Sinergija v varilstvu Synergy in Welding J. Tušek1, M. Suban, J. Tome, Institut za varilstvo, Ljubljana Prejem rokopisa - received: 1996-10-04; sprejem za objavo - accepted for publication: 1996-11-22 V članku je podanih nekaj splošnih značilnosti sinergij v varilstvu. Opisani so klasificirani prehodi materiala pri varjenju s taljivo elektrodo v zaščitnih plinih in možnosti za programiranje prehoda materiala s sinergijskim izvorom toka za obločno talilno varjenje v različnih zaščitah. Ključne besede: prehod materiala, pulzno MIG/MAG varjenje, sinergija, sinergijski varilni izvor The article states some general characteristics of synergy in welding. Ciassified material transfer modes in gas-shielded vvelding with consumable electrode are deseribed and chances of a programmed material transfer by means of a synergic povver source are stated. In the second part of the article the principle of operation of the synergic povver source for fusion are vveldina in various shielding media is shown schematically. Key words: metal transfer, pulsed MIG/MAG vvelding, synergy, synergic vvelding source 1 Uvod Pod imenom sinergetika razumemo predvsem načine regulacije in krmiljenja celotnega procesa varjenja od izvora toka pa vse do nastajanja vara. Najprej bomo s sinergetskega vidika pregledali prehod materiala pri varjenju s taljivo elektrodo, nato bomo podrobneje obdelali pulzni prehod materiala pri MIG/MAG varjenju in na koncu predstavili še sinergijske varilne izvore oziroma sinergetsko kontrolo varilnih parametrov. Sinergijski varilni izvori toka so veliko boljši zaradi istočasnega krmiljenja več varilnih parametrov. Najnovejši sinergijski varilni izvori toka imajo za nastavljanje parametrov le en gumb, kar bistveno poenostavi način dela in uporabnost v praksi. 2 Mehanizmi prehoda materiala pri varjenju Pri običajnih postopkih (elektro obločno, MIG, MAG, TIG, EPP varjenje) poznamo osem načinov prehoda materiala, ki pa jih lahko v grobem združimo v tri skupine1: - prehod s prostim preletom kapljic - kratkostični prehod - ob steni žlindre. Pri prostem preletu s stalnim oblokom prehaja material kapljičasto ali pršeče. Pri povečevanju varilnega toka se velikost kapljic zmanjšuje. Grobo kapljičast prehod je nezaželen, ker imamo precej velike kapljice taline, ki "kapljajo" od vrha elektrode do varilne kopeli. Tak način prehoda je pri električnem obločnem varjenju. Pri MIG/MAG varjenju tak način prehoda ni tako pogost. Tu je značilen pršeč prehod z majhnimi kapljicami, varilni tok pa je večji kot pri elektro obločnem vajrenju. Prav pršeč prehod lahko na neki način reguliramo. V bistvu 1 Doc.Dr. Janez TUŠEK Institut za varilstvo [()(*) Ljubljana. Ptujska 19 lahko s sinergijskimi varilnimi izvori zelo natančno določamo prehod kapljic, posebej pri pulznem MIG/ MAG varjenju. Na sliki 1 je prikazan prehod materiala s preletom kapljic. Če pa zelo povečamo podajanje varilne žice ob nizki nastavitvi toka na izvoru, se premosti reža med vrhom elektrode in varilno kopeljo ter nastane pravzaprav kratek stik med elektrodo in varjencem. Skozi žico steče visoka jakost toka, ki jo stali in kapljica zaradi sinergij-skega delovanja sil preide v talino vara. V naslednji fazi zopet nastane reža in vzpostavi se zopet oblok. Celoten proces se nato periodično ponavlja, kot je prikazano na sliki 2. 3 Kontroliran prehod materiala Kontroliran prehod materiala je omogočen s sinergijskim varilnim izvorom2. Beseda "synergon" je grškega izvora in pomeni "skupno učinkovati, delovati". Sinergijski izvor je torej izvor, kjer skupno učinkujejo vsi pomembni parametri varilnega procesa. V izvoru shranjeni programi omogočajo optimalno izbiro varilnih parametrov. Takšen koncept postaja nujen pri pulznem H M ;Q j ° j '''> ww/, y////////////z, kaplj ičast prehod pri pršeč prehod pri elektro obločnem varjenju MIG/MAG varjenju Slika 1: Prehod materiala s prostim preletom kapljic Figure 1: Free-flight metal transfer o P X T 1.5-2,3 tp = const (D področje pršečega prehoda materiala Slika 3: Območje pršečega prehoda materiala Figure 3: Region of streaming transfer oblok kratek stik zožanje ponovna vzpostavitev obloka Slika 2: Faze pri kratkostičnem prehodu materiala Figure 2: Sequence of events in dip transfer MIG/MAG varjenju3, saj številni parametri ne dopuščajo optimiranja varilnega procesa med samim varjenjem. Poglejmo si zato dogajanje pri prehodu materiala pri pulznem MIG/MAG varjenju, kjer je mogoča sinergetska kontrola parametrov. Hitrost odtaljevanja žice je odvisna predvsem od vrste materiala, varilnega toka, dolžine prostega konca žice ter zaščitnega plina. Prehod kapljice lahko dosežemo s kratkim pulzom varilnega toka velike amplitude Ip ali pa z daljšim časom trajanja pulza tp. Drobnokapljičast prehod dosežemo, če je čas trajanja pulza izbran tako, da se nahaja v področju pršečega prehoda materiala, kot prikazuje slika 3. Optimalne pogoje dosežemo pri prehodu ene kapljice na pulz. Pri večjem številu prehodov je kontrola vnosa materiala omejena, pogosto prihaja tudi do močnega brizganja. Pri pulznem MIG/MAG varjenju imamo kar pet parametrov, ki jih moramo nastavljati. Ti so: Ip - pulzni tok Ib - bazni tok tp - čas trajanja pulza tb - čas trajanja baznega toka f - frekvenca pulziranja Idealno obliko pulznega varilnega toka prikazuje slika 4. Po najnovejših raziskavah4 je relacija med pulznim tokom in časom trajanja pulza naslednja: -O Slika 4: Idealna oblika pulznega varilnega toka Figure 4: Ideal shape of pulsed welding current Ta izraz je konstanten za posamezne vrste dodajnega materiala in uporabljenega zaščitnega plina. 4 Sinergijski varilni izvor Nastavitev varilnih parametrov je relativno težka in zahtevna naloga. Zato je prehod na "enogumbno" nastavitev zelo zaželen. Pri sinergijskih izvorih, kjer imamo nastavljanje le z enim gumbom, sta varilni izvor in poda-jalni mehanizem med seboj direktno povezana5. Na sliki 5 je shematsko prikazan sinergijski varilni izvor. Enote, ki sestavljajo celoten mehanizem: • podajalni mehanizem, pri katerem je izhod iz taho-generatorja povezan z izvorom varilnega toka • mikroprocesorska kontrolno-krmilna enota, kjer je shranjena baza podatkov (varilni tok, dodajni material, hitrost podajanja žice, zaščitni plin) • tranzistorski izvor varilnega toka. 5 Sklep V članku smo pojasnili vlogo sinergetske kontrole procesa pulznega MIG/MAG varjenja. Najprej smo predstavili načine prehoda materiala pri običajnih načinih varjenja in iz tega zahteve za natančno kontroliranje var- © varilna žica .. A { RN- A ... podajalni mehanizem B mikroprocesorska kontrolno-krmilna enota C tranzistorski vir varilnega toka R sinergijska regulacija RN ... ročna nastavitev (en gumb) T tahogenerator varjenec Slika 5: Sinergijski varilni izvor Figure 5: Synergic vvelding source jenja. Sinergetska kontrola tako predstavlja korak naprej pri kakovosti varilnega procesa. Seveda pa zahteva gradnja sinergijskega varilnega izvora znanje iz močnostne elektronike, krmiljenja in merilne tehnike. Predvsem pa je pomembna velika baza podatkov varilnih parametrov ter materialov. 6 Literatura 'J. Norrish, 1. F. Richardson: Metal Transfer Mechanisms: Welding & Metal Fabrication, 56, 1988, 1. 17-22 2 C. J. AUum: Understanding Synergic MIG; Using Synergic MIG Suc-cessfully. Symposium 9.12.1987, The Welding Institute Abington 14-36 3 A. Koveš: Pulzno varjenje in sinergijski varilni izvori. Varilna tehnika, 1988, 4, 99-102 4 K. Grubic': Izvori struje za impulsno MIG/MAG zavarivanje i izbor parametara zavarivanja. Mednarodno posvetovanje "Oprema za zavarivanje i srodne tehnologije te njena primjena", Pula, 21-13.9.1995. Zbornik del, Pula, 1995, 47-57 5 A. Koveš: Inverterski sinergijski varilni izvor. Poročilo o delu za leto 1988, Institut za varilstvo, Ljubljana, 1-17