Vyšší produktivita s novou revoluční SAW technologií

Technologie ICE, jejíž patenty jsou v řízení, je dalším krokem ve vývoji SAW se třetím, elektricky odizolovaným studeným drátem, který se přidá mezi dva horké dráty paralelně k nim ve stejném kontaktním prvku. Rychlost podávání studeného drátu je řízena nezávisle na napájených drátech pomocí integrovaného softwarového řešení v ovládací jednotce ESAB PEK. Studený drát se taví nadbytečnou energií vyprodukovanou dvěma oblouky.

Svařování pod tavidlem s přidáním studeného drátu není nová metoda ke zvýšení produktivity. V současnosti existují mnohá různá technická řešení pro podávání studeného drátu s různým výkonem a oblastmi použití. Většina z těchto řešení přidává studený drát do procesu ze strany šikmo k jednomu horkému drátu. S tímto druhem řešení jsou spojeny mnohé problémy, z nichž největší je stabilita procesu. Jestliže se například změní výlet drátu nebo pokud je nestabilní oblouk, změní se bod tavení studeného drátu. To činí svařovací proces velice citlivým na jakékoliv změny, které ovlivní oblouk. V provozním prostředí tato řešení s přidáním studeného drátu ze strany potřebují vysoce kontrolované podmínky k tomu, aby fungovala. Zkušenost ukázala, že tato řešení nejsou dostatečně rezistentní pro to, aby je bylo možné považovat jako řešení pro drtivou většinu aplikací.

Integrace studeného drátu do stejné kontaktní čelisti a jeho umístění paralelně s horkými dráty přidá procesu na stabilitě a odolnosti. Oblouky a lázeň taveniny se v důsledku přidání studeného drátu pomocí ICE technologie ustálí. ICE činí proces odolnější a méně citlivý na změny oblouku a výletu drátu, protože bod tavení studeného drátu se vždy přizpůsobí dvěma obloukům. Zvýšení stability procesu způsobuje snadnější přizpůsobení a adaptaci procesu na různé typy spojů. Stabilní svařovací metoda umožňuje, aby byl proces nastaven na vyšší parametry a vyšší svařovací rychlosti než běžný SAW, což přináší nové výhody postupu.
Profil svarové housenky a mechanické vlastnosti

Při srovnání s dvoudrátovým svařováním za použití stejných aktivních parametrů a je-li procento podávání studeného drátu 10 % až 100 % rychlosti podávání horkého drátu [cwfr], profil provaření svarové housenky se při použití různého množství studeného drátu nezmění. Protože aktivní parametry jsou při přidávání studeného drátu nezměněny, zůstává charakteristika svaru také stejná. To znamená nezměněný průvar a šířka svaru ve srovnání s běžným dvoudrátovým SAW. Výška svarové housenky nebo převýšení se zvyšuje při zachování rovnoměrného rozložení kovu ve svaru. Zvýšení vyzařovacího úhlu oblouku snižuje dvojitý ohřev v místě svařování a zlepšené mechanické vlastnosti díky nižší velikosti zrn.

U SAW i jiných svařovacích metod je produktivita limitována tepelným příkonem. Tepelný příkon, který základní materiál snese, vždy nastolí horní hranici produktivity. S metodou ICE není potřeba měnit celkový tepelný příkon v procesu, aby došlo ke zvýšení míry odtavení nebo pro využití jiných výhod ICE. ICE využívá nadbytečnou energii z procesu k odtavení většího množství drátu a ke zvýšení míry odtavení. Tepelný příkon zůstává nezměněný, i když je přidáno různé množství studeného drátu. Způsob, jakým je kalkulován tepelný příkon, nebere v úvahu množství přidaného studeného drátu.

Výzkum a testování ukázalo, že se pohled na tepelný příkon při přidání studeného drátu do procesu nezmění. Od předchozího názoru, že studený drát „ochlazuje“ svar nebo vytváří „tepelnou jímku“, bylo upuštěno.

Stabilizační účinek ICE umožňuje zvýšení svařovací rychlosti při zachování tepelného příkonu. Nebo zvýšení svařovací rychlosti a snížení tepelného příkonu. V běžných typech aplikací a spojů může být svařovací rychlost zvýšena až nad 1 000 mm.min^-1 při zachování tepelného příkonu a stability procesu. ICE je v současnosti k dispozici pro svařovací rychlosti až do 2 000 mm.min-1.

Stabilizační účinek procesu ICE umožňuje vysoce produktivní svařování v kořenové vrstvě s výkonem odtavení větším než 25 kg.hod-1, aniž by bylo potřeba odstranit stehovací svar nebo podložné vrstvy. S využitím nové metody při tandemovém uspořádání s jedním drátem může ESAB modifikovat profil provaření do geometrie spoje v kořenu. Proces změní profil svarové housenky a změní směr krystalizační fronty tuhnutí, což umožňuje řízení profilu provaření novým způsobem.

Při tandemovém uspořádání může být vysoký výkon odtavení v oblasti kořene svaru použit jak u jednovrstvých aplikací, tak u první vrstvy tlustého materiálu. Horní povrch svaru tvoří dutý hladký povrch s výborným uvolňováním strusky u tavidel jak s vysokou, tak s nízkou bazicitou.

Produktivnější svařování s metodou ICE a dokončení práce s méně vrstvami znamená, že spotřeba tavidla může být značně snížena. Stabilita procesu také napomáhá nižší spotřebě tavidla, protože se odtavuje méně tavidla na kg odtavovaného drátu.

Při tandemovém uspořádání s ICE jako tandemovou hlavou ve srovnání s tandemovým uspořádáním s dvojdrátem je spotřeba tavidla snížena přibližně o 20 %, při zachování tepelného příkonu na stejné úrovni. Při srovnání tandemového sestavení ICE k jednomu drátu může být toto snížení až o 45 %. Při zvýšení svařovací rychlosti je také snížena spotřeba tavidla, ale toto se liší případ od případu. Uvolňování strusky s ICE je prvotřídní, nezávisle na bazicitě tavidla, a ve srovnání s běžným SAW vytváří hladší povrch.

Plochá krycí housenka není ničím novým. Avšak dosáhnout plochého zakončení s ICE je mnohem snazší než s běžnými svařovacími metodami. Protože studený drát není aktivní parametr, může být podávání při svařování přizpůsobeno při nezměnění energie v procesu. Jinými slovy, za stálého splňování rozsahu platnosti ve WPS. Pokud bylo provedeno vyplnění svaru těsně pod úrovní základního materiálu, musí se položit dodatečná vrstva. Tuto dodatečnou vrstvu však může být nutné obrousit z důvodu rizika přeplnění a nevyhovění požadavkům na zakončení. Dosažení plochého zakončení s ICE je snadné pomocí jemného doladění množství studeného drátu při svařování.

Zvýšený výkon odtavení spolu se stabilizačními účinky umožňuje rychlejší svařování s nižším tepelným příkonem ve srovnání se systémy dvoudrátového a jednodrátového svařování. Při nastavení ICE na stejnou úroveň produktivity a vyšší rychlost svařování bude tepelný příkon nižší. Snížený tepelný příkon způsobí menší deformace, což je velkou výhodou při svařování tenkých materiálů a základního materiálu citlivého na vysoký tepelný příkon.

ICE a úzký spoj, stabilizační účinek ICE, umožňuje vysokou produktivitu svařování v úzkých spojích s vysokými mechanickými požadavky. Může se produktivně svařovat v konfiguracích úzkých spojů, kde svarové plochy svírají úhel pouze 8°, s výkony odtavení až 30 kg.hod^-1 a s tepelným příkonem stále pod 3 kJ.mm^-1, což splňuje požadavky až –60 °C.

Mnoho úzkých spojů je dnes svařováno pomocí jednoho drátu nebo tandemového uspořádání se dvěma jednotlivými dráty. Při srovnání jednoho 4mm drátu s ICE jako koncové hlavy v tandemovém uspořádání (4mm jediný drát + ICE) v S355G8+M plátu se sevřeným 22stupňovým úhlem a limitem tepelného příkonu 3,5 kJ.mm^-1 může metoda ICE ve výplňových vrstvách značně zvýšit produktivitu.

Ing. Ondřej Sovák, IWE

ESAB Vamberk

www.esab.cz