Hybridní metody svařov

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Hybridní metody svařov"

Vítězslav Liška
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Moderní technologie ve studiu aplikované fyziky reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/ Hybridní metody svařov ování Hana Šebestová Společná laboratoř optiky Univerzity Palackého a Fyzikáln lního ústavu Akademie věd v České republiky 17. listopadu 50a, Olomouc, hana.sebestova sebestova@upol.cz

optiky Univerzity Palackého a Fyzikáln lního ústavu Akademie věd v České

2 Obsah 1. Hybridní svařování 2. Nedostatky dílčích metod 3. Přednosti dílčích metod 4. Laser + elektrický oblouk LAGMAW LATIG 5. Plazma + elektrický oblouk 6. Plazma + laser 2

3 1. Hybridní svařování kombinace dvou různých svařovacích metod s cílem dosáhnout optimální kvality svaru a svařovací rychlosti využitím předností dílčích metod a potlačením jejich nedostatků energie je tavné lázni dodávána oběma zdroji energie současně první experimenty již před třiceti lety LASER + ELEKTRICKÝ OBLOUK (LAGMAW, LATIG) PLAZMA + ELEKTRICKÝ OBLOUK PLAZMA + LASER (PALW) oblasti hlavního využití automobilový, lodní, železniční, energetický, stavební průmysl (velké díly, různé druhy materiálů, vysoké kvalitativní požadavky) 3

experimenty již před třiceti lety LASER + ELEKTRICKÝ OBLOUK (LAGMAW, LATIG) PLAZMA + ELEKTRICKÝ OBLOUK PLAZMA + LASER (PALW) oblasti

4 2. Nedostatky dílčích metod LASER problematické zajistit požadovanou šířku styčné mezery (max. polovina průměru svazku v místě dopadu, příp. max. desetina tloušťky svařovaných dílů, příp. < 1mm) vysoké svařovací praskání rychlosti způsobují vysoké rychlosti ochlazování - tendence k problematické svařování vysoce odrazných materiálů (Al, Cu, Au apod.) malá účinnost ELEKTRICKÝ OBLOUK zapálení a stabilita hoření oblouku (soli draslíku, sodíku v obalech elektrod) MIG/MAG - přítomnost strusky oxidy nebo nitridy hliníku z obalů elektrod nutno mechanicky nebo chemicky odstranit z povrchu elektrod i svařovaných dílů důsledkem reakce kyslíku s taveninou ochranného plynu nutno zajistit dostatečný průtok inertního MIG/MAG, TIG porozita svarového kovu plyny z nečistot v ochranném plynu nebo ze svařovaných dílů plyn nestihne uniknout ze svarové lázně před jejím ztuhnutím množství uvězněného plynu závisí na rychlosti ochlazování vede k poklesu houževnatosti ke snížení obsahu plynu je nutné používat čisté elektrody, čisté svařované díly, nižší svařovací rychlost a dostatečně velký proud (dostatečný tepelný vstup, pomalý přenos kovu pro stabilní oblouk), předehřev pro redukci rychlosti ochlazování PLAZMA nižší hustota výkonu ve srovnání s laserem 4

) malá účinnost ELEKTRICKÝ OBLOUK zapálení a stabilita hoření oblouku (soli draslíku, sodíku v obalech elektrod) MIG/MAG - přítomnost strusky oxidy nebo nitridy hliníku z obalů elektrod nutno

5 3. Přednosti dílčích metod LASER vysoká pracovní rychlost velký poměr hloubky k šířce svaru úzká tepelně ovlivněná oblast nekontaktní plně automatizovaná metoda vysoká opakovatelnost, flexibilita ELEKTRICKÝ OBLOUK účinnost až 80 % snadné přemostění styčné mezery nižší rychlosti ochlazování není problém svařovat materiály s vysokou odrazivostí povrchu PLAZMA vysoká účinnost vysoká hustota energie velký poměr hloubky k šířce svaru nižší náklady ve srovnání s laserem 5

snadné přemostění styčné mezery nižší rychlosti ochlazování není problém svařovat materiály s vysokou odrazivostí

6 4. Laser + elektrický oblouk CO 2, Nd:YAG, diodové lasery, diodou čerpané vláknové lasery ohřev a tavení materiálu pomocí oblouku - redukce problému s vysokou reflektivitou povrchu vůči laserovému svazku vyšší svařovací rychlost ve srovnání se samotným GMAW/TIG, jen mírný pokles ve srovnání s laserovým nižší tepelný vstup (distorze) díky vyšší pracovní rychlosti a hustotě výkonu ve srovnání se samotným GMAW/TIG přemostění styčné mezery, případně i její vyplnění přídavným materiálem laserové svařování je plně automatizované (vzájemný pohyb pracovní hlavy a svařovaných dílů) nutno implementovat svařovací pistoli GMAW speciální robustní hybridní svařovací hlavy možnost navádění oblouku laserovým svazkem anodová skvrna v místě jeho dopadu (vybíjení oblouku - neutralizace a odvod dopadajících záporných částic (vznikají při ionizaci prostředí elektrony s vysokou kinetickou energií emitovanými z katodové skvrny), transformace jejich kinetické energie na tepelnou + elektromagnetické záření) vyšší stabilita oblouku redukce nákladů optimální pro lineární svary LAGMAW = LASER + GMAW (MIG/MAG) LATIG = LASER + GTAW (TIG) 6

samotným GMAW/TIG přemostění styčné mezery, případně i její vyplnění přídavným materiálem laserové svařování je plně automatizované (vzájemný pohyb pracovní hlavy a svařovaných dílů) nutno

7 LAGMAW pro maximální penetraci je optimální vzdálenost mezi stopou svazku a obloukem 1 mm až 3 mm vhodné pro pozinkované ocelové plechy příklad: přeplátovaný svar 0,8 mm na 1,6 mm kontinuální Nd:YAG, 3 kw MAG, 100 A svařovací proud ochranný plyn 80 % Ar 20 % CO 2 průměr tavící se ocelové elektrody 0,8 mm rychlost svařování 2 m.min -1 styčná mezera může být širší než při samotném laserovém svařování vhodné pro únik Zn par při LAGMAW osciluje napětí oblouku s časem v užším intervalu s vyšší frekvencí odkapávání tavící se elektrody probíhá při LAGMAW v 10 ms, při GMAW v 50 ms až 100 ms cyklech umožňuje zvýšení svařovací rychlosti oproti GMAW přibližně 7x 7

min -1 styčná mezera může být širší než při samotném laserovém svařování vhodné pro únik Zn par při LAGMAW osciluje napětí oblouku s časem v užším intervalu s vyšší

8 LAGMAW vybíjení oblouku v místě dopadu svazku o průměru přibližně 1 mm užší oblouk vyšší koncentrace energie přídavný drát se snáz taví kratší oblouk malé kapky transportovány do základního materiálu s vysokou frekvencí LAGMAW laser GMAW vhodné i pro spojování různých druhů materiálů např. hliník + ocel (MIG) T m (Al) = 660 C, T m (ocel) = 1500 C obtížně tavit při stejných podmínkách 8

základního materiálu s vysokou frekvencí LAGMAW laser GMAW vhodné i pro spojování různých druhů

9 LATIG vhodné pro slitiny hořčíku zrno svarového kovu jemnější než základního materiálu užší tepelně ovlivněná oblast slitiny hořčíku + oceli konvenčně FSW T m (Mg) = 649 C, T m (ocel) = 1500 C obtížně tavit při stejných podmínkách Mg s Fe netvoří tuhé roztoky (TR) - mezivrstvy - např. Ni TR Fe-Ni x intermetalikum Mg 2 Ni redukce defektů (póry, trhliny), vyšší pevnost svarů korozivzdorné oceli lepší mechanické vlastnosti svarů redukce porozity, praskání, karbidů Cr, růstu zrn v tepelně ovlivněné oblasti větší účinnost tavení a menší tepelný vstup při stejné penetraci TIG laser LATIG 9

Ni TR Fe-Ni x intermetalikum Mg 2 Ni redukce defektů (póry, trhliny), vyšší pevnost svarů korozivzdorné oceli lepší mechanické vlastnosti svarů

10 5. Plazma elektrický oblouk Plazmové svařování = TIG + úzká intenzivně chlazená tryska hořáku + ionizovatelný plyn - úzký oblouk hluboký úzký závar při vysokém proudu, vysoká kvalita svaru, vysoká hustota energie (šx větší než u TIG, ve srovnání s laserem menší, ale nesrovnatelně vyšší účinnost a celkově nižší provozní náklady), teplota až K PLAZMA - MIG nutno použít dva oddělené svařovacího proudu drahé zdroje velká, těžká svařovací hlava nutná mechanizace svařování tavící se obloukem elektroda koaxiálně s vyšší efektivita vyšší depoziční rychlosti možnost vyplnění širších mezer 10

a celkově nižší provozní náklady), teplota až 33000 K PLAZMA - MIG nutno použít dva oddělené svařovacího proudu drahé zdroje velká, těžká svařovací

11 5. Plazma + Laser (PALW) kombinace levnějšího plazmového svařování s laserovým svařováním pracovní rychlost odpovídající laserovému - plazma jen předehřev (pouze povrchové ovlivnění) - okamžitě následuje laserové svařování vyšší penetrace; patentovány i koaxiální systémy interakce oblouku se svazkem vyšší výkon (např. o třetinu než samotný laser), vyšší svařovací rychlosti při vyšší penetraci, přesnosti i kvalitě svarů; větší šířka svaru, pomalejší ochlazování menší nárůst tvrdosti svarového kovu stabilizace oblouku, redukce nákladů (PALW systém levnější než laser se stejným výkonem), podobné přednosti jako LATIG 11

12 Tato prezentace byla připravena za finanční podpory Evropského sociálního fondu v ČR v rámci projektu CZ.1.07/2.2.00/ Moderní technologie ve studiu Aplikované fyziky. Děkuji Vám za pozornost. 12

Podobné dokumenty

Metody svařování. Pojízdná svařovací souprava

Metody svařování. Pojízdná svařovací souprava Metody svařování 1. Metody svařování Rozdělení tavného svařování (svar vzniká působením tepelné energie): - svařování plamenem - svařování el. obloukem - svařování laserem - svařování pod tavidlem - navařování