TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA STROJNÍ

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA STROJNÍ

ANALÝZA SVAŘOVACÍCH PARAMETRŮ U SVAŘOVACÍHO STROJE TECNA – TYP 6124 A

CHLAZENÍ ELEKTROD

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Liberec 2014 Zdeněk Filip

Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, ţe na mou bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č.

121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na vědomí, ţe Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv uţitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.

Uţiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu vyuţití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne poţadovat úhradu nákladů, které vynaloţila na vytvoření díla, aţ do jejich skutečné výše.

Bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně s pouţitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé bakalářské práce a konzultantem.

Současně čestně prohlašuji, ţe tištěná verze práce se shoduje s elektronickou verzí, vloţenou do IS STAG.

Datum:

Podpis:

Anotace

Bakalářská práce se zabývá ověřováním funkcí stroje TECNA – typ 6124 s řídící jednotkou T700 a ověřením funkcí měřicího přístroje MG3 Digital od firmy Miyachi.

V teoretické části je proveden popis technologie odporového bodového svařování, především problematika svařovacích parametrů, odporů při svařování, hodnocení ţivotnosti elektrod a chlazení elektrod. V praktické části je uveden popis a charakteristika stroje TECNA, řídící jednotky T700 a měřicího přístroje MG3 Digital.

Byly realizovány ověřovací experimenty při svařování v různých pracovních reţimech stroje. Výsledkem práce je stanovení metodických postupů pro obsluhu svařovacího stroje a měřicího přístroje. Jsou uvedeny postupy pro grafické zpracování digitálních dat z měřicího přístroje.

Klíčová slova: odporové bodové svařování, svařovací parametry, ţivotnost elektrod, chlazení elektrod

Annotation

The bachelor thesis deals with the function verifications of machine TECNA – type 6124 with control unit T700 and verification functions of the measuring instrument MG3 Digital from Miyachi. The theoretical part of the thesis describes the resistance of spot welding technology, particularly the issue of welding parameters, resistance welding, electrodes life cycle assessment and electrode cooling. The practical part describes and characteristics the TECNA machine control unit T700 and measuring instrument MG3 Digital. Validation experiments were carried out during welding in different operating modes of the machine. Result of this work is the determination of the methodological procedures for the operation of welding machines and measuring instruments. Also description of the procedures for processing the digital video data from the meter.

Keywords: resistance spot welding, welding parameters, lifetime of electrodes, electrode cooling

5

Obsah

Obsah ... 5

Seznam pouţitých zkratek a symbolů ... 6

Úvod ... 7

I. Teoretická část ... 8

1. Odporové svařování ... 8

1.1. Bodové svařování ... 8

1.1.1. Metalurgické základy bodového svařování...10

1.1.2. Svařovací parametry ...11

1.1.3. Tepelná rovnováha svaru ...15

1.1.4. Návrh spoje při bodovém svařování ...15

1.1.5. Svařovací stroje a příslušenství ...17

1.1.6. Svařovací elektrody ...17

1.1.7. Ţivotnost elektrod při bodovém svařování ...21

1.1.8. Chlazení elektrod ...23

1.1.9. Chlazení elektrod pomocí CO2 ...25

1.1.10. Pouţití bodového svařování ve výrobní praxi ...27

1.1.11. Mechanické zkoušky svarových spojů ...28

II. Experimentální část ...30

2. Charakteristika stroje TECNA – 6124...30

3. Řídící jednotka sváření TE 700 ...32

4. Druhy pracovních reţimů ...35

5. Měřicí přístroj Miyachi MG3 Digital ...38

6. Charakteristika svařovaného materiálu ...44

7. Naměřené hodnoty a vyhodnocení svařovacích parametrů ...44

8. Problémy vzniklé při řešení experimentální části práce ...56

Závěr ...57

Seznam literatury ...58

Seznam příloh ...60

6

Seznam použitých zkratek a symbolů

Zkratka / Symbol Jednotka Popis

F_s [N] síla elektrody

h [mm] tloušťka svařovaného materiálu

I [A] svařovací proud

I_ef [A] efektivní proud

I(t) [A] funkční závislost proudu na čase

P [Pa] tlak

Q [J] celkové teplo

q_dp [J] teplo, které vzniká v dotyku svařovaných

materiálů

q_e1,2 [J] teplo, které vzniká mezi elektrodami a

svařovaným materiálem

q_m1,2 [J] teplo, které vzniká ve svařovaných

materiálech

R [Ω] celkový odpor

R_p [Ω] přechodový odpor mezi svařovanými

materiály

R_k [Ω] činný odpor přívodu

R_p1,2 [Ω] odpory mezi elektrodami a svařovanými

materiály

R_m1,2 [Ω] přechodové odpory materiálu

R(t) [Ω] funkční závislost odporu na čase

R_t [Ω] činný odpor transformátoru

R_z [Ω] odpor svaru

t [s] čas svařování

X_k [Ω] jalový odpor přívodu

X_t [Ω] jalový odpor transformátoru

Z [Ω] impedance

α [°] úhel průsečnic

ČSN Česká technická norma

EN Evropská norma

ISO International Organization for

Standardization

TUL Technická univerzita v Liberci

7

Úvod

Na Technické univerzitě v Liberci je řešen projekt pod názvem „Aplikovaný multioborový výzkum a vývoj progresivních způsobů chlazení u technologických procesů“, číslo projetu je TA03010492. Projekt je zaměřen na aplikovaný výzkum progresivních metod chlazení v technologiích vstřikování plastů, tlakového lití, tvarování skloviny, obrábění a svařování. Pouţití progresivních metod chlazení se rozumí vyuţití zkapalněných technických plynů a jejich aplikace pro chlazení výrobních nástrojů. Na základě experimentálních prací budou hodnoceny změny technologických podmínek a nastavení parametrů chlazení. Bude stanoveno odváděné mnoţství tepla z výrobních nástrojů. Z experimentálních výsledků budou definovány počítačové modely pro popis vývoje teplotních polí ve výrobních nástrojích a následně optimalizovat jejich chlazení. Aplikace progresivních metod chlazení do průmyslové praxe má velký potenciál a to z následujících důvodů:

zkrácení výrobního taktu strojů, zvýšení ţivotnosti nástrojů, sníţení energie při výrobě a zvýšení kvality výroby.

V současnosti je TU v Liberci k dispozici nový středofrekvenční svařovací stroj TECNA – typ 6124, na kterém se mají realizovat srovnávací testy ţivotnosti elektrod s novým systémem chlazení (chlazení tekutým oxidem uhličitým) včetně monitorizace svařovacích parametrů. S vyuţitím tohoto stroje nejsou dosud ţádné zkušenosti a před zahájením srovnávacích testů je nutno ověřit jednotlivé funkce stroje, nastavování parametrů svařovacího programu a stanovit metodické postupy pro obsluhu stroje. Dodané podklady a návody k obsluze stroje nejsou vţdy přesné a úplné, některé části se liší od výbavy stroje. Pro měření a analýzu dat svařovacích parametrů je k dispozici zařízení MG3 Digital od firmy Miyachi. I u tohoto zařízení je ve srovnání návodu a reálného provedení přístroje určitý nesoulad. Cílem této bakalářské práce je popis reálného stavu provedení svařovacího stroje a měřicího přístroje a provedení základních ověřovacích experimentů pro zprovoznění svařovacího stroje a jejich vyhodnocení.

8

I. Teoretická část

1. Odporové svařování

Odporové svařování patří mezi tlakové metody svařování. Při odporovém svařování se vyuţívá teplo vznikající průchodem elektrického proudu svařovanými částmi. Je výhodné především pro sériovou a hromadnou výrobu. Předností odporového svařování je vysoká produktivita v důsledku krátkých svařovacích časů a automaticky řízeného svařovacího procesu. Odporové svařování můţeme rozdělit na:

Bodové svařování Švové svařování Výstupkové svařování

Stykové – stlačovací a odtavovací Vysokofrekvenční svařování

Další specifické technologie – např. odporové přivařování svorníků (vyuţití principu výstupkového svařování).

S ohledem na tematické zaměření práce bude v dalším věnována pozornost pouze základů metody bodového odporového svařování.

1.1. Bodové svařování

Bodové svařování je odporové svařování, při kterém se svařované materiály navzájem přeplátují a stlačí mezi elektrodami. Průchodem elektrického proudu se na rozhraní stlačených ploch materiálu roztaví určitý objem materiálu, který po vypnutí elektrického proudu tuhne a vytvoří se svarový spoj. Svar má tvar čočky a vytváří se bez přídavného materiálu. Zdrojem svařovacího proudu je obvykle svařovací transformátor. Průchod elektrického proudu se reguluje nejčastěji elektronicky.

Proud se přivádí z transformátoru do elektrod pevnými a ohebnými přívody. [1]

Schematický obrázek odporového bodového svařování je na obr. 1.

Obr. 1 Schéma bodového odporového svařování [1]

9 Při průchodu elektrického proudu svařovanými materiály a zanedbání odporu v elektrodách bude celkový odpor vloţený mezi elektrodami dán vztahem (1).

Vyznačení dílčích elektrických odporů je na obr. 2.

R = Rp1 + Rp2 + Rp + Rm1 + Rm2 (1)

Obr. 2 Vyznačení odporů při bodovém odporovém svařovaní [1]

R_p1 a R_p2 … jsou odpory mezi elektrodami a svařovanými materiály Rp … přechodový odpor mezi svařovanými materiály

Rm1 a Rm2 … přechodové odpory materiálu

Celkové teplo vznikající v průběhu svařování vyjadřuje vztah (2).

Q = q_e1 + q_e2 + q_m1 + q_m2 + q_dp (2)

kde je:

q_e1,2 … teplo, které vzniká mezi elektrodami a svařovaným materiálem q_dp ….. teplo, které vzniká v dotyku svařovaných materiálů

q_m1,2 … teplo, které vzniká ve svařovaných materiálech

Teplo vyvinuté v základních materiálech se na vytvoření svaru plně nevyuţije.

Vyuţije se jen určitá část, která je zmenšená o ztráty tepla v elektrodách, ve svařovaných materiálech a v prostředí okolo svaru. Největší ztráty tepla jsou v elektrodách. Teplo, které vzniká mezi elektrodou a svařovaným materiálem (q_e), závisí na stavu povrchu dotykových ploch, svařovacím reţimu a účinnosti chlazení.

Z hlediska ţivotnosti elektrod a kvality svaru má být co nejmenší. Proto je třeba přechodové odpory mezi elektrodami a svařovaným materiálem sníţit na minimum.

Část tepla vznikající ve svařovaných materiálech q_m1,2 se vyuţije na místní tavení a část je vedením rozvedena do okolního materiálu v důsledku teplotní vodivosti svařovaných materiálů.

Při bodovém svařování je pro vznik tepla rozhodující přechodový odpor R_p, který závisí na fyzikálních vlastnostech svařovaných materiálů, teplotě, stavu povrchu a

10 přítlačné síle. S rostoucí svařovací silou se sniţují přechodové elektrické odpory, ale tím se sniţuje i mnoţství vyvinutého tepla.

Na základě shora uvedených poznatků lze za základní svařovací parametry u bodového odporového svařování pokládat svařovací proud, svařovací sílu a svařovací čas.

Odpory v sekundárním svařovacím obvodě jsou činné a jalové. K činným (ohmickým) odporům patří odpor transformátoru (R_t), odpor přívodu nebo kabelů svářecího proudu k místu svaru (R_k) a odpor svaru (R_z). Jalové (indukční) odpory vytvářejí odpor transformátoru (X_t), odpor přívodu nebo kabelů (X_k). Tento odpor moţno zanedbat. Geometrický součet všech činných a jalových odporů ve stroji se nazývá impedance – zdánlivý odpor Z. Odpory R_t a X_t určuje konstrukce transformátoru. Odpory přívodu Rk lze ovlivnit kratšími přívody s dostatečným průřezem, očištěním, dotáhnutí šroubů a chlazením.

Jalový odpor přívodů X_k ovlivňuje zejména velikost sekundární smyčky (plocha mezi vyloţením ramen). Protoţe tento odpor znamená velkou ztrátu elektrické energie, je třeba pouţívat minimální sekundární smyčku. Pokud se do sekundární smyčky vloţí přípravek s feromagnetickou látkou, ztráty se zvětší. Proto je třeba přípravky dělat z nemagnetických materiálů. [1]

1.1.1. Metalurgické základy bodového svařování

Vznik kaţdého bodového svaru charakterizuje rychlý ohřev v omezeném prostoru aţ na teplotu tavení, po kterém následuje velmi rychlé ochlazení. Tento cyklus probíhá za stálého působení svařovací síly a přitlačování svařovaných dílů k sobě. Postup vytváření svaru vyplývá z obr. 3. Dva plechy přitlačené k sobě elektrodami (1) se rychle zahřejí v místě styku (2) a začnou se natavovat. Po natavení (3) nastává rychlé ochlazování svaru (4) s pásmem tepelně ovlivněné zóny svařovaného materiálu. Nejvyšší teploty se dosáhne ve středu roztavené oblasti. Rychlost ohřevu a ochlazování při současně pouţívaných svařovacích parametrech je velmi vysoká a dosahuje několik tisíc stupňů za sekundu (aţ 100 000 °C). V první fázi vytváření svaru nastane ohřev v úzké zóně, přičemţ se dosahuje teploty tavení svařovaných materiálů. V druhé fázi se zvýší teplota a rozšíří se tepelné ovlivnění materiálu. Po vypnutí elektrického proudu nastává rychlé ochlazování, přitom nahromaděné teplo se dále odvádí do svařovaných materiálů.

Přístup vzduchu do oblasti tvorby svaru je omezený. Některé kovy však velmi citlivě reagují na přítomnost vzduchu a jeho sloţek. Proto takové materiály (např. titan) je třeba svařovat v ochranné atmosféře. [1]

Při svařování nelegovaných a nízkolegovaných ocelí má elektrický odporu mezi elektrodami charakteristický průběh vyznačený na obr. 4. Při svařování střídavým proudem je nutno elektrický odpor určovat v okamţicích, kdy proud dosahuje maxima.

11 Obr. 3 Vznik svarového spoje [1]

1 – začátek svařování, 2 – natavení svařovaných materiálů, 3 – maximální natavení, 4 – krystalizace

Obr. 4: Kvalita spoje v závislosti elektrického odporu na čase [1]

1 – průrazy povrchové vrstvy, 2 – měknutí nerovností, 3 – vyrovnáním nerovností zvyšováním teploty, 4 – začátek tavení svařovaných materiálů, 5 – růst čočky a vtlačování Cu elektrod do svařovaných materiálů, 6 – přehřátí svařovaných materiálů, další vtlačování elektrod a výstřik nataveného materiálu

1.1.2. Svařovací parametry

Svařovacími parametry se nazývají veličiny, které bezprostředně ovlivňují vytvoření svarového spoje a jeho kvalitu. [1] Je to svařovaný proud I, svařovací čas t a svařovací síla, která ovlivňuje přechodový odpor v místě dotyku elektrod a styku obou materiálů. Mnoţství tepla vzniklého průchodem proudu svařovanými díly je dáno Jouleovým – Lenzovým zákonem – rovnice (3). [2]

(3)

kde je:

Q … mnoţství vzniklého tepla

R … celkový odpor svařovaného spoje

12 I … svařovací proud

t … čas svařování

Vzhledem k změnám teploty materiálu v procesu svařování jsou hodnoty proudu a odporu závislé na čase. Celkové mnoţství tepla vyvinuté v sekundárním obvodu svařovacího stroje je tak nutné vyjádřit vztahem (4).

(4)

Z uvedeného vzorce je zřejmé, ţe zanedbá-li se vliv celkového odporu, který nelze během svařovacího procesu příliš měnit (je dán hlavně druhem svařovaného materiálu, jakostí povrchu svařovaných součástí a svařovacím tlakem), lze potřebné mnoţství tepla získat dvojím způsobem. Při nízkém svařovacím proudu a dlouhém svařovacím čase (měkký svařovací reţim) nebo vysokém svařovacím proudu a krátkém svařovacím čase (tvrdý svařovací reţim).

Měkký svařovací reţim se vyznačuje větším tepelným ovlivněním základního materiálu. Čočka má malý průměr, velkou výšku, hrubozrnnou strukturu a horší mechanické vlastnosti svarového spoje. Elektrody jsou tepelně velmi namáhané, a proto mají krátkou ţivotnost. [1]

Tvrdý svařovací reţim charakterizují opačné výsledky neţ u měkkého svařovacího reţimu. Svarová čočka má větší průměr, ale menší výšku a svařování je produktivnější. Svařovací stroje musí mít větší příkony a musí se konstruovat pro vyšší přítlačné síly. Ve výrobní praxi se osvědčily parametry uvedené v tab. 1. [1]

Tab. 1 Parametry odporového bodového svařování [1]

Parametry Měkký reţim Tvrdý reţim

Svařovací tlak do 60 MPa výše 80 MPa

Svařovací proud do 150 A.mm^-2 výše 200 A. mm^-2

Svařovací čas asi 1 s desetiny s

Sled operací vykonaných odporovým svařovacím strojem na zhotovení svaru a návrat do výchozí polohy je označováno jako svařovací cyklus. Předem nastavené pořadí jednotlivých změn svařovacích parametrů je označováno jako svařovací program. Podle přílohy D v ČSN EN ISO 15609-5 „Stanovení a kvalifikace postupů svařování kovových materiálů - Specifikace postupu svařování - Část 5: Odporové svařování“ je moţno program řízení proudu a elektrodové síly pro bodové odporové svařování charakterizovat obr. 5.

dt (t) I R(t) Q

t

0





13 Obr. 5 Program řízení proudu a elektrodové síly pro bodové odporové svařování [3]

1 – doba působení síly, 2 – doba elektrodové síly, 3 – doba udrţovací síly, 4 – doba vzestupu síly, 5 – kovací síla, 6 – elektrodová síla, 7 – doba zpoţdění kování, 8 – doba kování, 9 – proud, 10 – pohyb elektrody, 11 – doba přibliţování hlavy, 12 – doba stlačení, 13 – celková doba svařování, 14 – doba výdrţe, 15 – doba poklesu síly, 16 – skutečná doba vypnutí síly, 17 – doba ohřevu/samostatná doba svařování, 18 – doba dohřevu, 19 – doba předehřevu, 20 – doba vypnutí, 21 – doba zpoţdění proudu, t - doba

Moţnosti nastavení jednotlivých změn je závislé na výbavě svařovacího stroje a na pouţité řídící jednotce.

Poţadavky pro odporové bodové svařování při výrobě sestav z nepovlakovaných a povlakovaných nízkouhlíkových ocelí sloţených ze dvou nebo tří plechů určuje norma ČSN EN ISO 14373 „Odporové svařování – Postup pro bodové svařování nepovlakovaných a povlakovaných uhlíkových ocelí“. Norma je platná pro následující materiály:

 nepovlakované oceli;

 ponorem pozinkovaná ocel nebo ocel povlakovaná slitinou ţelezo – zinek (galvanizovaná);

 elektrolyticky pozinkovaná ocel, ocel povlakovaná slitinou zinek – ţelezo nebo zinek – nikl;

 ocel povlakovaná hliníkem;

 ocel povlakovaná slitinou zinek – hliník. [4]

Tato norma platí pro svařování plechů stejné nebo rozdílné tloušťky, přičemţ poměr tlouštěk je menší nebo roven 3:1. Platí pro svařování tří plechů, pokud je celková tloušťka menší nebo rovna 9. Největší jednotlivá tloušťka plechu je v rozmezí rozsahu 0,4 aţ 3,0 mm. V tab. 2 jsou uvedeny směrné hodnoty svařovacích parametrů pro bodové svařování plechů tloušťky 0,4 aţ 3,0 mm z nepovlakovaných nízkouhlíkových ocelí.

14 Tab. 2 Směrné hodnoty svařovacích parametrů pro bodové svařování plechů

tloušťky 0,4 aţ 3,0 mm z nepovlakovaných nízkouhlíkových ocelí [4]

Oblasti vhodných svařovacích parametrů pro dosaţení poţadované kvality svarů se určují podle ČSN EN ISO 14327 „Odporové svařování - Způsoby určení diagramu oblasti svařování při odporovém bodovém, výstupkovém a švovém svařování“. Na obr. 6 je příklad oblasti parametrů pro konstantní hodnotu svařovací síly.

Obr. 6 Oblast vhodných svařovacích parametrů (proud, čas) při konstantní svařovací síle podle ČSN EN ISO 14327 [5]

Y – doba svaru, X – svařovací proud, 1 – svar menší neţ 3,5h (vadný spoj, slepený svar), 2 – 3,5h, 3 - 5h, 4 - rozstřik

Kvalita svaru u bodového svařování je obvykle vztaţena k velikosti svarové čočky resp. rozměru svaru a uvádí se v násobcích odmocniny z tloušťky plechu h. Měření rozměru svarů a posouzení typu porušení svaru u mechanických zkoušek je předmětem normy ČSN EN ISO 14329 „Odporové svařování - Destruktivní zkoušky

15 svarů - Typy porušení a geometrická měření odporových bodových, švových a výstupkových svarů“. Popis některých mechanických zkoušek pro hodnocení kvality svarů je v části práce „1.1.11. Mechanické zkoušky svarových spojů“.

1.1.3. Tepelná rovnováha svaru

Při svařování rozdílných tlouštěk plechů, nebo plechů z různých materiálů, (nebo plechů s různými typy povlaků) je pro vznik kvalitního bodového svaru důleţitá tepelná symetrie. Tento předpoklad platí nejen pro fázi ohřevu, ale i pro fázi ochlazování. Pokud se tepelná rovnováha poruší (rozdílnými svařovanými materiály, rozdílnými tloušťkami apod.), svařovaný materiál se zahřívá nerovnoměrně a nesymetricky. Nastane rozdílné tavení svařovaných materiálů a nestejný závar ve svařovaných materiálech.

Porušení tepelné rovnováhy, které nastalo při svařování dvou materiálů různé kvality (např. při svařování uhlíkové oceli s austenitickou strukturou, mosazi s hliníkem apod.), odstraňuje se vhodným přizpůsobením průměrů svařovacích elektrod. Na straně, kde je odpor materiálu větší, se volí větší průměr elektrody.

Průměry elektrod jsou nepřímo úměrné vodivosti materiálu nebo přímo úměrné jeho ohmovému odporu. [1].

Postup grafického určení vhodného rozměru pracovní části elektrod při svařování plechů stejné kvality ale s nestejnou tloušťkou je na obr. 7.

Obr. 7 Grafické řešení tepelné rovnováhy při svařování různých tlouštěk plechu [1]

α – úhel průsečnic

1.1.4. Návrh spoje při bodovém svařování

Příklady pouţívaných svařovaných spojů jsou na obr. 7. Typy 1 a 2 se pouţívají jako jednořadé a víceřadé. Jednotlivé řady se orientují kolmo na směr působící síly.

Protoţe jde o přeplátované spoje je samotný svar při zatíţení namáhaný střihem a

16 tahem. Tahová sloţka je pro svar nepříznivá a je větší, čím je větší tloušťka plechů.

Při dvoj- a víceřadém spoji se velikost tahové sloţky zmenšuje. Tahovou sloţku, je moţné odstranit, pouţitím dvoj střiţných spojů. Vzhledem k únosnosti spoje je někdy výhodnější smykové namáhání. Pouţívané tloušťky se v běţné praxi pohybují od 0,5 do 10 mm (zkušební aţ do 25 mm). [1]

Obr. 7: Příklady bodových spojů zhotovených odporovým svařování [1]

a – svarový spoj se ztíţenou dostupností k svařovanému místu, b – svarový spoj plechů s rozdílnou tloušťkou, c – svarový spoj s moţností pouţití elektrody z jedné strany, d – svařování tří plechů současně, e – svařování drátů a tyčí kruhového průřezu

Důleţitým parametrem při bodovém svařování je rozestup bodů. Pokud jsou body blízko, vznikají ztráty odbočováním svařovacího proudu (obr. 8) a svar je nekvalitní.

[1]

Obr. 8 Odbočování proudu při malé rozteči bodových svarů [1]

Doporučené vzdálenosti svarů od okraje plechu a vzájemnou minimální rozteč svarů uvádí norma ČSN EN ISO 14373 „Odporové svařování – Postup pro bodové

17 svařování nepovlakovaných a povlakovaných uhlíkových ocelí“. Schéma řešení je na obr. 9.

Obr. 9 Doporučené podmínky pro vzdálenosti od okraje a rozteč svarů [4]

d- rozměr svaru, t – tloušťka plechu

1.1.5. Svařovací stroje a příslušenství

Svařovací stroje je moţno dělit podle více hledisek. Nejčastěji se rozdělují na přenosné (svařovací kleště, závěsné bodové svářečky, ruční bodové kleště) a stabilní. Podle příkonu jsou bodové svařovací stroje malé do 20 kVA, střední 20 aţ 250 kVA a velké nad 250 kVA. Přítlačnou sílu je moţno vyvozovat mechanicky, pneumaticky nebo hydraulicky (nyní i servomotory). Malé a střední bodové svářečky mají napájecí zdroje jednofázové a pro větší výkony trojfázové. Na svařování s akumulovanou energií (Al, Cu apod.) se nejčastěji pouţívají svařovací stroje s akumulovanou energií v kondenzátoru. Pro speciální pouţití se pouţívají svářečky s kadencí 400 a víc bodů za minutu. Lze je pouţít i na vyhotovení švových svarů.

Stabilní stroje se nejčastěji pouţívají, jako jednobodové nebo mnohobodové. [1]

1.1.6. Svařovací elektrody

Hlavní funkcí elektrod při bodovém svařování je zabezpečit spolehlivý průchod elektrického proudu svařovanými díly. Zároveň musí elektrody zajistit i pokování svarového spoje. Uvedené funkce jsou určující pro namáhání elektrod, které lze rozdělit podle povahy na:

 elektrické;

 tepelné;

 mechanické;

 metalurgické.

18 Ideální elektrodový materiál by měl tyto vlastnosti:

 vysokou elektrickou a tepelnou vodivost za normální i zvýšené teploty;

 dostatečnou mechanickou pevnost, aby se elektroda ani při vysokém svařovacím tlaku nedeformovala;

 co nejvyšší teplotu měknutí;

 co nejmenší sklon k legování svařovaným materiálem;

 velkou odolnost proti oxidaci;

 dobrou odolnost proti otěru za vyšších teplot;

 dobrou obrobitelnost;

 nízké výrobní náklady.

Materiál pro elektrody musí být z měděné slitiny, která má mít vysokou tepelnou a elektrickou vodivost. Materiály pouţívané pro odporové svařování jsou předmětem normy ČSN EN ISO 5182 „Odporové svařování – Materiály pro elektrody a pomocná vybavení“.

Podle normy ČSN EN ISO 5182 jsou materiály pro elektrody a pomocná vybavení rozděleny do tří skupin označených A, B a C.

Skupina A obsahuje materiály na bázi Cu a slitin mědi. Do skupiny patří nejpouţívanější materiály na bázi mědi a slitin mědi. Materiály jsou dále rozděleny do 4 typů.

Typ 1 – obsahuje nevytvrditelné slitiny s vysokou elektrickou vodivostí a nízkou tvrdostí

Typ 2 – zahrnuje vytvrditelné slitiny s vyššími mechanickými vlastnostmi neţ u typu 1. Mechanické vlastnosti jsou zlepšené tepelným zpracováním nebo kombinací tepelného zpracování a tváření za studena.

Typ 3 – obsahuje vytvrditelné slitiny s vyššími mechanickými vlastnostmi neţ u typu 2, ale s niţšími hodnotami elektrické vodivosti neţ u typů 1 a 2.

Typ 4 – zahrnuje slitiny se specifickými vlastnostmi a tyto materiály jsou mezi sebou nezaměnitelné. Konečné vlastnosti získávají buď tepelným zpracováním, nebo tvářením za studena.

Skupina B - zahrnuje materiály vyrobené práškovou metalurgií na bázi ţáruvzdorných kovů a to W a Mo. Přidáním Cu a Ag. zvýšíme elektrickou vodivost materiálu. Skupina je rozdělena na 6 typů.

Typ 10 a typ 11 – obsahuje materiály vyrobené na bázi W a Cu.

Typ 12 – obsahuje materiály na bázi Cu s karbidy W.

Typ 13 – obsahuje materiály na bázi Mo.

Typ 14 – obsahuje materiály na bázi W.

Typ 15 – obsahuje materiály vyrobené na bázi W a Ag.

19 Skupina C zahrnuje materiály disperzně zpevněné na bázi Cu obsahující oxidy Al₂O₃.

Podle normy ISO 5182 se elektrodové materiály označují podle skupin, typu a čísla.

Např. materiál na bázi CuCr1 se označí A2/1 (ISO5182:2007), nebo materiál W75Cu je označen B 10 (ISO 5182:2007).

Základní údaje o jednotlivých materiálech jsou v tabulce č. 3. Pro svařování nelegovaných ocelí se nejčastěji pouţívají elektrody z materiálu A 2/1, A 2/2, A 2/3 a A 2/4. Materiály A 2/3 a A 2/4 jsou vhodné i pro svařování vysoko pevných ocelí.

Materiály A 3/1 jsou vhodné pro svařování vysokolegovaných ocelí a ocelí ţáruvzdorných. Materiály A 1/3 jsou vhodné pro svařování neţelezných kovů (zejména hliníku) a oceli s různými typy povlaků (Zn, Sn, Al, Pb).

Tab. 3 Materiály podle ČSN EN ISO 5182 [6]

*) pokračování

20 Tab. 3 Materiály podle ČSN EN ISO 5182, *) pokračování [6]

21 Tvar elektrod závisí na účelu pouţití. Nejčastější pouţívané druhy elektrod jsou na obr. 10.

Obr. 10: Vybrané typy elektrod pouţívaných na odporové bodové svařování [1]

a, b – pro běţné svarové spoje, c – pro bodové spoje v koutech, d,e – pro bodové spoje leţící mimo osy upnutí elektrody (řešení šikmým upnutím elektrody), f – opěrná elektroda, svarové spoje mimo osy upnutí elektrody, g,h,i – pro bodové spoje mimo osy upnutí elektrody (řešení vyhnutím elektrody) [1]

1.1.7. Životnost elektrod při bodovém svařování

S rostoucím počtem svarů během svařování, se opotřebovává pracovní část elektrod a tím se mění kvalita svarových spojů (obr. 11).

Podle ČSN EN ISO 8166 „Odporové svařování – Způsob hodnocení ţivotnosti bodových svařovacích elektrod při konstantním nastavení stroje“ se ţivotnost elektrod definuje jako počet svarů, které mohou být provedeny v poţadované jakosti svaru před nezbytnou úpravou dotykové plochy elektrody. [7]

Obr. 11 Vliv rostoucího opotřebení elektrod - povrch plechu v místě svaru [8]

Otisk elektrod na povrchu ţárově pohliníkovaného plechu typu fal 1, tloušťka 0,9 mm.

a) Svar č. 9, Ief = 10 kA, t = 0,12 s, Fs = 3000 N

b) Svar č. 1203, Ief = 9,75 kA, t = 0,12 s, Fs = 3000 N

a) b)

22 Elektroda dosáhne své ţivotnosti, kdyţ provedené svary mají průměr svaru podle zjištění při odlupovací zkoušce menší neţ 3,5 h (h je tloušťka plechu v mm) u tří svarů na zkušebním vzorku pěti po sobě následujících svarů. Odlupovací zkouška se musí provádět podle ISO 10447. Pro získání rozptylu se všechny zkoušky ţivotnosti musí opakovat třikrát. [7] Na obr. 12 je zobrazen průběh křivky ţivotnosti elektrod.

Obr. 12 Typické křivky ţivotnosti elektrod [7]

1 – Průměr svaru, 2 – Počet svarů

Ţárově pozinkovaný ocelový plech – tloušťka 1,5 mm, 12 period doba svaru, 4,5 mm průměr pracovní plochy elektrody, 1,8 kN elektrodová síla, 8,6 kA svařovací proud

Alternativní kritéria pro určení konce ţivotnosti elektrod musí být pouţita podle stanovení v konstrukční specifikaci, která se řídí podle poţadavků na výrobek. Při zkouškách u ocelí bez povlaku a s povlakem se typicky pouţívají následující kritéria:

a) dohodnuté sníţení pevnosti ve střihu (smyku), např. o 30% (zkouška střihem (smykem) se provede podle EN ISO 14273);

b) dohodnuté kritérium pro provedení zkoušky krutem podle EN ISO 17653;

c) dohodnuté kritérium zaloţené na mikrovýbrusech;

d) poţadavky zaloţené na jakosti povrchu u pohledových dílů, např. vtisky elektrod nebo poškození povrchu;

e) dohodnutá kritéria zaloţená na přilepování elektrod ke svařovaným dílům.

Při zkouškách u hliníku a slitin hliníku mohou být pro konec ţivotnosti elektrod podle stanovení v konstrukční specifikaci pouţita následující kritéria závisící na poţadavcích pro konečný výrobek:

f) dohodnuté sníţení pevnosti svaru ve střihu o 30%;

g) dohodnutá kritéria pro provedení zkoušky krutem;

h) dohodnutá kritéria zaloţená na vzniku pórovitosti nebo trhlin ve svarové čočce;

i) kritéria zaloţená na povrchových trhlinách;

j) poţadavky zaloţené na jakosti povrchu u pohledových dílů, např. vtisky elektrod nebo poškození povrchu;

k) dohodnutá kritéria zaloţená na přilepování elektrod ke svařovaným dílům. [7]

Ţivotnost elektrod je velmi závislá na typu pouţité bodové svářečky nebo svařovacích kleští. Proto je nezbytné stanovit různé poţadavky na konstrukci stroje

23 nebo kleští. Jak elektrické, tak mechanické vlastnosti svařovacího stroje a kleští musí být specifikovány podle ISO 669. [7]

1.1.8. Chlazení elektrod

Chlazení elektrod výrazně ovlivňuje ţivotnost elektrod. V následujících bodech jsou uvedeny základní typy systému chlazení:

 Bez chlazení – zařízení pro svařování ani elektrody nejsou chlazené. Jedná se o stroje malého výkonu.

 Otevřený systém chlazení – zařízení i elektrody jsou chlazené vodou a voda odtéká do kanalizace.

 Uzavřený systém chlazení – zařízení i elektrody jsou chlazené pomocí chladicí jednotky, chladicím médiem je voda. Chladící jednotka můţe chladit i více strojů.

Chladicí jednotka muţe být vybavena nejrůznějšími funkcemi, např. hlídáním průtočného mnoţství chladicí kapaliny.

Intenzita chlazení elektrod se výrazně podílí na ţivotnosti elektrod. Na obr. 13 je závislost ţivotnosti elektrody na mnoţství chladící vody pro dva elektrodové materiály.

Obr. 13 Vliv mnoţství chladící vody na ţivotnost elektrod [9]

 - klasická zkouška ţivotnosti,  - krátkodobá zkouška ţivotnosti

Úpravou systému vodního chlazení se zabývali E.Yu. Latypova, S.M. Furmanov, Yu.A. Tsumarev and S.N. Emel’yanov v práci [10]. Na obr. 14 a) je schéma klasického provedení konce přívodu chladicí vody. Upravení systému spočívalo v izolování přívodní trubky materiálem s nízkou tepelnou vodivostí. Na obr. 14 b) je zobrazen upravený systém chlazení. Uvnitř elektrody je tenký plechový pásek, který

24 má za úkol přivést chladicí vodu do spirálovitého pohybu. Pomocí takto upravené elektrody zvýšíme účinnost chlazení.

a) b)

Obr. 14 Schéma konvenčního vodního chlazení a), a upraveného systému chlazení b)

Na obr. 15 je výsledek experimentu, kdy se hodnotil vliv způsobu úpravy přívodu chladicí vody na deformace pracovní části elektrod. Svařovány byly dva ocelové elektrolyticky pozinkované plechy tloušťky 1 mm (svařovací proud 10,5 kA, svařovací čas 0,2 s, elektrodová síla 3800 N, kadence 40 svarů za minutu, mnoţství chladicí vody 7 litrů za minutu).

Obr. 15 Vliv úpravy přívodu chladicí vody na zvětšování průměru pracovní části elektrod

N – počet svarů, de – průměr pracovní části elektrody

X. M. Lai & A. H. Luo & Y. S. Zhang & G. L. Chen se v práci [11] zabývají optimální konstrukcí elektrody s vyuţitím metody konečných prvků. Na obr 16 jsou zobrazeny parametry, které mají vliv na účinnost chlazení elektrody. Cílem studie metodou konečných prvků bylo se blíţe podívat na vývoj teploty v chladícím systému elektrody a optimalizovat parametry.

25 Obr. 16 Optimalizované parametry [11]

h – chladicí výška potrubí, D – průměr chladicího potrubí, v – rychlost chladicí vody

Vodní chlazení elektrod

Rozměry otvorů a trubiček pro vodní chlazení musí vyhovovat souvisejícím poţadavkům příslušných norem ČSN EN 29313 pro různé typy elektrod. Pokud účinky vodního chlazení nejsou vyzkoušeny, měl by být jmenovitý průtok vody minimálně 4 l/min pro ocelové plechy bez povlaku a 6/min pro ocelové plechy s povlakem. Trubičky vodního chlazení by měly být uspořádány tak, aby voda obtékala vnitřní stranu čela elektrody. Vzdálenost mezi pracovní plochou elektrody a dnem vnitřního otvoru by neměla přesáhnout hodnoty uvedené v příslušných normách ISO pro rozměry elektrod. Teplota vstupní vody by neměla překročit 20 °C (293 K), zatím co teplota výstupní vody by neměla překročit 30 °C (303 K). Protoţe teplota vody můţe významně ovlivnit ţivotnost elektrod, měla by být skutečná teplota vody měřena a v kaţdé sérii zkoušek udrţována konstantní. Pro horní a spodní elektrody by měly být pouţity oddělené vodní okruhy. Napájecí okruh pro elektrody by měl být nezávislý na chladícím okruhu transformátoru a tyristorů.

Pokud to není moţné, měla by voda z elektrod protékat do obvodů tyristorů/transformátoru a ne opačně. [7]

1.1.9. Chlazení elektrod pomocí CO₂

O chlazení elektrod pomocí oxidu uhličitého je dosud velmi málo informací. V.K.

BONDAREV a A.Z. SHARYPOV v práci [12] popisují účinnost chlazení elektrod za pouţití kapalného CO₂ pro odporové bodové svařování. Pro elektrody pouţili materiál z nikl-beryliového bronzu. Pomocí experimentů sledovali účinnost chlazení elektrod. Na obr. 17 je schéma chlazení elektrody.

26 Obr. 17 Schéma chlazení elektrody [12]

1 – elektroda, 2 – pouzdro, 3 – trubička pro přívod CO2, 4 – drţák elektrody, 5 – škrcení CO2, 6 – kanálek pro odvod plynu

Rychlost průtoku C0₂ byla řízena v rozsahu 800-2000 l/hod ze dvou ventilů pomocí kapiláry, které měly průměry v rozsahu 0,15 – 0,24 mm. Kapalné C0₂ mělo před škrcením teplotu 20 °C a teplota chladicí vody 7,5 °C. Po provedení předběţné zkoušky s novým chladicím systémem vznikl problém, ţe zamrzala kapilára uvnitř elektrody a následně se přerušila dodávka chladicího C0₂. Za důvod zamrzání kapiláry mohla přítomnost vlhkosti a strojního oleje a proto se musel škrticí ventil zahřívat. Na obr. 18 jsou zřejmé výsledky měření teploty elektrod.

Obr. 18 Výsledky měření teploty elektrod [12]

1 – vodou chlazené, 2 – chlazené CO2 s průtokem 200l/hod, 3- chlazené CO2 s průtokem 800 l/hod,

Na závěr byl vysloven předpoklad, ţe pokud se bude dodávat oxid uhličitý s vyšší čistotou, lze udrţovat teplotu elektrody pod 0 °C.

Harri Tarou v roce 1982 patentoval princip chlazení odporových (bodových a švových) svařovacích strojů pomocí kapalných plynů pod označením JPS5741892.

Na obr. 19 je princip chlazení švového a bodového svařování. Kotoučové elektrody (2a, 2b) u švového svařování jsou chlazeny nepřímo. U bodového svařování je elektroda (11) chlazena přímo. Jako chladicí médium pouţíval kapalný dusík, kapalný oxid uhličitý a chladicí vodu. Tímto způsobem je teplo odváděné z elektrod a elektrody jsou udrţovány na nízké teplotě a lze svařovat i při vysoké rychlosti.

27 Obr. 19 Princip patentu JPS5741892 [13]

1.1.10. Použití bodového svařování ve výrobní praxi Svařování ocelí

Při svařování uhlíkových ocelí (tř. 10, 11, 12) kvalita svarového spoje závisí na obsahu uhlíku, který nemá být víc jak 0,22%. Obsah síry a fosforu nemá překročit 0,06%. V opačném případě vzniká nebezpečí vzniku křehkosti. Při svařování větších tlouštěk je výhodnější svařovat pulzním svařovacím cyklem.

Při svařování austenitických ocelí, pokud nejsou stabilizované, se doporučuje tvrdý svařovací reţim k zabránění vzniku karbidu chrómu. [1]

Svařování hliníku a jeho slitin

Při svařování hliníku a jeho slitin je potřeba počítat s jejich lepší elektrickou a tepelnou vodivostí. Velké mnoţství vyvinutého tepla se ztrácí vedením do svařovaného materiálu. Proto se sniţuje místní zahřátí, které je velmi potřebné pro bodové svařování. Proto je třeba svařovat při velmi krátkých časech a velkých svařovacích proudech. Běţné svařovací stroje pro svařování hliníku a jeho slitin nelze pouţívat (pouţívají se kondenzátorové svářečky). Největší překáţkou při svařování je oxid hlinitý (Al₂O₃), který je na povrchu. Má v porovnání s hliníkem velký elektrický odpor a vysoký bod tání (nad 2000°C). Proto je ho třeba před svařováním z povrchu odstranit. [1]

Měď a její slitiny

Největší překáţkou při svařování mědi je její vysoká elektrická vodivost. Přechodový odpor mezi elektrodou a svařovaným materiálem je přibliţně stejný jako mezi svařovanými materiály. Proto se bodově svařují jen velmi malé tloušťky a na svařování jsou potřebné svařovací stroje s akumulovanou energií v kondenzátoru (kondenzátorové svářečky). Výbojem elektrické energie se získají vysoké proudy ve velmi krátkém čase.

28 Přidáváním zinku do mědi vznikají slitiny mosaze. Přidáním cínu beryllia a dalších prvků vznikají slitiny bronzu. Mosaze a bronzy mají větší elektrický odpor a menší tepelnou vodivost. Čím více těchto prvků je ve slitině, tím se lépe svařují. [1]

Ocelové plechy s ochrannými povlaky

Z hlediska svařování je výhodné ochranné povlaky- dělat na plechách aţ po svařování (cínování, zinkování). Lze předpokládat, ţe stopy po elektrodách poškodí ochrannou vrstvu. Kromě toho na povrchu elektrod se vytvářejí povlaky, které postupně znehodnocují kvalitu svarového spoje a tím sniţují počet svařenců. Např.

při svařování pozinkovaných plechů zvyšování tloušťky vrstvičky oxidu zinečnatého umoţňují svařit jen asi 750 aţ 950 bodů a potom je třeba elektrody mechanicky opracovávat. [1]

1.1.11. Mechanické zkoušky svarových spojů

Norma ČSN EN ISO 14329 stanovuje definice geometrických měření a typu lomů, které jsou pouţívány v souvislosti se zkoušením odporových bodových, švových a výstupkových svarů, u kterých rozdílné zátěţové konfigurace jsou příčinou rozdílného rozloţení napětí ve svaru. Tyto definice jsou základem pro všechny jiné související normy. Schématické vyobrazení zkoušek svarů, znázorňující rozloţení napětí v závislosti na směru zkušebního zatíţení je na obr. 20. [14]

Obr. 20 Schématická vyobrazení zkoušek svarů, která znázorňují napětí v závislosti na směru zkušebního zatíţení [14]

1 – zkoušení střihem, 2 – kříţové zkoušení tahem, 3 – odlupovací zkoušení, 4 – zkoušení krutem

29 Odlupovací a sekáčové zkoušení stanovuje norma ČSN EN ISO 10447 „Odporové svařování – Odlupovací a sekáčové zkoušení odporových bodových a výstupkových svarů“. Pouţívá se pro svary provedené na dvou nebo více tenkých plechách s tloušťkou v rozsahu 0,5 aţ 3,0 mm. Účelem těchto zkoušek je stanovit:

 rozměr svaru a typ porušení pokud jsou zkouškami destruktivními

 ověřování svarů pokud jsou zkouškami nedestruktivními [15]

Odlupovací zkoušení svarů (obr. 21)

Destruktivní zkouška, při které jsou zkoušeny svary působením odlupovací síly, která vyvolá napětí především kolmo k povrchu dělicí roviny spoje.

Zkouška můţe být realizována buď ručně, nebo můţe být mechanizována pouţitím trhacího stroje pro zkoušku tahem nebo jiného vhodného mechanizovaného zařízení. [15]

Obr. 21 Běţná odlupovací zkouška odporových bodových a výstupkových spojů [15]

Sekáčové zkoušení svaru (obr. 22)

Destruktivní nebo nedestruktivní zkouška, při které jsou zkoušeny svary působením převáţně tahové síly, která vyvolává napětí především kolmo k povrchu dělicí roviny spoje. Síla se vyvolává sekáčem. [15]

Obr. 22 Běţná sekáčová zkouška odporových bodových a výstupkových svarových spojů [15]

30

II. Experimentální část

Experimentální část je v souladu se zadáním práce zaměřena na ověřování funkcí svařovacího stroje TECNA – typ 6124 s řídící jednotkou T700 a na ověření funkcí měřicího přístroje MG3 Digital od firmy Miyachi. Experimenty byly provedeny v laboratoři progresivních průmyslových technologií v budově L Technické univerzity v Liberci. Cílem bylo stanovit metodické postupy pro obsluhu svařovacího stroje a měřicího přístroje.

Pro svařování vzorků potřebných k experimentu byl pouţit invertorový odporový svařovací stroj TECNA – typ 6124. Svařovací stroj typu 6124 představuje vynikající řešení pro vysoce produktivní sériovou výrobu. Na rozdíl od většiny podobných strojů jsou vybaveny invertorovou technologií, která přináší mnoho významných výhod. Přesné nastavení času svařování (po milisekundách), rychlé dosaţení nastaveného proudu a jeho přesné a konstantní řízení po celou dobu cyklu, delší ţivotnost elektrod, esteticky dokonalejší sváry, aţ o 35 % niţší spotřeba proudu a další. Tyto stroje jsou díky přínosům invertoru velmi vhodné pro svařování lehkých kovů či jiných obtíţně svařitelných kovů, přesnost nastavení času a proudu umoţňuje vysoce kvalitně svařovat i velmi tenké plechy. [16]

2. Charakteristika stroje TECNA – 6124

Odporový svařovací stroj TECNA – 6124 je středofrekvenční stroj pro náročné svařovací práce s vysokou produktivitou. Celkový pohled na stroj je na obr. 23. Lze ho charakterizovat následujícími body:

 Modulární konstrukce stroje umoţňující zvolit správnou skříň, ramen, desek a válců.

 Provedení válce z chromované oceli zaručuje jeho dlouhou ţivotnost i při plném vyuţití.

 Hydraulické komponenty nepotřebují promazávání z důvodu eliminace olejových výparů a tím i přispívají k ochraně ţivotního prostředí.

 Regulovatelný dvojitý zdvih válce řízený klíčem.

 Moţnost beztlakového pohybu pro údrţbu a seřízení elektrod.

 Zabudovaná filtrační jednotka vzduchu a tlaková nádrţ. Ventil stlačeného vzduchu.

 Vodou chlazený transformátor, desky, drţáky elektrod a elektrody.

Transformátor vinutím chráněným epoxidovou pryskyřicí.

 Dvoupolohový elektrický pedál umoţňující sevřít a stáhnout dva kusy materiálu a svařit je pouze tehdy, jsou-li umístěny ve správné pozici.

 Příprava pro přídavný dvoustupňový elektrický nohou ovládaný pedál pro sváření s moţností přímé volby různých svařovacích programů.

 Maximální bezpečnost při práci zajišťují také dvouruční ovladač s časovačem a odnímatelný volič s klíčem dodávaný standardně ke všem bodovacím strojům.

 Tlačítko k okamţitému zastavení stroje v případě krizové situace.

31

 Ochrana automatickým magnetotermickým přerušením obvodu.

 Vypínač průtoku, který zastaví stroj, přestane-li být dodávána chladicí kapalina.

Obr. 23 Invertorový odporový svařovací lis TECNA – typ 6124 [16]

Základní technické parametry stroje:

Nominální výkon při 20 % 285 [kVA]

Nominální výkon při 50 % 180 [kVA]

Maximální svařovací proud 64 [kA]

Nominální sekundární napětí 9,4 [V]

Tepelný proud při plném výkonu 12000 [A]

Napětí napájení 50 Hz – 3 fáze 400 [V]

Kabel délky 30 m 95 [mm²]

Pojistky opoţdění 200 [A]

Hloubka elektrod L 385 [mm]

Drţák elektrod Ø d 25 [mm]

Pneumatický válec Ø 125 [mm]

Síla stisku při 1 bar 123 [daN]

Síla stisku při 6 bar 736 [daN]

Maximální zdvih 100 [mm]

Nastavitelný dvojí zdvih 0 – 80 [mm]

Minimální tlak vzduchu 6,5 [bar]

Maximální tlak vzduchu 10 [bar]

Maximální tlak vody 4 [bar]

Minimální spotřeba vody

při nominální výkonu 12 [l/min]

Čistá hmotnost stroje 540 [kg] [17]

32 3. Řídící jednotka sváření TE 700

TE 700 je mikroprocesorová řídící jednotka pro odporové svařovací stroje. Funkcí řídící jednotky je řízení prvků svařovacích strojů, zvláště IGBT jednotka, která reguluje svařovací proud. TE 700 je velmi všestranné řízení a můţe být instalováno na různé typy svařovacích strojů. Kromě bodových svařovacích strojů a strojů pro výstupkové svařování můţe být zařízení instalováno rovněţ na švových svářecích strojích. Řídící jednotka umoţňuje řízení svařovacího procesu pomocí regulace výkonu, fixní nastavení výkonu, regulaci konstantního proudu a regulaci konstantní energie (volitelně). Počet vstupů a výstupů lze zvýšit, aby bylo moţno aplikovat řízení svařování ve zvláštních strojích eventuálně při automatizaci. Řídící jednotka můţe řídit aţ 4 různé svařovací transformátory. Do paměti lze uloţit 300 různých svařovacích programů, z toho 250 lze vyvolat přímo externě. Alfanumerický identifikátor můţe být spojen s kaţdým programem pro zjednodušení jeho identifikace. Kaţdý program se skládá z programovatelných parametrů, které popisují pracovní cyklus. Kromě jednoduchého 4 dobého cyklu umoţňuje řídící jednotka svařování s předehřevem, dodatečným svařováním, náběhem proudu a impulzy. [18]

Hlavní charakteristiky řídící jednotky TE 700

 Snadné programování šesti tlačítky s alfanumerickým LCD displejem s osvětleným pozadím (obr. 24).

 Příkaz měnič se střední frekvencí IGBT, s moţností výběru pracovní frekvence měniče mezi 1000 Hz a 4000 Hz.

 Uloţení 300 svařovacích programů, z toho lze 250 vyvolat externě.

 Moţnost řízení aţ 4 různých transformátorů nebo jeden transformátor a 4 různé typy elektrod.

 Ochrana proti přehřátí pro svařovací transformátory.

 Aţ 32 programovatelných parametrů pro kaţdý program (tab. 4).

 Funkce vzestupu proudu, poklesu proudu, impulzy, před-svařování a po- svařování a funkce nastavení svařovací doby s rozlišením 1 ms.

 Zobrazení RMS svařovacího proudu, energie, výkon, RMS napětí k elektrodám, počáteční a konečný odpor, tepelné vyuţití stroje v procentech, vyuţití stroje v procentech a moţnost zobrazení původní tloušťky svařovaných materiálů a prohloubeniny na konci svaru.

 6 druhů provozu: konvenční, konstantní proud, konstantní energie, konstantní napětí, FIX, dynamický mód.

 Funkce dvojitého zdvihu.

 Kroková funkce ke kompenzaci opotřebení elektrod s programovatelnou křivkou a moţnost zasahovat nezávisle na čase a svařovacím proudu, prostřednictvím časově rozlišených krokových moţností. Moţnost pouţití 4 různých krokových

33 moţností související s moţností 4 různými počítadly svárů spojených s kaţdým svařovacím programem.

 Automatické uzpůsobení síťové frekvence 50/60 Hz.

 Spínač volby noţní pedál nebo obouruční spuštění. [18]

Obr. 24 Alfanumerický LCD displej s šesti programovacími tlačítky [16]

Postup při spouštění a zastavení stroje TECNA – typ 6124 V následujících bodech je uveden postup při spuštění stroje TECNA:

 Zapnout systém chlazení;

 Zapnout přívod vzduchu;

 Zapnout hlavní spínač na stroji TECNA. Po zapnutí hlavního spínače je zapnuta řídící jednotka. Po inicializaci komunikačního rozhraní, řídící jednotka zkontroluje integraci komunikačních kanálů s měničem. K dokončení zapnutí řídící jednotky, je provozovatel poţádán, aby stiskl tlačítko RESTART.

Pomocí spínače volby klíče máme na výběr mezi pozicí (PROG) PROGRAMOVÁNÍ a (RUN) PRACOVNÍ REŢIM. Na pozici PROGRAMOVÁNÍ mohou být změněny hodnoty nastavení pro programování. Otočením klíče na pozici PRACOVNÍ REŢIM se aktivuje spínání bodového svařovacího stroje a připouští pouze provedení pracovního programu.

Postup při vypnutí stroje TECNA:

 Vypnout hlavní spínač na stroji TECNA;

 Vypnout systém chlazení;

 Vypnout přívod vzduchu a vypustit stlačený vzduch z pneumatického válce.

Popis ukazatelů na displeji řídící jednotky

Na displeji (Obr. 25) se po kaţdém provedeném cyklu objevuje řada ukazatelů.

Hodnoty pouţité v popisu níţe slouţí pouze jako příklad.

34 Obr. 25 Displej řídící jednotky [18]

005 – zobrazuje číslo programu, FE ZN 10 – alfanumerický identifikátor spojený s vybraným svařovacím programem, SPOT 56002 – počítadlo provedených svarů, WELD 0010 ms – ukazuje čas svařování posledního provedeného sváru, IRMS 020.26 kA – udává hodnotu proudu posledního provedeného sváru, E 00100 J – ukazuje hodnotu dodané energie v průběhu svařování, r 055.4% - ukazuje procentuálně vyuţití svařovací jednotky

Popis pracovního cyklu TE700

Pracovní cyklus je popsán nastavením programovacích parametrů. Tyto parametry popisují operační čas a nastavení proudu, které tvoří sekvenčně provedený pracovní postup (obr. 26).

Obr. 26 Sekvence programové funkce [16]

1 – Čas pohybu ramen z dlouhého do krátkého zdvihu, 2 – Čas od začátku pohybu ramen do začátku svařování, 3 – Prodleva před zvýšením přítlaku, 4 – Čas předehřevu, 5 – Proud předehřevu, 6 – Čas chladnutí 1, 7 – Čas náběhu, 8 – Čas svařování, 9 – Proud svařování, 10 – Doba chladnutí 2, 11 – Počet impulsů, 12 – Čas svařování 2, 13 – Proud svařování 2, 14 – Čas chladnutí 3, 15 – Čas svařování 3, 16 – Proud svařování 3, 17 – Čas doběhu proudu, 18 – Čas chladnutí 4, 19 – Čas dohřevu, 20 – Proud dohřevu, 21 – Čas přidrţení elektrod po svařování, 22 – Čas prodlevy mezi jednotlivými svary. [9]

Nastavení parametrů řídící jednotky

Klíč musíme nastavit do pozice PROGRAMOVÁNÍ. Poté se zobrazí na displeji seznam všech menu, která jsou k dispozici na řídicí jednotce. Na displeji vybereme pozici PROGRAM DATA, která obsahuje nastavení všech svařovacích parametrů (tab. 4). Některé parametry svařovacího stroje mohou být aktivovány nebo deaktivovány. Aktivaci nebo deaktivaci provedeme pomocí SETUP MENU.

35 Tab. 4 Nastavitelné parametry stroje TECNA [18]

Parametr Popis parametru Rozsah hodnot

WORKING MODE Pracovní reţim IKE, ENE, PW, FIX

STROKE Reţim dvojího zdvihu SHORT

SQUEEZE 1 Čas squeeze 1 (pohyb ramen) 01 - 99 cyklů

PRE-WELD Čas předehřevu 0 - 1000 ms

PRE-CURRENT Proud předehřevu 1 - 120 kA

COLD T. 1 Čas chladnutí 1 0 - 1000 ms

SLOPE UP Čas náběhu 0 - 500 ms

WELD 1 Čas sváření 1 - 1000 ms

CURRENT 1 Proud sváření 1 - 120 kA

COLD T. 2 Čas chladnutí 2 0 - 1000 ms

N. OF PULSES Počet impulsů 0 - 5

WELD 2 Čas sváření 2 0 - 1000 ms

CURRENT 2 Proud sváření 2 1 - 120 kA

COLD T. 3 Čas chladnutí 3 0 - 1000 ms

WELD 3 Čas sváření 3 0 - 1000 ms

CURRENT 3 Proud sváření 3 1 - 120 kA

SLOPE DOWN Čas doběhu proudu 0 - 500 ms

COLD T. 4 Čas chladnutí 4 0 - 1000 ms

POST-WELD Čas dohřevu 0 -1000 ms

POST-CURR. Proud dohřevu 1 - 120 kA

HOLD Čas přidrţení elektrod po sváření 03 - 99 cyklů OFF TIME Čas prodlevy mezi jednotlivými sváry (Off time) 00 - 99 cyklů

CURR MIN. Dolní limit proudu 1 - 120 kA

CURR MAX. Horní limit proudu 1 - 120 kA

4. Druhy pracovních režimů

Provoz s konstantním proudem (IK)

Při provozu s konstantním proudem můţe být hodnota proudu, s nímţ má být svařování provedeno, nastavena přímo řídící jednotkou svařování. Během svařování měří jednotka v kaţdé půlperiodě efektivní hodnotu (RMS) svařovacího proudu a udrţuje nastavený proud na bázi matematického korekčního algoritmu konstantní. Maximální svařovací hodnota proudu, která můţe být nastavena, je automaticky omezena na maximální proud.

Tento pracovní reţim také umoţňuje udrţovat ţádaný svařovací proud konstantní, rovněţ při kolísání faktorů jako je síťové napětí, dimenzování a impedance okruhu svařovacího proudu, stav svařovacích elektrod, stav povrchu obrobku. [18]

36 Provoz s nastavením FIX

V pracovním reţimu s procentovým nastavením FIX invertorová svařovací jednotka nemá ţádné úpravy proudu dodávaného během svařování. Provozovatel musí nastavit procento energie dodávané invertorem, která se pohybuje od 5% do 100%.

V tomto případě skutečný proud dodávaný invertorem zahrnuje různé faktory a není jiţ konstantní. Mezi faktory, které by mohly mít vliv na aktuální změny, jsou: změny v odolnosti svařovaného materiálu, opotřebení elektrod a změny v geometrii sekundárního okruhu nebo síťové kolísání napětí.

Pracovní reţim FIX můţe být vhodný pro krátkodobé svařování s velkými odporovými změnami nebo při pouţití pro zahřívání kovu. [18]

Provoz v režimu s konstantním sekundárním napětím (VEK)

Při práci s konstantním sekundárním napětím, svářečka vypočítá skutečnou efektivní hodnotu (RMS) napětí na elektrodách kaţdou ms a udrţuje nastavenou konstantní hodnotu napětí podle matematického algoritmu. Hodnota proudu dodávaná invertorem je tedy nepřímo úměrná odporu sekundárního okruhu a odolnosti svařovaného materiálu. Hodnota dodaného proudu nebude záviset na kolísání elektrického vedení. Sekundární napětí je udrţováno konstantní, pokud je niţší neţ parametr CURR. MAX. Inklinuje-li svařovací proud k překročení stanovené hodnoty v CURR. MAX., invertor automaticky sníţí hodnotu sekundárního napětí v reálném čase udrţováním svařovacího proudu v rámci stanovených limitů CURR.

MAX. Hodnota můţe být nastavena tak vysoko, jako maximální hodnota svařovacího proudu transformátoru. Jeho úkolem je zabránit škodám při svařování v případě velkých změn v odporu svařovaného materiálu.

Konstantní sekundární napětí pracovního reţimu můţe být vyuţito pro svary s wolframovými elektrodami nebo k vyrovnání opotřebení elektrod při svařování.

Hodnota VE zůstává během svařování konstantní, ale hodnota proudu se mění v závislosti na impedanci sekundárního okruhu. [18]

Provoz v režimu s konstantním výkonem (PWK)

Při práci v reţimu s konstantního výkonu invertor vypočítá skutečnou efektivní hodnotu (RMS) na sekundárním napětí a sekundární proud kaţdou ms a udrţuje konstantní produkt pomocí matematického algoritmu při změnách napětí v síti.

V případě, ţe sekundární rezistence klesá, zvýší se svařovací proud a naopak, kdyţ se sekundární rezistence zvyšuje, svařovací proud se sníţí. Úprava s konstantním výkonem funguje správně, pokud svařovací proud dosahuje aktuální hodnoty stanovené v CURR. MAX parametrech. Pro dosaţení uvedeného omezení invertor automaticky sniţuje dodanou energii v reálném čase omezováním hodnoty dodaného proudu. Dodaný svařovací proud nesmí překročit maximální hodnoty stanovené pro pouţívaný svařovací transformátor. Pouţívání konstantního výkonu lze chápat jako konstantní svařovací energie v reálném čase. Ve skutečnosti kdyţ

37 pracujete s konstantním výkonem v průběhu svařování, je konstantní energetická hodnota vţdy dodávána po dobu fixního času.

Pouţití reţimu s konstantním výkonem můţe být uţitečné pro kompenzaci opotřebení elektrod nebo svařovaných materiálů, které jsou vystaveny významným změnám odporu při svařování, jako například u kovů s velkým elektrickým odporem (v návodu uvedeno „vysoce-odporové svařování kovů“). V těchto případech se proud sniţuje během počáteční fáze svařování, ve kterém je odpor materiálu typicky vyšší. Jako takový zabraňuje jevům rozstřikování roztaveného materiálu, které sniţují kvalitu svaru. [18]

Provoz v režimu s konstantní energií (ENE)

Při pouţití řízení s konstantní energií jsou provedena uspořádání jako u konvenčního řízení, s výjimkou parametrů ENERGIE a parametrů svařovací doby, pro něţ není nastavena přesná hodnota, nýbrţ hodnota minimální a maximální.

Invertor neustále nastavuje svařovací proud, aby odpovídal nastavené hodnotě energie. Během svařování eviduje řízení skutečnou hodnotu svařovacího proudu (RMS), ohmické komponenty napětí na elektrodách ve voltech a trvání svařování v cyklech.

Vzhledem k tomu, ţe ztrátová energie se redukuje na základě elektrického vedení mezi vnějšími plechy a elektrodami přesnost měřené energie, doporučuje se svařování s krátkými dobami a vysokou elektrodovou silou. Pro bezvadnou kontrolu jakosti bodu je proto důleţité, aby svařovací stroj, pro který je zařízení pouţito, měl charakteristická data pro výkon, sílu elektrod a svařovací proud, které jsou schopny provést body vysoké kvality. [18]

Provoz v režimu dynamic (DYN)

Provoz invertoru v dynamickém reţimu je adaptivní práci v pracovním reţimu. Tato jednotka je schopna rozpoznat poruchy při svařování, jako jsou nedokonalý kontakt svařovaných plechů, z důvodu přítomnosti nečistot mezi svařovanými kusy, přítomnost zkratů v blízkosti elektrod nebo opotřebení elektrod. Poté, co zjistí jednu nebo více poruchových stavů, můţe řídící jednotka dynamicky měnit svařovací proces k nápravě uvedených podmínek. Celý proces je opraven tím, ţe rozšíří svařovací čas aţ do maximální hranice stanovené provozovatelem. V dynamickém reţimu řídící jednotka nastavuje svařovací proud za účelem získání správného svaru a zároveň brání rozstřikování roztaveného materiálu, který by mohl vést k svarům niţší třídy. [18]

38 5. Měřicí přístroj Miyachi MG3 Digital

Miyachi MG3 Digital (obr. 27) je digitální měřicí a kontrolní přístroj pro odporová svařovací zařízení. Na obr. 28 je pohled na displej přístroje.

Technická data přístroje

Sledování programů 99 programů, interní nebo externí volba programů

Měřicí funkce střídavý a stejnosměrný proud, efektivní hodnota proudu, špičková hodnota proudu, efektivní hodnota napětí, špičková hodnota napětí, výkon, odpor, energie

Počítadlo vzestupné a sestupné počitadlo s výstupem výstraţného signálu a signálu koncové hodnoty Rozsah měření proudu cívka x 1:

2-5-20-100-500 kA špičková hodnota cívka x 10:

0,2-0,5-2-10-50 kA špičková hodnota Rozsah měření napětí 0,5-2,5-10-50 V špičková hodnota

Přesnost měření ±1,5% z koncové hodnoty rozsahu pro proud a napětí

Nejmenší měřitelný proud ±3% pro výkon, 10% z rozsahu měření Nejdelší měřitelná doba cca 2000 ms u stejnosměrného proudu, procházení proudu cca 5000 ms u střídavého proudu Nejkratší měřitelná doba

procházení proudu cca 1 ms

Snímání (U,I) = 100 kHz na kanál, simultánní snímání U a I, pro kaţdý kanál

Grafické rozlišení

proud / napětí pro dobu měření ≤ 50 ms: rozlišení 40 bodů za ms

pro dobu měření ≥ 50 ms: rozlišení 5 bodů za ms

tlak / síla / dráha tlak / síla 10 bodů/ms, dráha digitálně 5 bodů/ms

Přestávka v měření variabilní

Nastavení mezních nezávisle na sobě pro horní a dolní mezní

hodnot hodnotu v celém rozsahu měření

Nastavení výstrahy nezávisle na sobě pro horní a dolní výstraţnou hodnotu v celém rozsahu měření

Grafický displej QVGA, 320 x 240 pixelů Optický ukazatel 8krát čelní kontrolky LED

Síťové napětí a kmitočet 90 – 260 V, ±10%, 50 – 60 Hz, spínací napájecí zdroj

Příkon 60 W