MAG és KF-Pulse ívhegesztő eljárásváltozatok összehasonlítása
A cikk a TÁMOP-4.2.1.C-14/1/Konv-2015-0009 azonosítószámú pályázat keretében megvalósult kutatómunka eredményeként született meg.
A rohamosan fejlődő ipar versenyképességének fenntartásában, fejlesztésében nagy szerepe van a gépesítésnek és az automatizálásnak, mivel a termelékenység az egyik fő szempont. Ez abszolút igaz a hegesztés területére is. A gépesített hegesztésen belül az egyik legerőteljesebben fejlődő terület a hegesztés robotosítása. Sok esetben a hegesztés automatizálásának egyik bázisa maga a hegesztőrobot.
Fontos, hogy olyan gyártási struktúrát alkalmazzunk, mellyel minimalizáljuk a termelési költségeket. A vevőkör igénye egyenesen arányos a technológia fejlődésével. Minél korszerűbb, jobb minőségű terméket állítunk elő, növekszik a vevői igény is. A gyártási technológiákat felülvizsgálva, majd fejlesztve azt, lépést tudunk tartani rohanó világunk fejlődésével, igényeivel.
A vizsgálat célja, hogy az automatizált hegesztőrobot hagyományos aktív védőgázas huzalelektródás ívhegesztés (MAG) eljárásváltozatát egy korszerűbb, kifinomultabb (KF-Pulse) eljárásváltozatra korszerűsítsük, figyelembe véve a különböző védőgázok hatását a jelenlegi és az újabb eljárásváltozatoknál.
Az ívhegesztés fejlődése
Az ívhegesztés fejlődésében döntő szerepe van az anyagátmenet szabályozásának. Az anyagátmenet szabályozása az ívteljesítményt, azaz a hőbevitelt hivatott irányítani. A hőbevitel csökkentésével is kellő beolvadást, kötésszilárdságot biztosítanak az új ívhegesztő eljárásváltozatok. Ugyanakkor nagyon fontos, hogy egy kellemetlen hegesztési hibát, a fröcskölést is minimalizálják az új technológiák. Néhány korszerűbb MIG/MAG eljárásváltozatot láthatunk az 1. táblázatban.
A fenti táblázatban nem szerepel ugyan, de szintén korszerű ívhegesztő eljárásváltozat az úgynevezett KF-Pulse.
A korszerű KF-Pulse eljárás
Ezt az eljárásváltozatot az SKS Welding Systems vállalat fejlesztette ki. A KF-Pulse egy rövidzárlatos hegesztési eljárásváltozat. Ahogy a hagyományos impulzushegesztés is, a KF-Pulse is vezérli az áramerősséget és az ívfeszültséget. A dinamikusan vezérelt áramforrás segítségével a rövidzárlat idején az ívhossz rövidül, így csekély fröcskölés keletkezik. A munkatartomány határain megváltozik az áramforrás jelleggörbéje, ezeket a határokat szűkítve csökkenthetjük a fröcskölést. A beállítás időjellel történik. Az eljárás jellegmezője (munkatartomány) az 1. ábrán látható.
A KF-Pulse eljárás előnyei:
- egyenletes, stabil ív,
- rövid ívhossz,
- alacsony hőbevitel,
- kismértékű fröcskölés,
- jó résáthidaló képesség,
- jó beolvadási mélység,
- szép varratkülalak.
A fröcskölés és a kismértékű beolvadás problémája
Az egyik hegesztési hiba a fröcskölés. Hegesztésnél fröcskölésnek nevezzük azt a jelenséget, amikor a huzalelektróda végén megolvadt fémcseppek, illetve a hegfürdőből csepp formájában eltávozó fémcseppek nagy sebességgel a munkadarab felületéhez csapódnak. A nagyobb fémcseppek rendelkeznek akkora hőenergiával, hogy az alapfémet megolvasztják, így létrejön a kohéziós kapcsolat. Eltávolításuk könnyebb, ha a munkadarab csaknem szobahőmérsékletre lehűlt [3].
A fogyóelektródás védőgázas ívhegesztésnél az anyagátmenet befolyásoló tényezői:
- ívatmoszféra összetétele,
- huzalelektróda anyaga, átmérője,
- hegesztő áramforrás tulajdonságai,
- áramerősség,
- ívfeszültség,
- hegesztési pozíció.
Fröcskölés lehetséges okai: [3]
- hegesztés során a megolvadt huzal végén és az ömledékben keletkező gázok heves kiválása miatt;
- a huzalelektróda túlhevülése miatt;
- hegfürdőben létrejövő nyomásnövekedéstől;
- túl nagy hegesztőáram miatt;
- helytelen polaritás, nem megfelelő induktivitás.
A jelenség szemléltetésére az 1. kép szolgál.
Fröcskölésmentes munkarendet nem könnyű bevezetni. Jelen esetben a rövidzárlatos hegesztési eljárásváltozat alkalmazásával, a hegesztési paraméterek optimalizálásával és a megfelelő védőgáz használatával drasztikusan lecsökkenthető a fröcskölés. Bár a hagyományos impulzushegesztéssel is drasztikusan lecsökkenthető a fröcskölés mértéke, a vizsgálat a korszerű KF-Pulse eljárásváltozatot hasonlítja össze a hagyományos MAG eljárásváltozattal.
A hegesztés terén van egy másik probléma: a kis beolvadási mélység, ami elégtelen kötésszilárdságot eredményezhet. Kismértékű beolvadásra mutat példát a 2. kép.
Kis beolvadást produkál az alacsony hőbevitel nagy hegesztési sebesség mellett, illetve az egyéb, nem megfelelő hegesztési paraméterek.
A kis beolvadási mélységet kiküszöbölhetjük a hegesztési paraméterek helyes beállításával, nevezetesen a hőbevitel növelésével, a hegesztési sebesség csökkentésével, a huzalelőtolási sebesség optimalizálásával.
A huzalelőtolási sebesség meghatározza az áramerősséget, ezáltal a hőbevitelt is.
A 2. ábra szemlélteti a huzalelektródás hegesztéseknél érvényes hegesztési paraméterek összefüggését.
A hegesztési paraméterek közül egyet kiválasztva a többi paraméter kiadódik, például a huzalelőtolási sebességből kiindulva mind az áramerősség és az ívfeszültség, illetve (1) alapján a hegesztési sebesség is meghatározható. A leolvasztott varrat keresztmetszetének a kontinuitás-összefüggése:
(1)
Továbbiakban ismertetem az alkalmazott hegesztési paramétereket.
MAG és KF-Pulse eljárásváltozatok hegesztési paraméterei
A különböző védőgázok alkalmazásával hegesztett konzol főbb hegesztési paraméterei a 2. és 3. táblázatban láthatók. A huzalátmérő minden esetben 1 mm.
A KF-Pulse eljárásváltozattal való hegesztés esetében az alapáram és a feszültség 30 A és 32 V, az impulzusáram 400 A, az impulzusidő pedig minden esetben 1,8 ms.
Fröcskölés mértéke MAG és KF-Pulse eljárásváltozatokkal hegesztett varratoknál
A 3. képen látható, hogy a MAG eljárásváltozattal készített varratok felületén nagymértékű fröcskölés keletkezett. A háromkomponensű védőgáz alkalmazása csökkentette a fröcskölés mértékét az oxigén miatt, de annál nagyobb és durvább fröcskölés keletkezett a több argon miatt.
A 4. képen látható, hogy a KF-Pulse eljárással készített varratok felületén kismértékű fröcskölés keletkezett. A háromkomponensű védőgáz és a rövidzáras eljárásváltozat együttes alkalmazása csökkentette a fröcskölés mértékét. A képen látható, hogy a háromkomponensű védőgáz alkalmazásával szinte teljesen megszűnt a fröcskölés.
Beolvadás mértéke MAG és KF-Pulse eljárásváltozatokkal hegesztett varratoknál
A csiszolati képeken látható, hogy minden esetben elegendő mértékű beolvadást produkált a hegesztés MAG és KF-Pulse eljárásváltozatokkal is, különböző védőgázok alkalmazása mellett (5. kép).
Eredmények
A hagyományos MAG, a korszerű rövidzáras KF-Pulse hegesztési eljárásokkal és a három különböző védőgáz alkalmazásával készített hegesztési varratok vizsgálatának eredményei a következők:
MAG hegesztésnél a (82% Ar + 18% CO2), (92% Ar + 8% CO2) és a (95% Ar + 3% CO2 + 2% O2) gázkeverékek alkalmazásával az elvárásnak megfelelő beolvadás jött létre.
MAG hegesztésnél a fröcskölés mindhárom gázkeverék alkalmazásával nagyobb mértékű, bár a háromkomponensű (95% Ar + 3% CO2 + 2% O2) gázkeverék esetében látszik a fröcskölés mértékének csökkenése.
KF-Pulse hegesztésnél (82% Ar + 18% CO2), (92% Ar + 8% CO2) és a (95% Ar + 3% CO2 + 2% O2) gázkeverékek alkalmazásával az elvárásnak megfelelő beolvadás jött létre.
KF-Pulse hegesztésnél a fröcskölés mértéke a kétkomponensű (82% Ar + 18% CO2) és (92% Ar + 8% CO2) gázkeverékek esetében a rövidzárlatos eljárásváltozatnak köszönhetően csökkent. A legjobb eredményt a háromkomponensű (95% Ar + 3% CO2 + 2% O2) gázkeverék alkalmazásával értem el.
A hegesztési paramétereket megfigyelve látható, hogy az energiabevitel és a védőgázhasználat is csökkent, mivel az alapáram és a feszültség ennél az eljárásváltozatnál konstans.
Végeredményben a KF-Pulse rövidzárlatos hegesztési eljárás és a háromkomponensű védőgáz (95% Ar + 3% CO2 + 2% O2) együttes alkalmazása jó eredményeket adott a beolvadási mélység és a fröcskölés mértékének terén is.
Összefoglalás
A konzol hegesztésénél alkalmazott MAG (aktív védőgázas huzalelektródás ívhegesztés) hegesztési eljárás és az ehhez használt kétkomponensű gázkeverék (82% Ar + 18% CO2) erős fröcskölést produkált. A fröcskölés eltávolítása jelentős többletmunkával jár, több munkaerőt igényel, így a gyártási folyamat nem elég termelékeny, több idő szükséges, míg a hegesztési folyamat (gyártási folyamat) a végére ér, és a gyártmány továbbmehet a következő gyártási fázisba.
Az elvégzett kísérletsorozat eredményeképpen a korszerűbb KF-Pulse rövidzárlatos hegesztési eljárásváltozat és a háromkomponensű védőgáz (95% Ar + 3% CO2 + 2% O2) együttes alkalmazása lehetőséget ad arra, hogy nemcsak a hegesztett varrat minőségén, külalakján javítson, hanem a gyártási folyamat mellékidején is csökkentsen, kevesebb energia felhasználásával.
[2] SKS Welding Systems: Technikal information, KF-Pulse parameters, TIN-0138EN, V1.2.
[3] Dr. Gremsperger G., Kristóf Cs.: CO2-védőgázas ívhegesztés. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1981., 73– 74. o.
[4] Palotás B.: Hegesztési paraméterek számítása hegesztő robotokhoz. Gépgyártás, XLIII. évf. 2003. 4–5. 34–45. o.
A cikk az Európai Szociális Alap és Magyarország költségvetése társfinanszírozásával a TÁMOP-4.2.1.C-14/1/Konv-2015-0009 azonosítószámú, „Tudástranszfer-tevékenységek kibővítése Dunaújvárosra és térségére” című pályázat támogatásával jelent meg.•