376 Ventil 23 /2017/ 5 VARILSTVO Oblikovno navarjanje kovinskih izdelkov z uporabo tehnologije WAAM Damjan KLOBČAR, Janez TUŠEK ■ 1 Uvod Ameri ko dru tvo za testiranje in materiale A Ameri an o iet or esting and aterials je de ni ralo postopke aditivnih tehnologij kot postopke spajanja materialov za izdelavo izdelkov z nana anjem navarjanjem plasti za plastjo e tehnologije se močno razlikujejo od tehnologij z odvzemanjem materi alov Postopke lahko poimenujemo z različnimi izrazi kot so aditivna proizvodnja aditivni pro esi aditiv ne tehnologije tiskanje hitro prototipiranje hitra izdelava proto tipov hitra izdelava orodij Razvoj aditivnih tehnologij na po dročju izdelave izdelkov na osnovi polimerov v primerjavi s kovinami poteka različno hitro Področje hitre izdelave izdelkov iz polimerov je e zelo uveljavljeno Na trgu o staja jo različne re itve ki omogočajo izdelavo kompleksnih izdelkov v ozkih toleran ah ena izdelkov je o ičajno odvisna od natančnosti in kakovosti izdelave emu primerne pa so tudi ene naprav Na trgu o stajajo tudi nizko enovne naprave t i tiskalniki ki so e na voljo za domačo upora o Prednosti teh sistemov sta enostavna upora a in ena izdelka medtem ko je včasih njihova upora nost omejena Na področju izdelave kovinskih materialov se razvijajo različne tehnologije aker je leta patentiral upora o električnega o loka kot vira toplote za izdelavo o jektov z navarjanjem materi ala v plasteh jiie itsu ishi je leta izdeloval tlačne posode z upora o postopkov varjenja PP uporovnega varjenja pod lindro varjenja pri tem pa je upora ljal tudi več i iz različnih dodajnih materialov za izdelavo sten s unk ionalno porazdeljenimi lastnost mi ussmaul je leta upora il o likovno varjenje za izdelavo velikih in visoko kakovostnih struk turnih izdelkov za nuklearno indu strijo iz jekla n oNi pri če mer je ila produktivnost kg h posamezen izdelek pa je tehtal ton eta sta Prinz in eiss patentirala kom ina ijo navarjanja izdelka s N rezanjem ki sta jo poimenovala »Shape Deposition anu a turing ed leti in so na niverzi ran eld razvili postopek haped etal eposition za podje tje Rolls Ro e za navarjanje ulitkov motorjev enjeni in razviti so ili različni pro esi in materiali posto pek pa je e vedno v proizvodnji eta so podjetja izrazila eljo po postopku hitre izdelave izdelkov iz titanovih zlitin deja je ila za menjati klasično izdelavo izdelkov z odrezovanjem iz lokov ali odkov kov ki ni trajnostna Predvideva se da i v naslednjih letih letalska industrija potre ovala preko mi lijonov ton titanovih zlitin pri čemer je razmerje u to volumen surovca glede na volumen materi ala v končnem izdelku o pome ni da o milijonov ton titanovih zlitin predstavljalo odpadni material [5–7]. Izvleček: Prikazan je pregled aditivnih tehnologij ki omogočajo izdelavo kovinskih izdelkov Poudarek je na o ločnih tehnologijah navarjanja pri katerih kot dodajni material upora ljamo varilno i o AA ire ar additive manu a turing re za tehnologije varjenja varjenja A in plazemskega varjenja Njihova osrednja prednost v primerjavi z upora o laserja ali elektronskega snopa so ni ji investi ijski stro ki in stro ki o ratovanja majo pa te tehnologije nekoliko sla o natančnost izdelave Prednosti tehnologije AA se ka ejo pri izdelavi večjih izdelkov pri katerih se nadome ča izdelava z odrezovanjem ko je potre no iz velikega in dragega surov a odvzeti večje količine materiala tehnologijo AA smo o upora i varilnega ro ota in tehnologije izdelovali tanke stene v različnih legah pora ljali smo varilno i o VA Na izdelanih zvarih smo izmerili trdoto in pregledali mikrostrukturo gotavljali smo vpliv varilnih parametrov na sta ilnost gradnje tankih sten pomočjo programa prut am smo izdelali program za krmiljenje ro ota in izdelali vzorčni izdelek Ključne besede: ro otsko varjenje A trdota aditivne tehnologije z upora o o loka in varilne i e AA prut A o dr amjan lo čar univ dipl in pro dr anez u ek univ dipl in o a niverza v ju ljani akulteta za stroj ništvo 377Ventil 23 /2017/ 5 VARILSTVO Aditivne tehnologije na področju izdelave kovinskih materialov lahko v gro em razdelimo na tehnologi je z upora o arkov in tehnologi je z upora o varilnega o loka a gradnjo izdelkov z upora o arka upora ljamo elektronski snop in laserski arek Pri o eh postopkih lahko kot dodajni material upora ljamo material v o liki prahu ali v o liki i e Pri laserskih sistemih lahko dodajni prah dovajamo s pli nom pihanjem akrat govorimo o postopku laserskega navarjanja aser ladding e pri laserskih sistemih upora ljamo prahove v posodi po der ed govorimo o postopku selektivnega laserskega taljenja ele tive aser elting pri upora i elektronskega snopa pa o taljenju z elektronskim sno pom le tron eam elting Pri laserskih sistemih lahko varilno i o dodajamo s strani ali pravokotno na mesto dodajanja materiala pri elektronskem snopu pa je poznan iak jev sistem ed o ločnimi sistemi se upora ljajo tehnologije varjenja in plazma V vseh primerih se upora lja dodajni ma terial v o liki i e e postopke sku pno imenujemo postopki aditivne tehnologije z upora o varilne i e in o loka ang ire ar additive manu a turing AA e primerjamo tehnologije z di rektnim dodajanjem prahu in i e med sa o lahko ugotovimo da je ena prahov visoka njihova ka kovost variira dodajanje prahu je zapleteno razen če se lahko dova ja s strani zkoristek prahu je med in Prah se lahko re ikli ra potre no je pazljivo ravnanje s stali ča varnosti in varstva pri delu Pojavijo pa se tudi te ave z rota ijo glave če prah dovajamo s strani Pri dodajanju materiala v o liki i e je ena i e srednje visoka kakovost materialov je visoka i e Ni in variira pri upora i aluminijevih zli tin zkoristek dodajnega materiala je lizu sistemi za dodajanje i e so razviti re ikliranje materiala ni potre no dodajni material lah ko nanesemo tudi izven elenega mesta te ave pri rota iji glave se pojavijo pri navarjanju s plazmo in om ne pa tudi pri postopku nvesti ijski stro ki na vneseno energijo so pri laserskih siste mih zelo visoki pri upora i plaz me ali navarjanja pa so nizki ratovalni stro ki laserskega siste ma so srednje visoki medtem ko so pri o ločnih sistemih nizki kupen izkoristek vira energije in izkori stek energije pri spajanju materiala zna a pri upora i laserja okoli pri upora i varilnega o loka pa kar okoli Varnostno tveganje je pri upora i laserskih sistemov visoko po kod e oči strupeni in eksplozivni prahovi medtem ko je relativno nizko pri upora i varil nega o loka Produktivnost laser skega sistema je srednja do visoka najmanj a de elina nanosa zna a od mm naprej Produktivnost o ločnega sistema je visoka do zelo visoka najmanj a de elina slo ja zna a od mm naprej Primerjava med vi inami posame znega sloja ter produktivnostjo in horizontalno resolu ijo ka e da imajo postopki s prahom v posodi najmanj o produktivnost dose gajo pa visoko resolu ijo izdelave odajanje prahu s pihanjem po veča produktivnost in zmanj a ho rizontalno resolu ijo medtem ko imajo tehnologije AA e večjo produktivnost in e manj o hori zontalno resolu ijo gotovljeno je ilo da je pri enojnem osno si metričnem viru energije pri maksi malni talilni učinkovitosti produk tivnost odvisna od kvadrata vi ine posameznega nanosa Resolu ija je odvisna od razmerja med irino in vi ino nanosa dvisna je od tevil nih aktorjev in je o ičajno naj olj a pri razmerju vi ine plasti ■ 2. Eksperiment Varjenje je potekalo na pločevine iz konstruk ijskega jekla z di menzijami mm Varili smo po postopku A z va rilno i o VA i preme ra mm v za čiti plina Ar ali me ani e R N s pretokom l min Varili smo z virom varilne ga toka ronius ransPuls nergi o upora i varilnega ro ota A R z zvarov smo izdelali vzor e za ana lizo mikrostrukture pri katerih smo merili trdoto po Vi kersu ter izdelali miniaturne epruvete za natezni pre izkus v različnih smereh glede na gradnjo varkov Natezne teste smo izvedli na trgalnem stroju i k edkanje je potekalo z od stotnim jedkalom nital optična mi kroskopija pa na merilnem mikro skopu ituto o Namen raziskave je il določiti op timalne tehnolo ke parametre na varjanja za izdelavo tankih varov ki odo omogočili sta ilno gradnjo varkov v vi ino v različnih varilnih legah Preliminarno varjenje je po tekalo s postopki standard Slika 1. Razdelitev postopkov aditivnih tehnologij za izdelavo kovinskih iz- delkov [5] 378 Ventil 23 /2017/ 5 pulzno Ar in z varilnimi tokovi A A in A ter pri hitrostih varjenja in mm s pora ljali smo prednastavljene programe pri katerih je vnos ener gije zna al med k m in k m za standardne programe varjenja med k m in k m za pul zno varjenje in med k m in k m za varjenje Na osnovi re zultatov primarnega testiranja smo iz rali postopek ki smo ga op timirali da smo dosegli optimalne razmere navarjanja raven nanos zvara Pri optimiranju smo upora ili varilni program in v kom ina iji s pulznim varjenjem pri tem pa smo upora ili me ani o R N ed navarjanjem v višino smo merili tudi temperaturo navarov del testov smo opravili pri medvarkovni temperaturi del pa v hladnem pri temperaturi okoli Varili smo v varilnih le gah PA P in P optimalnimi parametri varjenja smo izdelali demonstra ijski izde lek za katerega smo program za krmiljenje pro esa varjenja izdelali s pomočjo programa prut am ■ 3. Rezultati in diskusija ilj te raziskave je il določiti para metre navarjanja ki i omogoča li sta ilno navarjanje tankih sten Slika 2 prikazuje rezultate navar janja enega sloja z varilnim tokom A na pločevino de eline mm V primeru standardnega krmiljenja prenosa materiala je il navar spre jemljiv le pri najmanj i hitrosti var jenja pri kateri je il vnos energije dovolj velik k m Pri vi jih hitrostih varjenja je il vnos ener gije premajhen za izdelavo navara Nekoliko olje je ilo v primeru krmiljenja s pulznim načinom u smo do ili spreje mljiv zvar tudi pri hitrosti m s pri kateri je il vnos energije k m V primeru varjenja s postopkom smo sprejemljive enovarkovne na vare do ili pri vseh hitrostih varjenja in tudi pri vnosu energije k m v A v V in vv mm s Pri varje nju z večjim varil nim tokom smo v vseh primerih do ili sprejemljive rezultate izdelanih navarov vari pa so ili ir i Slika 3 prikazuje gradnjo varkov navarjenih par slojev pri varje nju s postopkom pri varilnem toku A in varilni napetosti V Navarjanje prikazano na zgornji sliki je potekalo z desne proti levi na sredinski in spodnji sliki pa od leve proti desni slike opazimo da smo deloma sprejemljiv navar do ili le v primeru navarjanja s hitro stjo mm s pri katerem je pri lo do uspe ne gradnje varka Na začetku vara se je e pri drugem navaru po javila te ava povezana z v igom varilnega o loka akrat varjenje ni ilo sta ilno in se je v navaru poja vila prekinitev kon u varjenja je ilo mogoče opaziti manj e te ave s prelivanjem materiala zaradi ne koliko vi je temperature podlage zmanj evanjem vnosa energije med varjenjem so se te ave povezane s sta ilnostjo navarjanja v vi jih vi i nah stopnjevale in navarjanje ni ilo več mogoče e pri manj em tevilu slojev lika a prikazuje potek na varjanja pri varilnem toku A od a Slika 2. Varjenje pri 40 A: a) standard, b) pulzno in c) CMT (hitrosti varjenja od spodaj navzgor 3, 7,5 in 12 mm/s) Slika 4. Varjenje z optimiranimi parametri s programom v za čiti plina CO v A v V in vv mm s k m a v levo čas čakanja s in o ojestransko čas čakanja s Slika 3. Varjenje pri jakosti varilnega toka 40 A in ob- ločni napetosti 10,3 V po postopku CMT (hitrosti varje- nja od zgoraj navzdol 3, 7,5 in 12 mm/s) VARILSTVO 379Ventil 23 /2017/ 5 desne proti levi s hitrostjo varjenja mm s in sekundno pavzo pri varje nju slike a opazimo da je stena ir a sam zvar pa ni ji hkrati pa se po javi izrazita po evnost stene Vzrok za po evnost je v pregrevanju stene pro ti kon u varjenja in v posedanju na vara zaradi lezenja vstran Po evnost navara smo deloma odpravili z me njavanjem smeri navarjanja slika večjo vi ino pa s podalj anjem časa hlajenja med varki na s parametrično analizo in meritvi jo de eline irine in vi ine zvarov smo ugotovili da se irina in vi ina zvara manj ata s povečevanjem hi trosti varjenja slika 5 večanjem jakosti varilnega toka se povečujeta hitrost dovajanja varilne i e in vnos energije s tem pa tudi irina in vi ina navara Pri navarjanju pri vi ji med varkovni temperaturi se irina navara povečuje vi ina zvara pa o ohranjenem volumnu ni a Na višino in širino navara poleg varilnih parametrov vpliva tudi medvarkovna temperatura oz čas ohlajanja med posameznimi navari Pri varjenju v hladnem je medvarkovna tempera tura zna ala do Varili smo tudi v prisilnih legah in pod različnimi koti gorilnika V vseh primerih ima poleg vnosa toplote velik vpliv tudi medvarkovna tem peratura Varjen i na sliki 6a so ili varjeni v legi PA z različnimi vnosi energije k m k m k m pri medvarkovni temperaturi orilnik je potoval pod ko tom podo no kot nastajajoči zvari. Varjenje v legi P je ilo zelo zahtevno saj je prevroča talina kar naprej uhajala v smeri gravita ije Navarjanje je ilo naj olj optimalno pri varjenju z ni jim vnosom energi je k m A v mm s in pri postavitvi gorilnika pod kotom v smeri gradnje varka Pri varje nju v legi P slika 6b se opazi da je z nara čanjem medvarkovne tempe rature pri lo do vpliva gravita ije na o likovanje navara aradi gravita i je se je o kon u navara o likovala kaplji a vi ek materiala kar je zmanj alo ravnost nanosa Slika 5. Vpliv varilnih parametrov pri varjenju CMT pri medvarkovni temperaturi 50 °C (hladno varjen) in 200 °C na a) širino in b) višino navara Slika 6. Varjeno pri kotu gorilnika 60° a) v legi PA z I = 40 A, v = 5 mm/s, 82,4 kJ/m; I = 90 A, v = 7,5 mm/s, 142,8 kJ/m in I =140 A, v = 7,5 mm/s, 259,5 kJ/m in b) v legi PG z I = 40 A, v = 5 mm/s pojavi izrazita poševnost stene. Vzrok za poševnost je v pregrevanju stene proti koncu varjenja in v posedanju navara zaradi lezenja vstran. Poševnost navara smo deloma odpravili z menjavanjem smeri navarjanja (slika 4b), večjo vi ino pa s podalj anjem časa hlajenja med varki na s. Slika 4. Varjenje z optimiranimi parametri s programom CMT v za čiti plina CO2 (Iv = 90 A, Uv = 11,9 V in vv = 7,5 mm/s, Q = 142,8 kJ/m) a) v levo čas čakanja 5 s in b) obojestransko čas čakanja s 2 st a) b) Slika 5. Vpliv varilnih parametrov pri varjenju CMT pri medvarkovni temperaturi 50 °C (hladno varjen) in 200 °C na a) širino in b) višino navara 3 st S parametrično analizo in meritvijo debeline (širine) in višine zvarov smo ugotovili, da se širina in višina zvara manjšata s povečevanjem hitrosti varjenja (slika 5 . večanjem jakosti varilnega toka se povečujeta hitrost dovajanja varilne ži e in vnos energije, s tem pa tudi širina in višina navara. Pri navarjanju pri višji medvarkovni temperaturi – 200 °C – se irina navara povečuje, vi ina zvara pa ob ohranjenem volumnu niža. a višino in širino navara poleg varilnih parametrov vpliva tudi medvarkovna temperatura oz. čas ohlajanja med posameznimi navari. Pri varjenju v hladnem je medvarkovna temperatura znašala do 50 °C. 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Vi šin a n av ar je ne ga zv ar a [m m ] Hitrost varjenja [mm/s] I = 40 A (hladno varjen) I = 90 A (hladno varjen) I = 140 A (hladno varjen) I = 40 A ( povp. navarjene stene - medvarkovna tem. 200 °C) I = 90 A ( povp. navarjene stene - medvarkovna tem. 200 °C) I = 140 A ( povp. navarjene stene - medvarkovna tem. 200 °C) I = 40 A (povp. navarjene stene – medvarkovna temp. 200 °C I = 90 A (povp. navarjene stene – medvarkovna temp. 200 °C I = 140 A (povp. navarjene stene – medvarkovna temp. 200 °C I (povp. avarje e stene – medvarkovna temp. 200 °C I = 90 A (povp. navarjene stene – medvarkovna temp. 200 °C I = 140 A (povp. navarjene stene – medvarkovna temp. 200 °C VARILSTVO a 380 Ventil 23 /2017/ 5 Slika 7 prikazuje rezultate varjenja z optimiranim postopkom pulz pri čemer je ila medvarkov na temperatura med in lika a prikazuje makroo rus zvara varjenega z jakostjo varilne ga toka A pri hitrosti varjenja mm s in vnosom energije k m slike lahko opazimo da je prvi navarek o ji in vi ji zaradi hla dnega varjen a in večjega odvoda toplote v osnovni material. V viš jih slojih se irina navara povečuje zaradi sla ega odvoda toplote in vi je medvarkovne temperature lika prikazuje potek trdote v smeri iz osnovnega materiala pre ko V in serije navarkov rdota je ila v več točkah pomerjena v V kjer smo zaznali tudi skok proti vrednosti V rdota osnovnega materiala varjen a je zna ala okoli V V vi jih slojih navarov je ila trdota pomerjena nekje na sredini vsakega vara u vidimo da je pri lo do medvar kovnega popu čanja zvarov zaradi navarjenja vi je le ečih navarov Pri tem se je vrednost izmerjene trdote zni ala z okoli V koli kor jih je imel zadnji zvar na oko li V Navarjeni sloj je il za okoli V mehkej i od osnovne ga materiala. Slika 8 prikazuje model izdel ka in sam izdelek izdelan s tehno logijo AA Varjenje je potekalo rez prekinitev torej rez kontro le medvarkovne temperature Na sredinski sliki lahko opazimo da je ila medvarkovna temperatura relativno visoka saj je del varjen a na sliki e vedno zelo areč Na sliki opazimo da sta o liki mo dela in izdelka podo ni aradi nekoliko vi je medvarkovne tem perature je povr ina končnega izdelka nekoliko olj gro a pri lo pa je tudi do manj ega razlivanja materiala olj gladko povr ino i verjetno dosegli če i vzdr evali ni jo medvarkovno temperaturo o i lahko dosegli z vključitvijo nekaj sekundnih pavz med posa meznimi varki ■ 4 Zaključek zdelana je ila parametrična ana liza varjenja tankih sten z upora o tehnologije AA in varjenja A ter varilne i e VA mm. Ugotovili smo: ptimalni način krmiljenja vno sa energije in prenosa materi ala pri gradnji tankih slojev je kom ina ija krmiljenja v povezavi s pulznim varjenjem ptimalni parametri za gradnjo tankih slojev so ili pri jakosti varilnega toka A o ločni na petosti V hitrosti varjenja mm s in vnosu energije k m a zagotavljanje sta ilne gradnje slojev je potre no upo tevati kom ina ijo varilnih parametrov in medvarkovne temperature a doseganje sta ilnih pogojev var jenja naj medvarkovna tempera tura ne prese e Pri varje nju z manj im vnosom energije je lahko medvarkovna temperatura nekoliko vi ja pri varjenju z ve čjim vnosom pa naj o ni ja Vnos energije naj o med in k m Pri vnosu energije pod Varili smo tudi v prisilnih legah in pod različnimi koti gorilnika. V vseh primerih ima poleg vnosa toplote velik vpliv tudi medvarkovna temperatura. Varjen i na sliki 6a so bili varjeni v legi PA z različnimi vnosi energije 8 , k /m, ,8 k /m, 59,5 k /m pri medvarkovni temperaturi C. Gorilnik je potoval pod kotom , podobno kot nastajajoči zvari. Varjenje v legi PC je bilo zelo zahtevno, saj je prevroča talina kar naprej uhajala v smeri gravitacije. Navarjanje je bilo najbolj optimalno pri varjenju z nižjim vnosom energije 8 , k /m I = A, v 5 mm/s in pri postavitvi gorilnika pod kotom 9 v smeri gradnje varka . Pri varjenju v legi PG (slika 6b se opazi, da je z nara čanjem medvarkovne temperature pri lo do vpliva gravita ije na oblikovanje navara. aradi gravita ije se je ob kon u navara oblikovala »kapljica vi ek materiala, kar je zmanjšalo ravnost nanosa. a b Slika 6. Varjeno pri kotu gorilnika 60° a) v legi PA z I = 40 A, v = 5 mm/s, 82,4 kJ/m; I = 90 A, v = 7,5 mm/s, 142,8 kJ/m in I =140 A, v = 7,5 mm/s, 259,5 kJ/m in b) v legi PG z I = 40 A, v = 5 mm/s 2 st a b Slika 7. a) Makroobrus, izdelan pri jakosti varilnega toka 59 A in hitrosti varjenja 5 mm/s. b) Potek trdote v odvisnost od varilnih parametrov (5 mm/s (59 A – 103,8 kJ/m), 7,5 mm/s (90 A – 244,8 kJ/m 140 A – 419,2 kJ/m). Slika 7 prikazuje rezultate varjenja z optimiranim postopkom CMT pulz, pri čemer je bila medvarkovna temperatura med 5 in C. lika a prikazuje makroobrus zvara, varjenega z jakostjo varilnega toka 59 A pri hitrosti varjenja 5 mm/s in vnosom energije ,8 k /m. S slike lahko opazimo, da je prvi navarek ožji in vi ji zaradi hladnega varjenca in večjega odvoda toplote v osnovni material. V vi jih slojih se irina navara povečuje zaradi slabšega odvoda toplote in višje medvarkovne temperature. Slika b prikazuje potek trdote v smeri iz osnovnega materiala, preko TVC in serije navarkov. Trdota je bila v več točkah pomerjena v TVC, kjer smo zaznali tudi skok proti vrednosti 8 V. Trdota osnovnega materiala varjen a je zna ala okoli 9 V. V vi jih slojih navarov je bila trdota pomerjena nekje na sredini vsakega vara. Tu vidimo, da je pri lo do medvarkovnega popu čanja zvarov zaradi navarjenja vi je ležečih navarov. Pri tem se je vrednost izmerjene trdote znižala z okoli V, kolikor jih je imel zadnji zvar, na okoli V. avarjeni sloj je bil za okoli V mehkej i od osnovnega materiala. Slika 8 prikazuje 3D-model izdelka in sam izdelek, izdelan s tehnologijo WAAM. Varjenje je potekalo brez prekinitev, torej brez kontrole medvarkovne temperature. Na sredinski sliki lahko opazimo, da je bila medvarkovna temperatura relativno visoka, saj je del varjen a na sliki še vedno zelo žareč. Na sliki opazimo, da sta obliki modela in izdelka podobni. aradi nekoliko višje medvarkovne temperature je povr ina končnega izdelka nekoliko bolj groba, pri lo pa je tudi do manj ega razlivanja materiala. Bolj gladko površino bi verjetno 140 160 180 200 220 240 260 280 300 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Tr do ta [H V] Višina varjenca [mm] HV I= 59 A HV I= 90 A HV I= 140 A Li ni ja m er itv e trd ot e Smer varjenja in smer gravitacije I = 59 A I = 90 A I = 140 A Slika 7. a) Makroobrus, izdelan pri jakosti varilnega toka 59 A in hitrosti varjenja 5 mm/s. b) Potek trdote v odvisnosti od varilnih parametrov (5 mm/s (59 A – 103,8 kJ/m), 7,5 mm/s (90 A – 244,8 kJ/m in 140 A – 419,2 kJ/m). a) b) Slika 8. a) 3D-model in b) končni izdelek, varjen po postopku CMT v kombinaciji s pulzi brez prekinitev (varilni tok 59 A, hitrost varjenja 5 mm/s in vnos energije 103,8 kJ/m) 2 st 4 Zaključek Izdelana je bila parametrična analiza varjenja tankih sten z uporabo tehnologije WAAM in varjenja MIG/MAG ter varilne ži e VAC φ1,2 mm. Ugotovili smo: - Optimalni način krmiljenja vnosa energije in prenosa materiala pri gradnji tankih slojev je kombinacija krmiljenja CMT v povezavi s pulznim varjenjem. Optimalni parametri za gradnjo tankih slojev so bili pri jakosti varilnega toka 59 A, obločni napetosti 8,8 V, hitr sti varjenja 5 mm/s in vnosu energije 103,8 kJ/m. - Za z gotavljanje stabilne gradnje slojev je potrebno upoštevati kombinacijo varilnih parametrov in medvarkovne temperature. a doseganje stabilnih pogojev varjenja naj medvarkovna temperatura ne preseže °C. Pri varjenju z manjšim vnosom energije je lahko medvarkovna temperatura nekoliko višja, pri varjenju z večjim vnosom pa naj bo nižja. - Vnos energije naj bo med 100 in 300 kJ/m. Pri vnosu energije pod 100 kJ/m pride do valovitega videza povr ine zvara, pri vnosu nad k /m pa se pojavijo težave s prelivanjem taline. Pri tem se poruši razmerje med višino in širino zvara. - Trdota vara se le malo spreminja, večje skoke v trdoti dobimo le v TVC. - Varjenje lahko izvajamo v različnih legah, vendar je najbolj enostavno varjenje v legi PA. V vseh legah je zelo pomembno kontrolirati medvarkovno temperaturo, ki naj bo pri varjenju, čim nižja. V ostalih legah je potrebno upoštevati še vpliv gravitacije, e nižjo medvarkovno temperaturo, zaželeno pa je variti z minimalnim vnosom energije okoli 100 kJ/m. Literatura [1] W. E. Frazier, “Metal additive manufacturing: A review,” Journal of Materials Engineering and Performance 9 –1928. [2] K. V. Wong and A. Hernandez, “A review of additive manufacturing,” ISRN Mechanical Engineering 2012 (2012). [3] Robert Merz et al., Shape deposition manufacturing (Engineering Design Research Center, Carnegie Mellon Univ., 1994). [4] L. E. Weiss et al., “Shape deposition manufacturing of heterogeneous structures,” Journal of Manufacturing Systems 99 9. [5] S. W. Williams et al., “Wire+ arc additive manufacturing,” Materials Science and Technology –7. F. Martina et al., “Residual stress reduction in high pressure interpass rolled wire+ arc additive manufacturing Ti- Al-4V components,” Proc. 25th Int. Solid Freeform Fabrication Symp (2014): 89–94. [7] P. A. Colegrove et al., “High pressure interpass rolling of wire+ arc additively manufactured titanium components,” Advanced Materials Research 99 9 –700. [8] Y. Nilsiam et al., “Integrated Voltage–Current Monitoring and Control of Gas Metal Arc Weld Magnetic Ball-Jointed Open Source 3-D Printer,” Machines 3(4) (2015): 339–351. [9] SprutCam software, www.sprutcam.com. Slika 8. a) 3D-model in b) končni izdelek, varjen po postopku CMT v kombi- naciji s pulzi brez prekinitev (varilni tok 59 A, hitrost varjenja 5 mm/s in vnos energije 103,8 kJ/m) VARILSTVO 381Ventil 23 /2017/ 5 k m pride do valovitega vi deza povr ine zvara pri vnosu nad k m pa se pojavijo te ave s prelivanjem taline Pri tem se poru i razmerje med vi ino in širino zvara. rdota vara se le malo spreminja večje skoke v trdoti do imo le v TVC. Varjenje lahko izvajamo v raz ličnih legah vendar je naj olj enostavno varjenje v legi PA V vseh legah je zelo pomem no kontrolirati medvarkovno tem peraturo ki naj o pri varjenju čim ni ja V ostalih legah je po tre no upo tevati e vpliv gra vita ije e ni jo medvarkovno temperaturo za eleno pa je va riti z minimalnim vnosom ener gije okoli k m Literatura razier etal additive ma nu a turing A revie Journal of Materials Engineering and Perfor- mance V ong and A ernandez A revie o additive manu a tu ring ISRN Mechanical Enginee- ring Ro ert erz et al Shape deposi- tion manufacturing ngineering esign Resear h enter arne gie ellon niv eiss et al hape depo sition manu a turing o hete rogeneous stru tures Journal of Manufacturing Systems illiams et al ire ar additive manu a turing Ma- terials Science and Technology artina et al Residual stress reduction in high pres sure interpass rolled ire ar additive manu a turing i Al V omponents Proc. 25th Int. Solid Freeform Fabrication Symp P A olegrove et al igh pres sure interpass rolling o ire ar additivel manu a tured titanium omponents Advanced Materi- als Research Nilsiam et al ntegrated Voltage urrent onitoring and ontrol o as etal Ar eld agneti all ointed pen o ur e Printer Machines prut am so t are www.sprut- cam.com. Surfacing of 3D metal shapes using Wire Arc Additive Manufac- turing technology Abstract: An overvie o additive manu a turing te hnologies or the produ tion o metal parts is presented pe ial attention is given to ire Ar Additive anu a turing AA te hnologies hi h in lude A elding elding and plasma elding heir ad vantage ompared to laser or ele tron eam te hnologies are lo er investment and operational osts hile the disadvantage ould e a lo er resolution ue to spe ial eatures and higher produ tivit the AA te hnologies are more suita le or the produ tion o igger parts made rom ig lo ks o e pensive materials here a majorit o metal is removed ith milling or turning e used AA te hnolog together ith elding ro ot and a po er sour e e elded thin alls using VA elding ire he mi rostru ture and hardness o produ ed elds as anal sed and measured ome resear h as done to nd the optimal elding parameters or the produ tion o sta le eld sur a ing in the produ tion o thin alls A prut A so t are as used to make a ode or the printing o a sample par Keywords: ro oti A elding hardness ire ar additive ma nu a turing AA prut A VARILSTVO www.hiwin.si Živimo gibanje. KROGLIČNA VRETENA