Intenzita sva ování MAG

Zvýšení intenzity tavení p i sva ování je nejú inn jším prost edkem nejen ke zvýšení jeho produktivity, ale také k minimalizaci jeho negativních d sledk .

2.4.1 Základní podmínky intenzity sva ování MAG

Od metody MAG samoz ejm nem žeme ekat tak výrazné zvýšení hloubky závaru jako u metod s vysokou koncentrací energie (nap . elektronový paprsek dosahuje pom ru d/w až 1/60), nicmén jak nám nazna uje nap . geometrické ešení efektivity koutového svaru i malé zvýšení efektivity se znateln projeví ve snížení pot ebné plochy návaru, vnášející do spoje negativní vlivy. Bez možnosti zvýšení intenzity, kterou nám poskytuje sou asné sva ování MAG by navrhované ešení neposkytovalo žádné výhody proti klasickému (normalizovanému) tvaru koutového svaru. lánek [9] názorn ukazuje, že všechny zp soby m lkého natavení povrchu materiálu a objemového vypl ování úkosu nebo koutu jsou neú inné a vedou k nízké produktivit , vysokému vnit nímu pnutí nebo deformaci a v tšímu výskytu vad.

Základní podmínkou vysoké intenzity je vždy vysokovýkonné automatické jednovrstevné sva ování (tahem bez rozkyvu). Synonymem vysokého výkonu a hlubokého závaru je proud, p esn ji jeho intenzita na jednotce pr ezové plochy elektrody v míst katodové (anodové) skvrny. V porovnání s technologií sva ování netavící se elektrodou (WIG), která m že tavit p ímo základní materiál bez tavení drátu, ale má nízkou tepelnou ú innost a stejn i životnost zaost eného hrotu, na n mž intenzita závisí a dále na rozdíl od sva ování pod tavidlem, které má zase výhodu v lepší ochran tavné lázn a celého p enosu kovu, ale je postaveno na nízké rychlosti tavení drátu s v tším pr m rem, metoda MAG je postavena na rychlém tavení tenkého drátu. Zp sob jeho tavení je ur en soustavou zdroj – plyn – drát, která je p edm tem intenzivního výzkumu, jenž nabízí praxi stále nové možnosti.

Proti uvedeným starším technologiím klade kombinace tavené elektrody a plynné ochrany vyšší nároky na optimální se ízení, na druhou stranu nabízí mnohem v tší možnosti ve zp sobu tavení drátu i svarové lázn . Intenzita tavení, p sobící velikost a hloubku závaru MAG, je výsledkem interakce mnoha fyzikálních proces , v nichž proud sice hraje hlavní roli, ale vícemén zde spolup sobí všechny již uvedené podmínky a procesní parametry. Prvním p edpokladem vysoké intenzity je co nejv tší ú innost p enosu tepla. [7]

2.4.2 Intenzita zkratového p enosu kovu

Po íta ová simulace dynamiky zkratového p enosu kovu provedená CHOI a spol. prokázala, že pro proud až do cca 200A je ídící silou p enosu kovu gravitace a kapilární tlak vlivem povrchového nap tí kapky i lázn . Teprve p i proudu cca 300 A je patrné výrazn jší stla ení okolí zúženého m stku a podstatné zkrácení asu zkratového cyklu vlivem nar stajícího vlivu elektromagnetické síly. S klesajícím objemem kapky se rovn ž zkratový cyklus zkracuje. S rostoucí frekvencí zkrat (dynamikou procesu) roste tlakový impuls, ženoucí láze do hloubky. [7]

Z uvedené simulace vyplývá, že p i zkratovém procesu elektromagnetická síla má rozhodující vliv na impulz proud ní ve svarové lázni sm rem do hloubky, ale až p i proudu nad 200 A, a až v kone né fázi zaškrcení m stku.

Tento záv r byl prakticky potvrzen vynálezem STT p enosu kovu (Surface Tension Transfer), který využívá zdokonaleného invertoru s obvodem, schopným reagovat v nanosekundách na vzr st intenzity proudu p i zaškrcení kapky a v as snížit proud p ed rozpadem m stku, ímž podstatn zredukuje p i extrémních parametrech, maximální frekvenci zkrat a rychlosti drátu, t sn p ed celkovou destabilizací procesu. Pro každou kombinaci parametr lze nalézt jen jedno takové maximum.

V oblasti zkratového p enosu by m lo existovat pro daný soubor vstupních podmínek jedno optimální nastavení parametr , kdy dochází k synchronizaci frekvence zkrat s frekvencí kmitání tavné lázn , ke které dochází až p i extrémních parametrech, maximální frekvenci zkrat a rychlosti drátu, t sn p ed celkovou destabilizací procesu. [7]

2.4.3 Intenzita sprchového p enosu kovu

P sobení nárazu proudu kapek do svarové lázn je považováno za hlavní p í inu vzniku prstového závaru u metody MAG. ím intenzivn jší je proud, tím jsou kapky sm rovány hloub ji do lázn jako výsledek posloupnosti náraz . Ohring a Lugt provedli pohyblivou 3D simulaci tokových a teplotních polí MAG svarové lázn pomocí metody kone ných diferencí, kde je patrný tém kolmý sloupec nárazového proudu, vytvá ející prstový závar a kolem n j jsou dva víry – menší dop edu ve sm ru pohybu a prodloužený dozadu.

Kim a spol. [7] provedli 3D kvasi-stabilní analýzu tepelného a kapalinového toku pro pohyblivý tepelný zdroj MAG, ve kterém jsou zkoumány ídící síly pro proud ní ve svarové lázni - elmag. síla, vztlaková síla a povrchové nap tí a též vliv proudu kapek z tavené elektrody. Je diskutován vztah vzdálenosti špi ky (CTWD) k délce oblouku pro analýzu vlivu CTWD na formování lázn . Byly provedeny série srovnávacích experiment ke sledování r znosti geometrie svaru vlivem zm n CTWD (15, 20, 25 mm). Experimenty byly provedeny pro rychlost drátu 9 m/min, rychlost sva ování 42 cm/min a nap tí 31,5 V, což p i použití plynu 80/20 a drátu 1,2 mm jsou velmi typické parametry automatického sva ování. Proud ní tavné lázn je uvažováno jako laminární a nestla itelné.

Odvodili, že obvykle používané rozd lení tepla a hustoty proudu podle

Gaussovy k ivky se nedá aplikovat obecn na siln deformované povrchy srovnání s Marangoniho proud ním asto považován za zanedbatelný vlivem nízké hodnoty viskozity argonu vzhledem k tekutému kovu. P i vyšším proudu v oblasti p evažujícího vlivu elektromagnetické síly však zp sobuje hluboký závar a také se p edpokládá, že m že být odpov dný za nestability povrchu jako vlny a obruby.

Povrchové nap tí je míra p ilnavosti mezi dv ma atomy na povrchu. Když teplota roste, p ilnavost klesá a gradient δγ/δT je záporný. St ed svarové lázn je teplejší než okraj, takže ze st edu na okraj se vytvá í proud ní. Za p ítomnosti povrchov aktivních látek, jako je síra nebo kyslík tyto vazby atom vlivem segregace mohou zesílit p i rostoucí teplot a gradient se zm ní na kladný.Vliv pulzujícího stla ení povrchu tlakem oblouku na proud ní v lázni a formování svaru na (Obr. 10) demonstruje dynamiku r stu hloubky závaru.

Vlivem proudového impulsu se rychle stla í láze a vzroste závar. Zatímco stla ení klesne ihned po skon ení pulsu, závar klesá pomalu. To platí jen pro menší tavné lázn , ve v tší lázni se axiální moment, vyvozený stla ením lázn a p enos tepla ke dnu zpož uje a jeho vliv na hloubku závaru se tím snižuje.

[7]

Obr. 10 Vliv tlaku oblouku na proud ní v tavné lázní

2.4.4 Intenzita vysokoproudého oblouku

Bylo zjišt no, že pro nízké proudy pod 200A se stla ení svarové lázn vypo tené jen za uvažování moment magnetického a obloukového tlaku dob e shoduje s m ením, zatímco pro vyšší proudové hodnoty jejich sou et nedá dohromady experimentáln zjišt né hluboké stla ení a závar. Z toho vyplývá, že p i vysokém proudu nabývá n která z ostatních sil stejného ádu jako povrchové nap tí a elektromagnetické síly a touto silou bylo identifikováno smykové nap tí plynu.

P i vyšším proudu dochází vlivem tlaku oblouku ke stla ení nebo oscilaci povrchu lázn a tím m ní i sm r p sobení smyku plynu. Mendez a Eagar zjistili, že p i sva ování vysokým proudem a rychlostí se p sobením tlaku oblouku vytvo í ve svarové lázni prohlube (drážka) (Obr. 11), která se spolup sobením hlavn smykového tahu plasmy plynu prohloubí tak, že vytla í taveninu na okraj prohlubn a pod obloukem z stane jen velmi tenká vrstvi ka taveniny s efektivním p enosem tepla oblouku p ímo do materiálu, což zp sobí velmi hluboký závar. Tavenina je vytla ována nahoru k okraji prohlubn , kde tvo í obrubu, prost ednictvím které tavenina proudí ob ma sm ry do zadní (vle né) ásti svarové lázn , kde postupn tuhne. Tento mechanismus byl popsán pro sva ování WIG, ale experimentáln byl námi potvrzen i pro metodu MAG. [7]

Obr. 11 Tvorba drážky tlakem oblouku