در فرایندهای جوشکاری صنعتی، یکی از مهم‌ترین عوامل برای تضمین ایمنی و کارایی، مدیریت و کنترل ولتاژ است. دستگاه کاهش ولتاژ (Voltage Reduction Device یا VRD) یکی از تجهیزاتی است که به‌منظور افزایش ایمنی در هنگام استفاده از دستگاه‌های جوشکاری طراحی شده است. جوشکاری قوس الکتریکی، به دلیل ایجاد ولتاژ بالا، ممکن است خطرات جانی و جراحاتی برای کاربران ایجاد کند. به‌ویژه در محیط‌های مرطوب یا تنگ، خطر شوک الکتریکی به طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد. در این شرایط، دستگاه VRD به‌عنوان راهکاری کوثر به کار می‌آید تا ولتاژ مدار باز دستگاه جوشکاری را به سطح ایمنی کاهش دهد، به‌طوری‌که پس از قطع قوس جوش، ولتاژ دستگاه به طور خودکار کم شود و از بروز خطرات الکتریکی جلوگیری کند. این مقاله به بررسی عملکرد، کاربردها و مزایای استفاده از دستگاه کاهش ولتاژ در جوشکاری می‌پردازد.
کاربرد دستگاه کاهش ولتاژ (VRD)
دستگاه کاهش ولتاژ (VRD)، ولتاژ مدار باز یک دستگاه جوشکاری را به میزان قابل‌توجهی کاهش می‌دهد.
هنگامی که دستگاه جوشکاری روشن است؛ اما در حالت آماده‌به‌کار قرار دارد (به‌عنوان‌مثال، پس از اتمام یک الکترود و پیش از استفاده از الکترود جدید)، VRD فعال شده و ولتاژ را به سطح ایمنی مطلوب (معمولاً حدود 13 ولت) کاهش می دهد.
در حین جوشکاری، یک مدار الکتریکی بسته تشکیل می‌شود. منبع تغذیه (در این مورد، دستگاه جوشکاری) جریان الکتریکی را به فلز مورد جوشکاری انتقال می‌دهد که این جریان باعث ایجاد قوس الکتریکی و در نتیجه جوشکاری می‌شود.
فلز مورد جوشکاری به‌وسیله گیره اتصال به زمین به دستگاه جوشکاری متصل می‌شود که تشکیل یک مدار الکتریکی کامل را امکان‌پذیر می‌سازد.
با توقف جوشکاری، مدار الکتریکی بسته شده باز می‌شود و جریان الکتریکی به حالت بیکاری درمی‌آید. این وضعیت، ولتاژ مدار باز (OCV) نامیده می‌شود.
با کاهش OCV زمانی که جوشکار در حال استفاده نیست، خطر برق‌گرفتگی به طور چشمگیری کاهش می‌یابد.
چرا از VRD استفاده می‌شود؟
ولتاژ مدار باز (OCV) دستگاه جوشکاری با الکترود به توان آن بستگی دارد. معمولاً، یک دستگاه جوشکاری با الکترود صنعتی دارای OCV حدود 85 ولت است، اما برای کارهای سنگین‌تر می‌تواند تا 110 ولت افزایش یابد. در مقابل، دستگاه‌های جوشکاری با الکترود خانگی دارای OCV حدود 50 ولت هستند.
یک OCV حدود 75 ولت قادر است قوس الکتریکی را با یک ضربه ایجاد کند، حتی در الکترودهای مقاوم مانند الکترودهای 7018 کم هیدروژن.
در شرایط محیطی خشک و عادی، این سطوح ولتاژ نسبتا ایمن هستند. مقاومت طبیعی پوست انسان می‌تواند در برابر شوک الکتریکی مقاومت کند، حتی با استفاده از دستکش یا تجهیزات ایمنی دیگر.
با این حال، در محیط‌های مرطوب یا نمناک، استفاده از VRD ضروری است. هنگامی که پوست به دلیل تعریق یا تماس با رطوبت مرطوب می‌شود، مقاومت آن کاهش می‌یابد.
همچنین، در فضاهای محدود یا کار در ارتفاع، استفاده از VRD توصیه می‌شود. تماس تصادفی پوست برهنه با الکترود درحالی‌که با زمین اتصال الکتریکی دارد، می‌تواند منجر به شوک الکتریکی شود که در صورت عدم قطع اتصال یا ازدست‌دادن تعادل، خطرناک است.
استفاده از VRD و کاهش سطح ولتاژ مدار باز، ایمنی کاربر را تضمین می‌کند. به همین دلیل، برای کار در برخی محیط‌ها، نصب VRD اجباری است. VRDها می‌توانند به‌صورت داخلی یا خارجی نصب شوند.
نحوه عملکرد VRD (ولتاژ کاهش‌دهنده مقاومت)
VRD دستگاهی خودکار است که به‌صورت مستمر سطح مقاومت در مقابل ترمینال جوشکاری را پایش می‌کند. در صورت تشخیص مقاومت بالا، به‌منظور کاهش ولتاژ مدار باز (OCV)، فعال می‌شود.
مقاومت بالا می‌تواند به دلایلی مانند تماس هوا، دستکش، یا پوست با خروجی دستگاه (گیرنده الکترود برای جوشکاری با الکترود پوشش‌دار) ایجاد شود.
هنگامی که الکترود به قطعه کار تماس پیدا می‌کند، مقاومت کاهش می‌یابد. VRD این کاهش مقاومت را تشخیص داده و خاموش می‌شود تا ولتاژ مدار باز به سطح عادی برگردد و قوس الکتریکی آغاز شود.
پس از پایان جوشکاری، VRD مجدداً مقاومت بالا را تشخیص داده و پس از یک تأخیر کوتاه، فعال می‌شود.
دستگاه VRD به طور خودکار هنگام شروع جوشکاری جدید خاموش می‌شود، اما ممکن است زمان واکنش آن طولانی باشد. تأخیر در رسیدن به ولتاژ مدار باز بالاتر می‌تواند آغاز قوس را دشوار کند، زیرا جریان برق کمتری از دستگاه عبور می‌کند.
برخی از الکترودها، مانند الکترودهای کم هیدروژن یا سلولزی، از ابتدا ممکن است شروع آنها دشوار باشد، بنابراین تلاش برای ایجاد قوس با دستگاه VRD فعال بر روی جوشکار می‌تواند یک چالش واقعی باشد.
توجه: هنگام کار در محل، دستگاه VRD خود را خاموش نکنید. این نه‌تنها برای ایمنی خودتان است، بلکه ممکن است غیرقانونی نیز باشد.
دستگاه VRD تنها در صورت جوشکاری بدون ماشه فعال می‌شود. هنگام جوشکاری با الکترود یا TIG با شروع قوس/جرقه، دستگاه به‌محض روشن‌شدن، برق‌دار است.
در مقایسه، جوشکاری MIG و TIG با فرکانس بالا برای ایجاد قوس نیاز به فشار ماشه دارند. در غیر این صورت، هیچ ولتاژی از دستگاه عبور نمی‌کند، بنابراین نیازی به محافظت از اپراتور در برابر ولتاژ اضافی نیست.
ممکن است برخی از افراد شروع سخت جوشکاری با الکترود را دوست نداشته باشند، اما دستگاه‌های VRD بخش ضروری برای حفظ ایمنی جوشکاران در حین کار هستند.
سخن پایانی
در پایان، می‌توان گفت که دستگاه کاهش ولتاژ (VRD) نقش حیاتی در ایمنی و کارایی تجهیزات جوشکاری ایفا می‌کند. این فناوری با کاهش ولتاژ خروجی در مواقعی که دستگاه جوشکاری غیرفعال است، از بروز حوادث ناخواسته جلوگیری کرده و به‌ویژه در محیط‌های کاری خطرناک، ایمنی بیشتری را برای اپراتورها به همراه دارد. استفاده از VRD علاوه بر ایمنی، به کاهش هزینه‌های عملیاتی و بهبود بهره‌وری کمک می‌کند، زیرا احتمال خرابی تجهیزات و حوادث ناشی از شوک الکتریکی را به میزان قابل‌توجهی کاهش می‌دهد. در نهایت، توجه به استانداردهای ایمنی و استفاده از فناوری‌هایی نظیر VRD برای پیشگیری از خطرات جانی و مالی ضروری است.
