PA.08.08 Stroombronnen Voor Het Booglassen

1) Daar waar van 'karakteristiek' wordt gesproken wordt bedoeld 'stroom-spanningskarakteristiek'.

PA.08.08 - “Stroombronnen voor het booglassen” 1

Praktijkaanbeveling Stroombronnen voor het booglassennr. PA.08.08december 2008 Er zijn de achterliggende jaren veel innovatieve ontwikkelingen geweest op het ge-

bied van het lassen. Een deel van deze ontwikkelingen is mogelijk gemaakt door debeschikbaarheid van nieuwe stroombronnen. Het zijn vooral de snelle ontwikke-lingen in de vermogenselektronica die hierbij een cruciale rol spelen. De ontwikke-lingen in de elektronica zijn gebaseerd op het steeds sneller maken en verdergaandeminiaturisering van de elektronische componenten. Dit is een algemene trend inons dagelijks bestaan, die misschien wel het meest zichtbaar is bij de ontwikkelingvan Personal Computers: vooral sneller en kleiner van afmetingen. De ontwikkelingenop het gebied van computers en vooral van het hart ‘de microprocessor’ zijn inder-tijd voorspeld door Moore en vastgelegd in een zogenaamde “Wet van Moore” (DeWet van Moore stelt dat het aantal transistors op een computerchip door de tech-nologische vooruitgang elke 24 maanden verdubbelt). Voorlopig gaat de Wet vanMoore nog steeds op en het is de verwachting dat aan het huidige tempo van dezeontwikkelingen voorlopig nog geen einde is gekomen. Alle apparatuur waarin ditsoort ‘computerchips’ toepassing vinden (dus ook in onze stroombronnen) volgendeze snelle ontwikkelingen.

Inhoud1 Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Ontwikkeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2.1 Booglassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2 Boogkarakteristiek en ijklijn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.3 Statische stroom-spanningskarakteristiek van een

stroombron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.3.1 Verticale, (af)vallende, dalende of steile

karakteristiek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.3.2 Horizontale of vlakke karakteristiek . . . . . . . . 42.3.3 Karakteristieken van moderne stroombronnen . 52.3.4 Dynamische karakteristiek . . . . . . . . . . . . . . . 6

3 Indeling van de verschillende typen stroombronnen . . . . . 63.1 Conventionele stroombronnen . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.2 Moderne stroombronnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3.2.1 Elektronisch geregelde analoge stroombron . . . 83.2.2 Chopper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.2.3 Inverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.2.4 Hybride stroombron . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.3 Van analoog naar digitaal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.3.1 Analoge stroombronnen . . . . . . . . . . . . . . . 113.3.2 Digitale stroombronnen . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4 Enkele aspecten die te maken hebben met stroombronnen 125 Bijzondere mogelijkheden en voorzieningen in stroombronnen 156 Levensduur en onderhoud van moderne stroombronnen . 187 Wat kunnen we nog verwachten op het gebied van

stroombronnen in de komende jaren? . . . . . . . . . . . . . . 188 Literatuur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1 InleidingMet de komst van de nieuwe elektronische bouwstenenen microprocessorbesturingen, zijn de mogelijkheden vanmoderne stroombronnen enorm uitgebreid, waarbij alsmeest opmerkelijke veranderingen genoemd kunnenworden: de afmetingen en het gewicht: door het toepassen van

inverter-technieken kan het gewicht van de transfor-mator sterk beperkt worden (inverter: 4 kg voor 500 Ai.p.v. circa 60 kg voor de traditionele transformator);

de besturing: de vermogensregeling door componentenals thyristors en transistors maken het mogelijk destroombronnen met microprocessors te sturen, terwijldatabanken met procesgegevens of voor de opslag hier-van eenvoudig kunnen worden ingebouwd;

de vermogensregeling: de snelheid van moderne stroom-bronnen is zo groot, dat tijdens het lassen de laspara-meters kunnen worden gemeten en het vermogen opbasis van deze gemeten waarden kan worden geregeld.

Uiteindelijk is het denkbaar (maar nog allerminst zeker)dat de moderne elektronica er op termijn voor zal zorgendat een volledige procesbeheersing van het booglassenmogelijk wordt.

De vele stroombronnen die voor het booglassen op demarkt zijn, maken het voor de gebruiker moeilijk om hierzijn weg in te vinden en na te gaan welk type stroombron

het meest geschikt is voor zijn toepassing. Deze voor-lichtingspublicatie geeft niet aan welke stroombron u moetaanschaffen, maar is bedoeld als algemeen overzicht vande aspecten, die van belang zijn bij de aanschaf van eenstroombron. Gewapend met deze informatie moet het nietmoeilijk zijn de eigen wensen te omschrijven en te vertalennaar de keuze van de juiste stroombron. Meestal zal erhierbij een ruime keuze zijn uit het aanbod van stroom-bronnen, in het geval van specifieke wensen zal de keuzebeperkter zijn.

Deze voorlichtingspublicatie beperkt zich tot stroombron-nen voor het booglassen, dat wil zeggen tot de laspro-cessen die gebruik maken van een elektrische boog.Veel type stroombronnen worden echter ook ingezet voorandere lasprocessen. De principiële werking van dezestroombronnen verandert hierdoor natuurlijk niet, wel zijner verschillen qua uitvoering, vermogen en mogelijkheden.

2 OntwikkelingDe stroombron is van vitaal belang voor het booglassen[15]. De belangrijkste functie van een stroombron is hetlascircuit te voorzien van de noodzakelijke elektrischeenergie om een boog te kunnen starten en in stand tehouden. De functies van een stroombron worden beïn-vloed door de gebruikte (elektronische) componenten enopbouw. Afhankelijk van de kennis, ervaring en visie vande fabrikanten, verschillen stroombronnen van elkaar.Deze verschillen zijn ook terug te vinden in het ‘gedrag’van de stroombron tijdens het lassen.De basis voor het begrijpen van de werking van stroom-bronnen ligt bij de “karakteristiek” 1) van stroombron. Dekarakteristiek van de stroombron zegt iets over het ge-drag van de stroom en spanning bij wisselende belas-tingen op de uitgang (secundaire zijde) van de stroom-bron. Wisselende belastingen ontstaan bijvoorbeeld alsde booglengte tijdens het lassen varieert.Booglengtevariaties kunnen optreden, doordat de lasserzijn lastoorts beweegt, of doordat bij het lassen met eenafsmeltende lasdraad de draadaanvoer niet regelmatigverloopt. Hoewel wisselende belastingen op de uitgangvan een stroombron veroorzaakt kunnen worden doorverschillende mechanismen, reageert en corrigeert destroombron op een eenduidige manier.Stroombronnen kennen twee soorten karakteristieken teweten de “statische” en de “dynamische” karakteristiek.In veel gevallen wordt alleen aandacht geschonken aande statische karakteristiek van de stroombron en wordtde dynamische karakteristiek voor lief genomen. Bij snelwisselende parameters (bijvoorbeeld bij het MAG kort-sluitbooglassen) gaat de dynamische karakteristiek vande stroombron echter een steeds belangrijker rol spelen(zie § 2.3.4.).

3) Ioniseren van een gas is populair gezegd het elektrisch geleidend maken van een gas.

2 PA.08.08 “Stroombronnen voor het booglassen”

2.1 BooglassenAlle lasprocessen die gebruik maken van een boog voorhet opwekken van warmte vallen onder de groep boog-lasprocessen. De meest bekende en toegepaste boog-lasprocessen worden in tabel 2.1 weergegeven.

tabel 2.1 De meest bekende en toegepaste booglasprocessen

booglasproces procesnummer

MIG/MAG lassen 131,135,136 en 137

booglassen met beklede elektrode (Bmbe) 111 a)

TIG-lassen 141

plasmalassen 15

onder poeder lassen 12

a) Aanduiding volgens de NEN EN ISO 4063

Voor een beschrijving van deze lasprocessen wordt ver-wezen naar de websites www.Verbinden-Online.nl enwww.DunnePlaat-Online.nl.

Voor de geleiding van de elektrische stroom heeft elkelasboog een plasmakolom. Een plasma in de fysica is eenvolledig geïoniseerd 2) gas. Voor het lassen wordt dezeterm echter ook gebruikt als het gas slechts gedeeltelijkgeïoniseerd is. Een plasma kan alleen maar ontstaan en instand worden gehouden bij hoge temperaturen, zoals ineen boog. Hoe hoger de temperatuur des te stabieler is hetplasma. In tabel 2.2 wordt een overzicht gegeven van demaximale temperaturen bij de diverse booglasprocessen.

tabel 2.2 Maximale temperaturen (berekend) in de kernvan de boog bij verschillende boogprocessen

booglasproces max. temperatuur (kern v.d. boog)

Bmbe (111) ca. 6000 ºC

MIG/MAG (131/135) ca. 8000 ºC

TIG (141) ca. 14000 ºC

plasma (15) ca. 24000 ºC

Door straling, convectie en thermische geleiding wordtcontinu warmte afgestaan aan de omgeving, en moet erconstant energie worden toegevoerd. Bij een plasma,zoals dit ontstaat bij het booglassen, wordt de warmte-ontwikkeling verkregen door de verhitting van het be-schermgas. De boog heeft namelijk altijd een elektrischeweerstand, waardoor er bij stroomdoorgang vermogenwordt ontwikkeld P (Watt)=I2 (Ampère)×R (Ohm). Alshet vermogen dat in de boog wordt ontwikkeld gelijk isaan het vermogen dat wordt afgestaan door de boog, iser sprake van een stationaire (evenwichts)toestand. Destroombron zorgt dat deze evenwichtstoestand kan blij-ven bestaan.Het booglassen is dus een ‘dynamisch’ proces, waarbijcontinu gestreefd wordt naar een zo optimaal mogelijkeevenwichtssituatie.

2.2 Boogkarakteristiek en ijklijnDe stroom - spanningskarakteristiek van een elektrischeboog (kortweg boogkarakteristiek) hangt af van vele fac-toren. Afhankelijk van het type lasproces zijn dit onderandere de chemische samenstelling van de elektroden, dediameter van de elektrode, de booglengte en de samen-stelling van het plasma. (beschermgas en metaaldamp).De boog kan worden gezien als een variabele weerstanddie, afhankelijk van de eerder genoemde factoren, dus ookeen variabele spanning en stroomsterkte oplevert. Het isdaarom lastig om een vaste stroomschaal op stroombronnenaan te brengen, de stroom varieert immers met verande-

ringen van de booglengte. In de NEN-EN-IEC 60974-1:2005[9] zijn daarom eisen opgesteld die zijn geënt op de ge-middelde boogkarakteristiek bij het booglassen met be-klede elektrode.Hiervoor is de zogenaamde ijklijn geïntroduceerd die een(lineaire) relatie weergeeft tussen de boogspanning en destroomsterkte en dus een maat vormt voor het aanbren-gen van een stroomschaal. Fabrikanten moeten de stroom-aanduiding van hun stroombronnen testen en afregelenvolgens deze ijklijn. IJklijnen kunnen dus gezien wordenals, in de norm vastgelegde, eenduidige waarden voor despanning en stroomsterkte bij variaties van de booglengtetijdens het lassen.Tegenwoordig lijkt dit met onze digitale uitlezing van delasparameters achterhaald; de praktijk is echter dat ookdeze stroom- en spanningsmeters conform de ijklijn vande NEN-EN-IEC 60974-1:2005 zijn afgeregeld.

Voor de verschillende lasprocessen en stroomsterkten zijnde in tabel 2.3 de lineaire relaties weergegeven die wordengehanteerd conform de NEN-EN-IEC 60974-1:2005 [9].

tabel 2.3 Lineaire relaties van de ijklijnen voor de verschil-lende booglasprocessen evenals het plasmasnijdenen -gutsen (NEN-EN-IEC 60974-1:2005 [9]

proces criterium ijklijn

BmbeI maximaal 600 A U=20+0,04 I Volt

I boven de 600 A U=44 Volt

TIGI maximaal 600 A U=10+0,04 I Volt


MIG/MAG engevulde draad

I maximaal 600 A U=14+0,05 I Volt


onder poeder lassenI maximaal 600 A U=20+0,04 I Volt


plasmalassenI maximaal 600 A U=25+0,04 I Volt


plasmagutsenI maximaal 300 A U=100+0,4 I Volt


plasmasnijden

I maximaal 165 A U=80+0,4 I Volt

165 A<I2>500 A U=130+0,1 I Volt


Een aantal van deze ijklijnen is voor een drietal veel gebruiktebooglasprocessen grafisch weergegeven in figuur 2.1 [12].

figuur 2.1 Grafische weergave van de ijklijnen van een aan-tal veel gebruikte booglasprocessen [12]

In de praktijk wordt de relatie tussen de spanning en destroomsterkte die is vastgelegd in de ijklijnen, soms ge-bruikt voor het bepalen van de warmte-inbreng als er geen


meetapparatuur voorhanden is. Op basis van een inge-stelde stroomsterkte kan met behulp van deze ijklijnen opeen simpele manier de boogspanning worden bepaaldwaarna, als de lassnelheid bekend is, de warmte-inbrengkan worden berekend. Dit is echter niet meer dan eengrove benadering en dus globale indicatie van de warmte-inbreng, omdat de praktijksituatie sterk kan afwijken.Voor kritische toepassingen is het daarom wenselijk altijdde actuele waarde van de spanning en stroomsterkte temeten; uiteraard met gekalibreerde meters.

2.3 Statische stroom-spanningskarakteristiekvan een stroombron

De relatie tussen de spanning en de stroom, in afhankelijk-heid van de weerstand, wordt voor elke stroombron weer-gegeven door de statische stroom-spanningskarakteristiekvan de stroombron. Door hun traditionele opbouw werkenalle elektronisch geregelde analoge stroombronnen (zie§ 3.2.1) met dergelijke karakteristieken. Bij moderne digi-tale stroombronnen (zie § 3.2.2) hoeft dit niet het gevalte zijn, omdat deze stroombronnen in staat zijn elke ge-wenste combinatie van stroom en spanning (elektronisch)in te stellen. De fabrikant heeft bij volledig digitale stroom-bronnen meer mogelijkheden om deze relatie naar eigeninzicht te ‘sturen’. Hierover later meer.Aansluitend zal aan de hand van de traditionele opbouwvan stroombronnen de werking van de statische karakte-ristiek van de stroombron kort worden toegelicht, omdatdit bijdraagt tot inzicht in het gedrag van stroombronnentijdens het lassen. Voor een uitgebreide beschrijving wordtverwezen naar het uitstekende cursusmateriaal van deverschillende NIL lasopleidingen (www.nil.nl).In traditionele stroombronnen worden twee verschillendestatische karakteristieken onderscheiden, die elk hun eigenkenmerken en toepassingsgebied kennen; dit zijn: verticale, (af)vallende, dalende of steile karakteristiek,

of ook wel statische karakteristiek voor een constantestroomsterkte genoemd (CC - Constant Current).

horizontale, vlakke karakteristiek of ook wel statischekarakteristiek voor een constante spanning genoemd(CP - Constant Potential).

2.3.1 Verticale, (af)vallende, dalende of steilekarakteristiek

Bij het gebruik van een volledig verticale karakteristiek vande stroombron zullen booglengtevariaties (=boogspan-ningvariaties) geen invloed hebben op de stroomsterkte,zoals te zien is in figuur 2.2. Dit houdt in dat er altijd metde ingestelde stroomsterkte wordt gelast (in het voor-beeld 100 A).

figuur 2.2 Schematische weergave van een volledig vertica-le karakteristiek bij een ingestelde stroomsterktevan 100 A

De praktijk leert echter dat er nooit een volledig verticalekarakteristiek wordt verkregen bij het gebruik van stroom-bronnen met een transformator (inductieve weerstand).

De verticale karakteristiek van stroombronnen uitgerustmet transformatoren verloopt schematisch als weergege-ven in figuur 2.3.

figuur 2.3 Schematische weergave van het verloop van deverticale karakteristiek van een stroombron bijeen ingesteld stroomsterkte van 50 respectieve-lijk 150 A

In figuur 2.3 zijn voor de duidelijkheid slechts twee karak-teristieken getekend (50 en 150 A). In werkelijkheid geldtdat voor elke ingestelde stroomsterkte een dergelijkekarakteristiek kan worden getekend. Wat opvalt in figuur2.3 is, dat het verloop van de karakteristieken niet gelijkis. Bij lagere stroomsterkten wordt een meer verticalekarakteristiek verkregen dan bij hogere stroomsterkten. Het gevolg van het gebruik van een verticale karakteris-tiek van de stroombron is, dat spanningsvariaties (=boog-lengtevariaties) slechts kleine variaties van de stroom-sterkte geven (zie figuur 2.4, linker karakteristiek). Hier-door is het mogelijk een min of meer constante inbran-ding en warmte-inbreng te realiseren.

figuur 2.4 Schematische weergave van de relatie tussen despanning en de stroomsterkte bij een stroombronmet een dalende karakteristiek bij een laag inge-stelde stroomsterkte(50 A) een hoger ingesteldestroomsterkte(150 A). De groene lijnen zijn eenschematische weergave van de boogkarakteris-tieken

De ‘meer’ verticale karakteristiek die wordt verkregen bijlagere stroomsterkten maakt dus dat er bij booglengte-variaties slechts kleine stroomsterktevariaties optreden.Dit is gunstig, omdat lage stroomsterkten gebruikt wor-den voor het maken van doorlassingen, het lassen vangeringe materiaaldikten, of het lassen in positie. Dit zijnjuist de situaties waarbij het laswerk kritisch is en er isdaarom een zo klein mogelijke variatie van de stroom-sterkte gewenst.Bij hogere stroomsterkten wordt over het algemeen onderde hand gelast. De grotere stroomsterktevariaties die wordenverkregen doordat de karakteristiek van de stroombron‘minder’ dalend is (rechter karakteristiek), zijn dan van min-der invloed op de kwaliteit en uitvoering van het laswerk.


Vele booglasprocessen maken gebruik van stroombron-nen met een dalende karakteristiek, waarvan de belang-rijkste zijn: Bmbe lassen; TIG lassen; plasma lassen; onder poeder lassen met dikke draad.

2.3.2 Horizontale of vlakke karakteristiekBij het gebruik van een volledig horizontale karakteristiekvan de stroombron zullen booglengtevariaties (=boog-spanningvariaties) leiden tot een instabiel gedrag van destroombron. De stroombron zal immers bij de geringstevariatie van de boogspanning (booglengte) zijn maximalestroomsterkte leveren, danwel zijn stroomsterkte tot nulreduceren (zie figuur 2.5).

figuur 2.5 Schematische weergave van een volledig vlakkekarakteristiek

In de praktijk wordt er daarom altijd gelast met een mindervlakke karakteristiek van de stroombron. Gebruikelijkewaarden voor de hellingshoek van de karakteristiek liggentussen de 1 en 5 V per 100 A.Naarmate er wordt gelast met een vlakkere karakteristiekvan de stroombron zal deze sneller reageren, maar wordtde boog ook onrustiger. Bij sommige stroombronnen is demogelijkheid ingebouwd om voor een bepaalde karakte-ristiek te kiezen bijvoorbeeld in de range van 1-5V/100Ain stappen van 1 volt (zie figuur 2.6).

figuur 2.6 Schematische weergave van een karakteristiekwaarvan de hellingshoek ingesteld kan worden inverschillende stappen

Op deze manier kan er dus worden gekozen of de stroom-bron snel reageert (1V/100A), dan wel trager reageert(5V/100A).Figuur 2.7 toont de karakteristieken van een stroombronmet een horizontale karakteristiek; voor de duidelijkheidzijn hierin slechts 2 karakteristieken getekend. In werke-lijkheid geldt dat voor elke ingestelde spanning een der-gelijke karakteristiek kan worden getekend.

figuur 2.7 Schematische weergave van het verloop van dehorizontale karakteristiek van een stroombronvoor twee ingestelde spanningen (30V en 50V)

Het gevolg van het gebruik van een horizontale karakte-ristiek is, dat spanningsvariaties (=booglengtevariaties)resulteren in zeer grote stroomsterktevariaties (zie figuur 2.8).

figuur 2.8 Schematische weergave van de stroom- en span-ningsveranderingen bij variatie van de booglengte(boogspanning)

Het voordeel van een stroombron met een verticale karak-teristiek is, zoals al eerder is aangegeven, dat de stroom-sterkte bij booglengtevariaties zoveel mogelijk constantblijft. Hierdoor wordt er zoveel mogelijk met een constantewarmte-inbreng gelast en is de kwaliteit van de las repro-duceerbaar.Bij het lassen met een horizontale karakteristiek lijkt hetomgekeerde het geval: relatief kleine booglengtevariatiesleiden immers tot grote stroomsterktevariaties. Toch is ditook een werkbare situatie, die zich als volgt laat verklaren.Stroombronnen met een horizontale karakteristiek wordeningezet voor het lassen met dunne, afsmeltende elektro-den. In de praktijk houdt dit in dat een deel van de stroom-sterktevariaties niet wordt gebruikt om meer of minderwarmte in het werkstuk te brengen, maar om meer ofminder draad af te smelten. Wat gebeurt er namelijk bijbooglengtevariaties?Als de booglengte groter wordt, wordt de boogspanninghoger en het werkpunt verschuift van WP0 naar WP1 (ziefiguur 2.9). Wordt de booglengte kleiner, dan gebeurt hetomgekeerde: de stroomsterkte neemt af. Hierdoor wordter minder draad afgesmolten en krijgt de (continu aange-voerde) lasdraad de gelegenheid dichter naar het smelt-bad te komen (de booglengte wordt kleiner).

Bij het kleiner worden van de booglengte vindt uiteraardhet omgekeerde plaats (werkpunt verschuift van WP0naar WP2). Dit corrigerende mechanisme, ook wel zelfre-gulerend effect van de boog genoemd, vindt plaats als delasser zijn lastoorts tijdens het lassen beweegt of als dedraadaanvoer niet regelmatig is (binnen beperkte grenzen).Door het gebruik van een horizontale karakteristiek van


figuur 2.9 Schematische weergave van de variaties instroomsterkte en boogspanning in relatie totbooglengte veranderingen

de stroombron is op deze manier een eenvoudig en snelcorrigerend mechanisme verkregen, dat ervoor zorgt datde booglengte min of meer constant blijft tijdens het las-sen. Doordat booglengtevariaties snel worden gecorri-geerd, is de warmte-inbreng tijdens het lassen zoveel mo-gelijk constant. Dit mechanisme werkt zoals gezegd alleenbij het lassen met relatief dunne lasdraden; voor dikkedraden is het systeem niet toepasbaar.Stroombronnen met een horizontale karakteristiek wordenonder andere gebruikt voor de volgende booglasprocessen: MIG/MAG lassen; onder poeder lassen met dunne draden; elektrogas lassen.

2.3.3 Karakteristieken van moderne stroom-bronnen

Moderne stroombronnen maken gebruik van de mogelijk-heden die de elektronica te bieden heeft. Hoewel de fun-damentele principes, zoals hierboven beschreven, geldigblijven, is de manier waarop een en ander in de praktijkwordt gerealiseerd totaal verschillend.In het kort worden hierna een aantal benaderingen weer-gegeven.

Een van de eerste ontwikkelingen die de moderne elektro-nica bood was de combinatie van een verticale en hori-zontale karakteristiek van de stroombron. Dit maakte hetmogelijk bijvoorbeeld met hetzelfde apparaat Bmbe/TIG(verticale karakteristiek) als MIG/MAG (horizontale karak-teristiek) te lassen. De karakteristiek van dergelijke appa-raten was zodanig opgebouwd, dat het eerste deel (hogespanningen) verticaal verliep en het tweede deel horizon-taal (lage spanningen), zie figuur 2.10 [12].

figuur 2.10 Elektronisch geregelde stroombron voorzienvan een verticale en een horizontalekarakteristiek [12]

Bij het Bmbe lassen zorgt een dergelijke karakteristiekvan de stroombron er bijvoorbeeld voor dat er makkelijkergestart kan worden en dat de elektrode minder snel vast-

vriest in het smeltbad bij korte booglengten (basischeelektroden).Dit type stroombron kan als een voorloper van de huidigegeneratie elektronisch geregelde stroombronnen wordengezien.De ontwikkelingen volgden elkaar hierna in snel tempo op,waardoor de mogelijkheid ontstond te lassen met pulse-rende lasstroom en spanning, eerst met vaste van hetlichtnet afgeleide frequenties (16, 25, 33, 50 en 100 Hz),en later met continu, variabele frequenties.

In moderne, elektronisch geregelde stroombronnen is hetmogelijk binnen het bereik (I,V) van de stroombron, elkewillekeurige combinatie van stroomsterkte en spanningaan te bieden aan de lasser. Dit is voor een aantal puntenschematisch weergegeven in figuur 2.11.

figuur 2.11 Vrij programmeerbare combinaties van spanningen stroomsterkte bij een moderne, elektronischgestuurde stroombron

De vraag is nu echter: hoe om te gaan met variaties vande booglengte? Zoals eerder aangegeven regelen de con-ventionele stroombronnen dit via de karakteristiek van destroombron.Bij moderne, elektronisch gestuurde stroombronnen is deelektronica zo snel, dat elk gekozen werkpunt (I,V) opelke willekeurige manier kan worden verschoven (zie fi-guur 2.12).

figuur 2.12 Schematische weergave van de volledig vrijeverschuiving van het werkpunt)

Het probleem wordt nu: hoe kunnen/moeten de werk-punten worden verschoven als de booglengte verandert,waarbij een stabiele procesvoering gewaarborgd moetzijn? Dit vergt veel inzicht in enerzijds de mogelijkhedenvan de moderne elektronica en anderzijds kennis van delastechniek.

Moderne stroombronnen worden daarom door fabrikanten‘voorgeprogrammeerd’, waarbij het gedrag van de stroom-bron bij wisselende belastingen (booglengten) door defabrikant is vastgelegd.De ‘voorgeprogrammeerde’ relaties tussen de spanningen stroom worden ‘synergische relaties’ genoemd. Bijstroombronnen voor het MIG/MAG lassen is dit het verst


doorgevoerd. Bij deze stroombronnen zullen op basis vanvoorgeprogrammeerde, synergische relaties aan de enekant en de door de lasser ingestelde parameters aan deandere kant (materiaalsoort, materiaaldikte, draaddiame-ter beschermgas en laspositie), de beste instellingen voorhet lassen worden gegenereerd. Hierbij wordt tevens vast-gelegd hoe de stroombron zich zal gedragen bij variatiesvan de booglengte. Uiteraard is het op deze manier be-trekkelijk eenvoudig om instabiele combinaties van de las-parameters (I, U) te vermijden. Hoewel de ‘synergischebasisgedachte’ gelijk is, zijn fabrikanten hierbij tot zeerverschillende oplossingen gekomen; het gaat echter tever in het kader van deze voorlichtingspublicatie hierop inte gaan. Dit verklaart echter wel waarom een lasser deene stroombron ‘prettiger’ vindt om mee te lassen dan deandere, dit is immers direct gerelateerd aan het inzicht ende ervaring van de fabrikant en dus de door hem aange-brachte, voorgeprogrammeerde synergische relaties.

2.3.4 Dynamische karakteristiekNaast de hiervoor besproken statische karakteristiek wor-den de laseigenschappen eveneens bepaald door de dyna-mische karakteristiek van de stroombron. De statischekarakteristiek van de stroombron zegt iets over het gedragvan de stroombron bij (elektronisch gezien) betrekkelijklangzame veranderingen. De dynamische karakteristiekvan de stroombron bepaalt hoe de stroombron zich ge-draagt bij snel wisselende veranderingen. Dit soort snelleveranderingen is aanwezig bij bijvoorbeeld het MIG/MAGkortsluitbooglassen, het booglassen met beklede elektrodeals de elektrode aangestreken wordt, tijdens kortsluitin-gen bij overgaande metaaldruppels en bij het lassen metpulserende stroomsterkte.De dynamische karakteristiek van de stroombron bepaalthoe deze zich gedraagt bij plotselinge veranderingen vande stroom, spanning of boogweerstand. Een simpel voor-beeld maakt dit duidelijk. Inductieve weerstanden (trans-formatoren, spoelen) werken stroom- en spanningsverande-ringen tegen. Dit is schematisch weergegeven in figuur 2.13.

In figuur 2.13 wordt een blokvormige puls aangebodenaan een spoel (=inductieve weerstand) voorzien van ver-schillende aftakkingen (meer of minder inductieve weer-stand). Dit is bijvoorbeeld wat er gebeurt bij het inbrengenvan een smoorspoel bij het MAG kortsluitbooglassen(alleen is de pulsvorm hierbij niet zo mooi blokvormig).Elke keer als er een snelle stroomof spanningsverande-ring optreedt, werkt de inductieve weerstand dit tegen.Dit houdt in dat, bij een plotselinge verandering van destroom of spanning, het even duurt voordat de stroom-bron zich daadwerkelijk aangepast heeft (de stroom en

spanning ijlen na). Op deze manier kunnen fabrikantenhet gedrag van de stroombron bij snelle stroom- enspanningsveranderingen beïnvloeden. De dynamischekarakteristiek van de stroombron heeft dus te maken metde opbouw en sturing van de stroombron, de lasser ver-taalt dit in de praktijk naar een prettige of juist minderprettige stroombron om mee te lassen. De invloed van dedynamische karakteristiek van een stroombron wordtminder naarmate er minder snelle veranderingen van destroom en spanning optreden (bijvoorbeeld bij het open-boog lassen). Dit is de reden dat de smoorspoel bij hetMIG/MAG openboog lassen geen effect heeft.

3 Indeling van de verschillende typenstroombronnen

Stroombronnen hebben een zeer sterke ontwikkelingdoorgemaakt vanaf circa 1920, dit is schematisch weer-gegeven in figuur 3.1.

Uiteraard volgde de ontwikkelingen elkaar op in geleide-lijke overgangen, de aangegeven jaartallen in figuur 3.1zijn slechts als indicatie bedoeld.Het is mogelijk stroombronnen op vele manieren in te de-len bijvoorbeeld: conventionele/moderne stroombronnen,analoge/digitale stroombronnen, schakelende en niet scha-kelende stroombronnen, enz. Figuur 3.14 op bladzijde 13geeft de indeling aan op basis van conventionele en mo-derne stroombronnen.In deze publicatie wordt echter de hoofdindeling van con-ventionele en moderne stroombronnen aangehouden. Degrens wordt hierbij min of meer aangegeven door het ge-bruik van stuurbare componenten als thyristors en tran-sistors.

De laatst ontwikkelde conventionele stroombronnen maak-ten gebruik van thyristors, die eveneens tot de stuurbareelektronische componenten gerekend worden. Hiermeevalt een deel van dit type stroombronnen binnen de groepconventionele stroombronnen en een deel binnen demoderne stroombronnen. Lasaggregaten worden in dezepublicatie buiten beschouwing gelaten, hoewel deze voorbepaalde sectoren uit de industrie een belangrijke ‘stroom-bron’ vormen.

3.1 Conventionele stroombronnenConventionele stroombronnen zijn meestal opgebouwduit een transformator en een mogelijkheid om de stroomof spanning te regelen. Dit type stroombron wordt gebruiktvoor het wisselstroomlassen. Voor het lassen met gelijk-

weinig inductieve weerstand

meer inductieve weerstand

figuur 2.13 Schematische weergave van de werking van een inductieve weerstand (spoel) in een elektrisch circuit bij snelleveranderingen van de stroom of spanning


sign

alen

com

pone

nten

sign

alen

com

pone

nten

figuur 3.1 Schematische weergave van het ontwikkelingspadvan stroombronnen

stroom is de opbouw echter gelijk met als enige verschildat er een gelijkrichteenheid is toegevoegd om de wissel-stroom/-spanning om te zetten naar gelijkstroom/-span-ning (zie de figuren 3.2 en 3.3).

transformeren stroomregeling lassen

figuur 3.2 Schematische opbouw van een conventionelestroombron voor het wisselstroomlassen (trans-formator+stroomregeling)

transformeren stroomregeling gelijkrichten lassen

figuur 3.3 Schematische opbouw van een conventionelestroombron voor het gelijkstroomlassen (transfor-mator+stroom-/spanningsregeling en gelijkrichter)

De opbouw van deze stroombronnen is simpel en ze zijnvoorzien van betrekkelijk weinig elektronica. Dit maakt ditsoort stroombronnen robuust en betrouwbaar en is de reden

dat dit type stroombronnen nog steeds in de industrieworden gebruikt. De mogelijkheden om specifieke voor-zieningen (bijvoorbeeld lassen met pulserende stroom) inte bouwen in deze stroombronnen is niet of beperkt (thy-ristorapparatuur) aanwezig.De stroom of spanning kan bij dit type stroombronnen opverschillende manieren worden geregeld. In het begin wa-ren dit vooral mechanische regelingen als: aftakkingen van de transformator; shuntregeling.

Met het verbeteren van de elektronica kwamen hier laterde volgende mogelijkheden bij om de stroom of spanningte regelen: via een variabele inductie (spoel); door het gebruik van een transductor (elektronisch regel-

bare spoel); door middel van thyristors (wisselstroom/-spanning).

Hoewel dergelijke regelingen van de stroom en spanning,naar de huidige stand van de techniek, misschien primitiefen weinig nauwkeurig overkomen, waren het indertijd be-proefde technieken die betrouwbaar en functioneel waren.

3.2 Moderne stroombronnenDe ontwikkeling van moderne stroombronnen kwam van-uit twee kanten op gang: vanuit de mogelijkheden die demoderne elektronica bood en vanuit de behoefte van degebruiker om het lassen met robots uit te voeren. Met dekomst van snelle elektronische componenten, die een hoogvermogen konden verwerken, trad een nieuw tijdperk inop het gebied van stroombronnen. Thyristors, transistorsen andere componenten deden hun intrede in de lastechniek.

Het is niet de bedoeling in detail op de werking van dezecomponenten in te gaan. Wel is het goed om aan tegeven dat transistors op twee manieren gebruikt kunnenworden in de elektronica te weten: 1) als regelbare weerstand;2) als elektronische schakelaar.

Beiden manieren hebben hun voor- en nadelen en dus hunspecifieke toepassingsgebieden.

Het gebruik van elektronische componenten zorgt ener-zijds voor een uitgebreid scala aan instel- en aanstuur-mogelijkheden en maakt het anderzijds mogelijk laspara-meters terug te koppelen, waardoor een stabiele proces-voering mogelijk wordt.Tot de moderne stroombronnen worden gerekend de: elektronisch geregelde analoge stroombron; chopper; inverter.

Zowel de chopper (§ 3.2.2) als de inverter (§ 3.2.3) zijn‘schakelende’ stroombronnen; dat wil zeggen dat de tran-sistors in deze stroombronnen gebruikt worden als schake-laar. Vanwege hun opbouw worden choppers secundairschakelende stroombronnen genoemd en inverters wordenprimair schakelende stroombronnen genoemd.De strijd tussen de chopper en inverter is op basis van deuitvoering (afmetingen), mogelijkheden, prijs en kwaliteituiteindelijk in het voordeel van de inverter beslist, gezienhet gebruikspercentage van inverters voor het lassen inde industrie. In tabel 3.1 is een schatting gemaakt vanhet gebruikspercentage van de verschillende modernestroombronnen binnen Nederland.

tabel 3.1 Schatting van het gebruikerspercentage van deverschillende moderne stroombronnen die inNederland worden ingezet

type stroombron gebruikspercentage

analoog 1

chopper 9

inverter 90


sign

alen

com

pone

nten

sign

alen

com

pone

nten

Het feit dat de inverter het meeste gebruikt wordt, wil nietzeggen dat de andere typen stroombronnen ‘minder’ goedzouden zijn; slechte stroombronnen worden niet meer ge-maakt. Inverters en choppers kunnen worden gebruiktvoor meerdere lasprocessen, waaronder het MIG/MAG,TIG, Bmbe en het puntlassen.

3.2.1 Elektronisch geregelde analogestroombron

Een elektronisch geregelde stroombron bestaat uit driebasisblokken: de transformator, een gelijkrichteenheid eneen regeleenheid voor de stroomsterkte of lasspanning;deze onderdelen zijn schematisch weergegeven in figuur 3.4.

transformeren gelijkrichten stroomregeling lassen

figuur 3.4 Schematische weergave van een elektronisch ge-regelde analoge stroombron (transformator+ge-lijkrichter+transistor regeleenheid)

Bij een elektronisch geregelde analoge stroombron wordende transistors als een regelbare weerstand in het secun-daire circuit gebruikt om de stroomsterkte/lasspanningtraploos in te kunnen stellen. Omdat in elektronisch gere-gelde analoge stroombronnen door de transistors veelwarmte wordt ontwikkeld zijn deze meestal op vloeistofgekoelde, koperen blokken gemonteerd om hun warmtegoed af te kunnen voeren. Elektronisch geregelde analogestroombronnen gaan weinig efficiënt om met hun ener-gie, het volgende voorbeeld maakt dit duidelijk. Stel dateen elektronisch geregelde analoge stroombron maximaal4,5 kW aan energie kan ontwikkelen voor het lassen (bij-voorbeeld 15 V×300 A) en er wordt voor het lassen maar1,5 kW gevraagd (bijvoorbeeld 15 V×100 A), dan moetde overtollige 3kW die in de transistors in de vorm vanwarmte wordt ontwikkeld worden afgevoerd door hetkoelwater. Het zal duidelijk zijn dat dit, uit oogpunt vanhet economisch omgaan met energie, niet erg efficiënt is.Met name in de beginperiode van de elektronisch geregel-de analoge stroombronnen waren de grote hoeveelhedenwatergekoelde transistors (cascades) een zwak punt vandit type stroombronnen. De huidige generatie transistorskunnen echter grotere vermogens verwerken en zijn hier-door minder kwetsbaar en dus betrouwbaarder. De slechteefficiëntie is echter niet veel verbeterd.

Elektronisch geregelde analoge stroombronnen zijn vanuitelektronisch oogpunt bezien de ‘Rolls Royce’ onder destroombronnen, gekenmerkt door snelle responstijden eneen rimpelloos uitgangssignaal. Door de snelheid waar-mee transistors werken is het mogelijk lasdata te metenen terug te koppelen naar de stroombron. Hierdoor zijnsnelle en betrouwbare regelsystemen mogelijk. Interfacesmaken het mogelijk dit soort stroombronnen (dit geldtechter voor elke moderne stroombron) te koppelen aanbijvoorbeeld lasrobots of andere programmeerbare las-apparatuur. Naast het lassen met een continue stroomkan een elektronisch geregelde analoge stroombron ookuitstekend worden ingezet voor het lassen met pulseren-de stroom. In principe kan met een elektronisch geregel-de analoge stroombron tot 20 kHz elke gewenste puls-vorm worden verkregen met zeer korte stijgen daal-tijden (“up-slope” en “down-slope”).

Dit maakt de elektronisch geregelde analoge stroombronuitstekend geschikt voor bijvoorbeeld het pulserendMIG/MAG lassen. Bij het pulserend MIG/MAG lassenwordt over het hele frequentiegebied, een nagenoeggelijkvormige pulsvorm verkregen. Hierdoor is eenvoudig te voldoen aan de eis dat er ééndruppel per puls moet worden afgesplitst.

Elektronisch geregelde analoge stroombronnen vergen eenaanzienlijke investering door de speciale voorzieningendie nodig zijn om de transistors te koelen in combinatiemet (dure) hoog vermogen transistors. Daarnaast vraagtmaar een beperkt aantal toepassingen om de nauwkeu-rige specificaties van de elektronisch geregelde analogestroombron. Dit maakt dat dit type stroombronnen alleenworden ingezet als de kwaliteit van het laswerk primairbepaald wordt door de kwaliteit van de stroomsterkte enspanning waarmee wordt gelast.In de industrie komen we dit type stroombronnen voorhet lassen daarom nog maar weinig tegen en dan alleennog maar voor het lassen onder kritische omstandighedenwaar het noodzakelijk is met een zo stabiel mogelijke boog(stroomsterkte en spanning) te lassen. Hierbij valt bijvoor-beeld te denken aan het lassen met zeer lage stroom-sterkten van dunne materialen (folie) of elektronicacom-ponenten of het gecontroleerd pulserend MIG/MAG lassenvan kritische onderdelen. Naast enkele industriële toepassingen worden elektronischgeregelde analoge stroombronnen voor het lassen nog welgebruikt in laboratoria van kennisinstellingen en universi-teiten voor onderzoek op het gebied van het lassen.Industrieel gezien kan worden gesteld dat elektronischgeregelde analoge stroombronnen voor het lassen vrijwelgeen rol van betekenis meer spelen. De belangrijkste ken-merken van elektronisch geregelde analoge stroombronnenworden weergegeven in tabel 3.2.

3.2.2 ChopperEen chopper of secundair schakelende stroombron be-staat uit vier basisblokken: de transformator, een gelijk-richteenheid, een regeleenheid voor de stroomsterkte eneen afvlaksmoorspoel. Deze onderdelen zijn schematischvan links naar rechts weergegeven in figuur 3.5.

transformeren gelijkrichten stroomregeling afvlakken lassen

figuur 3.5 Schematische weergave van een chopper (trans-formator+gelijkrichter+transistor -als schake-laar+afvlaksmoorspoel)

De chopper kent een ‘traditionele’ opbouw; dat wil zeggendat eerst de hoge netspanning wordt getransformeerdnaar een lagere waarde. Deze ‘traditionele’ opbouw zorgtervoor dat het gewicht van de chopper vergelijkbaar is metdat van de conventionele stroombronnen. Na de transfor-mator is een gelijkrichter geplaatst met een bufferconden-sator.

Hierna volgt het elektronische regelcircuit van in serie ge-plaatste transistors die met hoge frequenties worden in-,en uitgeschakeld. In choppers worden de transistors dusgebruikt als schakelaars die kortstondig in- en uitschakelen.Er ontstaat een blokvormig stroom- en spanningsverloop.Theoretisch kent een ideale transistorschakelaar, in de


tabel 3.2 Samenvatting van de kenmerken van de verschillende typen stroombronnen

kenmerkconventioneel modern

dioden thyristors analoog chopper inverterelektrisch aanstuurbaar/regelbaar nee beperkt ja ja jareactiesnelheid – +/ – ++ + +geschiktheid voor kritische toepassingen(hoge stabiliteit stroom en spanning gewenst)

– – ++ + +

keuze karakteristiek (CP/CV) nee nee ja ja jatraploos instelbare smoorspoel nee nee ja ja jaelektrisch rendement + + – + ++belasting transistors x x hoog laag laaggevoeligheid voor netspanningsvariaties beperkt beperkt nee nee beperktgeschatte technische levensduur (jaren) a) >20 10 - 20 5 - 10 7 - 20 7 - 15aanschafprijs (alleen stroombron) laag gemiddeld zeer hoog hoog hooggewicht hoog hoog hoog hoog laagkoelmedium transistors x x koelvloeistof lucht luchtprijs/prestatieverhouding + + +/ – ++ ++rimpel op uitgangssignaal groot groot geen gemiddeld gemiddeldstoringsgevoeligheid laag laag hoog gemiddeld gemiddeldte koppelen aan robot nee (ja) ja ja jaop afstand te bedienen/programmeren nee nee ja ja jadigitalisering mogelijk nee nee ja ja ja– = minder gunstig; ++ = zeer gunstig; x = niet aanwezig/niet van toepassinga) afhankelijk van de gebruiksomstandigheden.

open of dichte toestand, geen vermogensverlies. Dezeideale toestand wordt echter in de praktijk nooit bereikt.Het verlies aan vermogen is echter zeer beperkt, zodat dechopper (en ook de inverter, § 3.2.3) met een veel gun-stiger elektrisch rendement werkt dan een elektronischgeregelde analoge stroombron. Een ander voordeel vanhalfgeleiderschakelingen is, dat met betrekkelijk kleine(stuur)vermogens zeer grote (uitgangs)vermogens kunnenworden geschakeld. Zo kan bijvoorbeeld 20 kW (40V -500A) eenvoudig worden geschakeld door enkele Wattsaan stuurvermogen. Doordat het uitgangssignaal secun-dair wordt geschakeld, ontstaat er altijd een rimpel op deuitgaande spanning die, als hier niets aan gedaan zou wor-den uit oogpunt van het lassen, onacceptabel zou zijn.Vandaar dat in dit type stroombronnen altijd een afvlak-eenheid aanwezig is, die ervoor moet zorgen dat destroomsterkte en lasspanning voor het lassen niet te veelfluctueert. Door het verhogen van de schakelfrequentiesin moderne stroombronnen wordt de rimpel echter steedskleiner. De stroomsterkte bij schakelende stroombronnen(chopper en inverter) wordt meestal geregeld door deaan/uit verhouding van de schakelende transistors tevariëren zoals is weergegeven in figuur 3.6 [13].

figuur 3.6 Methode waarop bij schakelende stroombronnen(choppers en inverters) de stroomsterkte wordtgeregeld (Pulse Width Modulated - PWM) [13]

In het begin werd voor het instellen van de stroomsterkteook wel de frequentie gevarieerd (Frequentie Modulated),dit wordt echter vrijwel niet meer gebruikt, omdat dezemethode, vooral bij de lage frequenties, zeer irritant (ge-luid) is voor de gebruiker.

De snelheid waarmee de stroombron reageert op verande-ringen tijdens het lassen, is afhankelijk van de schakel-frequentie van de transistors. De schakelfrequentie ligtvoor moderne choppers meestal tussen de 25 en 80 kHz.Hoe hoger de schakelfrequentie, des te kleiner de rimpelis op het uitgangssignaal en des te sneller kan de stroom-bron reageren op veranderingen. De chopper kan ook alswisselstroombron worden gebruikt en er kan uiteraardmet pulserende gelijkstroom worden gelast.

De chopper heeft een hoog elektrisch rendement, is ge-schikt voor hoge stroomsterkten en is duurzaam. Voortoepassingen waar mobiliteit van de lasapparatuur ge-wenst is, kan het hoge gewicht van de chopper een be-perking zijn.

Het hoge gewicht wordt veroorzaakt door de grote trans-formator en smoorspoel die nodig zijn voor het transfor-meren van de netspanning naast de afvlakking van hetspanningssignaal. Algemeen kan worden gesteld dat dechopper een betrouwbare en robuuste stroombron is. Kort samengevat kunnen als kenmerken van de chopperworden genoemd: als eerste worden de spanning en stroom getransfor-

meerd; de dalende karakteristiek wordt gerealiseerd door de

transformator, niet kunstmatig met meet- en regel-techniek;

constante lasstroom en -spanning over de gehelelevensduur en daardoor zeer geschikt voor gemecha-niseerd/geautomatiseerd lassen omdat de lasparame-ters constant blijven;

makkelijk elektronisch regelbaar; hoog gewicht en grote afmetingen (minder gemakkelijk

verplaatsbaar); robuuste bouw, uitstekend geschikt voor industriële

omgevingen; technische levensduur, afhankelijk van de gebruiksom-

standigheden, tussen de 7 en 20 jaar; gunstig elektrisch rendement; volledige digitalisering mogelijk; programmering op afstand mogelijk (via internet); uitstekend te koppelen aan lasrobots.

In figuur 3.7 is een drietal moderne chopper stroombron-nen weergegeven.


sign

alen

c

ompo

nent

en

a) b) c)

figuur 3.7 Een drietal moderne choppers van: a) Cloos; b) Lincoln-Smitweld; c) Venvulas

3.2.3 InverterDe inverter of primair schakelende stroombron kan zowelmet thyristors als transistors zijn uitgerust. De tendens ishierbij steeds meer om transistors toe te passen, omdatdeze in staat zijn te werken met hoge schakelfrequenties,waardoor snelle regelingen mogelijk zijn. Inverters zijnfundamenteel anders opgebouwde stroombronnen, zoalste zien is in het schema in figuur 3.8.

gelijkrichten HF wisselstroom transformeren afvlakken lassen

figuur 3.8 Schematische weergave van een inverter (gelijk-richter+transistorschakelaar+hoogfrequenttransformator+gelijkrichter gecombineerd metafvlakeenheid)

De inverter bestaat uit vier basisblokken: een gelijkricht-eenheid+een schakeleenheid (inverter) gecombineerd metstroomsterkteregeling+een hoogfrequent transformator+een gelijkrichter gecombineerd met afvlakeenheid. Dezeonderdelen zijn van links naar rechts weergegeven in fi-guur 3.8. Het fundamentele verschil met alle voorgaandestroombronnen is, dat bij de inverter als eerste de primairewisselstroom/-spanning gelijkgericht wordt. Bij alle anderestroombronnen worden altijd eerst de wisselstroom en -span-ning getransformeerd. Bij een inverter vormt dus niet eentransformator het eerste blok, maar een gelijkrichteenheid.Na het gelijkrichten van de wisselstroom en -spanningwordt deze door (schakelende) transistors omgezet naareen hoogfrequente wisselstroom/-spanning. Afhankelijkvan het type stroombron en de gebruikte componenten lo-pen de schakelfrequenties hierbij uiteen van 25 tot 100kHz.De hoge gelijkstroom/-spanning wordt dus intern in destroombron geïnverteerd (omgezet) naar hoogfrequentewisselstroom/-spanning, vandaar de naam inverter voordit type stroombronnen. De hoogfrequente wisselspanning(380-400 Volt) wordt getransformeerd naar een lagereveilige wisselspanning voor het lassen. Doordat er bij eeninverter hoogfrequente wisselspanning (25-100 kHz) wordtgetransformeerd, is het mogelijk gebruik te maken van

kleine transformatoren. Als er een wisselspanning met eenfrequentie van 50 Hz (gebruikelijke netfrequentie in Europa),getransformeerd moet worden is er een veel grotere massavan de transformator noodzakelijk. Dit is te zien in figuur 3.9 waar de relatie is weergege-ven tussen het volume van de transformator en de fre-quentie van te transformeren stroom bij een gelijk te trans-formeren vermogen[1][6][7][10].

figuur 3.9 Schematische weergave van de relatie tussen hetvolume van de transformator en de frequentievan de transformerstroom bij een gelijk te trans-formeren vermogen [1]. Op horizontale as weer-geven: 50 Hz en 100 kHz

Figuur 3.9 toont dat, bij een gelijk te transformeren ver-mogen, de transformator bij een wisselstroom met eenfrequentie van 50 Hz een 20× zo groot volume moethebben als bij een wisselstroom met een frequentie van100.000 Hz (100 kHz).De kleine afmetingen en het lichte gewicht zijn dan ookbelangrijke voordelen van een inverter. Inverters zijn (bijgelijk vermogen uiteraard) ongeveer 75% lichter en 65%kleiner dan een conventionele stroombron.Inverters zijn evenals choppers elektronisch gemakkelijkte sturen en te regelen. Een nadeel van de eerste gene-ratie inverters was, dat deze gevoeliger waren voor net-spanningvariaties dan de chopper. Niet dat de inverternetspanningvariaties niet kon nivelleren, maar de elektro-nische componenten werden door netspanningvariatieszwaarder belast, wat de levensduur verkortte. De huidigegeneratie inverters zijn aanzienlijk beter, waardoor dit na-deel vrijwel geëlimineerd is.Ook voor de inverter geldt, dat er altijd op het uitgangs-signaal (spanning en stroom) een rimpel aanwezig is.Deze rimpel kan eenvoudig worden afgevlakt en heeftdan geen invloed meer op de kwaliteit van de las. De


hoge schakelfrequenties van de transistors veroorzakenechter wel elektromagnetische straling. Stroombronnenvoor het lassen moeten evenals alle apparaten die elektro-magnetische straling uitzenden, voldoen aan de EuropeseEMC (Elektro Magnetische Compatibiliteit) richtlijn. Fabri-kanten van alle (schakelende) stroombronnen zijn tegen-woordig in staat hun apparatuur zodanig af te schermen,dat ze voldoen aan de EMC richtlijn.

Een inverter is een betrouwbare stroombron, die misschienwat minder ‘robuust’ lijkt door zijn geringe afmetingen,maar dit zeker niet is. Inverters kennen een veel beter elek-trisch rendement dan de elektronisch geregelde analogestroombronnen en zijn daarom veel energie zuiniger [8].Zowel wat betreft mogelijkheden als kwaliteit zijn er be-trekkelijk weinig verschillen tussen een inverter en eenchopper; de meest in het oog lopende verschillen betref-fen hun gewicht en afmetingen.Kort samengevat kunnen de volgende kenmerken wordengenoemd van de inverter stroombron: makkelijk regelbaar, maar gevoelig voor netspannings-

variaties en vooral voor optredende pieken in de net-spanning;

compact van bouw met een gering gewicht (gemakkelijkverplaatsbaar);

technische levensduur, afhankelijk van de gebruiks-omstandigheden, tussen de 7 en 15 jaar;

gunstig elektrisch rendement (tot ca. 90%) [8]; volledige digitalisering mogelijk; programmering op afstand mogelijk bijvoorbeeld via

internet; uitstekend te koppelen aan lasrobots.

Figuren 3.10 en 3.11 geven twee voorbeelden van mo-derne inverter stroombronnen.

figuur 3.10 Inverter stroombron (OTC)

figuur 3.11 Inverter stroombron (Panasonic)

3.2.4 Hybride stroombronDe hybride stroombron is, zoals de naam al doet vermoe-den, opgebouwd uit twee typen stroombronnen die elek-tronisch aan elkaar gekoppeld zijn. Vrijwel altijd wordthierbij een elektronisch geregelde analoge stroombron ge-koppeld aan een chopper. De achterliggende gedachte bijde ontwikkeling van dit type stroombron was de voorde-len van de beide stroombronnen (analoog+chopper) tecombineren en de nadelen zoveel mogelijk te elimineren.Het elektronisch geregelde analoge deel van deze stroom-bron wordt gebruikt bij lage stroomsterkten, als er een zostabiel mogelijke boog gewenst is. Het feit dat het elek-tronisch geregelde analoge deel alleen bij lage stroom-sterkten wordt gebruikt, maakt dat de transistors nietwatergekoeld hoeven te worden. Bij het pulserend lassenzorgt het elektronisch geregelde analoge deel bijvoorbeeldvoor een stabiele basisstroom die voornamelijk gebruiktwordt om de boog in stand te houden tijdens deze periodevan lage stroomsterkte. Zodra de gevraagde stroomsterktehoger wordt dan een (door de fabrikant) ingestelde drem-pelwaarde, neemt de chopper het over en gedraagt dehybride stroombron zich als een chopper.In de jaren 90 is een aantal commerciële hybride stroom-bronnen op de markt gebracht.De meerwaarde van dit soort stroombronnen is echter on-voldoende duidelijk gebleken, zodat, voor zover bekend,dit type stroombronnen niet meer wordt geleverd in Neder-land. Voor de volledigheid is de hybride stroombron echternog wel opgenomen in de deze voorlichtingspublicatie, hij isechter niet meer opgenomen in het overzicht van tabel 3.2.

Tabel 3.2 geeft een overzicht van de belangrijkste ken-merken en mogelijkheden van de verschillende typenstroombronnen.

3.3 Van analoog naar digitaalHet belangrijkste verschil tussen analoog en digitaal be-treft de manier waarop signalen worden verwerkt. Bij dedigitale technologie wordt het oorspronkelijk signaal om-gezet in een stroom bits (nullen en enen), terwijl bij deanaloge technologie het werkelijke (momentane) signaalsteeds analoog is, dus volledig gelijk of gelijkvormig aanhet oorspronkelijke signaal.De grootste beperking van analoge signaalverwerking isde ruis op het signaal. Elk elektronisch signaal is onder-hevig aan ruis: willekeurige en ongewenste signaalfluctu-aties. Het ontstaan van ruis maakt het onmogelijk om sig-naalverlies en vervorming van het signaal te corrigeren;wanneer het signaal immers wordt versterkt, wordt deruis mee versterkt. Digitale signalen kennen dit probleemook, maar hier kan de ruis op eenvoudige wijze wordengescheiden van het oorspronkelijke signaal. Hiernaast ishet grote voordeel dat digitale signalen makkelijker teverwerken zijn; elke microprocessor (bijvoorbeeld de PC)werkt immers met digitale signalen. De keuze tussen digi-


Onder analoge stroombronnen wordt in deze paragraafniet alleen verstaan de elektronisch geregelde stroom-bron die in § 3.2.1 is beschreven. Het begrip analogestroombron dat in deze paragraaf wordt gehanteerd, isveel ruimer. Analoge stroombronnen zijn stroombronnendie ofwel zonder signaalprocessor werken (conventio-neel: diode of thyristor gestuurd), dan wel voorzien zijnvan een analoge signaal processor (ASP). Analoge sig-naalprocessors worden gebruikt bij analoge stroombron-nen, choppers en inverters die gebouwd zijn voor hetjaar 2000.

taal en analoog vinden we tegenwoordig bij tal van ge-bruiksartikelen zoals bij horloges en klokken, de langspeel-plaat contra de CD en analoge contra de digitale televi-sie. Analoge signalen kunnen eenvoudig worden omgezetnaar digitale signalen met zogenaamde analoog/digitaal(A/D) converters. Wanneer echter een analoog signaalnaar een digitaal signaal moet worden omgezet, moet ereen keuze worden gemaakt ten aanzien van het aantalstappen dat moet worden gebruikt voor deze conversie.Populair gezegd: in hoeveel ‘stukjes’ moet het analogesignaal worden ‘geknipt’ om nog een betrouwbare weer-gave te vormen van het oorspronkelijke signaal. Figuur3.12 maakt dit duidelijk.

figuur 3.12 Omzetten van een analoog naar een digitaalsignaal

In figuur 3.12 is links (donker gekleurd) het oorspronke-lijke, blokvormige analoge signaal te zien. Bij het omzettennaar een digitaal signaal wordt dit analoge signaal opge-deeld in ‘meetpunten’; hier weergegeven door de rodestippen. Als er slechts 3 meetpunten gebruikt zoudenworden dan zou het digitale signaal eruit kunnen zien alseen rechte lijn (rechts).

Door te weinig meetpunten te gebruiken wordt dus eenverkeerd beeld van het analoge signaal verkregen. Als hetaantal meetpunten wordt vergroot, neemt de betrouw-baarheid van het gegenereerde digitale signaal toe, zoalste zien is in het onderste deel van figuur 3.12.Vaak wordt het aantal ‘meetpunten’ begrensd door detechnische mogelijkheden. Soms is er misschien wel meerinformatie, maar is het niet zinvol om deze vast te leggen.Fabrikanten moeten hierbij dus keuzes maken die van in-vloed zijn op de kwaliteit of het gedrag van hun producten(stroombronnen).

3.3.1 Analoge stroombronnen

Tot eind jaren negentig waren stroombronnen voorname-lijk analoog. Dit wil zeggen dat er met “echte” signalenwerd gewerkt. Stroom was stroom en spanning wasspanning. De doorbraak van vooral de (digitale) PersonalComputer maakte dat de digitale techniek steeds verderwerd ontwikkeld en tegenwoordig steeds meer wordttoegepast bij de signaalverwerking. Ook stroombronnenvoor het lassen ontkomen niet aan deze trend. Een grootvoordeel is, dat digitale signalen makkelijker en veel sneller

te sturen zijn dan analoge signalen en dat ze altijd dezelfde(eenmaal ingestelde) waarde behouden (grote reprodu-ceerbaarheid).

De nadelen van analoge stroombronnen kunnen als volgtworden samengevat: analoge stroombronnen zijn moeilijker aan te sturen; analoge stroombronnen zijn gevoelig voor fluctuaties

van de ingangsspanning, wisselende ingangsspanningleidt tot een wisselende uitgangsspanning;

bij analoge stroombronnen, zelfs uit dezelfde serie (batch),verschillen altijd de prestaties tengevolge van de sprei-ding bij het maken van de onderdelen;

analoge stroombronnen moeten regelmatig(er) wordengekalibreerd.

De wensen van de gebruiker spelen een belangrijke rol bijde omschakeling van analoge naar digitale stroombron-nen. Gebruikers geven aan dat de volgende aspectensteeds belangrijker worden [6]: hoge eisen ten aanzien van de prestaties en kwaliteit; 100% reproduceerbaarheid; eenvoudig te bedienen/ gebruikersvriendelijk met liefst:

o éénknopsbediening (synergische afstelling);o veiligheden ter voorkoming van verkeerd gebruik;o eenvoudig te onderhouden;o opslag van lasprogramma's;o opslag van actuele lasdata en parameterbewaking.

Veel van deze eisen zijn moeilijk of slechts tegen hogekosten te realiseren in analoge stroombronnen. Hierbijkomt nog dat tegenwoordig veel stroombronnen wordengebruikt in combinatie met lasrobots. Robots wordengrotendeels aangestuurd en geprogrammeerd met digitalesignalen. Signalen uit een analoge stroombron moetendus eerst worden omgezet naar digitale signalen wil derobot er iets mee kunnen. Digitale stroombronnen zijndaarom veel makkelijker te koppelen aan robots en kunneneenvoudig worden aangestuurd door de robot (of zelfsomgekeerd).

3.3.2 Digitale stroombronnenIn een analoge stroombron wordt altijd een analoge pro-cescontroller toegepast. Een van de belangrijkste redenenwaarom procescontrollers worden gebruikt in stroombron-nen, is de grote rekenkracht die nodig is om de gegene-reerde data snel genoeg te kunnen meten en verwerken. De grote omslag kwam eind negentiger jaren door dekomst van Digitale Signaal Processoren; de zogenaamdeDSP's [4],[5],[13]. DSP's hebben het mogelijk gemaaktom stroombronnen volledig digitaal te maken. Deze stapin de ontwikkeling kan worden vergeleken met het om-schakelen van de vinyl grammofoonplaat naar de CD.Door het gebruik van digitale stroombronnen komen deeigenschappen van de boog als het ware softwarematigbeschikbaar en kan er diep in het lasproces worden inge-grepen. Hierdoor kunnen ook de laseigenschappen van destroombron en/of het lasproces gestuurd en dus beïn-vloed worden. Stroombronnen krijgen hierdoor een groteflexibiliteit, omdat de signalen nu op vele manieren kunnenworden bewerkt en gestuurd; in sommige gevallen zelfsmomentaan (real-time). Dit is bij digitale stroombronnenallemaal veel eenvoudiger te realiseren dan bij de inflexi-bele, moeilijk aan te passen hardware die onderdeel uit-maakt van stroombronnen met analoge signaalprocesso-ren. Digitale stroombronnen lijken de toekomst te hebben,waardoor op termijn de procesbeheersing bij het lassensteeds beter zal worden. Naarmate de rekenkracht vancomputers toeneemt (Wet van Moore) zal de lastechniekhier ook baat bij hebben. Het ultieme doel is hierbij te ko-men tot een volledige procesbeheersing. Utopie? Misschien,maar wie had 20 jaar geleden verwacht dat de mens nietmeer van schaakcomputers zou kunnen winnen?

De digitale techniek opent dus ongekende mogelijkhedenom het lasproces softwarematig te sturen en te beïnvloe-den. Tevens is de reproduceerbaarheid van de lasparame-ters en dus het (las)resultaat sterk verbeterd. Het ontre-


gelen van de lasparameters bij analoge apparatuur tenge-volge van bijvoorbeeld de inwendige temperatuurstijgingenvan de stroombron, behoort tot het verleden.Een bijkomend voordeel, uit oogpunt van betrouwbaar-heid en onderhoud, is dat een volledige digitale stroom-bron veel minder elektronische onderdelen bevat dan eentraditionele analoge stroombron.In figuur 3.13 is een moderne digitale stroombron weer-gegeven. Digitale stroombronnen zijn verkrijgbaar alschopper en als inverter. Tegenwoordig leveren vrijwel allegerenommeerde fabrikanten digitale stroombronnen.

figuur 3.13 Voorbeeld van een digitale stroombron(inverter type, Fronius)

Figuur 3.14 geeft een schematisch overzicht van de ver-schillende typen stroombronnen en de manier waarop destroom of spanning wordt geregeld. Het is de verwach-ting dat op termijn de digitale stroombron steeds meeraan belang zal winnen.

4 Enkele aspecten die te makenhebben met stroombronnen

Hierna zullen, in alfabetische volgorde, een aantal aspectenworden behandeld, waarmee de gebruiker wordt gecon-fronteerd als het gaat om stroombronnen voor het lassen.Achtereenvolgens zal aandacht worden geschonken aande volgende onderwerpen: de procentuele inschakelduur PID of inschakelduur ID; de kenplaat; de arbeidsfactor of cosinus ϕ (phi); de beschermingsgraad/veiligheidsklasse/beschermings-

klasse (IEC 529); de open spanning; CE-markering en de handleiding voor de stroombronnen.

Procentuele inschakelduur PID of inschakelduur IDEen belangrijk gegeven van een stroombron is de procen-tuele inschakelduur (PID) of, meestal meer gebruikt: deinschakelduur (ID). De inschakelduur zegt iets over dekwaliteit van de stroombron en vooral over de kwaliteitvan de transformator (wikkelingen). De inschakelduur isgebaseerd op de maximaal toelaatbare inwendige tempe-ratuurstijging van de stroombron en is daarmee dus gere-lateerd aan de kwaliteit van de stroombron, maar staatbijvoorbeeld los van de ‘laseigenschappen’ van een stroom-bron. De inschakelduur van een stroombron zegt iets overde procentuele tijd dat een stroombron mag worden ge-

figuur 3.14 Schematisch overzicht van de verschillende typen stroombronnen en de manier waarop de stroom of spanninggeregeld wordt


bruikt bij een gegeven, maximale stroomsterkte. Inscha-kelduur (ID) en maximale stroomsterkte (A) horen dusaltijd bij elkaar!In de Europese norm EN 60974 1 is opgenomen dat deinschakelduur van een stroombron wordt gemeten overeen tijdsperiode van 10 minuten. De inschakelduur vaneen stroombron kan worden berekend met de volgendesimpele formule:

IDlasperiode

totale arbeidsperiode100%= ×

Stroombronnen voor lasprocessen die met de hand ofsemi automatisch worden uitgevoerd, hebben meestaleen maximale inschakelduur van 60%. Dit is logisch, om-dat een handlasser nooit deze inschakelduur zal bereiken.Voor het gemechaniseerd of geautomatiseerd lassen wor-den altijd stroombronnen gebruikt met een inschakelduurvan 100%.Het omrekenen van de inschakelduur met bijbehorendestroomsterkten naar een andere waarde kan met de vol-gende formule: ID I ID I1 1

22 2

2× = ×Voorbeeld: als de inschakelduur van een stroombron60% is (ID1), bij een maximale stroomsterkte van 400A(I1) dan is de maximaal toelaatbare stroomsterkte volgensbovenstaande formule bij 100% inschakelduur (ID2) circa310 A (I2).

KenplaatVoor stroombronnen is binnen Nederland de volgende Eu-ropese norm van belang: NEN-EN 60974 1:2005 - Uitrus-ting voor het booglassen - Deel 1: Lastoestellen [9]. In dezenorm is opgenomen dat stroombronnen voorzien moetenzijn van een zogenaamde kenplaat. Op deze kenplaat staande belangrijkste gegevens en bijzonderheden van de stroom-bron. De kenplaat van de stroombron kan worden verge-leken met een typeplaat. In figuur 3.15 is een kenplaatweergegeven van een stroombron voor het MIG/MAGlassen (lasgelijkrichter). Alle, in Europa, verkochte stroom-bronnen moeten tegenwoordig voorzien zijn van het CEmerk (zie onder CE markering).

Hierna worden een aantal begrippen behandeld die terugte vinden zijn op de kenplaat van de stroombron.

Arbeidsfactor of cosinus ϕ (phi)De grote inductieve weerstand van een transformator zorgtvoor een aanzienlijke faseverschuiving tussen spanningen stroom, wat resulteert in een lage arbeidsfactor ofcosinus ϕ. Voor de meeste transformatoren geldt eencosinus ϕ van ca. 0,5 tot 0,6. Het gevolg hiervan is, dathet aansluitvermogen (schijnbare vermogen) aanzienlijkhoger is dan het (primaire) werkelijke vermogen (stel:cos ϕ =0,5, dan is het noodzakelijke aansluitvermogen2× zo hoog).

figuur 3.15 Voorbeeld van een kenplaat van een stroombron

De gebruiker betaalt op basis van het werkelijke vermo-gen. Bij een slechte cosinus ϕ moet het elektriciteitsbe-drijf dus meer vermogen leveren dan waarvoor betaaldwordt. Een slechte cosinus ϕ zorgt er ook voor dat dediameter van de kabels voor de primaire aansluitingengroter moet worden (duurdere kabels).

De cosinus ϕ kan door stroombronfabrikanten wordenverbeterd door het nemen van compenserende maatrege-len in de stroombron (aanbrengen van bijvoorbeeld extracondensators). Moderne stroombronnen hebben meestaleen cosinus ϕ die veel beter is dan 0,8 en kan soms welmeer dan 0,95 bedragen. De cosinus ϕ kan worden bere-kend met de volgende formule:

cosP

Pprim

aansl

ϕ =

waarin:Pprim =primaire vermogen;Paansl =aansluitvermogen.

Beschermingsgraad/Veiligheidsklasse/Beschermings-klasse (NEN-EN-IEC 60529)De beschermingsgraad van de stroombron wordt aange-duid met IP (Internal Protection) en zegt iets over de mo-gelijkheid tot het binnendringen van vreemde voorwerpenof stoffen in de stroombron. De verklaring voor de bescher-mingsgraad (IP) is opgenomen in de NEN 10529-2000 [16]en NEN-EN-IEC 60529 [17]. De codering IP wordt altijdgevolgd door twee cijfers. Het eerste cijfer zegt iets overde mogelijkheid tot het kunnen binnendringen van vreemdevoorwerpen in de stroombron. Bij de meeste stroombron-nen voor het lassen is dit een 2, wat wil zeggen dat voor-werpen groter dan 12 mm en langer dan 80 mm niet inde stroombron kunnen binnendringen. Het tweede cijferzegt iets over de gebruiksomgeving (binnen/buiten) vande stroombron. De betekenis hiervan is de volgende:1 = Stroombron geschikt voor het gebruik in overdekte

ruimten.2 = Stroombron geschikt voor het gebruik in niet-over-

dekte ruimten. Spatwaterdicht voor vallend watertot een maximale hoek van 15º.

3 = Stroombron geschikt voor het gebruik in niet-over-dekte ruimten. Spatwaterdicht voor vallend watertot een maximale hoek van 60º.

Voorbeeld: een stroombron die alleen binnen gebruiktwordt krijgt de aanduiding IP 21, terwijl een stroombrondie zowel binnen als buiten gebruikt mag worden de aan-duiding IP 22 of IP 23 kan hebben.

IsolatieklasseDe isolatieklasse van een stroombron zegt iets over demaximale temperatuurstijging van de elektronische com-ponenten van de stroombron en is hiermee dus direct ge-relateerd aan de inschakelduur en kwaliteit. Tabel 3.3geeft een overzicht van de diverse isolatieklassen voorstroombronnen[9].

tabel 3.3 Isolatieklassen voor stroombronnen. De isolatie-klassen F en H worden voor stroombronnen hetmeest gebruikt [9]

isolatieklasse maximaal toelaatbare temperatuur van dewikkelingen (NEN-EN-IEC 60974-1:2005)

105 (A) 140

120 (E) 155

130 (B) 165

155 (F) 190

180 (H) 220

200 235

220 (C) 250


Soms wordt in de handleiding de gebruiksklasse ‘S’ ver-meld (S staat voor safety). Dit betekent dat de stroom-bron zodanig is geconstrueerd, dat deze in een omgevingwaar een verhoogd risico bestaat voor het krijgen van eenelektrische schok (bijvoorbeeld vochtige ruimten), veilig istoe te passen.Dit type stroombronnen was vroeger gemarkeerd met eenK en nu dus met de letter S; deze is meestal door eenafzonderlijk gele sticker op de stroombron aangebracht.

Open spanningDe open spanning van een stroombron wordt gemeten opde klemmen van de stroombron als er niet wordt gelast.De open spanning is de maximale spanning die de stroom-bron kan leveren aan de secundaire zijde (laszijde). De openspanning is onder andere van invloed op het startgedragbij onder andere het booglassen met beklede elektrode.De maximale open spanning is gelimiteerd uit oogpuntvan de veiligheid voor de lasser. De veilige waarde tenaanzien van de spanning is afhankelijk of er met gelijk-stroom of wisselstroom wordt gelast en de omgevings-condities zoals wordt weergegeven in tabel 3.4 (NEN-EN60974-1:2005).

tabel 3.4 Toegestane ‘open spanningen’ van stroombron-nen volgens de NEN-EN 60974-1:2005

omgevingscondities gelijkstroom (DC) wisselstroom (AC)

omgeving met ver-hoogd risico (bijv.vochtige ruimtes)

113 V, piekvoltage 68 V, piekvoltageen 48 V gemiddeld

omgeving zonderverhoogd risico 113 V, piekvoltage 113 V, piekvoltage

en 80 V gemiddeld

gemechaniseerd lassenmet een verhoogdebescherming voor deoperator

141 V, piekvoltage 141 V, piekvoltageen 100 V gemiddeld

Uit tabel 3.4 blijkt dat onder meest ongunstige conditieseen stroombron altijd een open spanning mag hebben van113 Volt en bij wisselstroom 48 Volt.

Als er door de lasser onder ongunstige omstandighedenmoet worden gewerkt (vochtige omgeving) en de openspanningen zijn hoger dan toegelaten (tabel 3.4), dan moetde lasapparatuur zijn voorzien van veiligheidsvoorzieningenom de open spanning op het moment dat er niet gelastwordt naar een veilige waarde te verlagen. Dit gebeurtdoor middel van een zogenaamd spanningsverlagings-relais of wordt elektronisch geregeld. Afhankelijk van deingestelde stroomsterkte is het noodzakelijk dat de stroom-bron enerzijds een open spanning kan leveren waarmee deboog ontstoken kan worden en anderzijds een lasspanningwaarmee een stabiele boog in stand kan worden gehou-den. Alle leveranciers geven dan ook de open spanningvoor zowel de minimale als maximale stroomsterkte opde kenplaat aan. Richtwaarden voor de lasspanning bij deverschillende processen worden in tabel 3.5 weergegeven.

tabel 3.5 Richtwaarden voor het bereik van de lasspanningen open spanning van stroombronnen voor deverschillende lasprocessen

lasproces bereik lasspanning bereik open spanning

Bmbe 20 - 50 V 60 - 90 V

TIG-lassen 10 - 30 V 60 - 100 V

plasmalassen 10 - 40 V 80 - 120 V

MIG/MAG lassen 15 - 50 V 40 - 70 V

onder poeder lassen 25 - 50 V 40 - 60 V

Over het algemeen geldt dat naarmate de open spanninghoger is, de boog makkelijker ontsteekt.

In de norm is vastgelegd dat de maximale ongevaarlijkeopen spanning onder risicovolle omstandigheden (voch-tige ruimten) bij het lassen met wisselstroom 50 Volt isen bij het lassen met gelijkstroom 120 Volt (beiden bijeen rimpel=0) [9]. Stroombronnen die hogere spannin-gen leveren, moeten, zoals eerder aangegeven, voorzienzijn van speciale voorzieningen om de open spanning alser niet wordt gelast (tijdelijk) te verlagen.

CE-markering en de handleiding voor de stroombronnenCE-markering is een merkteken dat op stroombronnenaangebracht moet zijn conform de Europese Laagspan-ningsrichtlijn (73/23/EG, 93/68/EG) en de richtlijn voorelektromagnetische compatibiliteit (EMC-89-336-EEG).Met het CE merkteken geeft de fabrikant of de importeur(bij invoer van buiten de Europese Unie) aan, dat het pro-duct voldoet aan de essentiële vereisten op het gebiedvan veiligheid, gezondheid en milieu conform de betref-fende richtlijnen. Een Europese richtlijn is niet vrijblijvendmaar heeft de status van een Europese wet.

Vanuit de CE-richtlijnen is de fabrikant bijvoorbeeld ver-plicht om een handleiding op te stellen voor de gebruikeren hierin te wijzen op gevaarlijke situaties. Handleidingenzijn niet genormaliseerd, zodat de inhoudsopgave en debijbehorende teksten nogal eens variëren. De handleidingmoet voor Nederlandse gebruikers in het Nederlands zijnopgesteld. De CE-conformiteitverklaring wordt eveneensbij voorkeur in het Nederlands opgesteld (in een confor-miteitverklaring verklaart de fabrikant dat de stroombronconform de EG richtlijnen is gemaakt). Het verdient aan-beveling bij de aanschaf van een stroombron van een min-der bekend fabrikaat te controleren of in de CE-confor-miteitsverklaring vermeldt staat dat de stroombron inovereenstemming is vervaardigd met de NEN-EN-IEC60974-1:2005 conform de bepalingen in richtlijn(73/23/EEG). De norm zelf hoeft inhoudelijk niet te zijnopgenomen, maar moet wel genoemd staan.Een CE-markering houdt niet altijd in dat de stroombronvoldoet aan de genoemde normen.

Alternatieven of eigen ontwerpen zijn ook mogelijk, maardit moet wel in een aparte verklaring worden genoemd,waarbij de richtlijnen op een hoger niveau moeten staandan de richtlijnen in de genoemde normen. Het kan voor-komen dat de CE-markering afwijkt van de norm of erbijna op lijkt. Deze stroombronnen voldoen niet aan deEuropese Richtlijnen ten aanzien van veiligheid, enz. enmogen daarom niet in Europa verkocht en gebruikt worden.

5 Bijzondere mogelijkheden en voor-zieningen in stroombronnen

De elektronica stelt fabrikanten in staat steeds meer rege-lingen en bijzonderheden in te bouwen in hun stroom-bronnen. Dit soort speciale voorzieningen worden vaakaangeduid met de meest exotische namen zoals Arc force,Accu puls, Adaptive Hot Start, Arc-Drive-Automatic Startat Idle, Auto-Refire, Auto Remote Sense, Auto stop endan hebben we alleen nog maar de “A” gehad, terwijl erongetwijfeld nog een aantal voorzieningen niet genoemdzijn. Soms verdwijnen dit soort voorzieningen weer evensnel als ze zijn aangebracht, in andere gevallen zijn devoorzieningen zo nuttig, dat ze ook worden overgenomendoor andere fabrikanten en tot de ‘standaard’ voorzienin-gen gaan behoren.Het is niet mogelijk al deze speciale voorzieningen in hetkader van deze publicatie te behandelen. Er is daarom eenselectie gemaakt van enkele veel voorkomende voorzie-ningen die hun nut in de loop der jaren hebben bewezen.

Arc-force (Bmbe lassen)Arc-force wordt ingebouwd door fabrikanten om ervoorte zorgen dat tijdens het lassen de elektrode niet vast-vriest in het smeltbad (kortsluiting). Fabrikanten hebbendit opgelost door de stroomsterkte/lasspanning (tijdelijk)


te verhogen wanneer er een kortsluiting dreigt te ontstaantijdens het lassen. Hierdoor verloopt het starten van deboog soepeler en wordt een rustiger boog verkregen meteen regelmatige materiaalovergang.Soms wordt de instelling voor de Arc-force als pre-set(vast ingestelde) waarde opgenomen in de stroombron enkan de gebruiker er niets aan veranderen, in andere geval-len hebben fabrikanten ervoor gekozen de gebruiker demogelijkheid te laten om de Arc-force zelf in te kunnenstellen. Het is een nuttige voorziening die lassers helpteen constantere kwaliteit van laswerk te leveren.

Force-Arc (MAG lassen)Het Force-Arc lassen moet niet worden verward met Arc-force zoals hiervoor beschreven.Bij het Force-Arc lassen wordt gewerkt met een sproei-boog gekoppeld aan een lage boogspanning, hetgeen re-sulteert in een zeer korte booglengte tijdens het lassen.

Er wordt een materiaaloverdracht van fijne tot middel-grote druppels verkregen, waarbij de druppels elkaar snelopvolgen. De meningen zijn er over verdeeld of dit ookgevolgen heeft voor de inbranding, hiervoor is verder on-derzoek noodzakelijk. Bij een dergelijke materiaalover-dracht is het natuurlijk niet te vermijden dat er af en toekortsluitingen optreden die, als de stroombron hiervoorniet zou corrigeren, tot een niet-stabiele lasboog zou leiden.Tijdens dergelijke kortsluitingen wordt de spanning (elek-tronisch) verlaagd en neemt de stroomsterkte hierna weersnel toe. Bij de zogenaamde ‘geforceerde’ sproeiboog diehierbij ontstaat wordt een excessieve toename van deenergie (stroom×spanning×tijd) door de elektronischeregeling verhinderd. Deze sterke toename van energie zouanders, in het gebruikte vermogensbereik, tot een insta-biele sproeiboog leiden. Bij de conventionele stroombron-nen is het niet mogelijk om in een heel kort tijdsbestek destroom te laten dalen of te laten stijgen. Met de nieuwe(snelle) digitale stroombronnen is dit wel mogelijk. HetForce-arc lassen is geschikt voor het lassen van plaatdik-ten vanaf circa 5 mm.

Anti stick (Bmbe lassen)Bij moeilijk (ver)lasbare materialen kan het voorkomen datde elektrode vastvriest aan het werkstuk.Hierdoor loopt er hoge kortsluitstroom door de elektrodeen wordt de kerndraad roodgloeiend opgewarmd. Hierdooris de elektrode niet meer bruikbaar en moet hij vaak uithet lasbad gewrikt of geslepen worden. Een anti-stick re-geling zorgt ervoor dat in zeer korte tijd door de stroom-bron herkend wordt dat de elektrode vast dreigt te vrie-zen, waarna onmiddellijk de stroom naar een laag niveauof volledig uit geschakeld wordt. Hierdoor wordt voor-komen dat de elektrode vastvriest en de kerndraad vande elektrode opwarmt. Bovendien wordt de stroombronminder belast.

Hot-start (Bmbe en pulserend MIG/MAG lassen)De hot-start voorziening is een voorziening die ervoor zorgtdat er in zeer korte tijd een stabiele boog ontstaat dooreen extra verhoging van de stroomsterkte/lasspanning.Deze voorziening bewijst vooral zijn diensten bij het Bmbelassen, met elektroden (met een hoge open spanning) diemoeilijk starten. Een hot-start inrichting is ook nuttig bijhet eenzijdig lassen op keramische steentjes, waardoorhet optreden van lasfouten tijdens het starten voorkomenkunnen worden.De hot-start functie is soms ook beschikbaar bij het pul-serend MIG/MAG lassen. Fabrikanten hebben dit op ver-schillende manieren opgelost, waarbij de meest gebruikteoplossing is om bij het pulserend MIG/MAG lassen de tijdtussen 2 stroompieken tijdens het starten te verkleinen,waardoor gedurende de eerste seconden de gemiddeldestroomsterkte hoger ligt dan de ingestelde stroomsterkte.

Lift-arc, touch-start, scratch start , contactontsteking(TIG lassen)Lift-arc is een elektronische voorziening in de stroombrondie bij het TIG-lassen wordt gebruikt en waardoor het mo-gelijk is zonder hoogfrequente spanning of een hoogspan-ningspuls de lasboog te ontsteken. Deze voorziening wordtvooral gebruikt voor het lassen op plaatsen waar hoogfre-quentspanning ongewenst is. De lift-arc regeling detec-teert als er een kortsluiting tussen elektrode en werkstukontstaat. De elektronische regeling zorgt er dan voor dater dan geen hoge kortsluitstroom gaat lopen maar eenlage stroomsterkte, die juist voldoende is om de boog tekunnen ontsteken. In tegenstelling tot conventionele TIG-apparatuur kan op deze manier, door contact te makentussen werkstuk en elektrode, de TIG-boog zonder proble-men worden ontstoken. Veel moderne TIG-stroombron-nen hebben tegenwoordig de mogelijkheid om voor hetstarten te kiezen uit meerdere startmethoden, waaronderde lift-arc methode, door middel van een hoogfrequentespanning of een hoogspanningspuls.

Synergische regeling (Pulserend MIG/MAG lassen)Synergische regelingen worden door fabrikanten vanMIG/MAG apparatuur aangebracht om het instellen vande lasapparatuur eenvoudiger te maken. Onderzoek heeftuitgewezen dat bij het pulserend MIG/MAG lassen demeest stabiele situatie wordt verkregen als er één mate-riaaldruppel per puls wordt afgesmolten.

Het is voor een lasser erg moeilijk om dit in de praktijk terealiseren. Hiervoor moeten immers de lassnelheid, draad-snelheid en de pulsparameters (pulsstroom, en pulsstroom-tijd, basisstroom en basisstroomtijd) voor elke combinatievan lasdraad (diameter en chemische samenstelling) enbeschermgas, optimaal op elkaar worden afgestemd.Fabrikanten zijn hierin de lasser tegemoet gekomen doorde stroombron te voorzien van een aantal eenvoudige enherkenbare voorselecties. De meest gangbare voorselec-ties betreffen: het type lasdraad of basismateriaal, delasdraaddiameter en het soort beschermgas. Door middelvan deze voorselecties kiest de stroombron zijn optimaleinstellingen steeds zodanig dat er één metaaldruppel perpuls wordt afgesmolten. Puls MIG/MAG apparatuur geba-seerd op dit principe wordt ook wel synergische MIG/MAGapparatuur genoemd.

Bij dergelijke apparatuur is de pulsfrequentie (=gemiddel-de stroomsterkte) gekoppeld aan de draadsnelheid, waar-door er voor de lasser een herkenbare situatie is ont-staan. Immers ook bij het traditionele MIG/MAG lassenverhoogt of verlaagt de lasser zijn stroomsterkte door zijndraadsnelheid te variëren.Fabrikanten gaan er steeds meer toe over om in hun stroom-bronnen synergische relaties tussen (las)parameters aante brengen, waardoor het instellen van de stroombronneneenvoudiger wordt. Bij veel stroombronnen is er de moge-lijkheid de voorgeprogrammeerde synergische relaties uitte schakelen, wat bij bijvoorbeeld nuttig is, als er bijzon-dere materialen moeten worden gelast, waarvoor geen(voorgeprogrammeerde) synergische relaties beschikbaar zijn.

Dubbel Puls lassen (MIG/MAG lassen)Sommige fabrikanten hebben in hun stroombronnen voor-zieningen ingebouwd, waarmee het mogelijk is om te las-sen met een zogenaamde “dubbele puls”. Fabrikantenhebben hier verschillende oplossingsrichtingen gekozen,zoals bijvoorbeeld de Dubbel Puls die zorgt voor een pulse-rende toevoer van de lasstroom én de lasdraad. Met dezevariant van het pulserend MIG/MAG lassen kan men voorelke draad/gas combinatie een ideale lasinstelling vindenvanaf het kortsluitbooggebied tot en met het open boog-gebied. Hierdoor wordt het toepassingsgebied van hetMIG/MAG lassen vergroot, omdat (bij een optimale inbran-ding) de warmte-inbreng tot een minimum beperkt blijften het smeltbad goed beheersbaar blijft. Een andere op-lossing voor het Dubbel Pulslassen is een puls met een


gemiddeld hoge stroomsterkte, gevolgd door één of meer-dere pulsen met een gemiddeld lagere stroomsterkte. Omte voorkomen dat het lasbad gaat voorlopen op de boog,vanwege de dunvloeibaarheid van het materiaal, wordteen tweede puls gebruikt bij gemiddeld lagere stroom-sterkte, zodat dit voorlopen wordt voorkomen. Vooral voor het lassen van dun aluminium en titaan of bijhet in positie lassen, biedt het Dubbel Puls lassen voorde-len. Bij het Dubbel Puls lassen wordt het uiterlijk van eenTIG-las verkregen, bij de lassnelheid van het MIG/MAGlassen. Producten die momenteel met het TIG-proces wor-den gelast, kunnen veelal ook met Dubbel Puls MIG/MAGworden gelast, waardoor de productiviteit aanzienlijk toe-neemt. Verschillende producenten van stroombronnenhebben hun eigen varianten hierop ontwikkeld: Spray modal,Aristo Superpuls, Variable Pulse Mig Welding (VPMW),DIP-pulse enz.

MAG KortsluitbooglassenNiet echt nieuw zult u terecht zeggen. Nieuwe ontwikke-lingen, ingegeven door de mogelijkheden die de elektro-nica biedt, hebben er echter voor gezorgd dat er vooralten aanzien van het MIG/MAG kortsluitbooglassen veelnieuwe mogelijkheden zijn bijgekomen. Het is tegenwoor-dig uitstekend mogelijk dunne materialen met een zeer lagewarmte-inbreng te lassen of gebruik te maken van het zo-genaamde boogsolderen, waarbij een soldeer als lasdraadwordt gebruikt.Hierna wordt kort een aantal varianten van het MIG/MAGkortsluitbooglassen besproken, deze processen zijn in demarkt meestal bekend onder hun handelsnaam; deze zul-len hierna voor de herkenbaarheid van de processen danook worden aangehouden. Een uitgebreidere beschrijvingvan een aantal van deze processen is te vinden in [2][3].

Enkele MIG/MAG kortsluitboog varianten: Surface Tension Transfer (STT) proces

De nieuwe ontwikkelingen op het gebied van het verbe-teren van het MAG kortsluitbooglassen zijn begonnenmet de introductie van het STT-lassen. Het STT lassenis een gasbooglasprocesvariant, die gebruik maakt vaneen speciale meet- en regeleenheid in de stroombron(arc wave form control) om de oppervlaktespanning enhet stroomverloop tijdens het kortsluitbooglassen tecontroleren. Het STT lassen maakt gebruik van een (in-verter) stroombron die niet werkt met een verticale ka-rakteristiek (constante stroom) of horizontale karakte-ristiek (constante spanning), maar waarvan het werk-punt elektronisch ingesteld en gestuurd kan worden.Hierdoor kan de warmte-inbreng onafhankelijk van dedraadsnelheid worden geregeld.De grondgedachte van het STT-proces berust op hetfeit dat er, tijdens het afsplitsen van de druppel, eenaantal krachten werken op de zich vormende metaal-druppel. Enerzijds zijn dit de elektromagnetische Lorentz-krachten en anderzijds de oppervlaktespanning en dezwaartekracht en ook de krachten als gevolg van deplasmastromingen. Bij het afsplitsen van de druppelneemt het oppervlak van de druppel toe en daarmeeook de oppervlakte-energie. De oppervlaktespanningvan de druppel is daardoor één van de belangrijkstetegenwerkende krachten bij de druppelafsplitsing.De oppervlaktespanning is in eerste instantie afhanke-lijk van de temperatuur van de zich vormende druppel.Door nu de stroom gecontroleerd op te voeren, wordtde oppervlaktespanning verlaagd, want de oppervlakte-spanning neemt af met toenemende temperatuur. Hier-door verloopt de druppelafsplitsing gemakkelijker. Destroomsterkte wordt dus gestuurd en daarmee wordtde oppervlaktespanning beïnvloedt. De oppervlakte-spanning wordt niet direct, maar indirect geregeld.Door het op deze speciale manier regelen van de stroomin combinatie met een gecontroleerde (kortsluit)stroom-sterkte vindt de druppelafsplitsing optimaal plaats. Hier-door wordt een vrijwel spatvrije overgang van de metaal-druppels verkregen. Na het STT proces volgden andere

varianten; alle met het doel het beperken van het spat-gedrag tijdens het kortsluitbooglassen en het verlagenvan de warmte-inbreng.

Cold Metal Transfer (CMT) procesHet Cold Metal Transfer (CMT) en het ColdArc-proceszijn naast het STT-proces andere bekende nieuwe vari-anten van het gecontroleerd MAG kortsluitbooglassen.Bij het CMT lassen is het proces zo geregeld, dat tijdensde materiaaloverdracht van draad naar lasbad de stroombijna gelijk aan nul wordt. Door tegelijkertijd de lasdraadiets terug te trekken, vindt de materiaaloverdracht zon-der spatten plaats. De boog zal als gevolg van de opge-lopen temperatuur en het verhogen van de spanningautomatisch opnieuw ontsteken. Nadat de materiaal-overdracht heeft plaatsgevonden wordt de stroom weerverhoogd. Het bijzondere aan het CMT-proces is dus dekoppeling van de stroom aan de draadaanvoer. Door dedraad terug te trekken wordt slechts een geringe hoe-veelheid materiaal naar het lasbad getransporteerd, eeneigenschap die dit lasproces uitermate geschikt maaktvoor het lassen van materialen met geringe dikte enzelfs voor het lassen van aluminium aan staal [3]. HetCMT lassen verloopt zonder spatten, omdat de stroom-sterkte tijdens de overdracht van het materiaal laag is.Met het CMT proces kunnen met een geringe warmte-inbreng zeer dunne materialen (vanaf 0,3 mm) wordengelast.

ColdArc procesBij het ColdArc-proces wordt het stroomverloop gemo-dificeerd door gebruik te maken van een nieuw typehoog-dynamische invertorschakeling, gecombineerdmet een snelle, digitale procescontrole. Bij het ColdArc-proces wordt de lasdraad niet teruggetrokken om mate-riaaloverdracht te laten plaatsvinden, maar wordt uit-eindelijk vrijwel hetzelfde effect bereikt. Met het ColdArcproces kunnen evenals met het CMT lassen met eengeringe warmte-inbreng zeer dunne materialen (vanaf0,3 mm) worden gelast van tot dusverre ‘onmogelijke’(voor het booglassen) combinaties van staal en alumi-nium, of magnesium en aluminium. Soms zijn hier welaangepaste toevoegmaterialen voor noodzakelijk.

Tegenwoordig kunnen vrijwel alle fabrikanten vanMIG/MAG apparatuur voorzieningen aanbrengen in hunstroombronnen om vrijwel spatloos te kunnen lassen.

BoogsolderenBij het boogsolderen wordt een soldeerdraad gebruikt alstoevoegmateriaal. De soldeerdraad smelt af bij een relatieflage temperatuur, terwijl de te verbinden materialen nietsmelten. Hierdoor wordt er weinig warmte in de te ver-binden delen gebracht en is het proces zeer geschikt voorhet verbinden van dunne plaat. Een andere mogelijkheidvan het boogsolderen is het verbinden van verzinkte pla-ten, zonder noemenswaardige aantasting van de zinklaag.Het boogsolderen lijkt misschien niet in deze publicatiethuis te horen, omdat het ogenschijnlijk niets te makenheeft met stroombronnen of speciale voorzieningen instroombronnen. Dit is echter niet juist. In de praktijk isgebleken dat bij het MIG/MAG boogsolderen de stroom-bron van grote invloed is op de kwaliteit die bereikt kanworden met dit proces.Moderne stroombronnen kunnen van speciale programma'svoor het boogsolderen worden voorzien, waarmee hetmogelijk is een optimale kwaliteit van de verbinding terealiseren. Het boogsolderen kan in principe ook met tra-ditionele MIG/MAG apparatuur worden uitgevoerd, debeste resultaten worden echter bereikt als er gebruik wordtgemaakt van stroombronnen waarin speciale programma'szijn opgenomen voor het boogsolderen. Het zal duidelijkzijn dat dit niet geldt voor lasprocessen waarbij het sol-deertoevoegmateriaal niet spanningsvoerend is (TIG, Plas-ma, Laser).


6 Levenduur en onderhoud vanmoderne stroombronnen

Naast de gebruiksomgeving en -omstandigheden geldt,dat zowel voor de inverter als voor de chopper de levens-duur van de stroombron voor een groot deel wordt bepaalddoor de kwaliteit van de elektronische componenten.Gerenommeerde stroombronfabrikanten stellen strengespecificaties op voor de door hen gebruikte elektronischecomponenten, om daarmee de kwaliteit van hun stroom-bronnen te kunnen garanderen. De hoge kwaliteit van deelektronische componenten heeft uiteraard invloed op deprijs van de stroombron. Het voordeel voor de gebruikeris echter, dat op deze manier de betrouwbaarheid van deapparatuur aanzienlijk wordt vergroot.De technische levensduur van een inverter en chopperbedraagt, afhankelijk van de omstandigheden waaronderde apparatuur wordt ingezet, globaal 7 tot 20 jaar. Dit isruim voldoende, omdat de ontwikkelingen zo snel gaan,dat het vaak verstandig is op kortere termijn de stroom-bron te vervangen door nieuwe, meer efficiënte stroom-bronnen. In de meeste gevallen worden stroombronneneconomisch afgeschreven over een periode van circa 3 jaar.De ervaring leert dat moderne stroombronnen ondanks degrote hoeveelheid elektronica die hierin verwerkt zit,betrouwbaar zijn met relatief lage onderhoudskosten.

Voor industriële installaties bestaat de eis dat zij een in-spectietermijn hebben waarover de norm NEN 3140:“Bedrijfsvoering van elektrische installaties - AanvullendeNederlandse bepalingen voor laagspanningsinstallaties”,uitsluitsel geeft. Inspecties moeten plaatsvinden door eendeskundig installatiebureau, of door een aangewezen(laagspannings)deskundige binnen het bedrijf. Meer zeker-heid wordt verkregen, wanneer de inspectie wordt uitge-voerd door een geaccrediteerde inspectie-instelling. DeNEN 3140 stelt eveneens, dat de gebruiker (lasser) ver-plicht is zelf een aantal controles uit te voeren, voordathij het lasapparaat inschakelt.

Het betreft de volgende punten: visuele inspectie van het apparaat en vooral de conditie

van de isolatie van de leidingen; het lasapparaat mag pas worden ingeschakeld als alle

verbindingen zijn gemaakt (werkstukkabel, afstands-bediening, enz.);

bij niet gebruik moet het apparaat worden uitgeschakeld; bij het gebruik in nauwe en besloten ruimten moet de

stroombron buiten deze ruimte worden geplaatst en magde open spanning niet hoger zijn dan 50 V wisselstroom;

bij onderhoud en reparatie moet het apparaat wordengescheiden van het net;

bij de visuele controle moet vooral worden gelet op: beschadiging van de netvoedingskabel; de aansluiting van de netvoedingkabel en de trek-

ontlasting;o of slijtage of breuk is opgetreden, of dat de be-

huizing zodanig is beschadigd, dat de veiligheidin het gedrang komt;

o of de schakelaars nog intact zijn;o of het apparaat nog schoon en droog is.

7 Wat kunnen we nog verwachten ophet gebied van stroombronnen in dekomende jaren?

De trend ten aanzien van de ontwikkelingen van stroom-bronnen is lichter, kleiner, sneller, betrouwbaarder, meerflexibiliteit en meer mogelijkheden. Het kleiner en lichterworden van de stroombronnen speelt vooral een belang-rijke rol bij het gebruik door onderhoudspersoneel. Voorveel bedrijven wordt echter een steeds belangrijker aspectdat er een voorspelbare en reproduceerbare kwaliteit vanhet laswerk wordt verkregen. Bedrijven zijn geïnteresseerdin apparatuur die hen in staat stelt zo reproduceerbaar

mogelijk te werken. Een las die vandaag wordt gelegd,moet over een jaar met precies dezelfde kwaliteit kunnenworden gemaakt (bij gelijke instellingen van de parametersuiteraard). Goede stroombronnen zijn mede de basis voorde reproduceerbaarheid van het laswerk. Er is dan ook eenhele duidelijke trend zichtbaar ten aanzien van de ontwik-kelingen van stroombronnen (en hun ingebouwde regelin-gen) in de richting van een maximale beheersbaarheid vanhet lasproces. Dit zal er uiteindelijk toe leiden dat de kwa-liteit van het laswerk steeds minder mensafhankelijk wordtHoewel de laskosten in Europa vrijwel altijd worden gedo-mineerd door de loonkosten, lijken de gebruikskosten tochaan belang te winnen. Hierbij is de aandacht vooral gerichtop de ontwikkeling van meer energie efficiënte lasappa-ratuur, waarbij te denken valt aan stroombronnen met‘stand-by’ voorzieningen van energievragende onderdelen(bijvoorbeeld koelpomp en ventilator) of ten aanzien vande hele stroombron [8].

Een andere ontwikkeling betreft de behoefte van gebruikersom lasparameters te registreren, te bewaken en op teslaan. Stroombronnen zullen in de toekomst steeds meerworden voorzien van data-acquisitie en parameterregistra-tie mogelijkheden.Stroombronnen worden ook steeds meer aan robots ge-koppeld. Nu gebruikt elke leverancier hier zijn eigen inter-face(s) voor. De verwachting is dat de ontwikkeling van‘universele interfaces’ ertoe bij zal dragen, dat de uitwis-selbaarheid en dus de inzetbaarheid van stroombronnenwordt vergroot. De markt (gebruikers) zullen dit echtermoeten afdwingen.

Een andere trend die zichtbaar is, betreft het feit dat be-drijven producten met een hoge kwaliteit willen vervaar-digen met steeds lager geschoold personeel. De complex-heid van de stroombronnen neemt hierbij steeds meer toe,zodat de eis is, dat deze ingewikkelde apparatuur eenvou-dig te bedienen en in te stellen moet zijn. Dit is de aanzetvoor het ontwikkelen van stroombronnen met een zogroot mogelijke gebruikersvriendelijkheid. Hoewel er al veel gebeurd is op het gebied van de gebrui-kersvriendelijkheid van stroombronnen, zullen de ontwik-kelingen naar eenvoudig in te stellen stroombronnen,waarbij de apparatuur zelf een groot aantal functies eninstellingen overneemt van de gebruiker, door blijven gaan.De behoefte hiernaar zal ook groeien, naarmate de beschik-baarheid van vakmensen problematischer wordt. De wens naar een optimale gebruikersvriendelijkheid incombinatie met een afnemende beschikbaarheid van vak-mensen is in Japan bijvoorbeeld de voornaamste redengeweest Fuzzy-logic (zie kader 7.1) in stroombronnen inte bouwen [8][11].

De voortschrijdende (computer)technologie zal ervoor zor-gen dat er steeds snellere stroombronnen en (robot)be-sturingen op de markt komen (32, 64 en 128 bits). Hier-bij zal het mogelijk worden op hoge snelheid informatieuit te wisselen tussen de stroombron, de boog, sensorenen eventueel andere periferie. Hierdoor zal de wens tothet mens-onafhankelijk lassen steeds dichterbij komen.

CommunicatieCommunicatie tussen stroombronnen en periferie zal plaats-vinden via bijvoorbeeld ethernet, waardoor de interfacingtussen de hardware en software eenvoudiger wordt. Hier-door zal de snelheid van de systemen (stroombronnen),robotbesturingen, periferie) verder toenemen. Het gebruikvan 32-, 64- en 128-bits en nieuwere snelle microproces-sors zullen ervoor zorgen dat het intelligentieniveau vanstroombronnen vergelijkbaar wordt met dat van modernerobots. Hierdoor kunnen stroombronnen robots aansturenin plaats van omgekeerd, zoals nu het geval is. Dit ontlastde besturing van de robot, waardoor ruimte vrijkomt voorandere taken. De verwachting is dat er nieuwe en goed-kopere schakeltechnologieën zullen worden ontwikkeld,die qua prestaties vergelijkbaar zullen zijn met de huidigeinverters, maar die qua prijsstelling op het niveau liggen


De grondlegger van de fuzzy logic is Prof. Lotfi A. Zadeh.Hij ontwikkelde deze logica om met onzekerheden die innatuurlijke taal voorkomen (bijvoorbeeld hoog, laag, groot,klein, kort lang) te kunnen omgaan. Fuzzy logic lijkt voorvelen ver weg, maar is in feite heel dichtbij, in de meestegevallen wordt echter door de gebruiker niet onderkend dater fuzzy logic gebruikt wordt. Fuzzy logic wordt bijvoor-beeld al gebruikt in medische instrumenten, wasmachines,thermostaten, pompinstallaties, cv installaties, digitalecamera's , televisies, personal computers, enz, enz.

Fuzzy logic valt uit te leggen aan de hand van een simpelvoorbeeld. De omschrijvingen ‘hoge stroomsterkte’ en‘lage stroomsterkte’ zijn relatieve begrippen. We kennendus geen harde grenzen wanneer er gelast wordt met een‘hoge stroomsterkte’ of ‘lage stroomsterkte’. Neem bij-voorbeeld de constatering “De stroomsterkte bij hetMIG/MAG lassen is hoog”. Volgens de booleaanse logicazou dit waar (1) of onwaar (0) moeten zijn. Wanneer destroomsterkte 40 ampère is, kan worden gesteld dat deuitspraak niet juist (onwaar) is en wanneer de stroom-sterkte 500 ampère is, zal meestal niet bestreden wordendat de stroomsterkte hoog is, dus de uitspraak juist (waar)is. Maar wat te zeggen als de stroomsterkte 150 ampèreis? De ene lasser zal dit hoog noemen, terwijl de anderelasser dit laag vindt, afhankelijk van de toepassing en om-standigheden. Met fuzzy logic kan dan bijvoorbeeld wordenaangegeven dat de stroomsterkte enigszins hoog is, doorte stellen dat de bewering voor 60% (0,6) waar is.Het zal duidelijk zijn, dat dit tal van nieuwe mogelijkhedenschept om op deze manier apparaten elektronisch aan testuren; immers elke denkbare situatie kan nu worden be-schreven en in formules vastgelegd. Door dit principe in tebouwen in stroombronnen, zullen zeer geavanceerdereregelingen in de toekomst mogelijk worden.Fuzzy logic wordt al toegepast in MIG/MAG stroombron-nen om de boogstabiliteit en de controle over het lasbad teverbeteren.

kader 7.1 Fuzzi Logic

van de huidige conventionele stroombronnen. Het zal dui-delijk zijn, dat al deze afzonderlijke onderdelen (stroom-bron, manipulator, robot, sensoren, periferie) snel en opde juiste wijze met elkaar moeten communiceren. Ditwordt mogelijk gemaakt door in stroombronnen gebruikte maken van een zogenaamde CAN-bus.

CAN-busSteeds grotere hoeveelheden data moeten worden ver-werkt, niet alleen in de stroombron zelf maar ook tussenstroombronnen en randapparaten en dit alles in een om-geving (lassen) die van nature gevoelig is voor storingen.Nieuwe ontwikkelingen vinden plaats op het gebied vandata-overdracht. Een veelbelovende ontwikkeling is hetgebruik van CAN (CAN=Controller Area Network). Deontwikkelingen rond de CAN zijn geïnitieerd in de auto-mobielindustrie. Het aantal communicatiewegen (in goedNederlands: de kabelboom in de auto) moest enorm wor-den uitgebreid. In auto's in de hogere prijsklasse zit tegen-woordig ongeveer 2 kilometer draad met een totaal ge-wicht van ruim 100 kg. Voor de diverse modellen vaneen fabrikant moeten soms wel 600 verschillende kabel-bomen worden gemaakt. Uit het oogpunt van kosten enbaten is daarmee het einde van de traditionele bedradings-techniek (één draad met één functie) bereikt. De automo-bielindustrie begon naar nieuwe, moderne communicatie-methoden te zoeken en kwamen terecht bij de CAN-bus.

De CAN-bus is een zogenaamde ‘netwerk’ techniek. Inplaats van voor iedere functie een eigen draad te gebrui-ken, heeft men de ontwikkeling gezocht in netwerken.Netwerken zorgen ervoor dat je via één verbinding (draad)verschillende informatie kunt transporteren. De verbindingis nu dus niet meer exclusief bestemd voor één functie,maar kan voor een scala aan dataoverdracht (functies)worden gebruikt. Elk onderdeel haalt uit de langskomendeinformatie datgene wat voor hem bestemd is (multiplexen).Deze techniek wordt ook steeds meer toegepast in deoverige industrie. Een toepassing van deze techniek is het

ADSL modem, waarmee het tegenwoordig mogelijk is te-gelijkertijd te internetten als te telefoneren. Stroombron-nen voor het lassen en zeker systemen die in combinatiemet robots en andere periferie worden gebruikt, kunnentegenwoordig al worden voorzien van een CAN-bus.Naarmate de behoefte aan (snelle) informatieoverdrachtgroeit, zal de CAN-bus steeds meer de levensader gaanvormen van onze stroombronnen en de hierop aangeslotenperiferie.

8 Literatuur[1] Chopper of Inverter. Theo Luijendijk. Lastechniek

september 2006. Blz. 20 t/m 23.[2] Recente ontwikkelingen op het gebied van het

MIG/MAG lassen. Theo Luijendijk. Lastechniekseptember 2006. Blz 8 t/m 12.

[3] New CMT arc welding process-welding of steel toaluminum dissimilar metals and welding of super-thinaluminium sheets. K. Furukawa. Welding International2006 (6) page 440-445.

[4] Full Digital Welding Power Source. Thomas Augustin.Lorch Schweisstechnik GmbH. Presentatie 2006.

[5] Welding Power Sources go Digital. Chris Anderson.The Fabrikator. October 2004.

[6] Power sources for arc welding Klas Weman. Svetsarenno 2, 2003. Blz 30 t/m32.

[7] Improved power control makes inverters the powersource of choice. H. Yamamoto,S. Harada, T. Ueyama.Welding Journal February. Blz 1997 47 t/m 49.

[8] Inverter design saves enery. Welding design andFabrication. June 2002

[9] NEN-EN-IEC 60974 1:2005 - Uitrusting voor hetbooglassen - Deel 1: Lastoestellen.

[10] Using Inverter based power supplies. Greg Metko.The Fabrikator, June 1998.

[11] Automatic setting of arc voltage using fuzzy logic.T.Mita, H.Tanoue,T Kashima, T. Shinada. Weldingreview International. November 1996.

[12] Welding Handbook, Volume 2: Welding Processes.Eight Edition. Chapter 1: Arc welding power sources.Page 1 to 41.

[13] Digitally controlled GMA power sources. HeinrichHacki, Artikel van Fronius, Austria te vinden Op:http://www.fronius.com/cps/rde/xbcr/SID-5982C9D3-9EB67101/fronius_international/04_digital_geregelte_msg_stromquellen_gb.pdf.

[14] Exploiting Advances in Power Source To EnhanceArc Welding Processes. W. Lucas, TWI. BritishLibrary “The World Knowledge”.

[15] The Influence of power source type on welding per-formance and weld quality. John Nixon, BabatundeOgunbiyi, Pil Castle-Smith. British Library “The WorldKnowledge”.

[16] NEN-EN-IEC 60529:1992/A1:2000. Beschermings-graden van omhulsels (IP-codering).


Toelichting:Deze voorlichtingspublicatie is opgesteld in opdracht van deVereniging FME-CWM in het kader van het project ‘UpdatenVM publicaties’ en is een update van de praktijkaanbevelingPA.99.08 “Stroombronnen voor het booglassen” uit 1999.Hierbij waren de volgende organisaties betrokken: NIL, M2ien de Vereniging FME-CWM/Industrieel TechnologieCentrum (ITC).

Auteur:De auteur, A. (Ton) Gales (STODT), heeft de oorspronkelijkepublicatie opgezet en tevens de update voor zijn rekeninggenomen. Hij is hierbij onder meer bijgestaan door TheoLuijendijk (TU Delft), Henk de Jong † (NIL), Henk Bodt(NIL) en Roger van den Brekel (NIL).Eindredactie: Peter Boers (FME).

Technische informatie:Nederlands Instituut voor Lastechniek (NIL)Bezoekadres: Boerhaavelaan 40,

2713 HX ZoetermeerCorrespondentie-adres: Postbus 190,

2700 AD ZoetermeerTelefoon: 088 - 400 85 60Fax: 079 - 353 11 78E-mail: [email protected]: www.nil.nl

Informatie over, en bestelling van VM-publicaties,Praktijkaanbevelingen en Tech-Info-bladen:Vereniging FME-CWM/Industrieel Technologie Centrum (ITC)Bezoekadres: Boerhaavelaan 40,

2713 HX ZoetermeerCorrespondentie-adres: Postbus 190, 2700 AD ZoetermeerTelefoon: (079) 353 11 00/353 13 41Fax: (079) 353 13 65E-mail: [email protected]: www.fme.nl

© Vereniging FME-CWM/december 2008 - 01

Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaaktdoor middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke ander wijze ookzonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

Hoewel grote zorg is besteed aan de waarborging van een correcte en,waar nodig, volledige uiteenzetting van relevante informatie, wijzen de bijde totstandkoming van de onderhavige publicatie betrokkenen alleaansprakelijkheid voor schade als gevolg van onjuistheden en/ofonvolkomenheden in deze publicatie van de hand.

Vereniging FME-CWMAfdeling Technologie en InnovatiePostbus 190, 2700 AD Zoetermeertelefoon 079 - 353 11 00telefax 079 - 353 13 65e-mail: [email protected]: www.fme.nl

PA.08.08 Stroombronnen Voor Het Booglassen

Documents

Transcript of PA.08.08 Stroombronnen Voor Het Booglassen