Proces spawania TopTig.pdf

SPAWALNICTWO

Proces spawania

TOPTIG

Spawanie metodą TIG (Tungsten Inert Gas) jest powszech-

nie stosowane w przemyśle, głównie w spawaniu ręcznym oraz

zautomatyzowanym. Największą zaletą tego procesu jest duża

czystość metalurgiczna spoiny, co w znacznym stopniu prze-

kłada się na własności wytrzymałościowe oraz estetykę uzyska-

nego połączenia. Największą wadą natomiast jest stosunkowo

mała wydajność spawania.

Nowy palnik TOPTIG

Proces spawania TOPTIG został opra-

cowany z myślą o robotyzacji procesu

spawania. Łączy on cechy spawania me-

todą TIG oraz MIG. Spoina cechuje

się więc bardzo dobrymi własnościami

metalurgicznymi, dużą czystością, a sam

proces spawania osiąga zwiększoną wy-

dajność. Uzyskiwane prędkości spawa-

nia są porównywalne do prędkości spa-

wania metodą MIG.

Kluczową częścią technologii jest

oryginalna koncepcja palnika: miej-

sce podawania materiału dodatkowe-

go jest usytuowane pod kątem w sto-

sunku do elektrody wolframowej, dysza

gazowa odpowiednio pozycjonuje po-

dawany materiał dodatkowy względem

elektrody.

Zaletą tej konfiguracji jest zmniej-

szenie wymiarów palnika oraz zwięk-

szenie możliwości zastosowania

poprzez dostęp do miejsc trudno do-

stępnych w procesie spawania zrobo-

tyzowanego.

Nie ma potrzeby utrzymywania

stałej orientacji palnika wraz z po-

dajnikiem materiału dodatkowego

w stosunku do osi złącza, co pozwala

na uwolnienie szóstej osi robota spa-

walniczego.

Nowy palnik charakteryzuje się

wieloma innowacyjnymi rozwiąza-

niami, w tym współpracą ze stacją au-

tomatycznej wymiany elektrod oraz

podajnikiem drutu typu push-pull .

Technologię TOPTIG opracowano

– 16 –

styczeń-luty 2010 r.

SPAWALNICTWO

Ryc. 1. Robotyzacja procesu spawania

Ryc. 2A, 2B. Porównanie standardowego palnika MIG z opracowanym przez

Air Liquide Welding palnikiem do spawania zrobotyzowanego TOPTIG

głównie z myślą o bezodpryskowym

lutospawaniu cienkich ocynkowanych

blach z wykorzystaniem drutu CuSi 3 .

Aplikacja znalazła także zastosowa-

nie w spawaniu stali wysokostopowej:

w przemyśle spożywczym przy spa-

waniu zbiorników, produkcji podze-

społów części samochodowych, pro-

dukcji mebli czy też aluminiowych

ram rowerów.

S TANDARDOWE PALNIKI TIG

W SPAWANIU ZROBOTYZOWANYM

Najistotniejszym elementem systemu jest

uchwyt spawalniczy – palnik. To od tego

komponentu, jego jakości wykonania oraz

samej technologii zależy wynik końco-

wy procesu spawania zrobotyzowanego

metodą TIG. W niektórych dostępnych

na rynku zrobotyzowanych systemach

spawania metodą TIG sposób podawania

materiału dodatkowego – drutu, stopiwa

– nie pozwala na osiągnięcie optymal-

nych rezultatów i wysokich wydajności

procesu spawania.

Dodatkowo charakterystyka procesu

wymusza konieczność stosowania robo-

ta o sześciu stopniach swobody. Szósty

ruch, obrót kiści, wynika z konieczno-

ści właściwego pozycjonowania stopi-

wa względem elektrody palnika.

Ponadto ręczna wymiana elek-

trody nie jest czynnością łatwą,

może wprowadzić niekorzyst-

ne przestoje, a niewłaściwe

i niedokładne zamocowa-

nie elektrody w palniku

może być brzemienne

w skutkach i znacząco

wpłynąć na jakość uzy-

skanych spoin.

głowica palnika zintegrowana z sys-

temem podawania drutu. W przeci-

wieństwie do standardowych rozwią-

zań w tej metodzie spawania energia

łuku elektrycznego absorbowana jest

poprzez spawany element, powodu-

jąc jego nagrzewanie, oraz jednocze-

śnie przez materiał dodatkowy, topiąc

go tym samym. W ten sposób zwięk-

sza się prędkość spawania.

Podawany drut przechodzi przez

dyszę gazową pod kątem około 20°

w stosunku do elektrody, aż do koń-

ca elektrody, gdzie jest automatycznie

skracany. W ten sposób drut topi się

w obszarze łuku, w którym panują naj-

większe temperatury, przez co można

uzyskać wysoki współczynnik topie-

nia materiału.

Zmniejszenie wymiarów pal-

nika poprzez unikalny spo-

sób podawania drutu oraz

specjalną konstrukcję umoż-

liwia spa-

W PROWADZENIE

DO PROCESU TOPTIG

W ostatnich czasach można zauważyć,

iż konwencjonalne metody spawania

MIG/MAG są coraz częściej zastępo-

wane procesem lutospawania, szczegól-

nie w przemyśle samochodowym. Po-

wodem, dla którego tak się dzieje, jest

pościg za redukcją masy samochodu,

a co za tym idzie – redukcją kosztów

eksploatacji. Jednym ze sposób zmniej-

szenia masy samochodu jest stosowanie

cieńszych blach. Wykorzystanie coraz

cieńszych blach na elementy poszy-

cia karoserii samochodu w znacznym

stopniu ogranicza jednak możliwość

zastosowania procesu spawania MIG/

MAG. Związane jest to z oddziały-

waniem źródła ciepła na cienkie arku-

sze tłoczonych blach HTS, które pod

wpływem oddziaływania cyklu cieplne-

go procesu spawania ulegają odkształ-

ceniom i deformacji.

P ALNIK TOPTIG

Głównym elementem systemu jest ob-

jęta patentem Air Liquide Welding

Ryc. 3. Element kolumny kierowniczej

Metale & Nowe Technologie

– 17 –

SPAWALNICTWO

wanie w trudno dostępnych miejscach.

Swoboda orientacji palnika względem

złącza wpływa na komfort i poziom

pracy operatora zrobotyzowanego sta-

nowiska, a także znacznie przyspiesza

i ułatwia proces programowania robo-

ta spawalniczego.

Palnik został opracowany na podsta-

wie europejskich wymagań i restrykcji

dotyczących bezpieczeństwa i użytecz-

ności. Korpus palnika jest chłodzony

cieczą lub powietrzem. W pierwszym

przypadku jego obciążalność wynosi

350 A w cyklu 100%, a wersja chłodzo-

na powietrzem to obciążalność rzędu

180 A w cyklu 100%. Palnik pracuje

w systemie DC, a materiał dodatkowy

to drut o średnicy 0,8-1,2 mm.

Łatwość demontażu palnika to nie-

wątpliwie jego duży atut. Dysza gazo-

wa może bowiem być łatwo zdemon-

towana, bez konieczności otwierania

obwodu chłodzenia. Dodatkowa dysza

gazowa chłodzona cieczą może praco-

wać w podwyższonych temperaturach.

Elektroda jest zamocowana i ustawiona

w zacisku elektrodowym. Może być wy-

mieniona automatycznie pomiędzy za-

trzymaniem i rozpoczęciem spawania

w czasie krótszym niż 15 s. Urządzenie

służące do wymiany elektrod jest stero-

wane przez sterownik programowalny

PLC, który współpracuje ze wszystkimi

rodzajami robotów. Jest w nim miejsce

na 7 uchwytów elektrodowych, a sama

wymiana to proces w pełni zautoma-

tyzowany.

Konfiguracja stanowiska do zrobo-

tyzowanego spawania metodą TOP-

TIG jest uniwersalna i elastyczna.

Daje tym samym olbrzymie możli-

wości zastosowania i dopasowania

do większości procesów przy pro-

dukcji elementów, konstrukcji wy-

konanych ze zwykłych stali niesto-

powych, stali nierdzewnych, stali

ocynkowanych, a kończąc na tytanie

i jego stopach.

Ryc. 4. Przebieg procesu spawania metoda TOPTIG części kolumny kierowniczej

Uniwersalność procesu spawania

TOPTIG predysponuje go do zasto-

sowań w przemyśle spożywczym, far-

maceutycznym, samochodowym czy też

w lotnictwie i aeronautyce.

Kompletne stanowisko do spawa-

nia metodą TOPTIG jest wyposażone

w następujące komponenty:

– tranzystorowe źródło prądu TOP-

TIG 220 (220 A@100% AC/DC) lub

przemysłowe źródło NERTAMA-

TIC 450 (450 A@100% AC/DC),

dające m.in. możliwość spawania

pulsacyjnego; zdalne sterowanie

źródła prądu umożliwia zmianę pa-

rametrów podczas spawania;

– palnik TOPTIG połączony przewo-

dami i prowadnikami drutu za po-

mocą szybkozłącza do systemu po-

dawania drutu Push Pull;

– jednostka podawania drutu umoż-

liwiająca podawanie z prędkością

do 10 m/min w trybie stałym lub

pulsacyjnym.

S PAWANIE CIENKICH

GALWANIZOWANYCH ELEMENTÓW

Proces TOPTIG został opracowany

głównie z myślą o spawaniu bardzo

cienkich elementów, których spawanie

konwencjonalnymi metodami MIG/

MAG sprawia wiele trudności. Pro-

ces ten ma zastosowanie w przemyśle

samochodowym do spawania lub lu-

tospawania ocynkowanych blach, czę-

ści karoserii samochodów. Po spawaniu

karoseria jest gotowa do końcowego

montażu elementów mechanicznych

lub wyposażenia.

Przy doborze parametrów należy

wziąć pod uwagę, iż prąd oraz pręd-

kość podawania drutu są silnie zależ-

ne od sposobu przygotowania złącza

i oprzyrządowania.

W YDAJNOŚĆ PROCESU

Technologia ta została opracowana

w celu zwiększenia efektywności pro-

cesu spawania przy jednoczesnym za-

chowaniu lub też zwiększeniu jakości

wykonywanych połączeń. Oszczędność

oraz korzyści w stosunku do standardo-

wego procesu spawania metodą MIG

przedstawia ryc. 6.

S TAL NIESTOPOWA

Kolejną interesującą aplikacją, w któ-

rej proces spawania TOPTIG znalazł

zastosowanie, jest spawanie elemen-

– 18 –

styczeń-luty 2010 r.

SPAWALNICTWO

Elektroda

Ryc. 5. Materiał dodatkowy topiony jest bezpośrednio w najgorętszym miejscu

łuku elektrycznego

Ryc. 6. Diagram przedstawia oszczędności i korzyści wynikające z metody spawa-

nia MIG

Ryc. 7. Złącze pachwinowe kształtowników 40x40

Ryc. 8. Spawanie zbiorników i bojlerów

tów kolumny kierowniczej wykonanej

ze stali niestopowej. W tym przypadku

głównym kryterium są jak najmniej-

sze odkształcenia plastyczne oraz jak

najmniejsze odpryski. W przypadku

niespełnienia tych wymogów kolej-

ne komponenty wewnętrzne, części

składowe kolumn nie będą do siebie

pasować, stając się niepełnowarto-

ściowym produktem – odpadem pro-

dukcyjnym.

Wstępne testy spawania elemen-

tów kolumny (ryc. 3) wykazały dużą

oszczędność kosztów produkcji. Jakość

spoiny, jej wymiary geometryczne, czy-

stość metalurgiczna, jak również prak-

tycznie całkowity brak odprysków

zadecydowały o wdrożeniu na linii

produkcyjnej sytemu spawania meto-

dą TOPTIG. W ten sposób osiągnię-

to oszczędność kosztów i czasu – brak

odprysków eliminuje konieczność sto-

sowania dodatkowych operacji czysz-

czenia i sprawdzania przed kolejnymi

etapami spajania z kolejnymi elemen-

tami kolumny.

wpływa również na funkcjonalność

i użyteczność produktu. Oczywiście

złącze powinno charakteryzować się

minimalnymi odkształceniami, taki-

mi, by cała konstrukcja spełniała wy-

magania dotyczące kształtu. Typowym

zastosowaniem procesu TOPTIG jest

spawanie zbiorników magazynujących

oraz bojlerów ciśnieniowych. 

Z ASTOSOWANIE TOPTIG

W SPAWANIU STALI NIERDZEWNEJ

Zbiorniki, bojlery i inne naczynia

stosowane w przemyśle spożywczym

oraz farmaceutycznym są wykonane

ze stali nierdzewnych, trudno rdze-

wiejących.

W większości przypadków grubość

stali w tych zastosowaniach nie prze-

kracza 3 mm.

Spawając poszycia zbiorników

ze stali nierdzewnych, wymaga się,

by spoina była równie odporna zarów-

no na korozję, jak i sam materiał ro-

dzimy, przy zachowaniu odpowiednich

własności mechanicznych. Duże zna-

czenie ma również estetyka połączenia.

Brak przebarwień wokół spoiny to po-

wierzchnia wolna od tlenków; gładkie

i regularne lico to główne wyznaczni-

ki procesu spawania. Brak odprysków

Piśmiennictwo

1. Materiały z konferencji technicznej

w Quebek (Kanada).

2. Dokumentacja techniczna metody spa-

wania TOPTIG.

3. Opracowanie J.M. Fortain, S. Guiheux,

T. Opderbeckec: TOPTIG alternative

to weld very thin sheet. AIR LIQUIDE

Welding and Cutting Research Center,

95315 Cergy-Pontoise, Francja.

Tłumaczenie i opracowanie

na podstawie materiałów f irmy:

Mateusz Kosek i Roland Kulanek,

Air Liquide Welding

Metale & Nowe Technologie

– 19 –

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: