Produktivní svařovací procesy

Společnost Migatronic A/S, dánský výrobce svařovacích zdrojů, připravila na základě těchto požadavků soubor nových procesů, které postupně uvolnila k jednotlivým zákazníkům. Testování procesů bylo prováděno v úzké kooperaci vývojové oddělení – zákazník. Tato přímá zákaznická vazba definovala všechny požadavky a vymezila tak jasné hranice splnění všech cílů. Soubor nových procesů lze rozdělit do dvou základních kategorií: procesy pro zvýšení produktivity a nástroje pro úspory a monitoring.

Problematika svařování kořenových partií ovlivňuje kvalitu provedení kompletního svarového spoje. Při svařování kořene existují z praktického pohledu základní problémy, a to zejména nerovnoměrná velikost kapek svarového kovu, která způsobuje velký rozstřik, a nerovnoměrně vnesené teplo. Dalším problémem je vysoká citlivost na vzdálenost mezi koncem přídavného drátu a hořákem, tzv. výlet drátu, sklon svařovacího hořáku, velikost svařovací mezery a propálení základního materiálu při změně parametrů v závislosti na zmíněných faktorech.

Základním požadavkem na nový proces byla eliminace výše zmíněných problémů při použití technologie svařování v ochranné atmosféře, podle ČSN EN ISO 4063, metoda 135 MAG. Hlavním cílem byla redukce a optimalizace vneseného tepla při svařování tenkých plechů a kontrola svařovacího oblouku při zkratovém procesu. Nový způsob řízení zkratového oblouku byl nazván Intelligent Arc Control (IAC).

Energie pro tavení přídavného drátu během procesu 135 MAG pochází ze dvou základních zdrojů, a to energie dodané při zkratu v podobě ohmického ohřevu a tepla reprezentovaného samotným svařovacím obloukem. Během zkratu je téměř všechna energie využita pro tavení drátu, avšak během hoření oblouku vyzařujícího tepelnou energii přechází produkované teplo jak do přídavného, tak i základního materiálu. Je proto nezbytné a žádoucí, aby přenos energie byl co největší při daném zkratovém procesu.

Rozstřik je tvořen kapkami roztaveného kovu, které se zachycují na krajích svarové lázně a liší se velikostí. Rozstřik je tvořen dvěma základními zdroji. Prvním zdrojem rozstřiku je odraz kapky při přenosu – tento zdroj generuje rozstřik „kuliček“ podobných rozměrů. Druhým zdrojem je opětovné zapálení oblouku při oddělení kapky svarového kovu z přídavného materiálu během zkratového procesu. Množství rozstřiku je úměrné velikosti proudu při opětovném zapálení oblouku.

Systém IAC redukuje vnesené teplo na principu navýšení proudu při zkratu v porovnání s tradičním MIG procesem. Nicméně pouze navýšení proudu při zkratovém procesu by bylo nedostačující, oddělení kapky při vyšší intenzitě proudu by způsobilo vyšší rozstřik. Proto IAC tvoří soubor algoritmů s přesnou předpovědí, kdy dojde k oddělení kapky a na základě vyhodnocení pak zkracuje dobu trvání zkratového proudu v porovnání s tradičním procesem.

Rozdíl mezi tradičním MAG procesem a IAC je zobrazen na obr. 1a. Tradiční MAG proces je zde zobrazen jako přerušovaný průběh, proudová hodnota stoupá během procesu zkratu do doby, než dojde k oddělení kapky, a následně klesá až do fáze dalšího zkratu. IAC reprezentuje v grafickém znázornění plná čára, proudová hodnota stoupá na vyšší úroveň v porovnání se standardním průběhem, tím je zabezpečena dostatečně velká energie v této fázi. Aby nedošlo k rozstřiku, proudová hodnota klesne na nízkou úroveň, ale jen do takové míry, aby nedošlo k nestabilitě procesu. Proud je udržován na nízké hodnotě, než dojde k oddělení kapky a následně k jemnému proudovému navýšení pro stabilitu oblouku.

Základním požadavkem při tvorbě svaru je dodržení předepsaných rozměrů, jakosti svaru a průvaru. Kombinace těchto parametrů vypovídá o kvalitě daného svaru. Při svařování dynamicky namáhaných konstrukcí je úkolem svářečského dozoru zabezpečit dodržení předepsaného svaru, který nesmí obsahovat nepřípustné vady klasifikované normou ČSN EN ISO 6520.

Základní typy vad, které se běžně vyskytují, jsou zápal a nedokonalý průvar. Při tvorbě zápalu vzniká vrub, který koncentruje napětí, napětí je pak spouštěcím mechanismem tvorby trhliny. Při nedokonalém průvaru nedochází k zajištění požadavku únosnosti daného svaru. Programová výbava Power Arc eliminuje tyto zásadní a nebezpečné vady. Jedná se o kombinovaný, vysoce produktivní proces, který slučuje prvky zkratového a sprchového přenosu. Principem je zvýšení podávací rychlosti drátu při vyšším napětí, tento aspekt zabezpečuje vysokou koncentraci svařovacího oblouku při vyšším výletu drátu. Vysoká koncentrace oblouku snižuje vypalování legujících prvků a následně pak zajišťuje jemnou povrchovou kresbu svaru. Tato speciální softwarová funkce pak zabezpečuje maximální průvar při vysokých rychlostech a odstranění tvorby zápalu. Power Arc je ideálním nástrojem pro zajištění kvalitativních požadavků pro dokonalý svar.

Provádění svarů v polohách vyžaduje nejen kvalifikaci, ale i patřičnou zručnost svářeče. Obzvláště pak pozice typu PE, PF – jsou ty nejtěžší v celém rozsahu poloh. Požadavky při svařování v polohách jsou jasné: dodržení svařovací rychlosti (aby nedošlo ke „skápnutí“ nebo předběhnutí lázně), setrvání v patřičných polohách (tak aby došlo k natavení a následnému spojení základního a přídavného materiálu). Splnění všech těchto základních požadavků zaručuje funkce Sequence repeat. Jedná se o kombinovanou metodou, kde dochází k pravidelnému překlápění mezi zkratovým a impulzním režimem.

Dobu mezi jednotlivými přechody lze libovolně nastavit v závislosti na poloze a schopnosti svářeče přizpůsobit se danému cyklu. Jednoduchým příkladem je svařování pomocí funkce Sequnce repeat v poloze nad hlavou. Impulsní režim zabezpečuje maximální závar, kdežto zkratový režim udržuje lázeň v maximálně chladném stavu.

Oblast produktivity výrazně roste při svařování koutových svarů v poloze PF (tzv. na stoupačku), kde svářeči standardně využívají kyvného pohybu, který snižuje rychlost svařování. Funkce Sequence repeat vyžaduje pouze přímočarý pohyb, tento benefit zvyšuje svařovací rychlosti a úsporu přídavného materiálu.

Z hlediska finančních nákladů tvoří ochranný plyn při MIG/MAG svařování významnou roli. Jedná se o nezbytnou vstupní položku do svařovacího procesu. Pomocí nového patentovaného systému IGC lze snížit spotřebu plynu v některých případech až o 60 %. Systém IGC je možné implementovat do svařovacího zařízení Migatronic Sigma, Omega. Jedná se v podstatě o kombinaci softwarového a hardwarového řešení.

První využití systému řízení plynu IGC v praxi ukazují, že nejde o pouhý marketing, ale úspory mají opodstatnění v běžném provozu. Nejprve byl úsporný potenciál potvrzen v důkladných laboratorních testech neutrální instituce Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt (SLV) – Svářečský a zkušební ústav v Halle v Německu. Přitom byla v přímém srovnávání zjišťována spotřeba ochranného plynu a kvalita svařování u svařovacích zdrojů Sigma2 se systémem řízení plynu a bez něj. Výsledek mluví sám za sebe: Právě u menších a středních tlouštěk svarů a jim odpovídajících nižších intenzit proudu, které tvoří obvykle největší objem použití, byla potvrzena poloviční spotřeba plynu, a to při konstantně vysoké kvalitě svařování, která byla prokázána při zkouškách svarů pomocí nedestruktivní metody.

Dynamické řízení plynu kontroluje spotřebu ochranného plynu od začátku do konce svařovacího procesu. Průtočné množství plynu se automaticky a přesně přizpůsobuje individuálnímu svařovacímu procesu. V hledáčku je přitom nejen velikost proudu, ale také pnutí po svařování a rychlost podávání drátu. Na základě sledování těchto parametrů je řízeným procesem vypočítáno a nastaveno skutečné potřebné množství ochranného plynu pro optimální výsledek svařování

Oblast kvality řízení svařovacích procesů je řízena souborem norem ČSN EN 3834 a novým legislativním požadavkem výrobkových norem jako ČSN EN 1090 pro svařování ocelových konstrukcí a hliníkových slitin. Jedním z hlavních procedurálních parametrů je tvorba svařovacích postupů, které vyžadují záznam specifických parametrů jako proud, napětí, svařovací rychlost, vnesené teplo apod.

Tyto základní proměnné je nutné snímat při přípravě pWPS pomocí externích zdrojů, to znamená připravit několik kalibrovaných přístrojů a provést záznam. Při „citlivých“ materiálech, které vyžadují limitovaný tepelný příkon, je důležité kontrolovat tento parametr i při výrobním procesu.

Migatronic A/S připravil v návaznosti na tyto požadavky softwarovou funkci MigaLOG, kterou implementoval do své vlajkové lodě Sigma Galaxy. Software umožňuje záznam všech důležitých parametrů, bez nutnosti použití dalších záznamových zařízení. Parametry jsou zobrazovány přímo na displeji svařovacího zdroje Sigma Galaxy nebo uchovány na nosném SD médiu. Obecně lze data uchovat ve dvou základních formátech, v základním textovém formátu a datovém pro sledování jednotlivých diverzních parametrů, které jsou zobrazeny v časovém intervalu.

Ing. Marek Pantůček, IWE

Migatronic CZ

pantucek@migatronic.cz
www.migatronic.cz

www.migatronic.com
www.intelligentgascontrol.com