Témata
Reklama

Současný vývoj v oblasti svařování

Svařování, resp. spojování materiálů je v podstatě průřezová skupina technologií, která ovlivňuje prakticky všechny průmyslové obory. Některé obory by bez svařování a dalších způsobů spojování materiálů dnes již nemohly vůbec existovat, např. výroba automobilů, výroba konstrukcí ve stavebnictví a řady strojírenských složitých výrobků, včetně energetických zařízení.

Je potřeba zdůraznit, že technický a technologický pokrok ve svařování by nebyl možný bez těsné součinnosti s pokrokem v souvisejících vědních a průmyslových oborech, jako jsou informatika, elektronika, elektrotechnika, materiálové vědy anebo nové poznatky ve strojírenství, hlavně v oblasti automatizace, robotiky a senzoriky.

Pokud jde o trendy ve svařování a spojování, lze konstatovat, že poslední doba přinesla další významné inovace, respektive jejich pokračování hlavně v aplikaci robotů či automatizaci vůbec, v dalším průniku laserů do svařování (a řezání) a v pokračujícím nárůstu propojení s IT technikou, resp. digitalizaci technologických procesů. Což potvrdil i jeden z největších mezinárodních veletrhů svařování a příbuzných procesů Schweissen & Schneiden, který se konal v roce 2017 v Düsseldorfu. Mnoho novinek se zde objevilo také ve snaze zlepšovat pracovní prostředí a bezpečnost práce ve svařovacích provozech, např. pokud jde o odsávání plynů a škodlivin při svařování anebo při používání ochranných oděvů a přileb.

Reklama
Reklama

Automatizací k efektivní výrobě

Stejně jako v jiných průmyslových aktivitách a výrobních postupech platí i ve svařování, že je nutno si počínat co nejefektivněji, s co nejmenšími náklady a co nejmenší spotřebou materiálových a energetických zdrojů a s ohledem na ekologické aspekty. Naplnění těchto zásad umožňuje velkou měrou využití robotů. V tomto segmentu trhu, který zahrnuje i automatizované svařovací buňky, nabízí dnes řada výrobců širokou paletu specializovaných i jednoúčelových robotů.

Alternativní metody spojování dílů

Stále větší význam, vedle speciálních metod spojování, jako je třecí svařování s promíšením, laserové svařování apod., nabývá i technologie lepení. Ostatně při výrobě osobních aut se dnes v automobilkách lepením spojuje více než polovina všech používaných dílců. Lepí se nejen kovové či plastové díly, ale i různé kombinace materiálů. Díky této technologii se staví i několikapatrové stavby.

Mezi nejvíce rozvíjející se aplikační oblasti potom patří alternativa k 3D tisku kovových materiálů – navařování samonosných 3D struktur, např. metodou WAAM (Wire+Arc Additive Manufacturing).

Přesto však v současnosti jsou celosvětově stále nejvíce rozšířeny a používány konvenční technologie svařování elektrickým obloukem v ochranných atmosférách, zejména technologie MIG/MAG. Za posledních 25 let se podstatným způsobem v této oblasti zkvalitnilo řízení včetně regulace procesu. Modernizovaná zařízení umožňují dopravovat svařovací drát – elektrodu na velké vzdálenosti (vícekladková podávání, zdvojené podávání, push-pull systém). Došlo k řadě mechanizovaných a automatizovaných průmyslových aplikací této technologie včetně jejího použití pro robotizaci svářečských prací. Byly vyvinuty nové varianty přenosu kapek svarového kovu do tavné lázně – kromě dnes již standardních způsobů: zkratového, sprchového a pulzního. Použitím „směsných plynů“ jako ochranné atmosféry, např. Ar + CO2, Ar + O2, Ar + CO2 + O2 a Ar + H2, se zvýšila stabilita hoření oblouku a snížil se rozstřik při svařování. Tento neustálý pokrok způsobil, že se technologie MIG/MAG stala již koncem 90. let minulého století dominantní technologií svařování.

Další vývoj spočíval ve snaze o zvyšování produktivity práce při svařování (zejména velkých tlouštěk materiálů) a zvýšení stability technologie MIG/MAG použitím svařování s vysokými rychlostmi podávání drátu (svařování s přenosem svarového kovu rotujícím obloukem), příp. použitím vícekomponentních ochranných plynů a použitím vícedrátových metod (tandemové svařování). Tyto nové varianty technologie MIG/MAG jsou známé pod různými obchodními názvy, jako např. T.I.M.E. (Transfered Ionized Molten Energy) proces, Rapid arc a Rapid melt apod. Při těchto procesech se svařuje s vysokými svařovacími parametry a rychlostmi posuvu drátu, s velkými výkony navaření (10 až 25 kg.hod-1). Přenos kovu odráží vysoké proudové zatížení. Tyto vysokovýkonné metody je však možné použít pouze pro robotizované nebo mechanizované svařování.

Ilustrační foto

Moderní obloukové svařovací zdroje

Dnes používaná konstrukce synergických svařovacích zdrojů pro metody MIG/MAG byla umožněna vývojem invertorových zdrojů proudu pracujících s podstatně vyšší frekvencí proudu než dříve používané zdroje. Invertorové zdroje tak umožnily další vývoj technik MIG/MAG svařování. Lze říci, že dnes existují dva základní směry vývoje v oblasti obloukového svařování, které se výrobci často snaží integrovat do jednoho svařovacího zdroje. Na jedné straně je to snaha o co nejproduktivnější a nejvýkonnější způsob svařování materiálů větších tlouštěk, zabezpečující dokonalý průvar koutových i tupých svarů (ideálně použitelných i pro poloautomatické svařování). Jedná se o speciální modifikace metody MIG/MAG, nazývané např. Power Arc, Force Arc apod. Druhý zmíněný směr vývoje obvykle cílí k minimalizaci vneseného tepla, tak aby bylo možné svařovat co nejmenší tloušťky materiálu (kam směruje vývoj především výroba v automobilovém průmyslu). V současné době jsme svědky nebývale široké nabídky vysoce sofistikovaných modifikací metody MIG/MAG svařování, které umožňují pouze plně digitalizované invertorové zdroje a které dále zvyšují produktivitu svařování, kvalitu svarových spojů, usnadňují svařování v polohách, kořenů svarů, překlenutí velkých mezer v kořenech svarů nebo např. svařování pozinkovaných plechů, příp. pájení oceli s hliníkem. Mezi tyto nové techniky můžeme zařadit např. CMT (Cold Metal Transfer), STT (Surface Tension Transfer), IAC (Intelligent Arc Control), Cold Arc, Speed Pulse, Root Arc, Speed Up a další.

U jedné z prvních modifikací MIG/MAG procesu – metody CMT – je dnes již k dispozici tzv. druhá generace, metoda nazvaná CMT Advanced, která kombinuje zpětný pohyb drátu (tzn. jakmile svařovací zdroj identifikuje zkrat, odstartuje se zpětný pohyb drátu se současným poklesem svařovacího proudu a dojde k plynulému uvolnění kapky svarového kovu bez rozstřiku; následuje pohyb drátu vpřed a cyklus se opakuje; celý proces je digitálně řízen a zpětný pohyb drátu probíhá s vysokou frekvencí; vyrovnání superponovaných vysokofrekvenčních pohybů drátu a jejich přechod na lineární posuv zajišťuje vyrovnávací vložka zabudovaná v bovdenu pro transport drátu) s přepólováním polarity na elektrodě. Pro svařování můžeme libovolně nastavit počet po sobě jdoucích kladných nebo záporných proudových fází, kdy kladné fáze ovlivňují především hloubku závaru a čisticí účinek. Záporné fáze při stejném vstupním výkonu zvyšují výrazně výkon odtavení. Dochází k výrazně většímu odtavení při stejné střední hodnotě svařovacího výkonu. Ke změně polarity dochází na začátku zkratu mezi oběma fázemi procesu, kdy nehoří oblouk a tím je zajištěna vysoká stabilita procesu. Proces umožňuje spojovat automatizovaným procesem, bez podložky a na tupo, tenké hliníkové plechy (0,3 mm) svařovacími rychlostmi kolem 2 m.min-1. Tento proces je zajímavý rovněž v oboru mechanizovaného nebo robotizovaného svařování plechů z ušlechtilých ocelí o tloušťkách do 1,5 mm, kde nabízí značné možnosti pro automatizaci, jak v důsledku nízkého tepelného zatížení z hlediska metalurgie, tak v důsledku výborné stability oblouku a spolehlivosti pracovního procesu.

MIG/MAG dominantní metoda obloukového svařování

Komfort při svařování těmito novými technikami MIG/MAG svařování zvyšuje dále možnost kombinace více technik na provedení jednoho svaru. Vysoká produktivita práce, univerzálnost metod MIG/MAG, možnost mechanizace a robotizace svařování, cenová dostupnost – tyto inovace v oblasti obloukového svařování způsobily, že metody svařování MIG/MAG jsou i dnes nadále dominantními metodami elektrického obloukového svařování a jejich podíl na výrobě svařenců je celosvětově větší než 50 %. I do budoucna lze předpokládat, že jejich využití dále poroste, především v souvislosti s rozvojem elektroniky, větším použitím plněných elektrod (metoda FCAW) jako přídavného materiálu a v kombinaci s metodami laserového svařování (hybridní svařování).

Spojování pozinkovaných plechů

Mezi časté moderní aplikace patří i „MIG pájení“ pozinkovaných plechů, které jsou dnes stále častěji používány v automobilovém průmyslu, ve stavebnictví, vzduchotechnice, nábytkářství a ve výrobě domácích spotřebičů. Tloušťka zinkového povlaku se pohybuje od 5 do 20 mikrometrů a požadavkem při spojování je nepoškodit povlak, který katodickým účinkem chrání základní materiál. Při klasickém MAG svařování způsobují páry zinku, které se odpařují při 906 °C, pórovitost svaru, neprůvary a trhliny. Pro spojování těchto plechů byla proto vyvinuta metoda MIG pájení speciálními přídavnými materiály na bázi mědi (např. křemíkový bronz CuSi3, nebo hliníkový bronz CuAl8), kterými se pozinkované plechy spojují v intervalu teplot 1 030 °C až 1 080 °C, impulzním proudem (ideálně za využití modifikací MIG svařování, jako jsou CMT, STT apod.), v ochranné atmosféře Ar nebo Ar + 2,5 % CO2. Výhodou je pak minimální opal povlaku vedle spoje (i na spodní straně plechu), spoj bez koroze – katodická ochrana v těsné blízkosti spoje, minimální tepelné ovlivnění materiálu a deformace, zachování produktivity vytváření spojů a možnost robotizace.

Další vývoj výrobců svařovacích zdrojů je nově koncipován k plné univerzálnosti. Díky tomu se významně zlepšily svařovací vlastnosti, optimalizovaly se možnosti komunikace mezi člověkem a strojem a zdokonalilo se ovládání. Vzhledem k modulární konstrukci lze systém snadno přizpůsobit individuálním svařovacím potřebám. Hlavní část přístroje představuje standard, který lze snadno rozšířit. Například jednoduchý „upgrade“ umožní rozšířit standardní přístroj na pulzní svařovací zdroj, přidat nové charakteristiky, stejně jako aktualizovat software zdroje, který lze snadno nahrát pomocí USB disku, internetového připojení, příp. je již součástí svařovacího zdroje a stačí ho pouze odblokovat.

Inovace svařovacích systémů

Svařovací systémy dnes dokážou automaticky rozpoznat všechny dostupné komponenty a varují v případě nekompatibility. Na pracovišti je možné svařovací zdroj ovládat pomocí minidispleje integrovaného do svařovacího hořáku a dálkovou údržbu a systémovou analýzu lze provádět prostřednictvím internetu. Díky maximálnímu výkonu procesoru je možné měřit mnoho nových jmenovitých veličin. Svařovací proces tak nyní lze ještě přesněji analyzovat a tím i kontrolovat. Aktivní regulace drátu významně kompenzuje vliv vzdálenosti svařovacího hořáku na výsledek svařování. To přináší řadu výhod, jako je omezená tvorba rozstřiku u procesu s krátkým obloukem, lepší uvolnění kapky, stabilnější oblouk při vyšší rychlosti svařování, kontrolované zapalovací vlastnosti a mnoho dalších.

Stejně tak se zdokonalování a vývoj dotýkají i nezbytného příslušenství. Svařovací hořáky nové generace jsou dnes schopny vytěžit, z plynového nebo vodního chlazení, optimum z hlediska použití. Spotřební díly a součásti hořáku jsou tak lépe přizpůsobeny svařovacímu výkonu, mají větší životnost a zjednodušené ovládání. Inteligentní regulace ochranného plynu obsahující spořič plynu kombinovaný s dynamickým řízením průtoku, které monitoruje spotřebu a optimalizuje dávkování plynu podle synergické charakteristiky zvoleného svařovacího programu, přispívá k ekonomickým úsporám, ochraně životního prostředí i efektivitě výrobního procesu.

Další vývojové trendy potom souvisejí se vzestupem „čtvrté průmyslové revoluce“, kdy mnoho společností čelí výzvě vybavit svůj provoz inteligentním a produktivním propojením lidské a strojové práce pro zajištění lepších výsledků práce, které jsou stále větší měrou určovány IT strukturami a automatizací. CNC stroje, roboty a mikroprocesorem řízené svařovací zdroje jsou schopny zlepšit výrobní procesy, a tím i kvalitu výrobků. Digitalizace strojů díky vysoce inteligentním mikroprocesorům, paměťovým rozhraním a možnostem připojení k síti vytváří veškeré předpoklady, které jsou potřebné pro získání procesních dat, analýzy účinnosti strojů a preventivní údržbu.

Nové multiprocesní svařovací zdroje a speciální SW a systémy řízení (např. systém Welding 4.0 společnosti EWM se SW Xnet) poskytují moderní řešení pro svařovací provozy. Pomocí těchto systémů bude do budoucna možné zvolit vhodný svařovací postup (včetně správného nastavení svařovacích parametrů) i pro konkrétní díl, např. načtením pomocí čtečky čárových kódů apod.

Už dnes je rozšířena celá řada SW nástrojů, především od renomovaných výrobců svařovacích zdrojů (např. WeldEye od firmy Kemmpi, MigaLog od firmy Migatronic, WeldCube od firmy Fronius apod.), které umožňují sledovat veškeré svařovací parametry, analyzovat a dokumentovat prováděnou práci. Tyto SW obvykle umožňují shromažďovat data požadovaná pro dokumentaci a ověření v souladu s EN a ISO normami pro svařování. Nejde však jen o pouhé zaznamenávání svařovacích dat (on-line monitoring napětí, proudu, rychlosti podávání drátu, času stráveného prací, tepelného příkonu, příp. doby ochlazování t8/5 apod.), jejich centrální ukládání, třídění a analyzování, ale i o jejich řízení a sledování procesu svařování libovolného počtu svařovacích zdrojů (včetně analýzy, vyhodnocení, zprávy a dokumentace online zaznamenaných parametrů svařování). Záznamy lze použít např. i k výpočtu účinnosti před vypracováním nabídky.

Závěr

Výše popsané systémy umožňují přesné a trvalé zajištění kvality, stejně jako hodnocení konkrétních svařovacích parametrů, za účelem zlepšování a zvýšení efektivity. Dále umožňují bezproblémové řízení svařovací výroby, sledování výroby v reálném čase, dokumentace jednotlivých projektů, řízení evidence a obnovy kvalifikací, evidenci pracovních postupů i jejich dodržování – digitální WPS, kontrola kvality a parametrů každého svaru (bezproblémové zaznamenávání všech nastavených a skutečných hodnot pro každý svar). Současně neomezené a přizpůsobené vytváření uživatelů a jejich rolí a oprávnění, jednoduché a individuální hodnocení všech dokumentovaných dat podporovaných inteligentními filtry apod. Samozřejmostí se stává i přenos všech svařovacích parametrů a dat pomocí paměťových karet nebo internetu ze svářecího zdroje do externího počítače za účelem aktivní vizualizace, zálohování či tisku.

ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav strojírenské technologie

Doc. Ing. Ladislav Kolařík, Ph.D.

Ladislav.Kolarik@fs.cvut.cz

http://u12133.fsid.cvut.cz/

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 180111
Datum: 07. 02. 2018
Rubrika: Trendy / Spojování a dělení
Autor:
Firmy
Související články
Špičkové technologie dnes i zítra

Společnost Trumpf je renomovaný výrobce technologií na zpracování plechů a profilů a laserů pro průmysl. Výrobní historie se pomalu blíží celé stovce let a česká pobočka s obratem zhruba sto milionů eur za rok patří k důležitým průmyslovým hráčům nejen na českém trhu. Bylo proto jasnou volbou požádat ředitele společnosti Trumpf Praha Romana Haltufa, aby čtenářům MM Průmyslového spektra prozradil, kam se vývoj v tomto nepostradatelném oboru za minulá léta posunul.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Autogen, plazma či laser?

Ať ve strojírenském, elektrotechnickém, potravinářském, chemickém či důlním průmyslu, nebo ve stavebnictví, zemědělství a mimo jiné také při výrobě dekoračních předmětů, tam všude nacházejí uplatnění CNC stroje pro termické dělení materiálů.

Související články
Navařování metodou WAAM

Aditivní výroba (AM – Additive Manufacturing, 3D print apod.) je inovativní výrobní proces, kterým je možné vytvářet trojrozměrné objekty tak, že se postupně skládá vrstva po vrstvě určitého materiálu a tím se vytvářejí rozličné finální tvary podle CAD předlohy (zatímco u konvenčních způsobů výroby, jako např. obrábění, se odstraňuje nežádoucí materiál z plného průřezu).

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Oscilující paprsek laseru pracuje přesněji

Univerzálním nástrojem naší doby je laser, kterým je možné bezdotykově opracovávat téměř všechny materiály. Ještě lépe a přesněji se podaří materiály řezat nebo gravírovat, když paprsek laseru kmitá.

Aktuální možnosti v laserovém svařování

Laserové svařování lze v dnešní době považovat za velice moderní technologii. Vysoké svařovací rychlosti, štíhlý svar a z toho plynoucí výhody jsou pozitiva, která umožnila začlenění této metody do progresivních výrobních technologií. Tento článek si klade za cíl představit aktuální možnosti laserových svařovacích technologií.

Průmyslové využití nejvýkonnějších laserů

Již několik desetiletí jsme svědky postupného nabývání významu a upevňování pozice laserů nejen v průmyslových provozech, ale i ve zdravotnictví, metrologii a mnoha dalších oblastech. Na stránkách tohoto vydání je uvedeno hned několik možností jejich využití, všechny jsou však velmi vzdálené možnostem laserů vyvíjených v centru HiLASE. V Dolních Břežanech u Prahy totiž vyvíjejí „superlasery“.

Výuka a výzkum aditivních technologií

Inovativní výrobní technologie nacházejí své místo také v technickém vzdělávání. Do svých osnov je dříve či později zakomponovaly všechny technické vysoké školy. Avšak pořízení nákladných technologií se neobejde bez podpory ze strany průmyslového výzkumu. Na Fakultě strojní ČVUT v Praze nyní disponují úplně novým zařízením M2 cusing pro výrobu dílů metodou DMLS německého výrobce Concept Laser, dnes působící pod značkou GE Additive. Stroj dodala společnost Misan a technologie slouží primárně pro výzkum v leteckém průmyslu.

Jsou smíšené konstrukce dočasně za svým zenitem?

Nikdo nenamítá proti oprávněné potřebě lehkých konstrukcí v dopravě, aeronautice, obalové technice a u pohyblivých částí strojů, systémů a zařízení. Avšak jsou smíšené konstrukce s plasty vyztuženými vlákny v současnosti opravdu za svým zenitem?

Předúprava oceli nízkoteplotním plazmatem pro zvýšení pevnosti lepeného spoje

V příspěvku jsou shrnuty výsledky výzkumu vlivu plazmochemické předúpravy vzorků oceli DC01 na výslednou pevnost lepeného spoje. Pro předúpravu povrchu vzorků oceli byla použita RF štěrbinová tryska generující plazma. Jako pracovní plyn byl použit argon a argon v kombinacích s dusíkem nebo kyslíkem. Vliv plazmové předúpravy na povrch oceli byl vyhodnocen pomocí měření kontaktních úhlů a výpočtu volné povrchové energie. Po slepení vzorků oceli pomocí běžně užívaného lepidla Weicon Flex 310M HT200 byly testovány výsledné vlastnosti lepeného spoje pomocí standardních mechanických odtrhových testů podle ČSN EN 1465.

Vliv složek ochranných atmosfér na WAAM

Svařování v současné době není už pouze technologií ke spojování materiálů. S rozvojem aditivní výroby strojních součástí lze tento proces využít také pro výrobu komplexních a geometricky složitých součástí. Technologie WAAM využívá svařování pro vrstvení jednotlivých svarových housenek do tvaru vyráběné strojní součásti a je charakterizována mnoha proměnnými – mimo jiné i účinky ochranné atmosféry. Cílem příspěvku je zhodnotit vliv jednotlivých složek ochranných atmosfér používaných pro MAG svařování.

Made in Česko - Romantické tóny z Hradce Králové

V roce 1948 byla doslova ze dne na den znárodněna česká firma Petrof vyrábějící dokonalé, světově proslulé klavíry. Její majitel, dědeček dvou dam a pradědeček třetí, tedy těch, které v současné době firmu úspěšně vedou, musel tehdy okamžitě svoji továrnu opustit. O dlouhou řadu let později se, nejen díky revoluci, ale i díky nezměrnému úsilí jeho samého i jeho potomků, podařilo firmu, která figuruje na předním místě mezi českým „rodinným stříbrem“, vrátit do rukou rodiny Petrofů.

V nejisté době je univerzálnost řešením

Automatizace průmyslových procesů řeší problémy s nedostatkem kvalifikované pracovní síly, nahrazuje fyzicky namáhavou či zdravotně škodlivou činnost, snižuje chybovost lidského faktoru, zkracuje výrobní časy a v konečném důsledku přispívá ke zvýšení kvality a zisku. Nejen toto je pro ředitele společnosti Acam Solution Ing. Pavla Bortlíka a jeho tým motivace, ale i zábava. Za relativně krátkou dobu na trhu se firma stala, ať už napřímo, či přes své obchodní partnery, dodavatelem společností jako Volkswagen, Toyota, Olympus, Škoda Auto, Edwards, TE, BOSH, Heinze Gruppe, Woco STV či Fanuc a nyní přichází s řešením vhodným nejen pro velké výrobce, ale také pro malé a střední podniky – s univerzální robotickou buňkou HXG. Důležitým komponentem v této buňce je mimo jiné systém pro upínání nulového bodu VERO-S od společnosti Schunk.

Horké komory pro práci s radioaktivním materiálem

V Řeži u Prahy bylo vybudováno nové výzkumné centrum, jehož součástí byla také výstavba kom-plexu horkých komor. Účelem výstavby bylo vytvořit pracoviště pro bezpečnou práci s vysoce radi-oaktivním materiálem. Po pěti letech budování se na začátku roku 2017 podařilo úspěšně zahájit aktivní provoz laboratoří, které jsou schopné zpracování, mechanického testování a mikrostrukturní analýzy radioaktivních materiálů (tlakové nádoby, vnitřní vestavby reaktorů, pokrytí paliva) s aktivi-tou až 300 TBq 60Co, materiálů pro reaktory III. a IV. generace a fúzní reaktory.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit