Thiết kế nguồn hàn hồ quang một chiều dùng thyristor có ihmax= 400a; udmax=60v

Một trong những phương pháp nâng cao chất lượng của các mối hàn là sử dụng máy hàn hồ quang một chiều để hàn.. Các phương pháp hàn với mật độ dòng nhiệt cao cho phép thực hiện các mối hà

621 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

THIẾT KẾ NGUỒN HÀN HỒ QUANG MỘT CHIỀU DÙNG

THYRISTOR CÓ I HMAX =400A; U DMAX =60V

Sinh viên thực hiện: Thân Văn Quang

Giảng viên hướng dẫn: Ks Hoàng Võ Tùng Lâm

NGHỆ AN, 1-2015

BẢNG THÔNG QUA ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Họ và tên : Thân Văn Quang MSSV : 1051080546

Tên đồ án: Thiết kế nguồn hàn hồ quang một chiều dùng thyristor có:

Ihmax= 400A; Udmax=60V

Nhận xét (cho phép/

không cho phép, thông qua đợt sau)

Chữ ký GVHD

1 ………

2 ………

3 ………

4 ………

Nhận xét chung………

Xác nhận của giáo viên hướng dẫn:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Thân Văn Quang Số hiệu sinh viên: 1051080546

Ngành: Điện tử viễn thông Khoá: 51

Giảng viên hướng dẫn: Ks Hoàng Võ Tùng Lâm

Cán bộ phản biện: ThS Đặng Thái Sơn

1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

Với đề tài: “Thiết kế nguồn hàn hồ quang một chiều dùng thyristor có: Ihmax=

400A ; Udmax=60V” Thiết kế mày hàn hồ quang thế hệ mới thay thế mày hàn

hồ quang điện thế hệ cũ có nhiều nhược điểm Bằng cách sử dụng công nghệ nghịch lưu tần số cao với thành phần chính bên trong máy là các linh kiện điện

tử bán dẫn, biến áp xung …để có kích thước rất gọn nhẹ, cơ động, hiệu năng

sử dụng cao (60%) và đặc biệt là rất tiết kiệm điện

2 Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

( Ký, ghi rõ họ và tên )

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN1

1.1 Sơ lược về công nghệ hàn2

1.1.1 Các nguyên lý hình thành mối hàn2

1.1.2 Đặc điểm nguồn nhiệt hàn5

1.1.3 Thời gian tương tác giữa nguồn nhiệt và vũng chảy9

1.1.4 Phân loại phương pháp hàn điện13

1.2 Hàn hồ quang14

1.2.1 Định nghĩa14

1.2.2 Cấu tạo hồ quang16

1.2.3 Phân lọai hồ quang hàn16

1.2.3.1 Hàn hồ quang tự động16

1.2.3.2 Hàn tiếp xúc 17

1.3 Nguồn hàn hồ quang16

1.3.1 Hệ số tiếp điện của nguồn hàn16

1.3.2 Các yêu cầu với nguồn hàn hồ quang17

1.3.3 Các nguồn hàn hồ quang19

1.3.3.1 Các nguồn hàn hồ quang xoay chiều20

1.3.3.2 Các nguồn hàn hồ quang một chiều23

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CHỈNH LƯU30

Phụ lục 94

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển nền kinh tế của mỗi quốc gia phụ thuộc rất nhiều vào mức

độ cơ gới hóa và tự động hóa trong các quá trình sản xuất Trong quá trình sản xuất công nghiệp hiện đại sự cơ giới hóa và tự động hóa giúp nâng cao năng suất lao động và chất lợng sản phẩm Một trong những vấn đề đang được các nhà sản xuất rất quan tâm hiện nay là việc ghép nối các chi tiết với nhau để cấu thành sản phẩm Trong tất cả các phơng pháp ghép nối các chi tiết với nhau thì phơng pháp hàn điện có nhiều ưu điểm hơn tất cả và đáp ứng được hầu hết các yêu cầu của các nhà sản xuất Chính vì vậy mà ngày nay các máy hàn điện

đã xuất hiện và được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp, chế tạo máy ,vận tải, xây dựng nông nghiệp .và trở thành một phần tất yếu không thể thiếu

Một trong những phương pháp nâng cao chất lượng của các mối hàn là

sử dụng máy hàn hồ quang một chiều để hàn

Đề tài tốt nghiệp trong cuốn đồ án này là tìm hiểu: ‘Thiết kế nguồn hàn

hồ quang một chiều dùng thyristor có: Ihmax= 400 A ; Udmax= 60V’

Cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo Ks Hoàng Võ Tùng Lâm

em đã hoàn thành nhiệm vụ được giao và rút ra những vấn đề cần thiết về hàn điện với các phương pháp sử dụng hợp lí và kinh tế

Nội dung của đồ án được trình bày theo sáu chương:

- Chương I : Tổng quan về hàn điện

- Chương II : Chọn sơ đồ chỉnh lưu

- Chương III : Tính toán và thiết kế mạch lực

- Chương IV : Tính toán và thiết kế mạch điều khiển

Trong quá trình tìm hiểu ,nghiên cứu và thực hiện đồ án này em đã cố

gắng trình bày những vấn đề về hàn điện nói chung và máy hàn một chiều nói

riêng Nhưng vì thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài có hạn cùng với kinh

nghiệm, kiến thức của bản thân còn hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi

những thiếu sót Kính mong thầy giáo hướng dẫn cùng các thầy cô giáo trong

khoa Điện tử viễn thông góp ý , giúp đỡ em cũng cố kiến thức của mình

Em xin được chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện :

Thân văn Quang

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Do những máy hàn hồ quang điện thế hệ cũ có cấu tạo tương tự như một máy biến thế hạ áp gồm 2 cuộn dây đồng đường kính lớn quấn riêng biệt chung quanh một lõi từ, vật liệu làm lõi từ là các lá thép kỹ thuật mỏng ghép lại với nhau Vì vậy kích thước của chúng to lớn, cồng kềnh, nặng nề, nhưng hiệu năng rất thấp (20%) và một điều quan trọng là chúng ngốn một lượng điện đáng kể khi vận hành Đồ án này đi vào tìm hiểu, khắc phục các nhược điểm của máy hàn hồ quang điện thế hệ cũ Để đáp ứng yêu cầu đó các máy hàn điện thế hệ mới này phải sử dụng công nghệ nghịch lưu tần số cao với thành phần chính bên trong máy là các linh kiện điện tử bán dẫn, biến áp xung …Vì vậy kích thước của chúng rất gọn nhẹ, cơ động, hiệu năng sử dụng cao (60%) và đặc biệt là rất tiết kiệm điện Trong đồ án này cũng đã sử dụng phần mềm TINA để mô phỏng kết quả của mạch điều khiển

ABSTRACT

Because electric arc welders older generation have the same texture as

a low voltage transformer included two large diameter copper coil separately wrapped around a core of, Core material from the engineering thin steel sheets put together So their size to large, bulky, heavy, but the performance is very low (20%) and the important thing is that they consume a significant amount

of electricity to operate This thesis was studied overcome the drawbacks of

generation of electric welding machine must use technology high frequency

inverter, the main components inside the machine is the semiconductor

electronic components, pulse transformer… So their size is compact, mobile,

using high-performance (60%) and especially a power saving In this project

also used TINA software to simulate the results of the control circuit

Danh sách hình vẽ:

Hình 1.2 Nhiệt lượng hấp thu bởi chi tiết hàn theo mật dòng nhiệt 18

Hình 1.3 Quan hệ giữa công suất nguồn nhiệt và độ bền các mối hàn trên hợp

Hình 1.4 (a) Tác động của mật độ nguồn nhiệt và mức độ tản nhiệt khi hàn

đến biến dạng và năng suất hàn (b) Quan hệ năng suất , chi phí đầu tư và mật

Hình 1.5 Tốc độ hàn tối đa, kích thước vũng chảy theo mật độ nguồn nhiệt 21

Hình 1.7 Độ rộng của vùng ảnh hưởng nhiệt theo mật độ nguồn nhiệt 24

Hình 1.17 Họ đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh của máy hàn một chiều

Máy phát hàn một chiều có cuộn kích từ song song cuộn khử từ nối tiếp 37

Hình 1.19 Máy phát hàn một chiều có cực từ rẽ 38

Hình 2.2 Đồ thị dạng điện áp và dòng điện chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng 45

Hình 2.6 Đồ thị chỉnh lưu điều khiển 3 pha hình tia với = 90 51

Danh sách các bảng biểu:

Bảng 1 Các nguyên lý hình thành mối hàn 3

Bảng 2 Các nguồn năng lượng hàn4

Bảng 3 hiệu suất trao đổi nhiệt khi hàn12

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN

Hàn là một nguyên công công nghệ có vai trò rất quan trọng trong hầu hết các ngành công nghiệp Sau đây là cái nhìn tổng quan của công nghệ hàn

nói chung và hàn hồ quang nói riêng

1.1 Sơ lược về công nghệ hàn

Hàn là một nguyên công công nghệ có vai trò rất quan trọng trong hầu hết các ngành công nghiệp Thông hiểu về đặc điểm, và biết cách xác định các tiêu chí phù hợp khi phân tích, chọn lựa các phương pháp hàn áp dụng trong thi công sẽ góp phần to lớn nâng cao chất lượng, năng suất lao động và hạ giá thành sản phẩm.. Hàn là quá trình công nghệ sản xuất các kết cấu không thể tháo rời được từ kim loại, hợp kim và các vật liệu khác Bằng sự hàn nóng chảy có thể liên kết được hầu hết các kim loại và hợp kim với chiều dày bất

kỳ Có thể hàn các kim loại và hợp kim không đồng nhất. Mối hàn được thực hiện bằng nguồn nhiệt để nung mối đến trạng thái lỏng hoặc dẻo,sau đó kim loại kết tinh hoặc dùng áp lực ép các phần tử liên kết với nhau

loại cơ bản Các biến dạng của kết cấu gây bởi ứng suất dư có thể làm sai lệch kích thước và hình dáng của nó và ảnh hưởng tới độ bền của mối ghép

1.1.1 Các nguyên lý hình thành mối hàn

Để có thể hình thành nên mối hàn , vùng tiếp giáp giữa hai mép hàn cần năng lượng và điều kiện hóa lý các nguyên tử từ hai bề mặt có thể di chuyển (khuếch tán) vào nhau hình thành nên các liên kết nguyên tử mới Nói cách khác, về bản chất liên kết hàn là liên kết nguyên tử

Có nhiều cách cung cấp năng lượng và trạng thái bề mặt cũng như các điều kiện hóa lý tạo nên mối hàn

Cách thông dụng nhất là nung chảy vùng kim loại mép hàn trong điều kiện hóa lý phù hợp, sau đó vũng chảy sẽ đông rắn lại tạo nên mối hàn Các phương pháp hàn dùng nguyên lý hình thành mối hàn từ nguyên lý nóng

chảy–ông rắn thường được gọi là phương pháp hàn nóng chảy

Ngoài phương pháp nóng chảy nêu trên, mối hàn còn có thể được hình thành bằng cách đốt nóng hai bề mặt tiếp giáp đến trên nhiệt tái kết tinh sau

đó tạo nên các biến dạng dẽo cục bộ tại khu vực hàn Trong tiến trình nguội lại, quá trình tái cấu trúc của mạng tinh thể, tạo hạt sẽ hình thành nên mối hàn giữa hai bề mặt tiếp xúc Phương pháp này có lịch sử rất lâu đời và thường được gọi với tên dân gian là “cháy”; thuật ngữ kỹ thuật là “hàn rèn” hoặc

hiện đại hơn “hàn tiếp xúc trạng thái rắn” hay “hàn áp lực”

Quá trình khuếch tán các nguyên tử từ bề mặt này sang bề mặt khác cũng có thể diễn ra tại mặt tiếp xúc giữa hai pha lỏng – rắn cho các nguyên

tử từ pha lỏng có thể khuếch tán vào bề mặt rắn, kích thước và đặc điểm các nguyên tử khuếch tán và nguyên tử trong bề mặt rắn phải có sự tương đồng

về mặt luyện kim Theo thuật ngữ luyện kim, ta nói chúng có thể hình thành

nên các dung dịch rắn thay thế hoặc xen kẻ Phương pháp hàn có nguyên lý hình thành mối hàn theo kiểu này thường được gọi là “hàn vãy” Phương pháp hàn vảy được phân nhóm chi tiết là hàn vảy mềm, hàn vảy cứng

và hàn vảy nóng chảy Hàn vảy mềm , sở dỉ có tên như thế vì vật liệu p thường khá mềm, khi nhiệt nóng chảy của vảy hàn nhỏ hơn 4500

C; cao hơn

sẽ được gọi là hàn vảy cứng Hàn vảy nóng chảy thực tế chẳng có ràng buộc nào với “đồng hoặc thau” Thuật ngữ này dùng chỉ các phương pháp hàn vật liệu bẳng hợp kim cùng tinh là hợp kim có cùng bản chất với kim loại nền song có nhiệt nóng chảy thấp nhất

Bảng 1 Các nguyên lý hình thành mối hàn

Bảng 2 Các nguồn năng lượng hàn

1.1.2 Đặc điểm nguồn nhiệt hàn

Hình 1.1 Mật độ nguồn nhiệt của các phương pháp hàn thông dụng

Khi đưa một thiết bị sấy tóc công suất 1.5‐kW gần một tấm thép không

gỉ 304 dày 1.6mm; chúng ta thấy là vùng nung nóng có đường kính đến 50mm, song không thể hy vọng là đến lúc nào đó tấm thép không gỉ sẽ bị nóng chảy Trái lại với một hồ quang TIG (GTAW) công suất cỡ 1.5kW, thì vùng nung nóng chỉ khoảng 6mm đường kính, song tấm thép sẽ bị đốt nóng

chứ không phải công suất nguồn nhiệt, là yếu tố chính khi xem xét một nguồn năng lượng nào đó có thích hợp với công việc hàn hay không

Hình 1.2 Nhiệt lượng hấp thu bởi chi tiết hàn theo mật dòng nhiệt

Hình 1.2 cho thấy quan hệ giữa mật nguồn nhiệt và nhiệt lượng chi tiết hàn hấp thu được Ta thấy nguồn năng lượng có mật dòng nhiệt càng cao, thì nhiệt lượng hấp thu bởi chi tiết hàn càng giảm Khi mật dòng nhiệt quá thấp, khu vực nung nóng phân tán rộng làm cho việc hình thành vũng chảy hoặc không thể hình thành hoặc không thể kiểm soát được

Rõ ràng là mật dòng nhiệt càng cao thì khu vực nóng chảy hình thành

nên bể hàn càng nhỏ, khu vực ảnh hưởng nhiệt (HAZ) càng hẹp Tiết diện mối hàn được thực hiện bởi phương pháp hàn Oxy – acetylen sẽ rộng và nông hơn tiết diện mối hàn được thực hiện bởi phương pháp hàn que Đối với các nguồn nhiệt có mật cao như hồ quang plasma, LASER, chùm tia Electron … thì bể hàn hầu như bị đánh thủng tức thời Mối hàn chỉ được hình thành khi lượng kim loại đắp được cung cấp nhanh lấp lại lỗ thủng Các phương pháp hàn với mật độ dòng nhiệt cao cho phép thực hiện các mối hàn

có độ ngấu sâu, tốc độ hàn cao là các giải pháp phù hợp cho năng suất và chất lượng hàn

Hình 1.3 Quan hệ giữa công suất nguồn nhiệt và độ bền các mối hàn trên hợp

kim

Đối với nhôm và hợp kim nhôm, do tính chất đặc trưng của vật liệu như

ảnh hưởng rất lớn đến độ bền mối hàn (Hình 1.3); theo đó độ bền suy giảm nhanh khi mật độ nguồn nhiệt tăng cao Các nhóm nhôm hoá bền (durable aluminium) (6061, 7039) suy giảm độ bền nhanh hơn các nhóm nhôm dẽo (2019,5083)

Hình 1.4 (a) Tác động của mật độ nguồn nhiệt và mức độ tản nhiệt khi

hàn đến biến dạng và năng suất hàn

(b) Quan hệ năng suất , chi phí đầu tư và mật độ nguồn nhiệt

Ở hình 1.4 (a) chúng ta thấy tác động của mật độ nguồn nhiệt và bề dày chi tiết đến góc biến dạng hàn Mật độ càng cao thì ảnh hưởng của bề dày chi tiết đến biến dạng hàn càng giảm

Hình 1.4 (b) mô tả mối tương quan giữa mật độ nguồn nhiệt với tốc độ hàn và chi phí đầu tư

Ngoài công suất nguồn nhiệt, hai yếu tố chính quyết định mật độ nguồn nhiệt là tiết diện phân bố và thời gian tương tác cần thiết để tạo nên vũng chảy

1.1.3 Thời gian tương tác giữa nguồn nhiệt và vũng chảy

Theo hình 1.3 và 1.4 thì nguồn nhiệt có mật độ càng thấp, thời gian cần

để hình thành vũng chảy càng kéo dài năng lượng tổn thất do nung nóng chi tiết hàn càng lớn Đối với các phương pháp hàn nóng chảy thời gian tương tác phụ thuộc vào tốc độ hàn; trong khi tốc độ hàn được quyết định bởi năng suất đắp và lượng kim loại cần đắp thêm để hoàn tất tiết diện hàn

Hình 1.5 Tốc độ hàn tối đa, kích thước vũng chảy theo mật độ nguồn

nhiệt

Từ hình 1.5 ta thấy việc tăng mật độ nguồn nhiệt thúc đẩy tốc độ hàn tăng nhanh trong khi tiết diện vũng chảy có xu hướng thu hẹp, do phải di chuyển nhanh tránh cháy thủng nên thời gian tương tác giảm Từ các phân tích trên hình 1.5 có thể ước lượng mật độ nguồn nhiệt theo công thức sau:

(1.1)

Trong đó: q : mật độ nguồn nhiệt (W/s 2 )

k : hiệu suất trao đổi nhiệt

V : tốc độ hàn (m/s)

b : bề rộng mối hàn(m)

Đối với các phương pháp hàn hồ quang nóng chảy thì hiệu suất trao đổi nhiệt phụ thuộc vào :

Nhiệt độ plasma hồ quang

ƒ Hệ số truyền nhiệt của môi trường bảo vệ

ƒ Hệ số tản nhiệt và bề dày chi tiết

ƒ Hệ số tổn thất nhiệt trên kềm, súng , đuốc hàn (khi được giải nhiệt bằng nước)

Hình 1.6 Phân bố công suất nhiệt khi hàn

Bảng 3 hiệu suất trao đổi nhiệt khi hàn

Khi hàn, năng suất hàn phụ thuộc vào năng suất đắp của vật liệu hàn (que / dây hàn) và phương pháp hàn Trong khi chất lượng mối hàn, thể hiện qua cơ tính và độ bền vững của mối hàn khi chịu tải lại phụ thuộc vào chu trình nhiệt và cấu trúc luyện kim của khu vực chịu tác động của nguồn nhiệt hàn

Chu trình nhiệt hàn là diễn biến nung nóng và làm nguội khi hàn phụ thuộc vào mật độ nguồn nhiệt, các tính chất vật lý của kim loại hàn và kim loại đắp , số lượt đắp và lượng kim loại đắp cho mỗi lượt

Cấu trúc luyện kim và độ lớn của vùng chịu tương tác nhiệt phụ thuộc vào mật độ nguồn nhiệt, tính chất vật lý, luyện kim của kim loại đắp và kim loại chi tiết

Thực tế hiển nhiên là khi vùng ành hưởng nhiệt (HAZ) càng lớn thì các tổn thất chất lượng càng cao Tổn thất nhẹ nhất khi hàn trên các vật liệu có tính hàn cực tốt là biến dạng nhiệt Hình 1.7 cho thấy quan hệ giữa mật độ nguồn nhiệt và độ rộng của HAZ

Hình 1.7 Độ rộng của vùng ảnh hưởng nhiệt theo mật độ nguồn nhiệt

Một phương trình quen thuộc với các chuyên gia hàn và có tên rất ấn tượng là phương trình EINSTEIN thể hiện quan hệ giữa độ ngấu và thời gian

tác động nguồn nhiệt

t X α =∝ (1.2) Theo phương trình này thì X là độ ngấu tỉ lệ với căn bậc hai của α là hệ

số khuếch tán nhiệt của vật liệu Cm2/S và t là thời gian tác động

Độ ngấu có ý nghĩa quan trọng khi hàn đắp trên thép hợp kim vì nó sẽ làm thay đổi thành phần kim loại của mối hàn và do đó tác động đến cơ tính và tính bền vững của mối hàn và vùng HAZ

Hệ số khuếch tán nhiệt tất nhiên sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn nhiệt tiết diện phân tán của nguồn nhiệt, còn thời gian tương tác sẽ phụ thuộc vào tốc độ hàn và như vậy rõ ràng là mật độ nguồn nhiệt cũng gián tiếp ảnh hưởng đến độ ngấu (bề sâu vũng chảy ) khi hàn

Các thực nghiệm để xác định các hệ số ở phương trình (1.1) và phương trình (1.2) có ý nghĩa thực tiển rất lớn đối với các nghiên cứu tự động hóa quá trình hàn

1.1.4 Phân loại phương pháp hàn điện

Có thể phân loại các phương pháp hàn điện theo sơ đồ tổng quát sau:

Hình 1.8 Phân loại các phương pháp hàn điện

phương pháp hàn bằng tay, hàn tự động hoặc bán tự động

Phương pháp hàn hồ quang điện có những ưu điểm nổi bật sau :

+ Khả năng ghép nối các chi tiết cao với chất lượng mối hàn tốt, mối hàn

có độ bền cao và đảm bảo độ kín

+ Chi phí sản xuất hạ , cho năng suất lao động cao

+ Ít tiêu hao nguyên vật liệu so với phương pháp ghép nối khác,hàn tiết kiệm 10-20% khối lượng kim loại

+ Bảo vệ môi trường vệ sinh công nghiệp

+ Công nghệ đơn giản, khả năng cơ giới hóa và tự động hóa cao

1.2.2 Phân lọai hồ quang hàn

1.2.2.1 Hàn hồ quang tự động

Quá trình hàn gồm có các công việc:

+ Đốt cháy hồ quang

+ Cho điện cực tiến dần về phía hồ quang tùy theo sự nóng chảy

+ Giữ cho hồ quang cháy với một chiều dài nhất định

+ Di chuyển que hàn theo đường hàn

Hàn tự động thì tất các công việc trên đều được thực hiện bằng máy móc Hàn nửa tự động thì một số công việc được thực hiện bằng máy một số được thực hiện bằng tay

Hàn hồ quang tự động được dùng đặc biệt trong các ngành chế tạo tàu biển, máy bay , nồi hơi , với chất lượng mối hàn tốt , ngọn lửa hồ quang cháy ổn định và chống xâm thực của không khí vào mối hàn

Trong máy hàn có hai hệ thống truyền động riêng biệt:

+ Hệ truyền động đẩy điện cực vào vùng hàn:Sử dụng hệ máy phát_Động

cơ hoặc hệ bộ biến đổi tiristor _Động cơ (T _ Đ)

Có ba cách hàn tiếp xúc điển hình:

+ Hàn điểm : để hàn các tấm kim loại mỏng

+ Hàn nối : để hàn ống hoặc thanh

+ Hàn đường : để hàn các thùng chứa

1.3 Nguồn hàn hồ quang

1.3.1 Hệ số tiếp điện của nguồn hàn

Máy hàn là loại máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại Đặc trưng quan trọng của chế độ này là hệ số tiếp điện

Hệ số tiếp điện TĐ% của nguồn hàn hồ quang được tính theo công thức:

Để đảm bảo tuổi thọ cho máy thì khi vận hành phải luôn đảm bảo :

Ih2.TĐ% = Ihđm2.TĐđm% =const Trong đó Ihđm và TĐđm% là các thông số có ghi trên nhãn máy

1.3.2 Các yêu cầu với nguồn hàn hồ quang

Nguồn hàn hồ quang có thể sử dụng là nguồn một chiều hoặc nguồn xoay chiều nhưng phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

Điện áp không tải phải đủ lớn để mồi được hồ quang :

+Đối với nguồn hàn một chiều:

Khi cực từ là kim loại yêu cầu : Uomin=(30|40) v

Khi cực từ là than yêu cầu : Uomin=(40|50) v

+Đối với nguồn xoay chiều yêu cầu : Uomin=(50|60) v

Đảm bảo an toàn khi vận hành nhất là ở chế độ ngắn mạch Khi đó dòng ngắn mạch lớn có thể gây cháy dây hàn

Dòng ngắn mạch :

Inm=(1,2|1,4)Iđm (1.5) Nguồn hàn phải đảm bảo cung cấp đủ công suất cho máy hàn

Phải đảm bảo điều chỉnh được dòng hàn vì dòng hàn phụ thuộc vào đường kính que hàn Dòng hàn được tính theo công thức sau:

Ih=(40|60)d (1.6) Trong đó:

Hình 1.10 Họ đặc tính ngoài của nguồn hàn hồ quang

Điện thế của nguồn hàn phải thay đổi nhanh theo chiều dài của hồ quang khi chiều dài hồ quang tăng lên nó phải tăng lên, khi chiều dài hồ quang giảm đi nó phải hạ thấp xuống

+ Giữ cho hồ quang cháy ổn định với một chiều dài nhất định

+ Di chuyển que hàn theo đường hàn

Đường đặc tính nguồn hàn như sau:

Hình 1.11 Đường đặc tính nguồn hàn

Có hai loại nguồn hàn hồ quang : nguồn hàn hồ quang xoay chiều và nguồn hàn hồ quang một chiều

1.3.3.1 Các nguồn hàn hồ quang xoay chiều

Khi hàn bằng điện xoay chiều người ta thường sử dụng biến áp hàn vì: +Dễ chế tạo, giá thành hạ

+Có thể tạo ra được dòng điện hàn lớn khoảng : (500|2000) A

Biến áp hàn thường có hai kiểu:

Biến áp hàn (BAH) có cuộn kháng ngoài:

Thường là máy biến áp hạ áp một pha, ở mạch thứ cấp có mắc nối

tiếp một cuộn phản kháng:

Hình 1.12 Biến áp hàn (BAH) có cuộn kháng ngoài

Cuộn kháng mắc nối tiếp với mạch thứ cấp của BAH có nhiệm vụ hạ thấp điện thế của BAH đến một trị số cần thiết để phát sinh hồ quang Khi ngắn mạch ở mạch hàn cuộn kháng thu lấy điện thế thứ cấp của BAH để giảm dòng ngắn mạch xuống

Máy biến áp hàn kiểu hỗn hợp :

Máy biến áp hàn có cuộn kháng liên hệ trực tiếp với mạch từ chính:

Sơ đồ nguyên lí :

Hình 1.13 Máy biến áp hàn kiểu hỗn hợp

Với cả hai phương pháp trên để điều chỉnh dòng hàn ta thay đổi khe hở (a) khi khe hở (a) tăng thì từ trở của mạch từ tăng, từ thông giảm đi, điện tự cảm và trở kháng của nó giảm đi dòng điện hàn tăng lên và ngược lại:

Hình 1.14 Họ đặc tính khi điều chỉnh khe hở (a)cuộn khử từ

1.3.3.2 Các nguồn hàn hồ quang một chiều

Đặc tính vôn-ampe của mạch điện (hồ quang nối tiếp với tải RL) được trình bày ở đồ thị trên Đường 1 biểu diễn điện áp nguồn U0, đường 2 là đặc tính hồ quang(coi chiều dài hồ quang ít thay đổi,dòng biến thiên chậm,môi trường cháy không biến động lớn)còn đường 3 là đường đặc tính tải

Xét trường hợp đặc tính hồ quang cắt đặc tính tải tại A và B.Tại 2 điểm này Ldi/dt=U0-i.R-Uhq=0 nên di/dt=0,tức là trị số dòng điện tại 2 điểm này không đổi.Tại A, nếu dòng suy giảm(di/dt<0)(bên trái điểm A),dòng sẽ tiếp tục giảm về 0 và hồ quang tắt Nếu di/dt>0 tức dòng tăng thì dòng sẽ tiếp tục tăng đến điểm B.Do đó A là điểm cân bằng không ổn định của hồ quang.Xét tương tự tại điểm B ra rút ra được B là điểm cân bằng ổn định của hồ quang.Do đó muốn hồ quang cháy ổn định thì đường đặc tính hồ quang phải cắt đặc tính tải và cắt tại điểm có dòng lớn

Hàn hồ quang 1 chiều có ưu điểm là Ihàn ổn định,chất lượng mối hàn tốt,do đó thích hợp với công nghệ hàn yêu cầu chất lượng cao

Nhược điểm là đòi hỏi nguồn 1 chiều chế tạo phức tạp,giá thành cao hơn so với hàn hồ quang xoay chiều

Các loại máy phát hàn 1 chiều có cấu tạo phức tạp,vận hành bảo dưỡng khó khăn nên ngày nay không còn sử dụng.Nguồn chỉnh lưu có điều khiển bằng linh kiện điện tử công suất ngày càng hoàn thiện và đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp hàn hiện đại Sau đây ta sẽ nghiên cứu về bộ chỉnh lưu này

Nguồn hàn hồ quang một chiều được sử dụng cấp cho các máy hàn hồ quang tự động, bán tự động hoặc bằng tay

Có hai loại nguồn hàn một chiều :

Hình 1.16 Máy phát hàn một chiều

+Cách 1 : Thay đổi số vòng dây của cuộn W2 bằng chuyển mạch CM Đây là phương pháp điều chỉnh thô, dòng điện sẽ thay đổi đột ngột (nhảy cấp)

do vòng dây W2 sẽ thay đổi đột ngột:(hình :1.8)

+Cách 2 : Thay đổi dòng kích từ Ikt của W1bằng chiết áp VR1 Đây là phương pháp điều chỉnh tinh dòng điện sẽ thay đổi tuyến tính liên tục : (Hình : I-

Hình 1.17 Họ đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh của máy hàn một chiều

Máy phát hàn một chiều có cuộn kích từ song song cuộn khử từ nối tiếp

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.18.Máy phát hàn một chiều có cuộn kích từ song song cuộn khử từ nối

tiếp

Phương pháp điều chỉnh và họ đặc tính ngoài tương tự như mục :

Máy phát hàn một chiều có cực từ rẽ:

Để điều chỉnh dòng hàn ta điều chỉnh VR Khi đó ta điều chỉnh được cả dòng kích từ trong cuộn kích từ chính W1 và cuộn phụ W2 Tạo ra đường đặc tính ngoài dốc

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.19 Máy phát hàn một chiều có cực từ rẽ

Nhận xét :

Mặc dù có một số ưu điểm nhưng khi sử dụng máy phát hàn một chiều

để hàn hồ quang thường gặp những khó khăn sau :

+ Quá trình điều chỉnh khá phức tạp Đối với những máy có công suất lớn đôi khi phải sử dụng những động cơ riêng để khởi động và điều chỉnh

+Gây tiếng ồn lớn khi làm việc, không an toàn khi vận hành

+kích thước kồng kềnh , cần bảo dưỡng luôn luôn dẫn đến chi phí vận hành cao trong khi hiệu suất lại không cao

Ngày nay do ứng dụng tiến bộ KHKT điện tử dẫn đến sự phát triển của công nghiệp và khả năng tự động hóa trong sản xuất mà các máy phát hàn ít được sử dụng và dần bị thay thế trong các nhà máy, xí nghiệp thay vào đó là các loại máy hàn sử dụng các bộ biến đổi chỉnh lưu

Nguồn hàn một chiều dùng bộ chỉnh lưu:

Cấu tạo gồm hai bộ phận chính : Máy biến áp hàn và bộ chỉnh lưu

+Máy biến áp hàn : là loại máy biến áp đặc biệt chuyên dụng tạo ra điện áp nhỏ, dòng điện lớn và công suất lớn

+Bộ chỉnh lưu : có thể sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu một pha hoặc ba pha: đối xứng hoặc không đối xứng Ta thường sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu sau:

+ Cầu một pha có điều khiển

+ Cầu ba pha có điều khiển đối xứng hoặc không đối xứng

+ Sơ đồ tia ba pha có điều khiển

+ Sơ đồ sáu pha hình tia

Nhận xét:

Trong tất cả các phương pháp ghép nối các chi tiết với nhau thì phương pháp hàn hồ quang có nhiều ưu việt hơn tất cả Chính vì vậy mà ngày nay nó được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp , xây dựng , chế tạo máy và hàn điện đã trở thành một phần tất yếu không thể thiếu Hàn

hồ quang 1 chiều có ưu điểm là I hàn ổn định,chất lượng mối hàn tốt,do đó thích hợp với công nghệ hàn yêu cầu chất lượng