Fuente de alimentación para soldadura

Una fuente de alimentación para soldadura es un dispositivo que proporciona o modula una corriente eléctrica para realizar soldadura por arco. Existen múltiples procesos de soldadura por arco que van desde la soldadura por arco metálico protegido (SMAW) hasta el gas protector inerte como la soldadura por arco metálico con gas (GMAW) o la soldadura por arco con gas de tungsteno (GTAW). Las fuentes de alimentación para soldadura sirven principalmente como dispositivos que permiten al soldador ejercer control sobre si la corriente es corriente alterna (CA) o corriente continua (CC), así como la cantidad de corriente y voltaje.

Las fuentes de alimentación para procesos de soldadura que utilizan gas de protección también ofrecen conexiones para gas y métodos para controlar el flujo de gas. El operador puede configurar estos factores dentro de los parámetros según sea necesario según el tipo de metal, el espesor y la técnica que se utilizará. La mayoría de las fuentes de alimentación para soldadura no generan energía, sino que funcionan como transformadores controlables que permiten al operador ajustar las propiedades eléctricas según sea necesario. Sin embargo, en algunas aplicaciones de soldadura, en particular SMAW, utilizada en áreas aisladas de las redes eléctricas, se utilizan fuentes de alimentación de soldadura que combinan las funciones de generación eléctrica y modulación de corriente en una única unidad móvil montada en un vehículo o remolque remolcado.

Clasificación

Las máquinas de soldar generalmente se clasifican como de corriente constante (CC) o de voltaje constante (CV); una máquina de corriente constante varía su voltaje de salida para mantener una corriente constante, mientras que una máquina de voltaje constante fluctuará su corriente de salida para mantener un voltaje establecido. La soldadura por arco metálico protegido y la soldadura por arco de tungsteno con gas utilizarán una fuente de corriente constante y la soldadura por arco metálico con gas y la soldadura por arco con núcleo fundente normalmente utilizan fuentes de voltaje constante, pero la corriente constante también es posible con un alimentador de alambre con sensor de voltaje.

Las fuentes de corriente constante se utilizan para operaciones de soldadura que se realizan manualmente, como la soldadura por arco metálico protegido o la soldadura por arco de tungsteno con gas. Al ser procesos manuales, la longitud del arco no es constante durante toda la operación. Esto se atribuye al hecho de que requiere una gran habilidad para mantener la mano exactamente en la misma posición sobre la pieza de trabajo durante toda la soldadura. El uso de una fuente de corriente constante garantiza que incluso si la longitud del arco cambia, lo que provoca un cambio en el voltaje del arco, la corriente de soldadura no cambia mucho y la entrada de calor en la zona de soldadura permanece más o menos constante durante toda la operación.

La naturaleza del CV La máquina es necesaria para la soldadura por arco metálico con gas y la soldadura por arco con núcleo fundente porque el soldador no puede controlar la longitud del arco manualmente. Si un soldador intentara utilizar una máquina CV para una soldadura por arco metálico protegido (SMAW ) tarea, las pequeñas fluctuaciones en la distancia del arco causarían fluctuaciones significativas en la salida de corriente de la máquina. Con una máquina CC, el soldador puede contar con un número fijo de amperios que llegan al material, independientemente de lo corto o largo que sea el arco eléctrico.

Diseños de fuentes de alimentación

Las fuentes de alimentación para soldadura más habituales se pueden clasificar en los siguientes tipos:

Transformador

Una fuente de alimentación para soldadura tipo transformador convierte la electricidad de voltaje moderado y corriente moderada de la red eléctrica (generalmente 230 o 115 VCA) en un suministro de corriente alta y baja tensión, generalmente entre 17 y 45 voltios (circuito abierto) y 55 a 590 amperios. Un rectificador convierte la CA en CC en máquinas más caras.

Este diseño generalmente permite al soldador seleccionar la corriente de salida acercando o alejando un devanado primario de un devanado secundario, moviendo una derivación magnética dentro y fuera del núcleo del transformador, usando un reactor de saturación en serie con una variable. técnica de saturación en serie con la salida de corriente secundaria, o simplemente permitiendo que el soldador seleccione el voltaje de salida de un conjunto de derivaciones en el devanado secundario del transformador. Estas máquinas de estilo transformador suelen ser las menos costosas.

La compensación por el gasto reducido es que los diseños de transformadores puros suelen ser voluminosos y masivos porque operan a la frecuencia de la red eléctrica de 50 o 60 Hz. Estos transformadores de baja frecuencia deben tener una alta inductancia magnetizante para evitar corrientes de derivación desperdiciadas. El transformador también puede tener una inductancia de fuga significativa para protección contra cortocircuitos en caso de que una varilla de soldadura quede pegada a la pieza de trabajo. La inductancia de fuga puede ser variable para que el operador pueda configurar la corriente de salida.

Generador y alternador

Las fuentes de alimentación para soldadura también pueden utilizar generadores o alternadores para convertir la energía mecánica en energía eléctrica. Los diseños modernos suelen estar impulsados por un motor de combustión interna, pero las máquinas más antiguas pueden utilizar un motor eléctrico para impulsar un alternador o generador. En esta configuración, la energía de la red pública se convierte primero en energía mecánica y luego nuevamente en energía eléctrica para lograr el efecto reductor similar a un transformador. Debido a que la salida del generador puede ser corriente continua, o incluso CA de mayor frecuencia, estas máquinas más antiguas pueden producir CC a partir de CA sin necesidad de rectificadores de ningún tipo, o también pueden usarse para implementar variaciones utilizadas anteriormente en los llamados Soldadores de heliarc (ahora llamados más a menudo TIG), donde el alternador simplemente produce corriente alterna de mayor frecuencia directamente y evita la necesidad de una caja de módulo adicional de mayor frecuencia.

Inversor

Desde la llegada de los semiconductores de alta potencia, como el transistor bipolar de puerta aislada (IGBT), ahora es posible construir una fuente de alimentación de modo conmutado capaz de hacer frente a las altas cargas de la soldadura por arco. Estos diseños se conocen como unidades de soldadura inversoras. Por lo general, primero rectifican la alimentación de CA de la red pública a CC; luego conmutan (invierten) la alimentación de CC a un transformador reductor para producir el voltaje o corriente de soldadura deseado. La frecuencia de conmutación suele ser de 10 kHz o más. Aunque la alta frecuencia de conmutación requiere componentes y circuitos sofisticados, reduce drásticamente el volumen del transformador reductor, ya que la masa de componentes magnéticos (transformadores e inductores) que se requiere para lograr un nivel de potencia determinado disminuye rápidamente a medida que el funcionamiento (conmutación) ) la frecuencia aumenta. El circuito del inversor también puede proporcionar funciones como control de potencia y protección contra sobrecarga. Las máquinas de soldar con inversor de alta frecuencia suelen ser más eficientes y proporcionan un mejor control de los parámetros funcionales variables que las máquinas de soldar sin inversor.

Los IGBT en una máquina basada en inversor están controlados por un microcontrolador, por lo que las características eléctricas de la potencia de soldadura se pueden cambiar mediante software en tiempo real, incluso ciclo por ciclo, en lugar de realizar cambios lentamente a lo largo de cientos, si no. miles de ciclos. Normalmente, el software del controlador implementará funciones tales como pulsar la corriente de soldadura, proporcionar relaciones variables y densidades de corriente a través de un ciclo de soldadura, permitir frecuencias variables barridas o escalonadas y proporcionar la sincronización necesaria para implementar la soldadura por puntos automática; Todas estas características serían prohibitivamente costosas de diseñar en una máquina basada en transformador, pero solo requieren espacio de memoria de programa en una máquina inversora controlada por software. De manera similar, es posible agregar nuevas funciones a una máquina inversora controlada por software si es necesario, mediante una actualización de software, en lugar de tener que comprar un soldador más moderno.

Otros tipos

También existen tipos adicionales de soldadores, además de los que utilizan transformadores, motor/generador e inversores. Por ejemplo, también existen soldadores láser, y requieren un tipo completamente diferente de diseño de fuente de alimentación para soldadura que no pertenece a ninguno de los tipos de fuentes de alimentación para soldadura discutidos anteriormente. Del mismo modo, los soldadores por puntos requieren un tipo diferente de fuente de alimentación para soldadura, que normalmente contiene circuitos de temporización elaborados y grandes bancos de condensadores que no se encuentran comúnmente con ningún otro tipo de fuentes de alimentación para soldadura.