Ma már ha hegesztőgépről esik szó, az emberek 99%-a azonnal inverteres hegesztőre gondol – sőt, a „hegesztő inverter” már a „hegesztőgép” szinonimájává vált. Nem csoda, mert az inverteres technológia rengeteg olyan előnyt hozott, amivel a piac nagy részéről ki tudta szorítani a transzformátoros hegesztőgépeket – de ez nem jelenti azt, hogy minden körülmények között a hegesztő inverter jelenti a jobb választást.
Alapvetően az inverteres hegesztőgépek könnyebbek, energiahatékonyabbak, ezzel szemben a transzformátoros gépek sokkal tartósabbak és megbízhatóbban üzemelnek generátorról. Már ebből látszik, hogy nem lehet egyértelmű választ adni, melyik változat a jobb, nézzük meg tehát az egyes típusok működését, előnyeit és hátrányait.
Transzformátoros hegesztőgépek
Először is, tisztázzunk egy félreértést: minden hegesztőgépben van transzformátor, még a hegesztő inverterekben is, de a transzformátoros gépekben nem cél a magméret és ezáltal a transzformátor méretének csökkentése.
A transzformátoros hegesztőgépek első kísérleti példányait az 1900-as évek elején építették, és csak az 1920-as években kezdtek el szélesebb körben elterjedni. Addig az acél alkatrészeket szegecseléssel, kovácsolással vagy gázhegesztéssel kötötték. Az 1980-as évekig a hegesztőgépek kizárólag transzformátoros gépek voltak.
A transzformátoros hegesztőgép egy nagy terjedelmű és tömegű eszköz, ami kevéssé alkalmas az ívkarakterisztika sok paraméterre kiterjedő irányítására, ezért ezeket a gépeket ma leginkább a nehéziparban használják, gyakran telepített változatban. A transzformátoros hegesztőgépek időtálló konstrukciójának köszönhetően ma is üzemelnek több, mint 50 éves darabok. A transzformátorok magja viszont olyan nehéz, hogy az üzemen belüli mozgatásuk is nehézkes lehet, a szállításukról meg már nem is beszélve.
Nem akarunk részletekbe menően foglalkozni a transzformátor működésével, csak nagyon röviden tesszük meg. Maga a transzformátor három fő részből áll:
- Primer tekercs: réz tekercselés, ami az elektromos betáplálásra van csatlakoztatva.
- Szekunder tekercs: réz tekercselés, ami a hegesztőkábelekhez csatlakozik. A primer tekercsben mágneses mező változás indukálódik, és a mágneses mező ezen változása gerjeszt feszültséget a szekunder tekercsben.
- Vasmag: a primer tekercsen keletkező mágneses tér változást vezeti át a szekunder tekercsre.
A betáplálási és a kilépő feszültség (U1, U2) arányát a primer és szekunder tekercsek menetszámának (N1, N2) hányadosa határozza meg. A szekunder áram a szekunder feszültség és a fogyasztó ellenállás hányadosa. A transzformátor primer és szekunder teljesítménye elvileg azonos, tehát a primer és a szekunder áram aránya fordítottan arányos a menetszámok arányával. Gyakorlatilag viszont a vasmagon nagyon komoly hőveszteség lép fel – ez okozza a transzformátoros berendezések nagymértékű melegedését és azt, hogy a primer áram (hálózati áramfogyasztás) sokkal nagyobb az elméleti értéknél.
A hegesztőgépek transzformátorai „letranszformálást” hajtanak végre, ami azt jelenti, nagy feszültséget vesz fel, a szekunder oldalon kisebb feszültség áll rendelkezésre, cserébe a belépő oldalon kisebb az áram, mint a szekunder oldalon.
A transzformátor működési elvéből következik, hogy kizárólag váltakozó áramú betáplálással működik, és csak váltakozó feszültséget képes kibocsátani, amiből egyenirányító híddal lehet egyenáramot előállítani. (Márpedig a hegesztési eljárások többségében egyenáramot használunk.) A transzformált feszültség frekvenciája csak a betáplálással azonos tud lenni. Ezen felül a transzformátoros technológia nem teszi lehetővé az ív paramétereinek sokrétű digitális vezérlését.
Fontos tudni a transzformátorok működéséről, hogy minél nagyobb a frekvencia, annál jobban koncentrálható a mágneses térerősség-változás. Ennek részleteibe most nem fogunk belemenni, de ezt azért kell észben tartanunk, mert ez fogja meghatározni a transzformátoros és inverteres hegesztőgépek tulajdonságait és ez okozza a köztük lévő különbségeket.
A transzformátoros hegesztőgépek előnyei:
- Egyszerű kivitel, ami nehezen romlik el, és akkor is könnyen javítható. Az élettartama rendkívül hosszú.
- Kevésbé érzékeny környezeti körülményekre
- Generátoros betáplálás esetén kevésbé hajlamos meghibásodni.
A transzformátoros hegesztőgépek hátrányai:
- Nagy méret és tömeg
- A fentiek miatt gyakran hosszú munkakábelt kell alkalmazni, ami túl azon, hogy kényelmetlenül mozgatható, rossz hatással van az egyenáramú hegesztésre is.
- Az ívet több kedvezőtlen esemény teheti instabillá
- A kisebb transzformátorok bekapcsolási ideje (munkaciklusa) alacsonyabb
- Kevesebb paraméterezési lehetőség
- Magasabb ár
Transzformátoros hegesztőgép elemei. Alig van benne valami, ami elromolhat.
Inverteres hegesztőgépek
A modern inverteres technológia nagyban megnövelte a hegesztés hatékonyságát, és lehetővé tette a hegesztőgépek nagyfokú könnyítését. De ami talán a leglényegesebb, hogy az inverter-technológia megnyitotta a kaput az ív beható szabályozhatóságának, ami nem csak a számtalan kényelmi funkcióban mutatkozik meg, hanem az ív minőségében, stabilitásában is.
Az inverteres hegesztőgépekben a hegesztőáramot félvezetős eszközökkel állítják elő, a hegesztő inverterek kisebbek, könnyebbek – gyakran egy kézitáskánál is kisebbek
az inverterek működésének az alapja a frekvenciaváltás: a hálózatban rendelkezésre álló 50 Hz frekvenciát elektromos vezérlésű belső kapcsolókkal 20-100 000 Hz frekvenciára alakítja. Így a mágneses térerősség változása sokkal gyorsabb, ami kisebb vasmagok alkalmazását teszi lehetővé, ráadásul sokkal kisebb energiaveszteséggel. Ez teszi lehetővé a hegesztőgépek tömegének drasztikus csökkentését és a gépek lassabb melegedését, tehát a munkaciklus is növelhető.
A mai inverterek IGBT (insulated gate bipolar transistor) technológiával működnek. Az IGBT tranzisztorok kimondottan a nagy frekvenciájú kapcsolóüzemű használatra lettek megalkotva, és különösen alkalmasak komplex hullámformák előállítására. Az IGBT technológia minden téren előnyösebb a MOSFET rendszereknél, ha nagy feszültségű és nagy áramú felhasználásról van szó. Nem véletlen, hogy a járműiparban és hőtani gépekben (pl. hűtők, légkondicionálók) is széles körben elterjedt a használatuk.
Az inverteres hegesztő technológia előnyei:
- Kis méret és tömeg
- Nagy hatásfok
- Kisebb biztosítékkal is működnek
- Alacsonyabb beruházási költség
- Jobb ívstabilitás
- Digitális funkciókkal is kompatibilis
- Nagyobb bekapcsolási idő.
- Univerzális hegesztőgépek megalkotását is lehetővé teszi
Az inverteres hegesztő technológia hátrányai:
- Kisebb élettartam
- Nehéz javíthatóság
- Meghibásodásra hajlamosabb
- Egyes elektródák csak speciális hegesztő inverterekkel használhatók.
Azt tehát nem jelenthetjük ki, hogy az egyik technológia egyértelműen jobb a másiknál, de az tény, hogy a hegesztő inverterek előnyei számosabbak. Azt is látni kell, hogy az inverteres hegesztő technológia is kezd kiforrni, a gyártók kiküszöbölik a kezdetben gyakran előforduló problémákat, és ma már évről-évre megbízhatóbb gépeket gyártanak.
Hegesztési teljesítmény
Bár a transzformátoros hegesztőgépek is jó ívet biztosítanak, a hegesztő inverterek íve rosszabb körülmények között is ilyen jó, sokkal kevesebb tényező tudja azt lerontani. Mivel a transzformátoros hegesztőgépek nem tudják az ívet azonnal szabályozni, az ív jobban ki vannak téve a feszültségingadozásoknak, az ív kialvásának és egyéb hasonló problémáknak. Ezzel szemben az IGBT hegesztő inverterek belső mikrokontrollerekkel működnek, ami lehetővé teszi az ívtulajdonságok azonnali automatikus módosítását, így képes konstans munkafeszültséget tartani. Ettől az ív stabil lesz, és számos kényelmi funkció is elérhetővé válik.
Ebből mindenki profitál: a profi hegesztők egyenletes beolvadási mélységet és varratprofilt nyernek, a barkácsolók az egyszerűbb ívgyújtásnak és -fenntartásnak örülhetnek. Meg kell azonban említenünk, hogy a lemezmunkák területén a transzformátoros hegesztőgépek még mindig nagy népszerűségnek örvendenek.
Élettartam és meghibásodási hajlandóság
Bár az inverteres hegesztőgépek sokkal megbízhatóbbá váltak, a transzformátorosok meghibásodási hajlandósága még mindig kisebb, ami nem csoda, mivel a hegesztővő inverterek sokkal több alkatrészből állnak, amik ráadásul érzékenyebbek is a környezeti körülményekre – azok között is különösen érzékenyek a fémtartalmú porok jelenlétére, márpedig az a hegesztés során nehezen kikerülhető. Az inverteres hegesztőgépek élettartama is kisebb. 30 éves üzemképes példányt nem találunk, ellenben ennél jóval öregebb transzformátors gépeket igen. De ez nem jelenti azt, hogy az új inverterek már ne volnának megbízhatók. A minőségi gépekre általában 3 év garanciát vállalnak.
Inverteres hegesztőgép felépítése. Több és érzékenyebb alkatrész.
Költségek
Bár az inverteres technológia hajnalán a hegesztő inverterek drágábbak voltak, az IGBT-nek köszönhetően megfordult a trend: ma már transzformátoros gépek kerülnek többe. A költség természetesen függ a berendezés márkájától és minőségétől, de hasonló kategóriájú transzformátoros és inverteres hegesztőgépeket összehasonlítva egyértelmű az összefüggés. Ennek köszönhetőn a transzformátoros hegesztőgépek – néhány speciális helyzet kivételével – versenyhátrányban vannak, a legtöbb gyártó kifuttatja őket, és a továbbiakban nem foglalkozik a szériagyártásukkal.
Érzékenység a hegesztés körülményeire
Itt még mindig a transzformátoros hegesztőgépeké az előny: poros és nagy páratartalmú környezetben ezek egyértelműen jobban teljesítenek, mint a hegesztő inverterek. A biztonsági előírások betartására viszont fokozottan kell ügyelni, mert cudar körülmények között az inverteres hegesztőgépek biztonságosabbnak bizonyultak.
Fontos tudni azt is, hogy főleg a régebbi fajta transzformátoros gépeken nincs VRD funkció (ami az üresjárati feszültséget hivatott csökkenteni), ami viszont ma már minden jobb inverteres MMA hegesztőgépen alapvető dolog. Ez egy nagyon fontos funkció, mert ez rengeteg halálos kimenetelű áramütést akadályoz meg. Ennek a veszélye régen különösen magas volt szűk helyeken, kényelmetlen pozíciókban és nagy páratartalmú helyeken hegesztve.
Energiahatékonyság
Az inverteres hegesztőgépek sokkal jobb hatásfokúak. Azonos teljesítmény leadásához feleannyi energiát sem vesznek fel, mint a transzformátoros gépek. Ma már a forgalomba kerülő hegesztőgépek nagyobb része üzemeltethető egyfázisú hálózatról is; hajlamosak vagyunk elfelejteni, de ez a transzformátoros hegesztőgépek korában ez nem volt így. Ez nagyban segítette a barkácscélú gépek elterjedését.
Méret és mozgathatóság
Ezt a kérdést is lerendezhetjük: a hegesztő invertek azonos teljesítmény mellett sokkal kisebbek, könnyebbek, mint transzformátoros társaik. Ma már jó minőségű hegesztőgépek (természetesen inverteresek) készülnek vállra akasztható kivitelben is. A transzformátorok korában ez teljesen elképzelhetetlen volt. A munkadarabok jobban megközelíthetők, a munkaterület jobban bejárható, rövidebb test- és mukakábelekkel is lehet dolgozni, ami tovább növeli a hegesztési munka hatékonyságát és komfortját.
A leglátványosabb különbséget a legelterjedtebb szegmensben, a 160-200 A-es MIG (CO) hegesztőgépek terén látjuk. Egy 160 amperes CO hegesztő inverter tömege 16-18 kg, ami fogantyúval is könnyen mozgathatóvá teszi a gépet. Egy hasonló tudású transzformátoros hegesztőgép kb. 50 kg; ezek még mind gurítható kivitelben készültek
Bekapcsolási idő (munkaciklus)
A transzformátorok működése során az energia viszonylag nagy része alakul hőveszteséggé, köszönhetően a kis átmérőjű, de nagy hosszúságú vezetőből készülő, emiatt tehát nagy ellenállású tekercseknek. A transzformátoros hegesztőgépek nagyméretű vasmagja a hatalmas hőt nehezen tudja leadni, ezzel ellentétben az inverterek transzformátorainak lényegesen kisebb vasmagja sokkal jobb hatásfokkal hűthető, mivel a tömeghez viszonyított felületük sokkal nagyobb. Emiatt melegszenek fel lassabban az inverteres gépek, ezáltal növelhető a bekapcsolási idejük. Megjegyezzünk, hogy ma már a forgalomba kerülő gépek szinte mindegyike el van látva túlmelegedést gátló áramkörrel, és minden gép tartalmaz hűtőventilátort. Összefoglalva, akinek lényeges a nagy bekapcsolási idő, válasszon inverteres hegesztőgépet, de ez is típusfüggő: készülnek olyan transzformátoros gépek is, amik jobb munkaciklussal rendelkeznek, mint egyes hegesztő inverterek.
Generátoros táplálás
Az aggregátorok hajlamosak arra, hogy ingadozó feszültséget adjanak le. Ez a transzformátoros gépek esetében leginkább csak az ív instabilitását okozza, de más a helyzet az inverterekkel: ezek alkatrészei sokkal érzékenyebbek a túlfeszültségre, egy feszültséglöket könnyen tönkre is teheti a hegesztőgépünket. Jobb minőségű generátorok használata esetén ettől ugyan nem nagyon kell tartanunk, de a legjobb, ha előzetesen meggyőződünk róla, hogy hegesztő inverterünket ajánlja-e a gyártó generátorról való üzemeltetésre.
A PFC elektronikával ellátott invertereket például nyugodtan használhatjuk generátorról is, mert védve vannak az esetleg fellépőfeszültségcsúcsoktól. De létezik ennél sokkal egyszerűbb megoldás is: sok gyártó nagy feszültségű kondenzátorokat épít be a hegesztőgépbe, amik a feszültségtöbblet elnyelésére hivatottak.
Kiegészítő funkciók
Bár a transzfomátoros hegesztőgépek fejlesztése is eljutott arra a szintre, jó analóg kényelmi funkciókkal tudták felszerelni a gépeket, de ez nem is hasonlítható a digitális kiegészítő szolgáltatások végtelen sorához, amit az inverteres technológia kínál.
Csak hogy egy példát említsünk: míg a váltóáramú transzformátoros gépek kizárólag szinuszos hullámot képesek előállítani, az inverteres TIG hegesztőgépeken a hullám minden paramétere szabályozható. A MIG, FCAW és MMA gépek sem maradnak el a fejlesztés területén. A MIG hegesztésben rohamosan teret hódít az impulzushegesztés, ami kisebb hőbevitellel és fröcsköléssel ér el nagyobb felhordást és esztétikailag is kifogástalan varratokat. Az inverter technológia lehetővé teszi a szinergikus vezérlés alkalmazását is, ami az alkalmazni kívánt eszközökhöz (elektróda, védőgáz stb.) igazítja a hegesztés paramétereit.
És ami a hegesztőgépek evolúciójának irányát diktálja: a forgalomba kerülő gépek többsége több funkció hegesztőgép, azaz a primer funkciójuk mellett alkalmasak MMA és lift TIG hegesztő eljárásokra is. Mondanunk sem kell, ez a transzformátoros gépek korában nem volt kivitelezhető, ezt is az inverterek alkalmazása tette lehetővé. Csakúgy, mint az olyan – ma már alapvetőnek tekintett – funkciókat, mint a hot start, arc force stb.
Szinergikus vezérlésű impulzus hegesztőgép kezelőfelülete. Ezeket a funkciókat az inverteres technológia teszi lehetővé.
Akkor melyiket válasszuk?
Általánosan elterjedt vélekedés, hogy barkácsoláshoz válasszunk transzformátoros hegesztőgépet, iparosok pedig vegyenek hegesztő invertert. Ezzel mi nem feltétlenül értünk egyet.
Barkácsolóknak mindenképp jobb választás az inverteres hegesztőgép: egyszerűbb vele dolgozni, sok kényelmi és biztonsági funkcióval vannak felszerelve, ráadásul barkácscélú hegesztő transzformátort leginkább használtcikként lehet vásárolni.
A profi hegesztőknek is sokkal praktikusabbnak tűnik az inverteres hegesztő vásárlása, de ha valaki rendszeresen dolgozik mostoha körülmények között, vagy lemezmunkához keres hegesztőgépet az elkövetkező pár évtizedre, annak esetleg érdemes lehet megfontolnia egy transzformátoros hegesztő beszerzését.