Izvori Toplote Za Zavarivanje

1

VJEŽBA 3 – IZVORI TOPLOTE ZA ZAVARIVANJE

Strana - 1

Izvori toplote prema obliku energije1) električne (električni luk, plazma, električni otpor…),2) kemijske (mješavina oksi-acetilenskog gasa, alumino-termitska smjesa…),3) mehaničke (trenje, ultrazvuk, eksplozija,…),4) difuzijske (tvrdi i meki lem,…),5) fokusirane (optički-laser, elektronski mlaz,…).

Električni luk-REL Plazma Električni luk-TIG + Plazma

Električni otpor –tačkasto zavarivanje

Oksi-acetilenski plamen

Trenje(frikciono zavarivanje)

Meko lemljenje Laser Elektronski mlaz

Mašinski fakultet Sarajevo – Naučna oblast: Tehnike spajanja – Prezentacije auditornih vježbi iz predmeta Tehnike spajanja 1 – I. Hajro, D. Hodžić


Strana - 2

Izvori toplote prema gustoći1) visoke gustoće: tope i isparavaju materijal (>102 - 104 W/mm2)2) normalne gustoće: tope materijal (10-1 - 102 W/mm2)3) niske gustoće: materijal se zagrijava da se olakša difuzija (<10-1 W/mm2)

- primjer za Fe-legure -

temperatura

priti

sak

1 2 3

~800 °C ~1500 °C

Podjela postupaka spajanja zavarivanjem prema radnoj temperaturi i pritisku1) zavarivanje pritiskomna niskim temperaturamaEZ- eksplozivno zavarivanje, KZ- kovačko zavarivanje, UZ- ultrazvučno zavarivanje,DZ- difuziono zavarivanje...

2) zavarivanje pritiskomna povećanim temperaturamaEOZ- elektro-otporno, FZ- frikciono zavarivanje, TL- tvrdo lemljenje, IZ- indukciono zavarivanje...

3) zavarivanje topljenjemEL- elektro-lučno zavarivanje (REL, TIG, MAG, EPP, Plazma...), LZ- zavarivanje laserom,EMZ-elektronski mlaz...

EZ

DZ

KZ

UZ

IZ

EOZ

FZ

TL

EL LZ, EMZ


2


Strana - 3

Koncentrisani izvori toplote za zavarivanje – Električni luk i Električna struja

Električni luk pri zavarivanju TIG postupkom


Volframska elektroda

Električni luk

Osnovni materijal

Šta je to električni luk?


Strana - 4

Koncentrisani izvori toplote za zavarivanje – Električni luk i Električna strujaElektrični luk ??? Električna struja ???

An electric arc is an electrical breakdown of a gas which produces an ongoing plasma discharge, similar to the instant spark, resulting from a

current flowing through normally nonconductive media such as air[WIKIPEDIA]

Električni luk je kontinualno električno praženjenje kao rezultat protoka električne struje kroz ne-provodljivi medij u normalnim uslovima (zrak)

Električna struja je protok naelektrisanih čestica (konvencija: protok od – ka +)

Električna struja na kontaktnim površinama uzrokuje zagrijavanje zbog povećanog električnog

otpora, ili prolaskom kroz materijal određenog električnog otpora... Joule-ova toplota

2

0( ) (1 )T

Q I R tlRA

R R T R T

ρ

α

= ⋅ ⋅

= ⋅

= = + ⋅

Toplota za zavarivanje nastaje transformacijom kinetičke energije u toplotnu, te konvekcijom i zračenjem električnog luka

Toplota za zavarivanje nastaje uslijed protoka električne energije kroz materijal

određenog električnog otpora


3


Strana - 5

Izvori električne struje za zavarivanje1) Transformatori2) Ispravljači3) Agregati i rotacioni pretvarači4) Inverteri

...električni uređaji koji na mjestu zavarivanja daju električnu struju sa karakteristikama pogodnim za zavarivanje...

Karakteristike električne struje pogodne za zavarivanje

Jačina električne strujeI [A]

Napon električnog lukaU [V]

...obezbjediti stabilan električni luk, jonizacija zračnog prostora,

sigurnost zavarivača...

...obezbjediti potrebnu toplotu za topljenje osnovnog i dodatnog

materijala...

2Q I R t= ⋅ ⋅



Strana - 6

Izvori električne struje za zavarivanje - TRANSFORMATORI

1 1 2

2 2 1

U n IU n I

= =

1) Električna struja na ulazu u transformator ?

2) Električna struja na izlazu iz transformatora ?

Vidi:http://www.millerwelds.com/education/basicelec/


4


Strana - 7

Izvori električne struje za zavarivanje - ISPRAVLJAČI

Transformatorski dio - 1 fazapovećanje struje ismanjenje napona

Ispravljački dio - 2 fazaispravljanje naizmjenične struje

u istosmjernu

1) Električna struja na ulazu u ispravljač ?2) Električna struja na izlazu iz ispravljača ?

Filterski dio - 3 fazadodatno ispravljanjeistosmjerne struje




Strana - 8

Izvori električne struje za zavarivanje - AGREGATI1) Energija na ulazu u agregat ?2) Energija - Električna struja na izlazu iz agregata ?

Koriste se u montaži kada nema mogućnostipriključka na električnu mrežu

...znatno skuplji izvori struje u odnosu natransformatore i ispravljače... cca. 10.000 €

Izvori električne struje za zavarivanje – ROTACIONI PRETVARAČI...struju iz električne mreže posredstvom elektromotora i generatora pretvaraju u struju vrlo dobrih karakteristika za zavarivanje...Namijenjeni za uslove rada sa nestabilnim snabdijevanjem iz električne mreže...


5


Strana - 9

Izvori električne struje za zavarivanje - INVERTERIIspravljački dio – 1 faza Filterski dio – 2 faza Visokofrekventni transformator – 3 i 4 faza

Ispravljački dio – 5 faza Filterski dio – 6 faza

AC 380 V50 Hz

DC 380 V AC 380 V30 kHz

AC 80 V30 kHz

Različiti tipovi struje koje se koriste za zavarivanje- izlaz iz Invertera -

Tipovi električne struje na izlazu:- istosmjerna (TIG, MIG uređaji),- visokofrekventna pulsirajuća struja (uglavnom istosmjerna, a može i naizmjenična) – (TIG i MIG uređaji)




Strana - 10

Karakteristike električne struje i električnog luka za zavarivanje

Visokofrekventna naizmjenična struja – HF AC TIG

Koristi se za iniciranje i stabilizaciju električnog luka pri TIG zavarivanju...

niskofrekventna naizmjenična struja –AC TIG

Nestabilan električni luk pri TIG zavarivanju...



6


Strana - 11

Prenos metala u električnom luku u zavisnosti od struje i napona

Short arcprenos kratkim spojem

Spray arcsprej transfer

Pulsed arcPulsirajući transfer

Dijagram napon el. luka – jačina struje - Karakteristična područja prenosa metala u električnom luku



Strana - 12

Mikroprocesorski kontrolirani izvori struje za zavarivanje - Fronius “Digitalna Revolucija”Mikroprocesorki kontrolirani

parametri zavarivanjaI [A], U [V]

Prenos metala u električnom luku “dip transfer” – FRONIUS

Prenos metala je određen PULSIRAJUČOM STRUJOM

...objasniti vrijednosti jačine struje u tačkama 1, 2, 3, 4...

Dodatne funkcije uređaja za zavarivanje se ostvaruju instaliranjem

odgovarajućeg software-a...znanje je smješteno u fleksibilnom

software-u, a ne u nefleksibilnom hardware-u (klasični analogni

uređaji za zavarivanje)... Motherboard – matična pločaizvora struje za zavarivanje FRONIUS


7


Strana - 13

Regulacija dužine električnog luka

Zahtjev regulacijeZadržati konstantnu dužinu električnog luka!

svrha: zadržati konstantne “predefinirane” parametre zavarivanja: I[A], U [V]ovim se osigurava kvaliteta zavarenog spoja obzirom na:geometrijske karakteristike zavara i prisustvo grešaka



Strana - 14

Statička karakteristika izvora struje i statička karakteristika električnog lukaTipovi: strma (REL, TIG, MAG-MIG), ravna (MAG-MIG)...

Zavisnost struje zavarivanja i napona električnog luka nije

linearna, te na važi Ohm-ov zakon: U=I*R


8


Strana - 15

INTERMITENCIJA izvora struje zavarivanjaIntermitencija izvora struje predstavlja količnik:ukupnog vremena zavarivanja i ukupnog vremena rada uređaja – izvora struje:

vrijeme zavarivanjaintermitencija izvora struje zavarivanja= vrijeme rada izvora struje

vrijeme rada izvora struje= vrijeme zavarivanja + vrijeme hlađenja (praznog hoda)Primjer:Izvor stuje ima:- intermitenciju od 30% - pri zavarivanju jačinom struje od 200 A;- intermitenciju od 100% - pri zavarivanju jačinom struje od 120 APodatke o intermitenciji izvora struje daje proizvođač uređaja (izvora struje) za zavarivanja

Napomena:...većina uređaja – izvora struje zavarivanja automatski prestaje sa radom (poćinje hlađenje) kada se dostigne radna temperatura od cca. 70 °C......zavarivanje se može ponoviti tek kada se uređaj ohladi ispod određene temperature (cca. 50 °C)...

INTERMITENCIJA pogona za zavarivanje ???



Strana - 16

Bilans snage i Pogonska energija (Heat Input)

Snaga električnog luka

Snaga u metalu Gubici el. luka

el el elP = U I⋅

el el elP = U I elη⋅ ⋅ elη

el P ZP = E v⋅

el elP

Z

U IE =v elη⋅

⋅

Pogonska energija

Termički koeficijent iskorištenjapostupka zavarivanja

- električnog luka -

Efektivna energija koja se koristi za zavarivanje, odnosno topljenje uske zone

osnovnog materijala (zavarivačke kupke), te topljenje dodatnog materijala

Ostali gubici podrazumjevaju:- gubitke uslijed prskanja istopljenog materijala,- gubitke provođenjem kroz osnovni materijal,

- gubitke zračenja osnovnog materijala,- gubitke konvekcijom sa osnovnog materijala 0,21 – 0,48TIG

0,65 – 0,85MIG-MAG

0,65 – 0,85REL

0,90 – 0,99EPP

Termički koeficijenti iskorištenja postupka - ηel


Documents

Izvori Toplote Za Zavarivanje