2015. október: jegyzet, robotika, portré, tudomány, it, öntészet, egyetem, anyagtudomány, innováció, paragrafus, kiállítás/konferencia, disszemináció, megújuló energia, zöldkörnyezet, vízgazdálkodás, lézer

MAG és KF-Pulse ívhegesztő eljárás­változatok össze­hasonlítása

Termelékenység szempontjából a legtöbb gyártási technológia esetében, így a hegesztés területén is fontos az automatizálás. Ugyanakkor fontos megőrizni, illetve javítani a gyártmány minőségén. A vizsgálat célja az volt, hogy egy adott alkatrész hegesztőrobottal történő legyártásánál – a hegesztési paraméterek és a különböző összetételű védőgázok figyelembevételével – összehasonlítsunk egy hagyományos (MAG) és egy korszerű (KF-Pulse) eljárásváltozatot, majd az eredményeket kiértékelve levonjuk a következtetéseket.


A TÁMOP-4.2.1.C-14/1/Konv-2015-0009 azonosítószámú pályázattal az Európai Szociális Alap és Magyarország költségvetése társfinanszírozásával a Dunaújvárosi Főiskola konzorciumi partnereivel közösen Tudástranszfer-tevékenységek kibővítése Dunaújvárosra és térségére címmel pályázatot valósít meg.
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.

1. táblázat. Korszerű MIG/MAG eljárásváltozatok [1]

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.

1. ábra. A KF-Pulse áram fel- (Upslope) és lefutása (Downslope) [2]


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.

1. kép. Egy konzol MAG eljárásváltozattal 82% Ar + 18% CO2 gázkeverékkel hegesztett varrat felülete

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.

2. kép. Sarokvarratánál minimális beolvadás, rossz pozíció eredménye

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.

2. ábra. A hegesztési paraméterek összefüggése [4]

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.

2. táblázat. MAG hegesztési paraméterek a konzolalkatrész hegesztésénél
3. táblázat. KF-Pulse hegesztési paraméterek a konzolalkatrész hegesztésénél

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.

3. kép. MAG eljárásváltozattal készített varratok felülete különböző aktív védőgázok alkalmazásával

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.

4. kép. KF-Pulse eljárásváltozattal készített varratok felülete különböző aktív védőgázok alkalmazásával

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).

5. kép. MAG és KF-Pulse eljárásváltozatokkal készített varratok csiszolati képe különböző aktív védőgázok alkalmazásával

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.

Irodalom
[1] Halász G.: Schweissen & Schneiden 2013. Újdonságok és fejlesztések. Hegesztéstechnikai Szakmai Fórum, Budapest, 2013. november 27.
[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.•

 
Innotéka