Témata
Reklama

Svařování hliníkových materiálů metodou Tandem

V posledních letech se v mnoha oblastech kovozpracujícího průmyslu prosadilo svařování MSG se zvýšeným výkonem. Tandemové svařování bylo zpočátku určeno pro ocelové materiály. S rozšiřujícím se používáním hliníku a v důsledku tlaku na snižování výrobních nákladů bylo zjištěno, že tandemové výkonné svařování je mimořádně zajímavé i pro tento lehký materiál.

Svařování jedním a dvěma dráty

Vysokovýkonné svařování MSG označuje procesy MIG nebo MAG, u nichž se používá plný drát nebo několik plných drátů o průměru 1,0 nebo 1,2 mm s rychlostí posuvu drátu vyšší než 15 m/min. (jednotlivě nebo celkem), event. u nichž je dosažen odtavovací výkon > 8 kg/hod. Přestože není možné dosáhnout s hliníkovými drátovými elektrodami díky nižší hustotě (asi 34% hustoty oceli) odtavovacího výkonu 8 kg/hod, je speciálně u tandemového hliníkového svařování pojem vysokovýkonné svařování používán, neboť rychlost drátu požadovaná definicí přesahuje v součtu často 15 m.min-1. U procesů MIG s jedním drátem lze rychlosti 15 m.min-1 při svařování hliníkových materiálů dosáhnout jen zřídka.
Reklama
Reklama
Reklama

Varianty procesu a druhy elektrického oblouku

Při vysokovýkonném svařování MIG se rozlišuje v obou variantách procesu jedna, event. dvě drátové elektrody. Jak jsme se již zmínili, má vysokovýkonné svařování hliníkových materiálů jedním drátem podřadný význam. Ve svářečské praxi jsou důležité pouze procesy používající dva dráty, které se dále rozdělují na svařování dvojitým drátem s jedním potenciálem na drátové elektrodě a tandemové svařování se dvěma potenciály.
Je přitom nutno uvést, že na začátku 90. let byly sice dosaženy první úspěchy při svařování s dvojitým drátem, avšak možnosti nastavení nebyly vzhledem k elektrické vazbě obou drátových elektrod dostatečné pro svařování hliníku. V polovině 90. let se stále více začalo prosazovat tandemové svařování hliníku, protože v tomto případě je možné oba oblouky nastavit samostatně. To umožňuje kromě nastavení různých parametrů svařování, např. svařovací napětí, rychlost drátu nebo frekvence impulzů, i kombinaci různých druhů oblouků, např. první drátová elektroda s obloukem s rozprašovacím nanášením materiálu, druhá drátová elektroda s impulzním obloukem. Tandemové svařování dále umožňuje použití různých průměrů drátu.
Při svařování hliníku se téměř výhradně používá impulzní oblouk (drátová elektroda na kladné polaritě) jak pro tandemové svařování, tak i prosvařování jedním drátem. Při tandemovém svařování existuje dále možnost různých sledů impulzů - viz obr. 4. Synchronní a fázově rovnovážný sled impulzů při tandemovém svařování je srovnatelný se sledem impulzů při svařování dvojitým drátem s tím rozdílem, že výška pulzu a základní proud na drátových elektrodách mohou být při tandemovém svařování různé. Synchronní průběh pulzů s fázovým posunem se často používá při svařování hliníku, protože při něm vzniká velmi málo rozstřiku. Vzhledem ke střídavému sledu impulzů na obou drátových elektrodách jsou impulzní frekvence na obou obloucích stejné. Při svařování hliníku lze rovněž použít zcela nesynchronizovaný sled impulzů. Dovoluje optimální nastavení každého oblouku, protože všechny parametry jsou libovolně volitelné na každé drátové elektrodě. Popsané sledy impulzů jsou uvedeny na obrázku 5.
Vývojovou novinkou posledních 10 let je svařování Aluplus. Zpočátku se používalo zejména při svařování hliníku jedním drátem. Využívá se zde druhý soubor pulzních parametrů způsobující zkrácení oblouku, a tím i výraznější tvorbu šupin na povrchu svaru, spojenou se zlepšením závaru ve srovnání s impulzním svařováním s jediným souborem parametrů. Přídavná frekvence může být nastavena mezi 0 - 10 Hz a v kombinaci s poměrem obou fází vyvolává typické šupiny a profily závaru
Tandemové svařování lze rovněž provádět v režimu Aluplus, přičemž pro každou drátovou elektrodu musí být samostatně definovány parametry. Šupiny na povrchu svaru jsou sice oproti metodě jednoho drátu o něco menší, avšak dochází ke snížení vneseného tepelného příkonu, a tím i deformace konstrukční části.

Vybavení pro svařování a výrobu

Požadavky na zdroj proudu a periferie jsou u tandemového svařování srovnatelné se svařováním hliníku jedním drátem. Pro tandemové svařování jsou potřebné dva zdroje proudu, které mohou být synchronizovány podle sledu impulzů nebo - při nesynchronizovaném provozu - nemají žádnou vazbu. Zdroje proudu pro svařování hliníku by v každém případě měly mít možnost pracovat s impulzy; režim jednotlivých parametrů umožňuje maximálně efektivní přesné nastavení svařovacího procesu pro jakoukoli úlohu. Oproti svařování MAG nelegovaných ocelí (např. G3Si1) jsou při svařování hliníku impulzním obloukem potřebné menší špičkové proudy zdroje. Podle typu slitiny je však u zdroje proudu nutno dbát na velmi dobré zapalování, protože zejména u drátů AlSi může být zapalování oblouku obtížné. Moderní digitalizované zdroje proudu mají zapalovací mechanismy, které umožňují bezpečný start, šetrný vůči kontaktní špičce.
Optimalizovaná technika komunikace mezi robotem a zdrojem proudu zaručuje synchronní a kontinuální úpravu výkonu podle měnících se rychlostí při startu a na konci svaru, stejně tak jako podle složitých tvarů konstrukčních částí (korekcí parametrů).
Jak tandemové sváření, tak i sváření hliníku jedním drátem je možné provádět s modulovaným proudem U/I (regulace napětí ve fázi impulzu) nebo I/I (regulace proudu ve fázi impulzu). Z hlediska závaru, rychlosti svařování a vyrovnání délky oblouku (vnitřní samovyrovnání) je výhodnější modulace U/I.
Geometrie konstrukčních částí často podmiňuje kombinované používání tandemového hořáku a hořáku pro jednotlivý drát. Použité systémy pro výměnu hořáků si mohou vynutit zpětné tažení drátu, a hnací systém tedy musí být schopen pohybu tam i zpět. Další možností pro výměnu hořáku je použití několika hnacích systémů, které lze na jednom zdroji proudu přepínat.
Systémy odvíjení, které pohonem podávacích kladek udržují malé síly působící na drát, umožňují použití velkých cívek. Předehřívání integrované do těchto přístrojů zabraňuje ukládání vody na povrchu drátu způsobené kolísáním teploty a snižuje tvorbu pórů. Bez předehřívání se riziko tvorby pórů zvyšuje jak u svařování jedním drátem, tak i při tandemovém svařování hliníku.
U plně mechanizovaného provozu je často potřebný systém sledování svarů, při obou způsobech svařování hliníku se často používá laser. Nejnovější poznatky v oboru svařování jedním drátem dovolují sledování drátu obloukovým čidlem s rychlou rotací hořáku. Tuto techniku nelze kombinovat s tandemovým procesem.

Možnosti a technické hranice metody

Možnosti, ale i hranice tandemového svařování hliníku je nutno představit v porovnání se svařováním hliníku jedním drátem. Protože se v obou případech jedná o procesy MSG, platí stejná pravidla jak pro výběr ochranného plynu, tak i materiálu. Ochranné plyny s obsahem helia umožňují oproti čistému argonu (standardní ochranný plyn) vyšší rychlosti sváření a lepší smáčení - obr. 8; drátové elektrody ze slitiny AlSi mají hlubší závar než typu AIMg - obr. 9.
Svařování jedním drátem lze provádět jak plně, tak i částečně mechanizované, tandemové procesy dovolují pouze plně mechanizované procesy. Pokud budou oba procesy prováděny jako plně mechanizované, umožňuje tandemové sváření za stejných podmínek (ochranný plyn, typ slitiny, cíl svařování apod.) výrazně vyšší rychlost svařování. To podstatně snižuje nejen výrobní náklady, ale i deformace svařenců.
Často jsou při přípravě konstrukčních dílů předem určeny tolerance, které zejména při svařování hliníku se silnějšími dráty (( 1,6 mm) vedou u tenkostěnných plechů k problémům při překlenování kořenových mezer. Při tandemovém svařování je i přes vyšší rychlost a odtavný výkon lepší schopnost překlenutí mezer než u procesů s jedním drátem. Překlenutí mezer lze ještě zlepšit přesazením drátových elektrod, které jsou jinak obvykle uspořádány za sebou.
Možnosti překlenování mezer mají však u tandemového svařování své hranice, pokud má být v určitém případě použita maximální svařovací rychlost. Má-li být zachována maximální rychlost svařování, je nutno co možná nejpečlivěji provést přípravu konstrukční části.
Protože tandemový hořák je o něco větší než hořák pro jeden drát, nelze u komplexních konstrukčních částí zajistit přístupnost. Ani svařování kolem pravoúhlých rohů není tandemovým způsobem zcela bez problémů. V takových případech se často vypíná jeden oblouk, tedy tandemovým hořákem se svařuje jeden drát a po překonání rohu se znovu připojí druhý drát a rychlost svařování se přizpůsobí tandemovému procesu. Protože při tandemovém svařování je nutno nastavit parametry pro dva nezávislé elektrické oblouky, je i jejich zjištění a nastavení náročnější než při svařování jedním drátem.
Přes velké ekonomické výhody při výrobě je při nákupu tandemového zařízení nutno vzít v úvahu vyšší investiční náklady. Kromě obstarání dvou zdrojů energie je nutno započítat i vyšší náklady na systémy pro posuv drátu a opotřebitelné díly. Navíc musí být i robot vzhledem k těžšímu tandemovému hořáku navržen pro vyšší zatížení.

Tandem vs. jeden drát

Tandemové svařování hliníku nahradilo nebo doplnilo v posledních 5 - 6 letech svařování jedním drátem v řadě oborů. Patří sem výroba kolejových vozidel, zásobníků i vozidel. V současné době dochází k prvnímu použití tandemové metody pro svařování hliníkových náprav osobních automobilů. Vzhledem k částečně velmi špatné přístupnosti svarů u těchto nápravových konstrukcí bude tandemová metoda kombinována se svařováním jedním drátem.
Uveďme pro porovnání příklad svařování hliníkových nádrží tandemovou metodou a metodou jednoho drátu. Pro porovnání nákladů na svar byly vzaty v úvahu investiční náklady a odpisy zařízení (jak u jednoho drátu, tak i u tandemu) za dobu 3 let, náklady na výrobní soupravu vč. hodinové mzdy obsluhy zařízení činí 115 DEM/hod (tandem), resp. 110 DEM/hod (jeden drát). U nákladů na energii, plyn a drát byly použity běžné tržní hodnoty, které byly u obou metod svařování identické. Rychlost svařování mohla být při použití tandemové metody zvýšena oproti svařování jedním drátem o 50 %. Výsledné náklady jsou při použití tandemového svařování za identických výrobních podmínek o 35 % nižší oproti metodě jednoho drátu. Obecně lze konstatovat, že za stejných výrobních podmínek a samozřejmě v závislosti na daném konstrukčním dílu lze tandemovým svařováním hliníku dosáhnout snížení nákladů o 30 - 50 %.

Souhrn

Tandemové MIG svařování hliníkových materiálů se prosazuje stále více. Proces může vytlačit svařování hliníku jedním drátem zejména z důvodů snížení nákladů a zvýšení výrobní kvality. Praktické případy ukazují snížení nákladů při svařování hliníku použitím tandemového procesu až o 50 % při minimálně stejné kvalitě svaru. Více informací je v případě zájmu možné získat u pražského zastoupení firmy Cloos.
S. Trube, A. Warmbier, C. Paul
Reklama
Vydání #10
Kód článku: 21016
Datum: 07. 10. 2002
Rubrika: Trendy / Spojování a dělení
Autor:
Firmy
Související články
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.

Laserová technologie Platino pro každého

Nová verze fiber laseru Platino od italského výrobce Prima Power je jeden z nejúspěšnějších produktů z celého portfolia společnosti. 2D laser postavený na více než konsolidované platformě ze syntetického granitu má na kontě více než 2 000 instalací po celém světě. Stroj byl vybaven a aktualizován důležitými technologickými inovacemi, které přispívají k tomu, že je ještě rychlejší, spolehlivější a produktivnější.

Řezání vysokým tlakem

Pro řezání drobných a kompletních tvarů kombinovaných (složených) materiálů nebo oceli používá řada podniků řezání vysokoenergetickým kapalinovým paprskem s abrazivem. Na trhu jsou nyní nabízeny tři rozdílné stroje, od základního modelu až po vysoce rychlostní variantu.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Nová generace polovodičových laserů s diamantovým sendvičem

Vědci z univerzity ve Stuttgartu ukázali cestu pro novou generaci polovodičových laserů. Tyto mají být zejména výkonnější a použitelné v nových oblastech. Lasery jsou založeny na diamantovém sendviči.

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.

Revoluce ve svařování laserem

Nejnovější technologie firmy Trumpf BrightLine Weld pro pevnolátkové lasery umožňuje svařování s nízkým rozstřikováním při rychlostech pohybu, které lze v dnešní době dosáhnout pouze pomocí CO2 laserů. BrightLine Weld umožňuje svary s částečným průvarem pro svařence s přenosem síly nebo svary s úplným průvarem pro svařování trubek a profilů. Tato technologie umožňuje výrazné zvýšení produktivity a energetické účinnosti. Vysoce kvalitní svarové švy se projevují vysokou mechanickou pevností vyrobených dílů. Minimalizované rozstřikování snižuje znečištění obrobku, upínacích zařízení a rovněž optiky. Výsledkem je zkrácení prostojů stroje, méně oprav dílů, vysoká životnost pracovní optiky a následkem toho podstatné snížení nákladů.

Metody spojování využívající principy plastické deformace

Součástí automobilů je množství nejrůznějších dílů, k jejichž výrobě se používají různé technologické procesy a široké spektrum materiálů. Technologie jako svařování, lepení a mechanické spojování jsou obvykle používány ke spojování jednotlivých dílů během montáže automobilu. Ačkoliv je technologie svařování velmi rozšířená, může svou podstatou ovlivňovat celkovou kvalitu spojovaných částí, jejich přesnost a spolehlivost. Vynaložená energie a síla potřebná pro spojování je při použití lepení nebo mechanických spojů vždy nižší než při svařování. Přitom stále rostou požadavky na vyšší stupeň deformace, produktivitu práce a na nižší náklady spojovacích operací.

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.

Trhací nýty pro vysoké zátěže

Strukturální trhací nýty jsou ideální alternativou ke svařování nebo šroubovému spojení. Bezpečně a rychle se instalují a nabízejí značné výhody z hlediska smyku, tahu a dynamického zatížení. Použití strukturálních trhacích nýtů M-Lok při montáži rámů strojů a strojních součástí umožnilo firmě Zahoransky zkrátit jejich výrobní časy.

Tvoříme historii vodního paprsku

Každá investice do podniká je spojena s velkým očekáváním. Jistou dávku důvěryhodnosti ve správnou investice může dávat také historie firmy i samotné technologie. Technologie řezání vysokotlakým vodním paprskem Flow slaví v tomto roce již 50 let, resp. 40 let v případě abrazivního vodního paprsku.

Vplyv ochrannej atmosféry pri zváraní hliníkových zliatin

Ľahké neželezné kovy ako hliník, horčík, titán a ich zliatiny, ktoré sú používané najmä v automobilovom, leteckom a kozmickom priemysle, musia spĺňať vysoké a často protichodné nároky ako je napríklad dostatočná pevnosť pri zachovaní vysokej ťažnosti alebo dobrá korózna odolnosť. Inak povedané, využívajú sa tam, kde ich náhrada dostupnejšími materiálmi nie je možná. Na zváranie materiálov z ľahkých neželezných kovov je potrebné použiť takú technológiu zvárania, ktorá bude ich vlastnosti degradovať čo najmenej. Celý rad štúdií a doterajších praktických skúseností ukazujú, že väčšina problémov vznikajúcich pri konvenčnom zváraní oblúkovými metódami môže byť potlačená použitím laserového lúča.

Inovovaná fiber laserová centra

Dnešní výrobci plechových dílů vyžadují vysoce flexibilní, efektivní a inteligentní řešení. Nové inovace ve výrobě vláknového laseru Prima Power byly navrženy a vyvinuty tak, aby splňovaly tato očekávání. Platino Fiber Evo je nejnovější verzí platformy Platino s více než 2 000 instalací po celém světě, vylepšenou o důležité technologické inovace.

Nové úkoly v technologii vodních paprsků

Jednou za dva roky pořádá Oddělení desintegrace materiálů Ústavu geoniky Akademie věd ČR konferenci o technologii vysokorychlostních vodních paprsků. Letos organizátoři pro své setkání vybrali nádherné a inspirativní prostředí Lednicko-Valtického areálu, zapsaného do seznamu světového a kulturního dědictví UNESCO. V pořadí již pátá konference této série přitáhla pozornost mnoha zahraničních a tuzemských odborníků.

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