Высокие требования, предъявляемые к эксплуатационной надежности и качеству сварных элементов, предполагают наличие хорошей базы знаний о применяемых и вспомогательных материалах, обрабатывающих устройствах и, не в последнюю очередь, об их обработке с помощью соответствующей технологии сварки. Применение новых, экономичных и управляемых сварочных процессов — это постоянно повторяющийся процесс для обеспечения конкурентных преимуществ металлообрабатывающих предприятий. Свой вклад вносят и новые разработки в области технологий сварки, сварочные процессы MSG «особого вида». Обе технологии, использующие один источник тока, вносят существенный вклад в весь процесс сварки.
Дуга MSG, подходящая для любого применения мощная при использовании с EWM-forceArc®, с минимальной теплоотдачей при использовании с EWM-coldArc®.
Хайнц Дитер Коцаб, Мюндерсбах
Постоянно растущая конкуренция в области металлообработки требует высокой экономичности, обеспечиваемой за счет эффективных технологических процессов; производственные процессы постоянно находятся под контролем. Нехватка квалифицированных специалистов и мировое повышение цен на материалы и присадки усиливают это требование.
При выполнении задач сварки, например, в строительстве современных сверхлегких конструкций и трубопроводов, автомобилестроении, машиностроении или при возведении стальных конструкций к сварочной технике предъявляются высокие требования. Необходимо разработать такие варианты надѐжной дуговой сварки, которые отличались бы чрезвычайно малым подогревом материала, обеспечивали надѐжные соединения и одновременно способствовали сокращению длительности производственных операций. Экономичность швов благодаря адаптированной к способу сварки геометрии сварочного шва, высокая надежность изготовления сварочных швов высокого качества — это результаты применения технологий сварки EWM-coldArc® и EWM-forceArc®.
Технологические процессы, предполагающие обработку различных материалов, стыковых соединений пайкой и/или сваркой, можно оптимально выполнять только с помощью одного источника тока, благодаря использованию различных видов дуг источник тока становится очень гибким рабочим устройством.
Обзор видов дуг, от coldArc® и forceArc® до Highspeed, представлен в приведенной ниже таблице, рис. 1.
Рис. 1 Типы сварочной дуги
Технология сварки coldArc®
Первоначально компания EWM применяла способ пайки с использованием проволоки на основе цинка, который привел к разработке технологии сварки coldArc®.
Впервые эта технология была применена в автомобильной промышленности для сварки в среде разных защитных газов. Значительно более холодная дуга позволяет осуществлять механизированную сварку "тонких листов" от 0,3 мм без перекоса и с высокой точностью. Дополнительная обработка мест сварки не требуется.
Эту технологию можно использовать для ручной и механизированной пайки и сварки в тех областях, где применение обычной сварки короткой дугой невозможно. Для листов с покрытием используют не сварку, а дуговую пайку медным припоем, которая позволяет сохранить цинковое покрытие. Пайка с использованием медного припоя имеет интервал плавления около 1 000°C. По сравнению с аналогичной сваркой MAG в данном процессе значительно снижается тепловая нагрузка покрытия. Результат будет еще лучше, если пайка MIG выполняется цинковым припоем, интервал плавления которого составляет около 450°C. Использование этого припоя возможно только при сильно ограниченном токе короткого замыкания и сниженном нагреве.
Технология coldArc® позволяет с легкостью выполнить пайку и сварку "тонких листов" из стали, хромоникелевой стали, а также смешанных соединений оцинкованной стали и алюминия, рис. 2.
Рис. 2 Смешанное соединение оцинкованная сталь/алюминий
Подобранные специально для пайки сварочные присадки и защитные газы обеспечивают экономичность соединений. Допуски на обработку большие, воздушные зазоры в месте сварки можно оптимально перекрыть, это типичное задание для сварочного процесса coldArc®, рис. 3.
Рис. 3 Перекрытие воздушного зазора
Универсальная технология coldArc® применяется не только для пайки "тонких листов", но и для сварки "материалов большой толщины". Здесь следует особо выделить возможность перекрытия зазоров, рис. 4.
Рис. 4 V-образный шов
Закрытие зазоров в соединениях, например, при производстве трубопроводов, выполняется во всех положениях сварки. Дополнительная обработка корня шва не требуется. Y-образный шов с воздушных зазором 2-4 мм, высота притупления 1-1,5 мм — это стандартные значения при подготовке кромок под сварку. Более экономичные сварочные швы проходят опытную проверку.Важное преимущество технологии сварки coldArc® — возможность использования стандартных сварочных горелок. Можно без проблем использовать имеющиеся пакеты шлангов, специальные горелки с дорогостоящими компонентами для подачи проволоки не нужны.
Достижение отличного качества сварки за счет применения технологии coldArc®, прежде всего при проварке корня шва и сварке "толстых листов", позволило создать экономичную комбинацию с технологией forceArc®.
Технология сварки forceArc®
Новая технология сварки forceArc® также используется в верхнем диапазоне мощности, который прежде применялся при сварке струйной или длинной дугой. По сравнению с обычной сваркой струйной дугой эта технология имеет следующие преимущества:
- хорошие характеристики проплавления за счет высокого давления плазмы в дуге;
- простота обращения при ручной сварке благодаря стабильной по направленности дуге;
- отсутствие подрезов благодаря очень короткой дуге;
- лучшее качество шва в отношении зоны нагрева и коробления благодаря незначительному нагреву;
- адаптированный к процессу малый объем шва;
- более высокая экономичность благодаря сокращению процесса сварки, подготовке кромок под сварку / выполнению швов.
Рис. 5 Поперечный шлиф, угловой шов, положение сварки PB
Значительные преимущества усовершенствованной дуги видны при охвате корня, в частности при выполнении тонких и узких швов, при сварке с "большим" вылетом электрода и выражаются в обеспечении качества и экономичности.
Сварку Т-образного соединения с толщиной притупления 8 мм и углом раскрытия кромок 30°, воздушный зазор 0 мм, можно выполнить "с одной стороны" — со стороны открытия кромок. Результатом является полноценное соединение с «обратным угловым швом». На обратной стороне шва можно видеть выраженный сварной шов (корень), образовавшийся без защитного газа. На корне с обратной стороны также отсутствуют непровары, рис. 6.
Рис. 6 Т-образное соединение, выполненноеодносторонней сваркой, притупление 8 мм, сварочное
волокно 30°, механизированная сварка, положение
сварки PB
При сварном соединении и толщине притупления 15 ммтакже достигается превосходный результат. Без сварочных волокон с помощью слоя шва / подварочного шва в положении сварки PB можно выполнить сварку полноценного соединения, рис. 7.
Рис. 7 Т-образное соединение, слой шва /подварочный шов, притупление 15 мм, без сварочного
волокна, положение сварки PB
Сравнение поверхностей Т-образного соединения, s =30 мм, показывает значительные преимущества технологии forceArc®. Шов поделен на 4 участка, чтобы показать значение и влияние различной величины воздушного зазора / угла скоса кромки. В результате можно видеть значительное уменьшение, 576:328 мм². На этом рисунке очень четко видно влияние уменьшения угла скоса кромки, которое позволяет выполнить существенно более короткий угловой шов, экономичность очевидна, рис. 8.
Рис. 8 Сравнение поверхностей выполненных швов,слева угол скоса кромки 45°, справа forceArc® - угол
скоса кромки 30°
Основными факторами сокращения временипроизводственного процесса, например, при выполнении соединения встык, являются адаптированные к сварочному процессы типы и размеры сварных соединений. При помощи технологии forceArc® можно выполнить сварку листа толщиной 15 мм швом без скоса кромок. Отличительной чертой технологии forceArc® является узкий и глубокий профиль провара, рис. 9.
Рис. 9 Толщина листа 15 мм, сварной шов без скоса
кромок, ручная сварка, положение сварки PA
При этом экономия обеспечивается не только за счетснижения объема, т. е. уменьшения расхода металла шва и защитного газа, но и при изготовлении сварного шва. Благодаря снижению объема дополнительно уменьшаются тепловыделение и внутренние напряжения, возникающие при сварке. При большой толщине листа, например, 20 мм, подготовка X-образного шва и угол раскрытия кромок 30° обеспечивают превосходное наложение шва. При выполнении шва встык без подготовки кромок при
толщине листа 6-8 мм, без сварочных волокон в положении сварки PC также достигается превосходный результат. На верхнем слое и корне усиления шва отсутствуют, рис. 10.
Рис. 10 Шов встык без подготовки кромок, толщина листа 6-8 мм, без сварочных волокон, ручная сварка, положение сварки PC
Дальнейшие исследования "узких зазоро"в в соединениях при большой толщине стенок проводились с использованием технологии forceArc®. Целью являлось создание экономичного сварного соединения для комбинации сварки MSG для поддерживающей подкладки и сварки под флюсом для промежуточных и верхних слоев.Благодаря адаптированному к сварке forceArc® сварному шву обеспечивается выполнение экономичного полноценного соединения без применения комбинированного метода сварки под флюсом. Для материала толщиной 40 мм требуется всего лишь 7-8 слоев шва, рис. 11.
Рис. 11 Толщина листа 40 мм, механизированная сварка, положение сварки PA
На основании полученных результатов можно сделать вывод, что эффективность метода сварки под флюсом по сравнению с технологией forceArc® является сомнительной.
Выводы
Технология coldArc® идеально подходит для сварки при неудобных положениях корня шва или наличии больших воздушных зазоров. Простая и удобная для использования технология с возможностью моделирования расплава. Этот способ сварки в сочетании с технологией forceArc® обладает непревзойденными преимуществами для проварки корня шва и сваривания заполняющих и верхних слоев.
Результатом этого является комбинация двух основных технологий сварки с использованием только одного источника тока. Благодаря этому задачи сварки с самыми разнообразными требованиями можно решить экономично и оптимально. Применение всех представленных на рис. 1 видов дуг и их комбинаций в одном сварочном процессе — дополнительное преимущество, обеспечивающее экономичность сварки. Благодаря этому достигается существенное сокращение времени выполнения операций на всех этапах процесса сварки и одновременно уменьшение времени на доработку с минимальными затратами.
Оснащение двумя устройствами подачи проволоки создает дополнительные преимущества для пользователя. В зависимости от задач сварки для материалов в разных комбинациях или разной толщины прямо на рабочем месте обеспечивается подача проволоки разного диаметра или различных расходных материалов для сварки.
Изучение технологий сварки и их применение на практике показали, что сварные стыковые соединения следует выполнять с разделкой или без разделки кромок в зависимости от толщины материала. Наряду с высоким качеством и экономичностью преимуществами также являются уменьшение напряжений, возникающих при сварке, при улучшенной глубине проплавления и увеличение срока службы изделия. Вопрос выполнения сварных швов, от геометрии сварных швов до их расчета и исполнения, находится в стадии проверки.