Vysokovýkonné svařování MAG při použití trubičkového drátu FILARC PZ 6102.

Trubičkový drát s náplní kovového prášku FILARC PZ 6102 je určen ke svařování ocelí střední a vyšší pevnosti, především ke svařování dílů z tenkých plechů z ocelí s mezí kluzu do 460 MPa ve všech polohách, včetně polohy shora dolů. Má velmi dobré svařovací vlastnosti stabilní v širokém rozsahu svařovacích proudů a je proto často používán jako náhrada plného drátu na mechanizovaných a robotizovaných pracovištích. Právě kvůli dobré stabilitě oblouku je vhodný i pro ručně realizované svary a kořenové housenky. Obsahuje 0,05 – 0,09 % uhlíku, 0,50 -0,80 % křemíku a 1,3 – 1,75 % manganu. Cílem příspěvku je určení parametrické oblasti, ve které má svařování trubičkovým drátem s náplní kovového prášku maximální efektivitu při realizaci koutového svaru vysokovýkonným svařováním MAG. Charakteristické rozměry koutového svaru pro výpočet efektivity jsou vyznačeny na schématickém obr. 1. EFEKTIVITA KOUTOVÉHO SVARU je definována, jako dosažení co největší nosné velikosti koutového svaru při nejmenším objemu návaru a co nejmenším převýšením. Oba požadavky jsou zohledněny ve vzorci pro výpočet celkové efektivity koutového svaru: E = EZ .EN, kde E je celková efektivita svaru, EZ efektivita závaru a EN je efektivita návaru. Efektivita závaru EZ je poměr maximální hloubky závaru z a teoretické nosné velikosti vT odpovídající skutečné ploše návaru (Ez = z.vt -1), pokud by byla celá efektivně využita (tj. svar bez převýšení). Efektivita návaru EN vyjadřuje vliv převýšení svaru (r). Je dána poměrem EN = a.at -1, tedy výšky svaru a k teoretické výšce svaru at odpovídající skutečné ploše návaru. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST Použitý materiál svařovaných vzorků byl podle ČSN EN 10027 – S275JR tloušťky 8 mm. Ochranný plyn pro trubičkový drát byl CORGON (82 % Ar + 18 % CO2). Proces svařování je zaznamenán monitorovacím zařízením WeldMonitor 3.5. Systém monitoruje jak vlastní svařovací proces s výstupem dat svařovacích parametrů v podobě grafů, tak i datových výstupů pro další zpracování. Na základě zkušeností s předchozím výzkumem efektivity byla vytipovaná blízkooptimální oblast, podle které je pomocí metody plánování experimentů (DOE) centrální kompozice, navržen soubor experimentů dle tab. 1. Pro jednotlivá měření byly na zdroji BDH 550 nastaveny rychlosti posuvu drátu vd a odpovídající hodnoty napětí U. Na lineárním svařovacím automatu byla nastavena rychlost svařování vs. Ostatní parametry zůstaly neměnné. VÝSLEDKY EXPERIMENTŮ PRO TRUBIČKOVÝ DRÁT FILARC PZ 6102 U všech vzorků jsou zaznamenány hodnoty svařovacích parametrů pomocí monitorovacího systému Weld Monitor 3.5 a vyhodnotila se rozměrová analýza metalografických výbrusů. Výsledky naměřených hodnot i vypočítaných jsou uvedeny v tab.2. Výsledky jsme zpracovali pomocí softwaru STATISTICA, kdy bylo vytvořeno parametrické pole s nejvyššími hodnotami efektivity. V grafu je na vodorovné ose zaznamenána rychlost svařování (m.min-1) a na svislé ose rychlost podávání drátu (m.min-1). Velikost celkové efektivity je znázorněna pomocí uzavřených polí, kdy stupeň barevného odstínu udává velikost efektivity podle stupnice uvedené vedle grafu. Ve výsledném grafu je zobrazena také výpočtová průřezová plocha návaru Pm vypočtená podle vztahu Pm = 1,08 vd . vs -1, kde Pm je výpočtová průřezová plocha návaru (mm2), vd rychlost podávání drátu (m.min-1) a vs rychlost svařování (m.min-1). Naměřené parametrické pole se projevilo jako stabilní. Provedené experimenty prokázaly, že poměrně velká parametrická oblast v rozmezí vd 14 až 17 m.min-1 vs 0,6 až 0,9 m.min-1 (pro plochy návaru Pm 16 až 25 mm2, což odpovídá velikostem účinné výšky 7 až 9 mm) vykazuje vysokou efektivitu realizace koutového svaru a dobrou geometrii, což dokládá srovnání svarů na obr. 3. Svary s nízkou rychlostí svařování mají oproti svarům s vysokou rychlostí svařování širší závar menší hloubky a jsou výhodné jako svary výplňové. Svary s vyšší rychlostí posuvu mají větší převýšení. ZAJIŠTĚNÍ JAKOSTI SVARU Jakost koutového svarového spoje není automaticky zajištěna dosažením tzv. optimální geometrie svaru vyjádřenou maximální efektivitou provedení. Kvalitu svaru je nutno posuzovat z několika hledisek a v souladu s příslušnými normami. Vzhledem k velké snaze na dosažení co největšího podílu závaru na nosné velikosti svaru, je nutno pozornost zaměřit na geometrická kritéria provedení svaru. Klasifikaci geometrických vad uvádí platná norma ČSN EN ISO 6520-1. Při posuzování kvality spojů byla s ohledem na realizované experimenty zaměřena pozornost na: ? zápaly – tj. nepravidelný vrub na přechodu housenky do základního materiálu, ? nadměrná převýšení. Svary s těmito vadami podle citované normy byly vyloučeny již v průběhu vyhodnocení s ohledem na používanou metodiku měření efektivity provedení svaru. Svary s nepřípustnými vadami jsou tak již z konečného hodnocení vyloučeny. S ohledem na tvar svarů, které vykazují nejvyšší hodnoty efektivity realizace svarových spojů, je zřejmé, že v případě aplikace výsledků této práce na materiály náchylné k tvorbě trhlin zatepla mohou vzniknou problémy. Pro určování náchylnosti k tvorbě trhlin zatepla existují různá kritéria. Pro zhodnocení skutečných geometrických poměrů koutového svaru zvolili jsme kritérium K založené na stanovení poměru maximální délky průřezu svaru k jeho střední šířce Ws podle vztahu K = L . Ws-1 ? 2 a podle obr. 4 (Ws je střední šířka housenky svaru [mm] a L je celková délka svaru [mm] ). Kontrolní měření se uskutečnilo u svarů s nejhlubším závarem a jeho výsledky jsou uvedené v tab. č. 3. U svarů realizovaných trubičkovým drátem nebyl problém s rozměrovými parametry svaru. Hodnota K byla u některých vzorků na hranici přípustnosti, avšak trhliny zatepla v žádném případě nebyly zjištěny. Některé svary vykazovaly drobné póry, jejichž rozměr nepřekračuje maximální hodnoty v souladu s normou ČSN EN ISO 6520-1. Z publikovaných vlastností trubičkového drátu s náplní kovového prášku naše experimenty potvrdily vyšší tavný výkon, a tedy i produktivitu svařování, a to i přes jeho nižší měrnou hmotnost. Maximální efektivita je sice o něco nižší než u plného drátu, ale velikost efektivity se v celém doporučeném rozsahu příliš neliší, takže se stejnou efektivitou lze svařovat svary v rozsahu proudu 350 až 420 A, s velikostí průřezové plochy návaru 12 až 24 mm2 při nosné velikosti (účinné výšce) 7 až 9 mm, při závaru 3 až 5 mm a při vneseném teplu pouze 4,4 až 8,5 kJ.cm-1. Závar je širší, takže míra efektivity je méně citlivá na přesnost vedení hořáku. Společně s další potvrzenou vlastností – nízkým převýšením housenky a bezvrubovým napojením svaru na základní materiál je tento typ drátu velmi vhodný pro robotizované svařování. Vzhledem k velmi stabilní hodnotě započitatelné hloubky závaru přinese používání tohoto drátu přímé úspory v produktivitě i ostatních nákladech, vzhledem k nižší hodnotě vneseného tepla do svaru.