inovacije u tehnologiji zavarivačkog luka innovations in the welding

NAUKAISTRAŽIVANJERAZVOJ SCIENCERESEARCHDEVELOPMENT

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE, 4/2012, str. 163-167 163

Branko Zrilić, Nebojša Pantelić, Radomir Jovičić, Dejan Jovičić

INOVACIJE U TEHNOLOGIJI ZAVARIVAČKOG LUKA

INNOVATIONS IN THE WELDING ARC TECHNOLOGY

Originalni naučni rad / Original scientific paper UDK / UDC: 621.791.75

Rad primljen / Paper received: 09.08.2012.

Adresa autora / Author's address: Branko Zrilić, dipl.ing, Nebojša Pantelić, spec. zavarivanja, Finimport doo, Dobropoljska 33, Beograd, Srbija.

Dr Radomir Jovičić, dipl.ing, Inovacioni centar Mašinskog fakulteta u Beogradu, Kraljice Marije 16, Beograd, Srbija.

Dejan Jovičić, dipl.ing, Institut Kirilo Savić, Vojvode Stepe 51, Beograd, Srbija.

Ključne reči: zavarivanje, softver, luk, MIG-MAG. Keywords: welding, software, arc, MIG-MAG.

Izvod

Razvoj postupaka zavarivanja je tesno povezan sa potrebom za povećanjem produktivnosti i kvaliteta zavarivačkih radova. Uz to, cene uređaja za zavarivanje moraju da održe konkuretnost na svetskom tržištu. Navedeni parametri se sve više vezuju za tehnološke inovacije.U radu su prikazane neke inovacije u MIG/MAG postupcima zavarivanja, koje predstavljaju korake ka ostvarenju prethodno iznetih ciljeva.

Abstract

Welding methods development is closely connected with a necessity for welding works productivity & quality increasing. Simultaneously, welding machines price have tokeep competitiveness at a global market. Mentioned parameters are increasingly associated with technological innovations. In this issue presented some innovations in MIG/MAG welding methods, which are steps towards the previously stated objectives achievement.

UVOD

Osnovu konstrukcije savremenih generacija uređaja za zavarivanje čine elektronske komponente, koje su efikasnije od mehaničkih komponenata. To savremenim uređajima za zavarivanje daje niz prednosti u odnosu na uređaje starijih generacija.To su npr. bitno manja masa, mnogo manji gubici električne energije unutar uređaja i time manja potrošnja energije za napajanje, znatno veći broj mogućnosti za regulaciju parametara zavarivanja, lakše održavanje zadatih parametra i time udobniji rad zavarivača.

Osim toga, savremene generacije uređaja za zavarivanje imaju „otvorenu arhitekturu“, pa mogu biti i naknadno proširene tj. opremljene dodatnim softverima, što omogućava korisniku optimiranje investiranja u uređaje za zavarivanje, jer iste, u odgovarajućoj meri, može da nadograđuje u trenutku kada dobije nov projekt, odnosno ugovor.

Kada je u pitanju MIG/MAG postupak, jedna od prvih softverskih regulacija je promovisana 2005.-te godine. To je bila regulacija namenjena za zavarivanje korenog prolaza kratkim lukom - WiseRoot. Godine 2008. su promovisane još 3 softverske regulacije, za zavarivanje tankih limova - WiseThin, za jednako uvarivanje pri promeni dužine slobodnog kraja žice -WisePenetration i za jednako uvarivanje pri zavarivanju u raznim položajima, kao i za zavarivanje relativno teško zavarljivih materijala- WiseFusion.

Navedene tehnologije softverske regulacije uređaja za zavarivanja su za kratko vreme bile prihvaćene od

strane korisnika uređaja, kako za ručno, tako za automatizovano i robotizovano zavarivanje.

ZAVARIVANJE KORENOG PROLAZA KRATKIM LUKOM – WiseRoot

Softverska regulacija WiseRoot omogućava zavarivanje „hladnim električnim lukom“. Namenjena je za ručno, automatizovano i robotizovano MIG/MAG zavarivanje korenih zavara.

Ova vrsta softverske regulacije, ima sledeće prednosti: tri puta veću brzinu zavarivanja korena u poređenju sa TIG postupkom (za približno jednak kvalitet), jednostavnu obuku zavarivača, laku primenu, nema potrebe za postavljanjem podloški I visok je kvalitet zavara. Postupak je efikasan i u slučaju promenljivih veličina zazora u korenu žleba, nastalih usled nedovoljno precizne pripreme.

Na slici 1. prikazan je prenos dodatnog materijala i zavisnost jačine struje od vremena u jednom ciklusu zavarivanja ostvarenom WiseRoot postupkom [1].

Donja slika prikazuje jedan ciklus prenosa dodatnog materijala koji odgovara prenosu jedne kapi, a gornja slika prikazuje promenu jačine struje električnog luka tokom tog ciklusa. Gornja slika je snimljena osciloskopom. Sa slike 1. se vidi da električni luk “gori” samo oko polovine vremena trajanja ciklusa i da nema “pikova”, odnosno, skokova jačine struje (koji su karakteristični za zavarivanje klasičnim MIG/MAG postupkom u režimu kratko spojenog prenosa, u trenutku uspostavljanja kratkog spoja). S obzirom da u


164 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE, 4/2012, str. 163-167

tom vremenskom intervalu, u kojem luk ne gori, nema zagrevanja istopljenog metala šava i zone uticaja toplote, kao i da je efektivna struja zavarivanja smanjena zbog izostanka pikova struje kratkog spoja –smanjena je i količina energije koju električni luk preda zavarenom spoju.

Ova količina energije je minimalna, ali je dovoljna da se zavarivanje odvija normalno - bez prekida električnog luka i bez pojave grešaka, koje su posledica nedovoljne količine unete energije (kao što su npr. nalepljivanje, neprovaren koren i sl.). Minimalna količina unete energije ima za posledicu malu zapreminu tečnog kupatila, što znatno olakšava rad kod prevelikih zazora u korenu i pri zavarivanju u prinudnim položajima. Zbog toga je ovaj postupak posebno pogodan kod zavarivanja korenih zavara na cevovodima velikih prečnika.

Količina energije Q (KJ/cm) koja se, pri elektrolučnom zavarivanju unese u zavareni spoj, izračunava se iz

izraza (1). U ovom izrazu figurišu jačina struje I (A), napon U (V), brzina zavarivanja v (cm/min) i koeficijent termičkog iskorišćenja postupka k (za MIG/MAG postupak k je 0,7 do 0,8).

Q = k U I 60/v (1)

Uobičajeno je da se, u izrazu (1) koriste ili srednje, ili maksimalne vrednosti jačine struje i napona. Međutim, slika 1. pokazuje da ni srednja ni maksimalna vrednost jačine struje ne odražavaju dobro vrednost jačine struje zavarivanja. Zato se mora uzeti neka efektivna vrednost struje, koja uzima u obzir njene promene tokom vremena. Na isti način se menja i napon električnog luka, zbog čega i za njega treba odrediti efektivnu vrednost. Pri tom treba imati u vidu da je uticaj napona električnog luka na količinu unete energije pri zavarivanju -oko deset puta manji od uticaja jačine struje.

Slika 1: Prenos dodatnog materijala i promena jačine struje kod luka regulisanog WiseRoot softverom

Ako se za MAG postupke sa sinergijskom i sa klasičnom regulacijom, kao i za puls-MAG, uz pomoć osciloskopa odrede ove efektivne vrednosti jačine struje i napona, pa na osnovu njih količine unete energije, onda se može videti da postupak WiseRoot za potisni/vučni ugao pištolja, unosi manju količinu energije za 9,21/5,54% u odnosu na sinergijski regulisan MAG postupak, 13,03/10,99% u odnosu na klasično regulisan MAG postupak, a čak 30,93/24,49% u odnosu na puls-MAG postupak.

Drugim rečima, zavarivanje korenog zavara postupkom WiseRoot ostvaruje oko 5% „hladniji zavar“ u odnosu na sinergijski regulisane parametre, oko 10% „hladniji zavar“ u odnosu na zavarivanje klasičnim postupkom sa prenosom u kratkom spoju, a čak 25% „hladniji zavar“ u odnosu na zavarivanje pulsirajućom strujom [2].

ZAVARIVANJE TANKIH LIMOVA - WiseThin

Softverska regulacija WiseThin omogućava zavarivanje „hladnim električnim lukom“. Kao i kod WiseRoot regulacije, prenos dodatnog materijala se odvija u režimu kratkospojenog prenosa. Regulacija WiseThin je namenjena je za ručno, automatizovano i robotizovano zavarivanje i lemljenje tankih limova. Tipične primene su proizvodi izrađeni od tankih čeličnih i limova od obojenih metala. Ova vrsta softverske

regulacije ima sledeće prednosti: smanjuje se razbrizgavanje pri zavarivanju svih navedenih materijala, uključujući i pocinkovane limove, zbog približno10-25% manjeg unosa energije u odnosu na klasični MIG/MAG postupak, smanjen je rizik od deformacija, smanjena je i dorada nakon zavarivanja, a povećana je brzina zavarivanja kod mnogih primena.

Na slikama 2. do 6. su prikazani primeri spojeva zavarenih uređajima sa instaliranom softverskom regulacijom WiseThin. Slika 2. prikazuje sučeone spojeve zavarene dodatnim materijalom ER 70 SG Ø 1,0 mm, na limovima od čelika S235JRG2, u položaju PA u, zaštiti mešavine Ar + 25% CO2.

Slika 3. prikazuje ivični spoj zavaren dodatnim materijalom ER 316LSi Ø 1,0 mm, na limovima od čelika X5CrNi 18 10, u položaju PA u, zaštiti mešavine Ar + 2% CO2. Slika 4. prikazuje spoj između tri lima zavaren na isti način kao spoj na slici 3.

Slika 5. prikazuje preklopni spoj tvrdo zalemljen lemom CuSi3 Ø 1,0 mm, na pocinkovanim limovima od čelika S235JRG2, u položaju PA u, zaštiti mešavine Ar + 2% CO2. Leva strana donje slike na slici 5. prikazuje izgled lica spoja, a desna strana iste slike prikazuje izgled naličia spoja. Slika 6. prikazuje spoj na automobilskoj karoseriji zalemljen lemom CuSi3 Ø 1,0 mm, na pocinkovanim limovima od čelika S235JRG2, u položaju PG u, zaštiti gasa Ar.



a) b) c)

Slika 2: Sučeoni spojevi zavareni uređajem sa instaliranom softverskom regulacijom WiseThin, a) debljina osnovnog materijala 1,0 mm, brzina zavarivanja 0,5 m/min, b) debljina osnovnog materijala 1,0 mm, brzina

zavarivanja 0,9 m/min, c) debljina osnovnog materijala 0,75 mm, brzina zavarivanja 1,9 m/min

Slika 3: Ivični spoj zavaren uređajem sa instaliranom softverskom regulacijom

WiseThin, debljina osnovnog materijala 1,0 mm,brzina zavarivanja 1,5 m/min

Slika 4: Spoj između tri lima zavaren uređajem sa instaliranom softverskom regulacijom WiseThin, debljine osnovnih materijala 0,8 i 1,0 mm,brzina

zavarivanja 1,0 m/min

Slika 5: Preklopni spoj zalemljen uređajem sa instaliranom softverskom regulacijom

WiseThin, debljina osnovnog materijala 0,75 mm, brzina zavarivanja 1,7 m/min

Slika 6: Spoj zalemljen na automobilskoj karoseriji uređajem sa instaliranom softverskom regulacijom

WiseThin, debljina osnovnog materijala 0,8 mm, brzina zavarivanja 1,8 m/min


166 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE, 4/2012, str. 163-167

ZAVARIVANJE SA PROMENLJIVOM DUŽINOM SLOBODNOG KRAJA ŽICE -WisePenetration

Promena dužine slobodnog kraja žice kod MIG/MAG postupka zavarivanja, menja električni otpor u strujnom kolu, zbog čega se menja jačina struje u električnom luku i time i jačina stuje zavarivanja [3].

Do promene dužine slobodnog kraja žice dolazi usled promene rastojanja između MIG-pištolja i radnog komada. Ovo rastojanje se najčešće menja iz subjektivnih razloga tj. zbog promene položaja ruke zavarivača, ili se može promeniti i zbog promene konfiguracije radnog komada.

Promene jačine struje zavarivanja, izazvane promenom dužine slobodnog kraja žice, mogu da izazovu pojavu grešaka u zavarenim spojevima i to: nestabilan luk, nedovoljno topljenje, nedovoljno ili nejednako uvarivanje, promena dimenzija zavara, pojavu razbrizgavanja i sl.

Slika 7. pokazuje da se dubina uvarivanja kod klasičnog MIG postupka smanjuje sa povećanjem dužine slobodnog kraja žice [2]. Pri izradi zavarenih konstrukcija pojavljuju se manje pristupačni spojevi kod kojih ili nema dovoljno prostora za održavanje pogodnog položaja pištolja ili, češće, nema mogućnosti

za dovoljno dobru vizuelnu kontrolu dužine slobodnog kraja žice. Kod automatizovanih postpaka zavarivanja poseban problem predstavlja promena konfiguracije radnih komada.

Ovaj problem je rešen primenom softverske regulacije WisePenetration. Softver dovoljno brzo registruje promene električnog otpora u strujnom kolu, u kojem se nalazi zavarivački luk i dovoljno brzo menja jačinu struje u ovom kolu, vraćajući je na zadati intenzitet. Na taj način izbegava se pojava grešaka u zavarenim spojevima.

Slika 7. donji red, prikazuje makrostrukture ugaonih spojeva, zavarenih uređajima koji imaju instaliranu softversku regulaciju WisePenetration [2]. Sa slike se vidi da se dubina uvarivanja ne menja bez obzira na promenu dužine slobodnog kraja žice. Ova vrsta softverske regulacije ima sledeće prednosti: bolji kvalitet zavara - jer smanjuje rizik od nedovoljnog topljenja i uvarivanja, ušteda vremena i troškova dorade - zbog smanjenja grešaka pri zavarivanju, manja potreba za promenom parametara zavarivanja i primena sa dugačkim crevno-kablovskim snopovima.

Moguće ga je primeniti pri ručnim, automatizovanim i robotizovanim MIG/MAG postpcima zavarivanja. Pogodan i za klasičnu i sinergijsku regulaciju parametara MIG/MAG postupaka zavarivanja.

Slika 7: Makrostrukture ugaonih spojeva zavarenih standardnim MIG postupkom i uređajem sa instaliranom softverskom regulacijom WisePenetration

ZAVARIVANJE U RAZLIČITIM POLOŽAJIMA -WiseFusion

Softverska regulacija WiseFusion uspostavlja i održava optimalne karakteristike kratkog spoja pri primeni Puls-

MIG/MAG postupka zavarivanja. Održavanjući optimalno kratak električni luk pri ručnom, automatizovanom ili robotizovanom zavarivanju, softver WiseFusion obezbeđuje jednak kvalitet zavara u svim položajima zavarivanja, čak i kod relativno teško



zavarljivih metala. Ova vrsta softverske regulacije ima sledeće prednosti: automatska regulacija električnog luka, vrhunska kontrola rastopljenog metala i pri zavarivanju u prinudnim položajima, fokusiran električni luk sa velikom energetskom gustinom i dobar kvalitet i izgled zavara.

Slika 8. prikazuje zavarivanje legure aluminijuma uređajem sa instaliranim softverom WiseFusion.

Na levoj strani slike se vidi lice spoja zavarenog u položaju verikalno naviše, na kojem se ne uočavaju greške karakteristične za zavarivanje legura aluminijuma u ovom položaju (koje su uobičajene za klasičan MIG postupak).

Slika 8: Izgled zavara pri zavarivanju aluminijuma“vertikalno-naviše”

ZAKLJUČAK

Softverska regulacija električnog luka pri zavarivanju je optimalno, tj. najjeftinije i najproduktivnije rešenje, jer sva ostala rešenja za unapređenje elektrolučnog zavarivanja, drastično povećavaju cenu opreme, a često zahtevaju i veoma komplikovano održavanje.

Na primer, kod uređaja za zavarivanje tankozidnih limova, za CMT (Cold Metal Transfer) tehnologiju, mehanizam za dovod žice mehanički potiskuje i povlači žicu u/iz zone zavara, što drastično komplikuje održavanje.

Osim toga, takav kompletan uređaj za mehaničko ograničavanje unosa količine toplote u zavareni spoj je tri puta skuplji od uređaja sa softverskim ograničenjem unosa količine toplote.

Iako je zavarivanje tankih limova tokom prethodnih decenija rešavano plazma postupkom, a u protekloj deceniji puls-TIG postupkom, treba očekivati da

softverska regulacija električnog luka pri MIG/MAG postupcima zavarivanja postane opšte prihvaćeno rešenje pri zavarivanju tankih, čak i galvanizovanih limova.

U uslovima našeg okruženja, takvu tehnologiju već primenjuju veliki proizvođači automobila za zavarivanje karoserija.

LITERATURA

[1] J. Uusitualo:Four arc tools every welder should have, Kemppi ProNews,2011. pp 23-26

[2] J. Uusitualo:Heat input plays an increasingly important role in welding disign, Kemppi ProNews, No 2, 2007. pp 31-33

[3] B. Bajić: Elektrolučno zavarivanje u zaštiti inertnog i aktivnog gasa MIG-MAG, Gorenje Varstroj, Lendava, 1987.

Documents

inovacije u tehnologiji zavarivačkog luka innovations in the welding