 60-90 V e os soldadores trabalham frequentemente em ambientes de elevada humidade, o que aumenta o risco de choque elétrico. O perigo é especialmente maior durante a soldadura em locais altos e dentro de recipientes metálicos. Uma corrente eléctrica que atravesse o coração de um corpo humano pode ser fatal se atingir alguns miliamperes. Os seguintes métodos podem ser utilizados para evitar choques eléctricos:
(1) Evitar o contacto com peças sob tensão:
(2) Limitar a tensão com que as pessoas podem entrar em contacto: Por vezes, é difícil evitar o contacto com determinados objectos sob tensão, pelo que é necessário limitar a tensão desses objectos sob tensão para garantir a segurança. Por exemplo, o valor máximo permitido para a tensão sem carga de uma fonte de energia de soldadura por arco é especificado; a tensão AC do circuito de controlo não deve ser superior a 36V, e a tensão DC não deve ser superior a 48V; a tensão da luz de trabalho não deve ser superior a 12V.
(3) Aumentar a resistência do isolamento: A resistência do corpo humano está principalmente na pele, e o valor da resistência está relacionado com o facto de a pele estar seca ou não. No verão, a transpiração reduz a resistência do corpo humano, o que aumenta o risco de choque elétrico. Além disso, a resistência do corpo humano também está relacionada com o estado de saúde, o estado mental e o estado emocional. Há muitas formas de aumentar a resistência do isolamento, como usar luvas de borracha quando se entra em contacto com a alta tensão; usar luvas de couro quando se faz soldadura manual por arco; usar sapatos de borracha quando se trabalha ao ar livre em dias de chuva; sentar-se num banco de madeira quando se trabalha; e usar uma touca de borracha quando se trabalha dentro de um recipiente de metal.
(4) Ligar a caixa da máquina à terra ou a zero: Em circunstâncias normais, a caixa da máquina não está sob tensão. No entanto, o isolamento entre as partes sob tensão dentro da fonte de energia de soldadura por arco e a caixa da máquina pode ser quebrado, fazendo com que a caixa da máquina se torne sob tensão devido ao contacto. As seguintes medidas devem ser tomadas para garantir a segurança pessoal:
O dispositivo de redução automática da tensão é, de facto, um "dispositivo de poupança de energia" mencionado anteriormente. Existem muitos tipos destes dispositivos, e a figura 4 mostra um exemplo.
Os transformadores de soldadura por arco são normalmente ajustados à mão diretamente na caixa do transformador para ajustar a corrente de soldadura. Quando a peça de trabalho está longe do transformador de soldadura por arco, este método de ajuste torna-se inconveniente.
Por conseguinte, pode ser utilizado o controlo remoto, o que pode ser conseguido por um motor elétrico, uma caixa de velocidades e um circuito de controlo remoto relevante. O soldador transporta consigo uma haste de ajuste e utiliza as pinças de soldadura para segurar a haste de ajuste no local de trabalho para controlar a rotação para a frente e para trás do motor elétrico, transmitindo assim o mecanismo de ajuste da corrente e alterando a corrente de soldadura. Este dispositivo de controlo remoto não só é fácil de operar, como também tem características anti-choque elétrico e de poupança de energia, que podem atingir o objetivo de trabalho seguro e poupança de energia.
(1) Princípio de anti-choque elétrico e de poupança de energia
Quando o transformador de controlo T2 é ligado, V1 é cortado, V2 é saturado e conduz, V3 é cortado e o relé K3 não é energizado. O contacto normalmente aberto K3-2 impede que o contactor CA KM1 e KM2 sejam energizados. Neste momento, o transformador de soldadura por arco T1 não está ligado à rede eléctrica de 380V e está num estado de não funcionamento seguro e com poupança de energia.
(2) Princípio do ajuste do controlo remoto da corrente de soldadura
Quando a haste de ajuste é colocada entre a pinça de soldadura e a peça de trabalho, se o díodo na haste de ajuste estiver apontado para a peça de trabalho, é gerada uma tensão DC "negativa em baixo e positiva em cima" em R25 através da retificação da tensão AC de 24V através do díodo.
Esta tensão gera uma corrente no circuito de VD18->R20->Junção emissora de V5->VD19->R25, fazendo com que V5 sature e conduza. K2 é então energizado, e o contacto K2-2 fecha, fazendo com que o motor elétrico M gire para a frente, e o núcleo de ferro dinâmico (ou enrolamento) do transformador de soldadura por arco T1 move-se para fora ou para baixo para aumentar a corrente de soldadura. Inversamente, se o díodo na haste de ajuste estiver apontado para as pinças de soldadura, V4 conduz, K1 é energizado, e o contacto K1-1 fecha, fazendo com que M rode para trás e diminua a corrente de soldadura.
Devido às boas características dinâmicas dos soldadores por arco com inversor, é necessária uma tensão sem carga relativamente baixa. Além disso, a tensão pode ser facilmente reduzida para o valor desejado através de métodos simples sem afetar significativamente o desempenho do arco.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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