آشنای با مفهوم اندوکتانس (القاییدگی) و استفاده از مزیت های آن در جوشکاری

جوشکاری میگ

در این مقاله قصد داریم در مورد فاکتور اندوکتانس(inductance) در جوشکاری صحبت کنیم. فاکتوری که اغلب جوشکارها، چیزی که در این سالها دیدم یا از آن بی اطلاع هستند، یا برای آنها بی اهمیت است و  به طور کلی از این قابلیت آنچنان استفاده نمی کنند.

اما این فاکتور یا قابلیت چیست؟

اگر بخواهیم، توضیح مختصری در مورد اندوکتانس در فیزیک الکتریسیته داشته باشیم:

القاییدگی یا اندوکتانس، گرایش یک هادی الکتریکی برای مخالفت با تغییر جریان الکتریکی است که از درون آن جریان می یابد. جریان الکتریکی درون یک هادی(رسانا) ، یک میدان مغناطیسی را در اطراف رسانا ایجاد می کند، که قدرت آن به بزرگی جریان بستگی دارد. تغییر در جریان باعث تغییر در میدان مغناطیسی می شود.

از قانون القایی فارادی می دانیم، هرگونه تغییر در میدان مغناطیسی درون مدار باعث ایجاد نیروی electromotive در رسانا که همان ولتاژ است، می شود. این نیروی الکتروموتوری (EMF) در رساناها  به عنوان القاء الکترومغناطیسی شناخته می شود. بنابراین جریان در حال تغییر، باعث ایجاد ولتاژ در هادی می شود. این ولتاژ القایی در جهتی است که تمایل دارد با تغییر جریان (قانون لنز) مخالفت کند. به این ولتاژ EMF برگشتی یا  جبرانی(back EMF) گفته می شود. با توجه به این EMF برگشتی، رسانا الکتریکی با افزایش یا کاهش جریان الکتریکی درون خود مخالفت می کند.

خود القاییدگی(self inductance) یا القاییدگی به عنوان نسبت ولتاژ القایی به میزان تغییر جریان ناشی از آن تعریف می شود. این عامل تناسبی، به هندسه مداررسانا و تراوایی مغناطیسی مواد بستگی دارد.قطعه الکتریکی که برای افزودن القاییدگی به مدار طراحی می شود القاگر نامیده می شود که شامل یک سیم پیچ است.

پس تا اینجا متوجه شدیم هرگونه تغییر در جریان الکتریکی، موجب تغییر در شار مغناطیسی می شود که این تغییر باعث ایجاد EMF یا ولتاژ در مدار خواهد شد.میزان ولتاژ ایجاد شده متناسب با نرخ تغییر شار مغناطیسی است.

varepsilon=- {partial phi}/{partial t}

شار مغناطیسی=Φ

نیروی الکتروموتوری=ε

نماد منفی فرمول نشان از جهت مخالف ولتاژ با جریان مدار است(قانون لنز).

اگر جریان در حال افزایش باشد، ولتاژ در انتهای هادی که از طریق آن جریان وارد می شود مثبت و در انتهای که از آن خارج می شود، منفی است، پس تمایل به کاهش جریان دارد. اگر جریان رو به کاهش باشد، ولتاژ در انتهای هادی که جریان از آن خارج می شود مثبت است، و تمایل به حفظ جریان دارد.

واحد اندوکتانس هنری (H) به نام دانشمند آمریکایی جوزف هنری نامگذاری شده است، این مقدار القاء است که هنگامی که جریان با سرعت یک آمپر در ثانیه تغییر می کند ، ولتاژ یک ولت ایجاد می کند.هرگونه تغییر در مدار که باعث افزایش شار (میدان مغناطیسی کل) از طریق مدار تولید شده توسط یک جریان معین می شود ، اندوکتانس را افزایش می دهد ، زیرا اندوکتانس نیز با نسبت شار مغناطیسی به جریان برابر است.

در عمل میزان اندوکتانس یک القاگر که از یک سیم پیچ تشکیل شده است به فاکتورهای همچون:

μ تراوایی هسته سیم پیچ(H/m)

A سطح مقطع سیم پیچ(m2)

N تعداد دور سیم پیچ

L طول سیم پیچ(m) بستگی دارد.

 

سیم پیچ

اما این ویژگی چطور در جوشکاری به ما کمک خواهد کرد.

اگر واژه inductance را در کتاب دایرالمعارف جوشکاری انجمن جوش آمریکا(َAWS) جستجو کنید، در تعریف آن آمده:

توانایی یک سیم پیچ هادی جریان، برای تولید نیروی محرکه الکتریکی(EMF) بوسیله القا در درون خود.

ابتدا باید دید اندوکتانس بیشتر در کدام فرآیند جوشکاری مطرح است. برای پاسخ به این موضوع بایستی مدل های انتقال مواد از الکترود یا مواد مصرفی جوش به حوضچه جوش را شناخت.

  • اتصال کوتاه/غوطه وری
  • قطره ای/اسپری
  • پالسی

رفتار یا مدل اتصال کوتاه و انتقال فلز به صورت پالسی برای کار با جریان کم استفاده می شود در حالی که انتقال فلز اسپری فقط با جریان های جوش بالا استفاده می شود.

اتصال کوتاه/غوطه وری

در اتصال کوتاه، فلز مذاب تشکیل شده در نوک الکترود توسط فلز فرو رفته در حوضچه جوش انتقال پیدا می کند.

حالت اتصال کوتاه

قطره ای/اسپری

برای انتقال اسپری یا قطره ای نیاز به ولتاژ بالاتری است تا اطمینان حاصل شود که اتصال کوتاه بوجود نمی آید. دراین حالت انتقال مواد به صورت قطره های جدا شده از الکترود به حوضچه جوش است.با این حال، حد آستانه ای از جریان وجود دارد که زیر این مقدار، قطرات درون قوس با فشار به سمت حوضچه جوش حرکت نمی کنند.در این حالت و با توجه به این که تشکیل قوس به صورت مدار باز هست نیروی قوس برای جلوگیری از قطرات درشت در نوک الکترود کافی نیست. این قطرات تحت نیروی گرانش به طور نامنظم در سراسر قوس منتقل می شوند.

حالت قطره ای یا اسپری

پالسی

روش پالسی به عنوان ابزاری برای پایداری حالت مدار باز در جریانهای زیر حد آستانه جهت جلوگیری از اتصال کوتاه و پاشش جوش بوجود آمده است . هر پالس، دارای نیروی کافی برای جدا کردن قطره است که انتقال فلز توسط آنها امکان پذیر می شود.

 

پالس سینرژیک MIG به نوع خاصی از کنترلر اشاره می کند که امکان تنظیم منبع برق (پارامترهای پالس) برای ترکیب و قطر سیم را فراهم می کند ، و فرکانس پالس را با توجه به سرعت تغذیه سیم تنظیم می کند.

حالت پالس

با توجه به مدلهای که در بالا گفته شد و بحث اندوکتانس که در قسمت فیزیک الکتریسته بیان کردیم. نیاز به اندوکتانس در حالتی است که اتصال کوتاه ایجاد می شود یعنی زمانی که سیم الکترود یا فیلر به درون حوضچه جوش وارد می شود .لذا این حالت در جوشکاری میگ(انواع روشهای جوشکاری) مطرح است.

در حالت اتصال کوتاه ولتاژ قوس الکتریکی تا نزدیک صفر افت پیدا می کند. این تغییر در ولتاژ قوس منجر به تغییر در جریان مدار جوش می شود و اگر مدار دستگاه جوش سریع به آن پاسخ بدهد، امپراژ زیادی به یک باره درون مدارجریان می یابد. این افزایش سریع آمپراژ موجب ذوب شدن یکباره سیم جوش شده و باعث پاشش شدید جوش خواهد شد. اندوکتانس خاصیت موجود در یک مدار الکتریکی است که سرعت افزایش جریان را کند می کند.

 جریان عبوری از طریق یک سیم پیچ القایی یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. این میدان مغناطیسی جریانی را در مدار جوش ایجاد می کند که مخالف جریان جوش است. افزایش اندوکتانس باعث افزایش زمان قوس و کاهش فرکانس اتصال کوتاه نیز می شود.

بنابراین به شرط تنظیم درست سه پارامتر اصلی:

  • آمپراژ
  • ولتاژ
  • سرعت تغذیه سیم

اندوکتانس مرحله نهایی برای تنظیم دقیق قوس می تواند باشد. با تنظیم آن کیفیت جوش بهبود خواهد یافت.با افزایش اندوکتانس،  افزایش آمپراژ به تعویق می افتد ، بنابراین با افزایش زمانی که اتصال سیم الکترود با فلز پایه اتفاق می افتد همزمان با کاهش زمانی که قوس باز اتفاق می افتد ، باعث افزایش سیالیت حوضچه می شود. 

اگر اندوکتانس بیش از حد زیاد باشد ، افزایش آمپراژ به تعویق می افتد، و الکترود از پایداری قوس ضعیفی برخوردار است.

سیم الکترود لغزش خواهد داشت ، و اپراتور احساس می کند که  تورچ به عقب هل داده می شود. اندوکتانس بیش از حد کم باشد ، افزایش آمپر بتعویق نمی افتد ، و مدار اتصال کوتاه سریع و خشن است و باعث پراکنده شدن زیاد جرقه می شود.

تنظیمات

به طور کلی در بازار دو نوع دستگاه جوش میگ وجود دارد:

  • ترانسفورمری
  • اینورتری

در دستگاه های جوش ترانسفورمری که وزن بالاتری دارند و از سیم پیچ  جهت تبدیل جریان AC به DC و افزایش آمپراژ استفاده می کنند. معمولا تنظیمات اندوکتانس به صورت دستی و ثابت است، یعنی یا به صورت ثابت (تعبیه یک سیم پیچ) یا به صورت تعبیه سوکت های مجزا (مرسوم تر)جهت تنظیم پله های از پیش تعیین شده اندوکتانس است.

محل سوکت های اندوکتانس ترانسفورمری
مدار اندوکتانس
مدار اندوکتانس با دو خروجی

در دستگاه های جوش اینورتری این مورد با تنظیم به صورت ولومی و اتوماتیک انجام می شود.

سیم پیچ اندوکتانس در دستگاه جوش اینورتری

کاربرد ها

در یک نگاه کلی اندوکتانس بالاتر باعث  اختلاط بیشتر فلز جوش با فلز پایه می شود (تر شوندگی بیشتر) پس

  ورق های نازکتر اندوکتانس پاینتر

ورق های ضخیم تر اندوکتانس بالاتر

براساس توصیه های شرکت های تولید کننده مطرح همچون lincoln , ESAB

 درجوشکاری فولادهای کربنی و ساختمانی با گاز محافظ co2 100% اندوکتانس پایینتر

در جوشکاری ترکیب گاز دی اسید کربن با آرگون اندوکتانس بالاتر

 در فولادهای زنگ نزن بایستی میزان اندوکتانس بالاتر  تنظیم شود.

بنابراین با تنظیم درست اندوکتانس گاز co2 را می توان بعضا به جای مخلوط co2&Ar استفاده کرد که این موضوع با توجه به گران بودن گاز Ar نسبت co2 می تواند حائز اهمیت باشد.

پس اندوکتانس بالاتر، قوس نرم تر و مهره های جوش صافتر و پهن تری را فراهم می آورد. در این حالت اگر به صدای جوش نیز گوش کنید، صدای جرقه های کمتری را می شنوید. در اندوکتانس پایین تر مهر های جوش برجسته تر و پهنای جوش کمتر خواهد بود همچنین صدا در زمان جوشکاری زبرتر و خشک تر به نظر می رسد.

مقایسه اندوکتانس

کلام آخر و جمع بندی 

همانطور که گفته شد انتخاب و به کارگیری پارامتر اندوکتانس بایستی بعد از تنظیم دقیق ولتاژ، آمپراژ و سرعت تغذیه فیلر صورت گیرد بنابراین قرار نیست اندوکتانس برای شما جادو کند.

استفاده از این محتوا با ذکر منبع و لینک مستقیم به مقاله مجاز است.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

فارسی