17. 9. 2010 Brno - Hadyna

More documents

Recommendations

Info

10 / technologie svařování PLAZMOVÉ, ELEKTRONOVÉ A LASEROVÉ SVAŘOVÁNÍ Doc. Ing. Drahomír Schwarz, CSc., Český svářečský ústav s.r.o., Ostrava Svařování elektronovým paprskem, laserem a plazmou patří mezi tzv. vysokovýkonné metody svařování. To znamená, že je svařovaný materiál po velmi krátkou dobu vystaven účinku vysoké energie. Tímto způsobem lze zabránit významnějším difúzním pochodům, propalu legujících prvků, deformaci svařované součásti. Svarové spoje jsou celkově kvalitnější a doba potřebná k jejich realizaci je významně kratší. Vysokovýkonné metody svařování se používají také pro svařování rozdílných materiálů v případech, kde běžné metody svařování již nelze použít. Nevýhodou těchto metod je především pořizovací cena svařovacích zařízení. Proto se tyto metody používají především v hromadné výrobě (např. automobilový průmysl, elektrotechnika, …) nebo pro speciální aplikace (např. letecká výroba). Další nevýhodou jsou speciální nároky pro jednotlivé vysokovýkonné metody svařování. Zde se především jedná o velmi přesné slícování jednotlivých dílů, kdy mezera mezi jednotlivými díly musí být menší, než je např. průměr laserového paprsku či svazku elektronů. A) ELEKTRONOVÉ SVAŘOVÁNÍ Princip této metody svařování je založen na přeměně kinetické energie letících elektronů na energii tepelnou při dopadu elektronů na svařovaný materiál. Teplota v místě svařování může dosahovat až 25 000 °C [1]. Vzhledem k těmto faktům je výsledkem svarový spoj s minimálním vneseným teplem a tím i minimální tepelně ovlivněnou oblastí. Ovšem aby celý proces mohl být proveden, nesmí být úzký svazek elektronů vychylován, či brzděn molekulami vzduchu. Proto celý proces probíhá ve vakuu. Vakuum také umožňuje dostatečnou chemickou i tepelnou izolaci katody, odkud jsou letící elektrony emitovány [2]. Svarový spoj poté vzniká pohybem součásti ve vakuové komoře, proud elektronů totiž vychází stále ze stejného místa. To je umožněno programovatelným polohovadlem. Obr. 1: Zařízení pro svařování elektronovým paprskem [3] Schéma zařízení pro elektronové svařování je uvedeno na obrázku 1. Zdrojem elektronů je žhavicí katoda. Elektrony jsou přitahovány k anodě. Tam jsou usměrněny magnetickým polem fokusačních a vychylovacích cívek. Všechny tyto komponenty jsou součástí elektronového děla, kde se udržuje vakuum (p = 1,33.10 -3 Pa) [2]. Výhodou této metody svařování je vznik úzkých, ale hlubokých svarů, které jsou dokonale chráněny proti chemické reakci s okolním vzduchem prostřednictvím vakua. Nevýhodou této metody je však cena zařízení, omezení rozměrů svařovaných materiálů vakuovou komorou, jejich přesné opracování a čistota, doba nutná pro dosažení vakua, doprovodné RTG záření a nakonec nepříznivý charakter krystalizace svaru, který může vést až ke vzniku trhlin. Metoda se dříve využívala především pro vesmírnou, leteckou techniku a jadernou energetiku. Dnes se již využívá téměř ve všech oblastech strojírenství, jako například v energetice (potrubí u výměníků tepla, kontrolní sondy, rotory turbín apod.), v automobilovém průmyslu, ve speciální strojírenské technice i v elektrotechnice. Tato metoda také umožňuje svařování tzv. heterogenních materiálů a také těžko svařitelných kovů. B) LASEROVÉ SVAŘOVÁNÍ Další vysokovýkonnou metodou je svařování laserem. Název „laser“ vznikl složením počátečních písmen anglických slov „Light Amplifi cation by Stimulated Emission of Radiation“, což znamená zesilování světla stimulovanou emisí záření. Historie laseru sahá do šedesátých let minulého století, kdy bylo T. H. Maimanem vyvinuto první laserové zařízení. Jako aktivní prostředí využívalo toto zařízení krystalu rubínu a bylo schopné dodávat laserový paprsek pouze v pulzním režimu. Laserový paprsek má tyto vlastnosti: www.csuostrava.eu – je koherentní (má stejný směr, frekvenci a fázi) – má minimální divergenci (rozbíhavost) -> umožňuje soustředit energii na malé ploše – je monochromatický (jednobarevný). Při aplikaci laserového svařování v praxi, je potřeba rozlišit jednotlivé typy laserových zařízení. Ty se dělí podle formy dodávání paprsku a to na tzv. pulzní a kontinuální lasery. Pulzní lasery jsou menší zařízení, které dodávají laserový paprsek ve formě krátkodobých pulzů. Jsou vhodné pro bodové svařování v elektrotechnice i v automobilovém průmyslu. Tato zařízení dodávají výkon cca 20–500 W. Druhým typem jsou lasery schopné dodávat kontinuální laserový paprsek. Ty jsou vhodné pro svařování tupých i přeplátovaných spojů i délky několika metrů. Výkony těchto zařízení jsou od 380 W (Trumpf HL 383D) až do 8 000 W (Rofi n DC080), resp. 15 000 W (Trumpf TruFlow 15000). Samozřejmě i tato zařízení jsou schopná svařovat v pulzním módu. Dále se lasery rozlišují podle použitého aktivního prostředí a to na pevnolátkové a plynové. Běžné pevnolátkové lasery se zdrojem energie z výbojky využívají jako aktivní prostředí monokrystal Nd:YAG a lasery se zdrojem energie z diod monokrystal Yb:YAG. Naproti tomu plynové lasery využívají jako aktivní prostředí směs plynů (např. CO 2 -N 2 -He). Tyto jednotlivé typy laserů mají své specifi cké výhody i nevýhody, jejich vznik souvisí s vývojem v oblasti elektrotechniky a s neustálým zvyšováním účinnosti těchto zařízení. Klasickým zástupcem pevnolátkových laserů je výbojkový Nd:YAG laser. Paprsek má vlnovou délku λ = 1 027 nm a pracuje v IR spektru. Vzhledem k jeho vlastnostem je možné jej přenášet optickým kabelem. Proto je tento zdroj tak rozšířený, odpadá složitá doprava paprsku na místo svařování. Jako zdroj energie se zde používají výbojky, které se při poškození jednoduše vymění. Aktivní prostředí je monokrystal Nd:YAG, tedy materiál Y 3 Al 5 O 12 s ionty Nd 3+ . Druhou možností jsou tzv. plynové lasery. Z hlediska vývoje se jedná o alternativu mezi výbojkovými a diodovými pevnolátkovými lasery. Tyto lasery jsou schopny dodat nejvyšší výkon z uvedených typů, tedy i 15 kW. Zásadní nevýhodou těchto zařízení je však vlnová délka paprsku, tedy λ = 10,6 μm. Paprsek totiž není možné přenášet optickým kabelem, ale soustavou zrcadel. Výhodou je vysoká rychlost svařování a přejezdů mezi svary. Tento typ laserových zdrojů má však ještě jednu nevýhodu a to je vznik plazmy. Tento fenomén je u pevnolátkových laserů zanedbatelný, ovšem u plynových laserů má zcela zásadní vliv na kvalitu svařování. Při svařování totiž dochází k ohřátí okolního vzduchu a vzniku plazmatu, který absorbuje energii laseru. Tím pádem se paprsek nedostane na povrch spojovaných materiálů a nedojde ke svařování. Jediným způsobem jak bojovat proti tomuto fenoménu je ofukovat místo svařování vzduchem a vychýlit plazmu na stranu, aby mohl paprsek dopadat na povrch svařovaných materiálů. Svařování laserem je metoda nevyžadující během svařování přídavný materiál. Výhody této metody jsou podobné jako u svařování elektronovým paprskem: a) minimální stupeň promísení b) úzký svar s minimální tepelně ovlivněnou oblastí c) minimální deformace svařované součásti SVĚT SVARU
Obr. 2: Srovnání metody TIG a PAW a d b Hlavní nevýhodou je však cena laserových zařízení, kdy je třeba počítat s návratností investice. Automatizací a robotizací tak lasery nacházejí vysoké uplatnění při hromadné výrobě, dnes především v automobilovém průmyslu. C) PLAZMOVÉ SVAŘOVÁNÍ Plazmové svařování je velice podobné metodě 141, tedy metodě TIG. U metody TIG hoří elektrický oblouk mezi wolframovou elektrodou a svařovaným materiálem. Princip svařování plazmou je velice podobný, ovšem do elektrického oblouku je vháněn plazmový plyn. Díky výstupní e a c d b a) elektroda b) keramická ochrana c) hubice plazmy d) výstup ochranného plynu e) výstup plazmového plynu trysce poté vzniká velmi úzký proud plazmy. To znamená, že na svařovaný materiál působí energie o vysoké koncentraci. Tak lze svařovat jak velmi malé díly, tak i naopak materiály větších tloušťek. U této metody svařování totiž vlivem vysoké koncentrace energie dochází při svařování materiálů větších tloušťek ke vzniku tzv. klíčové dírky. Stejně jako metoda TIG i svařování plazmou se označuje zkratkou – PAW (plasma arc welding). Tak jako u metody TIG, tak i u plazmového svařování je potřeba chránit svarovou lázeň proti účinku atmosféry. Proto se i zde používá ochran- Přehled kurzů a seminářů ČSÚ pro rok 2010 ný plyn, který může být stejný jako plazmový. Je-li to nutné, je ještě kořen chráněn tzv. formovacím plynem. Volba plazmového plynu záleží na svařovaném materiálu (Ar, směs Ar+H 2 , Ar+He). Svařování plazmou rozdělujeme podle použitého svařovacího proudu na tzv. mikroplazmové svařování (I = 0,1–20 A), středoplazmové (I = 20–100 A) a na klíčovou dírku (I > 100 A) [4]. Mikroplazmové svařování se používá především v elektronice a při svařování drobných dílů. Jak již bylo zmíněno, svařování na klíčovou dírku se používá pro svařování materiálů větších tloušťek. Výhody plazmového svařování jsou podobné jako u všech vysokovýkonných metod svařování: a) Vysoká rychlost svařování b) Minimální vnesené teplo – minimální tepelné ovlivnění a deformace svařované části c) Vzhledem k elektronovému a laserovému svařování podstatně nižší pořizovací náklady d) Svařování na jeden průchod. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY: [1] WIKIPEDIA. Electron beam welding – Wikipedia, the free encyclopedia. [online]. Poslední revize 03. 06. 2010, [cit. 2010-07-24]. Dostupné z: < http://en.wikipedia.org/wiki/ Electron_beam_welding>. [2] TURŇA, Milan. Špeciálne metódy zvárnia. 1. vyd. Bratislava: ALFA, n.p., 1989. 384 s. ISBN 80-05-00097-9. [3] Laser Welding. Electron beam welding. [online]. [cit. 2010-07-24]. Dostupné z: [4] ESAB. SVAŘOVÁNÍ PLAZMOU [online]. c2006, [cit. 2010-07-21]. Dostupné z: < http://www.esab.com/cz/cz/education/ processes-paw.cfm>. Kurzy a semináře pro rok 2010 Termín Místo konání Přihlášky Výstup Mezinárodní svářečský inženýr Srpen 23. 08. – 22. 10. 2010 ČSÚ s.r.o. Ostrava L. Bučková Mezinárodní svářečský technolog 23. 08. – 08. 10. 2010 ČSÚ s.r.o. Ostrava L. Bučková Nové materiály, technologie a zařízení pro svařování 12. ročník mezinárodního semináře pro vyšší svářečský personál Seminář pro svářečský dozor a svářečské školy Specializační kurz pro svařování betonářských ocelí Mezinárodní konstruktér svařovaných konstrukcí Mezinárodní svářečský specialista Mezinárodní svářečský praktik – instruktor svařování Mezinárodní svářečský inspekční personál Úroveň - C (inženýr/technolog), pracoviště ATG/ČSÚ Říjen Listopad 04. 10. – 06. 10. 2010 Ostravice horský hotel Sepetná Diplom CWS-ANB IWE Diplom CWS-ANB IWT A. Pindorová Osvědčení 20. 10. 2010 ČSÚ s.r.o. Ostrava L. Mikolášová Osvědčení 25. 10. – 27. 10. 2010 ČSÚ s.r.o. Ostrava L. Bučková Diplom CWS-ANB 01. 11. – 12. 11. 2010 ČSÚ s.r.o. Ostrava L. Bučková Diplom CWS-ANB 01. 11. – 03. 12. 2010 ČSÚ s.r.o. Ostrava L. Bučková 01. 11. – 26. 11. 2010 ČSÚ s.r.o. Ostrava L. Mikolášová 22. 11. 2010 – 10. 12. 2010 ČSÚ s.r.o. Ostrava L. Bučková technologie svařování Diplom CWS-ANB IWS Diplom CWS-ANB IWP, Certifi kát Diplom CWS-ANB IWI-C Školicí středisko ČSÚ s.r.o. Ostrava bude v průběhu roku 2010 realizovat celoroční doškolovací vzdělávací program, určený pro vyšší svářečský personál se zaměřením na rozvoj a udržování odborně-technické úrovně. SVĚT SVARU / 11
Page 1 and 2: MIGATRONIC Novinky - Zeta 100, Delt
Page 3 and 4: OBSAH Pozvánka na výstavu Welding
Page 5 and 6: Práce se protáhly do pozdních no
Page 7 and 8: Laserem opracované díly partnersk
Page 9: Povinné kontroly svářeček podle
Page 13 and 14: Migatronic Zeta 100 Novinka pro pla
Page 15 and 16: Migatronic slaví jubileum 40 let I
Page 17 and 18: Nový čtyřosý manipulační robo
Page 19 and 20: Ukázka průběhu sváření zaznam
Page 21 and 22: VYBRANÝ SORTIMENT FILTRAČNÍCH JE
Page 23 and 24: ��
Page 25 and 26: TBi plazmové svařovací hořáky
Page 27 and 28: výrobce profesionálního zaříze
Page 29 and 30: Obr. 3: Laserový svar nesourodých
Page 31 and 32: Plyny pro laserové technologie Uce

17. 9. 2010 Brno - Hadyna

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?