Ciri-Ciri Sumber Tenaga Pengelasan | Metalurgi

Setelah membaca artikel ini, Anda akan belajar tentang karakteristik sumber daya las:- 1. Karakteristik Volt-Ampere Sumber Daya Pengelasan 2. Karakteristik Volt-Ampere Statis Eksternal Sumber Daya Pengelasan 3. Karakteristik Arus Konstan 4. Tegangan Konstan Karakteristik 5. Karakteristik Volt-Amper Dinamis.

Karakteristik Volt-Ampere dari Sumber Daya Pengelasan:

Semua sumber daya las memiliki dua jenis karakteristik operasi yaitu, karakteristik statis dan karakteristik dinamis. Karakteristik keluaran statis ­dapat dengan mudah ditetapkan dengan mengukur tegangan dan arus keluaran kondisi tunak dengan metode pembebanan konvensional dengan resistor variabel. Dengan demikian, kurva yang menunjukkan arus keluaran versus tegangan keluaran untuk sumber daya yang diberikan merupakan karakteristik statisnya.

Karakteristik dinamis dari sumber daya las busur ­ditentukan dengan merekam variasi transien yang terjadi selama interval pendek dalam arus las dan tegangan busur. Dengan demikian, ini menggambarkan variasi sesaat yang terjadi dalam interval waktu singkat, katakanlah satu milidetik. Stabilitas busur ditentukan oleh interaksi gabungan dari karakteristik voltampere (VI) statis dan dinamis dari sumber daya las.

Sifat transien intrinsik dari busur las adalah alasan utama pentingnya karakteristik dinamis dari sumber daya las busur. Sebagian besar busur las memiliki kondisi yang terus berubah yang terutama terkait dengan benturan busur, transfer logam dari elektroda ke kolam las, dan kepunahan dan penyalaan kembali busur selama setiap setengah siklus pengelasan ac. Sifat transien dari busur las juga disebabkan oleh variasi panjang busur, suhu busur dan karakteristik emisi elektron dari katoda.

Laju perubahan tegangan dan arus dalam proses las busur sangat cepat sehingga karakteristik volt-ampere statis dari sumber daya hampir tidak dapat menjadi signifikan dalam memprediksi karakteristik dinamis dari busur las.

Namun, hanya karakteristik volt-ampere statis dari sumber daya las yang dipasok oleh pabrikan. Meskipun mereka tidak dapat memberikan sifat perilaku sumber daya sehubungan dengan respons dinamisnya, tetapi mereka sangat penting dalam menentukan ­respons keseluruhan umum dalam mengendalikan parameter proses.

Karakteristik Volt-Ampere Statis Eksternal dari Sumber Daya Pengelasan:

Karakteristik yang sangat penting dari setiap sumber daya las busur adalah karakteristik volt-ampere statis eksternal. Ini adalah kurva yang menghubungkan tegangan sumber dengan arus pengelasan. Kurva karakteristik volt-ampere dari sumber daya las diperoleh dengan mengukur tegangan dan arus keluaran sambil dibebani secara statis dengan beban resistif murni yang bervariasi dari minimum atau tanpa beban hingga kondisi maksimum atau hubung singkat. Karakteristik statis eksternal dari sumber daya las bervariasi dengan aplikasi yang dimaksudkan.

Gambar 4.1 menunjukkan berbagai jenis karakteristik volt-ampere yang digunakan untuk sumber daya las. Secara umum semua karakteristik VI ini diklasifikasikan ­dalam empat kategori yaitu, karakteristik terkulai tajam, terkulai bertahap, datar, dan naik yang masing-masing digunakan untuk pengelasan busur manual, pengelasan busur terendam, las busur logam gas semi-otomatis, dan logam gas otomatis. proses las busur.

Gambar 4.1 Karakteristik volt-ampere statis dari berbagai jenis sumber daya pengelasan

Proses las busur lainnya juga dicakup oleh keempat jenis ini. Namun, cukup umum untuk mempertimbangkan sumber daya las dengan karakteristik V -I terkulai sebagai mesin arus konvensional atau konstan dan sumber daya las dengan karakteristik VI datar atau hampir datar sebagai tegangan konstan atau mesin potensial konstan.

Diskusi lebih lanjut tentang mereka mengikuti di bawah dua judul ini:

Karakteristik Arus Konstan dari Sumber Daya Pengelasan:

Sumber daya las busur konvensional dikenal sebagai mesin arus konstan (CC). Ini memiliki kurva karakteristik volt-ampere yang terkulai dan telah populer untuk digunakan dalam pengelasan busur logam berpelindung.

Kurva arus konstan menunjukkan bahwa sumber daya las ­menghasilkan tegangan output maksimum tanpa beban, dan dengan meningkatnya beban, tegangan output menurun. Maksimum tanpa beban atau tegangan sirkuit terbuka biasanya 100 volt.

Sumber daya tipe arus konstan mungkin memiliki output dc atau ac. Selain SMAW digunakan untuk pengelasan busur karbon, pengelasan busur tungsten gas, pengelasan busur plasma dan pengelasan stud. Ini juga dapat digunakan untuk proses kawat kontinyu ketika busur kabel berdiameter relatif besar digunakan, misalnya, ­pengelasan busur sub-gabungan.

Sumber daya pengelasan jenis arus konstan juga dapat digunakan untuk beberapa proses pengelasan otomatis. Ini memerlukan penggunaan pengumpan kawat dan kontrol untuk menduplikasi gerakan tukang las untuk memulai dan mempertahankan busur yang biasanya dicapai dengan sistem umpan balik yang kompleks untuk memantau tegangan busur untuk mengontrol panjang busur.

Hingga saat ini, catu daya arus konstan jarang digunakan untuk pengelasan dengan kabel berdiameter sangat kecil. Namun, sekarang sumber daya las busur telah dikembangkan dengan karakteristik statis volt-ampere arus konstan sejati ­, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4.2, yang dapat digunakan dengan kabel berdiameter kecil dalam rentang tegangan busur yang biasanya digunakan.

Tukang las yang menggunakan mesin jenis ini hampir tidak dapat mengontrol arus pengelasan dengan perubahan panjang busur karena tidak terpengaruh oleh perubahan tersebut. Ini adalah keuntungan yang baik untuk las busur tungsten gas karena perubahan panjang busur dalam proses ini terbatas. Ini juga banyak digunakan dalam pengelasan busur logam gas di mana ia digunakan untuk menyediakan mode semprotan transfer logam dengan arus rata-rata rendah.

Hal ini dilakukan oleh sumber daya yang dapat diprogram untuk berubah dari arus rendah atau latar belakang ke puncak atau arus pulsa untuk mempengaruhi pelepasan tetesan ­dengan meningkatkan laju leleh bersamaan dengan efek jepitan yang ditingkatkan. Ini dikenal sebagai pengelasan pulsa.

Dalam pengelasan arus berdenyut dua level saat ini, seperti yang ditunjukkan pada gambar. 4.3, dengan periode waktu yang diinginkan dapat diatur untuk mencapai arus pengelasan rata-rata yang diperlukan Pengelasan arus pulsa semakin populer dengan proses las busur tungsten gas dan proses las busur logam gas.

Karakteristik Tegangan Konstan dari Sumber Daya Pengelasan:

Sumber daya las tegangan konstan (CV) pada dasarnya memiliki kurva karakteristik volt-ampere datar meskipun biasanya dengan sedikit terkulai. Kurva dapat digeser ke atas atau ke bawah untuk mengubah tegangan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4. Tegangan, bagaimanapun, tidak akan pernah naik setinggi OCV seperti pada sumber daya las arus konstan.

Gambar 4-4 Kurva volt-ampere yang berbeda dari sumber daya tegangan konstan

Ini adalah salah satu alasan mengapa sumber daya las tegangan konstan tidak digunakan untuk pengelasan busur logam manual dengan elektroda berlapis karena membutuhkan OCV yang lebih tinggi untuk memulai busur. Sumber tenaga las dengan karakteristik tegangan volt-ampere konstan sebenarnya hanya digunakan untuk ­pengelasan kawat elektroda kontinyu seperti las busur logam gas.

Karakteristik volt-ampere dari sumber daya CV dirancang untuk menghasilkan tegangan yang hampir sama tanpa beban dan pada beban terukur atau penuh. Ini memiliki karakteristik VI yang mirip dengan generator tenaga listrik komersial standar. Jika beban dalam rangkaian berubah, sumber daya secara otomatis menyesuaikan output arusnya untuk memenuhi persyaratan dan pada dasarnya mempertahankan tegangan yang sama di seluruh terminal output. Sistem ini, dengan demikian, menyediakan busur yang mengatur sendiri berdasarkan laju umpan kawat yang telah ditentukan sebelumnya dan sumber daya tegangan konstan.

Kontrol yang disederhanakan menghilangkan sirkuit kompleks dan pembalikan motor penggerak umpan kawat untuk memulai atau mempertahankan busur las yang stabil.

Sumber daya las tegangan konstan memberikan arus yang tepat sehingga laju peleburan elektroda sama dengan laju pengumpanan kawat. Panjang busur diatur sebelumnya dengan mengatur tegangan pada sumber listrik sementara arus pengelasan dikontrol dengan menyesuaikan laju pengumpanan kawat.

Karakteristik volt-ampere dari sumber daya las harus dirancang ­untuk menyediakan busur yang stabil untuk GMAW dengan kabel dan logam berdiameter berbeda untuk digunakan bersama dengan gas pelindung yang berbeda. Sebagian besar sumber daya las tegangan konstan dilengkapi dengan sarana untuk menyesuaikan kemiringan kurva VI.

Telah ditemukan bahwa kurva VI dengan kemiringan 1-5 hingga 2 volt/1004 paling cocok untuk GMAW logam non-ferro, las busur terendam, dan untuk las busur berinti fluks dengan kabel elektroda berdiameter lebih besar. Kurva dengan kemiringan sedang 2 hingga 3 volt/100A lebih disukai untuk CO ₂ , las busur logam berpelindung gas dan untuk kawat elektroda berinti fluks berdiameter kecil. Kemiringan yang lebih curam dari 3 hingga 4 volt/100A berguna untuk transfer hubung singkat. Ketiga jenis lereng ditunjukkan pada Gambar. 4.5. Untuk perubahan tegangan busur yang sama, semakin datar kurva, semakin banyak perubahan arus pengelasan.

Gambar 4-5 Kemiringan berbeda yang digunakan pada sumber daya las tegangan konstan

Karakteristik dinamis dari sumber daya tegangan konstan perlu direncanakan dengan hati-hati. Karena perubahan voltase yang tiba-tiba pada hubung singkat, arus cenderung meningkat dengan cepat ke nilai yang sangat tinggi. Ini adalah keuntungan dalam menginisialisasi busur tetapi dapat menyebabkan hujan rintik-rintik yang tidak diinginkan.

Namun, dapat ­dikontrol dengan menambahkan reaktansi atau induktansi di sirkuit. Ini menghasilkan perubahan faktor waktu atau waktu respons dan mengarah ke busur stabil. Pada sebagian besar sumber daya pengelasan, jumlah induktansi yang berbeda termasuk dalam rangkaian untuk kemiringan yang berbeda. Hal ini dilakukan dengan menyediakan reaktor variabel dalam sistem.

Sistem tenaga las tegangan konstan memiliki keuntungan terbesar ketika kerapatan arus kawat elektroda tinggi. Prinsip tegangan konstan pengelasan biasanya tidak digunakan dengan ac. Meskipun dapat digunakan untuk las busur terendam dan las elektroslag tetapi tidak populer dengan proses ini. Seharusnya tidak digunakan untuk pengelasan busur logam terlindung karena dapat membebani dan merusak sumber daya dengan menarik arus terlalu tinggi terlalu lama.

Pemilihan Karakteristik Volt-Ampere Statis untuk Proses Pengelasan:

Pada dasarnya ada empat jenis karakteristik volt-ampere statis yang dapat dimasukkan ke dalam sumber daya las, tergantung pada proses yang akan digunakan.

Keempat jenis karakteristik VI ini adalah:

1. Tipe terkulai tajam,
2. Jenis terkulai secara bertahap,
3. Jenis tegangan fiat atau konstan, dan
4. Jenis tegangan naik.

Semua jenis karakteristik sumber daya ini dengan karakteristik volt-ampere dari busur las yang ditumpangkan padanya ditunjukkan pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6 Karakteristik volt-ampere dari berbagai sumber daya las dan busur las

1. Karakteristik VI yang Turun Mendalam:

Sumber tenaga las dengan karakteristik tegangan volt-ampere yang turun tajam ­memiliki tegangan hubung terbuka yang tinggi dan arus hubung singkat yang rendah seperti yang ditunjukkan oleh kurva 1 pada Gambar 4.6. Jelas bahwa panjang busur berubah antara L – δ L dan L + δ L, perubahan arus sangat kecil.

Jenis karakteristik volt-ampere ini paling cocok untuk SMAW yaitu las busur logam manual dengan elektroda berlapis karena sedikit perubahan panjang busur karena gerakan intrinsik tangan manusia selama operasi pengelasan tidak akan mempengaruhi laju leleh elektroda. Selain itu, tegangan rangkaian terbuka yang tinggi memastikan inisiasi dan pemeliharaan busur las yang mudah.

2. Karakteristik VI yang Turun Secara Bertahap:

Sumber listrik dengan karakteristik tegangan volt-ampere statis yang menurun secara bertahap ­, seperti yang ditunjukkan oleh kurva 2 pada Gambar 4.6, dapat memasok arus hubung singkat yang tinggi seperti yang diperlukan untuk pengelasan busur terendam dengan elektroda tebal terutama untuk diameter elektroda lebih dari 3,5 menit. Sumber daya dengan karakteristik volt-ampere jenis ini memerlukan beberapa teknik inisiasi busur api yang mirip dengan sentuhan dan tarikan yang digunakan untuk SMAW atau sebagai alternatif wol baja dapat digunakan untuk menyediakan hubungan pendek sesaat antara elektroda dan benda kerja.

Tegangan sirkuit terbuka mungkin sedikit lebih rendah dari itu dalam kasus karakteristik VI yang turun tajam. Fitur ini membantu dalam menyediakan semacam pengaturan sendiri panjang busur selama pengelasan karena untuk perubahan panjang busur yang sama, perubahan arus busur jauh lebih banyak daripada dalam kasus karakteristik volt-ampere yang turun tajam.

3. Ciri Flat VI:

Dalam sumber daya pengelasan tegangan konstan untuk perubahan kecil dalam panjang busur ada perubahan besar dalam arus pengelasan yang membuatnya cukup sensitif dan karenanya membantu dalam mempertahankan panjang busur yang stabil dengan hasil ­las kualitas tenda yang konsisten. Ini umumnya disebut sebagai pengaturan panjang busur sendiri dan merupakan persyaratan penting untuk keberhasilan pengelasan busur logam gas.

Perubahan panjang busur tidak dapat dihindari terutama pada GMAW semi-otomatis sehingga karakteristik volt-ampere statis tegangan konstan sangat berguna untuk proses pengelasan kawat halus. Namun, karakteristik VI datar seperti yang ditunjukkan oleh kurva 3 pada Gambar 4.6, tidak benar-benar datar tetapi biasanya terkulai pada 1-3 volt per 100 ampere. Semua sumber daya las dengan karakteristik VI rata hampir selalu dari jenis transformator cum penyearah dan elektroda positif (ep) adalah pengaturan polaritas yang biasanya digunakan.

4. Meningkatnya VI karakteristik:

Pada sumber tenaga las dengan karakteristik volt-ampere naik, terjadi kenaikan arus dengan kenaikan tegangan seperti yang ditunjukkan oleh kurva 4 pada Gambar 4.6. Karakteristik VI ini didasarkan pada sedikit modifikasi dari karakteristik tegangan konstan. Keuntungan dari karakteristik VI naik dibandingkan karakteristik rata adalah bahwa ketika laju umpan kawat meningkat, kebutuhan arus listrik ­meningkat, tegangan juga meningkat secara otomatis. Fitur ini membantu mempertahankan panjang busur konstan meskipun terjadi hubungan arus pendek. Karakteristik VI yang meningkat dapat diadaptasi terutama untuk proses yang sepenuhnya otomatis.

Karakteristik Volt-Ampere Dinamis dari Sumber Daya Pengelasan:

Karakteristik dinamis dari sumber daya las adalah hubungan ­antara tegangan busur dan arus las yang sesuai saat mereka berubah dari satu saat ke saat lain seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4.7.

Sangat penting untuk mengetahui sifat karakteristik dinamis untuk ­menentukan laju kenaikan arus setelah hubung singkat yang mempengaruhi laju leleh elektroda dan percikan las.

Karakteristik dinamis VI diperoleh dengan merekam ­transien volt-am pere selama operasi sebenarnya dari sumber daya. Dari karakteristik VI dinamis dimungkinkan untuk menentukan mode transfer logam untuk set parameter pengelasan tertentu.

Masalah 1:

Karakteristik panjang-tegangan busur dari busur dc diberikan oleh persamaan V = 24 + 41 di mana V adalah tegangan busur dan I panjang busur dalam mm. Karakteristik volt-ampere statis dari sumber listrik didekati dengan garis lurus tanpa tegangan beban 80 volt dan arus hubung singkat 600 ampere. Tentukan panjang busur optimal untuk daya maksimum.

Solusi :

Masalah 2:

Karakteristik volt-ampere statis dari sumber daya las diberikan oleh persamaan parabola

Saya ² = – 500 (V – 80)

dan karakteristik busur diwakili oleh persamaan garis lurus

I = 23 (V-18).

Menentukan,

(a) kekuatan busur stabil,

(b) Jika panjang busur (I) dan tegangan busur (V) dihubungkan dengan persamaan V = 20 + 4-5 I tentukan panjang busur optimum untuk daya maksimum.

(c) Jika rugi-rugi konvektif dan radiatif untuk busur pada (b) adalah 15% dari daya busur, maka tentukan apakah akan menguntungkan untuk memiliki panjang busur 4 mm dimana kerugian ini hanya 20% dari untuk busur dalam (b). Komentari ­secara singkat tentang kedua kasus tersebut.

Penyelesaian:

(a) Untuk busur:

(b) Untuk busur:

Membandingkan (v) dan (vi) terbukti bahwa daya bersih untuk panjang busur 4 mm akan lebih tinggi dibandingkan dengan panjang busur 7-4 mm. Karenanya I = 4mm harus lebih disukai.

Masalah 3:

Tentukan perubahan arus las jika panjang busur berubah dari 4 mm menjadi 5 mm untuk sumber listrik dengan karakteristik volt-ampere statis berikut,

(i) I ² = – 400 (V – 100)

(ii) I2 ⁼ – 8000 (V – 80)

(iii) V = 48 – (I ^1,05 /50)

(iv) V = 30 + (l ^1,05 /50)

Asumsikan panjang busur (l) dan tegangan busur (V) dihubungkan dengan ekspresi ­V= 20 + 4l.

Solusi :