198 Ventil 17 /201 1/ 3 DOGODKI – POROČILA – VESTI Obisk študentov Fakultete za strojništvo v podjetju Fronius v Welsu v Avstriji Na povabilo predstavnikov av- strijskega podjetja Fronius so naši študentje Fakultete za stroj- ništvo (iz varilske smeri na obeh smereh študija po starem študij- skem programu) v dneh od 28. do 29. marca obiskali podjetje Fronius v Avstriji in si ogledali njihovo razvojnoraziskovalno delo in proizvodnjo. Na obisku je bilo 34 študentov skupaj z asistentom in laborantom ter predstavnik naše ustanove. To svetovno priznano varilsko podje- tje je za vse naše obiskovalce plača- lo tudi prenočitev v hotelu v Welsu, bogato samopostrežno večerjo s pi- jačo in drugi dan kosilo v podjetju. Sami študenti so plačali le prevoz z avtobusom iz Ljubljane. Prvi dan ek- skurzije pa so organizirali tudi ogled Salzburga. Študenti so si v torek dopoldne do kosila ogledali prostore in dejavnosti na lokaciji v mestu Wels. Ogledali so si pet demonstracijskih mest s petimi različnimi varilnimi procesi. Za tem pa smo se odpeljali v 20 km oddalje- ni Sattledt, kjer smo si ogledali proi- zvodnjo panelov s fotovoltaikami za proizvodnjo električne energije. Na sliki 1 so prikazani paneli, nameščeni na njihovi proizvodni hali. Kratek opis zgodovine Froniusa Podjetje Fronius je v manjšem av- strijskem kraju Pettenbach ustano- vil Günter Fronius leta 1945. Prva njihova proizvodnja so bili polnilci za akumulatorje in varilni transfor- matorji. Na sliki 2 je prikazan eden izmed njihovih prvih varilnih trans- formatorjev, pri katerem se je jakost toka regulirala brezstopenjsko z ma- gnetnim jarmom. Prve varilne usmernike so izdelovali že leta 1955. Leta 1972 se je podjetje preselilo v Wels. Pomembno je leto 1980, ko postane vodja Klaus Fro- nius, in leto 1982, ko prvi na svetu pričnejo z vgradnjo tranzistorske in inverterske tehnologije v vire toka za obločna varjenja. Leta 1988 so se preselili v Wels na današnjo lokacijo. Eno njihovih pomembnejših odkritij v tistem času je bilo varjenje TIME (Transfer Ionizing Molten Energy). To je postopek visoko produktivnega varjenja MAG, pri katerem se za za- ščito taline vara uporabi štirikompo- nentna mešanica plinov (CO 2 , Ar, O 2 , He). Pogon varilne žice je bil izveden s štirimi pogonskimi koleščki, kar je zagotavljalo enakomeren in miren (brez tresljajev) dovod žice v varilni oblok. V eni uri je s tem postopkom možno pretaliti tudi do 20 kg dodaj- nega materiala. Postopek TIME je v začetku devetdesetih let predstavljal pravo revolucijo pri obločnem var- jenju s tanko žico. V minulih dveh desetletjih so bile na to temo opra- vljene številne raziskovalne naloge v različnih delih sveta. V sami firmi Fronius pa so razvili tudi postopek Time Twin Digital, kar pomeni, da se vari s postopkom TIME z dvema žicama istočasno. Danes pa se ime TIME za visoko produktivno varjenje redkeje uporablja. Ugotovilo se je, da ni bistvo postopka TIME v štirikom- ponentni mešanici, kot je bilo mišlje- no ob predstavitvi, ampak v zelo sta- bilnem in enakomernem dovajanju varilne žice v varilni oblok, ki zaradi stabilnih pogojev gori izjemno sta- bilno z enako dolžino in z odtaljeva- njem enako velikih kapljic v enakih časovnih presledkih. Vse to vpliva na stabilen proces varjenja skoraj brez brizganja in tudi na kakovost zvarov in zvarnih spojev. Po letu 1990 se je podjetje odpr- lo v svet. Že leta 1991 so v Kijevu v Ukrajini odprli svojo prodajalno in proizvodnjo varilnih naprav. Že leto za tem so na Češkem prav tako od- prli prodajalno in proizvodnjo. Leta 1993 so v svoje naprave kot prvi na svetu začeli vgrajevati mehko logiko za kontrolo in nadzor varilnih para- metrov. Leta 1995 so na trg lansirali najlažji inverterski vir toka za obloč- no varjenje z oplaščeno elektrodo. Istega leta so začeli z izdelavo fo- tovoltaik za proizvodnjo električne energije iz svetlobne energije. Kot prvi so v varilne naprave in kontrolo varilnih parametrov vnesli digitalno tehniko v povezavi z mehko logiko. Leta 2000 se je podjetje ločilo v štiri Slika 1. Nameščeni paneli s fotovoltaikami na strehi proizvodne hale 199 Ventil 17 /201 1/ 3 DOGODKI – POROČILA – VESTI divizije, med katerimi je varilska teh- nologija najobsežnejša. Pomemb- no je leto 2001, ko so prvi na svetu razvili enotno varilno glavo in varilni postopek, imenovan hibridno varje- nje. Postopek je sestavljen iz varjenja MAG/MIG in iz laserskega varjenja. Z varilno glavo za hibridno varjenje, ki je prikazana na sliki 6, je možno doseči hitrosti varjenja do 9 m/min. Približno v istem času je Fronius va- rilskemu trgu ponudil nov inverterski vir toka za obločna varjenja. Na ameriškem trgu so začeli proda- jati leta 2002. Pravo revolucijo pa naredijo leta 2004, ko na trgu predstavijo in po- nudijo postopek varjenja, imenovan CMT (Cold Metal Transfer). To je različica postop- ka MAM/MIG, pri katerem varilna žica potuje naprej in nazaj, kar omo- goča relativno hladno varjenje in zato tudi tako ime postopka. Posto- pek je shematsko prikazan na sliki 4. Leta 2006 ponu- dijo trgu novo napravo z inova- tivnim sistemom za uporovno toč- kovno varjenje z gibajočim trakom. Imenujejo ga DeltaSpot. V zadnjih letih stalno razvijajo nove produkte in tehnologije, izboljšujejo stare in širijo prodajo in proizvodnjo tudi v druge države in na druge kon- tinente. Na tem mestu bi omenil si- mulator za virtualno učenje varilcev, nove zmogljivejše inverterske vire toka in pa dvodelno kontaktno šobo za varjenje MAG/MIG, ki zagotavlja stabilnejše varjenje in daljšo uporab- no dobo od klasične enodelne kon- taktne šobe. Eksperimentalne varilne enote v podjetju Fronius Podjetje je izjemno razvojno in razi- skovalno usmerjeno. Seveda pa tudi tržno, če želi biti poslovno uspešno. Svoje produkte in storitve za trg bo- dočim kupcem praktično prikažejo in prilagodijo njihovim potrebam. Pod- jetje ima za obiskovalce in poslovne partnerje pet pomembnejših enot za demonstracije eksperimentalnega varjenja. Tudi med našim obiskom je bilo tako. Študente sta na vhodu pričaka- la predstavnik Froniusa iz Avstrije in zastopnik Froniusa za Slovenijo. Osnovne informacije o poslovanju podjetja, zaposlenih, proizvodnji in podobnem so študenti dobili že v avli na vhodu v podjetje. Nato so se razdelili v štiri skupine za ogled po- sameznih demonstracijskih točk. Sam sem bil v skupini, ki si je najprej ogledala virtualno učenje varjenja na simulatorju obločnega varjenja. Napravo in princip njenega delova- nja so naši študenti že poznali, saj jo je Fronius že dvakrat v zadnjem letu posodil Fakulteti za strojništvo za učenje študentov. Naprava je sesta- vljena iz posebne induktivne enote, iz virtualnega gorilnika, ekrana in namenske računalniške enote, ki ovrednoti, shranjuje in beleži prido- bljene podatke. Podatek pa je lega gorilnika, ki ga učenec vodi po var- jencu oziroma v primerni razdalji od njega med virtualnim učenjem. Uče- nec mora za dober rezultat čim bolj enakomerno s primerno hitrostjo in primerno razdaljo voditi gorilnik po varjencu. Ta naprava se razlikuje od drugih naprav po fizikalnem prin- cipu, na katerem deluje. Nekatere druge naprave delujejo na principu odboja ultrazvoka in druge na od- boju svetlobe, medtem ko ta deluje na principu spremembe induktivno- sti pri spremembi razdalje ali pa pri spremembi hitrosti premikanja. Edi- na slabost tega principa je v motenju induktivnosti v virtualnem varjencu z raznimi električnimi napravami v bli- žini simulatorja med samim učenjem. Študenti so poslušali razlago pred- stavnika podjetja in se kasneje tudi sami preizkusili v tej zahtevni veščini. Naprava, ki je prikazana na sliki 3, je primerna za učenje varilca v stoječi Slika 2. Eden izmed prvih varilnih transformatorjev z za- četka petdesetih let, krmiljen brezstopenjsko z magnetnim jarmom Slika 3. Naprava za virtualno učenje obločnega varjenja 200 Ventil 17 /201 1/ 3 DOGODKI – POROČILA – VESTI legi. Poznana pa je tudi verzija za varjenje v drugih legah. Na drugi eksperimentalni točki smo si ogledali varjenje CMT (Cold Me- tal Transfer), ki je izboljšana verzija varjenja MAG/MIG. Shema naprave in postopka je prikazana na sliki 4. Kot smo že zapisali, je postopek po- znan slabo desetletje. Naprava pa je na trgu dobrih pet let. Veliko pove podatek, da je bilo v razvoj naprave in postopka vloženih 39 človeka/let. V tem času pa so razvili že izboljšano verzijo, ki jo imenujejo CMT advance in omogoča varjenje z minus polom na elektrodi, kar poveča talilni uči- nek, zniža količino vnesene energije v varjenec in izboljša produktivnost. Na prvi pogled je podobna opre- mi za varjenje MAG/MIG ali pa za spajkanje MIG. Bistvena in zelo po- membna razlika je v posebni doda- tni enoti, ki jo imenujemo zalogovnik žice, in v namenski napravi za pogon žice. Sinergetski vir toka omogo- ča varjenje z enosmernim tokom s tokovnimi pulzi (tokovnimi utripi) različnih oblik. Pri najnovejši napravi pa je celo možno variti z obema poloma elek- tričnega toka. Ta novejša naprava omogoča, da se oblok vžge s plus polom na elekt- rodi in se v nada- ljevanju preklopi, da se vari z ne- gativnim polom na varilni žici ali pa z izmeničnim tokom s skoraj poljubno frekvenco in s poljubno amplitudo na pozitivni in na nega- tivni polperiodi. Vir toka je povezan s krmilno omarico, s kolutom za žico, z zalogovnikom žice, z računalniško enoto in s cevnim paketom. Posebno enoto predstavlja sistem za pogon žice. Ta omogoča premik žice naprej in nazaj. Frekvenca nihanja pogona žice je nastavljiva od 50 do 70 Hz pri klasičnih napravah, pri novejših pa celo do 120 Hz. Ta sistem ima, kot smo že omenili, poseben cevni sis- tem z zalogovnikom žice (glej sliko 4), v katerem se ta »shrani« za tisti čas, ko se pomika nazaj. To pomeni, da kolut žice ni obremenjen s pomikom naprej in nazaj. S spreminjanjem pomika žice naprej in nazaj se spreminja električna upor- nost v celotnem tokokrogu. Ko se žica med spajkanjem dotakne obde- lovanca, se ustavi in pomakne nazaj. S tem se poveča upornost v obloku in skozi žico in oblok teče manjši tok. Vse to pa pomeni, da se v varjenec ali v spajkanec vnese manj energije in da je »uvar« zelo nizek. Postopek je primeren za varjenje zelo tankih materialov, za spajkanje in premoščanje špranj pri izdelavi korenskega vara. Zavedati se mora- mo, da postopek CMT ni visoko pro- duktiven in ni primeren za zalivanje večjih varilnih špranj. Na naslednji postaji je bilo predsta- vljeno uporovno točkovno varjenje s premikajočim trakom. To je prav gotovo ena večjih in po- membnejših inovacij na področju uporovnega varjenja v zadnjih dese- tletjih. Trak, izdelan iz bakrove ali pa tudi druge zlitine, kar pa v podjetju ne povedo, je nameščen med varjen- cem in elektrodo. Po vsaki zavaritvi točke se trak premakne tako, da se ponovna točka izdela čez »sveži« trak. Trak je izredno tanek, da se na eni strani prilagodi površini varjenca, na drugi pa elektrodi. Tudi elektroda je v samem ohišju nihajoča. Pri izde- lavi vseh komponent gre za visoko vr- hunsko tehnologijo, da se preko vseh površin in stikov prevaja visoka jakost toka brez brizganja ali oprijemanja. Oprema za opisani postopek je pri- kazana na sliki 5. Na sliki 5a vidimo varilne klešče z inverterskim virom toka, s servomotorjem za zapiranje in odpiranje klešč in del robotske roke, na kateri so nameščene varilne klešče. Slika 5b pa prikazuje spodnjo in zgor- njo elektrodo z dvema varjencema s tankim gibajočim se trakom in z ohišjem, v katerem so elektrode za uporovno varjenje. Na tej sliki lahko ugotovimo, da je trak izdelan iz bakra. V praksi pa uporabljajo tudi trakove iz drugih, po besedah pred- stavnikov Fro- niusa, bolj trpe- žnih materialov. Več podatkov o materialih pa od njih nismo mogli izvedeti. Naslednja po- staja je bila opremljena za napravo za hibridno var- jenje. Varilna glava je z naj- Slika 5. Oprema za uporovno točkovno varjenje z gibajočim se trakom, imenovanim varjenje Delta- Spot; a – varilne klešče z vso potrebno opremo, b – namestitev elektrod med varjenjem dveh tankih varjencev Slika 4. Shematski prikaz naprave za varjenje po postop- ku CMT (Cold Metal Transfer) 201 Ventil 17 /201 1/ 3 DOGODKI – POROČILA – VESTI pomembnejšimi deli prikazana na sliki 6. Za prvo hibridno varjenje se je uporabilo lasersko varjenje in var- jenje MAG. To je danes v praksi tudi najbolj pogo- sto uporabljen postopek. Vari- jo se predvsem daljši varjenci iz različnih vrst jekel. V smeri varjenja najprej potuje laserski žarek, s katerim se izdela koren- ski varek. Takoj za njim pa vari- mo MAG s ta- ljivo elektrodo. Korenski varek se komaj strdi, ko v zvarni žleb dovedemo raz- taljene kapljice iz varilne žice, da se tvori zvarni spoj. Za hibridno varjenje pa lahko upo- rabljamo tudi druge kombinacije. V praksi se uporabljajo kombinacije laserskega varjenja in varjenja TIG ali MIG ter laserskega varjenja in varje- nja s plazmo. Zadnja demonstracija, ki smo si jo ogledali, je bilo varjenje z dvojno žič- no elektrodo v zaščitnem plinu. Postopek prikazuje slika 7. Z oznako a je prikazan princip varjenja, z ozna- ko b nekaj posnetkov s hitrotekočo kamero, s c pa ena izmed izvedb va- rilnih glav za varjenje z dvojno žično elektrodo. Pri tem varjenju se upora- bljata dva vira varilnega toka, ki sta med seboj usklajena, da nekaj časa varilni tok teče po eni žici in nato po drugi. Ko teče po eni žici varilni tok, teče po drugi samo osnovni za vzdr- ževanje obloka. Na posnetku na sliki 7c1 vidimo, da varilni oblok gori na levi žici in na desni le pilotni oblok za vzdrževanje taline na žici. Na nasle- dnjem posnetku vidimo, da se je na levi žici odtrgala kapljica, ki potuje iz žice v talino vara. Posnetek z ozna- ko 7c3 kaže, kako je oblok zagorel na desni žici. V tem trenutku teče po levi žici le osnovni tok. In že v na- slednjem trenutku (slika 7c4) se iz desne žice odtrga kapljica in potuje v talino vara. Posnetek 7c5 pa je po- doben posnetku 7c1, ker se je celotni cikel že zavrtel. Prednost postopka v primerjavi z varjenjem z eno žico je predvsem v hitrosti varjenja in v visoki produk- tivnosti. Študenti so bili z obiskom izjemno zadovoljni. Videli so vrhunske na- prave, ki se danes uporabljajo za najkakovostnejše varjene produkte v vseh vejah industrije. Zadovoljstvo študentov se vidi tudi na fotografiji (slika8). Ob tej priliki se predstavniku Fro- niusa v Avstriji in v Sloveniji, pred- vsem g. Pečlinu, v imenu študentov in vodstva Fakultete za strojništvo v Ljubljani za organizacijo obiska lepo zahvaljujem. Prof. dr. Janez Tušek, UL, Fakulteta za strojništvo Slika 7. Varjenje z dvojno žično elektrodo v zaščitnem plinu ali plinski meša- nici; a – prikaz procesa varjenja, b – zunanji videz varilne glave, c – posnetki s hitrotekočo kamero med varjenjem z dvojno žično Slika 8. Fotografija naših študentov pred proizvodnimi prostori Froniusa Slika 6. Varilna glava za hibridno varjenje, sestavljena iz va- rilne glave za varjenje MAG/MIG in iz optičnega sistema za krmiljenje laserskega žarka