Plne automatizované oblúkové zváranie – KUKA

Špecialista na tvárnenie kovov a výrobu podvozkov, spoločnosť Gestamp vyrába oceľové zvárané rámy pre vozidlo VW Amarok do továrne VW v Hanoveri v Nemecku. V závode sa na to využíva plne automatizovaný systém KUKA, ktorý zahŕňa podávanie dielov, zváranie, odoberanie a kontrolu.

KUKA robot - oblúkové zváranie - VW Amarok

VW Amarok je populárny po celom svete. Rám podvozku vozidla zohráva dôležitú úlohu pri zabezpečovaní jazdných vlastností, najmä pri ťažkej jazde v teréne. V minulosti spoločnosť Volkswagen AG Commercial Vehicles uzavrela zmluvu s konkurentom spoločnosti Gestamp v Argentíne na výrobu rámov, ktoré boli z veľkej časti vyrábané manuálne. V júni 2014 prevzal výrobu závod Gestamp Umformtechnik Bielefeld, aby vyhovel rastúcemu dopytu a zároveň zabezpečoval rýchlosť výroby a kvalitu výrobkov.

 

KUKA arcwelding - oblukove zvaranie podvozkov v zavode Gestamp pre VW Amarok

Source: KUKA Systems GmbH

Source : https://www.kuka.com

WeldCenter v materiálovotechnologickej fakulte STU

Materiálovotechnologická fakulta STU so sídlom v Trnave cielene buduje špičkové výskumné pracoviská. Jedným z tých, ktoré vznikli pred nedávnom je aj Centrum pre  výskum a vývoj v oblasti elektrónovolúčových a progresívnych oblúkových technológií zvárania, navárania a povrchového spracovania – WeldCenter. Cieľom bolo vybudovať High-Tech pracovisko na výskum progresívnych technológií zvárania, povrchového vytvrdzovania, pretavovania a vytvárania špeciálnych vrstiev prostredníctvom elektrónového lúča. Ďalším cieľom bolo vybudovať špičkové pracovisko určené na komplexný výskum technologických procesov zvárania a navárania s využitím najmodernejších metód zvárania elektrickým a plazmovým oblúkom vo všetkých polohách a v ľubovoľnej trajektórii zvaru, resp. návaru. Centrum je zamerané na výskum v nasledovných oblastiach:

–    zváranie a naváranie konvenčných i nových konštrukčných materiálov,

–    vytváranie špeciálnych povrchových vrstiev,

–    povrchové textúrovanie konštrukčných materiálov,

–    pretavovanie a rafinácia kovov a zliatin,

–    progresívne metódy spájkovania,

–    monitorovanie rýchlych technologických dejov,

–    monitorovania a analýza zváracích parametrov oblúkových technológií zvárania.

Komplexné elektrónovolúčové pracovisko slúži na zváranie, naváranie a povrchové spracovanie rôznych druhov materiálov elektrónovým lúčom. Je vybavené dvomi elektrónovými kanónmi s výkonom lúča  30 kW a vákuovou komorou s rozmermi 1500 x 1500 x 2500 mm.

Komplexné pracovisko oblúkových a plazmových technológií disponuje nasledovnými zariadeniami:

•  zvárací zdroj Fronius MagicWave 3000,
•  zvárací zdroj Fronius TransTIG 3000 s modulom PlasmaModule 10,
•  zvárací zdroj Fronius TransPuls Synergic 3200 CMT,
•  zvárací zdroj Fronius TPS600i, zvárací zdroj AirLiquid TOPTIG 220,
•  vysokorýchlostná kamera Memrecam HX3 s príslušenstvom,
•  laserová pulzná osvetľovacia jednotka Cavitar Cavilux HF,
•  systém monitorovania procesných parametrov oblúkových technológií zvárania v reálnom čase HKS WeldAnalyst.

WeldCenter na MTF STU

Tavné zváranie

Tavné zváranie je spájanie kovových materiálov do nerozoberateľného celku vzájomným pôsobením tepla a tlaku, resp. iba tepla alebo iba tlaku, podľa potreby aj za použitia prídavného materiálu. Medzi tavné spôsoby zvárania patrí :


  1. zváranie plameňom (zdrojom tepla je plameň, v ktorom horí zmes horľavého plynu a kyslíka)
  2. zváranie elektrickým oblúkom (využíva teplo elektrického oblúka)

 

Zváranie plameňom, ktoré je jedným z najstarších spôsobov zvárania je čoraz viac vytláčane zváraním elektrickým oblúkom. Používa sa najmä v malých prevádzkach (napr. autoopravovne) a jeho hlavnou nevýhodou oproti oblúkovému zváraniu je širšia teplom ovplyvnená oblasť materiálu, doba zvárania a väčšie riziko vzniku chýb. Nevýhodou oblúkového zvárania je zas závislosť na elektrickej sieti.
Pre dosiahnutie kvalitného zvaru pri oblúkovom zváraní je potrebné izolovať roztavený kov od nepriaznivého vplyvu okolitého vzduchu. Pre tento účel sa vytvára tzv. ochranná atmosféra v okolí zvaru použitím inertných (nereagujú s roztaveným kovom – Ar, He) a aktívnych (reagujú s roztaveným kovom CO2, H2) plynov.

Podľa ochrannej atmosféry a zváracej elektródy rozlišujeme 3 druhy oblúkového zvárania :

  1. Zváranie v ochrannej atmosfére inertného plynu neodtavujúcou sa elektródou (TIG) – ako inertný plyn sa používa argón, zvára sa neodtavujúcou sa volfrámovou elektródou. Takto je možné zvárať tenké a obtiažne zvariteľné materiály (napr. nerez, hliník atď.)( 1-Zvarený dielec, 2-Oblúk, 3-Zvar, 4-Prídavný materiál, 5-Dýza, 6-Ochranný plyn, 7-Kontaktná špička, 8-Volfrámová elektróda, 9-Zdroj prúdu)
  2. Zváranie v ochrannej atmosfére inertného plynu odtavujúcou sa elektródou (MIG) – ochranná atmosféra Ar, He, elektródou je odtavujúci sa drôt prisúvaný do oblúka (1-Zvarený dielec, 2-Oblúk, 3-Zvar, 4-Dýza, 5-Ochranný plyn, 6-Kontaktná špička, 7-Drôtová elektróda, 8-Kladky podávania drôtu, 9-Zdroj prúdu)
  3. Zváranie v ochrannej atmosfére aktívneho plynu odtavujúcou sa elektródou (MAG) – ochrannú atmosféru tvorí CO2, odtavujúca elektróda je špeciálny zvárací drôt
tavne_zvaranie_original

Tavné zváranie

 

Zdroje zváracieho prúdu

Zdroje zváracieho prúdu dodávajú elektrickú energiu potrebnú pre horenie elektrického oblúka. Ide o zariadenia, ktoré vyrábajú alebo menia elektrickú energiu na energiu vhodnú na vznik a horenie elektrického oblúka. Delia sa na zdroje:


  1. s jednosmerným prúdom – rotačné zdroje a usmerňovače,
  2. so striedavým prúdom – transformátory.

Podľa STN 052205 sa oblúkové zváracie stroje delia na:

  1. oblúkové zváracie dynamá,
  2. oblúkové zváracie alternátory,
  3. oblúkové zváracie alternátory s usmerňovačmi,
  1. oblúkové zváracie mechanizmy (motor + zváracie dynamo),
  2. oblúkový zvárači transformátor,
  3. oblúkový zvárací usmerňovač.

Oblúkové zváracie stroje musia vyhovovať danému účelu – požiadavkám technológie zvárania .a bezpečnostným predpisom. Menovité napätie fázové je 220 V a združené 380 V alebo 500 V, menovitý kmitočet 50 Hz. Odchýlky napätia sú povolené + 5 %, frekvencie ± 1 %. Napätie naprázdno oblúkových zváracích strojov musí vyhovovať týmto požiadavkám:

  1. pri jednosmerných zdrojoch môže byť napätie naprázdno maximálne 120 V,
  2. pri jednosmerných zdrojoch so zvlnenlm napätia naprázdno vyšším ako 10 % môže byť napätie maximálne 80 V,
  3. pri striedavých zdrojoch môže byť efektívna hodnota napätia maximálne 80 V.

Každý oblúkový zvárací stroj musí umožňovať ľahké zapálenie oblúka, jeho stabilné horenie, elastickosť oblúka a malú stratu rozstrekom.
Stroje používané na ručné oblúkové zváranie
V SR sa používajú na ručné zváranie nasledujúce zváracie stroje:

  1. otáčavé: TRIODYN K 220, RK 320 a RK 600 s elektrickým hnacím motorom, DG 320 s naftovým motorom a BS 320 s benzínovým hnacím motorom,
  2. zváracie usmerňovače:  WTU 200, 315, 500, WTS 500, TRT 502, KS 100/01, 200/01. 250/01, 350/01 a KM 350,
  3. zváracie transformátory: TR 150, 260, 350, RTB 1, RTB 2, RTB 3, MINI 220 a JS 90-F.

Otáčavé zváracie stroje a zváracie transformátory nespĺňajú súčasne kritériá ekonomickej efek­tívnosti a kvality zvarového spoja. Otáčavé stroje spĺňajú požiadavku stáleho (konštantného) zváracieho prúdu, ale sú neekonomické z hľadiska prevádzky. Ich chod sa zväčša za smenu využíva na 50 %. (Ďalších 50 % bežia naprázdno). Pri zváracích transformátoroch je to najčastejšie jedno alebo dvojfá­zové pripojenie na sieť, zlý účinnik, obmedzenie ich použitia z hľadiska obalu elektród a polôh zvárania.
Z uvedených dôvodov sa v prevádzkovej praxi stále viac používajú zváracie usmerňovače.

Zváracie transformátory

Sú jednomiestne zdroje zváracieho prúdu (pre ručné zváranie sú väčšinou jednofázové). Každý transformátor sa skladá zo železného jadra (v tvare rámu, prstenca a pod.) skladajúceho sa z tenkých oceľových plechov (8 až 10 % Si), primárnej a sekundárnej cievky (Z,, z izolovaných Cu alebo Al drôtov. Regulácia zváracieho prúdu môže byť stupňovaná alebo riešená vychyľovaním resp. zasúvaním železného jadra. Pri transformátoroch veľkých výkonov sa používa tlmivka.

Zváracie usmerňovače

Sú jednosmerné zdroje zváracieho prúdu. Zdroj prúdu je zvárací transformátor. Striedavý prúd sa usmerňuje usmerňovač 1mi diódami alebo tyristormi. Použitie transformátora ako zdroja elektrického prúdu dáva možnosť využívať usmerňovač ako jednosmerný, tak aj striedavý zdroj zváracieho prúdu. Na obr. 3.23 je schéma trojfázového dvojcestného usmerňovača.