Fontes de Potência Para Soldadura Por Arco Eléctrico

Bloco 1-Tecnologia dos processos de soldadura e equipamentos

Módulo 1.5Fontes de Potência para soldadura

por arco eléctrico Curso de Engenharia de Soldadura EWFIIW Guideline – doc. IAB-002-2000/EWF-409 (Revisão 1)

Módulo 1.5 – Fontes de potência para soldadura por arco

Rev. 0 (20-10-2003) Guilherme Santos

Objectivo

Compreender detalhadamente as características e os principais componentes das fontes de potência para soldadura porarco eléctrico.



Temas a discutir

• Classificação das fontes de potência(Fontes estáticas e rotativas; tecnologia;)

• Características eléctricas das fontes de potência(Curvas características externas estáticas e dinâmicas;tensão em vazio)

• Relação entre característica externa e o processo de soldadura

(Característica horizontal, mergulhante e vertical;Curva de estabilidade do arco nos principais processos de soldadura;o ponto de trabalho)

• Controle da característica externa



Temas a discutir

• A tecnologia dos inversores (INVERTERS)

• Fontes de potência controladas por CPU• Fontes de potência AC e DC

(Formas de onda: rectangular,sinusoidal; )

• Factor de marcha –Valores típicos dos vários processos



Temas a discutir

• Os cabos de soldadura(Relação entre corrente de soldadura e a secção dos cabos;perdas de tensão)

• Corrente pulsada• Escorvamento do arco eléctrico;subida e descida da

corrente ;pré e pós-gas de protecção• Meios de controle dos parâmetros de soldadura



Resultados esperados

• Conhecer as características das fontes de potência, quer em AC como DC, e os dispositivos de controle mais usados.

• Conhecer as características externas das fontes de potência, estáticas e dinâmicas, ponto de trabalho e controle da estabilidade do arco.

• Conhecer o significado de U0, Icc,factor de marcha, cabos de soldadura e seu correcto dimensionamento.

• Compreender a diferença entre as características das diferentes fontes de potência e os processos de soldadura.



Fontes de Potência

Principais requisitosPrincipais requisitos::

1. Fornecer aos terminais uma tensão suficiente para escorvar e manter o arco;

2. Fornecer com aquela tensão, uma intensidade regulável entre os dois limites fixados pela natureza do trabalho a efectuar;

3. Possuir características estáticas e dinâmicas favoráveis à estabilidade do arco;

4. Poder ter características secundárias que podem ser importantes:

mobilidade,controlo remoto, regulação fina da corrente,etc.



Evolução das fontes de potência

1.Bateria DC

2.Transformador AC (SER/TIG)

3.Motosoldadora DC (SER/TIG)

4.Rectificador regulação por saltos DC (MIG/MAG)

5.Rectificador com transdutor DC (SER/TIG)

6.Rectificador com Tiristores DC (SER/TIG7MIG-

MAG,MIG PULSADO)

7. Inversores DC-AC (SER/TIG/MIG-MAG,MIG PULSADO)



Classificação das fontes de potência

1. Quanto ao tipo2. Quanto à forma de corrente3. Quanto à alimentação4. Quanto à característica estática5. Quanto à tecnologia6. Quanto ao processo de soldadura7. Quanto à utilização




1-Quanto ao tipo:

- Estática- Rotativa




Tipo estático:

1. Transformador de soldadura (AC)

2. Transformador-Rectificador de soldadura (DC);(AC-DC)

3. Inversores (DC);(AC-DC)




Tipo rotativa :

1. Grupo Gerador de corrente- Motor eléctrico (geralmente tipo Dinamo)

2. Grupo Gerador de corrente-Motor de combustão( geralmente tipo alternador + sistema de rectificação)




Tipo rotativa:

Motor eléctrico trifásicoGerador tipo DínamoDebita C.C.Processo S.E.R.Regulação da corrente:Reóstato




Tipo rotativa:

Motor combustão DieselGerador tipo Alternador +Sistema rectificação da correnteRegulação corrente:Variação da velocidade de motorProcesso S.E.R.




Transformador de Soldadura :

• É um maquina que transforma a corrente eléctrica da rede de distribuição (voltagem elevada/corrente baixa) numa corrente adequada ao processo de soldadura (voltagem baixa/corrente alta),utilizando tecnologia convencional ;

• A forma e frequência da corrente da rede não são alteradas;• São alimentadas em AC e debitam AC;• O sistema de regulação da corrente é sempre do tipo mecânico.



Classificação das fontes de potênciaTransformadores de soldadura :

1. Tecnológicamente simples = Baixo preço2. Baixa manutenção3. Os pequenos transformadores (<10 Kva) são utilizados em

trabalhos de serralharia e na pingagem de peças e apenas com eléctrodos de rutilo (Uo<50 volts)

4. Os grandes transformadores (>20 Kva) são usados na soldadura de aços carbono e aços com Niquel com Is elevadas e na soldadura por arco submerso ( não provocam o sopro magnético)

5. São utilizados na soldadura TIG do Aluminio (10<P<20 Kva)



Classificação das fontes de potênciaTransformadores de soldadura :

Inconvenientes

1. Não podem utilizar todos os tipos de eléctrodos 2. Necessitam de arco curto para manter a estabilidade3. Mau rendimento eléctrico4. Provocam desiquilibrios na rede eléctrica5. Muito sensíveis ás variações na rede eléctrica6. Não são indicados para a soldadura de materiais não

ferrosos e inoxidáveis7. A regulação da corrente de soldadura é pouco precisa




Transformador de soldadura:

Baixa potência: 4 KvaRegulação da corrente:shunt magnéticoCorrente soldadura: 35-150 AAlimentação monofásicaTensão em vazio: 52 voltsPortátil:24 Kgs



Classificação das fontes de potênciaTransformador-Rectificador de soldadura :

1. É uma maquina que transforma a corrente da rede de distribuição numa corrente de características adequadas ao processo de soldadura, utilizando tecnologia convencional (electromagnetismo).

2. A corrente debitada é rectificada e tem características idênticas a uma corrente contínua (DC)

3. Algumas máquinas deste tipo podem comutar a corrente (AC-DC);

4. O sistema de regulação da corrente de soldadura podeser do tipo mecânico,eléctrico ou electrónico.



Classificação das fontes de potênciaTransformador-Rectificador com regulação electrónica da corrente (SER e TIG)




Transformadores-Rectificadores de soldadura :Vantagens

1. Podem trabalhar com todo o tipo de electrodos.

2. Electricamente equilibradas.

3. Baixa manutenção.

4. Alguns modelos permitem uma regulação fina da corrente.

5. Alguns modelos permitem a utilização de controlo remoto.

6. Têm melhor rendimento eléctrico que os transformadores.




Transformadores-Rectificadores de soldadura :

Inconvenientes

1. Fundamentalmente o preço comparativamente com os transformadores (usam a mesma tecnologia)

2. Apresentam uma resposta dinâmica baixa comparada com os inversores (tecnologias muito diferentes)

3. São muito mais pesados que os inversores4. Podem provocar o fenómeno de sopro magnético




Inversores de soldadura :

1. São maquinas que transformam a corrente de alimentação da rede numa corrente com características adequadas ao processo de soldadura, utilizando tecnologia e meios electrónicos para o efeito.

2. A corrente de soldadura é habitualmente DC podendo nalgumas maquinas ser do tipo AC-DC.




2. Forma da corrente de soldadura

1. Corrente contínua (CC)=

2. Corrente rectificada (CC)

3. Corrente alternada (sinusoidal;rectangular;trapezoidal)



Classificação das fontes de potênciaFormas de onda

+0-

+0-

+0-

t

t

t

Onda quadrada• rectificador e inversor simples• muito ruido

Onda sinusoidal• tipica nos transformadores(50Hz)

Onda trapezoidal• inversores da última geração• características AC optimizadas• regulação inteligente do balanceamento (TIG-AC)




3. Alimentação das fontes

1. Corrente monofásica (230 Volts)

2. Corrente bifásica ( 400 Volts)

3. Corrente trifásica (400 volts)



Características externas estáticas

As curvas características estáticas são formadas pelo conjunto de valores tensão/intensidade [U=f(I)] que podem ser fornecidos pela fonte a uma carga óhmica constante, e que podem ser medidos aos terminais da maquina.

Estes pares de valores são intrínsecos às maquinas e determinados pelos fabricantes.

Estas curvas possibilitam aos utilizadores conhecer os valores que podem obter do equipamento.

As fontes de potência têm no mínimo duas curvas estáticas, correspondentes aos valores máximo e mínimo da corrente, embora possam ter uma infinidade de curvas ou apenas algumas, consoante o processo de regulação é contínuo ou por pontos.




O comportamento estático de uma fonte de potência para soldadura está sujeito a normas que definem a tensão convencional do arco, e que é definido para cada processo.

A intersecção da curva estática da fonte de potência com a recta da tensão convencional do arco define o PONTO de TRABALHO, que é o ponto de equilibrio do arco eléctrico de soldadura.




Tensão convencional do arco:

SER: Us=20+0.04Is (Is>600A :Us=44V )

TIG: Us=10+0.04Is (Is>600A :Us=34V )

MIG-MAG: Us=14+0.05Is (Is>600A :Us=44V )

Arco submerso: Us=20+0.02Is (Is>1000A :Us=40V )




4. Característica estática

1. Tipo horizontal ( tensão constante)

2. Tipo vertical (corrente constante)

3. Tipo mergulhante (Variante da anterior)



Tipo de característica estática

Tipo horizontal ( tensão constante)

Uma fonte de potência tem uma característica estática horizontal, quando o declive dessa característica for inferior a 7 volts/ampére, por forma a manter o comprimento do arco constante (auto-regulação).

Este tipo de característica é utilizada nos processos MIG-MAG e Arco Submerso.




Tipo vertical ( corrente constante)

Uma fonte de potência tem uma característica estática vertical quando a variação da corrente de soldadura for nula ou quase nula para uma alteração do comprimento do arco e da respectiva tensão de arco.Este tipo de característica é utilizada nos processos SER,TIG , TIG automático e Plasma.A característica mergulhante é uma variante da vertical.




Tipo mergulhante

1. Uma fonte de potência tem uma característica estática mergulhante, quando nas condições normais de uso em soldadura, o declive da sua característica é superior a 7 volts/100 ampéres.

2. Este tipo de característica é utilizada em SER e TIG.

3. Pode ser considerada uma variante da corrente constante.




Curva Estática Tipo Mergulhante ou Intensidade Constante usada no processo TIG e SER

Tensão em vazio de 75 Volts

Intensidade de Curto Circuito consoante a regulação

Pontos de funcionamento: intersecção da característica estática com a característica do arco( Processo TIG)




Curva Característica:

Estática Tipo Mergulhante ou Intensidade Constante

Objectivo garantir Intensidade constante apesar de flutuação da Tensão

Arco estável se I (regulado) é adequado ao valor de V (controlado)




Exemplo de característica horizontal, com duas gamasde tensão;

É igualmente visível a recta da tensãoconvencional do arco em MIG-MAG;

Os pontos de intersecção destas características definem os pontos de trabalho (V-I) para cada regulação.




Exemplo de característica estática do tipo mergulhante duma fonte do tipo transformador-rectificador com regulação mecânica da corrente por variação do entreferro:

Está igualmente representada a recta correspondente à tensão convencional de arco para o processo SER;



Características externas dinâmicas

Exprimem a variação instantânea da tensão do arco eléctrico (0.001s) após uma variação da corrente de soldadura;

A sua importância é enorme porque influenciam a estabilidade do arco.

Podem ser medidas e analisadas através de osciloscópios; alguns inversores possuem uma porta série para comunicação e impressão de dados através de PC.



Características externas dinâmicas

Factores determinantes

1. Escorvamento e extinção do arco em DC e em AC

2. Modo de transferência (exemplo:curto-circuito)

3. Funcionamento em corrente pulsada.




5. Tecnologia

1. Convencional (electromagnéticas)

2. Inversores (electrónicas)




6. Processo de soldadura

1. Soldadura com eléctrodos revestidos (S.E.R.)2. Soldadura MIG-MAG3. Soldadura TIG4. Soldadura por arco submerso (S.A.S.)5. Soldadura Plasma6. Multiprocessos7. Processos especiais




7. Utilização

1. Individual (1 Soldador)2. Multioperadores ( vários soldadores)

Este tipo de equipamentos foi (de certo modo ainda é) muito utilizado sobretudo nos estaleiros navais.Uma fonte de grande potência (>1000A) e de tensão constante, alimenta vários soldadores;A regulação da corrente é normalmente feita através duma caixa individual contendo resistências eléctricas, que podem ser combinadas através de patilhas, podendo obter-se uma gama de intensidades escalonada.



Características das fontes de potência

1. Tensão em vazio (Uo)2. Corrente de curto-circuito (Icc)3. Potência4. Factor de potência5. Factor de marcha




Tensão em vazio (Uo)A tensão em vazio de um equipamento de soldadura é a tensão existente aos seus bornes, quando o circuito eléctrico está aberto, não existindo

portanto arco .Este parâmetro é muito importante na escolha do equipamento porque determina a capacidade de escorvar o arco eléctrico em função do tipo de consumível.As fontes de potência podem ter apenas uma tensão em vazio ou várias, dependendo do seu sistema de regulação da corrente(por pontos ou fichas) no caso das fontes para SER ou TIG, ou do processo de soldadura, caso das fontes para MIG-MAG convencionais.




Corrente de curto-circuito (Icc)

A corrente de curto-circuito é a corrente máxima que pode ser obtida, para cada regulação, quando a alma metálica do consumível entra em contacto franco com a peça (tensão de arco Us=0).

Os fabricantes de equipamentos limitam o valor desta corrente para evitar avarias graves nos equipamentos.




Potência do equipamento

A potência eléctrica de um equipamento de soldadura exprime-se normalmente em Kva, e indica a potência aparente do equipamento.Uma parte desta potência é utilizada no arco eléctrico (útil= U.I) e outra parte é utilizada no electromagnetismo (potência reactiva).O factor de potência exprime o coseno do ângulo entre estas duas grandezas vectoriais.




Factor de PotênciaO factor de potência de um equipamento de soldadura representa a relação existente (vectorial) entre a potência activa e a potência aparente e exprime-se pelo coseno do ângulo (phi)entre elas.Os transformadores de soldadura têm normalmente baixos factores de potência (0.5-0.6) enquanto que os rectificadores e os inversores têm valores na ordem de 0.8-0.9.Quanto maior o cos phi menos energia reactiva é perdida no interior do equipamento e melhor é a relação entre a potência absorvida da rede eléctrica e a utilizada na soldadura.




Placa identificativa de uma fonte de potência convencional, estática,transformador-rectificador.Os fabricantes são obrigados a indicar todas as características do equipamento como se apresentamna placa.Estes valores permitem fácilmenteconhecer as suas capacidades e utilização, e também comparar equipamentos.



Sistemas de regulação da corrente de soldadura:

A regulação da corrente de soldadura pode ser realizada de diversos modos:

1. Consoante o tipo de fonte (estática ou rotativa);

2. Consoante o processo de soldadura (SER;MIG-MAG;etc.);

3. Consoante a tecnologia (convencional ou “inverter”)




Sistemas mecânicos:

Utilizados nos Transformadores e nalguns Transformadores-rectificadores de soldadura, nos processos SER , TIG, MIG-MAG e AS;

Sistemas eléctricos :Utilizados nos Transformadores-rectificadores de soldadura mais evoluídos, nos processos SER e TIG;

Sistemas electrónicos :Utilizados nos Transformadores-rectificadores mais evoluídos, em motosoldadoras e nos inversores, nos processos SER , TIG, MIG-MAG e AS;




Sistemas mecânicos:

Utiliza dispositivos mecânicos( comutadores,fichas,parafusos sem-fim,etc.) para alterar a reactância do circuito magnético, o que pode ser feito modificando o nº de espiras, deslocando as bobinas entre si ou provocando e variando fugas magnéticas através do entreferro. Este sistema é muito utilizado nos Transformadores e nalguns Transformadores-rectificadores de soldadura, e têm a principal vantagem de serem económicos, embora apresentem alguns inconvenientes, como vibrações e ruído provocados por desgaste dos órgãos mecânicos, regulação lenta e pouco precisa.Não pode montar-se controle remoto( é difícil e caro neste tipo de fonte).




Sistemas eléctricos:

São baseados na saturação do circuito magnético do transformador ou duma bobine de inductância montada no circuito.Esta saturação é conseguida através dum circuito eléctrico auxiliar, que produz um fluxo magnético que se opõe mais ou menos ao fluxo magnético principal, controlando a corrente de soldadura.Sistema utilizado em alguns transformadores-rectificadores.A sua principal vantagem é a possibilidade de montar um controle remoto. Este sistema também é conhecido como Amplificador magnético.




Sistemas electrónicos:

• Este sistema baseia-se na tecnologia dos semicondutores de potência, tirístores e transístores nos quais é possivel controlar o tempo de condução e consequentemente a corrente que os atravessa.

• Um circuito electrónico controla este tempo e permite a sua regulação através de potenciómetros.

Existem duas tecnologias básicas:•Os sistemas que funcionam à frequência da rede de alimentação e rectificam a corrente

•Os sistemas que aumentam a frequência da rede de alimentação




• Sistemas que funcionam à frequência da rede de alimentação e rectificam a corrente:

•Controle de fase(SCR): Tirístor

•Controle por “Chopper”: Transístor

•Regulador linear transistorizado: Transístor

•Rectificador primário inversor: Transístor

•Sistemas híbridos

Destes sistemas, os mais utilizados são o SCR e o “Chopper”, os quais podem ser utilizados em

praticamente todos os processos de soldadura.




• Sistemas que aumentam a frequência da rede de alimentação :

•Os modernos inversores rectificam primeiro a corrente de alimentação, sendo esta corrente rectificada transformada em corrente a alternada de frequência elevada e posteriormente transformada em corrente de soldadura.

•Praticamente só os Transístores são usados.

•O sistema de controle da corrente é o PWM.




Equipamentos estáticos convencionais

Nas fontes de potência do tipo Transformador e Transformador-Rectificador estáticos para soldadura, a regulação da corrente é feita através de 4 sistemas básicos:

1. Transformadores 2. Bobine indutora variável 3. Controle por fugas magnéticas4. Amplificador magnético



Sistemas de regulação da corrente de soldadura

1. Transformadores

Usando Auto-Transformadores a regulação pode ser feita por pontos através de um sistema de fichas da bobine primária actuadas por um comutador, alterando deste modo a relação de transformação e consequentemente a saída(regulação escalonada).

É um sistema simples, fiável e de baixo custo.




2. Bobine indutora variável

Este sistema utiliza uma bobine indutora montada no circuito secundário do transformador.A regulação pode ser feita por pontos através de um sistema de fichas(escalonada), ou por variação de um elemento móvel no núcleo da bobine indutora(contínua)




3. Controle por fugas magnéticas

Este sistema baseia-se nas variações do fluxo magnético, que podem ser obtidas seja deslocando as bobines primária e secundária, seja variando o entreferro do circuito magnético, e consequentemente a corrente.A regulação é continua e pode ser motorizada para funcionar por controle remoto, embora seja uma solução dispendiosa e actualmente pouco usada .




4. Amplificador magnético

Este sistema baseia-se no principio do transdutor, que é uma bobine montada no circuito secundário e alimentada por uma corrente contínua auxiliar, e cujo fluxo magnético se opõe mais ou menos ao fluxo magnético principal, conseguindo-se deste modo a variação da corrente.A regulação é continua e pode variar por intermédio de um reóstato(resistência variável)montado no painel frontal da fonte ou num controle remoto.




Sistema mecânico de regulação escalonada da corrente, com bobine inductora e variação da reactância por pontos




Sistema mecânico de regulação continua da corrente, com bobines móveis.




Sistema mecânico de regulação continua da corrente, por fugas magnéticas através do entreferro.




Sistema mecânico de regulação continua da corrente, usando uma bobine inductora, na qual são produzidas fugas magnéticas através do entreferro.




Sistema eléctrico de regulação continua da corrente, por transductor. Pode ser usado um controle remoto.



Tipos de fontes de potência

Equipamento para soldadura TIG AC-DCde tecnologia convencional

•Alimentação Bifásica (400 volts);•Corrente de soldadura regulável entre 25 e 250 A. por deslocamento das bobines.

•Factor de potência: 0.6•Potência: 14.4 Kva•Alta frequência de arranque e contínua, para soldadura TIG do Alumínio.




Fontes de potência rotativas

1- Com motor eléctrico e dinamoNestes equipamentos a regulação da corrente é feita através dum reóstato, que faz variar a corrente de excitação e consequentemente o fluxo magnético e a corrente induzida.

2- Com motor de combustão e alternadorNestes equipamentos a regulação da corrente é feita através da variação da rotação do motor( até 200A),ounos mais potentes(>200A)por controle electrónico(Tiristores)



Controle da característica externaCaracterística externa estática

tipo corrente constante e mergulhante

Este tipo de característica pode ser obtido por:1. Nos equipamentos convencionais pela introdução de circuitos

resistivos-indutivos no secundário do transformador:- Provocando fugas magnéticas;- incorporando uma inductância(self)regulável;- Incorporando uma resistência;

2. Nos equipamentos tipo inversor por circuitos electrónicos.



Inversores

1. As fontes de potência de tecnologia “Inverter” transformam a corrente eléctrica fornecida pela rede de distribuição em corrente eléctrica com características adequadas à soldadura.

2. O seu princípio de funcionamento é baseado na transformação da corrente da rede em corrente de soldadura a uma frequência bastante elevada(20.000Hz ou superior), ao contrário das fontes convencionais, que fazem essa transformação à frequência da redeeléctrica(50Hz).

3. Esta conversão da frequência é feita através de circuitos electrónicos complexos, sendo o transístor o órgão mais utilizado presentemente.



Evolução dos Inversores

1970 1980 1990 2000

Estudo basico

Inversores com tiristores

Inversores com IGBT

ESSEN 2001

2010



Inversores

Esquema princípio por blocos1- Rectificador primário

2-Bloco inversor

3-Transformador principal

4-Rectificador secundário

5-Inductância

6-Sensor de corrente

7-Controle da corrente

8-Potenciómetro de regulação



Inversores

Fontes de potência DC,detecnologia “Inverter” controladas por PWM.

•Multiprocesso: SER,MIG-MAG,TIG,AS, ROBÓTICA e corte “Arcair”•Corrente soldadura: 300,400 e 500 Ampéres;•Peso: 49 Kgs;•Controlo remoto com e sem fios;



InversoresFontes de potência de tecnologia “Inverter”, AC-DC, controladas por PWM.

•Multiprocesso:SER,TIG AC-DC•Corrente soldadura: 160 a 350 A •Alimentação trifásica•Escorvamento do arco por contacto e por alta frequência•Funções Up Down slope,pré e pós gas flow•Corrente pulsada em DC e AC•Memorização de parâmetros•Controlo remoto na tocha, de pedal



Fontes controladas por CPU

Os modernos inversores para soldadura MIG-MAG e TIG são controladospor microprocessadores que gerem todo o sistema, optimizando-o.O controle por microprocessadores é feito de modo inteligente e amigávelpara o operador:•As características dinâmicas do arco são continuamente ajustadas pelo microprocessador por via das medições dos parâmetros V-I, produzindoum arco estável e suave.•A regulação dos parâmetros é feita de forma continua.•A fonte de potência muda a característica estática de acordo com o processode soldadura.• As funções são realizadas por programas cujas instruções estão armazenadas em EPROMS.



Inversores

Esquema comparativa das tecnologias Convencional e “Inverter”



Inversores

As fontes de potência de tecnologia “Inverter” usam fundamentalmente dispositivos do tipo transístor:-MOSFED -IGBT-THYRÍSTOR



Inversores

Os transístores IGBT (INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR) oferecem as vantagens dos BIPOLAR e MOSFET sem as suas desvantagens.



Inversores

Vantagens do IGBT

1. Podem trabalhar com voltagens mais elevadas(THYRÍSTOR)2. Podem trabalhar com correntes mais elevadas(BJT)3. Baixas perdas na comutação(FET)4. Baixas perdas na condução(BJT)5. Alta velocidade de controle (FET)6. Facilidade de controle (FET)



Inversores

1. Com IGBT é possivel obter as melhores características de soldadura

2. Os Inversores com IGBT são muito fiáveis3. Com IGBT é possivel preencher toda a gama

entre 100 e 500 Ampéres4. A maior parte dos fabricantes investe no

desenvolvimento deste dispositivo5. Com IGBT é facil cumprir as directivas EMC



Inversores/Convencionais

Gráfico comparativo entre as fontes de energia convencionais e os inversores relativamente à energia consumida



Inversores

Futuro da Tecnologia em soldadura

• Possivel actualizar o equipamento• Funcões novas com programas novos• Diagnóstico de erros, calibracão etc.

RS - Cable

Interface



Factor de marcha O factor de marcha de um equipamento de soldadura representa o tempo de arco em relação ao tempo total do ciclo, para uma determinada corrente.

A norma EN 60974-1 define o tempo de ciclo de 10 minutos, a uma temperatura ambiente de 40º C.

Em soldadura manual é habitual usar-se um factor de marcha de 60%.

Em soldadura robotizada ou mecanizada deve considerar-se um factor de marcha de 100%.



Corrente pulsada

Principais vantagens

1. Baixa a intensidade média2. Entrega térmica reduzida (menores deformações)3. Estabilidade do arco excelente 4. Maior e melhor controle da penetração5. Excelente em soldadura de chapa fina, em posição e

soldadura de diferentes espessuras



Corrente pulsada

Frequência de pulsação baixa= 5 a 0,1Hz(0.2-10 s):Bons resultados em soldadura manual,sendo bem visíveis os impulsos da corrente;Melhor controle do banho de fusão;Excelente em soldadura em posição;Menor entrega térmica e consequentemente menores deformações;Velocidade de soldadura mais elevada;Excelente aspecto da soldadura



Corrente pulsada

Frequência de pulsação alta =50 a 500Hz(0.02-0.002s):Produz um estrangulamento magnético do arco, aumentando a sua estabilidade e a penetração;Baixa entrega térmica;Uma corrente de base baixa diminui o banho de fusão e melhora o seu controle;Emite um som característico(silvo);Particularmente adaptado à soldadura de metais com baixa condutibilidade térmica(Fe,aço inox);



Escorvamento do arco

1. Raspagem: (SER;TIG;MIG-MAG;AS)2. Contacto (também conhecido por LIFT-ARC): (TIG)3. Alta frequência (HF):(TIG)4. Arco piloto:(PLASMA)



Subida da corrente (UP SLOPE)

Função existente nalguns equipamentos e que permite iniciar a corrente com um valor inferior ao nominal e controlar o seu incremento até esse valor;

O aumento gradual da corrente minimiza ou elimina os defeitos tipicos do arranque da soldadura (Cratera,salpicos, etc.)



Descida da corrente (DOWN SLOPE)

Função existente nalguns equipamentos e que permite controlar a velocidade de descida da corrente de soldadura até à sua extinção.

A descida gradual da corrente baixa a taxa de arrefecimento da soldadura, o que é muito importante na soldadura de materiais susceptíveis à fissuração a quente (por exemplo o aluminio).



Controle da corrente de soldaduraO método habitual de controle da corrente de soldadura nos inversores baseados nos transístores é o PWM (Power WidthModulation);Este método consiste em fazer variar o tempo de condução do transístor para controlar a voltagem aplicada ao enrolamento primário;Actualmente a tecnologia dos microprocessadores e a electrónica digital são usadas para controlar o inversor e as características da fonte de potência;Programas especificos para cada processo são armazenados em EPROM para leitura pelo microprocessador



Cabos de soldaduraOs cabos de soldadura (energia e retorno) são os condutores eléctricos da corrente de soldadura, e seu correcto dimensionamento e bom estado, são fundamentais para o normal funcionamento da instalação.A secção dos cabos é função do factor de marcha do processo e do comprimento dos mesmos.Uma secção de cabos inferior ao recomendado provoca o sobreaquecimento destes e a deterioração do isolamento;Cabos muito compridos provocam quedas de tensão apreciáveis,conduzindo a um esforço mais elevado da fonte de potência.Para qualquer dos casos a solução corrente é a de aumentar a secção dos cabos.



Cabos de soldaduraNo quadro abaixo indica-se a secção dos cabos de energia e de retorno usuais (5+5

m), para diferentes factores de marcha:



Cabos de soldaduraC o m p rim en to m áx im o d o s C ab o s d e so ld ad u ra (m )

1 5 2 5 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 In ten s id ad e

M áx im a (A ) S ecção m ín im a d o s c abo s (m m 2)

1 0 0 2 5 2 5 3 5 3 5 3 5 3 5 5 0 5 0 5 0 5 0

1 5 0 3 5 3 5 5 0 5 0 5 0 5 0 7 0 7 0

2 0 0 3 5 5 0 5 0 7 0 7 0 7 0

2 5 0 3 5 5 0 7 0 7 0 7 0

3 0 0 5 0 7 0 9 5 9 5

3 5 0 5 0 7 0 9 5

4 0 0 5 0 7 0 9 5

4 5 0 7 0 9 5

5 0 0 7 0 9 5

5 5 0 9 5

6 0 0 9 5

Cabos de soldadura e de Retorno considerando factor de Marcha a 60%:



Meios de controle dos parâmetros de soldadura

Algumas fontes estáticas e rotativas possuem ou podem ser opcionalmenteser montados instrumentos de medida, Voltímetros e Amperímetros analógicos, que permitem controlar os parâmetros de Soldadura.

Os inversores de baixa potência geralmente não possuem estes instrumentos essencialmente por razões económicas.As fontes de média e elevada potência ,nomeadamente as Multiprocesso,possuem estes instrumentos, de tecnologia digital, possibilitando um controlepreciso dos parâmetros; Algumas destas fontes têm ainda uma porta sériepara registo dos parâmetros em computador.



Normas

Directivas e Standards para produtos para soldadura por arco

Equipamentos soldadura Directiva LVD(Low voltage Directive)

Directiva EMC(Electromagnetic compability)

Directiva CE

Fontes de potência EN 60974-1 EN 50199 Sim

Transformadores HobbY EN 50060+A1 EN 50199 Sim

Motosoldadoras EN 60974-1+Ruído EN 50199 Sim

Corte Plasma EN 60974-1/EN 50192 EN 50199 Sim

Alimentadores fio Sem Directiva EN 50199 Sim

Refrigeradores Sem Directiva/EN 60335-2-51

EN 50199 Sim

Escorvamento arco Sem Directiva EN 50199 Sim

Tochas e pistolas EN 50078 Não tem EMC Sim,Só LVD (não EMC)

Porta-eléctrodos EN 60974-11 Não tem EMC Sim



Conclusões

A escolha duma fonte de potência para soldadura deve obedecer a vários critérios a ter em conta:

•Processo (s) de soldadura

•Regime de utilização :moderado,intensivo

•Tipo e diâmetros de consumíveis a utilizar

•Local de utilização: interior ou exterior

•Existência ou não de corrente eléctrica e de que potência



Conclusões

As fontes de potência para soldadura do tipo convencional apresentam vantagens comparativamente aos inversores essencialmente ao nível do preço de aquisição, de robustez e de manutenção;Nos processos de soldadura mais simples como o SER, as fontes de potência convencionais são adequadas dada a baixa velocidade de transferência das gotas, a menos que se coloquem problemas de portabilidade.No entanto os custos de funcionamento dos equipamentos do tipo convencional(estáticos ou rotativos) são mais mais elevados que os dos inversores, pelo que é necessário fazer um estudo detalhado do investimento.Ao nível da utilização, destaca-se a dificuldade de regulação da corrente de soldadura com rigor na maior parte das fontes de potência, onde a regulação é do tipo mecânico: deslocamento de bobines,variação do entreferro,comutadores de ressaltos,etc.



Conclusões

As fontes de potência do tipo inversor têm vindo a conquistar uma posição cada vez maior por força de desenvolvimentos muito significativos de que se destacam:

- Características dinâmicas muito superiores às dos equipamentos convencionais, que lhe permite reagir muito mais rápidamente às diferentes situações no arco eléctrico;

- Facilidade de regulação dos parâmetros de soldadura;

- Capacidade para armazenar programas de soldadura facilitando a sua posterior utilização;

- Capacidade para comutar a característica externa estática possibilitando a sua utilização em vários processos soldadura (fontes multiprocesso);

- Maior eficiência energética quer ao nivel da utilização quer da alimentação;

- Capacidade de funcionar com correntes pulsadas e em modo sinérgico;



BibliografiaProcessos de soldadura,volume 2

J.F. Oliveira Santos-L. Quintino

Welding Handbook,8th edition,volume 2Welding Processes-A.W.S.-American Welding

Guia de soldadura manualSAF- 1ªEdição-1981

Documentação técnica fornecida pela KEMPPI

Catálogos da CEA e KEMPPI

Fontes de Potência Para Soldadura Por Arco Eléctrico

Documents

Transcript of Fontes de Potência Para Soldadura Por Arco Eléctrico