Optimalizace svařovacích parametrů metody MAG při ... - Hadyna

technologie svařováníOptimalizace svařovacích parametrů metody MAGpři použití trubičkového drátu FILARC PZ 6102Ing. David Hrstka, Technická univerzita v LiberciÚVODUž od počátku zařazení svařování MAG dotechnické praxe v 70. letech, se předevšímv USA používaly kromě plných drátů i drátytrubičkové. Vzhledem k 5x vyšší ceně se rozšířilydo ostatních průmyslových oblastí – Evropya Japonska, až v 90. letech a to zejménav lodním průmyslu. V České republice je využitítrubičkových drátů v praxi stále minimální. Trubičkovýdrát s náplní kovového prášku je určenpro vysoce produktivní automatické a robotickésvařování. Cílem příspěvku je určení parametrickéoblasti, ve které má svařování trubičkovýmdrátem s náplní kovového prášku maximálníefektivitu provedení koutového svaru. Výsledkyjsou porovnány s diplomovou prací provedenoustejnou metodikou a za srovnatelných podmíneks plným drátem [1].EFEKTIVITA PROVEDENÍ KOUTOVÉHO SVARUEfektivita provedení koutového svaru je defi -nována, jako dosažení co největší nosné velikostikoutového svaru při nejmenším objemu návarua co nejmenším převýšením. Tyto dva požadavkyjsou zohledněny ve vzorci (1.1.) pro výpočetcelkové efektivity koutového svaru [2].(1.1.)E = E Zx E NE . . . . celková efektivita provedení svaruE Z. . . efektivita závaruE N. . . efektivita návaruEfektivita závaru E Z(rovnice 1.2.) je poměrmaximální hloubky závaru z a teoretické nosnévelikosti v todpovídající skutečné ploše návaru,pokud by byla celá efektivně využita (tj. svarbez převýšení). Efektivita návaru E N(rovnice1.3.) vyjadřuje vliv převýšení svaru (r). Je dánapoměrem výšky svaru a k teoretické výšce svarua todpovídající skutečné ploše návaru.E Z= Z —VTTabulka 1 – Plán experimentuEXPERIMENTÁLNÍ ČÁSTCílem příspěvku je určení parametrické oblasti,ve které má svařování trubičkovým drátem FILARCPZ 6102, s náplní kovového prášku maximálníefektivitu provedení koutového svaru. Výsledky jsouporovnány s diplomovou prací provedenou stejnoumetodikou a za srovnatelných podmínek s plnýmdrátem OK Aristorod 12.50 [1]. Použitý materiál svařovanýchvzorků je podle ČSN EN 10027 – S275JRtloušťky 8 mm. Ochranný plyn pro oba typy drátu bylpoužit CORGON (82 % Ar + 18 % CO 2). Proces svařováníbyl zaznamenán monitorovacím zařízenímWeldMonitor 3.5. Tento systém monitoruje vlastnísvařovací proces s výstupem dat. Na základězkušeností s předchozím výzkumem efektivity bylavytipovaná blízko optimální oblast, podle které bylpomocí metody plánování experimentů (DOE)centrální kompozice, navržen soubor experimentůpodle tabulky 1. Pro jednotlivá měření byly na zdrojiBDH 550 nastaveny rychlosti posuvu drátu v da odpovídajícíhodnoty napětí U. Na lineárním svařovacímautomatu byla nastavena rychlost svařování v s.Ostatní parametry zůstaly neměnné.VÝSLEDKY EXPERIMENTŮ PRO TRUBIČKOVÝ DRÁTFILARC PZ 6102Výsledky byly zpracovány pomocí softwaruSTATISTICA, kdy bylo vytvořeno parametricképole s nejvyššími hodnotami efektivity. V tomtografu je na vodorovné ose rychlost svařování (m/min) a na svislé ose rychlost podávání drátu (m/min). Velikost celkové efektivity je znázorněnapomocí uzavřených polí, kdy stupeň barevnéhoodstínu udává velikost efektivity podle stupniceuvedené vedle grafu. Ve výsledném grafu jezobrazena také výpočtová průřezová plochanávaru P mvypočtená podle vztahu (1.4.)(1.4.)P m= 1,08 v d–v sP m– výpočtová průřezová plocha návaru (mm 2 )v d– rychlost podávání drátu (m/min)– rychlost svařování (m/min)v s(1.2.)E N= a —aT(1.3.)z (mm) . . . hloubka závaruv t(mm). . . teoretická nosná velikost svarua (mm) . . . výška svarua t(mm). . . teoretická výška svaruCharakteristické rozměry koutového svaru provýpočet efektivity jsou vyznačeny na schématickémobr. 1.Obr. 1 – Koutový svar s hodnotami pro výpočet efektivityObr. 2 – Výsledná efektivita provedení svaru18 /SVĚT SVARU

technologie svařováníNaměřené parametrické pole se ukázalo jakostabilní. Provedené experimenty prokázaly, žepoměrně velká parametrická oblast v rozmezív d14 až 17 m/min, v s0,6 až 0,9 m/min proplochy návaru Pm 16 až 25 mm 2 , což odpovídávelikostem účinné výšky 7 až 9 mm, vykazujevysokou efektivitu provedení koutového svarua dobrou geometrii, což dokládá srovnání svarůobr. 3.Svary s nízkou rychlostí svařování mají oproti svarůms vysokou rychlostí svařování širší závar menšíhloubky a jsou výhodné jako svary výplňové. Svarys vyšší rychlostí posuvu mají větší převýšení.Obr. 3 – Ukázky svarů s nízkou a vysokou rychlostí svařováníObr. 4 – Závislost rychlosti podávání drátu na svařovacím prouduObr. 5 – Závislost napětí a proudu a napětí pro plný a trubičkový drátObr. 6 – Porovnávací graf výsledných efektivit plného a trubičkového drátuPOROVNÁNÍ TRUBIČKOVÉHO A PLNÉHO DRÁTUPo vyhodnocení rozměrové analýzy svarůzhotovených trubičkovým drátem oprotisvarům plným drátem se ukázalo, že výtěžnosttrubičkového drátu byla o cca 9 % nižší, tudížbyl koefi cient ve vztahu (1.4) snížen. S tímtopoznatkem souvisí fakt, že při stejné hodnotěproudu má trubičkový drát vyšší tavnou rychlostoproti plnému drátu (viz graf na obr. 4). Z grafuje patrné, že rychlost podávání trubičkového drátuje cca o 1,5 až 2 m/min vyšší, ale vzhledem k nižšíhustotě náplně se tento rozdíl neprojeví plně v nárůstuprůřezové plochy návaru. Pro kontrolu jsmeprovedli ještě jednoduché měření měrné hmotnostiobou drátů zvážením stejné délky drátu. Poměrhmotností byl zjištěn 1,0885. To znamená, že trubičkovýdrát má o 8,85 % nižší měrnou hmotnost.(r plného drátu – 7,62 g/cm 3 , r trubičkového drátu– 7,00 g/cm 3 ). [3]Na porovnávacím grafu na obr. 6 je patrné,že oblast efektivity u svařování plným drátem jev rozsahu rychlostí svařování – cca 0,8–1,2 m/min,ale horní hraníce rychlosti podávání drátu jemax. 13 m/min. Tato oblast svařování odpovídáplochám návaru v rozmezí 10 až 12 mm 2 protioblasti efektivního svařování trubičkového drátu,která zahrnuje širší pole rychlostí drátu a tími návarových ploch a velikostí svaru. S těmito parametryse přibližujeme svařování pod tavidlem.ZÁVĚRZ publikovaných vlastností trubičkového drátus náplní kovového prášku naše experimentypotvrdily vyšší tavný výkon a tedy i produktivitusvařování, a to i přes jeho nižší měrnou hmotnost.Maximální efektivita je sice o něco nižší nežu plného drátu, ale velikost efektivity se v celémdoporučeném rozsahu příliš neliší, takže sestejnou efektivitou lze svařovat svary v rozsahuproudu 350 až 420 A, s velikostí průřezovéplochy návaru 12 až 24 mm 2 při nosné velikosti(účinné výšce) 7 až 9 mm, při závaru 3 až 5mma při vneseném teplu pouze 4,4 až 8,5 kJ/cm.Závar je širší, takže míra efektivity je méně citlivána přesnost vedení hořáku. Společně s dalšípotvrzenou vlastností – nízkým převýšenímhousenky a bezvrubovým napojením svaru nazákladní materiál je tento typ drátu velmi vhodnýpro robotizované svařování. Vzhledem k velmistabilní hodnotě započitatelné hloubky závarupřinese používání tohoto drátu přímé úsporyv produktivitě i ostatních nákladech vzhledemk nižší hodnotě vneseného tepla do svaru.LITERATURA[1] Hrstka, D.: Vliv směsi plynu na efektivitu provedenísvaru a stabilitu procesu MAG. [Diplomovápráce]. Liberec 2007. TU Liberec, FS.[2] Hudec, Z.: Optimalizace konstrukčnícha technologických parametrů koutových svarůzhotovených metodou MAG. [Disertační práce].Liberec 2006. TU Liberec, FS.[3] Furmaník, P.: Vliv přídavného materiálu naefektivitu provedení svaru a stabilitu procesuMAG. [Diplomová práce]. Liberec 2007. TULiberec, FS.SVĚT SVARU / 19