Ing. Ladislav Kolařík, Ph.D., IWE

Automatizace výrobních procesů SVAŘOVÁNÍ Ing. Ladislav Kolařík, Ph.D., IWE ČVUT - Fakulta Strojní Ústav strojírenské technologie ladislav.kolarik@fs.cvut.cz Technická 4, 166 07 Praha 6, tel.: +420 224 352 630 http://u12133.fsid.cvut.cz

Mechanizace a automatizace Mechanizace mechanizace poskytuje lidem k práci zařízení, které jim usnadňuje práci 1. stupeň podávání přídavného drátu 2. stupeň posuv svař. hořáku, použití polohovadel

Mechanizace a automatizace Automatizace používání řídících systémů automatizace snižuje potřebu přítomnosti člověka při vykonávání určité činnosti Jedná se o proces postupného nahrazování lidského faktoru mechanickými a automatizačními přístroji, jejichž práce je zabezpečena lidským činitelem Jednoúčelové automaty : - lineární - rotační

Robotizace Robotizace Termínem průmyslové roboty jsou označována ústrojí, která se vyznačují následujícími vlastnostmi:. Manipulační schopnost: Pomocí jedné nebo několika manipulačních paží (ramen) lze pohybovat pracovním nástrojem (hořákem), příp. manipulovat součástí Automatická činnost: posloupnost úkonů je provedena automaticky podle předem zadaného programu bez dalšího zásahu člověka. (Snadná změna programu: program není pevný, ale je zadáván člověkem a je možné jej kdykoli bez obtíží změnit) Univerzálnost: Zařízení může sloužit k mnoha účelům, někdy dost rozmanitým.

Robotizace

Robotizace Příklad nového moderního typu robota s excentrickou 7. osou a integrovaným podavačem PM

Komplexní robotizovaný systém Customized CZABB

Robotizace Zpětná vazba: Kromě běžných mechanických (dotykových), tlakových a elektromagnetických čidel se u složitějších systémů počítá i s vizuální zpětnou vazbou

SNÍMAČE A ČIDLA - Dotykový systém pro vedení hořáku Sledování spáry dotykovým senzorem

SLEDOVÁNÍ SPÁRY VYHODNOCOVÁNÍM PARAMETRŮ OBLOUKU - Lze použít v libovolné poloze svařování i při malých průřezech svaru - Analyzován průběh proudu (resp. napětí na oblouku) a v závislosti na naměřených hodnotách regulován - Lze regulovat i změnu svařovací rychlosti, příp. podávání drátu

DOTYKOVÝ SENZOR - Systém umožňuje posunutí jednotlivých bodů programu nebo celých programových úseků Jako senzor se používá plynová dýza hořáku

BEZKONTAKTNÍ SNÍMÁNÍ POLOHY Optické, kamerové a laserové systémy

Kamerový senzor

AUTOMATICKÁ VÝMĚNA HOŘÁKŮ A ODSÁVÁNÍ ZPLODIN

ODSÁVACÍ ZAŘÍZENÍ

NUTNOST POUŽITÍ VHODNÝCH SVAŘOVACÍCH ZDROJŮ

SVAŘOVACÍ ZDROJE

Použití přípravků

Zvýšení produktivity a přesnosti výroby Svěrky Použití svařovacích upínek a držáků Upínací kleště Držáky (magnetické)

Zvýšení produktivity a přesnosti výroby Použití svařovacích přípravků, upínek a držáků Rychloupínky Vodorovné Svislé Přímé Hákové Třmenové

Upínky a držáky Stavebnicové upínací systémy

Svařovací přípravky

Upínky a držáky, přípravky

PŘÍKLAD POUŽITÍ Podsestava rámečků dveří - Škoda A05 Roomster

Použití polohovadel a manipulátorů

Zvýšení produktivity a přesnosti výroby Použití polohovadel a otočných stolů Zvyšování kvality svařovaných součástí: - Polohování součástí do základních poloh (PA, PB) - Zrovnoměrnění posuvu součásti (rychlosti svařování) - Tvorba dlouhých podélných spojů - Tvorba rotačních součástí Typy polohovadel: - Univerzální stolová polohovadla - Naklápěcí polohovadla - Desková polohovadla - Kladková polohovadla

Univerzální stolová a naklápěcí polohovadla Stolová slouží k natáčení svarku do příznivé polohy v jedné rovině Naklápěcí slouží k natáčení svarků do příznivé polohy v prostoru

Rotační desková polohovadla Desková slouží k provádění obvodových svarů na dlouhých samonosných svarcích

Kladková polohovadla (odvalovací) Kladková slouží pro volné otáčení rotačních těles volně uložených s horizontální osou

Zvýšení produktivity a přesnosti výroby Použití posuvných systémů svařovacího hořáku Zvyšování kvality svařovaných součástí: - Polohování součástí do základních poloh (PA, PB) - Zrovnoměrnění posuvu svařovacího hořáku (rychlosti svařování) - Tvorba dlouhých podélných spojů - Tvorba rotačních součástí Typy posuvných systémů a manipulátorů: - Mostový manipulátor - Portálové systémy - Sloupový výložníkový manipulátor - Svařovací vozíky a traktory - Svařovací hlavy s pevným vedením

Manipulátory - Svařovací vozíky (MIG/MAG) -Slouží pro upevnění a případně pojezd svařovacích zařízení

Svařovací vozíky

Manipulátory - Svařovací traktory (SAW) Pojezd řešen vlastním pohybem nebo po dráze (kolejové, řetězové )

Sáňové (mostové ) posuvné systémy -Sestává se z mostu, který je svisle přestavitelný mezi dvěma sloupy

Portálové posuvné systémy -Má příčník umístěný mezi dvěma sloupy a pojíždí na kolejích podél svarku

Výložníkové sloupcové posuvné systémy Má výložník se svařovací jednotkou svisle i vodorovně posuvnou na sloupu

Kombinace posuvného a polohovacího systémy

Orbitální svařování

Orbitální svařování Vytváření tupých spojů na rotačních součástech, postupným objetím svařovaného dílu Používané metody svařování: TIG MIG/MAG PAW FSW

Orbitální svařovací systémy pro malé průměry trubek Ukázka

ČVUT, Fakulta strojní, Ústav strojírenské technologie, skupina svařování

Orbitální svařovací systémy pro velké průměry trubek

Orbitální svařovací systémy - spoj trubka-trubkovnice Ukázka 1 Ukázka 2

Používané technologie svařování pro robotizaci Customized CZABB MIG/MAG TIG PAW Odporové svařování Laserové svařování

ROBOTIZOVANÉ SVAŘOVACÍ PRACOVIŠTĚ

ROBOTIZOVANÉ SYSTÉMY

ZÁKLADNÍ PODMÍNKY PRO NAVRHOVANÍ PRACOVIŠŤ

ZÁKLADNÍ POŽADAVKY PŘI NAVRHOVÁNÍ PRACOVIŠTĚ Technologické uspořádání pracoviště Doplnění pracoviště o periferní zařízení Požadavky na manipulaci s materiálem Úpravy stávajících zařízení Instalace přívodu energií Požadavky na způsob přenosu informací Požadavky na získávání informací výrobního procesu Požadavky na řízení výrobního procesu Zajištění bezpečnosti práce na pracovišti

6-osé roboty vhodné pro svařovací procesy IRB6620 IRB6660 Opracování povrchů IRB6660 Obsluha lisů 150kg 2.2m 205kg 1.9 m 130kg 3.1m IRB6650S IRB6640 IRB7600 * 650kg zápěstím dolů 90-200 kg 3.0-3.9m 130-235kg 2.55-3.2m 150-500kg 2.55-3.5m

Polohovadla k robotickým aplikacím (250 2000 kg)

Pohyblivá uložení robotů přídavné osy Customized CZABB

Základní modely uspořádání pracovišť

TECHNOLOGIE SVAŘOVÁNÍ Při volbě technologie se uvažují tři hlavní hlediska : Technologické - Konstrukční - Ekonomické

Uzavřené svařovací robotické buňky

Off line programování

SW SIMULACE SVAŘOVÁNÍ

TVORBA SVAŘOVACÍHO PROGRAMU (OFF LINE)

SIMULACE POHYBU A DOLADĚNÍ POZIC HOŘÁKŮ

NÁVRH A OPTIMALIZACE PŘÍPRAVKU

PŘI HODNOCENÍ JE NUTNO SLEDOVAT TATO KRITÉRIA - pořizovací cena - návratnost - změna provozních nákladů - nárust produktivity - pokles pracovních sil - úspora plochy - zkrácení doby výroby - náklady na projektové práce - stavební náklady - adaptibilita zařízení - technologické investiční - životnost zařízení náklady - možnost dalšího rozvoje - výrobnost - poruchovost - nároky na servis - kvalifikace obsluhy - bezpečnost práce - hygienické podmínky - nároky na přesnost - směnnost - organizace a řízení - požadavky na výrobu

Metody svařování vhodné pro automatizované provozy

Metody vhodné pro automatizaci svařovacího procesu MAG (Metal active gas) - odtavující se elektroda, kde ochranný plyn se aktivně podílí na tvorbě svarového kovu MIG (Metal inert gas) - odtavující se elektroda, kde ochranný plyn nereaguje při tvorbě svarového kovu WIG, TIG (Wolfram inert gas - Tungsten inert gas) - Wolframová neodtavující se elektroda, kde ochranný plyn nereaguje při tvorbě svarového kovu.

Metody vhodné pro automatizaci svařovacího procesu SAW (Submerged arc welding) - svařování pod tavidlem Odporové svařování Laserové svařování, Plazmové, Elektronové sv. Přivařování svorníků

Důvody vedoucí k automatizaci Porovnání výkonových hodnot: Svařování nelegované oceli Průměrný výkon odtavení kg/h Čas hoření Metoda svařování: oblouku MMA 20% 2,5 0,5 Ruční MIG/MAG 40% 5 2,0 Mechanizovaný MIG/MAG 65% 5 3,3 Mechanizovaný SAW jeden drát 65% 11 7,2 Mechanizovaný SAW dvojdrát 65% 14 9,1 Mechanizovaný HD SAW dvojdrát 65% 18 11,7 Čas hoření obl. x odtavení (Kg): Zvýšená produktivita : Nižší náklady na svařování Kratší výrobní doby Opakovatelná a stabilní kvalita : Nižší náklady na opravy Kratší výrobní doby

Automatizace MIG/MAG svařování

PRINCIP METODY

Řez koncovou částí hořáku 1 Svařovací hořák 2 Ochranná vložka 3 Dýza pro přívod ochranného plynu 4 Kontaktní špička zajišťující přívod el. proudu 5 Svařovací drát (elektroda)

Zásobníky a podavače drátu Klasické uspořádání svařovacího zdroje a podávacího zařízení

Další typy uspořádání S podavačem umístěným na rameno S podavačem na odděleném vozíku

Další typy uspořádání Uspořádání zdroje s mezipohonem Uspořádání zdroje s push-pull podáváním

Typy podávacích kladek Lichoběžníková hladká Použití : Fe, Oceli, Cr-Ni Nelegované, nízko i vysocelegované plné dráty Půlkruhová hladká Použití : Hliník, bronz, CuSi3 Půlkruhová drážkovaná Použití : Plné i trubičkové dráty z různých slitin

Vliv správné volby PM a ochranného plynu (Ar + CO2) Nelegovaná ocel 100%CO 2 drát G3Si1 82% Ar+18% CO 2 drát G3Si1

MIG svařování příklady (Ar + He) Argon 75% Argon / 25% Helium 280 A / 25 V 50% Argon / 50% Helium 282 A / 27 V 25% Argon / 75% Helium 285 A / 30 V 285 A / 34 V

VÝHODY SVAŘOVÁNÍ MIG/MAG Neobalený svařovací drát je možné navinout na cívky a plynule ho dodávat do svarové lázně bez časté a nepohodlné výměny svařovacích elektrod ( poloautomatický způsob svařování ) Svařovací proud je možné dodávat na drát až do těsné blízkosti jeho odtavovacího konce pomocí třecích kontaktů (kontaktních špiček hořáku) - Protože proudem zatížená část drátu je krátká a bez obalu, je možné dosáhnout na 1 mm2 průřezu drátu mnohem větší proudovou hustotu Možnost použití velkého rozsahu svařovacích parametrů pro jednu tloušťku svařovacího drátu (elektrody) Mechanizace svařovacího procesu je značně zjednodušená, protože zde není obal přídavného materiálu, bránící manipulaci a také díky způsobu zapalování elektrického oblouku

Typy přenosu svarového kovu

Zkratový přenos

Zkratový přenos Krátký oblouk - Ar + CO2 ( do 25% ) - Ar + O2 ( do 12% ) - Ar + CO2 ( do 15% ) + O2 ( do 7% ) IS = 40 až 190 A UEO = 16 až 21 V

Sprchový přenos

Sprchový přenos Bezzkratový - Ar + CO2 ( do 20% ) - dlouhý oblouk - Ar + O2 ( do 10% ) IS = (120) až 500 A UEO = 20 až 36 V - Ar + CO2 ( do 15% ) + O2 ( do 5% )

Impulzní přenos

Impulzní přenos impulsní přenos - Ar + CO2 ( do 15% ) - Ar + O2 ( do 8% ) - Ar + CO2 ( do 5% ) + O2 (do 5%)

Moderní modifikace metody MIG/MAG

MIG Pájení (GMA Pájení) Vhodné pro svařování pozinkovaných plechů Tloušťka zinkovaného povlaku se pohybuje od 5 do 20 μm a požadavkem při spojování je nepoškodit povlak, který katodickým účinkem chrání základní materiál před korozí apod. Jako přídavný materiál se používá křemíkový bronz CuSi3 (nebo CuSi2) nebo hliníkový bronz CuAl8 (CuAl8Ni2) svařování v intervalu teplot 1 030 1 080 ºC. MIG-pájení se provádí impulzním proudem do 350 A v ochranném plynu Ar nebo Ar + 2,5 % CO2 (Ar + 1% O2) Výhody tohoto procesu jsou v minimálním opalu povlaku vedle svaru i na spodní straně plechu, svar bez koroze (nejsou nutné dodatečné úpravy povrchu) Vzniká minimální tepelné ovlivnění materiálu a tím i deformace Minimální roztřik Snadná možnost automatizace tohoto procesu.

MIG Pájení Přeplátované spoje Toušťka do 3 mm Impulsní proud (s nízkým zákl. proudem) krátký oblouk CuSi3 OK Autrod 19.30 Argon, CRONIGON 2 a S1 (Ar + CO2, O2) CuAl 8 OK Autrod 19.40 Argon (Ar+He)

Svařování plněnou elektrodou (s vlastní ochrannou) Jedná se o svařování plněným (trubičkovým) drátem, ale bez použití ochranného plynu. Tato metoda je podle normy ČSN EN ISO 4063 označována jako metoda: č. 136, 138 nebo 114 často také zkratkou MOG (metal ohne gas). FCAW (Flux Cored Arc Welding), ale např. fy. LE ji označuje pod obch. názvem Innerschield

MOG svařování Proces svařování v sobě slučuje principy svařování MMA (obalenou elektrodou) a metody MIG/MAG Za strany metody MMA je to operativnost, mobilita a odolnost proti povětrnostním podmínkám + ochrana svarové lázně pomocí vznikajících plynů a strusky z obalů elektrod Na straně MIG/MAG vysoká produktivita práce daná vysokým výkonem odtavení, snadná mechanizace svařování s plynulým podáváním drátu do místa svaru.

Proces svařování CMT (Cold Metal Transfer)

Proces svařování CMT Svařovací proces využívá zkratový oblouk doplněný zcela novou metodou uvolňování kapky V porovnání s běžným procesem MIG/MAG zde probíhá přechod materiálu při značně nižší teplotě Největší rozdíl : zpětný pohyb PM, který má vliv na snadnější uvolnění kapky (nastává po začátku zkratu)

Proces svařování CMT Přechod materiálu probíhá v téměř bezproudovém stavu (bez rozstřiku) t = 0 ms t = 4,59 ms t = 6,21 ms t = 7,56 ms t = 11,34 ms t = 13,23 ms t = 13,77 ms t = 14,31 ms

Porovnání procesu CMT a pulsního přenosu CMT MIG pulsed arc I S = 81 A U S =11,2 V AlSi5 1,2 mm wfs= 5 m/min I S = 111 A U S =17,87 V Přesně definovaná kontrola délky oblouku - frekvence oscilačního pohybu drátu až 70 Hz (nastavení délky 70x /s) - délka oblouku není řízena svařovacím napětím, ale je funkcí rychlosti a času Vysoká stabilita oblouku

Vlastnosti procesu CMT Horní hranice čistého CMT-procesu je určená začátkem přechodového oblouku Spodní hranici CMT-procesu lze posunout tak nízko, jak potřebujeme pro vytvoření požadovaného svaru perfektní pro tenké materiály kontrola vneseného tepla do materiálu přes Puls mix Rotující oblouk Impulzní oblouk Sprchový oblouk Krátký oblouk CMT-oblouk

Uspořádání systému CMT

Použití metody CMT MIG pájení: menší vnos tepla; prakticky bez rozstřiku; dobrá přemostitelnost mezery Aplikace na tenkých materiálech: hliník: menší vnos tepla; dobrá přemostitelnost mezery; možnost spojení materiálu již od průměru 0,3mm (přídavným materiálem1,2 mm) CrNi: menší vnos tepla -> menší deformace, menší oxidace; možnost využití mechanizovaného CMT jako náhrada ručního TIG svařování dobrá přemostitelnost mezery; prakticky bez rozstřiku; vysoce stabilní oblouk Al/ocel: velice jednoduchá možnost spojení dvou nesourodých materiálů

Proces CMT - spoj Al + pozinkovaná ocel Teplota tavení: ocel (1538), Al (660) Omezená rozpustnost Al v Fe (vznik křehkých intermetalických fází) - Vhodné použít pozink. ocel (nebo PM s legurou Zn) svar Hliník je svařen Pozinkovaný plech je spájen Požadavek na zinkovou vrstvu >10μm pájení

Proces svařování Cold Arc Krátký oblouk s malým vneseným teplem

Princip systému Cold Arc - Modifikovaný MIG /MAG svařovací proces - krátký (zkratový) oblouk regulovaný pouze svařovacím zdrojem (bez mechanické podpory) - Použití nižších hodnot I a U než u klasického procesu - Nový typ vysoce dynamické invertorové regulace - velmi rychlý digitální proces - "Drastické" zmenšení výkonové špičky po znovuzapálení oblouku - Dochází tak k velmi významnému zmenšení tepelného výkonu během tavení materiálu

Princip systému Cold Arc Svařování probíhá ve třech neustále se opakujících fázích (viz. obr) Zapálení a hoření Zkrat Znovuzapálení oblouku Bezprostředně po ukončení zkratové fáze je oblouk znovu zapálen a hodnota proudu je navýšena ale pouze na přesně stanovený časový okamžik (nutný pro natavení materiálu) Ihned poté je ale proud násilně snížen, aby nedocházelo k Dalšímu tavení (vnesení tepla) Proud zůstává na extrémně nízké úrovni až do okamžiku oddělování další kapky Princip EWM Cold Arc

Princip systému Cold Arc Standartní zkratový oblouk Cold Arc Možnost svařování malých tlouštěk Velmi malý rozstřik Dobré překlenutí spár Minimální deformace materiálu Konstantní rychlost podávání drátu

Použití metody Cold Arc - Svařování tenkých plechů (od 0,3 mm) - MIG pájení pozinkovaných plechů - Kombinované spoje (Al, Mg Ocel, Mg Al) - Svařování hliníku a hořčíku

Svařování součástí velkých tlouštěk

Proces svařování Force Arc Jedná se o systém, který umožňují moderní invertorové svařovací zdroje s elektronicky nastavitelnou indukčností. Dochází ke spojení vlastností zkratového (krátkého) a sprchové oblouku resp. přenosu kovu Zkratový oblouk : - Dobrý a hluboký průvar v kořenu svaru Sprchový oblouk : - Rychlost svařování - Bezrozstřikové svařování = Bezrozstřikové zkratové svařování (krátkým obloukem) s větším tlakem el. oblouku

Metoda Force Arc Nárůst a pokles proudu je v tomto případě v průběhu zkratové fáze a při opětovném zapálení oblouku rychle regulován. Tento systém řízení svařovacího procesu potlačuje nárůst energie, která ve zkratovém procesu vede při znovu zapálení oblouku k silné tvorbě rozstřiku. -Oblouk je velmi krátký a úzce koncentro- - vaný s velkým dynamickým účinkem = menší tepelně ovlivněná zóna menší deformace materiálu

Metoda Force Arc Tento přenos kovu je řazen do horní výkonové oblasti odtavení (která je u klasických systémů vyhrazena sprchovému přenosu s dlouhým obloukem) a má proti sprchovému přenosu řadu výhod.

Metoda Force Arc Tato vysocedynamická regulace okamžité hodnoty napětí a proudu je výhodná také pro možnost svařovat s dlouhým volným koncem drátu (výlet drátu), který může výrazně ulehčovat přístup ke svarovému spoji, zvláště u špatně přístupných svarových spojů. Proces vykazuje extrémně stabilní hoření oblouku

Metoda Force Arc - Bezpečně provařený kořen s ideální geometrií svarové housenky - Menší vnesené teplo

Porovnání sprchového oblouku s metodou Force Arc

Příklady aplikace metody Force Arc

VYSOCEVÝKONNÉ METODY SVAŘOVÁNÍ Možnosti Posuv drátu Vyšší 15 m/min Jeden drát Dva dráty (Tandem) Pásek Směr svařování Výkon odtavení Vyšší 8kg/hod Drát Ø ( dxv): Příčný průřez Standard Průtok plynu 0,8-1,6 mm 0,5-2,0 mm² 1,2 mm (1,13 mm²) 15-20 l/min 1,0-1,2 mm Kombinace drátu 2 x 1,2 mm (2,26 mm²) 20-24 l/min 3,75-6,0 x 0,5-0,8 mm 2,0-4,8 mm² 3,75x0,5mm (1,88 mm²) 15-25 l/min

VYSOCEVÝKONNÉ METODY SVAŘOVÁNÍ MAG procesy Jeden drát Drahtvorschub Dvojitý drát Dva dráty Drahtvorschübe Stromquelle Stromquelle - Zvýšení rychlosti svařování až o 50% -Možnost snížení nákladů až o 30 50 % Tandem Stromquelle Drahtvor schübe Stromquelle

Svařování dvojitým drátem (TWIN) Zvýšení výkonu odtavení Elektrická vazba obou drátových elektrod Svařování dvěma elektrodami s jedním el. potenciálem

Tandemové svařování (TANDEM) Svařování s dvěma el. potenciály -Samostatné nastavení obou oblouků (různé parametry) -Kombinace různých druhů oblouků (sprcha + puls) -Použití různých průměrů elektrod

MIG/MAG svařování (navařování) páskovou elektrodou - Strip-wire electrodes

Princip odtavování páskové elektrody

Odtavující výkon [kg/h] ČVUT, Fakulta strojní, Ústav strojírenské technologie, skupina svařování Závislost mezi rozměrem, posuvem a odtavujícím se výkonu přídavného materiálu Platí pro nelegovanou ocel, 30 25 20 15 oblast MAG - vysokovýkonný Pásek 4,5x0,5mm Drát1,6mm Pásek 3,75x0,5mm Drát 1,2mm 10 5 oblast MAG - vysokovýkonný 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Rychlost posuvu přídavného materiálu [m/min]; při MAGT dohromady

T.I.M.E. (Transfered Ionized Molten Energy) vysocevýkonný proces svařování kombinací vhodné charakteristiky zdroje svařovacího proudu s vysokými proudovými (do 760 A) a napěťovými (do 50 V) hodnotami a přesně definovaným složením směsného plynu se dosáhne stabilního elektrického oblouku s rotací svařování rotujícím obloukem (Elektromagnetické síly, vznikající v důsledku vysoké proudové hustoty, způsobují odklon oblouku a nataveného konce drátové elektrody ze směru pohybu drátu a uvádějí ho do rotačního pohybu). Rychlost pohybu je obvykle cca 800 1 000 otáček za sekundu

T.I.M.E. (Transfered Ionized Molten Energy) Plynná směs je čtyřsložková s následujícím složením : 65% Ar + 26,5% He + 8% CO2 + 0,5 O2 - Výsledná svarová housenka má jemnou kresbu, dokonalý průvar a svar vzniká téměř bez rozstřiku. Největší přednosti tohoto procesu svařování jsou : - vysoký odtavovací výkon (až 450 g/min), - vysoká rychlost svařování - bezproblémové svařování v polohách.

TIME TWIN

Automatizace SAW svařování

Princip metody Elektrický oblouk hoří mezi elektrodou (holý kovový drát) a základním materiálem v dutině, která se vytvoří pod roztavenou vrstvou sypkého tavidla.

Svařování jedním drátem Nejrozšířenější metoda svařování pod tavidlem Rozsah průměrů drátů : 1,6-5 mm (obvykle 2 4 mm) (pro tenké plechy 1,2 a 1,6 mm) Počet svařovacích zdrojů : 1 (obvykle DC +) - výlet drátu 20 40 mm Proudový rozsah : 200 1000 A Napětí na jeden svařovací drát : 25 38 V Max. výkon odtavení: 12 kg/hod Menší průměry drátů dávají při stejném svařovacím proudu vyšší výkon odtavení vzhledem k vyšší hustotě proudu Při použití malých průměrů drátů dostáváme svary s větším průvarem a užší svarovou housenkou

Svařování dvěma dráty - TWIN Oba dráty napájeny jedním svařovacím zdrojem (dvojité podávání) Rozsah průměrů drátů : 1,2-3 mm Počet svařovacích zdrojů : 1 (obvykle DC +) Proudový rozsah : 400 1200 A Napětí na jeden svařovací drát : 26 32 V Max. výkon odtavení: 15 kg/hod Až o 30 % vyšší výkon odtavení a zároveň může být využito vyššího svařovacího proudu i vyšší rychlosti svařování

Svařování dvěma dráty - TWIN

TANDEMové svařování Používají se dva svařovací dráty, kdy každý je napájen vlastním svařovacím zdrojem Rozsah průměrů drátů : 3 5 mm Počet svařovacích zdrojů : 2 (obvykle DC +, AC) Proudový rozsah : 1500 2400 A Napětí na jeden svařovací drát : 28 38 V Max. výkon odtavení: 25 kg/hod Dráty mají obvykle větší průměr Odtavovací výkon se blíží dvojnásobku než při použití jednoho drátu

TANDEMové svařování První oblouk pracuje s vysokým svařovacím proudem (obvykle DC+) a s nízkým napětím poskytuje hluboký závar Zatímco druhý oblouk používá nižší svařovací proud (obvykle AC), aby bylo odstraněno foukání oblouku pro získání hladkého povrchu sv. lázně.

Dvojité TANDEMové svařování Využívají se dvě dvoudrátové svařovací hlavy, umístěné v řadě za sebou Rozsah průměrů drátů : 2,5 3 mm Počet svařovacích zdrojů : 2 (obvykle DC +, AC) Proudový rozsah : 1500 2200 A Napětí na jeden svařovací drát : 26 38 V Max. výkon odtavení: 38 kg/hod Používáno pro spoje, které umožňují dobrou přístupnost pro potřebné zařízení Zvýšený výkon odtavení

Dvojité TANDEMové svařování

Multidrátové svařování Používá se současně až 6 svařovacích drátů, kdy každý musí mít svůj svařovací zdroj Rozsah průměrů drátů : 3 5 mm Počet svařovacích zdrojů : 3 až 6 (první obvykle DC +, ostatní AC) Proudový rozsah : 2000 5 500 A Napětí na jeden svařovací drát : 30 42 V Max. výkon odtavení: 90 kg/hod Používáno pro dlouhé podélné svary, např. při výrobě trub

Svařování do úzké mezery (úzkého úkosu) Tato metoda se někdy podle anglického názvu označuje jako Narrow gap welding a přináší značnou úsporu svarového kovu (a tím i přídavného materiálu) a svařovacího času i při svařování velkých tlouštěk materiálů Svařování do úzké mezery je v podstatě mnohovrstvé svařování se specifickým svarovým úkosem (t max 12 mm), jehož tvar je zvolen tak, aby každá vrstva byla složena max. ze dvou housenek. S výjimkou kořenové části a krycí vrstvy jsou obvykle všechny svarové housenky po celé tloušťce svaru pokládány při stejných parametrech svařování.

Svařování do úzké mezery (úzkého úkosu) Na operativní, resp. formovací vlastnosti tavidla jsou kladeny vysoké nároky Automat musí být vybaven speciálním stranovým kopírovacím zařízením, které musí zabezpečovat vedení svařovací hubice ve svarové spáře v průběhu celého svařování Velmi důležitá je i konstrukce svařovací hubice, která musí zabezpečit dobré vedení svařovacího drátu v blízkosti svarové hrany a musí mít malou tloušťku vzhledem k úzké mezeře.

Svařování do úzké mezery (úzkého úkosu)

Svařování s přidáváním kovového prášku Nelegovaný kovový prášek je přidáván do procesu svařování pod tavidlem pro zvýšení výkonu navaření Prášek je roztaven teplem hořícího oblouku -Dodáván buď před hořící el. oblouk nebo je dopravován pomocí síly magnetického pole do oblouku spolu s příd. drátem Prášek může být použit k libovolné kombinaci drát / tavidlo Nutný kvalifikovaný pracovník pro řízení dávkování prášku Výkon svařování lze zvýšit až o 100 %

Svařování s přidáváním kovového prášku Přídavkem kovového prášku se zmenšuje průvar, protože část tepla oblouku se spotřebuje na roztavení kovového prášku Proces vyžaduje přesné řízení všech svařovacích parametrů, včetně dávkování prášku

Svařování s horkým drátem V tomto případě je do oblouku navíc podáván další svařovací drát předehříváný externím zdrojem (většinou odporově) na teplotu blízkou teplotě tavení. Vzdálenost mezi drátem a elektrodou je optimálně 10 až 15 mm. Podíl kovu z horkého drátu ve svarovém kovu může být až 4 násobný, aniž by se svarová lázeň nepřípustně ochladila (mění se pouze hloubka závaru). Spotřeba elektrické energie se snižuje až o 30 60 %, celkové náklady na 1 běžný metr svaru klesají o 30 40 %.

SAW vs. ESW NAVAŘOVÁNÍ páskovými elektr. ESW SAW

ELEKTROSTRUSKOVÉ NAVAŘOVÁNÍ

Příklady ESW navařování

Automatizace TIG svařování

Automatizace TIG svařování Hlavním účelem je zvýšení produktivity a dosažení vyšší kvality svarového spoje Způsoby automatizace: Automatické podávání přídavného materiálu při ručním způsobu svařování Mechanický posuv svařovacího hořáku Svařování s přidáváním horkého drátu Svařování do úzkého úkosu Orbitální svařování trubek Plně automatické robotické svařování

Poloautomatické TIG svařování

Externí podavač přídavného drátu

Svařování TIG horkým drátem Přiváděný přídavný svařovací drát je předehříván odporovým teplem při průchodu proudu napájeného zvláštním zdrojem. až 4x větší výkon navaření, nižší nebezpečí vzniku pórů ve svaru, menší riziko vzniku studených spojů, lepší přenos legujících prvků do svaru (tavící se drát neprochází obloukem), minimální ochlazení tavné lázně přivedením přídavného materiálu, vyšší svařovací rychlost snížení tepelného ovlivnění základního materiálu

Svařování TIG do úzkého úkosu Nazýváno též svařování do úzké mezery neboli NARROW GAP WELDING Svařování do úzké mezery je v podstatě mnohovrstvé svařování se specifickým svarovým úkosem, jehož tvar je zvolen tak, aby každá vrstva byla složena max. ze dvou housenek. S výjimkou kořenové části a krycí vrstvy jsou obvykle všechny svarové housenky po celé tloušťce svaru pokládány při stejných parametrech svařování. Velmi důležitá je i konstrukce svařovací hubice, která musí zabezpečit dobré vedení svařovacího drátu v blízkosti svarové hrany a musí mít malou tloušťku vzhledem k úzké mezeře.

Svařování TIG do úzkého úkosu

Orbitální svařování trubek

Robotizované TIG svařování

Robotizované TIG svařování - systém TOPTIG Největší výhody této metody : Přídavný drát je podáván do místa přímo před hořákem tavení drátu je tak podobné jako při svařování metodou MIG (hořákem lze libovolně pohybovat bez ohledu na orientaci drátu) Pro svařování se používá pulzní proud -Lépe lze tak řídit odtavování jednotlivých kapek Pracovní rychlost je stejná (nebo vyšší) jako u svařování MIG Kvalita svaru a dokonalý vzhled bez rozstřiku Lze svařovat ve všech pozicích a směrech

Robotizované TIG svařování - systém TOPTIG Polohovatelnost hořáku do těžko přístupných míst

Robotizované TIG svařování - systém TOPTIG

A TIG svařování Účelem tohoto způsobu svařování je odstranit nedostatky TIG svařování: nízký výkon procesu svařování nevelkou koncentraci energie zdroje tepla (ohřevu) oproti fyzikálním (speciálním) způsobům svařování plazma, laser, elektronový svazek závislost geometrických rozměrů svarů na chemickém složení oceli, obsahu příměsí a na způsobu jejich výroby Metoda A-TIG spočívá v tom, že se na povrch svařovaného materiálu předem nanese tenká vrstva speciálního aktivátoru (v podstatě tavidla). = TIG oblouk hoří po vrstvě tavící se aktivační přísady

A TIG svařování

A TIG svařování umožňuje Svařovat spoje o tloušťce 1 12 mm v jednom sledu bez úpravy tvaru hran, bez svařovacího drátu (díky zvýšení natavovací schopnosti elektrického TIG oblouku) Svařovat kov o tloušťce větší než 12 mm s úkosem hran a přitom zvětšit velikost otupení svarové hrany z 1-2 mm na 6-8 mm Omezit nebo eliminovat vliv chemického složení stejné oceli (ale s rozdílnou čistotou) na vytvoření svarů požadovaných vlastností Zvýšit výkon procesu svařování 2-7 x (podle svařované tloušťky) Snížit cenu (2-5 x) svářečských prací díky snížení nákladů na elektrickou energii, ochranný plyn, přídavný svařovací drát, odstranění nebo zmenšení časů na přípravu svarových úkosů a zkrátit čas svařování Omezit deformace při svařování

Přídavné moduly pro Plazmové svařování V současné době některé firmy nabízejí přídavné zařízení, které je možné připojit ke stávajícímu invertorovému TIG zdroji. Tím se z TIG zařízení stane komplet s možností svařovat a navařovat technologií -TIG, - mikroplasmou - plasmou.

Automatizace Plazmového svařování

Plazmové svařování princip metody Svařování plazmou se vyvinulo z metody TIG (WIG) oblouk hoří mezi netavící se elektrodou a základním materiálem nejčastěji v ochranné atmosféře inertního plynu. PAW TIG

Porovnání TIG a Plazmového svařování TIG PAW 1- těleso hořáku, 2- centrovaná wolframová elektroda, 3- keramická ochranná hubice, 4- zúžená tryska, 5- ochranný plyn, 6- koncentrovaný plazmový oblouk, 7- elektrický oblouk, 8- plazmový oblouk (sloupec)

Plazmové svařování - rozložení teplot

Plazmové svařování průřez svaru Koncentrované teplo zaručuje hluboké natavení základního materiálu, dobré formování kořene a charakteristický průřez svaru. Je to vysoko stabilní svařovací proces, má charakteristické formování svaru (průvar má tvar vínového poháru), především kořene, což umožňuje svářování bez podložení kořene až do tlouštěk cca 10 mm

Svařování metodou průchozího paprsku- keyholing

Oblasti použití plazmového svařování vysoká kvalita a produktivita procesu při minimálním tepelném ovlivnění základního materiálu jaderný průmysl, chemický průmysl, potravinářství, elektronika, výroba lodí, letecký průmysl automobilový průmysl.

Automatizace Odporového svařování

Odporové BODOVÉ svařování Bodové svařování je nejvíce používaný způsob odporového svařování plechů tlouštěk přibližně od 0,01 do 10 mm (lze však svařovat i větší tloušťky) 1. Elektrody 2. Přítlačná ramena 3. Základní (svařovaný) materiál 4. Svar 5. Svařovací zdroj 6. Spínač zdroje Při bodovém svařování se vytvářejí především přeplátované spoje

Princip odporového bodového svařování Nejvyšší teplota vzniká v místě dotyků plechů. Značné množství tepla ovšem při tom uniká vedením do materiálu a sáláním do okolního prostředí.

Princip odporového bodového svařování Po sevření a stlačení svařovaných dílů mezi elektrodami se sepne obvod svařovacího proudu. Procházející proud ohřívá místo spoje a to přibližně ve sloupci o stejném průměru, jako má svařovací elektroda. Jakmile se dosáhne teploty tavení, dojde k vytvoření tekutého jádra spoje a proběhne svaření. Poté se svařovací proud přeruší, avšak přítlak trvá a svar i jeho plastické okolí rychle ztuhne.

Rozdělení bodového svařování dle uspořádání elektrod Přímé Elektrody jsou umístěné na protilehlých stranách svařovaných dílů Nepřímé Elektrody obvykle umístěné pouze na jednom svařovaném dílu a druhý se opírá o podložku 1 - Bodový svar, 2 Svařovaný materiál 3 Zdroj proudu, 4 Tyčové elektrody 1 - Bodový svary, 2 Svařovaný materiál 3 Zdroj proudu, 4 Tyčové elektrody 5 Vodivá deska

Mnohabodové odporové svařování Vedle klasického uspořádání existuje řada dalších, které umožňují svařit více bodových svarů současně (mnohabodové svařování).

Svařovací režim Při nastavování základních parametrů svařování se nabízí velké množství kombinací jednotlivých parametrů. Vzájemná vazba mezi hlavními svařovacími parametry se označuje jako svařovací režim a jejich časový průběh jako svařovací program Měkký svařovací režim je charakterizovaný nízkým svařovacím proudem (proudová hustota do 200 A/mm 2 ) a dlouhým svařovacím časem (asi 25 period 0,5 s do 1,5 s) s nižší svařovací silou (do 1 000 N) tlak do 60 N/mm2. Tvrdý svařovací režim je charakterizován vysokým svařovacím proudem (proudová hustota 200-500 A/mm 2 ), krátkým svařovacím časem (3 až 8 period 0,16 s) a vyšší svařovací silou (cca 2 000 N) tlak více než 80 N/mm2

Optimální pásmo pro zhotovení svarových odporových spojů I. tvrdý svařovací režim II. - měkký svařovací režim I. B C II. A pásmo s nedostatečným množstvím energie potřebné pro vznik svaru (oblast difuzních spojů) B oblast kombinace parametrů, při kterých dosáhneme dobrých svarových spojů A C oblast kombinace parametrů, kdy dochází k přetížení tepelnou energií roztavený materiál vystřikuje

Tvrdý svařovací režim Současný stav poznání a praxe jednoznačně preferuje tvrdé svařovací režimy Používá se vyšších tlaků, elektrody se tolik neopotřebovávají (snížení přechodového odporu dotyku R d ) Elektrody se méně zahřívají vyšší životnost Režim má vyšší účinnost a větší produktivitu (kratší čas svařování) menší tepelné ztráty menší TOO Menší deformace Nevýhodou jsou vyšší investiční náklady, (svařovací stroj musí být vybaven pneumatickým nebo hydraulickým systémem pro navození patřičného tlaku a elektronickou regulací) Vyšší příkony a přítlačné síly vyšší napětí ve svarových spojích Nutnost pečlivé přípravy svařovaných dílů Tento režim se volí při svařování legovaných ocelí, neželezných kovů a jejich slitin.

Měkký svařovací režim Pro měkký svařovací režim jsou typické větší ztráty energie vedením a sáláním tepla do okolí (díky delším časům svařování). Elektrody jsou nepříznivě tepelně namáhány, proto se rychleji znehodnocují a vyžadují tak častější úpravu a výměnu. Deformace svarového spoje jsou větší a otisky elektrod hlubší a struktura svaru je hrubozrnná (méně pevná). Výhodou tohoto režimu svařování je, že snižuje nebezpečí zakalení materiálu, což je výhodné u ocelí s vyšším obsahem uhlíku. Dále vhodné pro opravy a zpracování znečištěných plechů Vzniká malý průměr svarové čočky, se znatelnými otlaky po okraji, Vyšší spotřeba energie

Časový průběh svařování Svařovací cyklus

Použití bodového svařování

Odporové ŠVOVÉ svařování Obdobný proces svařování jako bodové svařování. Hlavní rozdíl je v tom, že svařovací elektrody jsou otočné a mají tvar kotouče (kladek), mezi nimiž se odvalují svařované díly. Pokud by kladky stály, vytvořil by se pouze jediný bodový svar, stejně jako u bodového svařování.

Odporové INDUKČNÍ svařování Někdy též nezýváno Vysokofrekvenční svařování Při indukčním svařování se využívá tepla vzniklého indukcí ve svařovaných hranách tupého svaru plechů při průchodu střídavého proudu střední nebo vysoké frekvence. Indukční svařování se používá hlavně při výrobě svařovaných trubek. Tento způsob se zařazuje jako švové svařování, ale ve skutečnosti jde o stykové pěchovací svařování

Typy (tvary) používaných elektrod Typy elektrod a jejich nejpoužívanější tvary

Typy (tvary) používaných elektrod Různé druhy svařovacích elektrod Detail chlazení svařovacích elektrod

Materiály elektrod Materiály elektrod jsou tříděny do dvou skupin A a B (podle RWMA Resistence Welder Manufactures Association) a v nich dále do několika podskupin (typů). Obdobný postup třídění elektrodových materiálů je zachován i v platné normě ČSN EN ISO 5182. Skupina A zahrnuje nejpoužívanější elektrodové materiály na bázi mědi a jejich slitin. Materiály se připravují tvářením za tepla, za studena, nebo se používají v litém stavu. Ve skupině A jsou materiály dále rozděleny na 4 typy. Skupina B zahrnuje materiály vyrobené práškovou metalurgií na bázi žáruvzdorných kovů jako je W a Mo. V této skupině je celkem 6 typů materiálů CuCr - nízkouhlík.ocel CuBeCo - legované oceli CuAgCd - slitiny Cu, slitiny Ni

Teplotní ovlivnění elektrod Rozložení teploty v elektrodě - vliv geometrie špičky (F s = 1900 N, t s = 10 period, I s odpovídá velikosti svarové čočky 5 mm)

Trvanlivost elektrod Trvanlivost elektrod určuje počet spojů svařených jedním párem elektrod bez přestavení elektrod a opracování dosedacích ploch. pokles únosnosti spoje při zkoušce smykem na 80% počáteční hodnoty zvětšení plochy elektrod o 35% vznik nerovností na dosedací ploše elektrody

Vliv rostoucího opotřebení elektrod na kvalitu svaru

Odporové VÝSTUPKOVÉ svařování Výstupkové svařování se provádí na svařovacích lisech a svařovací proces je lokalizován do míst přirozených nebo záměrně vytvořených výstupků - nazýváno také bradavkové svařování Před svařením Po svaření vysoce produktivní metoda svařování vhodná pro sériovou a hromadnou výrobu, především drobnějších součástí a dílů

Typy výstupků Výstupky mohou být buď přirozené nebo vyrobené lisováním, obráběním, případně se používají výstupky vkládané. Tvar a vlastnosti výstupků (tuhost a objem) mají výrazný vliv na průběh svařovacího procesu i výslednou kvalitu svaru Výstupky se nesmí deformovat dříve, než dojde k jeho natavení. Teprve potom se výstupek zbortí a nastane svaření. Část nataveného a plastického materiálu se vytlačí ve formě výronku, což je průvodní jev dobře provedeného svaru

Princip výstupkového svařování V počáteční fázi svařovacího procesu je svařovací proud koncentrován do míst dosedu výstupků na druhý svařovaný plech. Zvýšená proudová hustota zajistí ostře ohraničený lokální ohřev a v čase odpovídajícím zhruba zániku přechodových odporů dojde ke zborcení zahřátého výstupku a plechy na sebe dosednou. V dalším průběhu svařovacího procesu roste tavná čočka ve spoji obdobně jako u bodového svařování. Výstupkové svařování se používá pro plechy tlouštěk od 0,4 do 6 mm (výjimečně i více).

Charakter výstupkového svařování Svařovací parametry : Za základní svařovací parametry se u výstupkového svařování považují stejné veličiny jako u svařování bodového. Rovněž lze použít tvrdý a měkký svařovací režim. Při volbě parametrů však nezávisí tolik na svařovaných tloušťkách, ale na půdorysu svarové plochy

Charakter výstupkového svařování Typy vytvářených spojů: Pomocí výstupkového svařování lze vytvářet : přeplátované spoje (v případě prolisovaných výstupků v plechu svar připomíná vícebodový spoj) tupé spoje (vznikají pomocí masivních výstupků, např. u tyčí a trubek), křížové spoje (vznikají překřížením drátů nebo tyčí) speciální spoje (vytvářených pomocí vkládaných výstupků mezi svařované díly).

Zařízení pro odporové svařování

Konstrukce odporového bodového svařovacího stroje 1) píst s elektrickým ovládáním, vedením a zabudovaným držákem elektrody 2) píst s dvojitým zdvihem 3) nastavitelné vysunutí svařovacích ramen 4) nastavitelná rozteč ramen 5) Transformátor 6) nožní pedál pro řízení svařovacího cyklu 7) tělo svařovacího zdroje montážní skříň

Stojanová (statická) bodovka

Stojanová (statická) bodovka S kyvným ramenem S lineárním posunem ramene

Švové svařovací stroje

Svařovací lisy

Závěsné bodovky (bodovací kleště)

Ukázka robotizovaných pracovišť

Systém Delta spot

Automatizace odporového svařování

Mikrosvářečky

Příklady aplikací

Zdroje pro stykové svařování

Děkuji za pozornost