Numer 01/2012 (4)
Od Autora Spis treści W pierwszym wydaniu roku 2012 kontynuacja Kącika inżyniera procesu oraz dalszy ciąg cyklu o lutowaniu piecowym. Dział kontrola jakości został przygotowany przez TÜV Rheinland i jest całkowicie poświęcony badaniom konstrukcji spawanych metodą prądów wirowych ET. Interesującym artykułem jest także materiał przygotowany przez naszą czytelniczkę pracującą w Norwegii, zajmującą się spawalnictwem. Wszelkie propozycje materiałów jakie powinny się znajdować w e-wydaniu proszę zgłaszać na maila znajdującego się na stronie www.e-spawalnik.pl. Strona e-spawalnik zmienia swój układ, który będzie bardziej przyjazny użytkownikom, prace powinny się skończyć z końcem stycznia 2012. Kontrola jakości..3 Szkolenia..7 Praca..8 Technologie.....10 Kącik Inżyniera Procesu....15 Lutowanie piecowe..23 Nowości.. 33 Targi.35 Ocena radiograficzna spoin..37 R.G. 2
Możliwości badań konstrukcji spawanych metodą prądów wirowych ET Kontrola Jakości Badania nieniszczące (Non Destructive Testing) to zbiór metod weryfikacji zgodności wyrobu lub konstrukcji zgodnie z założeniami wytrzymałościowymi, które przekładają się na bezpieczeństwo samego człowieka i stosowanej przez niego techniki. Ranga metod badań nieniszczących stosowanych w praktyce nabiera ostatnimi laty coraz większego znaczenia, co jest spowodowane uświadomieniem producentów o konieczności monitoringu bezpieczeństwa eksploatacji coraz bardziej wyrafinowanych technicznie konstrukcji oraz równoległym rozwojem poszczególnych metod, w tym badań prądami wirowymi ET. Metoda ET opiera swoje podstawy fizyczne na prawie indukcji elekromagnetycznej wraz z regułą Lenz a. Założeniem podstawowym jest przewodność elektryczna materiału badanego. W uproszczeniu, celem łatwiejszego zrozumienia metody, można ją porównać do zasady działania transformatora. Opiera się ona na indukcji wzajemnej dwóch cewek nawiniętych na rdzeń transformatorowy. Rolę uzwojenia pierwotnego pełni cewka wzbudzająca sondy ET. Rolę uzwojenia wtórnego pełni materiał badany, który jest monolitem. Płynie w nim prąd zwarcia w kierunku najbardziej dogodnym po okręgu. Jest to prąd wirowy płynący w materiale badanym. Wytwarza on również własne pole magnetyczne, które jest zawsze przeciwnie skierowane do pola cewki wzbudzającej sondy. Jeżeli płynący prąd wirowy trafi na przeszkodę, np. w postaci nieciągłości lub obszaru o gorszej przewodności (obszar o innej strukturze), wówczas mamy do czynienia z osłabieniem przepływu, a więc i ze słabszym polem magnetycznym odpowiedzi skierowanym przeciwnie. W ten sposób układ zauważa pewną różnicę w stosunku do zdrowego materiału próbki odniesienia. Powstaje stan ustalony w postaci napięcia wypadkowego na cewce wzbudzającej sondy. Można również śledzić odpowiedź całego układu w odrębnej cewce pomiarowe jsondy. W zależności od zastosowanego układu cewek w sondzie spotyka się różne warianty podłączeniowe i konstrukcyjne. Istota wykorzystania opisanej w skrócie fizyki do wykrywania nieciągłości polega na nauczeniu systemu, jak wygląda sygnał pochodzący od nieciągłości. Porównuje się odpowiedź z próbki odniesienia posiadającej zdefiniowaną nieciągłość sztuczną lub naturalną, z obiektem rzeczywistym. Prąd przemienny wzbudzenia Prąd pomiarowy Pierwotne pole magnetyczne Sensor Obiekt badania Prądy wirowe EC Pole magnetyczne prądów wirowych EC Metoda ET zasada badania, wykorzystanie indukcji elektromagnetyczne [źródło: Casp System Sp. z o.o.] 3
Kontrola Jakości Podstawowe warunki brzegowe / założenia metody ET to: przewodnictwo elektryczne badanego obiektu, próbka odniesienia wykonana z materiału o tych samych co obiekt badania własnościach przewodnictwa elektrycznego i własnościach magnetycznych, próbka odniesienia mająca tą samą geometrię co obszar badany na obiekcie, spadek gęstości występowania prądów wirowych wraz ze wzrostem głębokości ich wnikania, a co za tym idzie wraz ze spadkiem częstotliwości wzbudzania sondy, spadek czułości wykrywania nieciągłości wraz ze wzrostem głębokości wnikania. Do istotnych zalet metody ET należą: brak konieczności stosowania środka sprzęgającego pomiędzy sondą a powierzchnią, badania w dużej mierze bezkontaktowe, możliwość badania wadliwości powierzchni przez powłoki: warstwy galwanicznie lub farby antykorozyjne oraz badań produkcyjnych z dużymi prędkościami w przypadku rur, prętów, drutów do 30 m/s, możliwość badania wadliwości obiektu, zmian struktury, zmian obróbki cieplnej, zmian twardości, możliwość pomiaru grubości warstw, pomiaru wielkości ubytku korozyjnego, pomiaru przewodności elektrycznej właściwej, badań odchyłek kształtu. Biorąc pod uwagę powyższe cechy, należy rozróżnić dwa obszary zastosowań metody ET: badania zautomatyzowane na liniach produkcyjnych (rury bez szwu, rury ze szwem, pręty, kształtowniki, szyny, druty, blachy), badania ręczne, diagnostyczne (części maszyn, elementy konstrukcyjne). Zmiany i postać sygnału wiroprądowego są zależne w głównej mierze od zmian takich parametrów obiektu, jak: przewodność elektryczna właściwa, przenikalność magnetyczna, wadliwość materiałowa, geometria powierzchni badanej. Wszystkie powyższe parametry leżące po stronie obiektu badania mają wpływ na rozkład przepływu prądu wirowego. Chcąc śledzić zmiany jednego parametru, należy znać zachowanie się sygnału przy zmianie parametrów każdego z osobna. Filozofia badania sprowadza się do zastosowania właściwej próbki odniesienia i kalibracji systemu w taki sposób, aby dokonując nastaw podstawowych parametrów badania (częstotliwość wzbudzania sondy, wzmocnienie sygnału, faza, nastawy filtrów częstotliwości sygnału), wyodrębnić sygnał użyteczny. W przypadku badania wadliwości obiektu, sygnałem użytecznym jest sygnał od nieciągłości. Sygnałami zakłócającymi są sygnały pochodzące od zmian geometrii powierzchni, przewodności elektrycznej, przenikalności magnetycznej. Z kolei zmiany struktury materiału spowodowane np. obróbką cieplną są ściśle związane ze zmianami przewodności elektrycznej i przenikalności magnetycznej materiału badanego. Badanie prądami wirowymi złączy spawanych ma bardziej złożony charakter. Podstawowym utrudnieniem jest geometria powierzchni samej spoiny. W przypadku powierzchni obrabianej mechanicznie, po spawaniu łukiem krytym, spawaniu zmechanizowanym TIG, spawaniu laserowym, geometria powierzchni nie zakłóca w istotny sposób sygnału wiroprądowego. Jeżeli mamy do dyspozycji surową powierzchnię spoiny wykonanej, np.: metodą 111, 135, 136, sytuacja jest trudniejsza. Trzeba też uwzględnić zmiany strukturalne pomiędzy spoiną a SWC, materiałem rodzimym a SWC. Praktyka pokazuje, że kluczową rolę we właściwej kalibracji systemu do badań ET odgrywa próbka odniesienia, uwzględniająca wpływ powyższych czynników na postać sygnału 4
Kontrola Jakości od wady. Kluczowym jest również właściwy dobór sondy. Obecnie do dyspozycji są specjalistyczne sondy do badań spoin, w których spróbowano wydzielić fazowo sygnał pochodzący od nieciągłości (pęknięcia, przyklejenia) od sygnału pochodzącego z geometrii powierzchni spoiny. Ciekawym zastosowaniem metody ET w tym obszarze jest badanie konstrukcji ocynkowanych lub z pokryciem antykorozyjnym na okoliczność pęknięć materiału bazowego. Warstwy będące powierzchnią badania, ze względu na brak określonych własności magnetycznych i zazwyczaj znaczną grubość (średnio 100 300 µm), są przeszkodą w przeprowadzeniu badań MT lub PT. Metoda ET nie wymaga dodatkowych środków, takich jak zawiesina magnetyczna w MT lub system penetracyjny w PT. Miejsca szczególnie wytężone w konstrukcji mogą być sprawdzane w czasie jej eksploatacji poprzez warstwę ocynkowaną lub farbę antykorozyjną bez konieczności jej miejscowego usuwania. Pęknięcie na konstrukcji ocynkowanej [źródło: SLV Halle GmbH] Podsumowując powyżej omówione zagadnienia, można stwierdzić, że możliwości metody wynikają z ilości czynników, które mają wpływ na zachowanie się sygnału od prądów wirowych. Bardzo ważna jest umiejętność odseparowania sygnałów pochodzących w danym momencie od czynnika zakłócającego. Znajomość istotnych ograniczeń metody jest nie do przecenienia. Obszar badań ET złączy spawanych przedstawia się następująco: możliwość badań pod kątem pęknięć powierzchniowych i leżących pod warstwą np. ocynkowaną lub farby, metoda badania czysta, tzn. bez dodatkowych środków pomocniczych przy użyciu samej sondy, możliwość sterowania wnikaniem prądów wirowych na daną głębokość, tzn. obszar badania nie jest ograniczony tylko do samej powierzchni, co czyni metodę ET w pewnym zakresie objętościową, duży wpływ nierówności powierzchni na sygnał wiroprądowy; przy surowych powierzchniach lica spoiny, np. w metodzie 111 badanie jest bardzo utrudnione (im gładsza powierzchnia złącza, tym mniej wskazań zakłócających pochodzących od geometrii), zasadniczy wpływ próbki odniesienia z wadą wzorcową na możliwość badania; wymaga się jak najdokładniejszego odwzorowania rzeczywistych warunków badania na próbce 5
Kontrola Jakości odniesienia w postaci wykonania jej z tego samego materiału, o tych samych własnościach magnetycznych i przewodnictwa elektrycznego oraz o tej samej geometrii powierzchni, wymagany wysoki poziom kwalifikacji personelu, podparty prawidłowym oraz praktycznym szkoleniem wg EN 473 oraz stosowaniem dobrej praktyki badań. Podejście do rozwiązania konkretnej problematyki badawczej (dobór techniki badania, kryteriów oceny) będzie zależne od powyższych punktów w powiązaniu z obowiązującymi normami i przepisami w obszarze badań ET. mgr inż. Roman Gruca uprawnienia NDT: ET3, RT3, UT3, MT3, PT3, VT3 wg EN 473 Kierownik Sekcji Certyfikacji Personelu Badań Nieniszczących Jednostka Certyfikująca Personel NDT TÜV Rheinland Industrie Service GmbH przy TÜV Akademia Polska Sp. z o.o. 6
Szkolenia NAJBLIŻSZE SZKOLENIA BRANŻOWE TÜV Akademia Polska należąca do międzynarodowego koncernu TÜV Rheinland zaprasza Państwa na specjalistyczne szkolenia. Seminaria spawalnicze - Spawalność stali wysokostopowych analiza przypadków, 26 stycznia 2012 r., Zabrze Szkolenia techniczne - Dyrektywa 97/23/WE (PED), 30-31 stycznia 2012 r., Zabrze - Dyrektywa maszynowa 2006/42/WE, 27-28 lutego 2012 r., Zabrze Szkolenia z zakresu badań nieniszczących - Badania magnetyczno-proszkowe MT (1+2), 9-13 stycznia 2012 r., Zabrze - Badania radiograficzne RT 1, 9-18 stycznia 2012 r., Zabrze - Badania ultradźwiękowe UT 1, 16-26 stycznia 2012 r., Zabrze - Badania wizualne VT (1+2), 23-27 stycznia 2012 r., Zabrze - Badania penetracyjne PT (1+2), 6-10 lutego 2012 r., Zabrze - Badania ultradźwiękowe UT 2, 13-24 lutego 2012 r., Zabrze Szkolenia z zakresu badań nieniszczących 3. stopnia - Szkolenie podstawowe BASIC, 28 lutego-9 marca 2012 r. - Badania magnetyczno-proszkowe MT 3, 19-22 marca 2012 r. - Badania radiograficzne RT 3, 27 marca-2 kwietnia 2012 r. - Badania wizualne VT 3, 11-13 kwietnia 2012 r. - Badania penetracyjne PT 3, 15-17 maja 2012 r. - Badania ultradźwiękowe UT 3, 29 maja-4 czerwca 2012 r. - Badania prądami wirowymi ET 3, 25-29 czerwca 2012 r. Wszystkie szkolenia 3. stopnia, włącznie ze szkoleniem BASIC, odbywają się w ośrodkach zewnętrznych na terenie kraju. Więcej informacji na stronie www.akademia.tuv.pl, pod numerem telefonu 32 273 21 82 oraz adresami e-mail: aleksandra.pieniazek@pl.tuv.com (seminaria spawalnicze i szkolenia techniczne) lub daria.hawrot@pl.tuv.com (szkolenia z zakresu badań nieniszczących). TÜV Akademia Polska Sp. z o.o. ul. Wolności 327 41-800 Zabrze www.akademia.tuv.pl akademia@pl.tuv.com 7
Stavanger, 28.12.2011 Dobry spawacz w dobrej cenie- polski spawacz w Norwegii. Norwegia zalicza się do czołowych miejsc na Świecie o najwyższym poziomie rozwoju gospodarczego a zarazem i najwyższym standardzie życia. W dużej mierze fakt ten Norwegowie zawdzięczają złożom ropy i gazu na Morzu Północnym, co wiąże się z szeroko rozwiniętym przemysłem naftowo-gazowym. Nic więc dziwnego że największe zapotrzebowanie na personel pracowniczy (także wykwalifikowany personel) w tym spawaczy występuje właśnie w tej branży. Początek rozwoju przemysłu naftowo-gazowego w Norwegii datuje się na lata 60-70 ubiegłego wieku kiedy to odnaleziono złoża ropy i gazu. Wiele platform wydobywczych budowanych w tamtym okresie na dzień dzisiejszy wymaga renowacji i modernizacji w celu zwiększenia wydajności wydobycia lub konieczności wymiany podzespołów na nowe. Największe zapotrzebowanie występuje na spawaczy TIG oraz MIG/MAG, którzy potrafią spawać rurociągi działające w systemach wysokociśnieniowych, gdzie jakość spawu musi być na najwyższym poziomie. Konstrukcje stalowe na offshore spawa się głównie metodami 136- drutem proszkowym lub metodą zmechanizowaną 12 w łuku krytym. Bardzo rzadko wykonuje się spawy tradycyjną elektrodą-111. Oprócz zwykłej stali węglowej oraz stali węglowej o wysokiej wytrzymałości bardzo często można spotkać się z zapotrzebowaniem na umiejętność spawania stali nierdzewnych typu duplex, super duplex, stali austenitycznych 6Mo i TP316 czy stali węglowej pokrytej tzw. claddingiem ze stali nierdzewnej lub stopów niklu. Praca Na zdjęciu załadunek 160m 36 P12 spool, która jesienią 2011 roku została zainstalowana na dnie Morza Północnego w celu transportu gazu z pola naftowego Troll na Kollsnes. Linia została zainstalowana poprzez spawanie hiperbaryczne na głębokości 165m. Prefabrykacja rurociągu odbyła się na stoczni BG Rosenberg w Stavanger. 8
Wzrasta również zapotrzebowanie na operatorów chętnych do pracy na offshorena Morzu Północnym. Należy wziąć udział w specjalnym kursie BHP i zdać egzamin z zasad bezpieczeństwa obowiązujących na platformie. W tym przypadku znajomość języka angielskiego lub norweskiego jest konieczna. Koszt takiego kursu oscyluje w granicach 9tys. PLN. Na Morzu Północnym pracuje się w systemie rotacyjnym ( typowo 2 tygodnie pracy, 3 tygodnie wolnego na lądzie). Przeciętne miesięczne zarobki spawacza pracującego na offshore wynoszą około 13-14 tys. PLN. Młodzi ludzie w Norwegii, którzy planują pracować w zawodzie spawacza muszą ukończyć 4-letnią szkołę na poziomie zawodowo- technicznym a następnie przebywać na 2-letnich praktykach szkoleniowych w firmie, która takie praktyki oferuje. Kandydat na spawacza odbywający praktyki otrzymuje średnią pensje odpowiadającą około 4 tys. PLN. Po tym okresie należy zdać egzamin końcowy, otrzymując tzw. Fagbrev, który potwierdza umiejętność spawania i odpowiednią wiedze w tej dziedzinie. Średnia miesięczna pensja spawacza pracującego w Norwegii wynosi około 9-10 tys. PLN przy normalnym 37.5 godzinnym tygodniu pracy. Od polskich spawaczy przyjeżdżających do pracy w Norwegii wymagane są nie tylko certyfikaty i dokumenty potwierdzające lata doświadczenia. Każda z firm przed zatrudnieniem wykonuje tzw. Site-test -test praktyczny. Spawacz musi wykonać próbkę spawalniczą, która następnie poddawana jest odpowiednim testom NDT. Według normy NS-EN 287 certyfikaty spawalnicze wydawane są na okres 2 lat. Koordynator spawalniczy w danej firmie ma obowiązek potwierdzania, że dany spawacz pracował w zakresie wymienionym na certyfikacie w okresie ostatnich 6 miesięcy. Ze względu na brak dokładnych informacji, firma potwierdza umiejętność każdego nowego spawacza poprzez wykonanie próbki spawalniczej. Jaka jest różnica co do warunków pracy spawacza w Norwegii i w Polsce? Nie tylko różnica w zarobkach ale również w systemie pracy. Praca w Norwegii jest mniej stresująca, liczy sie jakość a nie czas wykonania. Nikt nikogo nie pogania to wydaje się to być obraźliwe w tutejszej kulturze. Brak pośpiechu i praca w normalnym tempie i atmosferze powoduje że spada ilość błędów spawalniczych a wiec i konieczność poprawek, niepotrzebnego stresu - odpowiada Mariusz -polski spawacz pracujący na jednej z norweskich stoczni. Praca Magdalena Winczewska Inzynier Materialowy/ Spawalnik- IWE Bergen Group Rosenberg, Stavanger 9
Przygotowanie do spajania Technologie czyli fazowanie krawędzi podczas cięcia Przygotowanie faz spawalniczych poprzez cięcie w wielu płaszczyznach. Wszyscy spawalnicy i technolodzy produkcji doskonale znają problem wynikający z konieczności wykonywania kątowego układu płaszczyzn na krawędziach elementów przeznaczonych do spawania. Problem tym większy im większe gabarytowo są pojedyncze elementy, tak jak w przypadku przemysłu stoczniowego czy mostowego, lub kiedy elementy są wykonywane ze znacznej grubości materiałów, jak np. w przemyśle górniczym czy wojskowym. Rys 1: Manualne przygotowywanie faz spawalniczych `Fazowanie elementów grubościennych zawsze stanowiło duży problem i było czasochłonne. Do dziś większość zakładów wycina elementy pod kątem prostopadłym, a następnie poprzez zastosowanie dodatkowych stanowisk przygotowuje fazy spawalnicze. Wygląda to następująco: po wycięciu elementu jest on ściągany z przecinarki i transportowany na inne stanowisko, gdzie za pomocą frezarki, palnika tlenowego lub plazmowego następuje ukosowanie. Logistyka całego procesu produkcyjnego wydłuża się znacznie, co w konsekwencji podnosi koszty. Możliwość fazowania blach już podczas cięcia znacznie usprawnia cały proces oraz bezpośrednio wpływa na skalę korzyści ekonomicznych. Dzisiejszy postęp techniczny pozwala na zastosowanie następujących technologii do fazowania blach: cięcie wodą, cięcie laserem, cięcie plazmą oraz cięcie tlenem. Pierwsze dwie spośród wymienionych stosowane są przede wszystkim w węższym zakresie przy specjalistycznej produkcji. Już sam ich zakup jak i eksploatacja są drogie. Ze względu na szerokie możliwości zastosowania, z pewnością większym zainteresowaniem cieszą się przecinarki bazujące na technologii plazmowej i tlenowej. Powód jest oczywisty. Do produkcji konstrukcji spawanych najczęściej używa się stali konstrukcyjnej z grubością 10
materiału od 4 do 50 mm. Tego typu przecinarki przy dużo wyższej efektywności są znacznie tańsze (koszt zakupu i eksploatacji). Praktyczne testy ukosowania pod kątem 45 przecinarką plazmową wykazały, że świetnie sprawdza się ona przy blasze o grubości od 1 do 35 mm, podczas gdy przecinarka, w której stosuje się do ukosowania palnik tlenowy, skuteczna jest w zakresie grubości materiału nawet do 200 mm. Konstrukcja maszyny z przeznaczeniem do fazowania blach jest znacznym wyzwaniem dla producentów przecinarek. Wymagania związane z konstrukcją są niemałe. Szczególnie technologia sterowania wymaga nowych impulsów. Kluczem do osiągnięcia wysokiej jakości krawędzi jest zachowanie stałej odległości palnika od materiału, szczególnie przy cięciu plazmowym. Problemem jest to, że z reguły cięty materiał nie ma absolutnie gładkiej powierzchni. Ponadto, materiał ulega naprężeniom oraz tymczasowym wpływom termicznym, które wywiera plazma podczas cięcia, szczególnie przy cienkich blachach. Przy cięciu plazmą, elementem referencyjnym do pomiaru odległości palnika od materiału jest napięcie łuku plazmowego. To w zasadzie łatwe do zmierzenia napięcie jest jednak uzależnione od wielu parametrów. Poza wysokością palnika, istotny jest relatywny kąt nachylenia palnika, prąd oraz mieszanka gazu. Kontrola tak kompleksowego procesu wymaga komputerowego sterowania ruchem oraz adaptacyjnego regulowania wysokością. Technologie Rys 2: Ukosowane krawędzie w elemencie ze stali nierdzewnej o grubości 30 mm Ukosowanie lub fazowanie w branży często określane są jako cięcie 3D lub cięcie wieloosiowe. Wynika to z faktu, iż maszyna, która umożliwia wykonanie takiej operacji posiada jednocześnie takie funkcje jak: duży kąt obrotowy pozwalający na swobodny obrót osi z w zakresie co najmniej +/- 360, kąt wychylenia do 45 oraz najwyższą dokładność 11
Technologie pozycjonowania palnika. Jedynym takim narzędziem produkowanym w Polsce i jednym z najlepszych rozwiązań na świecie jest Głowica 3D legnickiej firmy ECKERT. Rys 3: Przecinarka wyposażona w głowicę 3D z palnikiem plazmowym Dodatkowym atutem systemów ukosujących jest możliwość fazowania rur bezpośrednio podczas cięcia. Podobnie jak w przypadku blach, taka możliwość znacznie usprawnia logistykę i redukuje koszty. Ma to ogromne znaczenie przy dużych przedsięwzięciach, jak np. budowa stadionu czy mostu, podczas której wykorzystanych zostaje często kilka tysięcy rur z wielokrotnością ich łączeń. Rys. 4: Przykład przygotowanych faz spawalniczych 12
Technologie Dużą pomocą przy tworzeniu takich konstrukcji jest specjalne oprogramowanie typu CAD, jak np. SheetCAD, Lantek lub TubeCUT niemieckiej firmy ZIS, które wykorzystuje w pełni możliwości maszyny oraz samodzielnie oblicza ilość materiału oraz sposób i ilość łączeń, redukując czas obliczeń oraz zmniejszając do minimum błędy kalkulacyjne. Rys. 5: Symulacja przygotowywania fazy spawalniczej w programie TubeCUT Ze względu na faktory ekonomiczne dla wielu przedsiębiorstw priorytetem staje się udoskonalenie procesu cięcia oraz przygotowania faz spawalniczych, a zakup przecinarki umożliwiającej takie udoskonalenie stanowi inwestycję w przyszłość. ECKERT AS Spółka z o.o. ul. Pawicka 4c 59-220 Legnica www.eckert.pl 13
14
Kącik inżyniera procesu Autor: procesowiec Jak wiadomo spawanie metodą MIG/MAG poza swoją wydajnością, jest prosta w mechanizacji jak również coraz częściej w automatyzacji. W innym wątku wstępnie przedstawiliśmy charakter spawania omawianą metodą jednakże materiał zawarty w tym artykule będzie dopełnieniem, kontynuacją myśli. Na poniższym rysunku przedstawiłem istotę spawania metodą MIG/MAG - składniki, które wchodzą w skład wykonanej spoiny. Źródło: http://www.castorama.pl 1. Podział metod spawania ze względów na wykonywanie. Jedną z metod podziału spawania może być rozróżnienie na Spawanie ręczne Spawanie półautomatyczne Spawanie automatyczne (zrobotyzowane) Tematem przewodnim tego kącika będzie spawanie zrobotyzowane, co rozumiemy jako wykonanie spoiny bez udziału czynnika ludzkiego, nasza praca sprowadza się tylko do monitorowania procesu, co znacznie pozwala na zmniejszenie załogi tylko do osób ustawiających części do spawania a nie rzadko nawet tylko do monitoringu jak np. przy produkcji karoserii samochodowej gdzie to roboty wykonują wszystkie czynności począwszy od pobrania elementu, poprzez jego zgrzanie bądź przyspawanie i tak w kółko. 15
Kącik inżyniera procesu Często proces spawania automatycznego jest kojarzony ze spawaniem łukiem krytym grubych elementów, zapewniając zadowalającą wydajność i bardzo dobrą jakość wykonanej spoiny. Poniżej zamieściłem właśnie przykład takiego spawania. Źródło: http://pl.wikipedia.org Jednakże w mojej branży spawanie w osłonie gazów ochronnych elektrodą topliwą przy udziale robotów jest na pierwszym miejscu. Dla podsumowania dodam, że robot w piątek pod koniec zmiany nie myśli o domu, nie choruje, nie chodzi do toalety czy ucina, krótką pogawędkę z młodą Pani inżynier, tylko wykonuje swoją pracę tak jak w każdy inny dzień i z taką samą wydajnością, dlatego tak będę cały czas podkreślać, że robot to przyszłość, wydajność i oszczędności w spawaniu nawet małoseryjnych elementów. 16
Kącik inżyniera procesu 2. Odmiany procesu spawania metodą MIG/MAG Poniżej opiszę szczegółowo każdą odmianę spawania metodą MIG/MAG, z których większość pewnie znacie, ale tutaj będziecie mieli to zebrane w jedna całość, zakończone własnymi, subiektywnymi wnioskami. 17
2.1 Proces STT Kącik inżyniera procesu Pierwszą odmianę spawania MIG/MAG jaką przedstawię to proces STT (ang. surface tension transfer - przenoszenie silami napięcia powierzchniowego) jest procesem spawania tukiem zwarciowym ze sterowaniem przenoszenia metalu silami napięcia powierzchniowego, za pomocą przebiegu prądowo-napięciowego przedstawionego poniżej. Wymaga on źródła prądu spawania z realizującym ten przebieg układem sterowania. W procesie STT występują istotne różnice w porównaniu ze spawaniem tradycyjnym MIG/MAG. W przypadku źródła STT, w przeciwieństwie do tradycyjnego źródła prądu, gdy drut zaczyna się stykać z jeziorkiem spawalniczym (chwila Ti na rysunku obok), następuje natychmiastowe zmniejszenie wartości natężenia prądu bazowego (natężenie prądu bazowego w czasie T 0 do T 1, wynosi 50 100 A) i zostaje wyeliminowane tzw. zwarcie początkowe. Zmniejszona wartość prądu (ok. 10 A) jest utrzymywana przez krótki czas (ok. 0,75 ms) do chwili, gdy siły napięcia powierzchniowego zaczynają przenosić kroplę do jeziorka spawalniczego, tworząc ich mechaniczne połączenie. Dopiero wtedy, w chwili T, jest nakładany prąd zwarcia o dużej wartości w celu przyśpieszenia oderwania kropli. 2 Ilość ciepła wytwarzanego w tym czasie nie jest duża, ponieważ duże natężenie prądu znacznie skraca czas zwarcia. Wartość tego prądu zwiększa się w sposób liniowy; jednocześnie jest obserwowane ściskanie ciekłego metalu u nasady drutu i tworzenie przewężenia między drutem a kroplą. Kiedy przekrój przewężenia osiąga krytyczną wartość T ), kropla jest gotowa oddzielić się (po zwężeniu maleje siła napięcia powierzchniowego ( 3 działająca na kroplę ze strony drutu), prąd zwarcia jest błyskawicznie (w ciągu mikrosekund) redukowany do małej wartości (ok. 5 A), jeszcze zanim nastąpi rozerwanie przewężenia. Dzięki temu oderwanie kropli odbywa się przy niskiej wartości prądu ( T 4 ), bez efektu eksplozji, w wyniku przeważającej siły napięcia powierzchniowego działającej na kroplę od strony jeziorka spawalniczego. Zaraz po oderwaniu kropli następuje ponowne zajarzenie 18
Kącik inżyniera procesu 01/2012 łuku przy wysokim natężeniu prądu ( T 5 T 6 ). Krótkotrwały impuls prądu, o natężeniu do 450 A, rozszerza łuk, który nadtapia powierzchnię materiału na większej szerokości, przyczyniając się do dobrego wtopienia. Duże natężenie prądu przyczynia się do dobrej stabilności łuku, a ze względu na precyzję, z jaką prąd ten jest sterowany, jednocześnie jest zredukowana ilość rozprysków. Następnie w czasie T6 T7 natężenie prądu jest zmniejszane do poziomu prądu bazowego. Precyzyjne sterowanie przenoszeniem metalu zapewnia minimalny rozprysk metalu i zmniejszenie emisji dymów spawalniczych, poprawne wtopienie, zmniejszenie niebezpieczeństwa przepaleń i wysoką jakość formowania grani. Technologia STT jest stosowana w spawaniu półautomatycznym, zmechanizowanym i zrobotyzowanym. Zalety jej są wykorzystywane między innymi przy wykonywaniu warstw przetopowych rurociągów, spawaniu elementów o małej grubości oraz spawaniu stali konstrukcyjnych o wysokiej wytrzymałości. 2.2 Spawanie punktowe Spawanie punktowe metodą MTG/MAG polega na wykonywaniu połączeń odpowiadających połączeniom uzyskiwanym zgrzewaniem punktowym. Jest ono stosowane głównie do stali konstrukcyjnych niestopowych i niskostopowych, w przedziale grubości górnego elementu 1 4 mm. Rysunek przedstawia schemat dyszy gazowej do spawania punktowego MIG/MAG: a) połączeń zakładkowych, b) w złączu teowym Łączone elementy podczas wykonywania spoiny punktowej są dociskane za pomocą dyszy gazowej uchwytu spawalniczego lub też mechanicznie odpowiednim przyrządem.zadaniem dyszy gazowej, przystosowanej do tego celu, jest także utrzymanie stałego wylotu drutu elektrodowego oraz zapewnienie wypływu gazu osłonowego, np. przez wycięcia (3 lub 4) w dolnej części dyszy. 19
Kącik inżyniera procesu Po dociśnięciu dyszy gazowej do górnego elementu zajarza się łuk spawalniczy. Przetapiany jest materiał górny oraz następuje wtopienie w element dolny. Stopiony materiał elektrodowy wypełnia powstały krater, tworząc także nadlew. Czas spawania punktowego, wynoszący zazwyczaj 1 3s, jest nastawiany na przekaźniku czasowym urządzenia spawalniczego MIG/MAG. Jakość złączy spawanych punktowo zależy od parametrów procesu oraz od odstępu łączonych elementów (zalecane jest całkowite dociśnięcie) i stanu łączonych powierzchni. Do typowych niezgodności spawalniczych spoin punktowych należy nieregularny układ lica, charakterystyczny zwłaszcza dla złączy wykonywanych w pozycjach przymusowych, zbyt mała głębokość wtopienia w dolny element, jama skurczowa (dopuszczalne jest jedynie niewielkie zagłębienie w centrum lica) oraz pęknięcia gorące. Przykładowo zakres parametrów spawania punktowego połączeń zakładkowych stali konstrukcyjnych niestopowych i niskostopowych o grubości od 1 + 1 mm do 4 + 4 mm drutem elektrodowym litym o średnicy 1,2 mm jest następujący: natężenie prądu 220 310 A, napięcie luku 26 32 V, wylot drutu elektrodowego 13 17 mm, czas spawania 1,3 2,0 s. Zakres grubości połączeń punktowych wykonywanych w pozycjach przymusowych jest ograniczony ze względu na brak możliwości stosowania wysokich parametrów spawania, którym towarzyszy wyciekanie metalu jeziorka spawalniczego. W przypadku spawania w pozycjach przymusowych zaleca się stosować krótkie czasy jarzenia się łuku, nie przekraczające 1,5 s. 2.3 Spawanie z impulsowym podawaniem drutu elektrodowego Spawanie z impulsowym podawaniem drutu elektrodowego jest realizowane jako proces z programowaniem prędkości podawania drutu elektrodowego oraz jako tzw. proces CMT. Dodam, że jest to metodą stosowana w praktyce produkcyjnej od niedawna, lecz już zyskała wielu fanów. Programowanie prędkości podawania drutu ma za zadanie zwiększenie i stabilizację częstotliwości zwarć, zwłaszcza w przypadku spawania w osłonie CO 2, zmniejszenie strat na rozprysk, poprawę formowania ściegów, w tym przy wykonywaniu połączeń o małej grubości oraz w pozycjach przymusowych. 20
Kącik inżyniera procesu Powyżej przedstawiłem schemat procesu spawania z programowaniem prędkości V podawania drutu, gdzie T czas cyklu, t - czas impulsu, 1 t 2 - czas pauzy, t 3 - czas narastania prędkości od prędkości minimalnej V min do maksymalnej V max, t4 - czas zmniejszania prędkości podawania. Natomiast poniżej zamieściłem istotę spawania tą metodą, mianowicie jeden cykl spawania, strzałki oznaczają kierunek ruchu drutu spawalniczego. Spawanie z programowaniem prędkości podawania drutu jest realizowane z użyciem półautomatów spawalniczych wyposażonych w podajnik zapewniający impulsowe podawanie drutu i standardowy prostownik spawalniczy. Proces CMT (ang. cold metal transfer-przenoszenie zimnego metalu) ma za zadanie zwiększenie stabilności jarzenia łuku spawalniczego, np. przy gwałtownej zmianie kierunku spawania - reorientacji robota, a także zmniejszenie wpływu czynników zewnętrznych jak np. stan powierzchni elementów spawanych oraz minimalizację rozprysku. 21