Dacă vrei să cumperi sau să faci un aparat de sudură ai mai multe variante din punct de vedere al tehnicii constructive. Voi explica varianta alesă de mine şi argumentele necesare pentru alegerile făcute. Argumentele se referă la tehnologia folosită, procesul de sudură, mărime, dimensiuni, portabilitate, tipul de răcire, mentenanţă, alimentare şi alte accesorii adiționale. Am studiat unele aspecte despre tehnica constructivă a unor aparate de sudură, de la mai mulţi furnizori.
Calitatea aparatelor de sudură tip invertor, nu se compară cu calitatea aparatelor de sudură tip transformator. Asta este concluzia la care am ajuns. Singurele atuuri al aparatelor tip invertor este că sunt mult mai uşoare, mai ieftine şi au ceva mai multe “jucării” încorporate. Acest aparat de sudură este de tip II, dar am enunțat și un proiect pentru aparat de sudură tip I. Acele echipamente, adică cele de tip I, sunt cât se poate de simple. Cele de tip II sunt profesionale spre industriale. Există și tipul III, dar despre acelea vom discuta peste ceva timp.
Considerente de design pentru aparatul de sudură – tip II
Încerc să construiesc nişte utilaje pentru atelier pe care le voi utiliza aproape în fiecare zi. Aceste utilaje vor fi construite cu o capacitate în minte. Sudura plăcilor şi profilelor din oţel care au grosimi de peste 15 mm se face cu preîncălzire. Eu am să mă limitez la achiziţia, stocarea, îndoirea, tăierea şi sudarea elementelor din oţel cu o grosime de până la 15 mm. Prin urmare, toate echipamentele mele de prelucrare a oţelului vor fi dimensionate pentru grosimi până la 15 mm.
Voi încerca să construiesc echipamente puternice, compacte, multifuncţionale și cu un factor de funcționare mare. În articolul Regimul de funcționare utilajelor dintr-un spațiu de producție* voi explica ce este acest factor și de ce este important. Nu am mult spaţiu în care să le amplasez și nici nu se pune problema că aş ţine ocupat un echipament care are şi alte funcţii. Acest lucru se întâmplă în spaţiile mari de producţie, unde fiecare utilaj este dedicat.
O persoană care sudează doar la CNC sau care produce o piesă de serie, poate considera că aparatul este prea multifuncţional şi că mă complic inutil. M-am gândit bine înainte pentru a afla şi înţelege ce anume vreau de la acest aparat, iar în subpunctele de mai jos, voi puncta nevoile şi soluţiile. Costul de construcție a fost important. Unele proprietăți ale aparatelor de sudură din comenț sunt prea scumpe și uneori total inutile.
#1 – Procesul de sudură
În lumea asta, sunt sute de procese de sudură electrică. Cele mai uzuale sunt MIG MAG (numele oficial este GMAW), TIG (numele oficial este GTAW) şi MMA (numele oficial este SMAW). Eu intenţionez să construiesc un aparat de sudură care să poată suda aceste 3 procese uzuale. În plus, vreau să poate să fie folosit şi ca tăietor cu plasmă. Deseori se mai foloseşte un proces de sudură numit Spot Welding, în traducere, sudură în puncte.
Acest tip de sudură are amperaje foarte mari, voltaje mici şi un regim de funţionare sub 50%. Vom vorbi de regimul de funcţionare mai jos, fiind un aspect extrem de important. Un aparat de sudură în puncte va suda cu 1500 – 4000 A, la 1-5 volţi, timp de 1-4 secunde, iar aparatul despre care vorbesc acum, nu poate avea 1000 de amperi, dar poate avea un regim de funcţionare de 100%.
Cu alte cuvinte, vreau ca aparatul meu de sudură să aibă următoarele funcţii:
- să sudeze cu electrod învelit, sudura cu electrod fiind folosită pentru majoritatea lucrărilor;
- să fie capabil să răcească torţele de sudură prin circularea uleiului mineral pe cablul de extensie;
- să fie capabil să sudeze cu sărmă pentru situaţiile în care este mult de sudat. MIG MAG-ul find cel mai eficient proces de sudură manuală. Torţa poate fi montată şi pe CNC pentru suduri automatizate robotizat. Este important să poată acomoda rezerve mari de sârmă groasă şi viteze de aprovizionare mari, specifice sudurii CNC;
- să fie capabil să sudeze TIG manual, dar şi montat pe CNC pentru suduri automatizate robotizat;
- să poată să taie cu plasmă manual şi robotizat;
#2 – Regimul de funcţionare
Pe piaţă sunt aparate de sudură fel şi fel, care mai de care mai ieftine, mai uşoare şi mai pline de funcţii. Multe dintre ele sunt cu regim de funcţionare anonim sau foarte mic. Regimul de funcţionare înseamnă că din timpul de 10 minute poţi suda un anumit procent. De exemplu, dacă ai regim de funcţionare de 30% înseamnă că ai voie să sudezi la amperajul maxim doar 3 minute. Trebuie să aştepţi încă 7 minute să se răcească aparatul, după care mai poţi suda încă 3 minute. Nu trebuie să vă spun că genul ăsta de aparat nu poate să fie folosit pentru activitatea de producţie.
Fără să mai vorbim de faptul că nu ai nici măcar o şansă să îl montezi pe un CNC. Nu prea am ce să fac cu un astfel de aparat, eventual doar dacă îl port în maşină pentru lucrări mobile ocazionale. Designul meu de aparat de sudură are în specificaţii un regim de funcţionare de 100%. Valabil pentru amperajul maxim, fără să distorsioneze voltajul arcului electric, indiferent de lungimea cablurilor sau numărul de minute de funcţionare continuă. Aici o să avem nevoie de un circuit care ştie să facă automat compensarea de voltaj, în baia de sudură, nu la ieşirea din aparat.
Acest lucru va fi o provocare pentru mine şi voi avea nevoie de ajutor. Compensarea de voltaj, independent de firele conductoare, procesul de sudură şi regimul de funcţionare, trebuie să fie făcut permanent şi precis. Pentru a atinge performanţa asta, o să am nevoie de un PCB destul de deştept şi de complex. Acest regim de funcționare trebuie să țină cont și de amperajul de pornire și de oprire. Pentru sudura cu fir automat, aceste aspecte sunt destul de importante,
#3 – Dimensiunile constructive exterioare
Aparatul de sudură poate fi portabil cu o greutate totală până în 20 Kg sau poate fi staţionar. Adică un aparat care se mişcă ușor pe pardoseală. Aparatul staţionar nu poate fi luat în braţe şi o să fie nevoie să îl montezi pe roţi. O alternativă des folosită este căruţul de sudură despre care o să vorbim la un moment dat într-un proiect. O idee este să construiesc un aparat de sudură tip capsulă. Dar care poate fi și folosit pe post de scaun cu rotile fără spătar. Imaginaţi-vă un butoi cu roţi pe care poţi să stai când sudezi sau când faci alte lucruri la birou sau pe bancul de lucru.
Caut să cobor centrul de greutate cât mai mult pentru o stabilitate cât mai mare. Am să folosesc un recipient în care se ținea propanul. Voi alege butelia potrivită după mărimea finală a tuturor componentelor. Carcasa va avea o formă cilindrică pentru că voi utiliza transformatoare toroidale şi le voi scufunda în ulei mineral dielectric. Forma mă va ajuta la o bună circulare a uleiului mineral, prin procesul de convecţie. Urmăresc o răcire pasivă. Răcirea aparatului vreau să se facă prin circularea uleiului mineral dielectric.
Disiparea de căldură va avea loc prin nişte ţevi ataşate carcasei cilindrice. Dimensiunile aparatului vor include şi aceste ţevi de oţel pe post de radiator. Pentru unele funcţii voi anexa elemente amplasate pe aparatul principal. Pentru a ţine bobina de sărmă, panoul de configuraţii şi reglaje, dar şi unitatea care răceşte forţat torţa care sudează. Încerc să eficientizez spaţiul în atelier şi vreau să fac un aparat cât mai compact. Urmăresc încadrarea într-0 amprentă la podea de 600 pe 600 de mm şi o înălţime de maxim 900 de mm.
#4 – Transformarea de putere și puterea maximă
Intenţionez să leg aparatul meu la reţeaua electrică națională. Branşamentul electric poate fi trifazic sau monofazic. Una din cerințe este să se poată alimenta de la 230V pentru o anumită putere şi de la 400V pentru puterea maximă. Practic o să am două ştecăre industriale care pot fi conectate doar pe rând, ori 230V, ori 400V. Despre ștecărele industriale voi scrie în articolul Rețele electrice industriale specifice spațiilor de producție*. În articolul Diferenţa între tensiunea de fază şi tensiune de linie am explicat de ce avem aceste voltaje și aceste puteri.
Îl voi boteza 10/15, aşa cum procedez mereu când fac designul unui produs. Transformarea de putere se va face cu 3 transformatoare toroidale. Puterea de 5 KVA va reprezenta minim 80% din capacitatea unuia. Atunci când sudez cu o putere de 15 KVA, nu vreau să depăşesc 80% din puterea transformatoarelor. Adică aparatul de sudură va avea o capacitate de transformare ceva mai mare, însă voi limita curentul la maxim Pentru sudura CNC, depăşirea pragului de 80% duce la înjumătăţirea vieţii unui transformator izolat cu hârtie şi ulei.
#5 – Răcirea pasivă a întregului ansamblu
Genul de echipamente electrotehnice scufundate în ulei mineral sunt răcite pasiv sau activ. Cele răcite activ sunt echipamente foarte mari de înaltă tensiune și puteri enorm de mari în niște carcase relativ mici. Transformatoarele de puteri mai mici, cum este și cazul aparatului meu, au toate o răcire pasivă. În anii 30 de făceau transformatoare cu răcire pasivă și se utilizau țevi montate pe carcasă pentru circulația uleiului. Întotdeauna mi-au plăcut foarte mult aceste țevi și forma lor curbată.
În ziua de azi nu se mai utilizează țevi ci se montează un ansamplu de plăci presate în formă și sudate. Astfel se produce o formă similară cu cea al unui calorifer din tablă. Caloriferele astea ieftine care nu prea au inerție termică. Sunt ceva mai ieftin de produs și de sudat. În imaginea de mai jos avem un transformator într-o substație destul de veche. Cam așa o să arate aparatul meu, cu acele țevi pe exterior.
La subpunctul despre dimensiuni am vorbit despre butelia de propan. Acest țevi vor fi montate corespunzător în găuri date în butelie. Acest tip de răcire va funcționa prin convecție. Uleiul cald se va ridica sus și va intra prin partea de sus a țevii. Apoi țeava va disipa căldura, iar uleiul răcit va coborâ înapoi în carcasa aparatului de sudură. Prin acest proces de circulare pasivă a uleiului vom realiza răcirea constantă a transformatoarelor toroidale. Acest sistem este ideal pentru că sistemele pasive sunt mult mai durabile ca sistemele active cu ventilator.
Acest proiect va continua pe măsură ce scriu articolele de suport. Ele sunt multe și au rolul de a explica în detaliu funcționarea subpunctului la care m-am oprit. Dacă scriu cel puțin un articol de suport, atunci trec mai departe. Dacă nu scriu articolul de suport la care vreau să fac trimitere, atunci este posibil să nu fiu înțeles, iar de aceea prefer să aștept. Mulțumesc pentru înțelegere.