Kľúčom k zrýchleniu zvárania je schopnosť zvýšiť výkon tavenia pridaného drôtu. Jeden pulz znamenal doteraz iba jednu kvapku. Našim špecialistom na proces sa napriek tomu podarilo nájsť spôsob, ako túto kvapku pretiahnuť a umožniť tak kontrolovaný a takmer plynulý prenos materiálu do tavného kúpeľa.
Za pulzovanou vedúcou kvapkou nasleduje vždy druhý, cielene regulovaný, sprchovému oblúku podobný prenos materiálu.
ZVÁRANIE STÚPAJÚCEHO ZVARU
Zo zvárania sa stáva štíhly proces. Až 15 mm ocele sa zvára v jednej vrstve. Maximálny výkon MIG-MAG je až o 30 percent rýchlejší a omnoho koncentrovanejší. Má oveľa vyššiu hustotu energie a tým dosahuje vyšší tlak oblúka na tavný kúpeľ.
Zo zvárača stromčekom sa stáva doslova Turbo zvárač. Zvislé stúpajúce zvary sú jednoduchšie a rýchlejšie.
Perfektné stúpajúci zvar bol doteraz „vysvedčením“ a na jeho ovládnutie potrebná súhra trojuholníkového pohybu ruky – starostlivo nataviť materiál, nenechať ho príliš vychladnúť, isto obsiahnuť koreň a opatrne podopierať – technikou len pre znalca. Títo muži boli s veľkým rešpektom označovaní ako zvárači stromčekom. Inak to smerom nahor nešlo. Ale táto technika bola podobne pomalá ako rast stromu a pri blížiacom sa termíne často nevyhovujúca. Preto bolo prirodzené zamerať bádania našich inžinierov smerom k zjednodušeniu tohto procesu.
Vďaka neustálemu pokroku a vývoju digitálnej a výkonovej elektroniky sú dnes trendom medzi MIG zváracími procesmi pokročilé digitálne ovládané synergické procesy doslova „šité na mieru“ rôznym aplikáciám. Také procesy nám napríklad umožňujú rýchlejšie a pevnejšie zvárať pohľadové zvary impulznými oblúkmi ,,zvárať pozíciu PF (stúpačka), pozíciu PD (nad hlavou) alebo pozíciu PC (priečna stena) bez výkyvu horáka, alebo zvárať koreňové zvary, premosťovať široké špáry, resp. produktívne zvárať tenké plechy.
PROCES LORCH SPEEDPULSE
Pri hľadaní ideálneho MIG/MAG zváracieho procesu si často kladieme otázku, či zostať pri konvenčnom MIG/MAG procese so slušnou produktivitou a istým prievarom alebo investovať do drahšej impulznej zváracej technológie s vysokou stabilitou oblúka, pohľadovou kvalitou a opakovateľnosťou a žiadnym následným brúsením rozstreku. Dosahuje sa tak nižšia postupová rýchlosť, teda aj nižšia produktivita.
Doposiaľ sa väčšinou pre zváranie silnejšej oceli impulzné technológie príliš nepresadili, v porovnaní s konvenčnými MIG/MAG prenosmi boli výrazne pomalšie, nemali žiadny prínos pre prievar alebo zníženie následnej deformácie zvarenca.
 |
| Obr. 1: Konvenčný impulzný prenos materiálu |
Výsledkom hľadania zváracieho procesu, ktorý by dokázal skombinovať stabilitu, pohľadovú kvalitu a minimum rozstreku impulzného oblúka s produktivitou a prievarom oblúka sprchového, je proces SpeedPulse od firmy Lorch. Namiesto odtavenia jedinej kvapky dochádza k takmer kontinuálnemu, a napriek tomu impulznému prenosu materiálu. Základom myšlienky zvýšenej hranice výkonu odtavenia impulzného prenosu je nasledujúci postup:
 |
| Obr. 2: Prenos materiálu v procese SpeedPulse |
Vysoký impulz prúdu oddeľuje primárnu vodiacu kvapku z drôtu. Oddeľovanie kvapky roztavený materiál z konca drôtu odstráni (do tohto okamihu štandardný impulzný proces). Oproti konvenčnému impulzu uvoľňuje primárna kvapka ďalšie následné prenosy materiálu. Následné prenosy sú cielene ukončené, čím je zachovaný charakter impulzného oblúka.
FYZIKÁLNE JAVY
Moment odtrhnutia primárnej vodiacej kvapky: Mostík zvyškového materiálu sa krátko nachádza v oblasti sprchového prúdu. Sily tohoto efektu môžu oddeliť ďalší tekutý materiál. Tekutý mostík zvyškového materiálu je stiahnutý primárnou kvapkou do kúpeľa a obsahuje určité množstvo zotrvačnej sily. Dochádza tak k podpore sekundárneho oddelenia. Bezprostredne po odtrhnutí primárnej vodiacej kvapky zatiaľ povrchové napätie nevytvorilo z nataveného materiálu guľovité segmenty. Tieto segment môžu taktiež krátko v oblasti sprchového oblúka prejsť do sekundárneho prenosu. Sily takéhoto efektu vznikajú vzájomným pôsobením vlastného magnetického poľa prúdom pretekaného vodiča a vnútri nej sa pohybujúcich nosičov náboja.
 |
|
Obr. 3, 4, 5: Formovanie primárnej kvapky; Odtrhnutá kvapka nasledovaná zvyškovým mostíkom |
DRUHY OBLÚKOV
Speedpulse kombinuje kvalitatívne výhody impulzného oblúka s vysokou produktivitou sprchového oblúka. Navyše ponúka znížený vstup tepla, vylepšený prievar a tvorbu okrajov zvaru, zlepšenú kontrolu tavného kúpeľa a oproti klasickému impulzu aj znížený hluk. V neposlednom rade aj výrazne vyššiu depozíciu materiálu, v porovnaní so sprchovým oblúkom koncentrovanejší a smerovo stabilnejší oblúk. Zaujímavý je aj pracovný rozsah procesu bez prítomnosti prechodového oblúku.
 |
| Obr. 6: Pracovný rozsah MIG/MAG oblúkov |
ELEKTRICKÝ VÝKON OBLÚKA
 |
| Obr. 7: Porovnanie rýchlosti odtavenia drôtu |
Na obrázku 7 je znázornené presné meranie elektrického výkonu vneseného do oblúka, jednoducho rozoznateľný rozdiel je u 10 kW, kde klasický impulzný oblúk odtaví asi 10/min a SpeedPulse 11/min = + 10 %; Závar: pri požadovanej rýchlosti odtavenia 12 m/min potrebuje klasický impulzný oblúk 13 kW, SpeedPulse vystačí s 10,5 kW, teda s o 20 % nižším elektrickým výkonom. Na jednej strane to znamená výrazné zníženie vnesenej úsekovej energie na stranu druhej úspory za el. energiu. Na reálnych výrobkoch boli badateľné všeobecne menšie deformácie a slabšie nábehové zafarbenie (ušľachtilá oceľ) a nižšia pórovitosť zvaru (hliník). Veľmi dobré výsledky boli dosiahnuté pri naváraní všetkého druhu vďaka veľmi nízkemu zmiešaniu návarových vrstiev so základným materiálom.
ROZMERY PRE VÝPOČET
Minimálny rozmer zvaru býva predpísaný normou (rôzne regióny EÚ – rôzne normy a dohľad): Napríklad a = 2,0 mm (DIN 18800-1) a = 2,0 mm oceľ; a = 3,0 mm hliník (EN 15085-3). Vzorec pre výpočet min a max t – 0,5 (platí pre plechy hrúbky t ≤ 30 mm)
Teoreticky by tvarový styk mohol nahradiť zvarený a-rozmer, čím väčší je e-rozmer, tým menší by mohol byť a-rozmer. Pre kútové zvary s veľkým prievarom sa oproti starej DIN 18800-1 hĺbka prievaru „e“ naplno používa, prítomnosť prievaru a jeho hĺbka však musí byť vždy preukázaná a zmeraná skúškou. Znížením a-rozmeru – výšky kútového zvaru získame:
– zníženie spotreby prídavného materiálu,
– vyššia postupová rýchlosť zvárania,
– úspory na ochrannom plyne,
– úspory na personálnych nákladoch,
– užšie tepelne ovplyvnenú oblasť (TOO),
– menej chýb (napr. zápalov).
 |
| Obr. 8: Rozmery kútového zvaru |
 |
|
Obr. 9: Porovnanie výbrusu zvaru vykonaného režimom SpeedPulse (vľavo) a režimom Standard Puls (vpravo), kvôli zachovaniu objektivity porovnania boli oba spoje zrealizované rovnakým zváracím zdrojom (LORCH Saprom S SpeedPulse) |
 |
| Obr. 10 a 11: Zábery z prvých skúšok procesu SpeedPulse |
PROCES LORCH SPEEDARC
Oblúk MIG procesu Lorch SpeedArc je príbuzný sa sprchovým oblúkom (vysokovýkonný krátky oblúk), jeho hlavná devíza je ďaleko vyššie zaostrenie (koncentrácie) oblúku, vyššia hustota energie, vysoký bod tlaku oblúku na tavný kúpeľ, lepšie viditeľná oblasť koreňa a nízka alebo žiadna tvorba rozstreku;
Vďaka špeciálnej modulácii napätia oblúku sa vytvorí uprostred tavného kúpeľa kladná polarita (u štandardných MIG procesov je to opačne), ktorá pozitívne ovplyvňuje nie len tvorbu zápalov na okrajoch zvaru, ale i chovanie samotného oblúku; Oblúk SpeedArc trvalo smeruje za kladnou polaritou, čím získava na koncentrácii a nepodlieha žiadnym vonkajším vplyvom – smeruje vždy v ose drôtovej elektródy. V praxi je potom obrovskou výhodou zváranie na dlhý výlet drôtu do úzkeho úžľabia.
TEXT/FOTO DR. ING. BIRGER JAESCHKE, PETER BRHLÍK
Príspevok recenzoval: Ing. Andrej Mašlonka, REMOS Zvolen, s. r. o.
