3D microposuv 3DMP01 pre zváranie pod tavivom

Vývoj a výroba 3D microposuvu 3DMP01 pre zvárací automat na zváranie pod tavivom

Ing. Pavol VIŠŇOVSKÝ, pavol.visnovsky@c-cw.sk

Ing. Mário VANTAR, mario.vantar@c-cw.sk

Ing. Peter VIŠŇOVSKÝ, peterv@c-cw.sk

CONSULTING & CONTROL OF WELDING, s.r.o., Žilina

Abstrakt: Článok popisuje vývoj a výrobu trojdimenzionálneho microposuvu pre zváranie pod tavivom. Toto zariadenie rieši problematiku presného vstavenia zváracej hlavy automatu a jej presné ovládanie pre zmenu polohy v 3 osiach.

Abstract: The article describes development and production of three-dimensional micro mover for submerged-arc welding. This machine solves problem about exact centring of welding automats' head and it`s exact operating by change of position in all three centre lines.

1. Zváranie pod tavivom

Pri technológii zvárania pod tavivom (SAW) horí oblúk medzi holou kovovou elektródou a základným materiálom pod vrstvou taviva nasypaného do miesta zvaru. Roztavením taviva vzniká tekutá troska, ktorá má podobné funkcie ako troska vzniknutá roztavením obalu elektródy.

Zváranie pod tavivom sa väčšinou vykonáva plne mechanizovanými zariadeniami. Podávanie a posuv drôtu sú mechanizované. Zapaľovanie oblúka a vypĺňanie krátera na konci zvaru je automatizované. Uvedené zvláštnosti automatického zvárania zabezpečujú zvýšenie produktivity a vyššiu kvalitu zvarových spojov v porovnaní s ručným oblúkovým zváraním.

Vďaka vysokému výkonu odtavenia je táto metóda obzvlášť vhodná na výrobu vysoko-kvalitných dlhých rovných spojov vo vodorovnej polohe. Vo veľkom rozsahu sa využíva pri výrobe tlakových nádob, chemických zariadení, ťažkých konštrukcií, pri opravách a stavbe lodí.

1. prívod prúdu

2. kladky - podávacie zariadenie

3. elektróda – drôt

4. kúpeľ tekutej trosky

5. tavivo

6. stuhnutá troska

7. zvar – stuhnutý

8. základný zváraný materiál

9. tekutý kovový kúpeľ

10. elektrický oblúk

Tavivo sa do miesta zvaru sype z násypky, pričom nespotrebované tavivo je možné znovu použiť odsávaním a nasledovnou rekuperáciou.

Hlavné parametre zvárania pod tavivom sú: zvárací prúd, napätie, priemer elektródy, rýchlosť zvárania, rýchlosť podávania drôtu, vyloženie voľného konca elektródy. Sekundárne parametre zvárania: uhol sklonu elektródy resp. zvarku a hrúbku tavivovej vrstvy.

Pri zváraní pod tavivom sa používa jednosmerný prúd (+ pól je na elektróde) a striedavý prúd. Jednosmerné zdroje zváracieho prúdu do 3,2 mm majú plochú statickú charakteristiku, zdroje na striedavý prúd a zdroje na jednosmerný prúd pre elektródy hrubšie ako 4 mm majú statickú charakteristiku strmú. Pri plochej statickej charakteristike klesá napätie pri vzrastajúcom zváracom prúde pozvoľne, čo pri konštantnej rýchlosti podávania drôtu umožňuje automaticky stabilizovať dĺžku oblúka. Dĺžka oblúka môže byť tiež regulovaná riadiacim systémom zváracieho zariadenia, ktorý monitoruje napätie na oblúku a zmenou rýchlosti podávania drôtu mení na požadovanú hodnotu i dĺžku oblúka. Typické hodnoty zváracích prúdov sa pri zváraní pod tavivom pohybujú okolo 1000 A.

2. Riadenie procesu zvárania pod tavivom

Pri riadení samotného procesu zvárania pod tavivom je zložité:
- udržať stabilnú vzdialenosť holého drôtu od zváraného materiálu (výlet drôtu).- presné vedenie
- zváracieho drôtu v strede zvarových plôch, alebo nad stykom dvoch plôch, ktoré sa
budú zvárať.

Tieto vyššie opísané vlastnosti sú obzvlášť dôležité pri zváraní austenitických ocelí.

Na základe optimalizovania polohy elektród vznikla požiadavka skonštruovať zariadenie, ktoré zabezpečí v minimálnom čase nastavenie zváracej hlavy so zváracím horákom a príslušným výletom drôtu na miesto zvarových plôch pripravených pre zváranie.

V dôsledku toho bolo navrhnuté zariadenie typu 3DMP01 (Obr.2), ktoré má možnosť korigovať umiestnenie zvarovej hlavy so zváracím drôtom v troch osiach.

Rozsah posuvu v osiach:

x ± 250 mm

y ± 125 mm

z ± 125 mm

Vzdialenosť osi Z, ktorá zabezpečuje vzdialenosť zváracej hlavy od zváraného materiálu je riadená pomocou induktívneho snímača s analógovým výstupom. Funkcia tohto snímača spočíva v tom, že pred samotným procesom zvárania sa nastaví poloha zváracej hlavy od zvarovaného materiálu (čiže výlet drôtu), potvrdí sa pomocou tlačidla na ovládacom paneli a počas celého procesu zvárania sa vzdialenosť udržuje v definovanej hodnote, viď Obr. 3.

Všetky osi je možné ovládať pomocou ovládača umiestneného na ovládacom paneli. Na paneli je umiestnený farebný display, na ktorom je možné sledovať a korigovať v osiach x a y celý proces navádzania do miesta zvárania ako aj samotný proces zvárania. V prípade, ak sa zariadenie mikroposuvu dostane do koncovej polohy alebo vznikne iný nepredvídaný problém, na ovládacom paneli sa rozsvieti dióda, ktorá signalizuje na ktorej konkrétnej osi vznikol problém, viď Obr.4.

Na Obr. 5 je možné vidieť časť zváracej hlavy spolu s kamerovým systémom, navádzacím mechanickým systémom, indukčným snímačom a kompletným príslušenstvom pre zváranie.

Neoddeliteľnou súčasťou zariadenia je zvárací zdroj a zváracia hlava.

1. Multiprocesorový zvárací zdroj typu DC-655 od firmy LINCOLN ELECTRIC, ktorá je lídrom vo zváraní pod tavivom. Jeho zaťažovateľ DZ je 650A pri 100%. Je to zdroj jednosmerného zváracieho prúdu, ktorým možno ovládať viacnásobný zvárací proces pre CV alebo CC. Jednotka má schopnosť splniť požiadavky náročných zváracích prác.

Charakteristické vlastnosti zváracieho zdroja:

- 82% energetická účinnosť
- Kompletný rozsah ciachovanej regulácie výstupného napätia a prúdu umožňuje jednoduchú obsluhu.
- Oddelené svorníky výstupu výkonu pre voľbu vysokého alebo nízkeho indukčného odporu.- CC Arc 
  Force (intenzita el. oblúka ss prúdu) regulačný gombík so zabudovaným „Hot Start“.
- Voliteľný kľudový režim obzvlášť pre úsporu energie s časovačom na prerušenie práce, zníži výkon,
  v prípade že zdroj nie je v činnosti.
- Výroba pod certifikovaným systémom riadenia akosti podľa požiadaviek ISO 9001.
- Vyhovuje IEC974-1 a CE normám pre bezpečnosť a spoľahlivosť.

2. Zváracia hlava bola použitá taktiež od spoločnosti LINCOLN ELECTRIC s označením

NA-5. Charakteristické vlastnosti zváracej hlavy:

- Regulácia pevnej fázy elektrického obvodu umožňuje presné riadenie procesu zvárania, zapaľovacích   charakteristík, rovnako ako veľkosť a tvar zvarovej húsenice.- Jednoduché zariadenie pre široký
  rozsah procesov, rýchlosti podávania a veľkosti priemeru drôtu.
- Kompaktná jednotka s výbornou flexibilitou pre upevnenie do jednoduchých prípravkov alebo do  
  najväčších komplexných automatických výrobných liniek.
- Masívna konštrukcia minimalizuje prestoje a čas na údržbu.
- Výroba pod certifikovaným systémom riadenia kvality podľa požiadaviek ISO 9001.

Vyhovuje IEC974-1 a CE normám pre bezpečnosť a spoľahlivosť.

Dané zariadenie bolo navrhnuté, vyrobené a dodané spoločnosťou CONSULTING & CONTROL OF WELDING, s.r.o. Žilina. Umiestnené je u zákazníka, kde spoľahlivo pracuje už viac ako 2 roky.

Na základe požiadavky zákazníka sme navrhli a vyrobili zariadenie, ktoré sa používa pri zváraní vnútorných zvarov tlakových nádob.

Zariadenie typu 3DMP02 je konštrukčne riešené tak, aby sa mohlo použiť do priemeru ø 700mm.

Kompletné zariadenie 3DMP01 je certifikované spoločnosťou TÜV SÜD, viď Obr. 8.