Zbornik DVT2012-Rev 00

Celjski sejem d.d. in

Zveza društvo za varilno tehniko Slovenije

DAN VARILNE TEHNIKE 2012

Zbornik predavanj STANJE IN TRENDI T RENDI RAZVOJA V VARILNI TEHNIKI

Celje, 17. maj 2012

Naslov:

Dan varilne tehnike 2012 – zbornik predavanj

Organizatorja:

Zveza društvo za varilno tehniko Slovenije in Celjski sejem d.d.

Uredniški odbor:

Ivan Polajnar, Fakulteta za strojništvo, Univerza v Ljubljani Marjan Suban, IMK Sergeja Marjanovič in Breda Obrez Preskar, obe Celjski sejem d.d.

Oblikovanje: Oblikovanje naslovnice: Založnik: Tisk: Naklada:

Programski odbor:

Organizacijski odbor:

izr. prof. dr. Ivan Polajnar – predsednik prof. dr. Mirko Čudina prof. dr. Janez Diaci prof. dr. Janez Grum prof. dr. Isak Karabegović prof. dr. Zoran Kožuh prof. dr. Slobodan Kralj prof. dr. Viljem Kralj prof. dr. Džafer Kudumović prof. dr. Nedjeljko Mišina prof. dr. Inoslav Rak prof. dr. Ivan Samardžić izr. prof. dr. Sveto Cvetkovski izr. prof. dr. Vladimir Gliha izr. prof. dr. Janez Kramar doc. dr. Primož Podržaj dr. Venceslav Grabulov dr. Arpad Köveš mag. Mojca Šolar, univ. dipl. inž. Marjan Brajdih, univ.dipl. inž. Hubert Kosler, univ. dipl. inž Franci Krošelj, univ. dipl. inž. Breda Obrez Preskar, univ. dipl. oec Janez Orban, univ. dipl. inž.

dr. Marjan Suban – predsednik prof. dr Darko Bajić doc. dr. Damjan Klobčar doc. dr. Jurij Prezelj doc. dr. Gabriel Rihar doc. dr. Tomaž Vuherer dr. Ladislav Grad dr. Jožef Horvat dr. Bogdan Pučko dr. Miro Uran mag. Vlado Krebs mag. Roman Krepek Božo Despotović, univ. dipl. inž. Anton Gros, univ. dipl.inž. Jože Kočevar, dipl. inž. Peter Opaka, univ. dipl. inž. Sergeja Marjanovič, univ. dipl. oec Matej Pečnik, dipl. inž Peter Šprajc, dipl. inž. Štefan Vučak, dipl. inž . Breda Žgeč, univ. dipl. inž Klemen Zorko, univ. dipl. inž. Miha Pesek Viljem Šeter

dr. Marjan Suban Sergeja Marjanovič Celjski sejem d. d., Celje Kotis d.n.o. 100 izvodov

CIP - Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana 621.791(082) DAN varilne tehnike (2012 ; Celje) Stanje in trendi razvoja v varilni tehniki : zbornik predavanj / Dan varilne tehnike 2012, Celje, 17. maj 2012 ; [organizatorja] Celjski sejem [in] Zveza društev za varilno tehniko Slovenije ; [uredniški odbor Ivan Polajnar ... et al.]. - Celje : Celjski sejem, 2012 ISBN 978-961-91552-8-8 978-961-91552-8-8 1. Gl. stv. nasl. 2. Polajnar, Ivan 3. Zveza društev za varilno tehniko Slovenije 4. Celjski sejem 261664000

VSEBINA Inoslav Inoslav Rak Uvodna beseda

1

In memoriam

3

IZOBRAŽEVANJE IN STANDARDIZACIJA Uran Miro, Jovanović Miloš, Šprajc Peter, Köves Arpad, John B. Stav Neuradno Neuradno priznan p riznanoo izobraževanje i zobraževanje in tehnologije uporabljene v izobraževanj izobraževa njuu in certificir c ertificiraa nju varilnega varilnega osebja osebja Arpad Köveš Novi pristopi na podro č ju izobraževa izobraževanj njaa varilcev in varilskih tehnologov tehnologov Gabriel Rihar Kaj prinaša standard EN 1090-1 Božo Despotović, Stjepan Gangur, Dalibor Birač Osiguranje Osiguranje kvalitete u tehnici tehnici zavarivanja s aspekta a spekta certificiranih certificiranih kadrova

5 11 15 17

VIRI TOKA Danijel Langus, Arpad Koveš, Ivan Polajnar, Marjan Golob Simulacija Simul acija izvedbe izvedbe pulznega pulznega MIG/MAG MIG/MAG varj va rjenja enja s tiristorskim t iristorskim virom toka Božo Despotović, Vedran Rajković Primjena Primjena „CMT“ „CM T“ procesa pri navarivanju cijevnih zidova Renato Pahor Kemppi - dodatna programska oprema – posebne rešitve Milan Skubin, Daniel Skubin, Egon Kariž, Anja Sterle, Ivan Polajnar Namizni stroj za uporovno to čkovno varjenje

23 27 33 39

AVTOMATIZACIJA AVTOMATIZACIJA IN ROBOTIZACIJA ROBOTIZACIJA Isak Karabegović, Edina Karabegović Aplikacija industrijskih robota u procesu zavarivanja na kontinentu Azija/Australija Tjaša Kodrič, Hugo Hu go Zupan, Tomaž Bren Avtomatizacija Avtomatizacija in robotizac robotizacij ijaa varjenja János Orbán Povečanje produktivnosti produktivnosti pri p ri termičnem rezanju debelejših plo čevin – primeri iz prakse Jože Treiber, Robert Halas, Rudolf Imre, Imre, Damjan Zadravec, Zadravec, János Orbán Robotski sistem sistem za v ečslojno varjenje velikih in težkih izdelkov – primer iz prakse

43 49 55 63

NAPETOSTI IN DEFORMACIJE Tomaž Vuherer, Vuherer, Milorad Zrilić, Darko Bajić, Vladimir Gliha Uporabnost metode vrtanja izvrtine za merjenje zaostalih napetosti na varjenih konstrukcijah na terenu Igor Križman, Martin Strašek Spajanje pocinkanih HOP profilov

69 75

VARIVOST IN TEHNOLOŠKE REŠITVE R EŠITVE Mojca Šolar, Jožica Cankar, Marjan Bergant, Edvard Bjelajac Varjenje Varjenje drobnozrnatih materialov Igor Igor Marinšek Varjenje Varjenje aluminija s talilnimi tal ilnimi postopki Ladislav Ladislav Šiško, Ivan Polajnar, Janez Grum Osnovne Osnovne varilno-tehni varilno-tehnične značilnosti bakra S. Cvetkovski, L.P. Karjalainen Implementation Implementation of adams’ a dams’ equation equation for determination of heat input in laser lase r welding of Optim 355MC steel Benjamin Černoša, Matej Kos Varjenje lesa Miroslav M. Mijajlović, Dragan. S. Milčić Friction Stir Welding Welding of aluminium aluminium alloy 2024 202 4 T351 Džafer Kudumović, Elvedin Trakić, Besim. Demirović Tehnolog Tehnologij ijaa zavari zav arivanja vanja primarnih konstruktivnih elemenata vodotoranja vodotoranja , v = 500 50 0 m3 izrađenog od čelika Milan D. Milovanovic, Dragan Milosavljević Koriščenje termičkog naprskavanja naprskavanja za revitalizaciju revitalizaciju različitih elemenata Jakob Mostar O popravilih poškodovanih zvonov

79 85 89 95 103 109 115 121 127

SPREMLJANJE IN ZAGOTAVLJANJE ZAGOTAVLJANJE KAKOVOSTI Iztok Palčič, Zdenko Kumer Optimizacija Optimizacija ter možnost z manjšanja manjšanja stroškov pri izdelavi zvarjencev? Ivan Tomašić Trendi pri izdelavi hidroenergetske opreme Tit Črtomir Kanduč, Jurij Prezelj, Mirko Čudina, Ivan Polajnar Vpliv zunanjega zunanjega zvočnega polja na varjenje po postopku TIG Vlado Krebs Točkovno uporovno uporovno varjenje varjenje heterogenih materialov materialov za dele gospodinjskih gospodinjskih aparatov apa ratov Vilijem Čibej, Edvin Batista, Ivan Polajnar, Janez Diaci Izboljšava Izboljšava tehnologije tehnologije uporovneg uporovnegaa varj va rjenja enja diod na usme usme rnik

129 135 141 145 151

OKOLJE, VARNOST IN ZAŠ ZAŠČITA Marjan Suban, Robert Cvelbar, Borut Bundara Prime Prime rjava varjenih in vija vi jačnih konstrukcijskih konstrukcijskih spojev z vidika v idika vpliva na okolje o kolje Rok Lužar, Franjo Lužar Kakovostna zaščitna itna opr o prema ema – investicija investicija v zdravje varilcev in višjo storilnost

157 163 107

Dan varilne tehnike 2012

Uvodna beseda Č akamo akamo na prepotreben prepot reben preporod preporod

slovenske industrije industrije

Klic Dr. Marka Kosa, da slovenske vlade niso obnovile industrije na raven pred osamosvojitvijo, ko je bila po inovacijah, razvojnih dosežkih, po obdelovalnih strojih in tehnologijah moderna in na ravni nemške industrije, sposobna gradnje in dobave kompleksnih industrijskih objektov na ključ, o kakršnih se nam danes še ne sanje ne, v prispevku v sobotni prilogi Dela lansko leto me je spodbudil, da to misel danes postavim pred ta zbor z namenom, da se zamislimo in potrdimo oz. priznamo poraz z uničenjem vira državnega proračuna, ki napaja vse dejavnosti v državi od političnega klana vseh strank, kulture, izobraževanja, zdravstva, raziskav in razvoja do življenskega standarda in zadovoljstva vseh Slovencev. Da bo slika o zamujenih priložnostih popolnejša naj dodam še nekaj dejstev, ki bi pomagale razbistriti kalno vodo v kateri se danes v Sloveniji nahajamo na področ ju predvsem kovinsko predelovalne industrije in s tem za nas njene glavne in bistvene tehnologije spajanja in spajkanja konstrukcijskih delov in elementov v konstrukcije, stroje in naprave in to ne le za galanterijske potrebe temveč za odgvorno investicijsko gradnjo velikih in zahtevnih naprav. Domača kovinsko predelovalna industrija se je nekoč odlikovala, pa ne samo doma, temveč predvsem v tujini. Vredno je pri tem tudi omeniti, da je združenje SMELT (združenje slovenske kovinske in elektro industrije) omogočalo ca 28.000 delovnimih mest. Tu ne mislim na enostavne in neekomplicirane kovinske sestave, ki jih danes večina podjetij in delavnic izvaja na osnovi “lohn poslov” brez lastne projektive ter razvoja in tako životari prepuščena na milost zunanjim ponudnikom posla, temveč na zahtevne investicijske objekte iz področ ja hidroopreme, kotlogradnje, žerjavogradnje, mostov, procesne opreme, opreme za kmetijsko in prehrambeno industrijo, metalurške opreme, opreme za ladjedelništvo ter termo in nuklearne opreme, torej tiste opreme, ki zahteva vrhunsko znanje ter urejeno logistiko od ocene tenderskih zahtev, sklepanja pogodb, vrhunske usposobljenosti projektive, vrhunsko tehnologijo, visoko usposobljen delavniški kader z sofisticirano mehansko opremo do preizkušanja, sofisticiranega nadzora ter primopredaje opreme v varno obratovanje v njeni predvideni življenski dobi in še čez. Poudaril bi, da so bila jugoslovanska podjetja kot Železarna Jesenice, Železarna Ravne, Železarna Štore, Metalna, Litostroj, Iskra, STT Trbovlje, TAM Maribor, Kovinarska Krško, Rade Kon čar, TPK Zagreb, Đuro Đakovič, Prva petoletka Trstenik, Goša ter druga, v stanju povezati se preko združenja INGRA v Zagrebu ter ponuditi celotne objekte na ključ, kar si danes sploh ne moremo zamisliti, da bi bili b ili v stanju in tako sposobni. Takšen koncept sodelave je združeval vrhunske projektante, vrhunske tehnologe, dobro uigrane delavniške skupine z vrhunskimi mojstri na področ ju sestave konstrukcij in mehanizmov, mehanizmov, varjenja, toplotne in mehanske obdelave, antikorozijske zaščite na eni strani ter ekipo za nadzor izdelave in končni prevzem, ki je vključevala zunaje nadzorne institucije glede na zahteve pogodbe po godbe na drugi strani. strani. Taka organizacija je omogočala spremljanje izdelave opreme v vseh njenih fazah, ter na koncu podajala izredno koristne povratne informacije za izboljšavo na vseh ravneh, kajti ni je opreme, ki bi jo lahko od začetka do konca v vseh fazah izdelali brez napak. Kar pa je z današnjega gospodarskega vidika še bolj važno je to, da je vsako veliko podjetje potrebovalo in negovalo številne kooperante s čemer je ustvarjalo nova delovna mesta ter glede na zahtevnost opreme dvigovalo njihovo tehnološko in kadrovsko sposobnost. S tem se je v Sloveniji pojavljal zelo kvaliteten kader na vseh ravneh ter zavidljivo osvojene tehnologije izdelave opreme. Tako moram omeniti n pr., da je Metalna Maribor v obdobju okoli gradnje NE Krško imela sklenjene pogodbe s ca 400 kooperanti, kar je omogo čalo alo nekaj 1000 delovnih mest za vse njene zahtevne veje proizvodn proizvodnje. je. V nekaj potezah bi podal prispevek Metalne Maribor pri izgradnji NEK Krško, ki je širši javnosti verjetno malo znan in kar naj priča o nekdanji sposobnosti slovenske kovinsko predelovalne industrije. Ker je Metalna Maribor imela nekaj bleščečih referenc iz področ ja konstruiranja in varjenja nerjavnih jekel v procesni p rocesni opremi, se je odločila poizkusiti konkurirati pri razpisu izdelave komponent za izgradnjo NE Krško. Pogodba med jugoslovanskim investitorjem in ameriško firmo Westinghouse Westinghouse je omogočala domači kovinsko predelovalni industriji, da participira pri izdelavi komponent, vendar le v primeru, ko ameriška nadzorna služba ugotovi usposobljenost domačega podjetja. Pred nami si je pogodbo za montažo komponent v primarnem krogu NE Krško zagotovil Đuro Đakovič iz Slavonskega Broda, pogodbo p ogodbo za montažo ostalih komponent ko mponent pa Hidromontaža Hidromontaža iz Maribora. Metalna Maribor pa je konkurirala za izdelavo in montažo komponent v primarnem krogu in izven njega. Metalna je predložila možnosti za izdelvo komponent v primarnem krogu kot so naprave za mehansko čiščenje hladilne vode (water traveling screens), podstavek reaktorja (reactor support) in zahtevni rezervoar z vodno 1


raztopino borove kisline (boric acid tank). Za pridobitev navedenga je bilo potrebno v Metalni imenovati vodjo jamstva kvalitete (Quality ( Quality Assurance Manager). Manager). Vodja jamstva kvalitete je zaradi zahtev ameriških predpisov predstavljal zadnjo instanco za odobravanje izhoda opreme iz podjetje in je samo organizacijsko bil podrejen glavnemu direktorju. V najkrajšem času smo morali izdelati priročnik jamstva kvalitete (Quality Assurance Manual) z vsemi postopki nadzora za posamezne komponente. V ca šestih mesecih je bilo navedeno opravljeno in po prejemu potrditve priročnika kvalitete (Formal Quality Assurance Manual) je bila podpisana pogodba za izdelevo in montažo zgoraj navedene opreme v NE Krško. Projektantova naloga je bila da izdela vse potrebne delavniške načrte s spremembo ameriškega merskega sistema v metrični merski sistem ter izbere domače ustrezne kvalitete materialov glede na zahteve ameriških predvidenih materialov rangiranih po standardih ASTM. V proizvodnji pa so morali postaviti posebno delavnico za izdelavo komponent primarnega kroga, tkz. čisto sobo (clean room) s posebnim režimom poslovanja. Posebej bi omenil zahtevno problematiko pri nabavi materialov in izdelavi opreme. Za vsak nabavljen material je bil potreben poseben certifikat-atest proizvajalca, vključno s plastičnimi folijami s katerimi so bile prelepljene brušene nerjavne površine dobavljenih pločevin ter za pisala za označevanje po nerjavnih površinah in ploščami za strojno brušenje korenskih varkov ter ostalih površin. Postavljena je bila zahteva, da material, ki se uporablja za izdelavo opreme v primarnem krogu dokazano ne vsebuje kloridov in fluoridov. V proizvodnji je bil prvič uveden dodatni sistem spremne dokumentacije za izdelavo komponent opreme od vhoda do izhoda iz delavnic v kateri je vsako delovno operacijo moral podpisati izdelovalec in ustrezni kontrolor. S tem je bilo omogočeno sprotno ugotavljanje morebitnih nepravilnosti v vseh fazah izdelave in odpravljeno mučno prerekanje o povzročitelju itelju le teh. S tem je bil prihranjeno dosti dragocenega časa in kar ni odveč, niso se krhhali dobri odnosi med sodelavci. Zgoraj navedena oprema je bila izdelana v Metalni in montirana v NE Krško z lastnim kadrom in z lastno potrjeno tehnologijo. Torej je bila Metalna Maribor edino podjetje v bivši SFRJ, ki je opremo za NE Krško izdelalo in montiralo v primarnem in sekundarnem krogu. O kvaliteti dela priča laskavo priznanje iz Pittsburga, ki ga je Metalna dobili po zagonu zagonu NE Krško. Krško. Pa bodi dovolj preteklosti in dogajanj po tranziciji. Potrebno je upreti pogled v prihodnost. Po mojem mnenju je pri prenovi pr enovi kovinsko predelovalne industrije potrebno najprej prerešetati predimenzionirani predimenzionirani državni d ržavni raziskovalni aparat, ki deluje na plečih države in, ki v preteklosti ni vplival pozitivno, da bi preprečil razpadanje industrije. To pomeni, da je potrebno vspodbuditi (kot to delajo v razvitih evropskih državah) prenos rezultatov raziskav iz univerz in raziskovalnih inštitutov v gospodarstvo, kar terja predvsem kadrovski preobrat skladno z vizijo sprememb. Preko tehnoloških parkov, razvojnih institutov v podjetjih ter razvojnih celic v vsakem podjetju je potrebno prerešetati in razvrstiti artikle, ki imajo tržno vrednost z visoko dodano vrednostjo ter pomesti z vso zastarelo navlako, ki ne prinaša dobička oz. ki povzro ča izgube. Istočasno pa je potrebno razvijati nove artikle oz. poizkati ustrezna tržne niše za njih. Torej je potrebno po trebno istočasno načrtovati nove proizvode z ustreznimi kadri (lastne projektive ter tehnologije) ter v skladu s tem pridobiti finan čna sredstva, ki izvirajo iz domačih bank, privatnega kapitala doma in v inozemstvu ter malih delničarjev. Tako je potrebno animirati vlagatelje, ki bodo videli lasten interes v novi proizvodnji in s tem interes države, ki mora s svojimi institucijami in predlogi novih zakonov trdno stati za navedeno vizijo sprememb razmer v politiki in gospodarstvu. Navedeno je najlažje urezničiti preko že omenjenih tehnoloških parkov, v katerih se morajo kreirati zametki bodočih podjetij s paleto novih sofisticiranih izdelkov s pomoč jo strokovnjakov iz univerz in raziskovalnih inštitutov. Tukaj vidim uporabo glavnine sredstev namenjenih za raziskave in izboljšanje tehnologij, tehno logij, seveda po strogi in pravični presoji ustreznih ekspertov, sestavljenih iz sodelavcev univerz in inštitutov ter sodelavcev iz uspešnih podjetij. podjetij. Torej kot je zapisal Dr. Marko Kos in drugi je potrebno resetirati miselnost v gospodartvu za kar morajo biti odgovorni politiki, ekonomisti, menaž m enažerji, erji, bančniki, pravniki, tehniki in vsi s tem povezani kadri. Zgoraj navedeno mora biti izhodišče tudi za nas, ki se ukvarjamo z varilno tehnologijo. Začetki so že bili postavljeni z izobraževanjem EU inženirjev in tehnologov, ki jih prirejajo v Ljubljani in Mariboru. To so kadri, ki s pridobljenim znajem lahko pričnejo z iniciativo v lastnih podjetjih, seveda če je v njih prisotna ustrezna pozitivna klima. Kot sem že omenil to velja za zahtevne produkte in opremo. V vsakem tako mislečem podjetju je potrebno ustanoviti lastno projektiranje varjenih konstrukcij in naprav v ozki povezavi s tehnološkimi skupinami, do potankosti ugotoviti katere varilne stroje in naprave je potrebno optimizirati glede na izbrani asortiment proizvodov. Nadalje je potrebno optimizirati kvalitete in dimenzije uporabljanih materialov ter tehnologij predelave. Osnovati je potreben neodvisen nadzor kvalitete z dobro izobraženim kadrom, v katerega je vklju vk ljučena tudi ustrezna neporušna defektoskopija. Ta je bistvena za sigurno ugotavljanje nastalih napak med varjenjem. Z uporabo različnih konceptov sistemov za ugotavljenje ustreznosti uporabe (Fitness for Purpose) predvsem najbolj zahtevnih delov konstrukcij in opreme, ni samo dovolj ugotoviti obstoj določene napake, temveč je potrebno določiti tudi njeno obliko in dimenzijo, kar velja predvsem za planarne napake. Velikost

2


take napake mora biti manjša od kritične velikosti napake, ki jo skupno določijo projektant, tehnolog in strokovnjak za mehaniko loma in je izhodišče za neporušn neporu šnoo defektosko d efektoskopijo. pijo. Nadalje je za opremo, ki deluje pod izrednimi pogoji (nizke in kriotehnične temperature – nevarnost krhkega loma, visoke temperature – poškodbe zaradi lokalnega lezenja, korozijske razpoke in poškodbe, itd) potrebno ustanoviti skupino (v ustreznem raziskovalnem inštitutu), ki je v stanju spremljati obnašanje napak nastalih med varjenjem in v času obratovanja, ugotavljati njihov razvoj med obratovanjem ter pravočasno ustaviti obratovanje pred porušitvijo z namenom ustrezne sanacije ali nadomestitve ustrezne konstrukcije ali opreme, delno ali v celoti. Zavedam se, da sem v najkrajši možni obliki nanizal zelo težavno problematiko. Menim pa, da se ji v katerikoli zahtevani obliki ne moremo mo remo izogniti, izogniti, če hočemo samostojno proiz pro izvajati vajati opremo in konstrukcije z visoko dodano vrednostjo. Takšen pristop terjajo zahteve današnjih razpisnih pogojev, ki jih diktira moderni razvoj in glede na možnosti izpolnitve le teh se ločijo dobra in slaba podjetja. Z ozirom na zahtevnost opreme je glede na rentabilnost in pričakovani dobiček potrebno nastaviti več nivojev jamstva kvalitete od najbolj enostavnega za nezahtevne konstrukcije do najbolj zahtevnega za visoko obremenjene konstrukcije in opremo, predvsem ko obratuje pod dinamičnimi ali udarnimi pogoji po goji v razli različnih medijih med ijih in pri različnih temperaturah. Namreč, ne smemo pozabiti, da je proizvajalec konstrukcij, strojev, aparatov in opreme v polni meri kljub zunanjemu nadzoru, odgovoren za kvalitetnost in varnost opreme v garancijskem roku in predvideni življenski dobi. V Mariboru, dne 10.04.2012 red.prof. dr. Inoslav Rak, dipl. ing. met.

IN MEMORIA M EMORIAM M

Prof. dr. Viktorju Prosencu – v spomin V 92. letu življenja je smrt iztrgala iz naših vrst upokojenega rednega profesorja dr. Viktorja Prosenca, priznanega in visoko cenjenega učitelja in znanstvenika varilske stroke v Sloveniji in nekdanji Jugoslaviji. Ob tem, da je bil dve mandatni obdobji dekan na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani (FS UL), je bil mentor in vzornik mnogim študentom in več mlajšim sodelavcem, nosilec priznanja TZ Litostroj za inovacije, zaslužni č lan Zveze geoloških, rudarskih in metalurških inženirjev in tehnikov, častni član Društva za varilno tehniko Ljubljana in tudi nosilec odlikovanja od likovanja Jugoslovanski Jugoslovanski red dela. 3


Rodil se je 12. decembra 1920, v Zagorju ob Savi, od koder ga je življenjska pot vodila na državno gimnazijo v Ljubljano. Zaradi vojne se je vrnil v domači kraj in se zaposlil v rudniku Zagorje, od tu pa je bil prisilno mobiliziran v nemško vojsko. Po vrnitvi v domovino je nadaljeval s študijem na Tehniški fakulteti Univerze v Ljubljani, kjer je leta 1951 diplomiral na oddelku Montanistike. Potem, ko se je posvetil proučevanju tehnologij tehnologij varilskih procesov, je opravil tri mesečno specializacijo na Institutu za varjenje v Parizu (Institute de la soudure). Doktoriral je leta 1975 na Tehniški Univerzi v Hannovru (TU Hannover, Institut für Metallkunde), pri mednarodno uveljavljenem strokovnjaku za varilstvo prof. dr. Friedrich Erdmann-Jesnitzer-ju; in sicer iz področ ja nukleacije in in kristalizacije kovin. ko vin. Po diplomi ga je Fakulteta za rudarstvo in metalurgijo Tehniške visoke šole v Ljubljani, povabila za rednega asistenta na Katedro za metalurško strojništvo; na tem mestu do leta 1958. Njegova naslednja zaposlitev je bila na novoustanovljenem (1956) Zavodu za varjenje SRS v Ljubljani, kjer je vodil Tehnološki oddelek. in se tako zapisal varilski stroki. V šolskem letu 1962/63 je bil na Fakulteti za naravoslovje in tehnologijo Univerze v Ljubljani, na Odseku za montanistiko izvoljen za predavatelja za področ je Varjenje. Po zaposlitvi zaposlitvi na n a Fakulteti Faku lteti za strojništvo Univerze v Ljubljani (FS UL), je delal na Institutu za strojništvo, kot predstojnik Tehnološkega odseka. Že naslednje leto je bil izvoljen za predavatelja za področ je Varjenje in Preizkušanje kovin. k ovin. Leta 1972 je tu osnoval Laboratorij za varjenje in izdelal izdelal program vaj za predmeta Varjenje in Tehnika spajanja ter pridobil tudi potrebno varilno opremo. Izposojeno opremo se je med pedagoškim in raziskovalnim delom v Laboratoriju za varjenje testiralo in posodabljalo, obenem pa se je prav s to opremo reševalo številne tehnološke in varivostne probleme za potrebe domačega gospodarstva. Leta 1976 je bil na FS UL izvoljen za izrednega in leta 1981 za rednega profesorja, obakrat za področ ji Varjenje Varjenje in Gradiva. V šolskem letu 1974/75 je na FS UL prvič uvedel t.i. višješolsko varilsko usmeritev študija strojništva in izdelal program predavanj in vaj za predmet Varilska tehnologija. V šolskem letu 1985/86 pa je, skupaj s prof. dr. Viljemom Kraljem, uvedel še univerzitetno varilsko usmeritev študija strojništva na FS UL ter nov predmet Fizikalno-kemijske osnove varilskih procesov. Vrsto let je bil nosilec predmeta Varilni procesi, na podiplomskem študiju za področ je Avtomatizacija Avtomatizacija in proizvodna kibernetika. Opazen Op azen je tudi njegov n jegov prispeve p rispevekk na področ ju priprave učnega gradiva. Že leta 1959 je pripravil tri poglavja za prva skripta o varilskih tehnologijah, ki jih je izdal Zavod za varjenje. Je avtor samostojnih poglavij; Varjenje v Strojno- tehnološkem priročniku in Varilni preizkusi v Metalurškem priročniku, izdanih pri Tehniški založbi Slovenije. Na FS UL je pripravil zapiske iz predmetov: Varjenje in Tehnika spajanja ter skripta Varilska tehnologija, ki so bila natisnjena za interno uporabo. Predaval je tudi na drugih fakultetah: na Fakulteti za strojništvo Univerze v Mariboru, Univerze v Mostarju, Novem Sadu in v Sarajevu ter na Fakulteti strojarstva in brodogradnje Univer Univerze ze v Zagrebu. Izjemno bogato je zlasti njegovo znanstveno-raziskovalno in strokovno delovanje. Že kot mlad asistent je sodeloval pri projektiranju metalurških obratov v Železarni Sisak, Tovarni ferozlitin Šibenik in Livarni STT. Na koncu 70-tih let in na za četku 80-tih let prejšnjega stoletja je v TZ Litostroj vodil poglobljene raziskave varivosti martenzitne jeklene litine. Prav na osnovi rezultatov teh raziskav, v katerih je ob vodji Plo čevinarne, Jakovu Klariću, uni. dipl. inž., sodeloval tudi spodaj prvopodpisani, je bil takrat izveden prehod izdelave hidromehanske opreme iz litih na varjene konstrukcije. Velik del prof. Prosenčevega ustvarjalnega opusa je razviden tudi iz številnih prispevkov, ki jih je predstavil na domačih in mednarodnih posvetovanjih ter iz objavljenih člankov v domačih in tujih strokovnih revijah. Izredno dejaven je bil v številnih družbenih in strokovnih organizacijah. Bil je član Jugoslovanskega društva inženirjev in tehnikov, Nemškega društva inženirjev, Društva varilnih inženirjev Francije. Njegove izjemne strokovne, družbene in človeške vrline so visoko cenili številni starejši kolegi varilske stroke na celotnem prostoru nekdanje Jugoslavije. Ne nazadnje, ob njegovi smrti, so to tudi izrazili, z elektronsko poslanimi sožalji njegovi družini in Zvezi društev za varilno tehniko Slovenije, ki so jih izrekli kot predstavniki Društev za varilno tehniko iz Beograda, Beograda, Sarajeva, S arajeva, Tuzle in Zagreba. Če strnemo spomine na profesor Prosenca, lahko zapišemo: Bil je ugleden strokovnjak in odličen pedagog. Svojim študentom, kolegom in sodelavcem pa bo ostal v zavesti predvsem kot izjemen Človek. Zato se mu ob tej priložnosti priklanjamo še z mislijo iz Naše besede, Otona Oton a Župan Župančiča: »Bil je med nami mož kot ko t zrno klen in in zdrav; ta, kakor knjige knjige mi, ljudi je brati znal, ...« izr. prof. dr. Ivan Polajnar, prof. dr. Viljem Kralj

4


Neuradno priznano izobraževanje in tehnologije uporabljene uporabl jene v izobraževanju in certificiranju certificiran ju varilnega osebja Uran Miro, Jovanović Miloš, Šprajc Peter, Köves Arpad, John B. Stav* Institut Institut za varilstvo, v arilstvo, d.o.o., Ptujska ulica ul ica 19, 1000 Ljubljana, Slovenija Slovenija *Sør-Trøndelag *Sør-Trøndelag University College, NO-7004 Trondheim, Norway

Povzetek: V č lanku lanku so predstavljene nove generacije izobraževanja in usposabljanja, ki so vstopile v varilski sektor in so podprte s strani sedmin evropskih projektov. Sistem vseživljenjskega uč enja enja je podprt z a ktivnim usposabljanjem usposabljanjem (ang. Activity Based Training), uč enjem enjem z odkrivanjem znanja znan ja (ang. Knowledge Discovery Learning), metodami kombiniranega u č enja enja (ang. Blended Learning Methods), uporabo elektronskih medijev ali video rešitev, virtualnega okolja za varjenje in informacijskih tehnologij, katera so opisana in so hkrati vir informacij ali uporabe tehno t ehnologij. logij.

1. UVOD Z namenom več je učinkovitosti izobraževanja in usposabljanja je bilo v zadnjih 20 letih razvitih veliko novih tehnologih. Varilski sektor temu razvoju ni sledil. Na srečo pa je zadnja leta mogoč prenos tehnologij iz drugih industrijskih sektorjev oz. izmenjava izkušenj med državami s pomoč jo nekaterih evropskih fundacij. fundacij. Članek opisuje štiri projekte, imenovane Informal Training Recognition in the welding industry (B-Proof 1), Done-IT, VIRTWELD in Certifikacijski sistem koordinatorjev koo rdinatorjev varjenja (CWC). (CWC). 2. B-PROOF1 B-PROF je evropski Grundtvig projekt, sofinanciran s strani Evropske komisije iz programa Vseživljenjskega učenja. Namen projekta je predstavitev alternativnega sistema potrjevanja pridobljenih kompetenc varilcev s certificiranjem. To naj bi jim omogočilo lažje vključevanje na trgu dela. Konzorcij za izvedbo projekta B-PROF sestoji iz šestih partnerjev, ki prihajajo iz treh različnih držav: Evropska varilska federacija (ang. European Federation for Welding, Joining and Cutting - EWF), portugalska zasebna in neodvisna tehnična institucija Instituto de Soldadura e Qualidade (ISQ), neodvisno in neprofitno špansko združenje Asociación Española de Soldadura y Tecnologías de Unión (CESOL), španska javna institucija, ki organizira usposabljanje z namenom povečanja zaposljivost imenovana Servicio Regional de Empleo (S.R.E.), slovenski Institut za varilstvo varilstvo (IZV) ( IZV) in Center Republike Slovenije za poklicno izobraževanje (CPI). V projektu se spopadajo s specifičnimi problemi in iščejo konkretne rešitve: • pomanjkanje možnosti potrjevanja predhodno pridobljenega znanja na področ ju varjenja, ki bi lahko pripomoglo zadovoljevanju trenutnih potreb trga dela; d ela; • varilci pogosto ne opravijo izobraževalnega programa, ki bi jim priznal pr iznal poklic varilca; • splošno pomanjkanje motivacije motivacije za certificiranje certificiranje pri delavcih, ki so sicer sicer v slabšem položaju. Za odpravo zgoraj navedenih težav bo v okviru projekta B-PROF: • razviti integriran, modularen sistem potrjevanja predhodno pridobljenega znanja s certificiranjem za varilce s posredovanimi izkušnjami na področ ju varjenja; • omogočeno spodbujanje višje stopnje zaposljivosti starejših varilcev, zaradi ugodnejšega položaja na osnovi takšnega sistema certificiranja; • analizirana možnost implementacije sistema v sistem kvalificiranja in certificiranja EWF in • določena potrebna dejanja za prilagoditev novega sistema v aktualno evropsko ogrodje kvalifikacij. B-PROF je pričel s svojim svo jim delovanjem v oktobru 2011 in bo potekal p otekal do septembra 2012. 2012. Do sedaj so bile izvedene naslednje aktivnosti: • opredelitev diferencialnih nacionalnih razmer o neformalnih učnih praksah, kot tudi statusa starejših delavcev pri varjenju, • poizvedba uporabe neformalnih metod učenja in • ocena potrebe po starejših delavcih in pričakovanja izvajanja novega procesa. Vse aktivnosti v okviru projekta so predmet izdelanega in potrjenega načrta kakovosti ni ocenjevanja, ki zagotavlja uspešnost rezultatov. 5


Projekt naj bi imel tako kratkoročni kot tudi dolgoročni u činek. Rezultati projekta se bodo lahko uporabili tudi izven držav partneric projekta. Zato je prispevek EWF-ja najboljša rešitev, saj ima popolno strukturo za izvajanje rezultatov projekta v lastni mreži institucij, institucij, ki zajema zajema 31 evropskih evro pskih držav.

3. DONE-IT2 V programu vseži v seživljenjskega vljenjskega učenja (KA3 ICT) projekt, pro jekt, imenovan DONE-IT, DONE-IT, je sestavljen iz šestih partnerjev: • Magyar Hegesztéstechnikai és Anyagvizsgálati Anyagvizsgálati Egyesülés ( MHtE), MHtE), Budimpešta, Madžarska • Institut za Varilstvo (IZV), Ljubljana, Slovenija • Centrum for Flexible Learning (CFL), Söderhamn, Švedska • HiST Contract Research, Trondheim, Norveška o f Huddersfield, Huddersfield, Velika Britanija (do 9. 3. 2012) • University of Mures, Romunija Romun ija • Petru Maior University of Targu-Mures, Tirgu Mures, Ocena običajno zagotavlja mehanizme za merjenje učenčeve reprodukcije, predstavitve in učinkovitosti učenja. Učitelju navadno navad no pomaga pri odgovorih na vprašanja, kot so: • Kako uspešno je moje poučevanje? • Kako dobro so se študentje naučili? • Koliko so se študentje nau čili? Takšno ocenjevanje je pogosto proces, kjer se informacije o učenju in učinkovitosti učencev zbirajo z namenom izboljšanja učnih praks u čiteljev, s čimer se izboljša izobraževanje v oddelkih in šolah. S praktičnega vidika to vpliva na: • Kje si šola in učitelj želita, želita, da d a bi bil učencev na koncu u čnega načrta/tečaja? • Kako šola in u čitelj vesta, da sta dosegla d osegla svoj cilj? Ocenjevanje je proces in metoda, s pomoč jo katere učitelji in inštruktorji ocenijo kakovost svojega dela ali dela njihovih učencev. Sprotno preverjanje znanja nenehno nadzoruje učenje učencev s pomoč jo povratnih p ovratnih informacij, ki izboljšujejo izboljšujejo in prilagajajo procese poučevanja in učenja. Uč iteljem pomaga izboljšati poučevanje, učencem pa njihovo učenje, in sicer tako, da vključuje stalen tok povratnih informacij misli. misli. Sumativno preverjanje znanja običajno poteka po končanem tečaju ali poučevanju. Povratne informacije se zberejo s pomoč jo izpitov izpitov po končanem učnem obdobju, katere se primerja glede na določene standarde oz. merila. Sumativno preverjanje pogosto vsebuje elemente kot so: • vmesni izpit, izpit, • s projektom povezano delo, • pisanje dokumentov ali poročil, • končni izpit. Rezultati sumativnega preverjanja se lahko uporabljajo za vodenje in izboljšanje poučevanja in učenja v naslednjih razredih. Po drugi strani pa ima formativno preverjanje znanja pogosto nizko ali sploh ne prispeva k končni oceni. V KA3 ICT je DONE-IT pilotni projekt za razvoj novega modela ocenjevanja, kjer se rezultati (formativnega) preverjanja preoblikujejo v aktiven in ustvarjalen učni proces in tako dobimo dob imo takojšnje povratne informacije: • preverjanje povratne informacije pod vodstvom učitelja: zakaj je nek odgovor pravilen in zakaj so drugi napačni; • pripraviti povratne informacije v obliki diskusije z učenci: odgovori so prikazani, vendar ne vedo kateri je pravilen/nepravilen; • obdelava povratne informacije v obliki diskusije pod vodstvom enega učenca: odstopanje od pravilnega odgovora brez obravnave zakaj je nek odgovor pravilen in ostali napačni.

Slika 1:Uporaba SRS sistema pri teč ajih ajih IWE. 6


Projekt DONE-IT je razvil in izdelal storitev ocenjevanja vzajemnega učenja (Peer Learning Assessment Services - PeLe) za preizkušanje in potrjevanje novega strokovnega vrednotenja učnega modela. Do omenjene storitve je mogoče dostopati preko pametnih telefonov, iPad-ov, PC računalnikov ali Mac-ov.

Slika 2: Uporaba sistema PeLe za motivacijo in ocenjevanje pri IWE teč ajih. ajih.

Ocenjevanje po sistemu PeLe predstavlja prehod na aktivno ak tivno učenje, ki se lahko uporablja upor ablja tako kot eksperiment v predavalnici kot tudi izobraževanje na daljavo. Vsak učenec uporablja pameten telefon, s pomoč jo katerega katerega odgovori in označi enega ali več pravilnih odgovorov, ki so podani na preizkusu znanja. Sistem ima vgrajen samodejni sistem označevanje. Metoda izobraževanja vključuje uporabo primerov in/ali preizkus demonstracije kaj storiti, kako deluje in kako bo izgledalo odstopanje pri različnih odgovorih. Nova mobilna tehnologija, ki temelji na vrednotenju storitev pomaga pri izboljševanju certifikacijskih postopkov. Done-IT na področ ju vseživljenjskega vseživljenjskega učenja prilagaja, razširja in izvaja popolnoma nov pristop učenja in usposabljanja tako v poklicnih p oklicnih šolah kot v visokošolskih izobraževalnih ustanovah v Sloveniji, na Madžarskem, v Romuniji, na n a Švedskem in Norveškem..

Slika 3: Prikaz pridobitve znanja v č asu asu z uporabo ve č manjših testov v kombinaciji s sistemom PeLe.

Prekinjena črta kaže pridobljene spretnosti. Tečaj se konča z manjšim izpitom, saj k končnemu rezultatu prispevajo vsi vmesni testi. Projekt predstavlja takojšnjo izdelavo in/ali preverjanje na osnovi povratnih informacij in metod učenja, ki temeljijo na testih/izpitih in novih orodjih za zbiranje in označevanje odgovorov ter preiskave učenja z uporabo sodobnih mobilnih naprav. Storitev uporablja napredne spletne tehnologije kot so XML spletne varnosti in izvaja preverjanje prisotnosti, zaupnosti in neokrnjenosti. Baza podatkov se uporablja za upravljanje delovanja sistema, medtem ko strežniki za shranjevanje podatkov skrbijo za hitro delovanje. Done-IT neposredno obravnava prečen političen okvir Evropske komisije s poudarkom na razvoju novih metod ocenjevanja in vrednotenja, ki zahtevajo nove, neobičajne metode učenja in poučevanja in hkrati temeljijo na aktivnih učnih pristopih tako v poklicem kot v visokošolskem izobraževanju. Cilj sistema je, da se ocenjevanje približa resničnih potrebam, saj uvaja didaktično metodologijo, ki združuje takojšnje povratne informacije neposredno po končanem testu/izpitu z uporabo pametnih telefonov in izdelavo ter preverjanjem na osnovi učnega procesa v kombinaciji s pristopom reševanja težav. Oddaljeno, avtonomno in samostojno učenje je doseženo s pomoč jo primerov z grafičnimi vmesniki in spletnimi orodji, kjer lahko učenci takoj uporabijo svoje znanje s tako imenovanim pristopom »kaj se zgodi, če …«. Nova metoda vrednotenja razvija analitično in ustvarjalno razmišljanje in ima potencial, da doseže širšo izobraževalno skupnost kot trenutno uporabljeni pristopi, ki temeljijo izklju i zključno na zaključnih izpitih. Tradicionalni zaključni izpit se lahko nadomesti s sistemom nekaj krajših testov, ki se lahko izvajajo v vseh vrstah učilnic, ki imajo dostop do omrežja Wi-Fi, vključno s poizvedbo in pristopom reševanja težav, kjer lahko

7


učenci uporabijo laboratorijski eksperiment kot primer med/po testih. Danes se pristop vrednotenja opravi le v računalniških učilnicah z velikim številom računalnikov. To je draga rešitev za izobraževalne ustanove. Nov sistem »ocenjevanje za učenje« se lahko uporablja tako neposredno v razredih razredih kot tudi za usposabljanje na daljavo. Ti dve lastnosti omogočata popolnoma novo možnost za opravljanje testov ali izpitov. Oddaljeno, avtonomno in samostojno učenje se zgodi, zgodi, ko učenci po končanem testu ali izpitu dobijo takojšno informacijo o ocenjevanju in povratno informacijo, s pomoč jo katere imajo možnost ponovnega odgovarjanja na določeno izpitno vprašanje. Navedena sistemska rešitev daje učiteljem novo orodje, ki ga lahko uporabljajo bodisi za preverjanje znanja bodisi za izdelavo povratne informacije za posamezne učence ali skupine študentov takoj po testu/izpitu. Ključni dejavnik je pomoč učencem, da izboljšajo svoje spretnosti s pomoč jo aktivnega sodelovanja, ki podpira p odpira učenje. Uč enci se bodo ob tem, ko se še spominjajo vprašanj na testu, naučili zakaj je nek odgovor pravilen in zakaj so drugi napačni. Sistem »ocenjevanje za učenje« je zasnovan tako, da se zagotovi možnost za aktivno učenje. Učenci uporabljajo pametne telefone s pomoč jo katerih rešujejo rešujejo test in označujejo več izbirne odgovore na posamezne vprašanja. Storitve PeLe morajo delovati hitro. Ko učitelj pregleda test, se lahko pri vsakem vprašanju odlo či ali želi uporabiti tradicionalne povratne informacije za preverjanje znanja ali namesto tega s pomoč jo sistema izdela povratno rešitev in jo posreduje učencem. Slednja vsebuje proces vzajemnega učenja, kjer lahko učenci premišljujejo nad ponovnim izborom odgovora.

4. VIRTWELD3 VIRTWELD je evropski projekt v okviru programa vseživljenjskega u čenja Leonardo da Vinci. Osnovni cilj projekta je uvajanje virtualnih tehnologij v proces usposabljanja varilcev in varilskih specialistov ter predstaviti možnosti in prednosti teh orodij tako učiteljem kot varilcem oz. učencem. Cilj je torej predstaviti varilskemu sektorju novo IT tehnologijo (virtualno okolje - Slika 4), katera lahko neverjetno izboljša učno okolje, medtem ko se energija in material prihranita za izobraževanje.

Slika 4: Uporaba simulatorja varjenja na IWE teč aju. aju.

Pričakovati je, da bodo varilne šole preizkusile orodje in sprejele odločitev o njenem nakupu. Z virtualnim okoljem se bo izboljšala kakovost procesa usposabljanja za varilce in dala možnost varilnim strokovnjakom, da bodo bolje razumeli podrobnosti varilnega procesa. Slika 5 prikazuje parametre usposabljanja za izboljšanje spretnosti varilcev v času izobraževanja izobraževanja na varilnih simulatorjih.

Slika 5: Parame Pa rametri tri usposabljanja na varilnem simulatorju simulatorju

8


Uporaba virtualnega okolja bo dala nove priložnosti tako varilnim šolam kot srednjim tehničnim in poklicnim šolam. Z uporabo simulatorja se bo povečala tudi privlačnost praktičnega usposabljanja, kar bo posledično izboljšalo ugled varilskega poklica in povečala zanimanje zanimanje mladih pri p ri izbiri kariere v varilstvu. Glede na statistične podatke je vsesplošno pomanjkanje usposobljenih varilcev po vsem svetu. Spretnosti varjenja se posamezniki učijo v izobraževalnih centrih (šolah varjenja) preko tečajev varjenja, ki trajajo približno od 4 do 6 tednov, odvisno od varilnih procesov, varilnih položajev in materialov. Kljub temu je izobraževanje varilcev usklajeno z evropskimi standardi. Izvajanje evropskih standardov pa je že izboljšalo mobilnost delavcev v Evropi. Izboljšanje in posodobitev izobraževalnega okolja po vsej Evropi je nadaljnji korak v smislu pridobitve prednosti na svetovnem trgu varilcev. Glavni rezultati projekta Virtweld so tabele primerjav obstoječih virtualnih sistemov varjenja in razvoj okvirjev za varjenje posameznika.

5. CERTIFIKACIJSKI SISTEM KOORDINATORJEV VARJENJA4 Projekt varilnih koordinatorjev se je pričel decembra 2009 in je trajal do novembra 2011. Projekt se je osredotočil na spodbujanje širitev uporabe evropskega certifikacijskega sistema koordinatorjev varjenja in vseživljenjskega vseživljenjskega izobraže i zobraževanja vanja osebja o sebja v varilski proizvodnji pro izvodnji v nacionalnem okviru Slovenije. Na podlagi slovaških izkušenj se pričakuje utrditev vseživljenjskega učenja certifikacijsega sistema koordinatorjev varjenja tudi v Sloveniji, vključeno v harmonizirano omrežje, ki ga zagotavlja Evropska varilna federacija (European Wleding Federation - EWF) in približevanje drugim evropskim članicam EWF. Konzorcij vključuje ANB Slovenija, Slovenija, Institut I nstitut za varilstvo, kot k ot koordinatorja projektov, slovaško Výskumný Výskumný ústav zváračský (VUZ) ter EWF. Plan projekta je bil izdaja prvih certifikatov do konca leta 2011 ter izdaja nadaljnjih 250 certifikatov v naslednjih 5 letih. Dejavnosti projekta so sledeče: • analiza stanja certificiranja v Evropi, • priprava priročnika in delovnega postopka za certificiranje, certificiranje, • usposabljanje zaposlenih za opravljanje certificiranja (delavnice), • diseminacija na ravni Evrope, • pilotni seminar kot priprava na certificiranje, • certificiranje in izdaja certifikatov, • priprava evropskih smernic za vseživljenjsko učenje varilnih koordinatorjev, • predstavitev vseživljenjskega učenja v slovenski slov enski kovinsko-predelovalni kovinsko-predelovalni industriji, • organizacija seminarja za koordinatorje v Sloveniji, • organizacija pilotnega certificiranja v Sloveniji, • pilotni seminar, • pilotno certificiranje, • priprava priročnika zagotavljanja kakovosti. Zaključek projekta je pustil sledeče rezultate: • navodila, pravila in operativni postopki za delovanje, • delavnice za osebje, ki izvajajo certificiranje, • informacijske dejavnosti za morebitne udeležence v certificiranju iz Slovenije (članki v Varilni tehniki, informacijski seminarji), • pilotni seminar, • priprava za certificiranje • pilotno certificiranje skupine varilnih koordinatorjev iz Slovenije, • priporočila za vseživljenjsko izobraževanje varilnih koordinatorjev. 6. ZAKLJUČEK Izobraževanja za koordinatorja varjenja so lahko veliko bolj privlačna in učinkovita. Tečajniki IWE in IWT so bili navdušeni nad uporabo PeLe sistema in IPod-ov, ki se sedaj uporablja tudi že širše v številnih industrijskih sektorjih. Celo Mednarodni olimpijski komite (International Olympic Committee - IOC) in Evropska nogometna zveza (Union of European Football Associations – UEFA) sta sistem testirala in ugotovila, da je zanimiv za uporabo. Za usposabljanje varilcev je najbolj zanimiva uporaba sistema ABT z vsemi proizvedenimi video predavanji in virtualnim varjenjem (za enak učinek je porabljenega 22% manj materiala za varjenje – po podatkih Instituta za varilstvo, Ljubljana). 9


Za IWS in IWT tečaje je za certificiranje v skladu z EN 17024 17024 priporočljivo in enostavnejša izvedba s sistemom elektronskega certificiranja, certificiranja, razprave ra zprave po vsakem izpitu pa so dodana vrednost tečajev. Sistemi in rezultati vseh predstavljenih projektov se lahko uporabljajo za izobraževanje in usposabljanje v vseh državah EU večinoma brezplačno. 7. REFERENCE [1]. Informal Training Tr aining Recognition in the welding industry (BPROF). Dostopno na: http://www.bprof.net/ [2]. HIST Project. DEEL Research Research Unit Dostopno na: http://www.histproject.no/node/191 http://www.histproject.no/node/191 [3]. VIRTWELD. VIRTWELD. Dostopno na: n a: http://virtweld.com/ [4]. Institut za varilstvo. Dostopno na: http://www.i-var.si/raziskave/euprojects/welding-coordination

Ti projekti so bili financirani f inancirani s strani Evropske Evropske komisije. Ta publikacija publikacija odraža le stališča avtorjev, Evropska Evropska komisija kom isija pa ni odgovorna za kakršnokoli uporabo, ki bi lahko sledila iz vsebovanih podatkov.

10


Novi pristopi pris topi na podro č ju izobraževanja izobraževanja varilcev in varilskih varils kih tehnologov tehnologov Arpad Köveš Institut za varilstvo, Ptujska 19, 1000 Ljubljana

Povzetek Usposabljanja znotraj varilskega podro č ja se še vedno izvajajo na klasič en en nač in in po obič ajnih ajnih metodah, npr. s klasič nimi nimi predavanji v uč ilnici. ilnici. Želja je, da bi se na podro č ju izobraževanja uveljavil u veljavil nov pristop, kjer se na č rtovanje rtovanje uč ne ne vsebine izvede tako, da se vsebina predstavi v obliki aktivnega usposabljanja – Activity Based Training. Pri tej inovativni obliki usposabljanja izobraževanje izobraževanje sledi industrijski proizvodnji in proizvodnim procesom, kjer sta teorija teorija in praksa p raksa tesno povezani z novimi rešitvami. Poleg Poleg tega se pri uč nem nem procesu uporabljajo sodobne metode informacijske informacijske tehnologije, kot je uporaba digitalnih tabel, ustreznih video prikazov, možnost izvedbe u č enja enja na daljavo ipd. V tem oziru bomo v č lanku lanku predstavili rezultate Leonardo da d a Vinci projekta pro jekta EuroPlast, ki je namenjen izobraževanju izobraževanju varilcev plastike p lastike na n a osnovi aktivnega usposabljanja.

1. UVOD Razvoj tehnologij spajanja plastike se je v zadnjih letih intenziviral zaradi vse širše uporabe plastike ter zaradi dobrega sodelovanja med proizvajalci osnovnih materialov, polproizvodov, sistemov, strojev in naprav, kakor tudi zaradi ustreznega razvoja podjetij in usposabljanja ljudi na tem področ ju. To odpira nova področ ja aktivnosti v plastični procesni industriji, kjer predstavlja izobraževanje varilskega osebja pomembno vlogo. Na področ ju »izobraževanja in usposabljanja« varilskega osebja o sebja smo izdelali izdelali metodologijo m etodologijo za izobraževanje i zobraževanje varilskega osebja, ki se ukvarja s spajanjem plastike, na osnovi uporabe metod aktivnega usposabljanja ABT (Activity Based Training). ABT sledi proizvodni proces tako, da slušatelji skozi proces izobraževanja vedno izdelajo končni izdelek. V članku predstavljamo primer novega načina usposabljanja, ki temelji na problemsko naravnanem izobraževanju. Nova pedagoška metoda povezuje primere industrijske proizvodnje s problemsko orientiranimi metodami učenja, kjer sta teorija in praksa med seboj tesno povezani /1/, /4/. 2. PROBLEMSKO NARAVNANO USPOSABLJANJE ABT Novo ABT učno okolje zagotavlja usposabljanje za industrijski proizvodni proces v povezavi z zagotavljanjem kakovosti proizvodnje. ABT omogoča: 1. takojšen prenos rezult r ezultatov atov v prakso, p rakso, 2. zasledovanje industrijskega proizvodnega procesa, kjer teoretičnemu usposabljanju takoj sledi praktično usposabljanje, 3. koordinirano rabo naprednih video in ostalih informacijskih tehnologij, učenja na daljavo ter 4. načrtovanje in zagotavljanje kakovosti proizvodnje. Pomembno je predvsem pr edvsem dejstvo, kako omogočiti čim bolj uspešen prenos najnovejših spoznanj proizvodnega procesa slušateljem (npr. slušateljem z omejenim teoretičnim znanjem), ki se skušajo izpopolnjevati. Zato mora tako usposabljanje temeljiti čim bolj na praktičnem pristopu z minimalnim vložkom teoretičnega izobraževanja. Tak način izobraževanja izobraževanja je lahko tudi sestavni del vse v se življenjskega življenjskega izobraževanja. Tipičen proizvodni proces na področ ju strojne industrije predstavlja pogostokrat niz delovnih operacij. Delovne operacije ali faze so podrobni opisi delovnih nalog, ki jih je potrebno izvesti in so običajno razdeljene v eno ali več delovnih opravil. Izdelava končnega produkta pri varjenju tako predstavljajo številne faze, od načrta, razreza, sestavljanja elementov itd. Te zaporedne delovne faze zahtevajo tako teoretična kakor tudi praktična znanja, ki vključujejo tudi postopke za zagotavljanje kakovosti. Delovni proces v splošnem vsebuje: • delovne načrte, ki prikazujejo strukturo končnega izdelka (tudi npr. posebne podrobnosti in informacije o izdelavi), 11


• opise delovnih metod izdelave produkta, ki vključujejo opise delovnega procesa-ov (zahteva predhodno

pridobljeno znanje) in • postopke za zagotavljanje kakovosti. Delovni paketi so sestavljeni iz posameznih aktivnostih, ki vključujejo specifična znanja in usposabljanja. Teoretično usposabljanje se ponavadi izvaja v učilnici, praktično pa v delavnici ali konkretno v industrijskem okolju. Potrebno je poudariti, da se v izobraževanje lahko vključijo lokalne potrebe industrije ali lokalne potrebe določenega okolja. Na primer, šola lahko sodeluje z industrijo tako, da vključuje v svoje izobraževalne programe produkte, ki so pomembni za njihovo proizvodnjo. Usposabljanja, ki bodo prilagojena potrebam podjetij bodo intenzivirala njihov tehnološki razvoj. Metode usposabljanja bodo določale delovne naloge, kjer se bodo morale uporabljene tehnologije prilagoditi proizvodnemu procesu v podjetju. Na tak način bosta razpoložljiva tehnologija in proizvodni proces postala standard za usposabljanje v razredu, npr. tudi za varjenje plastike. Ta model je splošen in se ga lahko uporabi za katerokoli podjetje, strokovno področ je ter v katerikoli državi. Različne dokumente, ki so na voljo v delovnih paketih, je možno prilagoditi dejanskim industrijskim zahtevam in jih uporabiti pri usposabljanju. To omogoča tudi učinkovito uporabo predznanja. Poleg tega bodo tako v skladu s sodobnimi modeli učenja posamezniki bolj doumeli nove vsebine. Izvajanje lahko sloni na dodajanju novih informacij, razčiščevanju idej, pojasnili odnosov med dvema ali večimi koncepti, na sklepanju, vizualizaciji posameznega segmenta ipd. Strukturni prikaz izobraževanja po načinu ABT prikazuje slika 1.

Slika 1: ABT se za č ne ne s prejemom tehnič ne ne in ekonomske specifikacije proizvoda (piramide v našem primeru). Izdelek je sestavljen iz več manjših delov (manjših kock), ki bodo razvite eden za drugim in se bodo sestavljale v konč ni ni izdelek (piramido). Da bi se nau č ili, ili, kako izdelati takšen proizvod, bo potrebno pridobiti nekaj teoretič nega nega in praktič nega nega znanja ter spoznati in upoštevati kakovost izdelave v č asu asu proizvodnje.

3. PRIMER USPOSABLJANJA ABT ZA VARJENJE PLASTIKE V nadaljevanju predstavljamo primer izvedbe tečaja, kjer je končni izdelek predstavljal varjeni segment cevovoda, na katerem se je nahajalo več razvodov oziroma priključnih vej cevovoda. Tako sta bila za opisan segment potrebna dva postopka po stopka varjenja plastičnih mas, varjenje z vročim orodjem in varjenje z objemko. Pri izvedbi le-tega smo upoštevali zahteve Evropske varilske federacije (EWF), zapisane v smernici EWF-58101 za evropskega evro pskega plastičnega varilca /2/. Strategija izvedbe ABT usposabljanja našega primera je bazirala na osmih modulih. V nadaljevanju si poglejmo primer načrtovanega tečaja, ki je bil razdeljen na osem modulov: Modul 1 - Uvod Prvi modul predstavlja uvodni del, kjer smo najprej predstavili ABT način usposabljanja z različnimi učnimi gradivi. Pri tem smo podrobneje predstavili: izvedbo tečaja zahteve prijave na tečaj – vstopni pogoji 12


-

kakšne metode bodo uporabljene pri izvedbi tečaja načine preverjanja znanja

Modul 2 – Delovni na nač rt V tem modulu smo obravnavali vse, kar je povezano z delovnim načrtom, ki nas je privedel do končnega izdelka. Med ostalim so bile tukaj obdelane obd elane naslednje točke: proizvodni načrt z delovnimi zaporedji, seznamom materialov, kontrolnimi poročili itd. vrste spojev uvod v teorijo termoplastov primeri uporabe termoplastov termoplastov osnove izdelave plastičnih materialov itd. Modul 3 – Rezanje materiala Naslednja aktivnost je bila izvedba postopkov rezanja termoplastov. Pri tem so se upoštevala dovoljena odstopanja in delovna zaporedja pri rezanju. Del vsebine v tem modulu je bil namenjen tudi pregledu različnih postopkov p ostopkov rezanja ter zaščiti in varnosti pri rezanju. Modul 4 - Predpriprava Ta modul je bil namenjen spoznavanju in razumevanju pomembnega dokumenta, popisu varilnega postopka (WPS-a). Pri tem je bilo govora o pomenu uporabe WPS-a, kot glavnega dokumenta, v katerem so podani najpomembnejši parametri glede na določeno tehnologijo varjenja – v našem primeru varjenja termoplastov. Modul 5 - Sestavljanje Ta modul je bil osredotočen na sestavo izdelka - na sestavo posameznih podsklopov cevovoda ob upoštevanju predpisanih toleranc. Modul 6 - Varjenje V tem modulu so bili obravnavani uporabljeni postopki varjenja. Udeleženci tečaja so bili seznanjeni z varjenjem in učinki varjenja, kar je bilo pomembno za razumevanje tehnologije varjenja. Teoretični predstavitvi je sledilo praktično varjenje, kjer je vsak v sak udeleženec udeleženec izdeloval svoj svo j primer. Modul 7 – Kontrola kvalitete kvalitete in nadzor V tem modulu sta bili obravnavani dve dv e pomembni področ ji, ki sta povezani povezani s kakovostjo izdelkov: 1. Pregled, preizkušanje in preverjanje p reverjanje izdelka izdelka Izdelek je bilo treba pregledati in preveriti z namenom, da se ugotovi, ali je kakovost dosegla zahtevano stopnjo. Podan je bil tudi pregled najpogostej n ajpogostejših ših metod preiskav zvarnih spojev. 2. Certificiranje varilcev Da bi izpolnili zahteve glede kakovosti v kontekstu mednarodnih standardov (ISO/CEN) ter direktiv EU, je potrebno, da varilec izpolnjuje minimalne zahteve glede znanja, spretnosti in usposobljenosti. To je mogoče potrditi oziroma dokumentirati z izdanim certifikatom – atestom. Modul 8 – Dokumentiranje Dokumentiranje in ocena Preden je bil proizvod dokončan, ga je bilo treba dokumentirati v smislu ali izdelek izpolnjuje zahteve po načrtu oziroma po pogodbi. V tem modulu so tečajniki izdelali potrebno dokumentacija o izdelku, izvedli opravila za končno kontrolo izdelka ter izdelali poročilo o izpolnjevanju zahtev izdelka. Na koncu tečaja je bil podan pod an povzetek povzetek le-tega ter izvedena ocena o cena tečaja s strani študentov.

13


Slika 2: Utrinek iz ABT teč aja aja varjenja plastike

4. ZAKLJU ČEK Na osnovi uporabe in vpeljave ABT učnega okolja pričakujemo, da se bo izboljšala kvaliteta izobraževanja, kar pomeni, da pričakujemo, da bo pridobitev znanja na tej osnovi več ja in bo praktično usmerjena na proizvodni proces, kar industrija pravzaprav potrebuje. Pričakuje se tudi, da se bodo zmanjšali stroški izobraževanja in povečala motivacija pri potencialnih udeležencih iz nabora ciljnih skupin za usposabljanje. Izvedba tečajev bo lažja in bolj prilagodljiva in bo pripomogla k povečanju konkurenčnosti plastične industrije, predvsem zaradi več jega efekta tovrstnega izobraževanja in na račun prostega pretoka delovne sile. Tovrstno izobraževanje bo možno uporabiti po vsej Evropi za vse ciljne skupine in organizacije, ki se ukvarjajo z usposabljanjem in to z vključevanjem novega učnega okolja, novega načina učenja, rešitvami virtualnega učenja skupaj z uporabo napredne video tehnologije, uporabo digitalne table ipd., namesto, da bi se usposabljanje izvajalo izvajalo v celoti na klasičen način, to je v učilnici. 5. LITERATURA 1. The EuroPlast Web-page: www.histproject.no 2. EWF EWF Guideline Guideline "European Plastics Plastics Welder" EWF EWF – 581 581 – 01 01 3. A. Köv Köveš, eš, B. B. Gayer, V. Horn Hornigova, igova, K. A. Berg, J. B. Stav: User requirements requir ements report; 05. 05. 05. 2011; 2011; Leonardo Leon ardo da Vinci project pro ject - EuroPlast * ** 4. L. Quintino , S. Escala : Activity Based Training within plastic p lastic welding – a new training * ** approach; TU Lisbon (Portugal), EWF-IAB/IIW, EWF-IAB/IIW, EWF-IAB/IIW 5. V. Hornigova, Hornigova, H. Vargova: Vargova: EuroPlast Evaluation Evaluation Outline Strategy Report; 09. 03. 2011; Leonardo da Vinci project - EuroPlast Euro Plast

14


Kaj prinaša standard EN 1090-1 109 0-1 Gabriel Rihar Slovensko Slovensko društvo za varilno tehniko, Ptujska Ptuj ska 19, Ljubljana

1. UVOD

Znano je, da se bodo 1. 7. 2012 v državah evropske skupnosti pričeli uporabljati predpisi, ki k i urejajo proizvodnjo jeklenih in aluminijskih konstrukcijskih elementov. Sestavni deli kovinskih konstrukcij spadajo po novi zakonodaji med gradbene proizvode. Vse temelji na določilu, da morajo nosilni elementi v zgradbah in inženirski gradbenih objektih izpolnjevati bistvene zahteve. V Uredba EU št. 305/2011, 305/2011, priloga I /2/ so navedene nav edene sledeče zahteve: Mehanska odpornost in stabilnost o Varnost pred požari o Higiena zdravje in okolje o Varnost pri uporabi o Zaščita pred hrupom o Varčevanje z energijo o Za kovinske konstrukcijske elemente je najbolj pomembna mehanska odpornost in stabilnost.

2. POTRJEVANJE SKLADNOSTI

Za gradbene proizvode med katere spadajo tudi kovinski konstrukcijski elementi je potrebno izpeljati postopek ugotavljanja skladnosti /11/ Vsak proizvod, ki pride na trg ali se vgradi v objekt, mora biti opremljen s potrdilom (certifikatom) ali izjavo, ki potrjuje, da je proizvod skladen z zahtevami, ki so navedene v tehničnih specifikacijah /7/. Proizvodi morajo biti na predpisan način označeni s »CE« znakom /1/. V uredbah uredb ah /1,2,3/ je opisanih več načinov ugotavljanja in potrjevanja skladnosti. Za kovinske konstrukcijske elemente se bo uporabljal sistem označen z 2+. Proizvajalec pod določenimi pogoji lahko sami izvedejo izvedejo postopek ugotavljanja skladnosti. Za vsak konstrukcijski element poda izjavo izjavo o bistvenih lastnostih proizvoda proizvoda in ga na predpisan način označi z znakom »CE« . V okviru postopka ugotavljanja skladnosti 2+ proizvajalec proizvajalec opravi opr avi sledeče aktivnosti: Izvede zač etno tipsko preskušanje proizvodov ali družine proizvodov o Uvede tovarniško to varniško kontrole izdelkov o Opravlja preskušanje vzorcev odvzetih iz proizvodnje po predpisanem programu o Priglašeni organi izvaja nadzor nadzor nad n ad delovanjem tovarniške kontrole*. Njihove nalog so; Opraviti začetni pregled proizvodnih pro izvodnih zmogljivosti zmogljivosti in kontrole k ontrole proizvodn proizvodnje je o Vršiti stalen nadzor delovanja tovarniške kontrole o Na tej osnovi priglaše pr iglašenn organ o rgan izda potrdilo o skladnosti. V standardu EN 1090-1 /3/ najdemo vsa v sa potrebna navodila za tipsko preskušanje, p reskušanje, delovanje tovarniške kontrole ter delovanje nadzora nad zora s strani priglašenega organa.

3. UPORABA NOVIH PREDPISOV

Harmoniziran standard EN 1090 se bo uporabljal pri proizvodnji nosilnih konstrukcijskih elementov, ki bodo vgrajeni v zgradbe in inženirske in ženirske gradbene objekte. objekte. Po definiciji so kovinski kovinski konstrukcijski elementi izdelki, kateri naj izpolnjujejo bistvenih zahtev za za tovrstne gradbene proizvode, kot so: nosilnost, odpornost odpornost proti požaru, trajnost, uporabnost uporabnost in trpežnost. Odlo čba komisije Sveta Evrope med konstrukcijske kovinske elemente uvršča: Vroče in hladno oblikovani profile in pločevino o Konstrukcijske kovinske elemente kot so: stebri, nosilci, nosilne stene, oporni trami, tirnice in podobno. o Varjene elemente o Konstrukcijska vezna sredstva o Standard EN 1090 se bo obvezno uporabljal pri izdelavi jeklenih konstrukcij in vseh drugih nosilnih elementov, ki so neločljivo vgrajeni v zgradbe in druge inženirske objekte. Uporabljal se bo pri gradnji mostov, stolpov, silosov, žerjavov in žerjavnih prog, vodnih elektrarn, procesne opreme in pri drugih podobnih objektih. Nadomestil bo tudi pri nas znani nemški standard za področ je jeklogradnje /4/. 15


Pričakujemo lahko, da bodo naročniki raznih varjenih izdelkov, ki sicer ne sodijo v podro č je gradbenih gradbenih predpisov, zaradi zagotavljanja zagotavljanja kakovosti in zaupanja v proizvajalca, proizvajalca, zahtevali zahtevali potrdila priglašenega organa in izjave o bistvenih lastnostih v skladu s standardom EN 1090-1. 1090-1. Izkušen glede glede uporabe uporab e novih novih predpisov še nimamo. Ni mogoče z gotovostjo predvideti, katere proizvode bo potrebno potrebno opremiti s »CE« znakom znakom in zanje zanje priložiti izjavo o skladnosti sk ladnosti .

4. UVAJANJE SISTEMA UGOTAVLJANJA SKLADNOSTI

Lahko rečemo, da ne bo lahko prilagoditi proizvodnjo kovinskih konstrukcijskih elementov novim zahtevam. Lažje delo bodo imeli tisti proizvajalci, ki že uporabljajo kakšen sistem vodenja in zagotavljanja kakovosti. V veliki prednosti bodo tista podjetja, ki že uporabljajo standard EN EN ISO 3834 3834 /5/ V drugem delu standard standardaa EN EN 1090-2 /7/ je namreč navedena povezava med izvedbenim razredom konstrukcije v katerega bo vgrajen konstrukcijski element in sistemom zagotavljanja zagotavljanja kakovosti kako vosti zvarnih zvarnih spojev. EN ISO 3834 3834 - 4. del omogo ča izdelavo elementov za izvedbeni izvedbeni razred EXC 1 EN ISO 3834 3834 - 3. del omogo ča izdelavo elementov za izvedbeni izvedbeni razred EXC 2 EN ISO 3834 3834 - 2. del omogo ča izdelavo elementov za izvedbeni izvedbeni razred EXC 3 in EXC4 V proizvodnji kovinskih konstrukcijskih elementov ima pomembno vlogo koordinator varjenja. Podjetja, ki že imajo usposobljene usposobljene koordinatorje se bodo lažje lažje prilagodila novim zahtevam. zahtevam. Navedeno je, da naj bodo koordinatorji kvalificirani v skladu s standardom EN ISO 14731 /8/. Koordinatorji morajo imeti splošno tehnično izobrazbo izobrazbo in specializacijo specializacijo iz varilstva. varilstva. Drugi del standarda standarda EN 1090 -2 /7/ določa kakšno stopnjo izobrazbe naj ima koordinator. Inženirska stopnja se zahteva za izvedbeni razred EXC4, nadalje za izdelke iz visokotrdnih in nerjavnih jekel ter za debelostenske elemente. Za ostale razrede in izdelke iz nelegiranih jekel zadostuje srednja tehnična izobrazba. izobrazba. Za izvedben izvedbenii razred razred EXC 4 ni predpisana kvalifikacija koordinatorjev. Poleg koordinatorjev varjenje bo potrebno urediti kontrolo izdelkov. Kontrolorje bo potrebno izobraziti in certificirati /9/. Proizvajalci kovinskih konstrukcijskih elementov bodo morali vzpostaviti sistem zagotavljanja kakovosti. Nekatere splošne elemente sisteme bodo proizvajalci našli v standardu ISO 9001 npr.: pregled pogodbe, delo s podpogodbeniki, nadzor nad materialom, neskladja in popravljalni ukrepi. Zahteve za zagotavljanje kakovosti zvarnih spojev se nahajajo v seriji standardov EN ISO 3834. Omenimo naj, da proizvodnja lahko poteka po dokumentaciji naročnika ali po lastni dokumentaciji. Kadar proizvajalec sam izdela načrte mora zagotavljati, da d a je dokumentacija dokumen tacija skladna z zahtevami zahtevami evropskih evrop skih standardov standardov /10/. Priglašen organ o rgan pred p red tem ugotovi in potrdi, potrd i, da ima proizvajalec ustre zne zmogljivosti za pripravo načrtov in izračunov.

5. ZAKLJUČEK

Proizvajalci kovinskih konstrukcij, ki uporabljaj u porabljajoo sistem vodenja vod enja po standardu ISO 9001 in sistem zagotavljanja kakovosti zvarnih spojev po standardu EN ISO 3834 bodo morali obstoječe postopke dopolniti in uskladiti z zahtevami za proizvodnjo in ugotavljanjem skladnosti kovinskih konstrukcijskih elementov. Naj povemo, da je več ji del zahteve standarda EN 1090 -1 identičnih z zahtevami standarda EN ISO 3834. Certifikat po EN ISO 3834 bo mog mo goče nadgraditi z zahtevami standarda EN 1090 – 1 in 2. Manjši proizvajalci konstrukcijskih elementov se bodo verjetno omejili na izvedbeni razred EXC4, za katerega bo potrebno izpolnjevati le elementarne zahteve. Ostali, ki imajo name izdelovati zahtevnejše konstrukcije naj usposabljati osebje, za kar je potrebno p otrebno nekaj več časa. čim prej pričnejo usposabljati

6. VIRI 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

8. 9. 10. 11.

Pravilnik o potrjevanju skladnosti in označevanju gradbenih gradbenih proizvodov Uredba (EU ( EU)) št. 305/2011 o dolo d oločitvi usklajenih pogojev za trženje gradbenih proizvodov Zakon o gradbenih gradb enih proizvodih proizvodih DIN 18800-7 – Stahlbau EN ISO 3834 Zahteve za za kakovost kako vost pri talilnem varjenju kovinskih materialov EN 1090-1 1090-1 Jekleni in aluminijski alumin ijski konstrukcijski sestavni deli – Splošni dobavni pogoji EN 1090-2 Izvedba jeklenih in aluminijskih konstrukcij – 2. del: Tehnične zahteve za izvedbo jeklenih konstrukcij EN ISO 14731 Koordinacija varjenja - Naloge in odgovornosti ISO 9712 ali EN 473 Osebje za neporušitvene preiskave EN 1993 Evrokod 3: Projektiranje jeklenih konstrukcij Zakon o tehničnih zahtevah za proizvode in ugotavljanju skladnosti (ZTZPUS-1) (ZTZPUS-1) 16


Osiguranje kvalitete u tehnici zavarivanja s aspekta certificiranih kadrova Božo Despotović , Stjepan Gangur, Dalibor Bira Birač Đuro Đaković, Termoenergetska Termoenergetska postrojenja d.o.o.,

Slavonski Slavonski brod

Sažetak: Na primjeru tehnike zavarivanja u velikoj firmi navode se nivoi kvalifikacija kadrova potrebnih u zavarivanju. Opisan je i na č in in koordinacije zavarivač kih kih radova . Kao jedan od na č ina ina praćenja kvalitete primjenjuje se statistič ka ka obrada rezultata u zavarivanju. zavarivanju.

1. UVOD U proizvodnji tlačne opreme zavarivanje danas ima status jednog od najbitnijih i najsloženijih procesa. Kako su zahtjevi ovog procesa sve veći, potrebno je detaljno planirati zavarivanje već i prije početka proizvodnje, te detaljno pratiti cijeli proces. Cijeli sustav praćenja i nadziranja zavarivanja neminovno uključuje u sebi kvalificirano osoblje koje ima zadatak provoditi svoje obaveze, sljedeć i zahtjeve brojih normi koje se odnose na zavarivanje i koje definiraju sve aktivnosti vezane uz zavarivanje, pa tako i samo osoblje koje treba biti uključeno u nadzor zavarivanja. U radu je ukratko opisan međunarodni sustav kvalificiranog zavarivačkog osoblja, dan je primjer organizacijske strukture tehnike zavarivanja u firmi ĐĐ TEP, te je prikazana statistička obrada podataka preko koje se prati rad zavarivača.

Slika 1 : Odobrenja Odobrenja i regulativa u pogledu zavarivanja u ĐĐ TEP-u

2. MEĐUNARODNI SUSTAV KVALIFICIRANOG KVALIFICIR ANOG ZAVARIVA ZAVARIVAČKOG OSOBLJA Norma ISO 14731 definira odgovornosti i zadatke uklju čene u koordinaciju zavarivanja i aktivnosti vezanih uz zavarivanje. Norma predlaže da u bilo kojoj proizvodnoj organizaciji koordinaciju mogu raditi jedna ili više osoba. Navedena norma definira tri osobe koje bi trebale provoditi koordinaciju zavarivanjem: IWE (međunarodni inženjer zavarivanja), IWT (međunarodni tehnolog zavarivanja) i IWS (međunarodni specijalist zavarivanja). Međunarodni Institut za zavarivanje (IIW) prošireno još definira i IWP (međunarodni praktičar zavarivanja) kao osobu koja također može sudjelovati u koordinaciji zavarivanja.

17


Slika 2 : Primjer provjere p rovjere vještine vještine zavarivač a od strane instruktora

IWP – međunarodni praktičar zavarivanja – je iskusni zavarivač s velikim vještinama u barem dva postupka zavarivanja sa odobrenim certifikatom prema EN 287-1 ili EN 1418, ali također i s poznavanjem ostalih postupaka zavarivanja , druga 2 postupka kao minimum, s kojima je u kontaktu. IWP mora znati tumačiti tehničke crteže i treba biti dobro informiran o proizvodnim metodama glede zavarenih spojeva, uključujući mogućnost demonstriranja potrebne vježbe zavarivačima, te treba biti sposoban u pogledu vizualnog i penetrantskog/magnetskog ispitivanja zavara. zavara. IWP može mo že nadzirati i davati instrukcije instru kcije proizvodnim radnicima, te asistirati odgovornom koordinatoru koordin atoru zavarivanja. zavarivanja. IWS – međunarodni specijalist zavarivanja – od njega se očekuje puno veće i dublje znanje u različitim aspektima koji bi trebali prekrivati proces zavarivanja, poznavanje materijala, grešaka u zavarivanju, nadzor nad zavarivanjem, poznavanje oblika spoja i proizvodnje zavarenih konstrukcija, te da je sposoban po potrebi provesti kontrolu kvalitete, zajedno sa neophodnim zavarivačkim vještinama koje treba imati. IWS je pogodan za pomoćnog nadzornika, pomoćnog instruktora, te asistenta koordinatoru koord inatoru zavarivanja. zavarivanja. IWT – međunarodni tehnolog zavarivanja – od njega se očekuje veliko tehnološko znanje i iskustvo da bi sa sigurnošću preuzeo ulogu koordinatora zavarivanja. IWT treba sa sigurnošću propisivati tehnologiju zavarivanja, mora poznavati po znavati postupke zavarivanja, osnovne i dodatne materijale, postupke po stupke proizvodnje… proizvodnje… IWE – međunarodni inženjer zavarivanja – treba biti osoba s najvećim znanjem u profesiji da bi sa sigurnošću davao smjernice i upute za široki spektar tehnoloških stvari vezanih uz pripreme zavara, proces proizvodnje, proizvodne tehnike, nadzor zavarivanja, kontrolu kvalitete, vođenje postupka zavarivanja itd. IWE mora biti u mogućnosti biti koordinator zavarivanja s potpunom odgovornošću u većini postrojenja sa različitim zahtjevima za zavarivanje i procesima vezanim uz zavarivanje. Svaka firma koja se ozbiljnije bavi zavarivanjem trebala bi imati školovanog i obu čenog IWE-a kao odgovornu osobu za zavarivanje i glavnog glavno g kooridinatora zavarivanja.

Slika 3: Primjer zavarenih za varenih spojeva s malo prostora i nužne primjene ogledala pri zavarivanju gdje je obavezna provjera rada zavarivač a

18


2.1 ORGANIZA OR GANIZACIJSKA CIJSKA STRUKTURA STRUKTUR A TEHNIKE ZAVARIVANJA ZAVARIVANJA U ĐĐ TEP-U U skladu sa zahtjevima norme HR EN ISO 3834-2 kao primjer navodi se struktura koordiniranja zavarivanja u ĐĐ TEP-u. Odgovorna osoba za zavarivanje i koordinaciju zavarivanja je i međunarodni inženjer zavarivanja i međunarodni inspektor zavarivanja, a ostale odgovorne osobe su IWE i IWP osobe. Na slici je prikazana kvalifikacijska struktura osoblja u ĐĐ TEP-u u skladu sa EN ISO 3834-2.

Slika 3 – Kvalifikacijska struktura osoblja u ĐĐ TEP-u

2.2 KOORDINACIJA U ZAVARIVANJU ZAVARIVANJU I PROVO P ROVOĐENJE NADZORA S CILJEM OSIGURANJA KVALITETE KVALITETE ZAVARENIH SPOJEVA Najbitniji proizvodni postupak u kotlogradnji je zavarivanje. Kao jedan vrlo složeni proces, zavarivanje zahtjeva zahtjeva preciznu koordinaciju; od samog planiranja zavara na određenom proizvodu, preko propisivanja tehnologije zavarivanja, pripreme površina za zavarivanje u radionici, izvođenja zavarivanja i praćenja zavarivanja tokom rada, do završne tehničke dokumentacije koja sadrži sve vezano uz zavarivanje (od planiranja do završetka poslova). Ukratko rečeno, tehnološka dokumentacija obuhvaća širok spektar papirnih dokumenata; od crteža, planova zavarivanja, planova toplinske obrade, WPS-ova, PQR-ova, atesta zavarivača i operatera, atesta osnovnog i dodatnog materijala, tehnoloških uputa, protokola zavarivanja, popratnih skica za protokole, dijagrama toplinske obrade, itd. Cijeli postupak započinje od projektanta koji mora precizno isplanirati i izračunati količinu i vrstu različ itih tipova zavara koja je potrebna da se projekt uspješno izvede. Nakon što projektant predvidi zavare na određenom objektu, crteži s naznačenim zavarima dolaze na pregled do inženjera ili tehnologa zavarivanja (IWE, IWT). Oni su dužni pregledati i usuglasiti se s projektantom u pogledu zavara, te trebaju propisati određenu tehnologiju zavarivanja. To uključuje izradu planova zavarivanja, propisivanje postupaka zavarivanja, izradu uputa za zavarivanje (WPS-ova), određivanje dodatnih materijala, temperature predgrijavanja, te prema potrebi propisivanje naknadnih toplinskih obrada nakon zavarivanja. Također je potrebno i propisati plan nerazornih ispitivanja. Ovisno o zahtjevnosti materijala koji se zavaruju potrebno je i precizno propisati tehnološke upute koje sadrže u sebi sve bitne podatke i varijable v arijable za zavarivanje. Nakon što je je ovaj dio posla kao priprema priprema završen, proizvod proizvod dolazi u radionicu gdje će se zavarivati. Koordinatori zavarivanja (poslovođe zavarivanja, IWE-ovi, IWP-ovi) dužni su cijelo vrijeme pratiti proces zavarivanja. Od samih zavarivača se očekuje savjesnost i ozbiljnost na radu i obvezu da na svom radnom 19


mjestu imaju upute za zavarivanje kojima im služe služe kao izvor izvor informacija i čije propisane parametre trebaju poštovati.Za slučaj bilo kakvih nejasnoća i pojave problema dužni su odmah obavijstiti koordinatore zavarivanja. Tokom zavarivanja vodi se protokol zavarivanja s točnim datumima početka i završetka zavarivanja određenog proizvoda. Svaki protokol sadrži broj zavara (ili pozicije) koji se zavarivao sa upisanim žigovima zavarivač a, uputom (WPS-om) prema kojoj se nešto zavarivalo, popis dodatnih materijala koji su se koristili zajedno s njihovim šaržama, temperature predgrijavanja, te navedene iste podatke za, ako su se pojavili, dodatni tehnološki ili nepredviđeni zavari. zavari. Uz protokol protok ol dolazi i popratna skica određenog dijela crteža koji se zavarivao, a koja sadrži to čno upisan broj crteža i žigove zavarivača koji su radili, a skica kao takva mora precizno i to čno pokazati šta je tko zvarivao.

Slika 4 – Primjer popratne skice protokola zavarivanja

Svaki zavarivač ili operater koji je zavarivao određeni opseg radova, mora biti certificiran i osposobljen prije po četka radova, a kao dokaz tome služe atesti zavarivača/operatera koje izdaju akreditirane ustanove. Također, svaki dodatni materijal za zavarivanje mora imati svoj atest koji garantira da je baš taj odabrani dodatni materijal pogodan za predviđeno korištenje. Dodatne materijale treba skladištiti i njima se mora rukovati na pouzdan način prema pisanim uputama ili uputama upu tama proizvođača. Tokom radova vode se i statističke analize podataka o prihvatljivim i neprihvatljivim zavarima na objektu, koje su kasnije raščlanjene u više skupina: prema zavarivaču, skupini grešaka, objektu itd. U cijeli lanac koordiniranja zavarivanja uključeno je puno osoba koje trebaju prije svega udovoljiti zahtjevima samog proizvoda uz propisivanje ispravne tehnologije zavarivanja, udovoljavanju posebnih zahtjeva kupaca, pisanju tehnoloških uputa, naručivanju potrebnih dodatnih materijala, zatim pratiti zavarivačke radove u radionici nadzorom i pisanjem protokola i izradom popratnih skica, izradom i analizom analizom statistike itd.

3. STATISTI STATISTIČKA OBRADA PODATAKA POD ATAKA Statistička obrada podataka temelji se na NDT izvještajima o ispitivanju zavara. U ovom slučaju ta obrada podataka se vrši isključivo prema radiografskim izvještajima. Takvi izvještaji sadrže podatke koji uključuju proizvodni broj objekta, broj grešaka, brojeve zavara ili pozicije, određenu količinu ispitanih zavara, datum ispitivanja, te kriterij prihvatljivosti: prihvatljivo ili neprihvatljivo (uz navedene brojčane oznake grešaka prema EN ISO 5817 5817). ). Sa svim tim tim podacima kasnije se može pronaći i ostale detaljnije podatke ako je potrebno: materijal, dimenzije materijala, oblik ob lik spoja koji je zavarivan, zavarivan, postupak zavarivanja i sl. Statistička obrada podataka radi se svakodnevno. Svrha rađenja statistike je pravovremeno uočiti greške kod određenih zavarivača i što prije poduzeti korektivne akcije kako bi se buduće greške eliminirale. Korektivne akcije uključuju upoznavanje zavarivača s vrstom/vrstama grešaka koje radi, te dodatne treninge kako se greške ne bi ponavljale. ponav ljale.

20


Grafički prikaz prihvatljivih i neprihvatljivih zavara za objekt 26.0183 - Vaasa Datum : 2 7.05.2011. 7.05.2011.

2; 7,14%

26; 92,86% 1 2

Prihvatljivi zavari Neprihvatljivi zavari

Slika 5 – Primjer dnevne statisti statistič ke ke analize snimljenih zavara za jedan objekt

Sumarno, na temelju dnevnih statističkih analiza rade se tjedne analize, te mjesečne i godišnje analize. Statistički podaci su razvrstani u nekoliko kategorija, a svaka se prikazuje histogramom ili grafikonom sa odnosom pozitivnog i negativnog. Grafički se prikazuju ukupan broj i odnos prihvatljivih i neprihvatljivih zavara prema objektu i prema zavarivaču. Također, uspoređuju se vrste grešaka prema EN ISO 8517, te se prikazuje sumarni udjel pojedine skupine grešaka u odnosu na ukupan broj grešaka. Statistička obrada podataka jedan je od bitnih aspekata u praćenju rada zavarivača. Pošto se na ovaj način prat pr atii rad zavarivača kao pojedinca, može se lako ustanoviti da li zavarivač treba dodatne treninge, edukacije i sl., jer je jasno vidljivo za zavarivače (na osi apscise upisan je žig zavarivača) kao pojedince da li prave greške, koje su vrste greške i u kojoj količini ih prave.

21


Grafički prikaz prihvatljivih i neprihvatljivih zavara prema zavarivaču Travanj 2011 Neprihvatljivi zavari 100%

0 0

0 0 0 0 0 4

1

0

0 2

6

0 2

0 0 0 1

2

0

2

0 0

0 0 0 2 1

1 5

1 0 0

0 0 0 0 5

5

0 3

2

0

1

90%

Prihvatljivi Prihvatljivi z avari 0 0 0 0 1 2 1 2 2

80% 70% 60% 23

1 50% 19 7

29 15 15 9 3 42 50

20

12

1 18

87

4 25

23 10

5 33

2

40%

38

3

20 11 11 2 29 14

13 47

37

54

2 4 15 15 3 51

22

91

4 27

39

18

30

4

5

6

5

4

23 12 7

1

30% 20% 10% 0%

3 5 1 1 1 2 6 8 1 1 1 2 R M R Z Z Z Z Z H

3 7 9 3 7 9 2 3 3 3 4 4 4 5 Z Z Z Z Z Z Z

4 8 1 3 5 8 6 6 7 7 7 7 Z Z Z Z Z Z

6 7 2 8 8 0 Z Z 1 Z

4 0 1 Z

9 0 1 Z

0 1 1 Z

5 1 1 Z

6 1 1 Z

0 3 1 Z

5 3 1 Z

7 3 1 Z

3 4 1 Z

4 4 1 Z

5 4 1 Z

9 4 1 Z

2 5 1 Z

3 5 1 Z

1 6 1 Z

2 6 1 Z

3 6 1 Z

0 7 1 Z

8 7 1 Z

4 8 1 Z

7 8 1 Z

2 9 1 Z

3 9 1 Z

6 9 1 Z

2 0 2 Z

4 0 2 Z

9 2 2 Z

6 9 O Z

1 0 1 O Z

6 0 1 O Z

Slika 6 – Primjer mjese č ne ne statistič ke ke analize snimljenih zavara prema zavariva č u

4. ZAKLJUČAK U današnje vrijeme sve su složeniji i detaljniji, kako zahtjevi za praćenje kvalitete procesa zavarivanja, tako i zahtjevi kupaca. Pred kvalificiranim osobljem u zavarivanju sve su složeniji zadaci i potrebno je imati potpunu odgovornost da bi se radio ovaj posao. Također, i pred same zavarivače su postavljeni veći zathjevi te u današnje vrijeme zavarivač, ako želi biti svestran i raditi sa zahtjevnim materijalima, mora imati posebne vještine i znanja. Konačno timski rad svih osoba vezanih za tehnologiju zavarivanja, valjana komunikacija i permanentna razmjena informacija su garancija potrebnog nivoa kvalitete u zavarivanju. 5. LITERATURA 1 – ISO I SO 14731 14731 – Welding coordination coo rdination – Tasks and responsibilities responsibilities 2 – www.iiwindia.com – IWCP BrochureWebbMar 10 3 – Dokumentacija firme Đuro Đaković – Termoenergetska Postrojenja d.o.o.

22


Simulacija izvedbe pulznega MIG/MAG varjenja s tiristorskim virom toka Danijel Langus, Langus, Arpad Koveš*, Ivan Polajnar**, Marjan Golob*** Golob*** *) Institut Institut za varilstvo, Ptujska 19, 1000 1 000 Ljubljana **) Fakulteta za strojništvo, Aškerčeva 6, UL, 1000 Ljubljana ***) Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, UM, 20000 Maribor

Povzetek Ob kontinuiranim obloč nem nem varjenju z enosmernim tokom, je s tiristorskim virom toka možno izvesti tudi pulzno varjenje. V prič ujo ujoč em em prispevku je za postopek MIG/MAG varjenja popisana simulacije delovanje tiristorskega varilnega izvora pri pulznem varjenju, obenem je s frekven č no no analizo analizo o ocenjen tudi vpliv vpliv delovanja takšnega vira toka na omrežje.

7. UVOD

Pri obločnih postopkih MIG/MAG varjenja, kjer se pravilom vari z gladkim tokom, se danes pogosto uporablja tudi pulzno varjenje. To še zlasti zlasti velja velja v primerih, ko se pri teh postopkih postopkih varjenja uporablja inverterske vire vire toka. Inverterska preklopna vezja izvedena kot DC-DC pretvorniki z mo čnostnimi elektronskimi elementi, kot so na primer MOSFET in IGBT tranzistorji. Stikalna vezja krmilimo z mikrora čunalniško podprtimi krmilnimi vezji - pulzno širinski modulatorji, ki omogočajo regulacijo toka in napetosti varilnega izvora, ter generiranje pravokotnih pulzov poljubne oblike. Pred uveljavitvijo tranzistorskih varilnih izvorov so se za regulacijo moči uporabljali tiristorski varilni izvori, ki imajo še danes določene prednosti, so namreč robustni, zanesljivi pri delovanju in poceni. Največ se uporabljajo kot enosmerni (DC) varilni izvori, s trifaznim transformatorjem in trifaznim pretvornikom s polnim tiristorskim mostičem. Z regulacijo kota odprtja tiristorjev nastavljamo varilni tok. Za potrebe pulznega varjenja se vzporedno s trifaznim izvorom izvede še enofazni transformator s polvalnim usmernikom. Na ta način lahko generiramo pulzni varilni tok, kjer pa oblika pulzov ni pravokotne oblike temveč sinusne oblike. Frekvenca pulzov je lahko mnogokratnik omrežne frekvence. Pri tem lahko spreminjamo amplitudo osnovnega toka in amplitudo pulzov. Slabost tega pristopa je v dejstvu da dodatni enofazni transformator asimetrično obremeni napajalno omrežje. V raziskavi [1] so avtorji predlagali novo metodo proženja tiristorjev polnega mostiča, ki omogoča izvedbo varilnega izvora z enosmernim tokom, kakor tudi generiranje toka pulzne oblike. Prednosti pristopa so v nižji ceni, saj ni potrebno realizirat dodatni enofazni izvor za generiranje pulzov. Udejanjenje te ideja je so se ob koncu osemdesetih let lotili tudi v domačem podjetju Iskra Varjenje v sodelovanju s Fakulteto za strojništvo iz Ljubljane. Avtorji raziskav so v prvih korakih teoretično analizirali lastnosti in optimirali parametre pulznega varjenja pri MIG/MAG, s tokovnimi pulzi sinusne oblike. Rezultati so pokazali, da je s tiristorskim mostičem možno izvesti postopek sinergijskega pulznega varjenja s pulzi sinusne oblike. Znano je dejstvo, da tiristorski varilni izvori onesnažujejo napajalno omrežje z visokofrekvenčnimi motnjami. Pri pulznem varjenju s tiristorskim varilnim izvorom so ti vplivi dodatno povečani. S simulacijskimi programi lahko hitro preizkusimo princip delovanja pulznega varjenja s tiristorskim varilnim izvorom in s frekvenčno analizo ovrednotimo vpliv vp liv višje harmonskih komponent toka na napajal n apajalno no omrežj omr ežje. e. V prispevku je predstavljen primer simulacije varilnega izvora in frekvenčne analize vpliva izvora na omrežje. Opisan je simulacijski model varilnega izvora s tiristorskim polnim mostičnim vezjem v programu Matlab/Simulink, Matlab/Simulink, ki k i omogoča analizo delovanja izvora v enosmernem o tudi pulznem režimu delovanja.

8. PRINCIP SIMULACIJE

Princip in glavni glavni gradniki trifaznega varilnega izvora s tiristorskim polnim mostičem so prikazani na sliki 1. Navitja trifaznega transformatorja so v trikot - zvezda (DY) vezavi z odcepi na primarnem navitju. Ta izvedba transformatorja je izbrana zaradi pomembne lastnosti, namreč vpliv tretje harmonske komponente signala in njenih večkratnikov je z uporabo trikotnega navitja na primarni strani izničen. Slabost izbrane izbrane izvedbe izvedbe pa je višja cena in več ja teža teža transformatorja. transform atorja. Simulacijo varilnega izvora smo izvedli izvedli v programu Matlab/Simulink z uporabo blokov iu SimPowerSimulation knjižnice. Elementi v knjižnici imajo določene omejitve, ki smo ji morali upoštevati pri izvedbi simulacijskega modela varilnega izvora. Nazivno moč transformatorja smo nastavili na 50 kVA, kVA, izbrali izbral i smo prestavno p restavno razmerje razmerje od 4,5 do 6. V modelu transformatorja smo lahko spreminjali vse bistvene parametre, kot so ohmske upornosti 23


in induktivnosti primarnih in sekundarnih navitij, induktivnosti magnetnega sklopa in izgubnih upornosti v jedru jedru navitja. Prav tako smo nastavili pomembne parametre tiristorjev v trifaznem polnem mostiču in vrednosti snaberskih kondenzatorjev in uporov. Na izhodu usmernika je tuljava, s katero gladimo izhodni tok in hkrati nastavljamo delovni tok in napetost varilnega izvora. Za proženje tiristorjev smo uporabili prožilno vezje iz knjižnice. Kot proženja smo spreminjali od 0° do 60°. S kotom proženja spreminjamo enosmernega toka varilnega izvora. Na sliki 2 je prikazana simulacijska shema v varilnega izvora v programu Matlab/Simulink. V oknu Scope so posneti časovni poteki merjenih veličin v časovnem oknu 100 ms. Simulacijo smo izvedli pri kotu odprtja tiristorjev 0°. Trifazni DY transformator

Trifazni polni tiristorski mosti č

Indukcijski filter

MIG/MAG varilni proces

i Napajanje 3~ 400V, 50 Hz

Slika 1: Trifazni varilni izvora s tiristorskim polnim mostič nim nim vezjem, indukcijskim filtrom in MIG/MAGvarilnim procesom.

Slika 2: Simulacijska shema trifazni varilni izvora s tiristorskim polnim mosti č nim nim vezjem v simulacijskem okolju Matlab/Simulink. V oknu so prikazani č asovni asovni poteki signalov v č asovnem asovnem oknu 100 ms. Kot proženja tiristorjev je 0, v drugem oknu so medfazne napajalne napetost, ki sinhronizirajo proženje tiristorjev, v tretjem oknu je izhodni enosmerni tok, v č etrtem etrtem oknu sta napetost na diodi d iodi in glajena izhodna izhodna napetost izvora.

Pulzno varjenje realiziramo s pulznim spreminjanjem kota odprtja tiristorjev. V ta namen smo realizirali generator pulzov z amplitudo 60 ° in spremenljivo frekvenco, širino pulza in faznim kotom. Na sliki 3 in sliki 4 so prikazani časovni poteki varilnega toka in varilne napetost pri odpiranju tiristorjev s pulznim spreminjanjem kota odprtja. Na sliki 3 smo nastavili frekvenco pulzov 100 Hz in širino pulza 6,6 ms. Po prvi periodi pulza smo iz enosmernega režima preklopili v pulzni režim delovanja, kar se odraža v obliki varilnega toka in napetosti. Podobno simulacijo smo ponovili pri novih parametrih, frekvenci pulzov 50 Hz in širini pulza 3,3 ms. Oblika signalov se je spremenila, sp remenila, dno pulza se je znižalo na n a 250 A. Z nastavitvijo parametrov, torej frekvence in širine pulza smo omejeni na mnogokratnike osnovne frekvence 50 Hz, šitino polza pa lahko spreminjamo od 0 do periode. Glede na povečano število preklopov tiristorja pričakujemo na primerni strani transformatorja onesnažen signal z več jim vplivom višje harmonskih komponent. V ta namen smo opravili frekvenčno analizo nad primarnim pr imarnim tokom ene faze omrežja.

24


Slika 3: Primer simulacije pulznega pul znega varjenja s tiristorskim tiristorskim varilnim izvorom. Prvi č asovni asovni potek predstavlja pulzno spreminjanje kota odprtja tiristorjev. V drugem d rugem in tretjem g rafu sta č asovna asovna poteka varilnega toka Iv in varilne napetosti na izvoru Uv. Frekvenca pulzov je 100 Hz, širina pulza je 6,6 ms.

Slika 4: Frekvenca pulzov je 50 Hz, širina pulza je 3,3 ms.

9. FREKVENČNA ANALIZA SIGNALOV

Frekvenčno analizo signalov tiristorskega varilnega izvora smo opravili s pomoč jo Matlab funkcije funk cije za hitro Fourierjevo transformacijo (FFT). Amplituda frekvenčnega spektra na sliki 4 je normirana na maksimalno vrednost (pri osnovne harmonski komponenti signala - 50 HZ). Po pri čakovanju se v spektru izrazito odražata vpliva petega in sedmega mnogokratnika osnovne frekvence. Pri večanju kota odprtja se pojavi vpliv tretje in devete višje harmonske komponente.

Slika 4: FFT analiza primarnega toka varilnega izvora pri enosmernem varjenju in kotih odprtja tiristorja od minimalne vrednost 0°do največ je vrednosti 60 °. 25


Slika 5: FFT analiza primarnega toka varilnega izvora pri pulznem varjenju s frekvenco 50 Hz, širino pulza 3,3 ms in kotih odprtja tiristorja od 0°do največ je vrednosti 60 °.

Pri pulznem varjenju se z večanjem kota odprtja pojavijo še dodatne harmonske komponente v močnostnem spektru primarnega toka, predvsem druga harmonska komponenta - 100 Hz Hz in njeni večkratniki.

10. ZAKLJUČEK

V prispevku so predstavljeni rezultati rezultati simulacije delovanja vira toka s tiristorskim polnim mostičem in pulznim spreminjanjem kota odprtja tiristorjev. Na ta način lahko tiristorski varilni izvor uporabimo tudi za pulzno MIG/MAG varjenje. Nad simulacijskimi rezultati smo opravili frekvenčno analizo primernega toka in ugotovili povečan vpliv višjih harmonskih komponent. Ta vpliv lahko zmanjšamo z uporabo pasivnih sit na primarni strani transformatorja in s tem zmanjšamo onesnaženje napajalnega omrežja in obenem opazno izboljšamo izkoristek varilnega izvora. ZAHVALE: ZAHVALE: Avtorji se ob tej priliki iskreno zahvaljujemo prof. dr Viljemu Kralju, ki je pri nas na področ ju raziskav pulznega varjenja s tiristorskim t iristorskim virom toka opravil pionirsko delo in prvonapis p rvonapisanega anega spodbudil in uvedel v te te raziskave. Javni agenciji za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije ter podjetjem: Varstroj, ADK, ADK, Acroni, Elektrode in Litostroj, se zahvaljujemo za finanč no no in strokovno podporo pri izvedbi aplikativnega raziskovalnega projekta z naslovom »Razvoj modificirane robustne varilne naprave za MIG/MAG MIG/MAG varjenje«. Ta podpora je bila osnova na kateri je bil mogo č e zastaviti nadaljnji razvoj in izvedbo tiristorskega tiristorskega vira za pulzno varjenje, tipa VARMIG 600 T44 Synergy. Posebna zahvale gre vodji tega projekta prof. dr Janezu Grumu, brez njegovega imena, referenc in razumevanja raziskovalne problematike namreč ta projekt ne bi zaživel. Podoben impulz k zagonu tega projekta, vendar z drugač no no vsebino in na drugem mestu je prispeval kolega Janoš Orban, uni. dipl. inž, iz podjetja Varstroj, zato tudi njemu izražamo izražamo iskreno hvaležnost. hvaležnost.

11. LITERATURA

1. Thamodharan M., Beck H.P. in Wolf A.: Steady and Pulsed Direct Current Welding with a Single Converter. Supplement to the Weldig Journal, March 1999. 75s-79s. 2. Langus D., Oreškovič M.: Pulzno Pu lzno MIG/MAG varjenje. Dan varilne tehnike 2002, Zbornik referatov, str.: 87 do 94, Portorož 2002. 3. LANGUS, Danijel, KRALJ, Viljem. Optimiranje varilnih parametrov pri impulznem varjenju

MIG/MAG s sinusnimi, širinsko krmiljenimi impulzi toka. Varilna teh., 2005, letn. 54, št. 2, str. 45-54 4. Langus D., Kralj V. in Grum J: Optimisation of welding parameters in pulsed MIG/MAG welding widthcontrolled sine-wave sine-wave current pulses. Part 1: Determination Determination of o f a general synergetic equation and a normalise norm alisedd parametric diagram with a defined parametric welding range. Int. j. mater. prod. technol., 2007, letn. 29, št. 1/2/3/4, str. 244-254 5. Langus D., Kralj V. in Grum J: Optimisation of welding parameters in pulsed MIG/MAG welding widthcontrolled sine-wave current pulses. Part 2: Determination of an optimum material transfer through the arc and a control method. Int. j. mater. prod. technol., 2007, letn. 29, št. 1/2/3/4, str. 255-271. 26


Primjena „CMT“ procesa pri navarivanju cijevnih zidova Božo Despotović , Vedran Rajković Đuro Đaković, Termoenergetska Termoenergetska postrojenja d.o.o.,

Slavonski Slavonski brod

Sažetak U radu se daju d aju osnove “CMT” “CMT” procesa pro cesa koji se primjenjuje pr imjenjuje za navarivanje cijevnih zidova na n a robotskoj stanici za za navarivanje. Navodi se primjer programiranja, vođenja, kontrole i praćenja procesa. “CMT” je novi „hladni“ proces u tehnologiji zavarivanja. Karakteriziraju ga velike brzine zavarivanja, međusobno zavarivanje CrNi čelika kao i navarivanje n avarivanje Ni legura legura (Types ( Types 625). 625).

1. UVOD Razvojem kotlovskih postrojenja i sve većom potražnjom za kotlovima koji k oji se lože na otpad („waste to energy“) došlo je i do povećanih zahtjeva zahtjeva pri p ri proizvodnji istih. Tako je jedan od projekata pro jekata imao vrlo strog tehnološki zahtjev zahtjev za navarivanje cijevnih zidova (manje od 5%Fe na debljini od 0,5mm) zbog čega je došlo do promjene tehnologije i opreme za zavarivanje. Dosadašnji Froniusovi izvora za zavarivanje su promjenjeni sa klasičnih TPS5000R na (za sada) najvišu tehnološku moguću razinu CMT 5000. Zbog svih tih promjena u opremi i tehnologiji uzrade bilo je potrebno povećati opsege praćenja i mjerenja procesa i proizvoda kako bi finalni proizvod imao tražene karakteristike. 2. CMT PROCE PR OCESS CMT („Cold M etal Transfer“) je proces kod kojeg je fokus baziran na smanjenom unosu topline što rezultira manjom deformacijom osnovnog materijala, većom preciznošću kao i mogućnostima da se zavaruju vrlo tanki limovi. Izvor radi na principu kontrole kratkog luka putem njegovog kontinuiranog prekidanja. Prekidanje se izvodi slanjem digitalnog signala u motorizi motor izirani rani gorionik gorion ik (Robacta drive CMT) CMT) svaki svak i puta kada dodatni materijal (DM) napravi kratki spoj sa osnovnim materijalom (OM). Signal šalje naredbu prekidanja struje za zavarivanje i povlačenja DM iz rastaljene kupke. Pomak naprijed – natrag događa se i do 70 puta u jednoj sekundi, pri tome dolazi do izmjene hladno – toplo – hladno – toplih intervala koji su srž ovog procesa. Prekidanjem el. luka odnosno dodavanje i oduzimanje žice pri kontaktu daje veliku stabilnost procesu i kontrolirano odvajanje kapljica pri zavarivanju (Slika 1.).

Slika 1. Faze Fa ze CMT paljenja-gašenja el. luka [1] [1]

1. Gorenje električnog luka - dodatni materijal se kreće prema osnovnom o snovnom materijalu 2. Dodatni materijal se tali i stvara rastaljenu kupku. k upku. Struja zavarivanje se smanjuje. 3. El. motor povlači dodatni materijal unatrag i odvaja žicu iz kupk e 4. Dolazi do potpunog prekida el.luka, postupak se ponavlja od početka.

27


3. CMT OPREMA OPREMA ZA NAVARIVANJE NAVARIVANJ E NA ROBOTSKOJ LINIJI LINIJI

6. Kompenzator

3.Robotsko kućište

7.Odmotač

5. Push-pull i brener 4. VR7000 2. RCU5000 1. TPS T PS 5000

Slika 2. CMT oprema

1. TPS 5000 - CMT izvor za zavarivanje - digit d igitalizirani alizirani izvor napajanja 2. RCU 5000 – daljinsko - kontrolna jedinica za upravljanje 3. Robotsko kućište 4. VR 7000 - digitalno kontrolirani dodavač žice 5.Push - pull motorizirani gorionik za zavarivanje – Robacta drive CMT (Slika 3, 4) 6.Kompenzator povrata žice - stvara zalihu dodatnog materijala pri povratu žice žice 7. Odmotač velikog koluta (do 300kg) dodatnog dod atnog materijala. materijala.

4. PROGRAMIRANJE 4.1 Programiranje CMT izvora izvora Prije samog programiranja izvora za zavarivanje moramo imati na umu zadovoljavanje određenih uvijeta, kao što su debljina navarenog sloja min. 2mm, sadržaj željeza na navarenoj povšini max. 5%. Pri programiranju izvora za zavarivanje prvotno izabiremo program ( Job nr.) kojim zavarujemo, zatim mu dodajemo ostale postavke (vrsta i promjer DM, te vrsta zaštitnog plina) (Slika 5).

Slika 5. Programiranje CMT izvora 28


4.2 Programiranje robota Pri programiranju robota imamo dvije opcije programiranja, pomoću modularnog programa u koji se unose potrebni parametri za navarivanje i offline programiranja na računalu koji se potom prenosi na robotsku liniju. 4.2.1 Modularno programiranje programiranje Prva opcija je pomo ću postojećeg modularnog programa na robotskoj liniji, kojim možemo navarivati samo panele ravnih početaka i završetaka dužine 4000 – 12000mm kojima se navaruje cjelokupna površina. Nakon postavljanja radnog stola i odabira automatskog režima rada potrebo je unijeti  arameter kojima će robotska stanica sama odrediti početne i završne točke navarivanja navarivanja (Slika 6,7). 6,7). 1 5

10 11 14 4

1

9

16 8

1 3 7 1 2 6 3

2

5

Cooling fluid 20-25°C

Slika 6. Redoslijed gusjenica koje navarujemo [2] [2]

Slika 7. Smjer i visina visina gorionika pri navarivanju [2] [2]

4.2.2 ProVi P roViss programiranje pro gramiranje Druga opcija programiranja je pomoću offline grafičkog ProVis programa na računalu. Postavljen nam je grafički model robotske linije. Potrebno je izraditi 3D model panela traženih dimenzija i postaviti ga u radno podru č je postojećeg modela robotske linije. Pomoću referentnih točaka dovodimo robota u željeni položaj i programiramo svaku početnu i završnu točku samo jednim klikom miša (Slika 8.).

Slika 8. ProVis Pro Vis programiranje programiranje 29


5. VOĐENJE, KONTROLA I PRAĆENJE EFIKASNOSTI PROCESA Pod vođenjem, kontrolom i praćenjem efikasnosti procesa smatramo: - kontrolu i vođenje procesa tijekom samog procesa navarivanja navar ivanja cijevnog zida, pomoću programa i kamere - pra ćenje efikasnosti procesa tijekom i nakon izvršenog navarivanja zida. 5.1 Kontrola i vođenje procesa pomoću programa (tijekom (tijekom navarivanja na varivanja cijevnog zida) Za vođenje i kontrolu procesa za vrijeme navarivanja potreban nam je program pomoću kojeg imamo mogućnost korekcije putanje u smjeru zavarivanja osi ±X (Slika 9). Operater tijekom navarivanja prati smjer i redoslijed navarivanja i vrši korekcije u putanji robota kao i širinu (Amplitude) i brzinu oscilacije (Frequecy) robotskog zavarivanja.

Vođ enje enje procesa pomoću programa

Slika 9. Vođ enje enje i kontrola kont rola procesa pomoću programa

5.2 Kontrola procesa pomo ću kamere (tij (t ijekom ekom navari na varivanja vanja cijevnog c ijevnog zida) Kod kontrole procesa tijekom navarivanja pomoću kamere, kamera određuje visinu pištolja tijekom zavarivanja i drži konstantnu visinu luka prateći deformacije na panelu u smjeru osi ± Z. Vrijednost koju kamera očitava se unosi izravno u program kojim navarujemo. (Slika 10.).

Kontrola procesa pomoću kamere

Slika 10. Kontrola procesa pomoću kamere

5.3

Praćenje efikasnosti procesa (tijekom i nakon navarivanja cijevnog zida) 30


Pod praćenje efikasnosti procesa tijekom i nakon navarivanja smatra se praćenje, bilješke i analizu problema (pojava poroznosti na površini navara, nedostatak debljine navarene površine) tijekom samog procesa navarivanja i dodatne izmjene u programiranju, vođenju procesa i kontroli nakon izvršenog navarivanja (Slika11).

Slika 11. Praćenje efikasnosti procesa p rocesa na robotskoj liniji[3] liniji[3]

6. MJERENJE VARIJABLI I USPOREDBA TPS/CMT PROCESA Zbog vrlo strogih zahtjeva od strane kupca (manje od 5% Fe na deblji d ebljini ni navara navar a od 0,5mm) bilo je potrebno napraviti niz mjerenja kako bi potvrdili potv rdili dali je implementirana tehnologija (CMT (CMT + kamera sistem vođenja) dala željene rezult r ezultate. ate. Kao referentne vrijednosti vr ijednosti imali smo mjerenja koja smo vršili sa „starom“ tehnologijom tj. sa TPS5000R, TPS5000R, gdje se u dijagramu vidi kako već pri debljini sloja od 1,5mm dolazi dolazi do prekoračenja dopuštene granice Fe od 5%. Površine navarene CMT CMT tehnologijom tehnolo gijom su tretirane (glodane) do debljine od 0,5mm i pri tome vrijednosti Fe su konstantno bile ispod 5% (Dijagram (Dijagram 1.). Tako je za finskog naručitelja itelja CMT tehnologijom tehn ologijom navareno svih sv ih 292m 292m2 cijevnih panela koji su svojom kvalitetom i karakteristikama k arakteristikama u potpunosti zadovoljili visoko postavljene po stavljene kriterije.

31


Dijagram 1.

7. ZAKLJUČAK CMT proces ima velikih prednosti naspram konvencionalnih izvora za zavarivanje (velika brzina zavarivanja, stabilnost el. luka, zavarivanje bez prskotina). Ipak kao glavna prednost je kontroliran i smanjen unos topline što rezultira smanjenim deformacijama kao i manjom penetracijom u osnovni materijal što u konačnici donosi smanjeni sadržajem željeza na površini navara u našem slučaju. 8. LITERATURA [1] http://www.scribd.com/doc/26544439/Davor-Kolar-Cold-Metal-Transfer http://www.scribd.com/doc/26544439/Davor-Kolar-Cold-Metal-Transfer,, http://milexdoo.com/FRONIUS_CMT.html(20.5.2011) http://milexdoo.com/FRONIUS_CMT.html (20.5.2011) [2] ĐĐTEP Uputa za zavarivanje (WPS), Slavonski Brod, 2010. [3] ĐĐTEP Praćenje rada operatera op eratera na robotskoj liniji, Slavonski Brod, 2011.

32


Kemppi - dodatna programska oprema – posebne rešitve Renato Pahor VIRS d.o.o. Industrijska ulica 4B, 4 B, 9220 Lendava Lendava

Povzetek V prispevku prispevku so na n a kratek in nazoren na čin prikazane različne aplikacije talilnih postopkov postop kov varjenja, varjenja, ki so praviloma tudi mehanizi mehan izirane, rane, avtomatizirane ali/in robotizira robo tizirane. ne.

1. UVOD Predstavljene aplikacije so razvrščene po smiselnem vrstnem redu in zajemajo zajemajo široko širo ko paleto razl r azliičnih področij, tako po vrsti osnovnih materialov, velikosti in namembnosti in uporabljenih tehnologij varjenja. Skupna značilnost prikazanih p rikazanih aplikacij je v tem, da so v pretežni meri bili pri v arjenju uporabljene varilne naprave, ki jih proizvaja finsko podjetji Kempii in v Sloveniji trži podjetje Virs, d.o.o. iz Lendave. Lendave. 2. KEMPPI WISEFUSION – MODIFICIRANI OBLOK OB LOK ZA ZA AVTOMATSKO DETEKCIJO D ETEKCIJO VIŠINE OBLOKA (PRI PULZNEM VARJENJU VARJENJU S PRŠEČIM OBLOKOM) Prednosti • • • •

Avtomatska regulacija višine obloka ob loka pri pulznem MIG/MAG MIG/MAG varjenju var jenju Odličen nadzor varka pri pulznem varjenju v prisilnih legah Ozek in energijsko zgoščen oblok Izboljšana kakovost zvara in lepši vizualni izgled

Ozek in energijsko zgoš č en oblok (slika a.) v primerjavi s klasič nim nim č en pulznim zvarom (slika b.)

WiseFusion ustvarja in vzdržuje optimalno kratkostično karakteristiko karakteristiko pri MIG/MAG MIG/MAG varjenju s pulznim in pršečim oblokom. Vzdržuje optimalno kratek oblok tako pri ročnem (WiseFusion) kot pri avtomatiziranem (WiseFusion - A) in na tak način zagotavlja konsistentno kakovost zvara v vseh pozicijah. Zaradi avtomatske regulacije višine obloka odpade potreba po nastavljanju varilnih parametrov glede na pozicijo varjenja ali vrsto zvara. WiseFusion je opcijska funkcija za Kemppi Kemppi FastM Fast Mig Pulse in KempArc Pulse varilne naprave.

33


Zvarni spoj aluminija: WiseFusion (levo) in klasič ni ni pulz (desno)

Kemppi WiseFusion - primeri uporabe Proizvodnja plovil iz aluminija – Pri varjenju visoko kakovostnih hitrih plovil iz aluminija se zahteva izkušen varilec. Zagotavljanje visoke kakovosti aluminijevih zvarnih spojev je tukaj obvezno in Kemppi Wisefusion je za takšno aplikacijo nepogrešljiv pripomoček. Pulzno varjenje aluminija v prisilnih legah in še težko dostopno zvarno mesto zahtevata izkušenost varilca, saj je za kvalitetno varjenje potrebno zagotavljati zagotavljati optimalno dolžino obloka v spremenljivih spremenljivih razmerah. V takih primerih je uporaba WiseFusion zelo veliko olajšanje, saj je dolžina obloka vedno optimalna, ne glede na pozicijo varjenja in spremenljive okoliščine.

Buster proizvodnja plovil plovil iz aluminija 3. KEMPPI WISEPENETRATION – FUNKCIJA ZA ZAGOTAVLJANJE ZAGOTAVLJANJE KONSTANTNE KON STANTNE PREVARITVE Prednosti • • • •

Boljša kakovost zvara – bistveno zmanjša tveganje nastajanja zlepov in nezadostne prevaritve Zaradi manjšega števila napak zvarnih spojev zmanjša stroške popravila Zmanjša potreba po nastavljanju varilnih parametrov – enostavna uporaba in vpeljava v proizvodnjo Primeren za uporabo z dolgimi in kratkimi kabli (vmesnimi cevnimi paketi, priključnimi kabli, gorilniki,…)

WisePenetration zagotavlja konstantno varilno moč , ne glede na pozicijo varjenja ali dolžino prostega konca žice med gorilnikom in varjencem. Primeren je za ročno (WisePenetration) in avtomatizirano (WisePenetration (WisePenetration – A) varjenje. WisePenetration WisePenetration reši r eši težave, težave, ki k i jih pozna po zna vsak varilec. Varilna moč pri MIG/MAG varjenju se spreminja s spreminjanjem položaja gorilnika glede na varjenec. Temu se je v veliko primerih težko ali nemogoče izogniti (npr. težko dostopno mesto, zahtevna pozicija varjenja, ozke reže,…). Tovrstna odstopanja prostega konca žice od varjenca se v praksi kažejo v zlepih, nezadostni ali nekonsistentni prevaritvi in seveda seved a obrizgih. obrizgih. 34


Prosti konec žice

Klasično

WisePenetrati Kemppi WisePenetration kompenzira spreminjanje dolžine prostega konca žice in zagotavlja zagotavlja boljšo kakovost zvara

Programska rešitev Kemppi WisePenetration rešuje omenjene težave in pomanjkljivosti ter zmanjšuje potrebo po popravilih in dodatnem čiščenju zvarnih spojev po varjenju. Kot opcija je na voljo za vse Kemppi FastMig Synergic in FastMig Pulse varilne naprave za ročno varjenje in Kemppi Kemparc Synergic in Kemparc Pulse naprave za avtomatizirano delo. WiseFusion opcija se lahko namesti tudi na starejše Kemmppi FastMig Synergic varilne naprave. Vpeljava v proizvodnjo in uporaba sta enostavna. Boljša kakovost zvara, manj varilskih napak, nižji stroški, enostavna uporaba in uvajanje v proizvodnjo proizvodn jo so vsekakor argumenti, vredni, da jih spoznamo pobliže. pobliže. WisePenetration je izdelan tako, da deluje tako s kratkimi kot tudi dolgimi poveznimi cevnimi paketi med varilnim izvorom in podajalno napravo. Torej je vseeno v seeno ali delate na delovni mizi mizi ali z dislocirano podajalno napravo, je kakovost zvara z WisePenetration WisePenetration vedno zagotovljena zagotovljena in konsistentna. Kemppi WisePenetration – primeri uporabe Aker Solutions Verdal – Norveška. Specializiran Specializiran proizvajalec velikih in težkih težkih konstrukcij k onstrukcij z visoko zahtevo po kakovosti zvarnih spojev. Podjetje je že prej uporabljalo Kemppi WiseRoot modificirani oblok za pripravo korenskih zvarov na 30 FastMig FastMig Synergic varilnih napravah. Po preizkusu WisePenetration rešitve so se vsi varilni inženirji strinjali s »komercialnimi in pomembnimi kakovostnimi k akovostnimi prednostmi« aplikacije aplikacije v njihovi n jihovi proizvodnji. Slika prikazuje tipični Aker Verdal projekt, pr ojekt, ki je istočasno izziv izziv za njihov varilni tim.

Multibrid M5000 Konstrukcija Konstrukcija vetrne elektrarne. Masa: 700t, Material: Material: S355, Premer osrednje osrednje cevi: 40006000mm,Premer pomožnih cevi: 2000-4500mm, Debelina stene osrednje nosilne cevi: 90mm, Debelina stene pomožnih cevi: 30-40mm 35


4. KEMPPI WISEROOT WISEROOT – SKUPINA MODIFICIRANIH OBLOKOV ZA ZA PRIPRAVO KORENSKIH ZVAROV ZA NELEGIRANO IN LEGIRANO JEKLO. Prednosti h itrejši postopek od TIG varjenja • Tri krat hitrejši • Enostavno priučevanje in uporaba • Manjši stroški sekundarnih popravil • Omogo ča velike tolerance glede širine reže • Ni potrebe po podložnih letvah, keramiki, obročih,… • Zagotavlja kakovosten korenski zvar • Zmanjša volumen spoja spoja pri pr i debelih materialih WiseRoot WiseRoot je je zelo učinkovit, izjemen izjemen modificiran mo dificiran »hladen« varilni oblok za postopek ro čnega (WiiseRoot) ali avtomatiziranega avtom atiziranega (WiseRoot – A) varjenja korena. WiseRoot WiseRoot omogo om ogoča varjenje korena tudi kadar k adar priprava material za varjenje korena ni optimalna, oziroma je širina r eže spremenljiva. WiseRoot WiseRoot je tri krat k rat hitrejši postopek od alternativnega TIG varjenja korena. Postopek je enostaven za priučevanje in uporabo. Kemppi WiseRoot WiseRoot ni konvencionalni MIG postopek, ampak verificirana rešitev za pripravo korenskega zvara. WiseRoot rešitev. rešitev. Enostavna uporaba, zanesljiv in hiter postopek.

WiseRo WiseRoot ot – primer uporabe 1 Deutsche Bahn Bahn je po številnih postopkih preizkušanj preizkušanj odobril WiseRoot postopek za proizvodnjo in vzdrže v zdrževanje vanje tirnih vozil.

Tipič ni ni primer aplikacije WiseRoot – potrjeno pri Deutsche Bahn | Deutsche Bahn ICE vlak

WiseRo WiseRoot ot – primer uporabe 2 Hollming Works Work s Oy Pori proizvaja Rolls-Royce motorje, katerih jekleno ohišje ima zelo visoke kakovostne zahteve. Mr Ari Ahto, varilni inženir pri Hollming Works, opisuje implementacijo WiseRoot postopka v proizvodnjo kot pomemben korak kor ak pri razvoju njihovih varilnih tehnologij. Ari Ahto pravi« Za nas predstavlja WiseRoot veliko prednost predvsem tam, kjer je potrebno zaviriti koren na zahtevnih in zelo težkih mestih. To so korenski zvari, narejeni v notranjosti strukture. Na Na teh mestih smo doslej uporabljali tradicionalne keramične podložne letve za podporo korena. Čas in stroške, ki smo jih prihranili z vpeljavo WiseRoot, WiseRoot, lahko neposredno n eposredno izmerimo«. izmerimo«. Ahto dodaja:« Ena od presenetljivih ugotovitev je bila brezhibnost zvarov. Velika Velika večina izdelkov, katerih koren je bil zavarjen s pomoč jo WiseRoot rešitve, je bila pregledanih in v korenskih zvarih ni bilo nobene napake! Varilci so potrebovali malo priučevanja.« Zadovoljstvo Holming Holming Works z WiseRoot WiseRoot je bilo tolikšno, da podjetje kar naprej išče nove možnosti uporabe omenjene rešitve v svoji proizvodnji.

36


Vodja proizvodnje, Pekka Suomi (levo) v podjetju Hollming Works in vodja prodaje Kalevi Koivusalo v podjetju Kemppikoneet preverjata korenski zvar, narejen s pomo č jo Kemppi Kemppi WiseRoot postopka. Naftne ploš č čadi adi lahko imajo tudi do 5 satelitsko krmiljenih pogonskih motorjev, ki vzdržujejo položaj naftne ploš č a di. Kakovost zvarnih spojev je zelo pomembna. p omembna. čadi.

5.

KEMPPI WISETHIN WISETHIN – SKUPINA MODIFICIRANIH OBLOKOV ZA VARJENJE TANKE PLOČEVINE IZ NELEGIRANEGA IN LEGIRANEGA JEKLA Prednosti • Zmanjša obrizge pri varjenju vseh v seh kovin, tudi pocinkane pločevine • Zagotavlja 10-25% manjši vnos toplote kot konvencionalni MIG/MAG postopek in tako zmanjša možnost deformacij po varjenju • Odlična kontrola varka tudi pri spremenljivi kakovosti varjencev (nekonsistentna priprava polizdelkov) • Bistveno manj sekundarne obdelave obdelave varjencev v arjencev • Več ja hitrost varjenja WiseThin je modificiran oblok za ročno (WiseThin) in avtomatizirano (WiseThin – A) varjenje tankih pločevin. Tipični primeri uporabe so proizvodnja izdelkov iz tanke pločevine iz nelegiranega in legiranega jekla, vključno z avtomobilsko industrijo.

V avtomobilski industriji se uporablja pretežno pocinkana ploč evina, evina, katere varjenje po klasič nem nem postopku je zahtevno in težko.

Kemppi WiseThin WiseThin – primeri uporabe Ensto Enclosures and Components group, Ensto Control, je za povečanje kakovosti in produktivnosti varjenja robov svojih izdelkov iz tanke pločevine v svojo proizvodnjo vpeljalo WiseThin rešitev.

37


Partti, vodja kakovosti v podjetju Ensto group pravi: »Proizvedemo več 100.000 ohišij letno, predvsem za ameriško in japonsko japonsko tržišče. Kakovost in produktivnost sta za nas zelo pomembna. Še več – stroški z WiseThin postopkom so manjši v primerjavi z drugimi postopki.

Partti, vodja kakovosti v podjetju Ensto Ensto group je zadovoljen z rezultati WiseThin postopka.

Ensto group komponente dosegajo višjo produktivnost p roduktivnost in kakovost z implementacijo WiseThin rešitve.

LITERATURA 1. www.kemppi.com

38


Namizni stroj za uporovno to čkovno varjenje Milan Skubin*, Daniel Skubin*, Skubin*, Egon Kariž*, Anja Anja Sterle*, Ivan Polajnar** Polajnar** * Variom, proizvodnja in svetovanje, d.o.o., Partizanska cesta 82, 6210 Sežana ** Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo, stroj ništvo, Aškerčeva 6, 1000 Ljubljana

Povzetek V prispevku so preds p redstavljeni tavljeni rezultati prve p rve faze razvoja stroja za uporovno to č kovno kovno varjenje. V okviru te faze so bili izdelani na č rti rti za modulno gradnjo namiznih stroje, ki bi se razlikovali po zunanjih gabaritih in nazivnih mo č eh. eh. Narejen bi bil prototip, ki se ga lahko vidi na sejmu Varjenje in rezanje v Celju, na razstavnem prostoru Društva za varilno varilno tehn t ehniko iko Ljubljana.

1. UVOD V letu 2011 je podjetje Variom, d.o.o. pripravilo projekt Razvoj inovativnega uporovno to čkovnega stroja. Izdelovali bomo profesionalne varilne aparate, katerih cilj je ustvarjanje dodatne vrednosti za posamezne stranke v smislu kakovosti in konkurence. Trudili se bomo razvijati uporabniku čim bolj prijazne varilne aparate, pri čemer se bomo osredotočali na porabo energije, ergonomijo, okolje ter izvajanje servisnih servisnih del de l za celotno življenjsko dobo do bo varilnega varilnega aparata. Pri vzpostavitvi proizvodnje bomo upoštevali tudi zahteve direktive EU o omejevanju uporabe nevarnih snovi (RoHS) glede proizvodnje brez nekaterih nevarnih snovi, kot so svinec, živo srebro in kadmij. S tem projektom se je podjetje Variom v sodelovanju z Fakulteto za strojništvo, Ljubljana prijavilo na Javni razpis za sofinanciranje zagona podjetij v subjektih inovativnega okolja, ki ga vsako leto razpisuje Slovenski podjetniški sklad. Na ta na čin smo za prvo fazo razvoja projekta prejeli 11.902,10 EUR. 2. INOVATIVNI VARILNI STROJI

Prednosti načrtovanih inovativnih inovativnih uporovnih upo rovnih varilnih strojev: - Osnovna varilna enota je uporabna upo rabna kot samostojni namizni varilni stroj, - Enoto je mogo če vgraditi vgraditi na varilni stroj za splošno sp lošno uporabo ali za posebne namene, - Več varilnih enot – enakih ali podobnih, lahko sestavimo v zahtevnejši varilni stroj z ve č varilnimi mesti, - Varilni transformator je lahko sestavni del varilne enote, lahko pa je lo čen in povezan samo z el. vodniki, - Več varilnih enot lahko napaja en sam transformator, transfo rmator, - Varilne enote z lo čenim transformatorjem zavzemajo manj prostora in jih je tudi lažje premeščati pri nastavljanju nastavljanju stroja, da vari na predvidenih mestih, - Na željo naro čnika je mogo če obliko in funkcijo varilne enote prilagoditi potrebam, pot rebam, - Zaradi specifičnosti sestave ohišja varilne enote in razli čnih možnosti priklopa na transformator, ter uporabe upo rabe standardnih standardnih podsklopov, bodo dobavni roki krajši, - Zač etniki proizvodnje varjenih izdelkov, bodo lahko najemala naše varilne naprave, s katerimi je mogo če proizvodnjo zagnati, naknadno pa lahko zanje izdelamo ustrezne stroje za namensko proizvodnjo. Ob tem lahko sodelujemo pri na črtovanju tehnologije proizvodnje. Po lastnih konstrukcijah in delavniških risbah smo izdelali prototip prve generacije namiznega stroja (glej slika 1) z naslednjimi tehni čnimi karakteristikami: • priklju čno napetost: napetost: 380 V • nazivno nazivno mo m o č, pri 50% intermitenci: 25kVA • nazivni nazivni primarni p rimarni tok: 60A • dimenzije priklju čnega kabla: 250 mm2 39


• • • • • • • •

dovod zraka: zraka: φ8/ φ 6 dovod vode: 1/8'' zunanje dimenzi d imenzije je stroja: namizni: 630x350x150, 630x350x150, s podstavkom: po dstavkom: 1490x610x400 1490x610x400 masa stroja: namizni brez transformatorja: transformato rja: 32 kg, s podstavkom po dstavkom brez transformatorja: 78 kg delovna globina razmak elektrod: 150 (155), razm.el do 140 največ ja pritisna sila na elektrodah: 2000 2000 N, z novim cilindrom 2400 2400 N kratkostična vrednost jakosti toka: 5 kA maksimalne maksimalne debeline varjencev: 2+2

Slika 1: 1 : Naris in stranski stranski ris prototipa namiznega stroja VA-1

Konstrukcija (montažne oziroma posameznih varjenih delov v enem segmentu konstrukcije) z bistveno zmanjšanimi gabariti zunanjih mer, vendar z ohranjeno togostjo ter stabilnostjo njenih podsestavov in predvsem nosilnih nosilnih delov, bo izdelana iz kombinacije železnih železnih in aluminijastih delov in bo s svojo poenostavljenostjo v izdelavi znatno cenejša in dostopnejša od dosedanjih izvedb, ki obstajajo na trgu. Stroj lahko ve čamo ali manjšamo z odvzemom ali dodajanjem dolo čenih delov sestavljive sestavljive konstrukcije. Opisane novosti bodo omogo čile ile časovno hitro izdelavo stroja z bistveno zmanjšano težo, majhnimi zunanjimi gabariti, s tem sprejemljivo ceno, v nezanemarljivi zmanjšani porabi elektri čne energije (za 30% zmanjšana mo č transformatorjev in tudi njihovo število v stroju) , kar omogo ča novi patent funkcije cilindrov. V tej fazi bo potekal tudi razvoj krmilnika, ki ga bomo speljevali s pomoč jo Fakultete za strojništvo iz Ljublj L jubljane. ane. Tak uporovni varilni stroj bo naro čnik dobil bistveno hitreje in bistveno ceneje. Po naših izkušnjah in ne nazadnje raziskavah po tržnih potrebah navedenih aparatov je to za potencial po tencialne ne kupce bistvenega bistvenega pomena. pomen a. 3. PRE PR EDNOSTI PODJETJA VARIOM, PROIZVODNJ PROIZVODNJA A IN SVETOVANJE, D.O.O.:

Inovativnost in mednarodni patenti Izdelki našega podjetja bodo izklju čno plod lastnega znanja, razvoja in designa. Ker imamo v teamu inovatorja, načrtujemo, da bomo skozi razvoj ponudbe patentirali kar nekaj izboljšav, kar je mo čna referenca referenca pri pogajanju po gajanju s kupci in pa p a velika konkuren čna prednost!

40


Specializacija Smo ozko specializirani, s č imer bomo svojim kupcem zagotavljali visoko strokovnost in uporabo najnovejših najnovejših rešitev. reš itev. Vrhunsko svetovanj s vetovanjee Dolgoletne izkušnje našega teama, visok nivo znanja in usmerjenost h kupcu so jamstvo, da bomo kupcem znali zelo dobro svetovati pri izbiri pravih izdelkov in proizvesti izdelke v skladu z njihovimi potrebami. Visok nivo kvalitete Kakovost je stopnja kjer zna čilnosti izdelka ali storitve izpolnjujejo zahteve, pri čakovanja in potrebe odjemalca. Biti inovativen in prilagodljiv, ponuditi pon uditi partnerju partnerju ve č kot pričakuje, dobavljati izdelek brez napak in natan čno v skladu z dolo čenimi časovnimi presledki, ponuditi servis ter globalizirati poslovanje, so zahteve modernega poslovanja proizvodnih podjeti po djetijj in osnova sistema kakovosti. Skrbno izbrani dobavitelji in ostali poslovni partnerji, nam bodo omogo čali izdelavo strojev iz najboljših materialov. Visok nivo znanja, ki ga premore naš team, pa je dodatno zagotovilo za to, da bodo naši izdelki vrhunske kvalitete. Ker je proizvodnja varilnih in drugih strojev iz našega asortimenta podvržena strogim doma čim in evropskim predpisom in direktivam, smo zavezani pri načrtovanju in proizvodnji upoštevati upošt evati tudi ta vidik! Oba solastnika podjetja imata izkušnje iz uvajanja sistema »ni č napak – zero difects«, kar se bo po zagonu proizvodnje tudi vpeljalo in zahtevalo od zaposleni zapos lenih. h. Kakovost pa ni opredeljena le z zna čilnostmi izdelka, časovnimi roki izdelave in dobave, temve č je kakovost tudi vodenje ljudi, skrb za dobavitelje in poslovne partnerje, skrb za kupce ter ne nazadnje tudi odnos do okolja. Družbeno odgovornos odgovornostt podjetja K družbeno odgovornemu ravnanju podjetij sodijo med drugim vprašanja varnosti in razli čnosti na delovnem mestu, inovativno upravljanje zdravja zaposlenih, izobraževanje in vseživljenjsko učenje v podjetjih ter obravnava obravnava okoljskih vprašanj. vprašan j. Po navedbah Evropske komisije je družbena odgovornost podjetij “koncept, po katerem podjetja v svoje poslovno delovanje in svoje odnose z zainteresiranimi udeleženci prostovoljno vklju čujejo družbeno in okoljsko skrb.” Družbeno odgovorno ravnanje podjetja izboljšuje delovne razmere za zaposlene, pove čuje njihovo zadovoljstvo, omogo ča nove poslovne priložnosti in dolgoro čno poziti po zitivno vno vpliva na uspešnost usp ešnost podjetja s hkratnim pozitivnim vplivom na družbo kot celoto. Podjetje, ki posluje v duhu družbene odgovornosti, s skrbjo za okoljsko problematiko v samem podjetju ter s sponzoriranjem in podpiranjem okoljskih okoljskih projektov posluje po sluje tudi v duhu trajnostnega razvoja. razvoja. V podjetju si bomo v prihodnosti prizadevali za družbeno odgovorno podjetništvo in sledili družbeno odgovornim ciljem. Fleksibilnost v proizvodnji proizvodnji in odnosu do poslovnih partnerjev Na trgu trgu bomo poznani kot izjemno izjemno fleksibilen poslovni partner, ki se neprestano trudi prilagoditi potrebam in željam svojih kupcev ne glede na to ali naro čajo izdelke serijske proizvodnje ali izdelek po naročilu. Specializirani bomo tudi za svetovanje in izdelavo strojev za podjetnike za č etnike oziroma za tista podjetja, ki potrebujejo stroje v kratkem času, saj bo izdelava in dobava naših strojev mogo č a v tednu dni, kar je vsekakor prednost pred konkurenti, ki izdelujejo lastne ali dobavljajo varilne stroje tujih proizvajalcev. Seveda bodo svetovanje, projektiranje in fleksibilnost proizvodov tudi komponente komp onente ponudbe za vse ostale kupce Fleksibilnost proizvodov je mišljena na na čin, ki smo ga v poslovnem na črtu že večkrat omenili. Naši stroji bodo ob izdelavi izdelka “po naro čilu” zadovoljevali trenutne potrebe odjemalca. Vsak stroj bo mogo če v kateremkoli trenutku prilagoditi, nadgraditi ali posodobiti, kar predstavlja za kupca 41


neprecenljivo vrednost, saj na ta na čin izjemno ekonomično nadgrajuje svoj proizvodni proces s tem, da mu ni potrebno nabavljati nabavljati vedno novih n ovih aparatov!

Kratek odzivni čas Kupcem bomo na voljo za dodatna svetovanja, poprodajne storitve kot so pomo č pri uporabi, servis in optimizacijo dela z uporabo strojev iz naše ponudbe. Poleg vseh navedenih prednosti pa tržne prednost podjetja temeljijo še na lastnostih proizvodov , ki jih bo podjetje izdelovalo, na lokaciji podjetja in ciljnih kupcih, geografskih in meteoroloških značilnostih okolja, investiranju kupcev , na kadrovskih in izkustvenih potencialih ter ostalem. os talem. 4. ZAKLJUČEK

Podjetje se bo, po zaklju čku projekta: Razvoj inovativnega uporovno to čkovnega stroja, ukvarjalo s trženjem in distribucijo industrijske opreme – inovativnih varilnih strojev, pnevmatskih preš in pnevmatskih cilindrov ter s projektiranjem in inženiringom za kon čne odjemalce. Z lastnim servisom opreme, ki jo bomo tržili in distribuirali bomo zagotavljali strokovne in kvalitetne storitve, redne servise, vzdrževanje vzdrževanje ter oskrbo z rezervnimi deli. Naše stroje bo mogo če tudi najeti.

ZAHVALA ZAHVALA Avtorji se ob tej priložnosti priložnosti zahvaljujejo Slovenskemu podjetniškemu podjetniškemu skladu, ki je s skromnimi a za podjetje Variom, d.o.o. d.o.o. pomembnimi finan č nimi nimi sredstvi podprlo realizacijo zastavljenega projekta.

LITERATURA

1. Welding handbook 8th edition. Vol.1 - Welding Technology, Techno logy, Ch. 17. American American Welding Society, Miami USA, 1987. 2. Manfred Krause. Widerstandspreÿschweiÿen. Deutscher Verlag fur Schweiÿtechnik DVSVerlag GmbH., Düsseldorf, 1993. 3. Merkblatt 2902 Teil 1. Widerstandspreÿschweiÿen von Stählen bis 3mm Einzeldicke Verfahren und Grundlagen. Deutscher Verband für Schweiÿtechnik Schweiÿtechnik DVSVerlag DVSVerlag GmbH., Januar 1977. 1977. 4. DVS DVS Merkblatt 2902 Teil 3. Widerstandspreÿschwei Widerstandspr eÿschweiÿen ÿen von Stählen bis 3mm Einzeldicke Konstruktion und Berechnung. Deutscher Verband für Schweiÿtechnik DVSVerlag DVSVerlag GmbH Gmb H., December 1977. 5. V Tiwari, M A Sutton, and S R McNeill. Assessment of high speed imaging systems for 2d and 3d deformation measurements: Methodology development and validation. Experimental Mechanics, 47(4):561579, 2007. 6. L. Kuščer, I. Polajnar, and J. Diaci. A method for measuring displacement and deformation of electrodes during resistance spot welding. w elding. Measurement Science and Technology, 22(6), 2001. 7. P. Podržaj, I. Polajnar, J. Diaci, and Z. Kariº. Estimating the strength of resistance spot welds based on sonic emission. Sci. Technol. Weld. Join., 10:399, 405, 405, 2005. 2 005.

Lokacija podjet podjetja ja Podjetje Variom d.o.o. je član podjetniškega inkubatorja v Sežani.

42


Aplikacija industrijskih robota u procesu zavarivanja na kontinentu Azija/Australija Isak Karabegović , Edina Karabegović Tehnički fakultet Bihać, dr. Irfana Ljubijankića, 77 000 Bihać, Bosna i Hercegovina

Sažetak U radu je analizirana godišnja i ukupna primjena industrijskih industrijskih robota na kontinentu Azija/Austra Azija/Australia lia u periodu periodu od 2005 do 2010 godine u svim podru č jima primjene. Prikazana je godišnja primjena industrijski robota u Svijetu od 1998 godine do 2010 godine. U periodo 2005 do 2008 godine nije bilo znatni razlika u godišnjoj primjeni industrijski robota, a u 2009 godini zbog financijske industrijske krize primjena robota dostigla je najnižu tač ku ku u posljednji 13 godina.Izvršena je analiza godišnje primjene primjene industrijski robota u procesu procesu zavarivanja u Svijetu od 2005 godine do 2010 godine za slijedeće procesu zavarivanja: elektroluč no no zavarivanje, tač kasto kasto zavarivanje,lasersko zavarivanje, drugi procesi zavarivanja u koje ubrajamo. ubrajamo.ultrazvu č nog nog zavarivanja, zavarivanje plin, zavarivanje plazmom te lemljenje. Izvršena je analiza primjene industrijskih industrijskih robota u proces zavarivanja na kontinentu Azija/Australia. Došli smo do zaklju č ka ka da je na kontinentu Azija/Austral Azija/Australia ia proces zavarivanja na drugom mjestu po broju primjene industrijski robota. Proces zavarivanja je podru č ja gdje preovladava primjene industrijski rob ota, posebno u zemljama koje su glavne za proizvodnju automobila, motora i motorni vozila. O ko 77% industrijski indust rijski robota se koristi u zavarivanju, montazi i proizvodni u automobilskim postrojenja širom širom svijeta svijeta a u Azija/Australia.Zemlje Azija/Australia.Zemlje Kina, Kina, Republika Koreja Koreja ,Japan i Thiland su zemlje u kojima je je primjena industrijski robota u procesu zavarivanja najveća.

1. UVOD Proces zavarivanja nemože se zamisliti zamisliti danas bez primjene industrijskih robota. Razvojem Razvojem novi tehnologija dolazi do stalne automatizacije proizvodni procesa i njihe fleksibilnosti što dovodi do toga da funkcija industrijskog robota postaje sve zahtjevnija i složenija sa trendom povećanja primjene industrijski robota. Razvojem i korištenjem novi materijala materijala kako u svim industrijama tako i u automobilskoj industriji zahtjevaju zahtjevaju se nove proizvodne linije a to ide ka povećanju primjenu industrijski robota.Primjena robota.Primjena industrijski robota još još uvijek je najveća u automobilskoj industriji u procesu zavarivanja, ali i druge grane industrije ne zaostaju u povećanju primjene broja instaliranja robota.Roboti su idealni za poslove koji se smatraju teškim i nepogodnim za ljude i poslove koji su opasni za njihovo zdravlje a to su upravo poslovi zavarivanja. Koriste se za poslove koji se ponavljaju više puta a upravo to je proces zavarivanja gdje se traži visok kvalitet i velika produktivnost. Proces zavarivanja nezaobilazan je u automobilskoj industriji za proizvodnju karoserija automobila gdje se najviše koristi zavarivanje.Industrijski roboti se koriste za elektrolučno zavarivanje, tačkasto zavarivanje, zavarivanje laserom, lemljenje i druge vrste zavarivanja. U ovom radu vršena je analiza primjene industrijski robota u Svijetu zatim kontinentu Azija/Australia da se vidi trend primjene industrijski robota. Urađena je analiza primjene industrijski robota robota u svim vrstama zavarivanja zavarivanja u Svijetu i na kotinentu Azija/Australia. Azija/Australia. Analizirana je primjenu industrijski robota u procesu zavarivanju na kontinentu Azija/Australia i zemljama gdje je najveća primjena industrijskih robota u samom procesu zavarivanja [1,2,3,4,5,6]. [1,2,3,4,5,6]. 2. PRIMJENA INDUSTRIJSKI ROBOTA U SVIJETU I KONTINENTU AZIJA/AUSTRALIA AZIJA/AUSTRALIA Statistički podaci pod aci koji su navedeni u tabelama i dijagramima dijagramima preuzeti su od International Federation of of Robotics (IFR), podataka Ekonomske komisije pri UN za Evropu (UNECE) i Organizacije za ekonomsku kooperaciju i razvoj (OECD) [1,3,4,5,7,10,12]. Analiza je napravljena za primjeni industrijskih robota robota u proizvodn proizvodnim im procesima u Svijetu i na kontinentu Azije/Australije. Azije/Australije. Na slici 1., 1., tabeli 1. i slici 2 prikazana je primjena industrijski robota u Svijetu i po kontinentima na godišnjem i ukupnom nivou.

43


1998 1999

60.000

118.000

69.000

2000 79.000

2001 99.000

113.000

2002

78.000

2003 2004

114.000

2005

69.000 112.000

2006

81.000 97.000

120.000

2007 2008 2009 2010

Slika 1: Godišnja God išnja primjena industrijski robota u Svijetu od 1998 – 2010 godina

Azija/Australia 1998 499.000

460.000

501.000

1999 2000

453.000 447.000

515.000

2001 2002 2003 2004

424.000 498.000 417.000 479.000 482.000

443.000

427.000

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Slika 2: Ukupna U kupna primjena industrijski robota na kontinentu Aziji/Australija od 1998 – 2010 godine

Godišnja primjena industrijski robota prikazana prikazana je na slici 1. u Svijetu od 1998 godine do 2010 godine, kao što se vidi trend uspona primjene robota bio je od 1998-2000 godine, zatim trend stagnacije do 2002 godine, trend uspona sve do 2005 godine. U periodo 2005 do 2008 godine nije bilo znatni razlika u godišnjoj primjeni industrijski robota, a u 2009 2009 godini zbog financijske industrijske krize primjena robota dostigla dostigla je najnižu tačku u posljednji 13 godina. Kada je Azija/Australia u pitanju u 1998 godini primjenjeno je 460.000 jedinica a maksimalna godina primjene je bila 2008 godina sa 515.000 jedinica sa blagim padom u 2010 godini na 499.000 499 .000 jedinica ribota.

3. PRIMJENA INDUSTRIJSKI ROBOTA U PROCESU ZAVARIVANJA U tabeli 1. data je godišnja primjena industrijski robota robota u procesu zavarivanja zavarivanja u Svijetu Svijetu od 2005 2005 godine do 2010 godine za slijedeće procesu zavarivanja: elektrolučno zavarivanje, tačkasto zavarivanje, lasersko zavarivanje, drugi procesi zavarivanja u koje ubrajamo: ultrazvučnog zavarivanja, zavarivanje plin, zavarivanje plazmom te lemljenje. Tabela 1: Godišnja primjena primjena industrijski robota u procesu zavarivanja zavarivanja u Svijetu [1,2,3,4,5]

Zavarivanje: Zavar. elekto. Zavar. ta č kas. kas. Zavar. lasero. lasero. Zavar. druga Lemljenje Nedefinisano UKUPNO Σ

2005 16.994 18.886 226 210 242 2 36.567

2006 14.811 15.290 937 292 256 30.986

2007 16.481 15.499 381 483 583 33.547

2008 16.551 16.083 330 3 30 1.052 531 34.547

2009 7.291 7.957 124 259 222 15.553

2010 15.645 14.172 292 200 17 30.326

Zaključujemo da je primjena industrijski robota u procesu zavarivanja se smanjuje a opadajući tred je između 2005 - 2008 godine tako da je minimalna primjena bila 2009 godine. Trend primjene robota u zavarivanju se u 2010 godini znatno povećao na 30.326 jedinica što je skoro 100% u odnosu na primjenu u 2009 godini.

44


Tabela 2: Ukupna Ukupna primjena industrijski industrijski robota u procesu zavarivanja zavarivanja u Svijetu [3]

Zavarivanje: Zavar. elekto. Zavar. tačkas. Zavar. lasero. Zavar. druga Lemljenje Nedefinisano UKUPNO Σ

2005 100.975 145.407 145 .407 943 2.236 2.539 1.343 253.445

2006 114.625 156.342 156 .342 1.316 2.414 2.387 2.069 279.153

2007 122.748 166.829 166.829 1.987 3.458 2.987 1.966 1.966 294.641

2008 129.748 166.819 1.987 3.458 2.987 1.966 306.975

2009 128.728 161.918 2.022 3.616 2.844 1.400 300.528

2010 134.200 164.280 2.186 3.564 2.509 1.931 308.670

Kod točkastog zavarivanja koje se uglavnom uglavnom koristi u automobilskoj industriji primjena industrijski robota robota doseglo je vrhunac razinu u 2005 od gotovo 18.900 jedinica. Između 2006 i 2008, između 15.200 i 16.000 jedinica je primjenjeno godišnje. U 2009 godini primjena robota ro bota se smanjila na gotovo 8.000 jedinica. Primjena se oporavila u 2010 godini na oko 14.200 jedinica, što je samo oko 75% od vrha razini 2005 godine. U 2010 godini broj broj robota bio je veći tako da je u točkasto zavarivanje primjenjeno 15.645 jedinica. Elektrolučno zavarivanje koji se ne koriste samo u automobilskoj industriji već i u metalnoj industriji, imao je trend stalno povećanje do 2008 kada je po prvi put, broj jedinica bio je veći (16.551 jedinica) nego u točkasto zavarivanje. U 2009, on je pao za 56% na 7.291 jedinica. Industrijski roboti za druge zavarivanje, npr. ultrazvučnog zavarivanja, zavarivanje plin i plazma zavarivanje bili su kontinuirano povećanje do 2007. U 2008 godini primjena je skočila za 118%, 118%, na 1.052 jedinica. U 2009 godini godini primjena pr imjena je pala na 259 jedinica, a u 2010, 2010, oni se dodatno smanjuju na 200 jedinica.Broj robota za lasersko zavarivanje povećan je na 381 jedinica u 2007 godini, a u 2008 godini je smanjen za 13%, a u 2009 godini primjena opada na 124 jedinica zatim pove ćanje u 2010 godini na 292 jedinice. Ako analiziramo trend ukupne primjene industrijski robota u procesu zavarivanja od 2005 do 2010 godine dolazimo do slijedeći zaključaka: primjena industrijski robota u elektrolučnom zavarivanju ima rastući trend iz godine u godinu i u 2010 godini dostiže 134.200 jedinica, u tačkastom zavarivanju je također rastući trend sve do 164.280 jedinica u 2010 godini, zavarivanje laserom, plinom, plazmom i ultrazvučno od 2005 do 2010 godine rastući trend primjene pr imjene industrijski robota. Moramo Moramo primjetiti p rimjetiti da je u 2009 godini god ini bio blagi pad primjene pr imjene industrijski robota zbog finsncijske industrijske indu strijske krize koja se odrazila od razila u svim segmentima pa i u proizvodnim procesima a to se odrazilo odrazilo na primjenu p rimjenu robota. 1% 1%

0% 0%

Zavarivanje elektrolučno Zavarivane tačkasto Zavarivanje laserom Ostal a z avariv avarivanja anja

47%

51%

Lemljanje Neodređena zavarivanja

Slika 3: Godišnja God išnja primjena industrijski robota u različ itim itim procesima zavarivanja u 2010 godini god ini u Svijetu [3]

Ukoliko analiziramo godišnji nivou po primjeni industrijski robota u Svijetu za 2010 godinu prvo mjesto pripada zavarivanju elektrolučnom sa 15.645 15.645 jedinica ili 51%, a na drugom mjestu mjestu je tačkasto zavarivanje sa 14.172 jedinice ili 47% od godišnjeg broja primjenjeni robota u 2010 godini.Na trećem mjestu je zavarivanje laserom sa 292 jedinice ili 1%, te četvrto mjesto pripada ostalim procesima zavarivanja (zavarivanje laserom, plinom, plazmom i ultrazvučno) sa 200 jedinica robota. %1% 1%1%1 1%1%1%

Zavarivanje elektrolučno 43%

Zavarivane tačkasto Zavarivanje laserom Ostal a z avarivanj avarivanja

53%

Lemljanje Neodređena zavarivanja

Slika 4: Ukupna primjena industrijski robota u različ itim itim procesima zavarivanja u 2010 godini u Svijetu [3] 45


Kada je ukupna primjena industrijski industrijski robota r obota u različitim procesima zavarivanja u 2010 godini u Svijetu slika je nešto drugačija. Prvo mjesto pripada tačkastom zavarivanju zavarivanju sa 164.280 jedinica ili 53%, a na drugom mjestu je elektrolučno zavarivanje sa 134.200 134.200 jedinice ili 43% od ukupnog broja primjenjeni robota u 2010 2010 godini.Na trećem mjestu je zavarivanje laserom sa 2.186 jedinice ili 1%, te četvrto mjesto pripada ostalim procesima zavarivanja (zavarivanje laserom, plinom, plazmom i ultrazvučno) sa 3.564 jedinica robota ili 1%, zatim dolazi lemljenje sa primjenjeni 2.509 2.509 jedinica robota ili1% i na kraju su oni roboti koji nisu svrstani svrstani niti u jedan navedeni proces zavarivnja sa 1.931 jedinica jedinica ili 1%.

4. PRIMJENA INDUSTRIJSKI ROBOTA U PROCESU ZAVARIVANJA NA KONTINENTU

AZIJA/AUSTRALIA Analiza primjene industrijski robota u proces zavarivanja na kontinentu u Azija/Australia Azija/Australia iz godine u godinu ima rastući trend od 2005 – 2010 godune kada je ukupna ukupn a primjena u pitanju.

Azija/Australia

Slika 5: Godišnja God išnja i ukupna primjena industrijski robota u Azija/Australia

Slika 6: Godišnja i ukupna primjena primjena industrijski robota u procesu zavarivanja zavarivanja u Aziji/Australia Aziji/Australia [3,4,5] [3,4,5]

Na prvom mjestu po primjeni industrijski robota je kontinent Azija/Australia sa 140.826 jedinica robota primjenjeni u 2010 godini.Na osnovu slike 6.( desni dijagrami ) možemo doći do zaključka da na kontinentu Azija/Australia proces zavarivanja je drugom dru gom mjestu po broju broju primjene industrijski robota.Ukoliko robota.Ukoliko analiziramo primjenjeni broj robota u procesu zavarivanja po zemljama na kontinentu Azija/Australia i izdvojimo one zemlje kod koji je primjena najveća dobit ćemo slijedeću tabelu. Tabela 3: Primjena industrijski industrijski robota u procesu zavarivanja zavarivanja u 2010 godini

8.000 Cina 3.800 Rep.Korea 3.609 Japan 1.449 Thiland 605 Tawan 446 India 149 Indonezia *ostale Zemlje Zemlje imaju u 2010 godini primjenjeno ispod 100 jedinica robota

46


Cina

Republika Korea

Japan

Thailand i Taiwan

Slika7: Godišnja i ukupna u kupna primjena industrijski robota u Cini,Rep.Korea,Japanu,Thailandu Cini,Rep.Korea,Japanu,Thailandu i Taiwanu Taiwanu

Proces zavarivanja je područ ja gdje preovladava preov ladava primjene industrijski robota, posebno u zemljama zemljama koje su glavne za proizvodnju automobila, motora i motorni vozila. Oko 77% industrijski robota se koristi u zavarivanju, montazi montazi i proizvodni u automobilskim automobilskim postrojenja širom svijeta svijeta a u Azija/Australia.Zemlje Azija/Australia.Zemlje Kin Kin a, Republika Koreja ,Japan i Thiland su zemlje u kojima je primjena industrijski robota u procesu zavarivanja najveća. U Kini po prvi put, daleko najve ći broj 8.000 jedinica industrijski robota je primjenjen, što čini udio od 26% ukupna primjene industrijski robota robota u 2010 2010 godini. godini. To ne čudi s obzirom na ogromne investicije u auto industrije u 2010 2010 u Kini. Na drugom mjestu je Republika Republika Korea sa oko 3.800 3.800 jedinica jedinica robota, gdje proizvođači automobila ulažu u proizvodne proizvodne procese robote za zavarivanje zavarivanje da bi b i bili konkurentni na tržištu tržištu automobilske industrije.Na trećem mjestu je Japan sa 3.609 3.609 jedinica robota.

47


5. ZAKLJUČAK

Primjene industrijski robota u proces zavarivanja je veoma na visokom mjestu, posebno u zemljama koje su glavne za proizvodnju motorni vozila. Oko 77% industrijski robota se koristi u zavarivanju, montazi i proizvodni u automobilskim automobilskim postrojenja u Svijetu. Svijetu. Na Na prvo mjesto mjesto po primjeni industrijski robota i na godišnjem nivou i ukupnom nivou dolazi Azija sa 69.833 jedinice robota u 2010 godini a ukupni broj primjene u 2010 godini iznosio je 498.933 jedinice. Možemo zakljućiti da primjena industrijski robota u procesu zavarivanja se smanjuje a opadajući tred je izme i zmeđu 2005 - 2008 godine tako da je minimalna primjena bila 2009 godine. Trend primjene robota u zavarivanju se u 2010 godini znatno povećao na 30.326 jedinica što je skoro 100% u odnosu na primjenu u 2009 godini. Primjena industrijski robota u elektrolučnom zavarivanju ima rastući trend iz godine u godinu i u 2010 godini dostiže 134.200 jedinica, u tačkastom zavarivanju je također rastući trend sve do 164.280 jedinica u 2010 godini, zavarivanje laserom, plinom, plazmom i ultrazvučno od 2005 do 2010 godine rastući trend primjene industrijski robota. U Kini po prvi put, daleko najveći broj 8.000 jedinica industrijski robota je primjenjen, što čini udio od 26% 26% ukupna primjene industrijski industrijski robota robota u 2010 2010 godini. To ne čudi s obzirom na ogromne investicije u auto industrije u 2010 u Kini. Razvojem novi tehnologija i korištenje novi materijala u industriji te tako i u automobilskoj industriji zahtjevaju se nove proizvodne linije a to ide ka povećanju primjenu industrijski industrijski robota tako da je očekivati rastući trend primjene robota u procesu zavarivanja

6. LITERATURA

1. Karabegović I.,Karabegović E.,Pašić S.,Isić S.:Worldwide Trend of the Industrial Robot Applications in the Welding Processes , International Journal of Engineering & Technology, 1112001-3737 IJET-IJENS IJET-IJENS vol: vo l: 12 N0 : 01, february f ebruary 2012, 2012, IJENS,Pakistan, (ISSN 2077-1185), 2077-1185), pp 69-74. 69-74. 2. Karabegović I.,Karabegović E.,Husak E.:Application analyses of industrial robot in World automobile industry in 2010, Journal Journal of international scientific scientific publications:Ma publicat ions:Material,Methods terial,Methods & Technologies,Vol.5, No.2, decembar 2011. Sofia,Bulgaria, (ISSN ( ISSN 1313-2539), 1313-2539), pp 336-345. 3. World Robotics 2010, United Nations, New York and Geneva, 2010. 4. World Robotics 2008, United Nations, New York and Geneva, 2008. 5. World Robotics 2006, United Nations, New York and Geneva, 2006. 6. Doleček V, Karabegović I: Roboti u industriji, Tehnički fakultet Bihać, Bihać,2008. 7. Doleček V, Karabegović I: Robotika, Tehnički fakultet Bihać, Bihać,2002. 8. Wolka,D.W.: Roboter Roboter sisteme,Technishe Universität des Saarlandes im Stadtwald, 1992. 1992. 9. Freund, E.,Stern,O.: Robotertechnologie I, Institut für Roboterforschung, Dortmund, 1999. 10. Karabegović I.,Karabegović E.,Husak E.,Husak E.: Comparative analysis of the industrial robot application in Europa and Asia, International International Journal of Engineering Engineering & Technology IJET-IJENS Vol: 11 No:01 11. Tsai Lung-Wen Lung-Wen:: Robot Analysis: The Mechanics of Serial and Parallel Manipulators , John Wiley & Sons, Inc, 1999. 12. Shimon Y. Nof : Handbook of Industrial Robotics, 2nd Edition, 1999.

48


Avtomatizacija in robotizacija varjenja Tjaša Kodrič , Hugo Zupan, Tomaž Tomaž Bren Fakulteta za strojništvo, Aškerčeva 6, 1000 Ljubljana

Povzetek Avtomatizacija in robotizacija postopkov postopkov varjenja sta se zač eli eli razvijati in uporabljati zaradi zmanjševanja ali odprave za č loveka loveka napornega, škodljivega in monotonega dela. Z dela. Z razvojem MIG/MAG MIG/MAG in EPP postopkov varjenja se je avtomatizacija postopkov poenostavila in množič no no razširila v industriji. Za varjenje enostavnejših konstrukcij v serijski proizvodnji, so najprimernejši varilni avtomati, s katerimi je možno avtomatizirati in optimizirati postopke varjenja. Pri varjenju zahtevnejših konstrukcij, postane kinematika varilnih avtomatov prezahtevna, zato se za avtomatizacijo uporabi industrijske robote. Varilni roboti se uporabijo samostojno ali pa v skupini, ki tvori robotizirano varilno celico. Tako robotske aplikacije varjenja in manipulacije obsegajo skoraj polovico trenutne uporabe robotov v industriji. U č i nkovito nač rtovanje, rtovanje, činkovito upravljanje in vzdrževanje sodobnih proizvodnih proizvodnih tehnologij bo u spešno le z ustreznim strokovnim znanjem.

1. UVOD Osnovni razlogi za avtomatizacijo in robotizacijo proizvodnje so, razbremenitev človeka, zniževanje stroškov ter zagotavljanje dobre kakovosti proizvodnje. Če pogledamo iz ekonomskega vidika, vsaka avtomatizacija varjenj povzroči začetni strošek, ki se nam obrestuje šele čez čas. Zato avtomatiziramo predvsem takrat ko gre za serijsko proizvodnjo. 2. VARILNI AVTOMATI Avtomat na sliki 1 se uporablja upor ablja za hitro, ekonomično in kakovostno varjenje ter navarjanje konstrukcijskih legiranih pločevin in profilov. Omogoča cenen in produktiven postopek varjenja debelih pločevin (do 300 krat hitrejši v primerjavi z REL postopkom). Avtomat je sestavljen iz treh glavnih enot: vozička, glave in krmilja z virom toka. Podoben je tudi avtomat za varjenje MIG/MAG. Poleg teh se uporabljajo še avtomati za vzdolžno sočelno varjenje in avtomati za krožno varjenje rotacijskih oblik.

Slika 1: Avtomat za varjenje pod praškom [1]

Za varjenje, več jih in težjih strojnih delov z razli različnimi varilnimi postopki p ostopki TIG, TIG, EPP in MIG/MAG se uporabljajo konzolni varilni stroji. Primer je prikazan na sliki 2.

49


Slika 2: Konzolni Konzolni varilni stroj stroj KVS L [1]

3. ROBOTIZACIJA VARJENJA 3.1 Področ ja uporabe

Slika 3: Področ ja uporabe robotov robotov [2]

Glede na široko uporabnost upor abnost robotov so nastale številne aplikacije. Robotske aplikacije varjenja ter sestavljanja predstavljajo več kot polovico vseh. Sledi funkcija funkcija manipulacije. Velika Velika večina od teh se uporablja v avtomobilski industriji. Robotske aplikacije aplikacije so uporabne za za uporovno, obločno (MIG/MAG, (MIG/MAG, TIG), lasersko in plazemsko varjenje. Uporabljajo se tudi za lasersko, plazemsko rezanje ter rezanje z vodnim curkom.

3.2 Opis industrijskega industrijskega robota Robot je univerzalna, večnamenska, večosna naprava, namenjena opravljanju manipulacijskih in proizvodnih opravil z uporabo orodij in prijemal. Zgrajen Zgrajen je iz majhnega števila robustnih sestavnih delov, zato zato potrebuje malo vzdrževanja.Ve vzdrževanja.Večina robotov rob otov je tudi plinsko in vodotesnih, zato teoretično delujejo v vsakem okolju. Največ industrijskih robotov ima 6 osi, o si, s katerimi dosežejo dosežejo zelo veliko delovno območ je. Na 6.osi je običajno nameščeno orodje.

50


Slika 4: Prostostne Pro stostne stopnje industrijskega robota [3]

Zaradi velikega števila osi, je delovno območ je robota neke vrste sfera. sfera. Velikost delovnega območ ja je lahko tudi več metrov. Odvisna je je od velikosti velikosti robota in načina postavitve .

3.2.1 Načini programiranja programiranja robota ro bota Robote lahko programiramo na dva načina: Programiranje z učenjem robota preko učnega panela z vodenjem po poti, ki k i jo bo robot opravljal med delom in definiranjem parametrov procesa, ki ga bo opravljalo orodje, t.i. (On- line programiranje) .

Slika 5: U č n i panel za programiranje robota AII [2] čni

Programiranje z CAM programskim paketom, t.i. Of-line programiranje. S tem se v enotnem programskem programskem okolju izvede programiranje, simulacija in generiranje NC-kode. Programiranje robotov je zato hitro in fleksibilno kot programiranje CNC strojev. [4]

Slika 6: CAM programski prog ramski paket za programiranje programiranje robota[4]

3.3 Izvedba varilskega varilskega robota Na 6.-os robota je pritrjeno orodje. Največkrat so varil v arilne ne pištole p ištole za MAG varjenje, lahko pa tudi druge. Dodajni material in zaščitni plin sta lahko dovedena skozi robot ali po vodnikih, ki so pritrjeni na robotu. Orodja so tako oblikovana da dosegajo najboljšo n ajboljšo dostopnost do varilnega področ ja.

51


Slika 7: Varilski robot AII z različ nimi nimi orodji [2]

Zaradi nadzora celotnega procesa varjenja in kinematike k inematike , imajo krnilniki vgrajene tudi dodatne funkcije, s katerimi se izboljša kvaliteta varjenja, na primer nadzor varilnega toka ob začetku varjenja, ko se pojavi kratek stik. Primer izboljšane kakovosti zvara z uporabo dodatne krmilne funkcije je prikazan na sliki 8.

Slika 8: Zvar izdelan s krmiljenim varilnim tokom s pomoč jo krmilja robota robota AII [2]

3.4 Robotska celica V avtomobilski industriji so roboti roboti najpogosteje najpogosteje nameščeni v posebnih posebnih robotskih celicah. celicah. V njih je nameščena tudi vsa potrebna oprema in priprave za delovanje robotov. Na sliki 9 je prikazan primer robotizirane robotizirane linije za varjenje avtomobilskih karoserij. Roboti poleg varjenja v arjenja izvajajo tudi pozicioniranje, pozicioniranje, manipulacij man ipulacijo, o, čiščenje in druge operacije, potrebne za izdelavo karoserije.

52


Slika 9: Robotizirana linija l inija za varjenje avtomobilskih karoserij[5] karoserij[5]

3.5 Prednosti robotskega varjenja • kakovostni zvari • velika ponovljivost • več ja produktivnost • nizka cena • varnejše delovno mesto 4. ZAKLJUČEK V proizvodnih procesih se uporaba robotov povečuje. Eden od razlogov za to je tudi cenovna dostopnost robotov. Izboljšave robotske tehnologije, kot so novi krmilni in varnostni sistemi, ki omogočajo varno izvajanje delovnih procesov v sodelovanju sodelovanju robota in človeka, pa tudi izboljšana zaznavala in uporaba strojnega vida, bodo v prihodnosti še pospešila robotizacijo v industriji. LITERATURA 1. http://www.avp.si 2. http://www.varstroj.si 3. http://robo.fe.uni-lj.si 4. http://robotmaster.si/ 5. http://www.robot-welding.com/

53


54


Povečanje anje produktivnosti produktivnos ti pri termi čnem rezanju debelejših pločevin – primeri iz prakse János Orbán VARSTROJ VARSTROJ Tovarna varilne in rezalne opreme d.d., Industrijska cesta 4, 9220 9 220 Lendava

Povzetek: Pri proizvodnji varjenih konstrukcij je ena od ključ nih nih proizvodnih faz tudi priprava polizdelkov iz plo č evin evin različ nih nih debelin (npr: v težji strojegradnji se pretežno uporablja ploč evina evina debeline nad 5 mm do 200 mm iz konstrukcijskega jekla). V prispevku je prikazana praktič na na izvedba takšnih univerzalnih linij za termič no no rezanje (avtogeno in plazma) debelejših ploč evin, evin, ki poleg poveč anja anja produktivnosti omogo č ajo ajo tudi optimiranje kapacitet ob doseganje nižjih stroškov.

1. UVOD: Konkurenčnost in uspešnost firm, ki se ukvarjajo z proizvodnjo varjenih konstrukcij in težjih varjenih strojnih delov je močno odvisna od stopnje tehnološkega nivoja predpriprave polizdelkov za varjenje. Prva tehnološka faza v proizvodnji takih podjetij je razrez polizdelkov iz debelejše pločevine, ki so pretežno iz konstrukcijskega jekla. Debelina teh pločevin je večinoma nad 5 mm do 200 mm (včasih tudi do 300 mm). Zaradi tako širokega območ ja debelin so še nedavno za razrezovanje razrezovanje uporabljali pretežno avtogeni (plamenski) postopek rezanja, bolj produktivni postopek rezanja s plazmo pa je bil omejen le za manjše debeline (do 20 mm). Z razvojem močnejših plazemskih naprav in izboljšanih postopkov rezanja konstrukcijskih jekel s plazemskim plinom kisik se danes ta postopek že uporablja tudi za rezanje pločevin debeline do 50 mm. Za povečanje produktivnosti, optimiranje kapacitet ob doseganju nižjih stroškov ter fleksibilnosti se danes uvajajo sodobni visokoproduktivni CNC vodeni rezalniki, ki so praviloma postavljeni v posebni liniji za termični razrez. Zaradi lažje oskrbe in notranje logistike so te linije večinoma že ločene oz. odvojene od celotnega proizvodnega procesa takih firm. 2. PRIMERJAVA PRODUKTIVNOSTI POSAMEZNIH POSTOPKOV TERMIČNEGA REZANJA 2.1. Primerjava postopkov V nadaljevanju so podane primerjave med glavnimi termičnimi postopki rezanja kovin glede na področ je uporabe industriji industriji (slika št.1), kot tudi splošna primerjava o hitrostih h itrostih rezanja rezanja (slika št.2).

Slika 1: Uporabnost Upo rabnost postopkov postopkov termi t ermič nega nega glede na vrsto in debelino materiala

Slika 2: Produktivnost Produ ktivnost pri posameznih postopkih termič nega nega rezanja

Produktivno in kvalitetno plazemsko rezanje konstrukcijskih jekel se danes izvaja izključ no no ob uporabi plazemskega plina kisik (O2) in ob uporabi dodatnega dodatnega plina za usmerjanje obloka. Pri rezanju s kisikom kisikom se dobi 55


kovinsko č ista ista površina brez oksidov na površini rezanja, dodatni usmerjevalni plin pa poleg kvalitetnejšega rezanja (manši nagib reznih površin) omogo č a tudi doseganje več jih hitrosti h itrosti rezanja glede na po stopek rezanja z zrakom (cca 15-25% poveč anje). anje). Plazemsko rezanje s kisikom je danes zaradi velike produktivnosti (4 do 5-krat hitrejše od rezanja s plamenom) in razvoja novih plazemskih izvorov velike moč i (tudi nad 300A) prvenstveno iz ekonomskih razlogov uporablja za rezanje konstrukcijskih konstrukcijskih jekel do debeline vse do 40 mm (pogostokrat (pogostokrat celo do 50 mm). Pri vodilnih proizvajalcih plazemskih naprav (npr. Kjellberg, Hypertherm) najvišji razvoj danes predstavlja nova generacija g eneracija t.i. univer zalnih naprav z inverterskimi izvori. Taki izvori omogoč ajo ajo uporabo več vrst tehnologij (precizno rezanje tankih ploč evin, evin, visokoproduktivno in kvalitetno rezanje konstrukcijskih jekel s kisikom, kvalitetno rezanje Cr-Ni jekel in aluminija a luminija s plini Ar/H2 ter markiranje s plazmo), kar je zna č ilno ilno za vse nove generacije njihovih vrhunskih plazemskih naprav: - pri Kjellberg so to plazemske naprave HiFocus 80i, HiFocus 130, HiFocus 160i, HiFocus 280i, HiFocus 360i in HiFocus 440i - pri Hypertherm so to plazemske naprave HPR 130XD, HPR 260XD in HPR 400 400 XD,

Slika 3: Primerjava č asa asa rezanja istega izdelka po postopku avtogeno avtogeno in plazma (vir Kjellberg): Kjellberg):

2.2. Primer obrazložitve povečanja produktivnosti produktivnosti pri rezanju s plazmo Hi Focus Foc us 360i: Pimerjava hitrosti rezanja avtogeno – plazma za konstrukcijsko jeklo:

Debelina materiala

12 mm

15 mm

20 mm

30 mm

40 mm

50 mm

Avtogeno rezanje rezanje (plin propan, šobe tipa 106 od KOIKE, gorilniki tipa BIR 220/32 APMY od GCE - Rhőna) Hitrosti rezanja (m/min) 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 Dolžina Dolžina rez. rez. z 1 gorilni gorilnikom kom 0,65 m 0,60 m 0,55 m 0,50 m 0,45 m 0,40 m Dolžina rez. s 2 gorilniki 1,30 m 1,20 m 1,10 m 1,00 m 0,90 m 0,80 m Dolžina rez. s 4 gorilniki 2,60 m 2,40 m 2,20 m 2,00 m 1,80 m 1,60 m Plazemsko Plazemsko rezanje re zanje s HiFocus 360i (plazemski plin kisik O2 + zrak po napre n apredni dni tehnologiji »plus«) Jakost Jako st toka za rezanje 250 A 250 A 300 A 300 A 360 A Hitrosti rezanja (m/min) 3,30 2,60 2,00 1,20 1,00 Dolžina rezanja 3,30 m 2,60 m 2,00 m 1,20 m 1,00 m Faktor povečanje produktivnosti

5,07

4,33

3,64

2,40

2,22

360 A 0,60 0,60 m

1,50

2.3. Druge izboljšave, ki omogočajo hitro izbiro optimanih parametrov za kvalitetno in produktivno rezanje pri različnih postopki posto pkihh rezanja re zanja Za lažje upravljanje CNC rezalnikov za termično rezanje in hitro ter enostavnejšo izbiro optimalnih parametrov za kvalitetno rezanje so razvite dodatne upravljalne enote eno te za posamezne postopke rezanja, rezanja, npr.: - avtomatska plinska konzola pri avtogenem rezanju , ki omogo č a digitalno izbiro parametrov za upravljanje s plini (npr.: delovni tlaki za pline pri rezanju, tlaki plinov pl inov pri pregrevanju, č as as luknjanja in odpiranje rezalnega kisika, ...) direktno preko CNC krmilne enote rezalnika (Slika št.4), - avtomatska plinska konzola pri plazemskem rezanju , ki omogoč a digitalno izbiro parametrov za rezanje (npr. po izbiri ustreznega programa za rezanje rezanje glede na vrsto in debel ino materiala materiala se avtomatsko nastavi jakost toka za rezanje,vključ i se ustrezna vrsta plinov in se avtomatsko nastavijo tudi tlaki oz. pretoki teh plinov) ter prikaz 56


vseh ostalih podatkov za rezanje glede na izbrani program (npr. hitrost rezanja, nastavitve za višinsko vodenje gorilnika, pregled potrošnih delov gorilnika, ...), izvedba pa je odvisna od proizvaja p roizvajalca lca plazme: - pri Kjellberg je upravljanje preko posebne loč ene ene enote FlowControl FlowControl z LCD displayem (slika št.5), - pri p ri Hypertherm je upravljanje neposredno preko CNC krmilja (slika št.6)

Slika 4: uporaba avtomatske av tomatske plinske konzole konzole pri avtogenem rezanju (nastavljanje parametrov na CNC krmilju rezalnika)

Slika 5.1: avtomatska plinska konzola pri plazemskem rezanju od Kjellberg Kjellberg (posebna enota FlowControl)

Slika 5.2: uporaba avtomatske plinske konzole pri plazemskem rezanju od Kjellberg (izgled podatkov pri nastavljanju parametrov na enoti FlowControl)

Slika 6: uporaba avtomatske plinske konzole pri plazemskem rezanju Hypertherm (izgled podatkov pri p ri nastavljanju parametrov na CNC krmilju krmilju rezalnika)

57


3. PRIMERI SODOBNIH VISOKOPRODUKTIVNIH LINIJ ZA TERMIČNO REZANJE KOVIN 3.1. PRIMER PR IMER IZ PRAKSE – številka številka 1: 1: 3.1.1. Opis zahtev in izbira opreme: V podjetju se za termič no no razrezovanje plo č evin evin uporablja le klasič na na tehnologija (postopek s plamenom oz. avtogeno), ki je dosti manj produktivna od postopka rezanja s plazmo. Tudi oprema za rezanje je že relativno stara in istrošena (imajo le en portalni CNC rezalnik, druge so konzolne izvedbe). izvedbe). Za poveč aanje nje produktivnosti in dviga kvalitete rezanja je bila napravljena posebna analiza in izbrana rešitev z zamenjavo obstoječ ih ih rezalnikov za avtogeno rezanje z eno linijo za termi č no no rezanje, kjer sta na isti progi dva sodobna CNC rezalnika, ki omogoč ata: ata: rezanje (plazma HiFocus 360i z avtomatsko plinsko - prvi CNC rezalnik je opremljen op remljen z eno glavo za plazemsko rezanje konzolo FlowControl) in je namenjen za rezanje plo č evin evin na delovni površini 2,5 m x 16 m (za kvalitetno plazemsko rezanje konstrukcijskih konstrukcijskih jekel debeline do 50 mm s plazemskim plinom kisik ali za kvalitetno plazemsko rezanje visokolegiranih jekel debeline do 60 mm s plazemskimi plini argon/vodik/dušik), - drugi rezalnik je opremljen z eno glavo za avtogeno rezanje konstrukcijskih jekel debeline do 300 mm na delovni površini 2 m x 10 m (to je max. velikost ploč evine). evine). Skupna delovna dolžina linije za rezanje je kar 28 m, zato se za plazemsko rezanje lahko namestijo plo č evine evine dolžine do 8 m tudi ena za drugo. Dodatna oprema: Oba rezalnika omogo č ata ata tudi plazemsko markiranje (označ evanje) evanje) ploč evine evine pred razrezom, zato sta še opremljena s posebno dodatno glavo in napravo napra vo za plazemsko markiranje tipa Fine Marker. Rezalnik za avtogeno rezanje je tudi opremljen o premljen z avtomatsko a vtomatsko plinsko konzolo ko nzolo za pline, ki digitalno, preko CN CNC C krmilne enote rezalnika omogoč a upravljanje parametrov za pline (npr.delovni tlaki za pline pri rezanju, tlaki plinov pri pregrevanju, na č as as luknjanja in odpiranje rezalnega kisika, ..). Prednosti take linije: - hitrost rezanja s plazmo so bistveno b istveno več ja, zato zato se pove po veča tudi produktivnost in tudi kapaciteta razreza, - v času rezanja je druga polovica linije prosta za odstranjevanje že razrezane pločevine in nameščanje nove pločevine, zato je rezalnik lahko ves čas v obratovanju, - možno je kvalitetno plazemsko rezanje različnih materialov (navadna konstrukcijska jekla, kot tudi visokolegiranih jekel in barvnih kovin).

3.1.2. Opis izvedene izvede ne linije linije za plamensko in plazemsko plazemsko rezanje re zanje

Slika 7: Tlorisna T lorisna postavitev linije za avtogeno in plazemsko p lazemsko rezanje - primer št.1

3.1.3 Uporabnost linije: - plazemsko rezanje pločevin debeline do 50 mm na delovni površini 2,5 x 16 m, - avtogeno rezanje pločevin debeline do 300 mm iz konstrukcijskega jekla na delovni d elovni površini 2 x 10 m Nekaj slik izvedene linije za razrez:

58


Slika 8: Izgled I zgled CNC rezalnika za rezanje s plazmo FineFocus 360i (izvedba z eno glavo in za eno delovno širino)

Slika 9: Izgled CNC rezalnika za rezanje s plamenom (avtogeno) in za markiranje markiranje s plazmo (samo z eno glavo in za eno delovno širino)

Slika 10: Detalj rezanja s plazmo

Slika 11: Detalj rezanja avtogeno

3.1.4. Posebnosti linije: - možnost zaporednega postavljanja dveh plošč 2,5 m x 8 m pri CNC rezalniku za plazemsko rezanje (poveča se izkoriščenost rezalnika, rezalnika, ko k o se ena plošča reže se lahko drugi namešča ali pa se pobirajo pob irajo že razrezani razrezani deli); deli) ; - plazemsko rezanje in markiranje z napravo HiFocus 360i z avtomatsko plinsko konzolo FlowControl v izvedbi za rezanje s vsemi plini (plazemski plin kisik za konstrukcijska jekla; plazemski plini argon/vodik/dušik za legirana jekla in aluminij); - avtogeno rezanje ob uporabi avtomatske plinske konzole (izbira in nastavljanje tehnoloških tehnološk ih parametrov preko preko CNC krmilja); - CNC rezalnik za avtogeno rezanje je opremljen še z glavo za plazemsko markiranje m arkiranje z napravo FineMarker

59


3.2. PRIMER PR IMER IZ PRAKSE – številka številka 2: 2: 3.2.1. Opis zahtev in izbira opreme: V podjetju je za pripravo materiala vgrajena nova hala. V tej hali je potrebno postaviti tudi sodobno in visoko produktivno opremo za termi t ermič no no rezanje ploč evin evin (od obstoječ ih ih treh CNC rezalnikov se predvideva zamenjava dveh starejših). Nova oprema mora omogo č iti iti doseganje zahtevane kapacitete pri obratovanju v dveh izmenah (sedaj delajo v treh izmenah) brez poveč anja anja delovnih mest. Po daljših analizah je izbran naslednji nač in in ureditve nove razrezovalnice: razrezovalnice: - montira se novi se novi robustn ro bustnii CNC rezalnik rezalnik z dvemi paralelnimi rezalnimi polji za plamensko (avtogeno) (avtogeno) rezanje plo č evin evin debeline do 150 mm (dimenzija plo č evin evin 2,5m x 8 m); na vsakem polju se izvaja rezanje z eno glavo (rezalnik je opremljen z dvemi glavami za produktivno avtogeno rezanje in z dvemi glavami za plazemsko markiranje ter z avtomatsko plinsko konzolo za pline pri avtog enem rezanju), rezanju), rezanje - montira se novi robustni CNC rezalnik z dvemi paralelnimi rezalnimi polji za plazemsko rezanje ploč evin evin debeline do 50 mm (dimenzija plo č evin evin 2,5m x 8 m); na vsakem polju se izvaja rezanje z eno glavo (rezalnik je opremljen 2 kom plazemskih naprav tipa HiFocus 360i z avtomatsko plinsko konzolo FlowControl), - preseli se obstoječ i CNC rezalnik za plazemsko rezanje ploč evin evin debeline do 20 mm (dimenzija ploč evine evine 2,5m x 6,5m), ki je opremljen z dvemi plazemskimi napravami tipa HiFocus 160i z avtomatsko plinsko konzolo FlowControl. Prednosti takšne razrezovalnice: - optimiranje notranjega transporta in logistike, - pri rezalnikih z dvojnim paralelnim delovnim d elovnim področ jem se dosega dvojna kapaciteta kapaciteta razreza, razreza, - pri avtogenem rezanju so uporabljeni upo rabljeni gorilniki od Rhőna z visokoučinskimi šobami, zato je možno mo žno dosegati tudi do 30% več je hitrosti rezanja glede glede na standardne izvedbe, - možno je kvalitetno plazemsko rezanje različnih materialov (navadna konstrukcijska jekla, kot tudi visokolegiranih jekel in barvnih kovin). 3.2.2. Opis izvedene izvede ne linije linije za plamensko in plazemsko plazemsko rezanje re zanje

Slika 12: Tlorisna postavitev linije za avtogeno in plazemsko rezanje - primer št.2

3.2.3. Uporabnost linije - avtogeno rezanje pločevin debeline do 200 mm iz konstrukcijskega jekla na delovni d elovni površini 2 x 2,5 x 8 m - plazemsko rezanje pločevin debeline do 30 (max. 50 mm) na delovni površini 2 x 2,5 x 8 m, - plazemsko rezanje pločevin debeline do 15 (max. 25 mm) na delovni površini 2,5 x 6,5 m Nekaj slik izvedene linije za razrez: 60


Slika 13: Rezalnik za plazemsko rezanje

Slika 14: Rezalnik za avtogeno rezanje

Slika 15: Rezalnik za plamensko (avtogeno) rezanje med uporabo

Slika 16: Izgled rezalnikov rezalnikov na liniji l iniji

61


Slika 17: Preseljeni CNC rezalnik s dvemi plazmami HiFocus 160i

Slika 18: Izgled odsesovalnih o dsesovalnih filtrov pri plazemskem čeni rezanju, ki so nameš č e ni izven proizvodne hale

3.2.4. Posebnosti P osebnosti linije - možnost istočasnega rezanja dveh paralelno postavljenih plošč 2,5 m x 8 m pri obeh več jih CNC rezalnikih na liniji (pri rezalniku za plazemsko, kot tudi tud i pri rezalniku za avtogeno rezanje), kar podvoji kapaciteto rezanja; - plazemsko rezanje in markiranje z dvemi napravami HiFocus 360i z avtomatsko plinsko konzolo FlowControl v izvedbi za rezanje s vsemi plini (plazemski plin kisik za konstrukcijska jekla; plazemski plini argon/vodik/dušik za legirana jekla in aluminij); - avtogeno rezanje ob uporabi avtomatske plinske konzole (izbira in nastavljanje tehnoloških tehnološk ih parametrov preko preko CNC krmilja); - pri CNC rezalniku za avtogeno rezanje je uporabljena upo rabljena posebna izvedba podložne mize za pločevino za rezanje nad vodo, ki je opremljen tudi s posebnim transporterjem za čiščenje oz. odstranjevanje odpadkov (odpade odp adkov in pobiranje manjših delov, ni potrebe po posebnem odsesovanju odsesovanju s posebnim filtrom); čiščenje odpadkov - plazemsko rezanje in markiranje z dvemi napravami HiFocus 160i z avtomatsko plinsko konzolo FlowControl v izvedbi za rezanje s vsemi plini (plazemski plin kisik za konstrukcijska jekla; plazemski plini argon/vodik/dušik za legirana jekla in aluminij), - CNC rezalnik za avtogeno rezanje je opremljen še z dodatno glavo za plazemsko markiranje z napravo ArcWritter 4. ZAKLJUČEK: Prikazani primeri so optimalne rešitve, kar se je izkazalo izkazalo tudi v praksi. 5. LITERATURA: Navodila za uporabo in prospektni materiali firm: Varstroj, Kjellberg in Hypertherm

62


Robotski sistem za ve čslojno varjenje velikih in težkih izdelkov – primer iz prakse Jože Treiber, Robert Halas, Rudolf Imre, Imre, Damjan Zadravec, János Orbán Orbán VARSTROJ VARSTROJ Tovarna varilne in rezalne opreme d.d., Industrijska cesta 4, 9220 9 220 Lendava

Povzetek: V prispevku je prikazana praktič na na izvedba robotskega sistema za varjenje dolgih in težkih varjencev, ki se morajo več krat krat variti tudi več slojno. slojno. Varjenci so različ nih nih oblik in dimenzij, zato ima robotska celica veliko delovno površino in različ no no pomožno opremo za manipulacijo z varjenci. Vgrajena senzorika in posebna programska oprema omogoč a tudi več slojno slojno varjenje. Simulacijo varjenja in izdelavo programov za različ ne ne izdelke je možno izvajati tudi virtualno v pisarni s pomoč jo posebnega „Off-line“ „Off-line“ programa.

1. OPIS ZAHTEVE Firma pri izdelavi velikih (dolžine do 9.000 mm) in težkih (teže do 5.000 kg) varjenih strojnih delov uporablja različne sestavne dele, ki so večkrat tudi iz debele pločevine. Ti sestavni deli se na potrebno obliko režejo na CNC rezalniku (pri pločevinah debeline do 30 mm se uporablja postopek rezanja s plazmo, pri debelejših pločevinah pa postopek rezanja s plamenom oz. avtogeno). Varjenje delov iz debele pločevine se mora izvajati večslojno, zato se po rezanju zahteva tudi ustrezna predpriprava robov za varjenje (slika 1). Ta del proizvodnega postopka se že izvaja z robotom za obrezovanje, kar zagotavlja zahtevano točnost in veliko produktivnost (slika 2).

Slika 1: Deli z izvedeno priprava robov za varjenje

Slika 2: Robotsko obrezovanje

Večslojno varjenje se še v celoti izvaja ro čno, kar ne zagotavlja zahtevano produktivnost in enakomerno kvaliteto. Iz teh razlogov se mora najti drugi sodobnejši način izdelave, ki mora biti bolj produktivna in ekonomična ob sprejemljivi stroških investicije. investicije.

2. ANALIZA MOŽNIH M OŽNIH REŠITEV: V sodobni industrijski praksi uporaba ročnih postopkov varjenja ni primerna za povečano produktivnost in zagotavljanje konstantne kvalitete, zato se tudi na tem področ ju pospešeno uvaja mehanizacija mehanizacija in avtomatizacija av tomatizacija vključno z robotizacijo (fleksibilna avtomatiz av tomatizacija). acija). 2.1. Avtomatizacija izdelave velikih in težki te žkihh varjencev var jencev z ve čslojnim varjenjem: Prednosti: - na eni napravi se izvaja kompletno varjenje izdelka, izdelka, - velika produktivnost ob konstantni kvaliteti, kvaliteti, - humanizacija dela Slabosti: - izdelava namenskega avtomata za velike in težke varjence je zahtevna in relativno draga, posebej še za kompletno varjenje zahtevnih izdelkov, - avtomat je namenjen n amenjen oz. uporaben uporaben le za visokoserij visoko serijsko sko izdelavo enakih ali sličnih varjencev, - predelava na drugi tip izdelka zahteva velik obseg o bseg predelave in večkrat sploh ni možna, - zaradi omejene možnosti sledenja se zahteva velika točnost predpriprave varjenca, 63


2.2. Robotizacija izdelave velikih in težkih varjencev z ve čslojnim slojnim varjenjem: Prednosti: - robotski sistem je univerzalen, ker je primeren tako za serijsko, kot tudi za maloserijsko varjenje različnih izdelkov brez posebnih predelav opreme (izdela se le novi program in po potrebi nova prijemala), - robotski sistem je večinoma sestavljen iz standardiziranih komponent, kar zagotavlja hitrejše in cenejšo izdelavo ter možnost enostavne širitve oz. dogradnje, - robotski sistem omogo ča izbiro optimalnih varilnih parametrov (npr. varilni tok, hitrost žice, hitrost varjenja) in nihanje gorilnika z možnostjo spreminjanja teh parametrov p arametrov tudi med izvajanjem izvajanjem samega postopka varjenja, v arjenja, - sinhrono gibanje robota in obdelovanca (nagibanje in rotacija) omogoča varjenje v optimalni legi, ki je pogoj za doseganje visoke kvalitete kvalitete zvara, - zaradi uporabe uporab e razli različnih senzorjev se kompenzira vpliv manjših netočnostih pri predpripravi predpr ipravi izdelka, - na eni napravi se izvaja kompletno varjenje izdelka, izdelka, - velika produktivnost ob konstantni kvaliteti, kvaliteti, - humanizacija dela Slabosti: - potreben je izurjeni programer za izdelavo izdelavo programov p rogramov za drugačne varjence, - zaradi omejene možnosti sledenja se zahteva točna predpriprava varjenca, 3. IZBRANA REŠITEV R EŠITEV:: 3.1. Osnovna robotska oprema: Kot optimalno rešitev je bila izbrana posebna robotska celica za MIG varjenje z enim gorilnikom, ki je sestavljena iz sledečih glavnih delov: - viseče pritrjeni 6-osni robotski manipulator, ki ima še sledeče dodatne možnosti gibanja: - 1.750 mm v globino (Y-os) s pomo č jo pomičnega robotskega suporta-portala, - 8.350 mm vdolžino (X-os) ( X-os) s pomoč jo robotske vozne proge - robotsko krmilje z učnim panelom, - oprema za varjenje (varilni (v arilni izvor, izvor, gorilnik, pomožne pomožne enote,...), eno te,...), - senzorji za sledenje (dotični in obločni-ARC senzor), - robotski vrtljivi pozi po zicioner cioner nosilnosti n osilnosti 5.000 5.000 kg, - robotski vrtljivo/nagibni pozici p ozicioner oner nosilnosti 5.000 5.000 kg / 2.000 kg, - varnostna oprema celotnega sistema.

Slika 3: Tloris robotske celice

64


Slika 4: Robotski suport

Slika 5: Robotski pozicionerji

Slika 6: Sinhrono delovanje s pozicionerjem P5000V ROBO (Master) in P5000V/2000N ROBO (Slave) brez podpornega dela za P5000V ROBO (to je delovno mesto 3)

Slika 7: 3D model robotske celice (brez varjenca)

Osnovni tehnični podatki robotske r obotske celice VARSTROJ-OTC: VRC AII- B4L/MIG za MIG varjenje: - robotski manipulator ................................. AII-B4L - dotični senzor .................................................. .................................................. AX-WD AX-WD - obločni ARC senzor .................................... .................................... AII-AR2 DP5 VPS 5000 - varilni izvor ................................................. - jakost toka za varjenje .................................. 30 – 500 A - postopek varjenja ........................................... ........................................... MIG/MAG in impulzni MIG RTW5000H (vodno hlajen) - robotski ro botski gorilnik gorilnik ......................................... ... ...................................... - ekst e ksterne erne osi: - robotska vozna proga (vzdolžni pomik) ........... R10.000/2 R10.000/2 (hod do 8.350 mm) - robotski suport (Y-os) ....................................... ....................................... R1.250Y (hod do 1.750 mm) - robotski vrtljivi pozicioner ................................ P 500 5000V 0V ROBO (nosilnost 5.000 kg) - robotski vrtljivo/nagibni pozicioner ................. P 500 5000V/2000N 0V/2000N ROBO (nosilnost 5.000 kg/2.000 kg) 65


3.1. Dodatna programska programska oprem o prema: a: Za povečanje učinkovitosti uporabe robotske celice je zaradi raznolikosti varjencev in potrebe po uporabi večslojnega varjenja še dodatno uporabljena naslednja programska oprema: varjenje 3.1.1. Posebni program za več slojno varjenje Ta program omogoča enostavnejše programiranje zvarov, ki jih je potrebno izdelati večslojno. Prvič se izdela osnovni program za sledenje zvarne poti za korenski zvar, ki se izdela ob uporabi dotičnega in/ali ARC senzorja (za korekcijo odstopanj izdelka od idealne poti). Po izdelavi korenskega zvara se naslednji sloji zvarov izvajajo le ob uporabi ARC senzorja senzorja in korekcije kor ekcije s pomoč jo programa za za večslojno varjenje v arjenje..

Slika 8: Detalji programiranja več slojnega slojnega varjenja

3.1.1. Programski paket AII-ST AII-ST za OFF-line OFF-line programiranje Ta program omogoča natančno in izjemno zčinkovito programiranje ter simulacijo dela z robotsko celico na virtualni način kar na delovnem mestu v pisarni. Program vsebuje 3D obliko vseh komponent robotske celice. Program razpolaga z enako delovno površino kot robotsko krmilje. V primeru porušitve robotskega sistema se to ponovno naloži s pomoč jo podatkov iz varnostne kopije. kopije. Z uporabo 3D CAD programa se prvič izdela model varjenca (slike 9 in 10). S pomo č jo programskega p rogramskega paketa AII-ST se izdelek postavi v virtualno robotsko celico z možnostjo realne simulacije delovanja in izdelave uporabniškega programa za varjenje tega izdelka (slike 11 in 12). Pred prvo uporabo se celotni program gibanja še enkrat praktično preveri na konkretnem izdelku brez varjenjenja (slike 13 in 14).

Slika 9: Primer zahtevnega izdelka (3D model)

Slika 10: Primer dolgega izdelka (3D model)

66


Slika 11: Virtualni model robotske celice v Off-line programu (brez varjenca)

Slika 12: Detalj simulacije gibanja varilne glave in varjenca v Off-line programu

67


Slika 13: Detalji robotske celice v fazi praktič nega nega preizkušanja

Slika 14: Detalji Detal ji robotske celice pred uporabo z varjenjem

4. ZAKLJUČEK: Izbrani robotski sistem z dodatnimi programi za večslojno varjenje in za off-line programiranje je za varjenje tovrstnih izdelkov ustrezna rešitev, kar se je izkazalo tudi v praksi. 5. LITERATURA: Navodila za uporabo in prospektni materiali firm: Varstroj in OTC

68


Uporabnost metode vrtanja izvrtine za merjenje zaostalih napetosti na varjenih konstrukcijah na terenu Tomaž Vuherer1 , Milorad Zrilić 2 , Darko Bajić 3 , Vladimir Vladimir Gliha1 Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo, stro jništvo, Smetanova ulica 17, 2000 Maribor, S lovenija Univerzitet u Beogradu, Tehnološko-Metalurški Fakultet, Karnegijeva 4, 11000 Beograd, Beograd, Srbija Univerzitet Crne Gore, Mašinski fakultet, bul Džona Vašingtona BB, 81000 Podgorica, Crna Gora

Povzetek V č llanku anku je opisana metoda vrtanja izvrtine za merjenje zaostalih napetosti. Metoda je polporušna in uporablja tri elementarno uporovno merilno rozeto za meritev deformacij, ko vrtamo slepo izvrtino. Nato le-te prerač unamo unamo v zaostale napetosti na površini. Rezultat sta velikosti in smer glavnih zaostalih napetosti. Prikazanj je primer merjenja zaostalih napetosti na razcepnem kosu cevovoda Peltonove turbine pred in po toplotni obdelavi. Ugotovljeno je, da je metoda primerna za merjenje zaostalih napetosti na zvarnih spojih in varjenih konstrukcijah na terenu.

1. UVOD

Zaostale napetosti nastanejo zaradi lokalne deformacije materiala [1]. Te povzročijo določeno napetostno stanje v materialu, ko na nanj ne deluje nobena zunanja obremenitev in pravzaprav predstavljajo zaostale napetosti. Glede na območ je delovanja jih delimo na makro in mikro zaostale napetosti (slika 1). Makro zaostale napetosti so napetosti, ki delujejo na več jem podro č ju materiala. Sprememba makro zaostalih napetosti povzroči geometrijske spremembe. Mikro zaostale napetosti delujejo na področ ju mikrostrukturnih premen, znotraj znotraj kristalnega zrna zrna ali na meji kristalnih zrn. Osnovne značilnosti zaostalih napetosti so: • da delujejo oziroma so prisotne v materialu, ko nanj ne deluje nobena zunanja obremenitev, • da je vsota vseh zaostalih zaostalih napetosti enaka 0, • da je največ ja velikost zaostalih zaostalih napetosti napetost tečenja materiala, • da se v primeru prekora čitve napetosti tečenja zgodi plastična deformacija materiala in zaostale napetosti se zaradi tega prerazporedijo.

Slika 1: Vrste zaostalih zaostalih napetosti; napetosti; makro zaostale zaostale napetosti ( σ ZN I.) in mikro zaostale napetosti ( σ ZN II., σ ZN III. in σ ZN VI.)

V zvarnih spojih so vedno prisotne zaostale napetosti. Pri varjenju s taljenjem namreč prihaja do lokalnega segrevanja materiala. Okoliški hladen material pri segrevanju ne dopušča prostega širjenja materiala, ki je med varjenjem segret, kar povzroči lokalne deformacije materiala [1]. Pri ohlajanju, takoj po prehodu varilnega izvora, okoliški hladen material preprečuje, da bi se segret del materiala prosto kr čil. To povzroči lokalne plastične deformacije, ki pri sobni temperaturi vodijo do nastanka zaostalih napetosti zaradi oviranega krčenja pri varjenju (slika 2).

69


a.

b. Napetosti v prečni smeri

Napeto sti v vzdožn i smeri gledano vzdolžno gledano prečno

gledano prečno gledano vzdolžno

Slika 2: Porazdelitev zaostalih napetosti zaradi oviranega kr č enja na soležnem zvarnem spoju; Zaostale č enja napetosti v vzdolžni smeri zvara (a), zaostale napetosti v preč ni ni smeri zvara (b)

Ovirano širjenje in kr čenja materiala pri varjenju ni edini razlog za nastanek zaostalih. V jeklih, ki imajo mikrostukturno premeno, se pri varjenju področ ja zvarnega spoja, ki so dovolj segreta mikrostrukturno premenijo (var in del toplotno vplivanega območ ja - TVO). Na primer spremeni se kristalna rešetka iz prostorsko centrirane v ploskovno centrirano, ko material segrevamo in obratno, ko material ohlajamo. Pri tem se v trenutku premene pri segrevanju volumen segretega materiala zmanjša. Pri ohlajanju pa se ravno obratno v trenutku premene volumen materiala poveča. Zaradi lokalnega segrevanja je okolica vara in dela TVO obdana s hladnim materialom, ki prepreči prosto širjenje in kr čenje materiala, ki se je premenil, kar vodi do nastanka zaostalih napetosti zaradi mikrostrukturne premene. Velikost zaostalih napetosti je odvisna od delovanja obeh mehanizmov oviranega krčenja in mikrostrukturne premene na področ jih, ki so dovolj segreta. Za končno velikost zaostalih napetosti je pomembna predvsem medsebojna interakcija oziroma medsebojno delovanje obeh mehanizmov. Pri tem je pomembno kolikšen je vnos toplote pri varjenju, saj le-ta vpliva na širino segretega področ ja in na hitrost ohlajanja materiala. To navsezadnje ob kemijski sestavi materiala definira pri kateri temperaturi bo nastopila premena. Ravno zaradi medsebojnega delovanja obeh mehanizmov nastanka zaostalih napetosti napovedovanje le teh ni enostavno [1,2,3,4]. Pri določevanju velikosti zaostalih napetosti se zaradi tega uporabljajo različne metode za merjenje zaostalih napetosti [2,5,6]. Le-te delujejo na n a različnih fizikalnih principih, kot so: • metode, ki uporabljajo uporovne merilne lističe (metoda vrtanja izvrtine, metoda vrtanja okroglega prstena, metoda razreza), • difrakcijske metode (metoda rentgenske difrakcije, metoda nevtronske difrakcije), • akustične metode, ki uporabljajo vzdolžno ali prečno valovanje ultrazvoka v materialu, • magnetne metode (Berkhausnova metoda, metoda magnetne emisije, metoda magnetne permeabilnosti) • optične metode, • za napovedovanje se uporabljajo tudi kombinacije meritev z numeričnimi metodami kot sta na primer metoda končnih elementov, metoda robnih elementov. Nekatere od metod se lahko uporabljajo le v laboratorijskih razmerah, določene pa lahko uporabimo pri meritvah na terenu. V nadaljevanju se bomo posvetili metodi vrtanja izvrtine, ki bo podrobneje opisana v drugem delu članka.

2. METODO VRTANJA IZVRTINE

Metoda vrtanja izvrtine je standardizirana po ASTM standardu E 837 [7]. Ko vrtamo izvrtino v telo z nekim stanjem zaostalih napetosti, se okoli izvrtane izvrtine napetosti sprostijo, čeprav je lahko izvrtina majhna. Del materiala je namreč odvzet in normalne napetosti na prosto površino so sedaj enake nič (normalno na površino izvrtine). Pred vrtanjem omenjene napetosti niso bile enake nič. Napetosti v okoliških podro č jih ob izvrtini se prerazporedijo in povzročijo odgovarjajočo spremembo lokalnih deformacij ob izvrtini. Na tem mestu je zalepljena tri-elementarna uporovna u porovna merila rozeta, rozeta, ki zabeleži zabeleži deformacije defor macije pod določenimi koti. Na osnovi izmerjenih deformacij se izračuna velikost zaostalih napetosti. To pa je osnova za merjenje zaostalih napetosti z metodo vrtanja izvrtine. V ta namen je potrebna za meritev deformacij predhodno zalepiti merilno rozeto sestavljeno iz treh uporovnih merilnih listič ev na mesta, kjer bomo izvrtali izvrtino oziroma merili zaostale napetosti. Uporovna rozeta merilna, ki je shematično prikazana na sliki sliki 3. Ima tri radialno usmerjene uporovne uporovne merilne listi lističe, ki se 70


nahajajo na polmeru R od sredine, kjer bo izvrtana izvrtina. Čeprav so lahko koti med uporovnimi merilnimi lističi poljubni, morajo biti le-ti znani. Analitični izračuni se zelo poenostavijo, če so koti med uporovnimi merilnimi lističi 450, kar je postal standard za komercialne uporovne merilne rozete za merjenje zaostalih napetosti. Kot je označeno na sliki 3, je kot α oster in poteka od najbližje osi glavne napetosti do uporovnega merilnega listič a številka 1. Iz tega sledi, da za kota α2 in α3 lahko zapišemo: α 2 = α 1 + 45 0 , α 3 = α 1 + 900 za pozitivne kote, ki se merijo v smeri številčenja merilnih lističev. Čeprav je uporovni merilni listič fizično na položaju 2a je efektivno na položaju 2b. Izmerjene deformacije so odvisne od velikosti napetosti poznati pa moramo kalibracijske koeficiente A in B, ki sta odvisna od oblike in velikosti merilne rozete, velikosti izvrtane izvrtine, elastičnega modula in Poisonovega števila materiala. Na deformacije v merilnih lističih vplivajo zaostali napetosti σ x in σ y, ki delujeta na površini. Deformacije lahko zapišemo v obliki, ki so podane v ena čbah od 1 do 3:

(

)

(

)

ε 1 = A ⋅ σ x + σ y + B ⋅ σ x − σ y ⋅ cos 2α

(1)

ε 2 = A ⋅ (σ x + σ y ) + B ⋅ (σ x − σ y )⋅ cos 2(α + 45 0 )

(2)

(

)

(

)

ε 3 = A ⋅ σ x + σ y + B ⋅ σ x − σ y ⋅ cos 2( α + 90 0 )

(3)

Velikost Velikost glavnih napetosti na površini in smer glavnih napetosti izračunamo po enačbah 4, 5 in 6: ε1 + ε 3 1 − ⋅ 4⋅A 4 ⋅ B ε1 + ε 3 1 σ min = + ⋅ 4⋅A 4 ⋅ B ε1 − 2 ⋅ ε 2 + ε 3 tanα tan α= ε1 − ε 3 σ max =

2

2

2

2

(ε 3 + ε 1 ) ⋅ (ε 3 + ε 1 − 2 ⋅ ε 2 ) (ε 3 + ε 1 ) ⋅ ( ε 3 + ε 1 − 2 ⋅ ε 2 )

(4) (5) (6)

Kjer so ε 1, ε 2 in ε 3 deformacije v posameznih merilnih lističih, A in B kalibracijska koeficienta, σ max max in σ min maksimalna in minimalna glavna napetost in α smer glavnih napetosti. n apetosti.

Slika 3 Uporovna merilna rozeta za merjenje zaostalih napetosti

Pri meritvi zaostalih napetosti morajo biti na razpolago še posebna oprema, ki omogoča centriranje in vrtanje izvrtine. Na sliki 4 je prikazana vpenjalna centrirna naprava Vishay RS-200 z vstavljenim mikroskopom (slika 4a) in le-ta z vstavljenim vrtalnim sklopom za turbo vrtanje (slika 4b).

71


(a)

(b)

Slika 5: Vpenjalno centrirna naprava Vishay RS-200; z vstavljenim mikroskopom (a); z vstavljenim vrtalnim sklopom za turbo vrtanje (b)

Pri meritvi z metodo vrtanja izvrtine je nujno potrebno izvesti določene faze: kot so priprava površine, kjer bo zalepljena uporovna merilna rozeta, lepljenje in ožičevanje rozete, centriranje, vrtanje in beleženje deformacij ter izračun zaostalih napetosti. Podrobneje so faze, ki si sledijo po tem vrstnem vr stnem redu prikazane na sliki 5.

(a)

(d)

(b)

(c)

(e)

(f)

Slika 4: Faze Fa ze pri meritvi zaostalih napetosti z metodo vrtanja izvrtine; priprava površine (a), kemič na na obdelava površine (b), lepljenje in ožič evanje evanje rozete ro zete (c), centriranje (d), vrtanje luknjice lukn jice (e), (e), Izrač un un zaostalih napetosti (f)

3. MERJENJE ZAOSTALIH NAP. NA RAZCEPNEM KOSU CEVOVODA PELTONOVE TURB INE

V nadaljevanju je prikazan primer merjenja zaostalih napetosti na razcepnem kosu Peltonove turbine. Zaostale napetosti so bile izmerjene z metodo vrtanja izvrtine pred in po toplotni obdelavi. Merilno mesto se je nahajalo v hlačah prve odcepitve dveh cevovodov P3 in P7. Meritev P3 je bila izvedena pred toplotno obdelavo meritev P7 pa po toplotni obdelavi celotnega razcepnega kosa. Na tem merilnem mestu se je namreč zaradi velike vpetosti pri varjenju upravičeno pričakovalo velike zaostale napetosti. Razcepni kos je bil izdelan iz materiala P355 NL1, ki je imel napetost tečenja 440 MPa. Na sliki 6a je prikazan razcepni kos cevovoda in na sliki 6b

72


mesto merjenja. Samo izvajanje meritve pred toplotno obdelavo je prikazano na sliki 6c in po toplotni obdelavi na sliki 6d. Toplotna obdelava se je izvajala izvajala z namenom relaksiranja zaostalih zaostalih napetosti nap etosti in zaradi znižanja znižanja trdot.

(a)

(b)

(c)

(d)

Slika 6: Razcepni kos cevovoda (a), mesto meritve (b), meritev pred toplotno obdelavo(c) in meritev po njej (d).

Na sliki 8 so prikazane deformacije pred toplotno obdelavo (slika 7a) in po toplotni obdelavi (slika 7b) v odvisnosti od globine vrtanja, ki je bila b ila 2 mm. Premer svedra je znašal 1,6 1,6 mm. ] m / m µ µ [ a j i c a m r o f e D

Globina vrtanja vrtan ja Z [mm]

Globina vrtanja vrtan ja Z [mm]

Slika 7: 7 : Izmerjene deformacije v posameznih uporovnih uporovnih merilnih listi č ih ih rozete; po varjenju pred toplotno obdelavo (a), po varjenju po toplotni obdelavi (b)

73


Slika 8: Velikost glavnih zaostalih napetosti in smer glavnih zaostalih napetosti z upoštevanjem napetosti teč enja enja materiala; po varjenju pred toplotno obdelavo o bdelavo (a), po varjenju po toplotni obdelavi obdelavi (b)

Kot lahko vidimo iz slike 8, je v varjenem stanju velikost maksimalne glavne zaostale napetosti praktično enaka napetosti tečenja materiala in je natezna. Pravokotno na to je minimalna glavna zaostala napetost skoraj štirikrat manjša in je še vedno natezna. Med toplotno obdelavo so se zaostale napetosti relaksirale. Maksimalna zaostala napetost je za slabe dve tretjini manjša glede na varjeno stanje in je še vedno natezna. V pravokotni smeri pa se pojavi minimalna zaostala napetost, ki je po velikosti majhna in je tlačna. V obeh primerih je usmerjenost glavnih zaostalih napetosti podobna. Metoda vrtanja izvrtine se je pokazala primerna za merjenje na terenu in se lahko brez več jih težav uporablja up orablja na zvarnih spojih. Kljub temu, da je v primeru, ko so zaostale napetosti blizu napetosti tečenja, njena natančnost nekoliko slabša, se to, da izboljšati s posebnim kalibriranjem na enakem materialu [1]. Tako je napaka pri merjenju pod 10 %, pri nižjih zaostalih napetostih pa pod 8 %.

4. ZAKLJUČKI

Zaostale napetosti se lahko uspešno merijo z metodo vrtanja izvrtine tudi na sorazmerno zahtevnih varjenih konstrukcijah, kot ga predstavlja razcepni kos cevovoda. Metoda Metoda vrtanja v rtanja izvrtine se je pokazala tudi primerna primern a za za merjenje na terenu. Zaostale napetosti so v varjenem stanju na mestu merjenja po velikosti praktično enake mej m ejii tečenja materiala. Na razcepnem kosu cevovoda se zaostale napetosti znižajo skoraj za eno tretjino grede na varjeno stanje.

5. LITERATURA

1. Vuherer T.: Analiza Analiza zaostalih notranjih napetosti s posebnim poudarkom na n a ponovnem vnosu toplote in njih meritev v sočelnih zvarnih spojev magistrsko magistrsko delo. Univerza Univerza v Mariboru 1999 2. Leggatt R.: Residual Stress Measurement Measurement at Repair Welds in Pressure Pr essure Vessel Steels Steels in the As-Welded Condition, The welding institute, Cambridge, 1986 3. Vuherer T., Gliha V., Samardži Samardžić I.: Residual stresses in weld joints and different processes to reduce them. 3. Međunarodno savjetovanje Zavarivanje u pomorstvu, Zbornik radova (200 ( 2004), 4), No 2, str. 127-136 127-136 4. T. Vuherer T., Rojko D., Gliha V.: Uticaj reparature na nivo i raspodelu r aspodelu zaostalih zaostalih napona u sučeonom zavarenom spoju mikrolegiranog mikrolegiranog čelika. Zavarivanje i zavarene konstrukcije (2004), (2004), str. 61-65 5. Vuherer T., Milović L., Samardžić I., Zrilić, M.: Acceptability of residual stresses measurement methods of butt weldments and repairs. Strojarstvo (2009), (2009), Vol. 51, No. 4, str. 323 323-331 -331 6. Weng C.C., Lo S.C.: Measurement of residual stresses in welded steel joints using hole drilling gauge method, Material Science and Technology, (1999), (1999), Vol. 8, str 213-218 7. Annual book of ASTM standards: standards: Standard Test Method Method for Determination Residual Stress by the HoleDrilling strain Gage Gage Method, ASTM E 837, Section 3 volume 03.01

74


Spajanje Spajanje pocinkanih pocink anih HOP profilov Igor Križman, Martin Martin Strašek ARMAT Šentjanž d.o.o., Kočevarjeva 2, 8000 Novo mesto

Povzetek Zaradi vse težjih razmer na trgu smo primorani iskati pocenitve jeklenih jeklen ih konstrukcij. Ena od možnosti je tudi uporaba pocinkanih HOP profilov za potrebe sekundarne jeklene konstrukcije, kar tudi že uporabljamo in že imamo tehnologijo za rezanje in krivljenje ploč evine. evine. V prispevku prikazujemo poizkus zamenjave vijač nih nih spojev z uporovnim to č kovnim kovnim varjenjem. Ugotavljamo, da bi lahko s primernim postopkom spajanja zadostili zahtevam nosilnosti, ter tako dosegli več je prihranke ter s tem poveč ali ali konkurenč nost. nost.

1. UVOD V svetu, predvsem v Severni Ameriki in Aziji, največ jeklenih konstrukcij uporabijo pri gradnji mostov in visokih gradnjah. V Evropi nimamo takšne tradicije. Največ jeklenih konstrukcij za visoke zgradbe uporabljajo v Avstriji, Slovenija pa je povsem na repu, saj je delež uporabe jeklenih konstrukcij zanemarljiv. Prav tako je zanemarljiv delež jeklenih konstrukcij v mostogradnji. največ ji obseg gradenj v jeklu v Sloveniji dosegamo pri enoetažnih proizvodnih in poslovnih objektih (proizvodne hale, skladišča, trgovske centre ali parkirne hiše). Razlogov, zakaj obseg jeklenih konstrukcij pri nas ni več ji, je ve v eč. Deloma je to posledica tradicije gradnje v Evropi, deloma so odgovorni vplivni gradbeni lobiji, cene jekla na svetovnem trgu, pa tudi želje investitorjev in nezainteresiranost projektantov zgradb. Gradnja z jeklenimi konstrukcijami se od svojih začetkov ni bistveno spreminjala. Še največ sprememb so pri nas v zadnjem času prinesli novi standardi (Eurocode) ter spremenjeni načini protikorozijske zaščite. Barvanje se namreč vse večkrat nadomešča z vročim cinkanjem, ki zagotavlja daljšo in boljšo zaščito. Za montažne spoje pri jeklenih konstrukcijah se v večini primerov uporablja vijačne spoje, varjenje na gradbiščih se uporablja v manjši meri, predvsem za pritrjevanje sekundarne konstrukcije. Običajno je, da se vsi postopki varjenja posameznih nosilcev izvedejo v kontroliranih pogojih proizvodnje, kjer je mogoče procese varjenja voditi in kontrolirati v vseh v seh fazah. fazah. Prednosti jeklenih konstrukcij so predvsem: estetika konstrukcij, možnost spreminjanja že zgrajenih konstrukcij, dobro razmerje med težo težo in nosilnostj no silnostjo, o, dobra potresna varnost ter v možnosti možnosti reciklaže. Odpadno jeklo se namreč lahko v celoti vnovič uporabi in je tako pomembna surovina, ki bistveno znižuje porabo energije in s tem stroškov pri proizvodnji novega jekla. Kriza v gradbeništvu ima na uporabo jeklenih konstrukcij negativni vpliv, kar se odraža v zmanjšanju povpraševanja, ter posledično v povečanju konkurence. Zato smo primorani iskati konstrukcijske rešitve in uporabo materialov, ki vodijo k nenehnim pocenitvam pri proizvodnji jeklenih konstrukcij. 2. OPIS PROBLEMA Kot ena od možnosti za pocenitev predvsem sekundarnih konstrukcij in konstrukcij manjših pomožnih objektov se je izkazala uporaba pocinkane pločevine debeline od 1 do 4 mm, katera se na trgu dobi po relativno ugodni ceni. V podjetju podjetju razpolagamo z škarjami za razrez pločevine in krivilnim strojem stro jem dolžine dolžine 6 m, kar nam omogoča izdelavo najrazličnejših HOP profilov. Zaradi omejitve krivilnega stroja (oblika HOP profilov in dolžine) in težnji po boljšem izkoristku materiala se pojavi potreba po spajanju le teh. Sedaj se uporablja vijačenje s samoreznimi in matičnimi vijaki, kar je za spoje, ki jih lahko izvedemo v delavnici predrago (ob upoštevanju vrtanja in stroška vijaka). Glede na to se je pojavila potreba po novem na činu spajanja, ki naj bi zadostil naslednje kriterije: kr iterije: 1. Biti mora cenejši. 2. Doseči mora enako ali več jo nosilnost. 3. Izveden mora biti b iti tako, da spoj ne potrebuje po trebuje dodatne antikorozijske antikorozijske zaščite. 4. Pri vidnih spojih mora zagotavljati zagotavljati zadovoljiv izgled. Glede na te zahteve se je izvedel i zvedel poizkus spajanja z uporovnim točkovnim varjenjem pocinkane pločevine. Kot varilni stroj so se uporabile točkaste varilne klešče, ki omogočajo širše posege za vsa to čkasta varilna dela; pod pogojem, da je na razpolago visoka električna storilnost, ki je vezana na visoko elektrodno moč. Kardan obešanje omogoča enostavno pozicioniranje varilnih klešč pri vseh oblikah točkastega varjenja. Varilno krmiljenje je narejeno kot pomožni /stransko stoječi krmilni aparat. 75


Tehnični podatki: Proizvajalec: DALEX Nazivna moč: 25 kVA pri 50% ED Največ ji varilni u činek: 63 kVA Sekundarna napetost prostega teka: 4,7 V Omrežna napetost: 380 380V V Omrežna napetost: 380 V Omrežni tok: 65,8 A Omrežna frekvenca: 50 Hz Primarni tok kratkega stika: 207 A Sekundarni nazivni tok: 5,08 kA Največ ji varili tok: 13,2 kA Sekundarni tok kratkega stika: 16,5 kA Največ ja sila elektrode: 280 daN Potrebni pritisk zraka: 6 – 10 bar Potrebni pretok hladilne vode: 6 l/min Teža: 46 kg Varilni parametri: Varilo se je dve dv e seriji z različnima tokovoma, tokovom a, medtem ko so ostali parametri ostali konstantni. a) Varilni tok: 6,5 kA b) Varilni tok: 9,1 Ka Ostale nastavitve : VHZ – 45 (čas predpritiska) NHZ – 40 (čas razmika) OHZ – 50 (čas držanja) SAZ – 09 (strmina naraščanja toka) SZ – 13 ( čas varjenja) Za preizkušanje smo vzeli 2mm pocinkano pločevino. Izvedli smo spoj z dvema dv ema točkama. Skica preizkušanca:

Preizkušanje mehanskih lastnosti: Preizkušanci so se obremenjevali z natezno-strižno silo. Obremenjevanje je potekalo z majhno hitrostjo, tako da se smatra za statični preizkus. Rezultati preizkusa so predstavljeni v naslednji tabeli:

76


Sila pretrga (kN):

Nastavitev Nastavitev

1

2

3

4

5

Povprečna vrednost

a

28

28,9

26,5

28,8

-

28,05

b

13,4

12,2

14,8

13,5

16,5

14,08

Vizuelna ocena: Zvarne točke z varilnim tokom 6,5 kA so imele lep izgled. Malo se sicer pozna odtis elektrode, vendar menim, da je nadaljnja protikorozijska zaščita še zagotovljena. Medtem, ko se pri zvarnih točkah varjenih z varilnim tokom 9,1 kA, pozna po zna globlji vtis elektrode in cinkov sloj je zrinjen vstran. Nadaljnja protikorozijska zašč ita na mestu zvara je vprašljiva.

3.0. UGOTOVITVE IN ZAKLJUČEK Pri izvedbi točkovnega varjenja s kleščami, se je izkazalo, da z njimi ni možno varjenje s priporočljivimi varilnimi parametri za to pločevino. Pri uporovnem točkovnem varjenju z varilnim tokom 6,5 kA, se je doseglo najboljše mehanske lastnosti glede na vse uporabljene postopke. Varjenje je potekalo brez brizganja. Na površini se seveda vidi odtis elektrode, vendar zaščitna plast cinka ni povsem odstranjena. Medtem, ko se pri varjenju z 9,1 kA dosegli slabši mehanski rezultati. Pričakovali so se boljši ker je manjši čas varjenja in več ji varilni tok. Vendar je med varjenjem prišlo do brizganja brizganja kar nakazuje na premajhno silo elektrode. Plast cinka je bila izrinjena na rob ro b zvarne točke. Iz navedenega je možno sklepati, da z uporovnim točkovnim varjenjem možno zadostiti začetnim kriterijem. Vendar bo potrebno poiskati sodobnejši varilni stroj, ki bo omogočal bolj optimalne nastavitve varilnih parametrov, ter preveriti ekonomsko upravičenost nabave le tega.

77


Celjski sejem d.d. Podjetje za prirejanje sejmov, športnih in kulturno-zabavnih prireditev ter gostinske dejavnosti Dečkova 1, Celje, Slovenija http://www.ce-sejem.si/-sejem.si

78


Varjenje drobnozrnatih materialov Mojca Šolar, Jožica Cankar, Cankar, Marjan Bergant, Bergant, Edvard Bjelajac Elektrode Jesenice, Cesta železarjev 8, Jesenice

Povzetek Tudi v Slovenskem Slo venskem prostoru prostoru se drobnozrnata jekla in litine vedno bolj uporabljajo in izpodrivajo izpodrivajo nelegirana jekla. Zaradi svoje sestave in toplotnih obdelav v procesu izdelave ta jekla dosegajo visoke trdnosti ob dobrih žilavostih, kar omogoč a izdelavo lažjih konstrukcij. V prispevku so opisane težnje v razvoju drobnozrnatih jekel in predstavljene novosti na podro č ju dodajnih materialov. Pravilni nač ini ini varjenja in vnosi energije so pri teh jeklih izredno pomembni, na osnovi lastnih izkušenj bodo v predavanju dana priporoč ila ila za varjenje z oblo č nimi nimi postopki ROV ter MAG.

1. UVOD

Drobnozrnata visoko-trdnostna visoko-trdnostna jekla vedno bolj izpodrivajo nelegirana jekla. Zaradi mehanskih lastnosti, ki jih jih ta jekla premorejo so konstrukcije lahko lažje, višjih trdnosti ali bolj obrabno obstojne od konstrukcij iz nelegiranih jekel. Uporaba teh vrst jekel se je najbolj razširila v ladjedelništvu, kotlo-gradnji, gradnji mostnih konstrukcij, avtomobilski avtomobilski industriji, gradnji gradnji industrijskih in poljedelskih strojev, železniški železniški industriji, vedno bolj pa se uporablja tudi pri gradnji cevovodov, »off-shore« konstrukcij in celo pri alternativnih virih pridobivanja električne energije kot so npr. npr. vetrne elektrarne. V Evropi se za tovrstno uporabnost vedno bolj uporabljajo strženske- polnjene žice, in to zaradi možnosti avtomatizacije procesa in možnost možnost legiranja iz polnila [1]. Razvoj visoko-trdnostnih dodajnih materialov in optimiranje varilnih materialov in postopkov že več let intenzivno poteka na Japonskem, v Evropi pa predvsem v Nemčiji in Skandinaviji- glavne teme so: zmanjšanje razpokljivosti v hladnem [2]., optimiranje toplotnih obdelav in zmanjševanje vsebnosti vodika v varih [3-6]ter uporaba drugih »ne-obločnih« načinov varjenja kot so lasersko varjenje, varjenje z gnetenjem, varjenje z laserskim snopom…

2. SPLOŠNO O VARIVOSTI VARIVOSTI DROBNOZRNATIH DROBNOZRNATIH MATERIALOV

2.1 Visokotrdnostni drobnozrnati materi mate riali ali Drobnozrnata visoko-trdnostna jekla vsebujejo do 5 % legirnih elementov ( C, Si, Mn, Cr, Mo, Ni, V ). Običajno so dobro variva, vendar je potrebno upoštevati pravilne pogoje varjenja. • Korenski varki pri spojih so lahko narejeni z mehkejšimi dodajnimi materiali. Pri varjenju jekel z nelegiranimi materiali se ravno ravn o tako lahko uporabljajo mehkejši dodajni materiali. • Pri debelejših materialih, nižjih temperaturah in močno vpetih konstrukcijah je potrebno predgrevanje, ki se ga izračuna po p o formulah za izračun ogljikovih ekvivalentov. • Priporo čamo varjenje z nizkim vnosom energije, kar pomeni optimalni varilni tok in varjenje z več varki, tanjši dodajni materiali. Varjenje z visokimi vnosi energije povzroči porast kristalnega zrna v TVP- (toplotno vplivanem področ ju), kar močno poslabša po slabša mehanske lastnosti. • Proizvajalci jekel običajno navedejo tudi najvišjo temperaturo med varki, to je vredno upoštevati, sicer lahko pride do poškodb v osnovnem materialu in TVP. • Priporo čamo varjenje takoj po pripravi zvarnih robov, da ne pride do kontaminacije. Oplaščene elektrode morajo biti bazične in pred varjenjem presušene, polnjene žice z nizko vsebnostjo vodika in bazične ali metalne. • Po kemijski sestavi in trdnostnih lastnostih morajo biti dodajni materiali čim bližje osnovnemu materialu 2.2 Drobnozrnati materia materia li visoke trdote- obrabno odporni o dporni materiali materiali Veljajo Veljajo vsa pravila kot za visoko-trdnostne visoko- trdnostne materiale poglavje 2.1 in še dodatno:. dod atno:. izogibate ostrim robovom r obovom • Pri reparaturnem varjenju in zvarjanju priporočamo, da se izogibate • Proizvajalci običajno podajo priporo čljive temperature predgrevanja glede na trdoto, sestavo in debelino osnovnega materiala 79


• •

•

2.3

Priporočljivo je, da se prvi sloj navari s tanjšimi dimenzijami, da je vnos vno s energije čim manjši. Pogosto je praksa takšna, da se korenski varki zavarijo z nelegiranimi dodajnimi materiali, velikokrat tudi polnilni, nato pa se samo zgornji sloji navarijo z varilnim materialom, ki ima enake lastnosti kot osnovni material- abrazijska obstojnost, trdota- np r E Dur-ji. Kjer predgrevanje ni mogoče, ali č e so uporabljeni materiali najvišjih trdot, se lahko koristijo austenitni dodajni materiali, tipa 18/8/6, npr.: Inox B 18/8/6 ali TIG/MIG 18/8/6Si, in se potem le zgornji sloj zavari z materiali višjih trdot- odvisno od načina uporabe.

Ulitki Pri varjenju ulitkov iz drobnozrnatih materialov je potrebno glede na vrsto materiala izbrati najbližji dodajni material po sestavi, zaradi velikosti je potrebno upoštevati posebne režime toplotne obdelave, le ti močno vplivajo na mehanske lastnosti osnovnega materiala in vara. Dodajni materiali so več jih premerov, ker je običajno potrebno ulitke popraviti p opraviti čim hitreje.

3 PRIPOROČILA ZA VARJENJ VARJENJE E DROBNOZRNATIH JEKEL PO ROV IN MAG NA N AČINU 3.1 EVB Ni (E 50 6 1Ni B 42 H5) Elektroda je že dolgo v proizvodnem programu Elektrode Jesenice. Zaradi zahtev zahtev NACE MR0175/ MR0175/ ISO15156 standarda [7], ki se uporablja uporablja v naftni industriji in plinov smo spremenili sestavo, sestavo, zmanjšati zmanjšati vsebnost Ni na vrednosti pod 1% in s tem dosegli izboljšanje žilavosti pri -60 ºC v čistem varu in v zvarnih spojih zavarjenih v zahtevanih pozicijah. Določiti smo morali optimalne varilne parametre za izdelavo zvarnih spojev. Za dobre mehanske lastnosti pa je pomembna je tudi vsebnost vodika v varu, ki mora biti pod 4ml oz. 5 cm3H2/100g zvara, naše elektrode dosegajo vrednosti cca 2,2 cm3 H2/100g zvara. Pri pridobivanju priznanja za LR in DNV smo zavarili 3 spoje v treh pozicijah: vodoravni-PA, vertikalni-PF in nad-glavni(PE) pri optimalnih parametrih. Zahtevane vrednost so za trdnost nad 570MPa in žilavost nad 47J pri -60ºC. EVB Ni E / kJ/mm2 t. Var Dimenzija Tint / °C Trdnost/MPa ilavost -60°C/J PA 1,10 19 3,25, K-2,5 D-4 150 622 70 PF 1,13 16 3,25, K-2,5 150 633 50 PE 1,18 17 3,25, K-2,5 150 647 65 Tabela 1: Varilni Varilni parametri parametri za varjenje varjenje spojev z EVB Ni , vnos energije in dobljene vrednosti za V zvarne spoje na plo č evini evini P460NL1/NH P460NL1/NH debeline 20mm v pozicijah PA, PF in PE.

3.2 EVB 62 (EN ISO 18275-A: E 62 4 MnMoB42 H5) Novo razvita elektroda primerna tudi za off-shore konstrukcije, za varjenje jekel in jeklenih litin s trdostjo nad 720 MPa, kamor spadajo tudi jekla X80, ki se uporabljajo za cevovode. Elektroda je dolegirana z Mn in Mo ter ima nižji Si, kar izboljša žilavosti pri nizkih temperaturah. Naše elektrode dosegajo vrednosti 2,5cm3 H2/100g. Vrednosti pri pridobivanju pr idobivanju priznanja priznanja 4Y62 za LR in DNV so podane v tabeli. Zahtevane Zahtevane vrednosti vr ednosti so za trdnost nad 720MPa 720MPa in žilavosti žilavosti nad 62J pri -40ºC. EVB 62 E / kJ/mm2 t. Var Dimenzija Tint / °C Trdnost/M Pa ilavost/J (-40°C) PA 1,25 16,00 3,25, K-2,5 D-4 170,00 789 90,00 PF 1,13 16,00 3,25, K-2,5 D-4 150,00 822 87,00 PE 1,2 17,00 3,25, K-2,5 D-4 150,00 816 79,00 Tabela 2: Varilni Varilni parametri za varjenje varjenje spojev z EVB 62 , vnos energije in dobljene vrednosti za V zvarne spoje na plo č evini evini S690QL1 S690QL1 debeline 20mm 20mm v pozicijah PA, PA, PF in PE.

3.3 EVB 75 (EN ISO 18275-A: E 69 6Mn2NiCrMo B 42 H5) Pridobili smo priznanje pri LR in DNV s stopnjo 5Y69: kot nam je poznano takega priznanje nima še nobeden drug proizvajalec dodajnih materialov, m aterialov, saj je potrebno pri Charpy V pri -60 °C dose do seči žilavosti žilavosti 69J in to v ČV in spojih z visoko-legiranim osnovnim jeklom S 690QL1. Za zagotovitev tako ostrih o strih zahtev je bila potrebna velika pazljivost pri zagotavljanju čim bolj konstantnih optimalnih parametrov dobljenih s teoretičnimi izračuni in eksperimentalnimi testi. Izmerjena vsebnost vodika je bila pod 2,5cm3 H2 H2 /100g.

80


EVB 75-PA E / kJ/mm2 t. Var Dimenzija Tint / °C ilavost/J (-60°C) 0 1,20 170 60 19 3,25, K-2,5 D-4 1 1,45 170 62 19 3,25, K-2,5 2D-4 2 1,15 200 60 17 3,25, K-2,5 2D-4 23 3,25, K-2,5 D-4 3 0,98 150 71 Tabela 3: EVB 75 - varilni parametri za varjenje spojev z EVB 75 v vodoravni poziciji- PA , vpliv vnosa energije in med-varkovne m ed-varkovne temperature temperature na vrednosti žilavosti žil avosti

Optimalni pogoji, ki smo jih našli n ašli za za zagotovitev dobrih rezultatov: • Predgrevanje 150 ºC in temperatura temp eratura med varki 150 150-170 -170 ºC, najbolje najbo lje pa do max 160°C. 160°C. 3, 25mm elektrodo 14,5-17,5cm/min 14,5-17,5cm/min • Varilna hitrost za 3,25mm • Vsak varek naj se s prejšnjih prekriva za cca 40% EVB 75 E / kJ kJ//mm2 Št. Var Dimenz nziija Tint / °C Trdnos ostt/MP MPaa Ži Žillavo vosst/J (-60°C) PA 0,98 23 3,25, K-2,5 D-4 150 800 71 PF 1,41 14 3,25, K-2,5 170 816 70 PE 1,03 19 3,25, K-2,5 160 826 80 Tabela 4: Varilni Varilni parametri za varjenje varjenje spojev z EVB 75 , vnos energije in dobljene vrednosti za V zvarne spoje na plo č evini evini S690QL1 debeline 20mm v pozicijah PA, PA, PF in PE.

3.4 MIG 90 za varjenje po MAG postopku Varjenje z MIG 90 varilno žico žico za varjenje visoko-trdnostnih drobnozrnatih jekel S 890 890Q. Q. Na kaj je potreba paziti pri varjenju: pr edgrevanje cca 150ºC 150ºC • Za debelino 15 mm predgrevanje • Pri pripravi V spoja je kot zvarnega žleba 60 º • Vnos energije čim manjši, čim tanjši dodajni material, čim več varkov v vrsti • ∆T8/5 optimalno 6s, če je čas predolg je prenizka meja plastičnosti, če je prekratek prekr atek je nižja nižja žilavost. • Čim krajši prosti konec žice- zaradi zaščite zvarne kopeli pred dušikom iz zraka • Posebna pozornost na čistočo in pravi pretok plina, da se čim bolj izognemo poram • Smer valjanja pločevine vpliva na rezultate pri upogibnih testih- zvar pravokoten na smer valjanja ima boljše rezultate kot vzporeden. • Po časno ohlajanje po varjenju zmanjša količino vodika v varu. • Kjer so možnosti je boljše pulzno varjenje namesto kratkostičnega.

Slika 1: trn 3 x t,180º MIG 90 Slika 2: zvarni spoj z MIG-om 90

Slika 3: mikrostruktura MIG90

4 TABELA VARIVOSTI V tabelah varivosti 5 in 6 so navedena priporočila za varjenje visokotrdnostnih drobnozrnatih materialov in drobnozrnatih materialov s povečano trdoto.

81


Tabela 4:Dodajni materiali za varjenje visokotrdnostnih drobnozrnatih drobnozrnatih materialov. 5 H 3 ) 0 C ( 5 T M / B 5 o H 3 5 M r C H C i B o 3 N M i M 2 n N B 1 o M 6 M i 6 0 N 9 5 1 6 T 6 T

Oznake EN ISO: 2 4 B o M i N 1 2 0 5 E

EN ISO 2560-A EN ISO 18275-A EN ISO 14341-A EN ISO 17632-A EN ISO 18276-A EN ISO 14174-A

Dodajni material

Vrsta jekla W.Nr.

o o M i M i N 5 , 5 N 2 6 B B B V V V E E E

Oznaka

NIOMOL 420K 1.8908 1.8906 1.8916 1.8924 1.8909 1.8984 1.8904 1.9826 1.8986 1.8914 1.8927 1.8987 1.8931 1.8928 1.8988 1.8940 1.8983 1.8925

2 4 B o M i N 2 2 5 5 E

5 H 2 4 B O M I N 1 n M 6 5 5 E

NIOMOL 460K NIOMOL 490K

2 4 B o M r C i N 2 n M 6 9 6 E

5 7 B V E

2 4 B o M r C i N 2 n M 2 9 6 E

0 8 B V E

2 4 B o M r C 1 i N 2 n M A 9 8 E

0 0 1 B V E

a r t x E 0 0 1 B V E

B 8 2 b u t l i F

B 2 3 b u t l i F

M B o M i N 2 n M 6 9 6 T

5 H 3 M B o M r C 1 i N 2 n M 4 9 8 T

M B 2 3 8 3 b b u t u t l i l i F F

5 H 2 M M Z 4 9 8 T

1 i N 3 G M / C 4 2 4 G

i M N 8 3 0 b 6 u C t l i A F V

o M 1 i N 3 n M

o M r C 1 i N 3 n M

o M r C 2 i N 4 n M G M 6 9 8

5 H C A 5 5 1 B F A S

8 2 1 b u t l i F 5 / 6 5 7 0 9 T G I G I G I T B M M M F

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

MICRAL 550 MICRAL 620

x

x

x

x

x

x x

MICRAL 690

x x

MICRAL 890

5 H C A 5 5 1 B F A S

5 H C A 5 5 1 B F A S

2 3 1 b u t l i F / T T B F

8 3 1 b u t l i F / T T B F

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

Tabela 6: Dodajni materiali materiali za varjenje drobnozrnatih materialov višje trdote; * za zvarjanje z nelegiranimi materialimiali , korenskih varkov in ali celih cel ih varov, ** za polnilne varke in prekrovne varke ali navarjanje Opombe

* * * * * * * * * * j e j e j e j e * * * * j e j e j e j e * * * o l o o e e e e e e e e e e j e * e j e j e j e l j j j j j n n n n j j j j n n n n j j s s l s a a a a a a a a n n n n n j j j j n n n n j j j j n n n n n n i i i a a a a a a a a a a a a a a a n n n r r r r j j j j r r r r j j j j j j s s s j a a a r r r r a a a a r r r r r r e e e r j r j r j r j r a v v v v v v v v a v a v a v a v a v a a a a a v a v a v a v a a a a a v a v a v a v a v a v m m m Z Z Z Z Z N N N N Z Z Z Z N N N N Z Z Z Z Z Z V V V

Oznake EN ISO: EN ISO 2560-A EN ISO 18275-A EN ISO 14341-A EN ISO 17632-A EN ISO 18276-A EN ISO 14174-A

Dodajni material Vrsta jekla W.Nr.

1.8702 1.8705 1.8715 1.8721

Oznaka

5 H 2 3 B 4 2 4 E

5 H 2 4 B 6 2 4 E

2 4 B o M r C i N 2 N 6 9 6 E

2 4 B o M r C i N 2 N M 2 9 6 E

2 4 B o M r C i N 2 n M A 9 1 3 2 8 1 e e e e E F F F F

5 H 1 M M 4 6 4 T

B 4 2 4 T / 5 H 3 C B 4 2 4 T

1 M o M r C i N 2 n M 4 9 6 T

M B o 1 i M S r 3 C i G N 2 M n / C M 4 6 3 9 1 7 e 2 6 1 e e e F 4 T F F F ~ G

1 i S 4 G M / C 4 6 4 G

o M r C 1 i N 3 n M

3 S / 5 H C A 5 5 1 B F A S

5 H C A 5 5 1 B F A S

5 H C A 5 5 1 B F A S

2 2 B n M 8 8 1 E

n M 8 8 1 G

n M 8 8 1 S / C D 4 5 2 F A A S

2 8 6 / 3 3 8 1 / 2 5 1 i 8 3 5 1 1 b b 6 / S 1 u 0 0 0 0 u 8 R R R P t / 6 5 l / P B M B R l i t 2 0 3 0 4 0 5 M U U U U P F i 8 8 P 2 2 2 2 0 / E 1 0 5 E F 1 1 3 3 D D D D 5 0 5 5 0 0 8 / / / 6 6 7 5 5 7 8 1 R R R R b b b b b b b b / T T B 1 3 U U U t u t u t u t u t u t u t u t u C C G T B B B B B U x T T T 3 G I B V V V V V D D D D l i l i l i l i l i l i l i l i A A I B B B o n M E E E E E E E E E F F F F F F F F V V M F F F I F

x x x x x x x NICRODUR 250 x x x x x x x x x x x NICRODUR 300 x x x x x x x x x x x x x x x x x NICRODUR 400 x x x x x x x x x x x x x x x x x x NICRODUR 500 82

x x x x

x x x x

x x x x


5 ZAKLJUČEK Smeri razvoja za drobnozrnate dodajne materiale materiale v Elektrodah- masivne žice žice s pobronzano površino- paleta paleta Platinum, bron na površini izboljša drsne sposobnosti varilne žice in pri tem ne vpliva pa na mehanske vrednosti. Na podro č ju polnjenih- strženskih žic žic pa razvijamo še nove vrste metalnih drobnozrnatih drobnozrnatih visokotrdnostnih polnjenih-strženskih žic žic z nizko vsebnostjo vodika in izdelanih na novi proizvodn proizvodnii liniji. 6 LITERATURA 1. Letno poročilo EWA 2. Kasuya T, Hashiba Y, Inuoue H, Nose T, Ito K, Enoki M: Cold Cracking Suspetibility of Austenitic and Martensitic Weld Metals, Metals, IIW, IX-2364-11, IX-L-1079-11 (2011) 3. Yu l, Nakabayashi Y, Itoh S, Kameyama M, Hirano S, Chigusa N, Saida K, Mochizuki M, Nishimoto K: Proposal of thermal cycle Tempering parameter and its use in hardness prediction in HAZ of temper bead welding, IIW, I IW, IX-2369-11, IX-2369-11, IX-L I X-L-1087-11 -1087-11 (2011 (2 011)) 4. Enzinger N: Influence of the Soft zone on the strngth of Welded Modern HSLA Steels, Steels, IIW IX-L-1064-10 5. Mente T, Effects of post weld heat tratment procedure on the hydrogen diffusion in high strength steel welds, welds , IIW, IX-L-1071-10, (2010) 6. Kuzmikova L, A study of the Continuous Cooling Behaviour and Effects of Preheat and Interpass Temperature on the HAZ of high Strength Quenched and tempered temper ed Steel, IIW, IX-L-1075-10, IX-L-1075-10, (2010) 7. NACE MR0175/ISO15156- Petroleum and Naatural Gas Industries-Materials for use in H2S-containing Environments in Oil and Gas Production, Dec 2005 2005

83


Inštitut za metaln metalnee konstrukcije, Mencingerjeva 7, 1001 Ljubljana, T 01/2802 100, F 01/2802 151, E [email protected]

84


Varjenje aluminija s talilnimi postopki Igor Marinšek Marinšek Svetovanje za kakovost storitev, storit ev, KAM – AVTO, AVTO, 10 00 Ljubljana

Povzetek V tem prispevku so zbrani napotki za kakovostno pripravo in varjenje aluminija in njegovih zlitin. Naštete so tudi metode preizkušanja in najpogostejše napake ter njihovo odpravljanje. Našteti so tudi ukrepi za varno delo.

1. UVOD V zadnjem času uporaba aluminija in zlitin v proizvodnji spet narašča. Avtomobilska industrija ga uporablja pri proizvodnji osebnih, tovornih in potniških vozil predvsem zaradi svoje manjše specifične teže in obstojnosti ter ekonomike. Zato je smotrno ponovno pregledati osnovne ukrepe za kakovostno delo, ki so sicer že dolgo poznani, a s splošnim splošnim opuščanjem strokovnega dela pri proizvodnem varjenju ponovno zanimivi. 2. SKLADIŠČENJE IN RAVNANJE ALU POLIZDELKOV: Osnovni material mora biti skladiščen pokrit, na lesenih podlagah s ciljem preprečevanja kondenzacije in površinske korozije. Označevanje z barvami in markerji mora biti brez br ez prisotnosti bakra, svinca ali oglja. Za transport je treba uporabljati jermena iz umetnih snovi, če pa se uporablja jeklena nosila, pa je treba stič ne površine zaščititi z lesom ali umetno snovjo. Če je bil prevoz daljši ali po morju v izjemno vlažnih pogojih, je treba material pred varjenjem ali skladiščenjem sušiti (skladi profilov ali pločevine). 3. PROIZVODNJA: Vse površine profilov ali pločevine so prevlečene z oljem ali maščobo, ki je namenjena zaščiti in kot posledica proizvodnih procesov. Pred pričetkom varjenja mora zato biti celoten material razmaščen, da s tem preprečimo vdor maščob v zvar. zvar. Vsa orodja, s katerimi oblikujem material ne smejo pustiti sledi na površini, še posebej to velja za onesnaženje z bakrom, kositrom in svincem. Mehansko označevanje z vtiskovanjem je dopustno le, če se tak material ne bo kasneje upogibal ali obremenjeval z utrujanjem. Tudi kemično označevanje z markerji in svinčnikom mora biti v obmo ob moč ju spoja pred varjenjem odstranjeno. 4. PRIPRAVA ROBOV IN ČIŠČENJE POVRŠIN Priprava varilnih robov mora biti natančna in slediti slediti mora navodilom navod ilom tako glede glede na varilni način, kot tudi glede oblike in debeline zvarnega spoja. Pri tem se uporablja škarje, žago, rezkanje in struženje s ciljem, da je rob kar se da gladek. Uporaba brusilk ni priporočena. Rezanje s plazmo je primerno. Zvarni žleb izdolbemo s pnevmatskim dletom ali z rezkanjem. Z ustreznim zaporedjem večkratnega ravnega rezanja lahko želene oblike robov dosežemo s plazmo. Seveda ta način rezanja uporabimo od 10 mm debeline navzgor. Neposredno pred pričetkom varjenja je potrebno površine robov ščetkati z rotirajočo nerjavno krtačo in jih takoj nato razmastiti. Tako pripravljeni robovi naj ne stojijo dlje d lje od ene ure pred pričetkom varjenja. 5. VARILNE NAPRAVE Pri varjenju aluminija je pri napravah potrebno posvetiti pozornost električnim spojem, hlajenju varilnih pištol in dovodu zaščitnega plina. Posebej problematičen je stik varilne žice in kontaktne šobe ter enakomernemu podajanju varilne žice pri načinu MIG. 6. POGOJI ZA DELO Delovno mesto mora biti čisto in imeti mora primerno odzračevanje brez da bi le to motilo dovod zaščitnega plina. Nihanje napetosti omrežja naj ne bo ve v eč je od 5%. Delo Delo zahteva več jo natančnost, kot pri varjenju jekla.

85


7. VARNOST IN ZAŠ ZAŠČITA Pri varjenju v zaščiti plina argona se sproš ča več ja koli ko ličina ultravijoličnih žarkov, kar zahteva ustrezno zaščito oči in kože. Oblok je zelo svetel in se odbija od delovnih posebej aluminijastih površin. Zato morajo vsi delavci v bližini nositi zaščitna očala in imeti pokrito kožo. Varilec ima pokrit vrat, imeti ustrezno mehke dolge rokavice in usnjen predpasnik. Delovne obleke so zapete in nimajo žepov, kamor bi se lahko ujeli ogorki. Stene delovnega prostora morajo biti prebeljene s svetlo pastelno barvo, ki vpija vpija UV UV žarke. Na steklenih površinah oken je potrebno predvideti senčila, ki preprečujejo odboj obloka v prostor in navzven. Za zaščito okolice varilnega mesta je uporabiti tudi negorljive negor ljive paravane višine 2 x1 meter. Pri razmastitvi površin zvarjencev ne smemo uporabljati trikloretilena, perkloretilena in podobnih klorovih topil, ki v prisotnosti obloka tvorijo fosgen. Torej je treba razmastitev izvesti zunaj varilnice ali pa uporabiti nevnetljiva in netoksična čistila. Pri varjenju magnezijevih zlitin se tvorijo več je količine hlapov in dima. Ustrezno prezračevanje je nujno skladno s predpisi o varstvu in z oceno tveganja tveganja pri delu. d elu. 8. IZBOR DODAJNIH MATERIAL M ATERIALOV OV Dodajni material mora biti izbran tako, da z njim dosežemo zahtevano trdnost in korozijsko obstojnost zvarnega spoja. Zvarni spoj naj ima lep izgled in naj n aj bo tesen. Najboljše mehanske lastnosti dosežemo z uporabo enakih dodajnih materialov, kot je osnovni material. Tako je za varjenje čistega aluminija potreben tudi dodajni material enake ali boljše čistoče. Pri zlitinah z magnezijem in silicijem mora biti tudi dodajni material enake sestave le, da je vsebnost legirnih elementov nekoliko povišana. Pri varjenju različnih zlitin je potrebno dodajni material izbrati v skladu s priporočili in pri izvedbi skrbeti za enakomerno prevritev, ki omog omo goča enakomerne mehanske lastnosti spoja. 9. PREDGREVANJE Uporaba predgrevanja je seveda odvisna od samega postopka, debeline, sestave materiala ter oblike spoja. Čeprav je najprimernejše električno predgrevanje, je najpogostejše propansko. Dosežena temperatura predgrevanja je do 300C in naj bo kontrolirana kontro lirana s kontaktnim termometrom ali kredo. 10. NAPAKE VARJENJA Glavne napake pri varjenju aluminija in njegovih zlitin so razpoke, neprevaritev, slaba oblika zvara, poroznost, vključki in nabrekanje. a.

Razpoke: Te lahko nastanejo zaradi nagnjenosti materiala k razpokam v toplem in zaradi vpetja zvarjencev pri ohlajanju. Je posledica velike vnesene energije, ima največkrat vzdolžno obliko tako na robu kot v sredini zvara. zvara. Zlitine z vsebnostjo magnezija magnezija od 1 do 3% so najbolj občutljive. Nastanku kraterjev na koncu zvara se izognemo s postopnim zmanjševanjem energije na koncu varjena. b. Neprevaritev: To je pomanjkanje zlivanja zlivanja osnovnega in dodajnega materiala v enem ali ali več varkih. Ta nastaja, ko ne obvladujemo taline in se zato pretaka na nestaljene površine. Ravno tako je lahko posledica oksidov in drugih nečistoč na staljenih površinah. Pri spojih več jih debelin je lahko vzrok neprevaritvi v prenizkem varilnem toku ali slabi namestitvi zvarjencev. Če varimo v prisilnih legah pa do neprevaritve lahko pride zaradi tečenja taline. Kot najpogostejši vzrok pa lahko navajamo delno prevaritev robov spoja zaradi neustreznega kota varilne pištole ali premajhne vnesene energije (Ev=U*I/v). c. Slaba oblika spoja: Za doseganje pravilne oblike zvarnega spoja je potrebno doseči obliko, ki jo je predvidel konstruktor. Nastanek vzdolžnih žlebov je posledica slabe usmeritve izvora energije varjena in predstavlja oslabitev debeline zvarnega spoja. Najpomembnejša le lega zvarne kopeli, saj žlebovi nastajajo, kot posledica tečenja taline zaradi težnosti. Žlebovi lahko nastajajo tudi v korenu, ko več ne zmoremo obvladovati taline. d. Slaba oblika zavra je najpogosteje posledica slabe namestitve spojev, slabe poravnave spoja ali neupoštevanja razteznost materiala pri varjenju. e. Poroznost ima lahko zelo različne vzroke: To so v splošnem majhni mehurčki plina, ki se je ujel pri strjevanju taline. Lahko nastanejo pri vseh postopkih varjenja še posebej pa pri MIG in TIG, kjer je hitrost varjenja več ja. Najpogostejša je vodikova vodik ova poroznost, poroznost, ki je posledica vsebnosti vode in ogljikovodikov na površini zvarjencev. Poroznosti najdemo tudi v korenih debelejših in bolj zaprtih zvarnih spojev. Odkrivanje poroznosti je enostavno, popravilo pa je zahtevnejše. Uporabiti je treba predložne ploščice za vžig obloka. Pri večvarkovnem varjenju pa pogosto nastajajo vzdolžne poroznosti, kot posledica premajhnega taljenja robov. To rešujemo z več jim posnetjem in več jim 86


f.

vnosom energije. Enakomerno razporejena poroznost kaže na nečistočo pri delu in nespoštovanje varilnega postopka. V manjši meri poroznost ni nevarna za mehanske lastnosti zvarnega spoja. Vključki so prisotni največkrat kot posledica stika z volframovo elektrodo, podložnih letev bakra, vključki oksidov so posledica nečistoč in slabega čiščenja. Nabrekanje zvara nasaja pretežno pri varjenju TIG zelo tankih pločevin zlitine magnezija.

11. NAČINI KONTROLE Preizkušanje mora zajeti celoten potek proizvodnje. Vključevati mora preizkušanje osnovnega in dodajnega materiala, kot tudi varilnega postopka. Kasneje je treba izvedbo nadzirati in po potrebi tudi preizkusiti zvarne spoje. Stopnjo kontrole predpiše konstruktor glede na zahtevnost zvarnega spoja, cene kontrole in škode, ki bi odpoved zvarnega spoja lahko povzročila. Uporabljeni so lahko različni načini preizkušanja največkrat neporušni. Ko pa gre za serijsko proizvodnjo pa je treba zajemati rezultate preizkušanja tud i statistično. 12. PREVERJNE VARILNEGA POSTOPKA Varilni postopek je zasnovan v fazi zasnove izdelka. Določiti mora pripravljalna dela, obdelavo in preizkušanje pred varjenjem za vsak zvarni spoj. Uporabljene naprave morajo biti enake, kot se bodo kasneje uporabljale v proizvodnji. 13. ATEST VARILNEGA POSTOPKA Preizkušanci morajo biti izdelani v obratih, kjer se bo izvajala kasnejša proizvodna z enakim dodajnim in osnovnim materialom, z istimi varilnimi napravami in s kvalificiranim kvalificiranim varilcem. 14. KVALIFIKACIJA VARILCEV Kakovost zvarnega spoja je v veliki meri odvisna od skrbnosti in izkušenosti izvajalca. Zato mora vsak varilec, ki bo vključen v proizvodnjo, opraviti preizkusne zvarne spoje v enakih in najtežjih pogojih v katerih se bo kasneje izvajala proizvodnja. Ponovna kvalifikacija je ključ do stalne kakovosti in nizkih proizvodnih stroškov. Mnogi proizvajalci pro izvajalci sploh ne izračunajo stroška nekakovosti. nekakovosti. 15. PORUŠNE METODE KONTROLE Pri preizkušanju kakovosti zvarnega spoja uporabimo porušne načine preizkušanja, kot sta natezni in upogibni. Predvideti pa je treba tudi makroskopski pregled spoja in eventualnih razpok. 16. NEPORUŠNE METODE KONTROLE Te so predvsem vizualne narave s povečevalom, s penetranti (pri čemer moramo penetrante po preizkušanju v celoti odstraniti) in preizkušanje tesnosti. Za nižje tlake uporabiti stisnjen zrak tlaka 1,5x delovni tlak z uporabo vodne kopeli ali milnice Za višje tlake nad 5 bar pa hidravlično preizkušanje. Radiografsko preizkušanje sočelnih zvarnih spojev je primerno za debeline od 0,5 do 50mm. Ultrazvo čno preizkušanje aluminija se ne razlikuje razlikuje od tistega tistega za jekla. Spoji primerni za tako tako preizkušanje p reizkušanje so kotni in so sočelni debeline od 10mm. 17. POPRAVILO NAPAK Mesta napak morejo biti jasno označena. Žlebljenje mora zajeti območ je širše od toplotno vplivanega obmo ob moč ja zato, da je prehod p rehod med osnovnim materialom in zvarom zveznejši. zveznejši. Vsako popravilo po pravilo v splošnem oslabi spoj, zato trikratno popravilo ni dovoljeno. Delež napak mora mor a biti minoren, saj v nasprotnem primeru popravilo ni smiselno in je bolj ekonomično zvarni spoj izvesti na novo. 18. ZAKLJUČEK V tem dokumentu so zbrana priporo čila pri proizvodnji aluminijastih zvarjencev. Ti pa se lahko smiselno aplicirajo tudi na druge d ruge lahke zlitine in kovine, kov ine, kot so titanove zlitine. Predvsem pa je pomemben p omemben atest varilnega postopka za vsako skupino zvarnih spojev. Tako bo ta kovina omogo čila resnično ekonomično in kakovostno proizvodnjo in dolgo uporabo izdelkov.

87


19. LITERATURA: 1. IIS/IIW dokument 398-72 posodobljen 1980: Priporočila za varjenje konstrukcij iz aluminija in Al Mg zlitin 2. N. Mišina, Mišina, I Polajnar: Pogled na zaš zaščito in varnost v arnost pri varjenju, Zbornik Zbornik dneva dnev a varilne tehnike 2010 2010 3. R.D. Stout: Metalurški vidiki vidik i varjanja aluminija in zlitin, Zbornik Zbor nik Hudermont, Pariz 1970 4. V. Prosenc, M Kisin: Varjenje in varivost aluminija in aluminijevih zlitin, Zbornik dneva varilne tehnike 2002

88


Osnovne varilno-tehni čne značilnosti bakra Ladislav Šiško, Ivan Polajnar in Janez Grum Fakulteta za strojništvo, Univerza v Ljubljani, Aškerčeva 6, 100 10000 Ljubljana

Povzetek Baker je kovna, ki se odlikuje z relativno relativno veliko gostoto,odlič no no toplotno in električ no no prevodnostjo in relativno relativno dobrimi mehanskimi lastnostmi. Zato se izdelke iz te kovine ali njenih l egur pogosto uporablja tako v elekro, kot v kovinsko predelovalni industriji in se jih tudi vari. eprav varivost bakra ni problematič na, na, je pri varjenju varjenju potrebno upoštevat, upoštevat, da so njegove njegove kemijske, fizikalne, Č eprav metalurške in mehanske lastnosti lastnosti v veliki meri razlikujejo od lastnosti jekla. Te razlike razlike pa pogojujejo drugač en en pristop do varjenja.

1. UVOD

Baker je kovina rdečkaste barve, ki kristalizira v kubično-ploskovno centrirani rešetki. Sodi že med težke kovine z relativno veliko gostoto. Ostale pomembne fizikalne in mehanske lastnosti bakra v primerjavi s konstrukcijskim jeklom so: Temperatura tališča tehnično čistega bakra znaša 1083ºC ............ ..... ....... (jeklo 1536) Temperatura vrelišča tehnično čistega bakra znaša 2590ºC .......... (jeklo ( jeklo 3070) 3070) Specifična gostota ρ=8960 kg/m3 ..................................... .... .............................................. ............. (jeklo ( jeklo 7870) 7870) Toplotna prevodnost λ=395 W/mK W/mK ............................................... . .............................................. (jeklo 59) Specifična toplotna top lotna kapaciteta kapaciteta c=0,383 c= 0,383 kJ/kgK ............................. (jeklo 0,465) Linearni temperaturni raztezek raztezek α =1,65x10-5 =1,65x10-5 K-1 .............. (jeklo 1,15-1,20x10-5) 1,15-1,20x10-5) Specifična ohmska upornost ρ'=1,75x10-2 Ωmm2/m ................... .... ............... (jeklo 10-25x10-2) 10-25x10-2) Specifična električna prevodnost γ=57 m/ Ωmm2 .......................... (jeklo 6-10) Temperaturni koeficient upornosti α '=3,93x10-3 '=3,93x10-3 K-1 ........ . .................. ........... (jeklo 0,45-0,55x10 0,45-0,55x10-3) -3) Trdnost Rm= 210 210-250 -250 N/mm2 ........................................................ (jeklo 200 200-2000 -2000)) Modul elastičnosti E=125000N/mm2 E=125000N/mm2 ........................................... ...... ......................................... (jeklo 210 210000) 000) Raztezek A= 38-50 % ............................................................... ................................................................... .... (jeklo 5-25) Trdota HB = 40-60 ...................................................... ......................................................................... ................... (jeklo 60-600) 60-600) Baker ima mehanske lastnosti (trdnost in trdota) opazno nižje kot jeklo, vendar pa znatno višje kot aluminij. Se pa njegove mehanske lastnosti občutno izboljšajo z legiranjem, kar pa ima hkrati tudi negativne posledice v zmanjšanju njegove električne in toplotne prevodnosti. Njegova glavna odlika je velika stopnja plastičnosti že pri sobni temperaturi. Dejstvo, da ima pri povišanih temperaturah izredno široko podro č je testastega stanja, mu daje dodatno primernost za obdelovanje z vlečenjem, valjanjem in kovanjem. Pomembna lastnost bakra je tudi to, da se v stiku z zrakom in vlago ustvari tanka zaščitna plast - CuCO3Cu(OH)2. To zaščitno plast predstavlja značilna patina, ki ga hkrati varuje pred nadaljnjo oksidacijo.

2. VARIVOST BAKRA Baker se kot konstrukcijski element uporablja v različnih industrijskih aplikacijah. Pri spajanju pa je posebna pozornost posvečena izbiri najprimernejšega postopka. Gotovo je med številnimi postopki, kot so lepljenje, vijačenje, kovičenje, spajkanje in varjenje, prav varjenje najpogosteje uporabljena tehnika spajanja. Glavni problemi, ki se pojavljajo pri varjenju bakra in bakrovih zlitin, so posledica visoke toplotne prevodnosti in velikega linearnega temperaturnega raztezka bakra, ki so znatno višji kot pri jeklu. Ravno zaradi velikih razlik v omenjenih kemijskih, fizikalnih in mehanskih lastnosti v primerjavi z jeklom, nam izkušnje pri varjenju jekla ne pomagajo prav veliko pri uspešnem varjenju bakra. Problem visoke toplotne prevodnosti (ki je približno 6x več ja kot pri jeklu) je izrazit predvsem pri več jih debelinah varjencev. Zato se ga najpogosteje rešuje s predgrevanjem. Temperature predgrevanja so odvisne od debeline varjencev ter od izbranega varilnega postopka in se gibljejo v mejah od 60÷300 ºC. S predgrevanjem pa se dodatno povečajo težave v povezavi z velikim linearnim razteznostnim koeficientom. Probleme velikih deformacij pri varjenju bakra se v veliki meri zmanjša s pravilno pripravo zvarnih robov: soležni spoj za enostranski ali dvostranski I zvar; 89


soležni spoj za X zvar; enakomerno širno špranje po celi dolžini zvara, ki se jo zagotovi zagotovi s fiksnim vpenjanjem varjencev ali/in spenjalnim varjenjem; preddeformacijo varjencev in kovanjem med varjenjem; z izbiro varilnega postopka, ki zagotavlja zagotavlja čim več jo koncentracijo koncen tracijo dovedene energije energije (MIG varjenje v arjenje z velikimi gostotami varilnega toka) ; varjenje s podložnimi podložnimi (keramičnimi) letvicami ali z dodatno plinsko p linsko zaščito s korenske strani zvara; Ključni problem pri varjenju bakra je njegova visoka toplotna prevodnost. Ker je koeficient toplotne prevodnosti bakra znatno več ji kot pri jeklu, je pri varjenju bakra potrebno variti z ustrezno več jimi vnosi toplotne energije. Več ji vnosi toplotne energije pa imajo za posledico po sledico ustrezno ve v eč je deformacije varjencev. v arjencev. Ta problem se najlažje rešuje z izbiro varilnih postopkov, s katerimi se doseže več ja koncentracija dovedene energije, kot so TIG in MIG varjenje, varjenje s plazmo, varjenje z elektronsk im snopom in laserjem. Pomembna značilnost bakra, ki ima velik vpliv na njegovo sposobnost za varjenje, se kaže v tem, da se mu v področ ju med 250 in 500 500ºC ºC znatno zmanjšajo zmanjšajo njegove mehanske lastnosti, kar povzroča dodatne težave pri varjenju. Te težave so še posebej izrazite v primerih, ko je osnovni material vsebuje legirne elemente kot so z Bi, Pb, Sb, S in P. V primerih, ko pride pri povišanih temperaturah baker v stik s kisikom, se tvorita oksida Cu2O in CuO. Oksid bakra Cu2O tvori z bakrom Cu lahko topljiv in krhek evtektik Cu2O + Cu. Temperatura tališča evtektika znaša 1064ºC in se zadržuje po mejah kristalnih zrn (slika 1). To povzro ča strmo zmanjšanje plastičnosti in znatno poveča možnost tvorbe kristalizacijskih razpok. Evtektik

1/2” to 3/4”

Slika 1, Skica S kica razporejanja evtektika po mejah kristalnega kristalnega zrna bakra

Pri varjenju bakra pogosto povzroča velike težave tudi prisotnost vodika. Maksimalna topnost vodika v bakru je sicer manjša kot v jeklu, vendar pa je spremenljivost topnosti v procesu kristalizacije bakra relativno več ja kot ko t pri jeklu. Ker vodiku ni omogočeno uspešno izstopanje iz kristalne zgradbe bakra povzroča bistveno več je nevšečnosti kot pri jeklu. Kombinacija navedenih vplivov je zlasti opazna pri varjenju. Vodik namreč vstopa v baker ne samo v tekočem stanju temveč tudi že pri povišanih temperaturah. Prisotnost vodika v bakru pa povzroča tako imenovano vodikovo bolezen, bolezen, katere k atere posledica so površinske razpoke. V primerih isto časne prisotnosti vodika in bakra prihaja do naslednje kemične reakcije: Cu2O + H2 = 2Cu + H2O Ob pojavu vodne pare prihaja do poroznosti, ki dodatno poveča možnost pojava razpok. Do takšnih pojavov prihaja zlasti, ko je b aker v tekočem stanju, kar pomeni pri talilnih postopkih varjenja. Pri postopkih varjenja s stiskanjem, kot so uporovno varjenje in varjenje s trenjem, ki se jih tudi pogosto uporablja za varjenje bakra pa so težave s prisotnostjo pr isotnostjo kisika in vodika praktično zanemarljive.

3. PRIPRAVA ZVARNIH ROBOV Priprava zvarnih robov je v največ ji meri odvisna od vrste in oblike spojenih mest in debeline varjencev, v veliki meri pa tudi od izbranega varilnega postopka. Debeline varjencev do 1mm se v soležnih spojih vari s privihom, sl.2 levo zgoraj. V tem primeru ni potrebno uporabljati dodajnega materiala, saj se med varjenjem privih raztali in služi kot dodajni material. Pri debelinah varjencev od 2 do 5mm se pri soležnih zvarnih spojih lahko uporablja varjenje brez dodatne priprave zvarnih robov, pri čemer se tvori enostranske ali pa obojestranske I zvare, sl.2 desno zgoraj. V vsakem primeru mora biti širina špranje približno od 0,5 do 0,8 debeline varjenca v spoju. spoju. Zanesljivost Zanesljivost prevaritve zlasti zlasti pri več jih debelinah se doseže doseže z uporabo podložnih podložnih korenskih letev, ki so najpogosteje iz keramike, sl.2 levo spodaj. Pri debelinah varjencev blizu 5mm se teži k 90


temu, da se uporablja V zvar, sl.2 desno spodaj. V splošnem se uporabljajo naslednje oblike zvarnih spojev, kot jih kaže slika slika 1. Pri varjencih debelin od 5 do 10mm se v primerih V zvara, za doseganje zanesljive in enakomerne prevaritve, pogosto uporablja korenske letve, sl.3 levo zgoraj. Pri varjencih debelejših od 10mm se praviloma uporablja dvojni V oziroma X zvar, sl.3 desno zgoraj. Pri varjencih ve č jih debelin, deb elin, ki se jih lahko lahko vari samo enostransko, enostransko, se pogosto namesto V zvara uporablja U zvar, saj je poraba dodajnega materiala in časa varjenja tako bistveno zmanjšana, sl.3 na sredini levo. Pri še več jih debelinah in možnostih dvostranskega varjenja pa se uporablja uporablja dvojni U zvar, sl.3 na sredini desno. Pri varjencih ve č jih debelin, ki se jih vari z več jimi gostotami toka, praviloma varimo brez špranje med varjencema. To velja za tako za X kot za V zvare, zvare, sl.3 spodaj. spo daj.

Zvar s privihom privihom

I zvar

I zvar s korensko korensko letvijo

V zvar

Slika 2, Zna č ilne ilne oblike pripravljenih robov soležnih spojev za debeline varjencev do 5mm.

V zvar s korensko letvijo letvijo

X zvar

U zvar s korensko letvijo letvijo

Dvojni U zvar

X zvar brez špranje

Dvojni U zvar brez špranje

Slika 3, Zna č ilne ilne oblike priprav p ripravljenih ljenih robov soležnih spojev za debeline varjencev več je od 5mm.

4. NAJPOGOSTEJŠI POSTOPKI VARJENJA V primerih, ko se baker vari po talilnih postopkih z uporabo dodajnih materialov, so le ti standardizirani po normativu DIN1733. Pri tem se dodajni materiali v prvi vrsti razlikujejo po namembnosti in sicer: - za varjenje čistega bakra so dodajni dod ajni materiali materiali legirani z 1÷2% Mn ali 5÷10% Sn. - za varjenje medi so dodajni materiali m ateriali legirani s Zn in Si ali s Zn, Si in Mn. - za varjenje bronov so dodajni materiali legirani z Al in Ni, z Al in Mn ali z Al, Ni in Fe. Oblika in dimenzije dodajnih materialov za varjenje sta odvisni od varilnega postopka in od debeline osnovnega materiala. Najpogostejši talilni talilni postopki, posto pki, ki se uporabljajo pri varjenju bakra so:

91


4.1. Plamensko varjenje varjenje Plamensko varjenje bakra se danes le redko uporablja iz dveh ključnih razlogov: ker je postopek varjenja zamuden in neekonomičen in ker se danes z obločnimi postopki varjenja v arjenja doseže doseže višja kakovost kak ovost zvarov. Pri plamenskem varjenju se toploto, ki je potrebna za pretaljevanje osnovnega in dodajnega materiala, dobi z zgorevanjem gorljivega plina (najpogosteje acetilena C2H2, C2H2, ki ima največ jo moč plamena) in kisika, sl.4.

Slika 4, Principielna shema shema plamenskega varjenja

Pri plamenskem varjenju bakra se pojavita dva dodatna problema in sicer velik odvod toplote (zaradi premajhne gostote sproščene energije) ter velika stopnja oksidacije s korenske strani zvara. Prav zato je pri tem načinu varjenja (bilo) pravilo, da se je debelejše bakrene varjence varilo obojestransko – najpogosteje vertikalno in dva varilca istočasno. Glede na to, da se pri varjenju v desno doseže boljšo izrabo dovedene toplotne energije, se bakrene varjence skoraj vedno vari v desno in le izjemoma (ko gre za varjence tanjših debelin) v levo, sl.5.

Slika 5, Gibanje G ibanje gorilnika in dodajnega materiala pri varjenju v desno oziroma v levo

Za plamensko varjenje bakra se po standardu AWS A5.27 uporabljajo dodajni materiali v obliki ravnih palic, dolžine 914 mm(36") in premera p remera od 1.14, 1.6, 2.4 in 3.2 mm (0.045", (0.045", 1/16", 3/32", in 1/8").

4.2 Ročno obločno varjenje Za ročno obločno varjenje se uporablja enake vire toka kot za varjenje ostalih kovin. V principu so lahko transformatorji, usmerniki, agregati in inverterji. V praksi pa se uporabljajo predvsem usmerniki in inverterski viri toka, ki omogočajo varjenje z enosmernim tokom ter nudijo možnost širokega izbora varilnih parametrov. Za ročno obločno varjenje se po standardih AWS A-5.6 oz. DIN 1733 uporablja kot dodajni material oplaš čene elektrode premera 2.5 do 4 mm, pri čemer predstavlja debelina oplaščenja od 0,2 do 0,3 premera elektrode, sl.6.

Slika 6, Principielna shema obloč nega nega varjenja z oplaš č e no elektrodo čeno 92


4.3. Varjenje po TIG postopku postopku TIG postopek se v industrijski industrijski praksi najpogost najpo gosteje eje uporablja upor ablja za za varjenje bakra. bak ra. Pri tem postopku p ostopku gori oblok med neodtaljivo wolframovo elektrodo in osnovnim materialom, sl.7. Oblok in raztaljni del vara sta vselej zašč itena z inertnim plinom argonom in redkeje redk eje s helijem. helijem.

Slika 7, Principielna shema obloč nega nega varjenja po TIG postopku

Viri toka za varjenje po TIG postopku so danes praviloma inverterji. Ti omogo čajo varjenje z izmeničnim ali istosmernim tokom in široko paleto regulacije tokovnih impulzov, predvsem pa vžiganje obloka z visoko frekvenco, ki prispeva pr ispeva k bistveno zmanjšanji obrabi wolframove elektrode. Pri varjencih debeline do 1,5mm se lahko vari brez dodajnega materiala. Najpogosteje se pri debelinah varjencev do 0,5mm praviloma uporablja zvarne spoje s previhom. Pri debelinah varjencev od 0,5÷1mm pa se uporablja soležne spoje z minimalno špranjo (0÷0,2mm). Pri debelinah varjencev nad 1,5mm se uporablja soležne ali prekrovne spoje in po možnosti dodajne materiale, ki imajo enako sestavo kot osnovni material - narezane in in profilirane prof ilirane palice dimenzije (0,3÷1) (0,3÷1). Pri TIG varjenju bakra se po standardu AWS A5.27 uporabljajo dodajni materiali v obliki ravnih palic, dolžine 914 mm(36") in premera p remera od 1.14, 1.6, 2.4 in 3.2 mm (0.045", (0.045", 1/16", 3/32", in 1/8").

4.4. Varjenje po MIG postopku Pri MIG postopku gori oblok med taljivo varilno v arilno žico žico in osnovnim o snovnim materialom, sl.8. Ker varilna žica hkrati služi kot dodajni material, mora biti po kemični sestavi čim bližja osnovnemu materialu. Kot zaščitni plin se uporablja čisti argon ali helij, pogosto pa se danes uporablja tudi mešanice argona, helija in vod ika. Bistveni del vsake naprave za varjenje je vir varilnega toka. Naprave za varjenje po postopku MIG imajo vodoravno ali rahlo padajočo statično karakteristiko. Pogon varilne žice je ključni element celotne naprave in je praviloma priključen na omrežni napetost (ki je stabilnejša kot varilna napetost). Pri varjencih debeline nad 2mm je to najpogosteje uporabljen postopek varjenja bakra. Premer varilne žice se prilagaja debelini varjencev. V primerih, ko se vari v ari varjence debeline nad 6mm, se priporoča predgrevanje Za MIG varjenje se po standardu AWS SFA-5.27 oz. DIN 8559 uporabljajo dodajni materiali v obliki žice navite na kolutu, premera od 0.8 pa do 1.6 mm.

Slika 8. Principielna shema obloč nega nega varjenja po MIG postopku

93


4.5. Varjenje s plazmo Postopek varjenja s plazmo je modifikacija TIG varjenja. Za plazemsko varjenje se uporablja posebne gorilnike, ki omogočajo zožitev obloka (s konstrukcijo šobe, dodatnim hlajenjem ali z dodatnim elektromagnetnim poljem). Takšna izvedba šobe zahteva dvojno ločeno zaščito obloka, sl.11. Pri tem se dobi znatno ožji oblok, več jo globino uvara in doseže doseže boljši izkoristek porabljene energije, sl.9.

Slika 9, Principielna shema shema varjenja va rjenja s plazmo ter vsebinske razlika med postopkom TIG in PL

Prav zato, ker se s plazemskim načinom varjenja doseže več jo koncentracijo k oncentracijo dovedene doveden e energije, je ta postopek po stopek še posebej priporočljiv za varjenje bakra bakr a in bakrovih zlitin. Pri plazemskem varjenju bakra se v principu lahko uporablja enake dodajne materiale kot za varjenje po TIG postopku, po standardu standardu AWS A5.27. Vendar se pa pri plazemskem varjenju teži k temu, da se dodajnih materialov ne uporablja.

5. ZAKLJUČEK Ob opisanih postopkih talilnega varjenja se pri varjenju bakra uporabljajo tudi alumotermično varjenje in lasersko varjenje, vse pogosteje pa tudi varjenje z elektronskim snopom. Ob talilnih postopkih varjenja pa se ne more spregledati cele vrste postopkov varjenja s stiskanjem, kot so ultrazvočno varjenje, uporovno to čkovno varjenje, eksplozijsko varjenje ter varjenje s trenjem. In pri teh postopkih se praviloma lažje dosega želeno kakovost zvarov kot pri talilnih postopkih varjenja. 6. LITERATURA • ZAVARIVANJE, Inženjersko tehnički priručnik, knjiga 4, Glava XI: Zavarivanje obojenih metala, RAD, Beograd 1980, stran 265 do 297 • Inoslav Rak, Tehnologija varjenja, Prvi del, poglavje 4, Načini varjenja in varilni postopki, Modrijan, Ljubljana 2008, stran 55 do 155 • Raymond Higgins, Engineering metallurgy, Part I, Applied phisical metallurgy, Chapter 16, Copper and Copper-Base Alloys, Arnold, Sixt edition, London, page 374 to 405 • Welding handbook, Volume 3, Materials and applications Part1, Copper and Copper Alloys, American welding society, Eight edition, Miami, page p age 164 to 216 • E.W. Hartsell Jr., Joining Copper and Copper Alloys, Welding journal Vol.52, No.2, February 1973, page 88 to 100 • Inženjersko tehnički priručnik u šest knjiga, Peta knjiga, Glava XII, Tehnologija izrada čeličnih konstrukcija, RAD, Beograd 1970, stran 803 do 827 • ASM handbook, Volume 6, Welding, brazing and soldering, Welding of Copper Alloys, page 752 to 771, ASM International, Materials park, Ohio Oh io 2001 2001 • Henri Granjon, Metalurške osnove varjenja, Metalurška predstavitev načinov in splošnih značilnosti izvedbe varjenja, Zveza društev za varilno tehniko Slovenije Slov enije,, Ljubljana 1994, stran 23 do 38

94


Implementat Implementation ion of adams’ equation for determination determination of o f heat input in laser weldi we lding ng of o f Optim 355MC steel S. Cvetkovski*, L.P. Karjalainen Ka rjalainen *University *University Ss. Cyr C yril il and Methodius, Skopje, Macedonia Department Department of Mechanical Engineering, University of Oulu, Oul u, Finland

Abstract Predictions from the Adams' equation for 2-D heat distribution have been checked in laser welds in termomehcanically rolled type Optim 355MC plain carbon steel sheets with the temperature distribution deduced based on microstructural features formed at certain temperatures. These specific temperatures and features were determined by simulation of the weld thermal cycles by a Gleeble 1500 simulator and with optical microscopy, respectively. Temperatures corresponding to the microstructural changes in HAZ could be determined in addition to the melting temperature of the steel. Based on the temperature distribution, the heat input was predicted, and a reasonable agreement with the weld heat input calculated was found. The method was implemented for estimation of the heat input in laser welding, where the welding parameters are not known and the beam absorption can vary significantly.

1. INTRODUCTION Possible way to get steel with high strength is to create a microstructure with an very fine grains. The smaller the grain size is, the higher are the tensile and toughness properties. The thermomechanicaly rolling (TM or TMCP) is a method to realise such a fine grained microstructure by a skilled combination of rolling steps at particular temperatures and a close temperature control [1]. The gain in strength obtained by the grain refinement allows reducing effectively the carbon and alloying content of the TM-steel. The applied "rolling schedule" is individually designed, depending on the chemical composition, the plate thickness and the required properties. Obtaining deformed non recrystalized austenite after the final rolling pass is beneficial for the achievement of the most suitable microstructure [2]. [ 2]. The DIN EN10149 [3] standard requires these steels to be "suitable for welding to customary processes". The improved weldability that results from the leaner steel composition is a major advantage of TM-plates. To achieve satisfactory welded joints properties the structural steel welding parameters must be limited [4]. Adjacent to the weld metal (fusion line) is the heat-affected zone (HAZ). It is that portion of the base metal whose mechanical properties and microstructure have been altered by the welding heat input. The HAZ is subjected to a complex thermal cycle in which all temperatures from the melting range of the steel down to comparatively much lower temperatures are involved, and therefore consists of a series of graded structures. The HAZ in low carbon steel of normal structure welded in one run with arc process comprises three metallurgically distinguished regions: coarse grain zone, fine grained zone, and the intercritical zone [5]. So, basic idea in this paper was to simulate characteristic microstructure in single bead HAZ at appropriated temperature, to compare simulated microstructures at given temperature with real microstuctures in HAZ, HAZ, and to determine distance between them. Obtained values for measured distance were implemented in Adams’ equation for 2D heat transfer and heat input in laser weldments were determined by calculation calculation [6]. 2. MATERIAL AND EXPERIMENT Optim 355 MC steel sheets in thickness of 6 mm, (Coil no. 59850-21) from Ruukki [7] was investigated in this research work. Chemical compositions, tensile properties and impact toughness at different testing temperatures of investigated steel are presented in tables 1-3. Table 1 Chemical composition og investigated steel Optim 355 MC steel (wt-%): C 0.054 Cu 0.017

Si 0.013 Cr Cr 0.027

Mn 0.78 Ni 0.044 0. 044

P 0.007 N 0.0039

S 0.005 Mo 0.005

Table 2 Tensile T ensile properties of Optim Optim 355 MC steel 95

Al 0.031 Ti Ti 0.001

Nb 0.024 B 0.0000

V 0.007 CEV 0.20

Pcm 0.10


Specimen no. 59850-21 59850-21 59850-21 59850-21

Thickn. (mm) 6 6

Test direction long. trans.

Rp0.2 (N/mm2) 390 407

Rm (N/mm2) 471 474

A5 (%) (%) 35 34 34

Table 3 Charpy-V impact properties properties of Optim 355 MC steel

Tem (ºC)

Charpy V

Aver (J)

0 -60

6x10 6x10 6x10

156 85

Ductile fracture (%) 100 70

Tem (ºC)

Charpy V

Aver (J)

0 -60

6x10 6x10

134 17

Ductile fracture (%) (%) 100 10

Simulated specimens and real weldments (autogenous TIG and laser bead-on-plate) were prepared from these experimental sheets. One autogenous, automatic TIG, weldment were carried out. Because thickness of steel sheets is 6 mm, grinding of material to 3 mm was performed in order to obtain obtain better penetration during welding. An intention was to obtain 2D-thermal conduction conditions, i.e. deep full penetration. The welding parameters employed are given in Table 4. As can be seen on macro photo (figure 1) these requirements were fulfilled. fulfilled. Altough is impractical impractical to weld carbon steel with TIG welding process, it was implemented in these investigations in order to obtain lower heat input during welding. Table 4. Welding parameters for autogenous TIG bead-on-plate bead-on-plate welding welding Parameters Curent (A) Voltage (V) Welding speed (mm/min) (mm/min) Lin.heat input Q (J/mm)

150 12 250 259

Figure 1 Macropho Ma crophotos tos of TIG bead-on-plate weldment, weldment, Optim Opt im 355 MC steel

Laser weldments were prepared at at Lappenran Lappenranta ta University University of Technology (LUT). (LUT). CO2 bead-on-plate laser welding was performed. As a shielding gas was used helium with a flow rate of 20 l/min. Applied parameters for laser welding are given in table 5, and macrophotos of weldments are presented in Figure 2 Table 5. Parameters for Laser welding welding of Optim 355 MC steel Weld no. 1 4 23

Sheet thick. mm 6 6 6

Specimen 1

Laser power, W 5000 5000 5000

Welding speed, speed , m/min 0.5 2 3

Specimen 4

Focal length, mm 300 300 200

Specimen 23

Figure 2 Macropho Ma crophotos tos of laser l aser weldments weldments

Simulation of the influence of welding thermal cycles on microstructure of HAZ was performed on a Gleeble 1500 simulator. simulator. The shape shap e and dimensions of the specimens machined for simulation simulation experiments are shown in Figure 3. 96


Figure 3. Shape and dimensions of the specimens for thermal simulation

The following parameters were used for thermal simulation: Heating rate: 500 0C/s Peak temperature: 500 500,, 600, 700, 800 900, 1000, 1100, 1 100, 1200, 1250, 1300 and 1350 0C/s Holding time: 1 s Cooling time, δt8/5: 1,71 s (air cooling). 1600

1400 Peak temp. 900 0C Peak temp. 1000 0C

1200

Peak temp. 1100 0C

C

Peak temp. 1200 0C

o

, 1000 e r u t a r e 800 p m e t k a 600 e P

Peak temp. 1250 0C Peak temp. 1300 0C Peak temp. 1350 0C

400

200

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

time, s

Figure 4 Simulation S imulation thermal curves: heating rate 500 0C/s, holding time 1s, cool ing time 1.71 s (air cooling

Thermal history in the simulation experiment until the different peak temperature in the range 900-1350 0C and cooling times of 1.71s (air cooling) is shown in Figure 4. After bead-on-plate welding (TIG and laser) and Gleeble thermal simulation, hardness measurement and metallographic investigations were performed to simulated specimens and weldments. Influence of peak temperature on hardness values of simulated specimens is shown on diagram on Figure 5. The hardness values across the welded joints are shown on figure 6. Hardness in the welded joints were measured along the line, beneath the surface of the weldments at distance of 0.5 mm between measuring points. In all cases load of 2 kg was used. Nine measurments were made for every simulated specimen and, hardness value is given as an average value. 220 2 V 200 H , s e 180 u l a v s s e 160 n d r a 140 H

t8/5=1.71s t8/5=1.71s air co oled)

120 4 00

500 600 700

800 900 10 00 11 00 1 200 1300 1400

Peak temperature, 0C

Figure 5 Hardness values in depandance d epandance of the simulation peak p eak temperature 230 210 V H s e u l a v s s e n d r a H

190 170 150 130 110

Bead on plate weldment weldment hardness hardnes s values

90 70 50

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Measuring distance, 0.5 mm

Figure 6 Hardness values across a cross TIG welded welded joints, measuring distance 0.5 mm 97

10


Standard procedure for metallographic preparation of specimens was performed. Chemical etching (Nital 5%) was used for determination of o f microstructures and grain sizes.

3. DISCUSION Metalloghraphic Metalloghraphic inv investigations estigations Microstructure of simulated specimens As can be seen from Figure 7, the highest grain size is discovered at peak temperatures of 1350 0C (figure 7a) and 130 13000 0C, because of very high peak temperatures [8]. Proeutectoid ferrite which delineate primary austenite grains is noticed at these temperatures. With lowering the peak temperature to 1200 0C, smaller grains, but still with simillar microstructure like in former cases is found. Microstructure at peak temperature of 1100 0C (figure 7b) mainly consist of bainite and polygonal ferritie [9,10]. Microstructures formed at peak temperatures of 900 0 C and 1000 0C (figure 7c) are very simillar and consists of fine ferritic grains. grains. Intercritical transforormation transforormation is 0 discovered at peak temperature of 800 C (Figure 7d). And in the range of peak temperatures among 500 and 700 0C there isn’t microstructural changes. Diagram on Figure 5 which give influence of peak temperature to hardness value showed showed that that there is 0 hardness increase in the temperature range 500-700 C. After that an plateau can be seen in the temperature range among 700 and 1000 0C. Probably at temperature of 700 0C tempering of microstructure start. And, from temperature of 110 11000 0C there is hardness hard ness increase again. So, from microstructural analyse of simulated specimens the following characteristic temperatures can be point out: 1350 0C – temperature temperatur e of the coarsest austenitic grain size, size, 0 900 C – temperature temperatur e of the finest grain size, 0 800 C – temperature of intercritical transformation.

a

b

c d 0 Figure 7 (a-d) Micrstructures Micrstructures of simulated specimens 800-1350 C 0 a) 1350 C b) 1200 0C c) 1000 0C d) 800 0C e

Microstructure of TIG weldment Characteristic microstructures in HAZ of TIG weldments are result of heat distribution during welding process from fusion line to the base metal. General conclusion, like in other investigated carbon steels, is that microstructure in HAZ is simillar as microstructure in simulated specimens. It can be confirmed from Figure 8 (a-c) where are presented microstructures of simulated simulated specimens and appropriate appropriate microstructure at peak 0 temperatures of 1200, 900 and 800 C. From the left side are microstructures of simulated specimen and from the right side microstructure detected in HAZ corresponding to them. The same etchant was used in both cases.

98


a

b

c

Figure 8 Microstructure Microst ructure of simulated specimens and fittingly microstructure in TIG weldment HAZ 0 a. 1200 C b. 900 0 C c. 800 0C

From figure 6 can be seen that hardness values in weld metal are higher compared with hardness in HAZ and base metal. The logical reason might be highest peak temperatures and cooling rate of molten weld metal.

Metalographic investigation investigation of laser weldments From macrophotos on Figure 2 it is obvious that the shape of the laser weldments, the deepth of penetration and the width of HAZ are strongly dependent of laser welding parameters which can influence distance measurments. It can be seen from Figure 2 that full penetration is not established for specimen 23. Besides, Besides, the microstructures of HAZ in laser weldments are finer compared with TIG weldments, but the same types of microstructures are discovered in laser weldments too [11]. Determination of welding heat input using the Adams equation and comparison to the heat input applied applied in TIG welding After metallographic analysis of simulated specimens and autogenous bead-on-plate welded joints, procedure for heat input determination using Adams’ equation was performed. As was previously pointed out, determination of two characteristic peak temperatures are needed for calculation. Temperature at fusion line Tm is determined using simple equation (1)

1800 − 90 * C (1)

And for Otim 355 MC its values is 1522 C. Another very characteristic temperature was determined from metallographic investigations of simulated microstructure. It is the fartest area in HAZ (intercriticaly HAZ) on macrophoto i.e. 800 0C. Practical confirmation for this temperature was obtained by analyse of macrophotos, indentation of hardness measurement and micro photography. As can be noticed from Figure 9 start of intercritcal transformation is clearly distinguished. Macrostructure on the left side is very similar with simulated microstructure at peak temperature of 800 0C. So it was accept temperature temperature of 800 800 0C as the second temperature in HAZ needed for calcuation. 0

99


Figure 9 Start of intercritical intercritical transformation, HAZ zone of TIG welded joint (Q=259 J/mm) J/mm)

Heat input, in TIG bead-on-plate welding, was determined using well known and most often used equation (2) for arc welding. Obtained values for heat iput are given in Table 3.

Q=

U ⋅ I ⋅ 60 ⋅η kJ/mm (2) v ⋅1000

Where: U – Voltage (V) A – current (A) v – welding speed (mm/min) η - coeficient Calculated values for Q from equation equation 2 i.e., 259 J/mm was implemented in Adams’ equation equation in order to 0 determine distance beetwen temperature at fusion line (1522 C) and intercritical temperature (800 0C). The Adams equation (3) is used for the 2D-temperature distribution, i.e. distance between the fusion boundary and one peak temperature as a consequence of certain certain welding heat h eat input.

1 T − T 0 p

=

4.13 ∗ ρ ∗ t ∗ c ∗ Y 1 + Q T − T 0

(3)

m

Parameters and their values used for the calculation of distance for Optim 355 MC steel are the fo llowing: Density of material, ρ = 0.008 g/mm3 Thickness of material, t = 3 mm Specific heat capacity, c = 0.49 J/g0C Melting temperature Tm = 1522 0C Ambient temperature To = 20°C Peak temperature, Tp = 800 °C Heat input Q= 259 J/mm Calculated distance from equation 3 is 3286 µm. Calculated distance was compared with measured distance on macrophoto in Figure 10. Macrophoto, figure 1 show that full penetration i.e 2D heat distribution is obtained during welding. But there is preaty big diference in width of HAZ width (distance) in the top and the bottom of weldment. From macro photo is determined distance from fusion line to the end of HAZ (1522/800 0C). Average values of 3315 m is obtained from few measurement (black arows). So, as can be seen, diference between calculated and measured value is very small. Apropriate distance fusion/line intercritical temperature was determined and directly using optical microscope. Average value from these measurement is 3268 µm. Figures 11 show the way of distance measurement. Obtained values for distance from measurement and calculation are given in table 5.

Figure 10 Determination ddistance istance fusion line to the intercriticaly HAZ HAZ (3286 µ µ mm- macrophoto)

100


0

Figure 11 Measured distance 1522/800 microphotography

C TIG bead-on-plate weldment, top of the weldment -

Obtained values for distance from measurement and calculation are given in table 5. At Figure 12 and 13 is presented way of distance measurement using optical microscope. Table 5 Measured and calculated values for 11522/800 0C temperature distances Temperatures Distance µ m 1522/800 C

TIG Q = 259 J/mm Measured Measured Calculated (macrophoto) (OM) 3315 3268 3286

Because this procedure gave pretty good corenspondence between measured and calculated values for TIG welding, it was implemented for laser weldments too.

Determination of welding heat input using the Adams equation in laser laser welding In laser welding direct determination of heat imput is not possible. Because of that absorbtion coefficient was calculated first . From macrophotos was detemined temperature distance betwee the fusion line and intercritally HAZ (1522/800 0C). These values are implemented in Adams equation (4) for determinaton absorbtivity/absorbtion coefficient [a]:  v ⋅ d   π ⋅ e  ∆r ⋅  ⋅  ⋅ (1 ⋅ ρ ⋅ c ) 2 P     A = 1   1  T p − T 0 − T m − T o   

(4)

where:  - absorbtivity; ∆r - distance between maximum and minimum temperature position (mm); v- welding speed A (mm/s); d - penetration depth 6 (mm); P - laser power 5000 (W); e - base natural log; ρ - material material density 0.008 3 (g/mm ); T0 – ambient temperature (K)’ Tm – melting temperature in thermal cycle 1522 0C ; Tp – peak temperature 800 0C. Determination of distance 1522/800 0C, for different laser weldments using using macrophotos is shown on figures 12 (average values from more measurments) and obtained values for absorbtion are given Table 6. Average values were: Table 6 Values for absorbtion for different laser weldments and used pa rameters rameters in itc it c calculation Absorbtion Laser weldments Laser power Welding speed Distance m) % specimen (W) (mm/min) 35 1 5000 500 1300 50 4 5000 2000 464 *For specimens 23 there isn’t full penetration. In this cases depth of penetration was not determined.

a

0

b

Figure 12 (a and b) Determination of distance 1522/80 1522 /8000 C a. for specimen 1 (1300 µ m average distace) b. for specimen 4 (484 (484 µ m average distance) 101

Heat input J/mm 210 75


Determination of distance 1522/800 0C was performed and directly on optical microscope. Determined distance depends from the measuring position i.e. at the top or at the bottom of the weldment. It can be seen from the figure 13 (a and b) below. Because Because of that more measuring positions positions were taken too,

a b 0 Figure 13 (a and b) Measured distance 1522/800 C laser bead-on-plate weldment, a. specimen specimen 1 top top of the weldment weldment b. specimen 4 top of the weldment weldment After determination of absorbtion coefficient heat input in laser welding can be determined using the equation (5), Table 6.

Q=

A ⋅ P v

(5)

 - absorbtivity; P - laser power Where: A pow er 5000 W; v- welding weldin g speed (mm/s)

4. CONCLUSIONS The research work carried out showed that the Adams equation can be used for the determination of welding heat input under 2-D heat distribution. In Optim 355 MC the folowing characteristic temperature points were determined: - 1350 0C – temperature temperatur e of the coarsest austenitic austenitic grains size 0 - 900 C – temperature temperatur e of the finest grain size 0 - 800 C – temperature of intercritical transformation start Based on the above-mentioned temperatures and corresponding microstructures, it was shown that the Adams’ equation can be used to predict pred ict the 2-D temperature distribution in autogenous bead-on-plate TIG welds. LITERATURE 1. David Porter, Developments in hot-rolled high-strength structural steels, steels, Nordic welding conference 06, New trends in welding w elding technology Tampere Exhibition Center Pirkkahalli, Tampere, Finland 8.– 9.11.2006 9.11.2006 2. B.de MEESTER, MEESTER, The Weldability of Modern Structural Steels, ISIJ International, Vol. 37 (1997 (1997), ), No 6 3. EN 10149-2 High High yield strength standard steels for cold forming 4. EN 1011-2:2001: 1011-2:2001: Welding -recommendation tor welding w elding metallic materials -Part: Arc welding o f ferritic steels 5. Webster, S. E., et al. “The prediction of HAZ microstructures and properties in structural steels”, ECSC Contract no. 7210-PR/245, Report no. E7027-5 (ST) 022, Reference Source no. 108603,Corus Research, Development & Technology, Technology, Swinden Technology Centre Centre Centre, February 2003. 2003. 6. C. M. M. Adams, Jr., "Cooling rates and peak temperatures in fusion fusion welding", Welding Journal, vol. 37 (5), pp. 210-s - 215-s, 1958. 7. Ruukki HOT-ROLLED HOT-ROLLED STEEL PLATES, SHEETS SHEETS AND COILS COILS Production Produ ction programme 8. Webster, S. E., et al. “The prediction of HAZ microstructures and properties in structural steels”, ECSC Contract no. 7210-PR/245, Report no. E7027-5 (ST) 022, Reference Source no. 108603,Corus Research, Development & Technology, Technology, Swinden Technology Centre Centre Centre, February 2003. 2003. 9. Yurioka, N. 1995. TMCP steels and their welding. Welding in the World 35(6): 375s to 390s 10. SHIKANAI Nobuo, Nobuo , MITAO Shinji, Shinji, ENDO Shigeru, Shigeru, Recent Development in Microstructural Control Technologies through through the Thermo-Mec Thermo-Mechanical hanical Control Control Process (TMCP) (TMCP) with JFE Steel’s High-Performance High-Performance Plates, JFE TECHNIC TECHNICAL AL REPORT No. No. 1(June2008) 11. E. M. Anawa and A. G. Olabi, “Using “Using Taguchi Taguch i Metho Methodd to Optimize Welding Pool of Dissimilar LaserLaserwelded Components,” Optics & Laser Technology, Vol. 40, No. 2, 2008, pp. 379-388. 12. J. C. Ion, A. S. Salminen, Z. Sun: Process diagrams for laser beam welding of carbon manganese steels, Welding Journal, July 1996, 1996, 225s-232s 102


Varjenje lesa Benjamin Č ernoša, ernoša, Matej Kos

Fakulteta za strojništvo v Ljubljani, Aškerčeva ulica 6, 1000 Ljubljana

Povzetek Les je naravni polimer in je v naravi najbolj n ajbolj obilno zastopan obnovljivi o bnovljivi material. ma terial. Izdelki iz lesa so omejeni z velikostjo debeline debla d ebla drevesa, zato je skozi zgodovino č lovek lovek poskušal na ogromno o gromno nač inov inov spajati kose ko se lesa med sabo, da bi dosegel kompleksno želeno konč no no obliko izdelka. Glavni dve metodi, ki se jih č lovek lovek poslužuje sta žebljanje in lepljenje, s koncem 20. stoletja stoletja pa so znanstveniki znanstveniki odkrili nov nač in in in sicer varjenje lesa. 1. UVOD Varjenje lesa je nova tehnologija spajanja lesa brez bre z uporabe upor abe lepil. Tehnolo Tehnologija gija lepljenja lesa z lepilom je že že uveljavljena in patentirana ter jo v lesni industriji zasledimo zelo pogosto. Tehnologija varjenja pa je bistveno mlajša, začetki segajo v leto 1996, ko so raziskovalci v Nem čiji prvič poskusili z uporabo tlaka in torne toplote spojiti dva kosa lesa med sabo. S prehodom v novo tiso čletje se je razvoj varjenja lesa začel intenzivno razvijati v Švici, na inštitutu IBOIS in v Franciji. Franciji. Varjenje lesa potemtakem predstavlja inovativen, nov način spajanja lesa brez uporabe up orabe dodajnega materiala. Varjenje lesa je podobno tehnikam varjenja umetnih mas. S trenjem med dvema ploskvama lesa dosežemo lokalno povečanje temperature, toplota, ki se sprošča pri trenju med dvema lesenima obdelovancema namreč povzroči mehčanje in taljenje amorfn amorfnih ih komponent lesa lesa (predvsem lignina in tudi hemiceluloz) hemiceluloz) v mejni ploskvi med njima. Temperaturno mehčanje lesne substance med postopkom varjenja posledično ustvari vmesni sloj visoke gostote. gostote. Zmehčane komponente lesa se med seboj prepletejo in tvorijo trdno vez, vez, ko se spoj ohladi. Za razliko od lepljenih spojev, kateri pravo trdnost dosežejo šele po nekaj urah oziroma dneh, je pri varjenih spojih primerljiva trdnost dosežena že v manj kot minuti po varjenju. Prav tako se pri varjenih spojih ne ukvarjamo s problemom staranja, tako kot pri lepljenih spojih, katerim se skozi čas trdnost zmanjšuje. Varjeni spoji lesa so torej kvalitetni in po trdnosti primerljivi z lepljenimi. Mehanska odpornost spojev, ki so zvarjeni v 2-4 sekundah, pa je primerljiva z odpornostjo lepljenih spojev 24 ur po lepljenju.

Slika 1: les l es po varjenju in mikrostruktura spoja [4]

2. TEHNOLOGIJA VARJENJA LESA Temeljni princip varjenja je mehansko trenje med dvema površinama, ki se stikata. Trenje nastane kot posledica ustreznega tlaka in relativnega gibanja med površinama v stiku. Običajno je en obdelovanec fiksen, drugi pa se pomika, kar lahko dosežemo bodisi s translacijskim gibanjem oziroma vibriranjem ali pa z rotacijskim gibanjem. Trenje povzroči lokalno povišanje temperature do vrednosti, ki povzroči spremembe v strukturi lignina in hemiceluloz. Ustvari se efekt mehčanja in taljenja, zaradi katerega se lesna vlakna med seboj prepletejo. Nato se gibanje obdelovanca ustavi, tlačna sila pa se še naprej vzdržuje, da prepletena vlakna v staljenem delu utrdijo in tvorijo visoko gostotni gostotni spoj. Prvi poskusi varjenja lesa so bili izvedeni na napravah namenjenih za varjenje umetnih mas in kovin, s prenosom tehnologije v lesarstvo pa je nastal nov stroj namenjen izključno varjenju lesa z dodatnim nadzorom parametrov postopka, ki omogoča kontinuirano spreminjanje amplitude tornega pomika, frekvence, tlaka in načina vibriranja. Naprava omogoča krožne in linearne pomike. 103


Slika 2: stroj st roj za varjenje lesa razvit v Švici[ Š vici[3] 3]

2.1.LINEARNO 2.1. LINEARNO VARJENJE Linearno varjenje lesa (slika 3) je sestavljeno iz fizikalnih, kemičnih in mehanskih procesov. procesov. Obdelovanca, ki ju želimo spojiti sta hkrati izpostavljena tlačni sili in hitrim vibrirajočim pomikom. Zaradi spreminjanja smeri pomika se koeficient trenja kontinuirano spreminja. Posledično pride do porasta temperature v mejni ploskvi med obdelovancema in znižanja ravnovesne vlažnosti. Segrevanje v mejni ploski povzroči kemično modifikacijo lesne strukture, zaradi katere pride do taljenja lesnih komponent in prepletanja lesnih vlaken. Ko se doseže efekt taljenja, se vibriranje ustavi. Obdelovanca sta še vedno izpostavljena tlačni sili, dokler staljeni material v mejni ploskvi med njima ne utrdi in tvori trden spoj. Linearno varjenje lesa zagotavlja kvalitetne spoje, primerne za uporabo v konstrukcijske namene. Na kvaliteto spoja vplivajo predvsem parametri, kot so čas varjenja, trajanje izpostavljenosti elementov tlaku po vibriranju in amplituda nihanja. n ihanja. Optimalni parametri varjenja lesa so: frekvenca varjenja 100 Hz,amplituda nihanja 3 mm, čas varjenja 3 s, tlak varjenja na površini 1,3 MPa, čas izpostavljenosti tlačni sili po varjenju 5 s in tlak na varjenih površinah po varjenju 2,0 MPa. MPa. Pri uporabi naštetih parametrov varjenja je dosežena optimalna trdost spojev, ki znaša 10-11 MPa, kar ustreza zahtevam ustreznega evropskega evropsk ega standarda (EN 205-D1). Slika 3: prikaz p rikaz linearnega varjenja [6]

2.2.TORNO 2.2. TORNO VARJENJE Osnovni princip tornega varjenja so krožni, horizontalni pomiki (slika 4), ki zagotavljajo konstantno silo in hitrost med celotnim postopkom varjenja. varjenja. Smer gibanja ostane enaka, kar je nasprotno n asprotno linearnemu linearnemu tornemu varjenju, kjer hitrost in sila spreminjata smer ter zato nista ko nstantni. Proces tornega varjenja je končan z dosego vnaprej določenega položaja položaja pravokotno prav okotno na vmesno ploskev.

Slika 4: Prikaz tornega t ornega varjenja [5] 104


2.3.MOZNI 2.3. MOZNIČNO VARJENJE Tehnologija varjenja se uporablja tudi za vezi z mozniki (slika 5), ki se imenuje moznično varjenje (dowel welding). Moznično varjenje razvijajo znanstveniki v Franciji. Postopek mozničnega varjenja:najprej se moznik z visoko hitrostnim h itrostnim rotacijskim gibanjem (1.200-1.600 min-1) vstavi v izvrtino z manjšim premerom od premera moznika. Ko se doseže mehčanje in taljenje amorfnih substanc lesa, se vrtenje moznika hipno ustavi in nekaj sekund vzdržuje tlačna sila. Mo znik se nato spoji s površino izvrtine in tvori trden spoj. Mehanizem mozničnega varjenja je enak mehanizmu linearnega varjenja lesa. Toplota povzroči zmehčanje amorfnih komponent lesa, predvsem lignina in tudi hemiceluloz v mejni ploskvi med obdelovancema. mehčane komponente se medsebojno prepletejo in tvorijo spoj. Parametri, ki vplivajo na kvaliteto teh spojev, so uporabljena lesna vrsta, relativna razlika v premeru moznika in izvrtine, čas vzdrževanja tlačne sile po varjenju ter vlažnost moznikov. Usmerjenost moznikov in njihova gladkost ne vplivajo bistveno na kvaliteto spoja. Princip mozničnega varjenja so znanstveniki nedavno uspešno uporabili tudi pri t.i. žebljanju, kjer se moznik z visoko hitrostnim rotacijskim gibanjem vstavi v obdelovanec brez izvrtine .

Slika 5: prikaz moznič nega nega varjenja lesa [6]

3. VARJENI SPOJI Varjenje se lahko izvaja na vseh vrstah lesa, trdnost spoja pa je odvisna od vrste. Najboljše Najboljše rezultate varjenja dosežemo z bukovim lesom, pri katerem se ustvarijo tanki enakomerni spoji. Nekoliko drugačne in slabše lastnosti spojev pa dobimo pri varjenju smrekovega lesa, kjer prihaja do napak v celičnih stenah, katere nastajajo zaradi velike razlike razlike gostot mladega in starejšega lesa.

Slika 6: Preč ni ni prerez varjenega spoja bukovega in smrekovega lesa

105


4.

GOSTOTA LESA PO VARJENJU Kvaliteto zvarjenega spoja lahko ocenjujemo na podlagi gostote lesa v mejni ploskvi. Ko se dva obdelovanca obdelov anca med sabo zavarita se pojavi porast gostote, ki je glavni razlog trdnosti spoja. Najvišje poraste gostote dosežemo z mozničnim varjenjem z linearnim in tornim tornim pa so te vrednosti nekoliko manjše. Na sliki 7. lahko spremljamo krivuljo gostote skozi prerez, viden je strm porast gostote na mejni ploskvi, ki je posledica zmanjšanja volumna praznih prostorov med postopkom varjenja. Debelina varjenega spoja je odvisna od maksimalne temperature varjenja. Do učinka varjenja pride le na delih, kjer je temperatura dovolj visoka, da pride do mehčanja komponent lesa. Pri temperaturah, nižjih od 150°C ne pride do modifikacije v gostoti oziroma strukturi lesa, zaradi izredno kratke izpostavljenosti (2-3 s).

Slika 7: prikaz profila gostote

5. POIZKUS MOZNIČNEGA VARJENJA LESA Med raziskovanjem varjenja lesa sva ugotovila, da se v Sloveniji še nihče ne ukvarja z varjenjem lesa na industrijski ravni, edini slovenski članek po katerem je spisan tudi ta pa je pred leti napisala dr. Andreja Kutnar iz Biotehniške fakultete v Ljubljani. Zaradi pomanjkljivih informacij s tega področ ja sva se odlo čila, da poskusiva zvariti les kar sama. Iz prebrane literature sva ugotovila, da je najlažji način varjenja lesa moznično varjenje, saj ga lahko izvedeš na skoraj vsakem vrtalnem stroju. Zato sva nakupila nekaj mozničnih palic (od ϕ6mm do ϕ10mm) in eno debelejšo palico (ϕ22mm) v katero sva kasneje izvrtala luknje in v njih zavarila moznike. Uporabila sva bukov les. 5.1. POTEK VARJENJA Moznične palice sva razrezala na valjčke višine 50mm, debelejšo palico pa na kose visoke 15-20mm V kose iz debelejše palice sva izvrtala luknje, za moznike debeline 6mm sva zvrtala luknje velikosti 5mm, za debelejše moznike (10mm) pa sva naredila luknje luknje s premerom 8mm.

Slika 8: priprava p riprava vzorcev pred varjenjem [5]

V vpenjalno glavo vrtalnega stroja sva vpela moznike, v primež na vrtalni mizi pa prevrtane valjčke. Na vrtalnem stroju sva sv a izbrala izbrala najvišje obrate o brate (1120min-1). 106


Slika 9: vrtalni stroj in vpenjanje moznikov [5]

Preden sva zagnala stroj, sva na centrirala še luknjo in nato vklopila vrtalni stroj, podajanje sva imela nastavljeno na ročno. Z vrtečim se moznikom sva zadela luknjo, kmalu se je začelo kaditi, takrat pa sva moznik močno potisnila v luknjo manjšega premera. Ko je moznik prišel skozi luknjo, sva primež popustila in ugasnila vrtalni stroj.

Slika 10: dim med varjenjem [5]

Ker sva uporabljala vrtalni stroj starejše letnice izdelave postopek varjenja ni bil v celoti izveden p ravilno. Če bi upoštevala vse napotke za moznično varjenje, bi morala vrtenje moznika v hipu zaustaviti in silo pritiska zadrževati še nekaj časa (3-5s) po izklopu obratov. Kljub neupoštevanju vseh napotkov sva uspela zvariti dva kosa lesa med seboj. Po opravljenem varjenju sva vzorce prerezala in pregledala kje sva dosegla do segla varjene spoje in kje ne.

Slika 11: prerezani vzorci po varjenju [5]

107


6. ZAKLJU ČEK Za varjenje lesa v tuji literaturi zasledimo ime eco-welding, kar pomeni spajanje lesa brez uporabe dodajnega materiala v obliki sintetičnih lepil, ki so po navadi škodljiva tako za zdravje človeka, kot tudi za okolje. Zato lahko z veliko verjetnostjo trdimo, da je varjenje lesa tehnologija prihodnosti, saj v vsaki industriji težimo k proizvodnji brez onesnaževanja in to eco-welding nedvomno je. Za Slovenijo, kjer je lesna industrija v globokem breznu, varjenje lesa predstavlja nov zagon na visoko tehnološkem nivoju in uveljavitev na svetovnih trgih, saj je tehnologija varjenja lesa še razmeroma nova n ova in so možnosti za uspeh še velike. 7. LITERATURA 1. Kutnar A., Šernek M.:Varjenje M.:Varjenje lesa. Les (2008), let. 60, str. 187-193. 2. Ganne-Chedeville C.:Sciences du Bois (2008), str. 175 175.. 3. Direct industry: Friction welding machine for wood. Dostopno http://www.directindustry.com/prod/fischer-kunststoff-schweisstechnik/friction-welding-machines-for52910-485660.html (2. maj 2012). 4. Laboratory for timber constructions ibois. Welding for wood. Dostopno http://ibois.epfl.ch/page-20697-en.html http://ibois.epfl.ch/page-206 97-en.html (2. maj 201 2012). 2). 5. Černoša B., Kos M. 2012. 6. CNIDEP: Soudage du bois massif par friction mécanique (2005), str. 2. Dostopno http://www.cnidep.com/D407.pdf http://www.cnidep.com/D 407.pdf (2 ( 2. maj 2012).

108

prek: woodprek: prek:


Friction Stir Welding of aluminium alloy 2024 T351 či ć Miroslav M. Mijajlovi Mijajlović , Dragan. S. Mil č

Univeristy of Niš, Faculty Fa culty of Mechanical Engineering Niš, Aleksandra Medvedeva 14, 18000 Nis, Serbia

Summary Aluminium alloys from class 2××× are strong, limitedly machinable and non-weldable metallic materials widely used in shipbuilding, railway, automotive and aero industries. Representative of this class is alloy 2024 T351, used in aircraft structures, especially wing and fuselage structures under tension. However, alloy 2024 T351 is limitedly weldable by gas tungsten arc welding process and very poorly by shielded metal arc welding process. Friction stir welding is a solid state welding technique primarily used for welding of aluminium and its alloys. This paper is giving an overview on friction stir welding process applied on welding of plates made of aluminium 2024 T351.

1. INTRODUCTION

Friction stir welding (FSW) is a solid-state welding technique introduced during 1991-1992 by TWI London. First application of the FSW was welding of long aluminium sheets used for railway vehicles in Japan; after that FSW was introduced by marine, aero, space, automobile and other industries around the globe. From that time, FSW is widely known as welding technique mostly used for welding of aluminium and its alloys. However, there are numerous examples of steel, bronze etc. jointed by FSW [1]. FSW is widely used for the joining of softer metals such aluminium and aluminium alloys are. Aluminium alloys are always a challenge for welding, without concern on weldability of base metal. Like other arc welding processes, FSW is applicative for welding of 5××× and 6××× series of Al alloys but its advantages over other processes are seeable when welding 2××× class of Al alloy. alloy. A representative of o f the 2××× class is alloy 2024 and it is widely used in FSW processes. processes.

1.1. Alloy 2024 T351 T351 Aluminium alloy 2024 is an Al alloy, with Cu and Mg as the alloying elements. It is used in applications requiring high strength to weight ratio, as well as good fatigue resistance. It is not weldable, and has average machinability. Due to poor corrosion resistance, it is often clad with Al or Al-Zn for protection, although this procedure may reduce the fatigue strength. It has a density d ensity of 2.73 g/cm³, g/cm³, Young's modulus of 73 GPa across all tempers, and begins to melt at about 500 °C. Because the material is susceptible to thermal shock, 2024 is used in qualification of liquid liqu id penetrant tests outside of normal temperature ranges. Table 1. Chemical composition and mechanical properties of alloy Al 2024 T351

Chemical composition Mechanical properti prop erties es Chemical element Mass % Al ∼ 0.2% Proof Stress Rp0,2 266-274 N/mm2 S 0.12 Fe 0.28 Cu 4.52 Mn 0.65 Tensile Strength Rm 404-424 N/mm2 Mg 1.60 Cn 0.01 Zn 0.09 Ti 0.016 Elongation A5 22.00% B 0.009 N 0.02 Data in Table 1 is taken from the Approved Certificate data: Alcoa International, inc, No 47831, for sheet of 2100 mm × 6000 mm × 8mm, material EN AW 2024 T351 used for the FSW process (experiments). 109


1.2. Principle of the FSW At the beginning of the welding process, welding tool is mounted into the rotating head of the machine, placed above the joint line on the fixed welding plates and probe tip barely touches the top of the welding plates (Figure 1, a). The main rotation axis of the welding tool is perpendicular with welding plates and the joint line. In that position, welding toll starts to rotate ( n revolutions per min). Probe of the welding tool (Figure 1, b) plunges in the welding plates (base metal, workpieces) at the start point on the joint line. Friction between probe and the welding plates initiates heat generation, welding plates soften in the area of friction contact between tool and plates and thread thr ead on the probe stirs the material of welding plates. When shoulder tip touches welding plates and probe tip is very close to the backing plate, plunging of the welding tool into the welding plates (base metal) stops and tool starts translation along alon g the joint line. Moving along the joint line, weld tool’s to ol’s probe heats material from the welding plates, cuts and stirs layers from it and creates a vale of mixed and plasticized metal which hardens and creates monolith connection between welding pieces – weld. Shoulder tip confines upper surface of the weld while backing plate holds welding plates and confines lower surface of the weld as well. Welding process is finished when welding tool stops translation and after pulling out the tool from the joint line weld is completely finished.

Figure 1 Friction stir welding: a) principle of the FS W, b) welding welding tool and its active surfaces [2]

2. FSW applied on the 2024 T351 T351

Experimental studies (welding of plates prepared for experimental researches) were performed on plates with dimensions L × B × H =160 mm × 55 mm × ≠ 6 mm, at welding length of l=100 mm. There are various designs of the FSW welding tools [1], however, Živković has shown that best results r esults on FSW welding on Al 2024 T351 are achieved with welding tool with the cone probe, rounded thread on the probe side and confined shoulder tip [3]. For study of heat generation during FSW experimental researches were been started with the two different types of welding tool - theoretical (cylindrical probe, no thread, marked as A19, schematic shown in Figure 2) and welding tool given by Živković (marked as A19, schematic shown in Figure 2). Both types of welding tools are made of steel 56NiCrMoV7, 56NiCrMoV7, annealed ann ealed and tempered. d=5 mm, D=20 mm, h=5 mm, hn=35 mm,

α =10°, β=8°,

H=8 mm, H max max≈6 mm, P=1,5 mm

Figure 2 Schematic S chematic of welding tools [2] used in experimental experimental studies

As expected, welding tool A19 has cracked during first welding and further experimental studies were conducted only with the welding tool A10. Experimental studies had three main directions: estimation of parameters important for heat generation process in FSW, measuring intensity and trends of these parameters and creation of qualitative weld on 2024 alloy. It

110


was concluded [2] that axial force on o n welding tool, torque, to rque, welding force, friction coefficient and temperature of workpieces and welding tool are the most important parameters that have to b e experimentally determined. Due to the complexity of the FSW kinematics, selected parameters and dimensions of the measuring equipment, it was concluded that welding w elding should be performed in configuration where axis of the welding tool too l is horizontal. Such a demand has point out the lathe as the working machine, what is, probably, the first application of the lathe for FSW. Figure 3 gives a schematic of the horizontal working place and measuring configuration for torque and axial force ( z z- direction).

Figure 3 Measuring configuration for torque and axial force: 1-workpiece, 2-welding tool, 3-anvil, 4-welding tool’s spindle, 5-bolts, 6-backing plate, 7-force sensor, 8-torque sensor, 9-machines tool rest, 10-axial bearing, 11-clutch, 12-machine’s spindle, 13-fundamental bolts

Other mentioned parameters were measured at the same working place, with minor adaptations of the equipment. Technological parameters of the FSW process (travel speed, tool rotation speed, tilt angle etc.) were selected from the range of suggested values [3]. Welding was performed with the “try and error” principle: the first attempt was with minimal technological parameters, when finished weld was inspected visually and with ultrasound and new parameters were selected for the new attempt. After seven attempts, optimal technological parameters were found what resulted in qualitative welded joints. Table 1 is giving some main recommendations for technological parameters, selected optimal technological parameters and maximal values of torque, axial force and welding force achieved during welding. Table 1 Proposed technological parameters for welding welding of o f Al 2024 T351 [3, 2] Recommended diapason Optimal values Maximal Maximal measured values Tool rotation speed n 750 750-1180 -1180 RPM 910 RPM Torque: M t t =35 Nm, Axial force: F z = 15 kN, Plunging speed v z no recommended value not determined Travel speed v x 46-150 mm/min=0,77-2,5 mm/s 0,062 mm/rev.=0,9403 mm/s Welding force: F x=510 N, Friction coefficient: µ=0.9 Tilt angle ≤5° 1°-2° T max max = 394 °C at workpieces Welding length lmin 50 mm ≈ 100 mm T max max = 464 °C at welding tool

Figure 4 shows working machine with equipment for measuring, welding tool and workpieces. Figure 5 shows typical diagram of measured torque, plunging force (axial force) and mechanical power (integrated from the torque).

111


b) a) Figure 4 Working machine with with mounted equipment for welding, measuring, welding tool and workpieces workpieces (a) 24 22

rpm rpm s= 0.062 mm/rev

20

tool: К11

t st =78.2

n =910

s

t ps" =102.8

s

t 5=184.9

t 4=179.8

18 ] W 16 h [

t 2 =96.7 t ps' =44

s

t3

s

s

=169.6 s

s

P

,14 ] N k [ 12

t 1=84.4

p F , ] 10 m

N [ t 8

t 0=26.9

s

s

M 6 4

torgue Mt plunging plunging force force Fp power P

2 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0

t

[s]

Figure 5 Typical Typ ical diagram of torque, plunging force (axial force) and mechanical power power

3. INSPECTION OF WELDED JOINTS JO INTS

Since experimental studies and welding of 2024 alloy were performed before publishing of first FSW international standards [4-9], dimensions of the specimens used for non-destructive testing as well for the destructive testing, were not of standard values. Schematic, position in welded plates and dimensions of destructive test specimens used in studies are shown in Figure 6. Before specimen cutting, all welded joints were visually inspected, ultrasoundly tested and some of joints were radiographically tested. Cut specimens were macro and micro inspected, tested for hardness, tensile and root/face bend tested. All welded joints that were welded with the axial force higher than 14 kN during welding phase [2] have showed no cavity or incomplete joint penetration. Joints were tilt angle of welding tool was less than 1° have shown significant flash on face of the weld (like in Figure 4, b).

112


Figure 6 Schematic, position in welded plates and dimensions of destructive test specimens

Hardness of the specimens was different from specimen to specimen. Since weld nugget (specific microstructure of the weld, located approximately in the middle of the weld) has showed variation in dimension (larger at specimen 1, smaller at specimen 2 and smallest at specimen 3, near the end of the joint), expected “W” shaped hardness distribution along workpiece’s width is changing shape and dimensions (Figure 7, a, b and c)

a) specimen 1 b) specimen 2 c) specimen 3 Figure 7 Hardness of the FSW weld, thermomechanically and heat affected zone, and parent material Table 2 Results of the tensile t ensile testing and dimensions of the weld weld nugget

Dimensions of Ultimate tensile the nugget b j×h j [mm×mm] Intern welding Specimen Experimental Cross section strength mark number breaking of the F Rme = ke (experiment (according to force specimen Ae number) the Figure 6) F ke A [mm2] ke [kN] [N/mm2]

Comment

е

К1119ТО0

К1120ТО0

К1121ТО0

1 2 3 1 2 3 1 2 3

30,6 32 40,3 29,5 35,4 42 26,5 38 41,3

6 × 20 = 120

113

255 266, 7 335,8 245,8 295 350 220,8 316,7 316 ,7 344,2

6 × 4.5 4.8 × 3.8 3.8 × 3.5 6 × 4.2 5.2 × 3.9 4.2 × 3.5 5.8 × 4.5 4.6 × 4.3 4 × 3.8

Specimen destruction happened in the weld


Dimensions of the weld nugget in specimens 1, 2 and 3 are shown in Table 2 as well as details about the tensile tests on specimens. All specimens have cracked in weld, at the th e boundary of the weld w eld nugget nugget (Figure 8, a). Initial cracking might be on the root of the weld – all specimens cracked at straight line at the root side and micro cracks less than 0.2 mm long might m ight have appeared due to the incomplete joint penetration (Figure 8, b).

a) b) Figure 8 a) Tensile specimen – destroyed at the boundary of the weld nugget, b) micro cracking at root of the weld

Tensile tests have shown that efficiency of the weld varies from specimen to specimen. However, trend was the same for every experiment number: specimen 1 has tensile efficiency of app. 55%; specimen 2 has tensile efficiency of 60%-65% while specimen 3 has tensile efficiency of 70%-80%. 70%-80%. Face/root bending test has shown sh own disastrous bending efficiency of 0%-12%. Bending Bending angle for fo r the root/face was maximally 11° while bending bend ing angle angle of the parent metal (pure workpiece specimens) was 88°-90°.

4. CONCLUSIONS

For purposes of development and verification of analytical model for estimation of amount of heat generated during FSW numerous experimental studies on welding w elding of aluminium alloy 2024 T351 were performed. perf ormed. Studies were brief and included various methods and tools. The primary goal of experimental studies was to investigate parameters that dominantly influence heat generations while the secondary, but not less important than primary, goal was to perform welding on non-weldable alloy 2024 T351 and achieve satisfactory quality of the weld. Achieved results show that 2024 T351 alloy is difficult for welding, even with the FSW. Strength of the weld is questionable: welds show no imperfections, satisfactory tensile strength and poor b ending strength. It is possible that weld nugget is dominantly influencing the strength of the weld – welds have much better properties when weld nugget has smaller dimensions. Further researches should be pointed out in direction of weld nugget dimensions decrease and investigation investigation of o f the bending properties of the weld.

5. LITERATURE

1. Soundararajan, V., et al., “An Overview of R&D Work in Friction Stir Welding at SMU”, in MJoM, Metalurgija – Journal of Metallurgy, Association of Metallurgical Engineers of Serbia, Vol. 12, No. 204, 2006, pp. 277-295. 2. Mijajlović, M., Investigation and development of analytical model for estimation of amount of heat generated during FSW, Ph.D. thesis, University of Nis, Faculty of Mechanical Engineering Nis, 2012. 3. Živković, A: Influence of friction stir welding tool geometry on properties of welded joint of alloys Al 2024, Ph.D thesis, University of Belgrade, Faculty of Mechanical Engineering, 2011. 4. ISO 25239-1: 25239-1: 2011 Friction stir welding - Aluminium - Part 1: Vocabulary. 5. ISO 25239-2:2011 25239-2:2011 Friction stir welding - Aluminium - Part 2: Design Design of weld w eld joints. 6. ISO 25239-3:2011 25239-3:2011 Friction stir welding - Aluminium - Part 3: Qualification Qualification of welding operators. 7. ISO 25239-4:2011 Friction stir welding - Aluminium - Part 4: Specification and qualification of welding procedures. 8. ISO 25239-5:2011 25239-5:2011 Friction stir welding - Aluminium - Part 5: Quality and inspection requirements.

114


Tehnologija Tehnologija zavarivanja primarnih konstruktivnih k onstruktivnih elemenata vodotoranja , v = 500 m 3 izrađ enog enog od čelika Džafer Kudumović* , Elvedin Trakić*, Besim. Demirović** *Univerzitet *Univerzitet u Tuzli, Mašinski Mašinski fakultet fakul tet **Univerzitet u Tuzli, Rudarsko-geološki-građevinski fakultet

Abstrakt Tehnologija zavarivanja kod ozbiljnih objekata se radi na bazi potpunih informacij (gra đ evinski evinski projekat u kome trebaju biti definisani tipovi zavarenih spojeva, klasa klasa kvaliteta - obim kontrole, kvalitet kvalitetii materijala materijala i dr.) te je potrebno tehnologiju dobro pregledati prije puštanja u eter, od strane kvalifikovane osobe sa radnim iskustvom.

1.

UVOD

Ovakvi projekti su veoma ozbiljani i tehnologija se ne radi na brzinu. Moraju biti na raspolaganju kompletni ulazni podaci (mašinski projekat sa svim detaljima, raspoloživi resursi proizvođača i dr.) da bi se uradila kvaltetna tehnologija, a time obezbijedio jedan od uslova za kvalitetno izvođenje radova. Tehnologiju treba uraditi, ostaviti da odstoji, ponovo analizirati sa svih aspekata, pregledati od strane kvalifikovane osobe sa radnim iskustvom, odobriti i nakon toga pustiti u eter. Konačnu tehnologiju raditi nakon ugovaranja, razrade dokumentacije do radioničkog nivoa (mašinski projekat), prikupljanja podataka o resursima proizvođača (osoblje za koordinaciju zavarivanja i zavarivanje, oprema za zavrivanje, odobreni postupci i dr.). Radove po ovakvim projektima treba povjeriti povjeriti kvalificiranoj firmi (EN ISO 3834) 3834) sa kvalificiranim osobljem za za ovu vrstu radova (mora imati kvalificirano osoblje za koordinaciju zavarivanja prema EN 719 i zavarivanje EN 287-1 287 -1 U ovoj tehnologiji naročito treba treb a kontrolisati:  Odabir postupaka (ovisi o resursa r esursa proizvođača – mogu se uklju čiti i drugi postupci kao npr. EPP, MIG i sl:);  Odabir dodatnih materijala (naročito za prokrom i vezu prokroma i konstrukcionog čelika);  Obim ispitivanja - kontrola bez razaranja (konsultovati projektanta - statičara - gdje su kritična mjesta npr. zavari na vezi čvornih ploča za koje se vežu sajle za ankerisanje se moraju 100% kontrolisati... – a u projektima vrlo često nema detalja veze);  Tip zavarenih spojeva na rezervoaru (kako će se raditi rezervoar, može li se transportovati iz radionice kao cjelina, može li se montirati kao cjelina, hoće li se raditi na montaži m ontaži - ako se prvo izrađuje rezervoar pa zatim oblaže nosivom konstrukcijom onda odabrani tip spoja je uredu ali ako se prvo radi nosiva konstrukcija pa u nju montira rezervoar rezervoar onda nije uredu – ne mogu se zavariti spojevi u zoni nalijeg n alijeganja anja na nosivu konstrukciju konstrukciju i tada tada treba dati druga druga rješenja);  Sagledati druge bitne elemente. Konstrukcija vodotornja se sastoji iz temeljne betonske konstrukcije, nosivog stuba, rezervoara za vodu izrađenih od čelika i zatega izrađenih od upletenih sajli koje su za tlo prihvaćene anker blokovima za geotehnička sidra. Spojevi između elemenata izvode se odgovarajućim zavarima prve klase i viskokovrijednim zavrtnjevima klase čvrsto će 10.9, prema datim konstrukcijskim k onstrukcijskim rješenjima. Temeljna konstrukcija se sastoji od temeljne kontra ploče debljine 80 cm, ukrućene temeljnim kontra gredama promjenjivog poprečnog presjeka. Svi elementi na temeljnoj konstrukciji izvedeni su od marke betona MB 30, klase B II. Prije betoniranja temelja sve ankere za vezu sa čeličnim stubom precizno postaviti i nivelisati prema datim nacrtima. Nosivi stub je izrađen od čelika, i služi kao nosiva konstrukcija rezervoara od 500 m 3. Stub je postavljen od visinske kote +0,30 m do +40,00 m. Stub je prstenastog poprečnog presjeka, i sastoji se iz četiri dijela.

115


Slika 1: Oblik i d imenzije imenzije č eli elič ne ne konstrukcije vodotoranj

Prvi, konusni dio dužine 13,00 m je promjenjivog poprečnog presjeka, čiji prečnik u dnu iznosi 3,50 m do 2,50 m u vrhu. Stjenka prvog dijela stuba je debljine 14 mm. U dnu stuba veza sa temeljnom konstrukcijom ostvarena je preko čeone ploče 40 mm i ankera 36 mm klase čvrsto će 5.6. Prema datim crtežima stub je ukrućen prstenovima po visini od lima dimenzija 30x200 mm i 20x200 mm. Po čitavoj dužini stuba po obimu sa uglom od 600 zavareni su ukrutni profili zbog mogu ćeg bočnog izvijanja stjenke stuba. U dnu prvog stuba predviđena su ulazna vrata koja se otvaraju prema vani. Oko vrata po čitavom obimu ugrađuju se ojačanja zbog koncentracije naprezanja. Na vrhu je predviđena prva platforma za odmor i pomoć pri montaži ostalih dijelova konstrukcije. Veza između prvog i drugog drugog dijela dijela stuba ostvaruje se preko čeonih ploča debljine 30 mm za koje je zavaren prsten obostranim ugaonim šavovima i visokovrijednim vijcima klase čvrstoće 10.9 prema datim nacrtima. Prilikom montaže prvog dijela stuba obavezno izvršiti strogo vertikalno postavljanje, i geodetsku kontrolu nakon toga. Formiranje prestenastog konusnog presjeka stuba izvodi se geometrijski pravilno zavarivanjem sa jasno definisanom tehnologijom koju je dužan sprovesti Izvođač radova. Drugi i treći dio, ili ako je stub veći ima više ovih elemenata, stuba je konstantnog poprečnog presjeka, prečnika 2,50 m. Stjenka je debljine 12 mm. Prema datim crtežima stub je ukrućen prstenovima po visini od lima dimenzija 30x200 mm i 20x200 mm. Po čitavoj dužini stuba po obimu sa uglom od 600 zavareni su ukrutni profili zbog mogućeg bočnog izvijanja stjenke stuba. Međusobna veza između drugog i trećeg dijela stuba ostvarena je preko čeonih ploča debljine 30 mm za koje je zavaren prsten obostranim ugaonim šavovima i visokočvrstim vijcima klase čvrstoće 10.9 prema datim nacrtima. Četvrti konusni dio stuba u vrhu je promjenjivog poprečnog presjeka i sastavljen je od IPE profila zavarenih sa unutrašnje strane za stjenku debljine 14 mm. Ovaj dio stuba u sklopu je rezervoara i montira se zajedno s istim. Prema datim crtežima stub je ukrućen prstenovima po visini od lima dimenzija dimenzija 30x200 mm i 20x200 mm. 0 Po čitavoj dužini ovog dijela stuba po obimu sa uglom od 20 zavareni su ukrutni profili zbog mogućeg bočnog izvijanja stjenke stuba, a koji služe i za unos sile sa rezervoara na stub. Rezervoar za vodu sačinjavaja roštiljna konstrukcija od IPE profila kvalitete čelika i stjenke od prokromskog lima .Debljina .Debljina kalote je 12 mm u donjoj i 10 mm u gornjoj gornjoj kaloti. Profili su postavljeni radijalno pod uglom od 0 20 i tangencijalno po visini što obrazuje roštiljnu prostornu konstrukciju u koju se postavlja kalota, u kojoj je postavljen u gornjoj zoni postavljen prokromski lim 4mm debljine.

116


Parent material: Dimensions:

Welding consumables

Process type: Poluautomatski Joint design: design:

S 235 JRG2 (1.0038) S 235 JRG2 (1.0038) t ≤ 12,0 (10,0) Commercial designation:

VAC-60 ili EZ CO2

Welding process:: process

Quality level:

135 (MAG)

Welding PF / PC (ISO 6947) position: Designation of Gas shield (root EN, DIN ili protection) - Flux: AWS/ASME: C1(CO2) ili G 3 Si 1 M21(Ar+18%CO 2)

Method preparation gouging: Ručno / mašinski

Method gouging: Ručno Brušenje Welding sequence: sequence:

Run welding:

EN ISO 5817-C

Joint type:

BW

Type and diameter W electrode:

-

Welding consumables drying: -

60 0 ±5 4

t 3 2 / 2

, 0 -

t

3 1 2

t 3 / 1

2± 0,5

m

Napomene: - Početak i kraj uzdužnih zavara izvoditi na produžnim pločicama; - Produžne pločice nakon zavarivanja odsje ći brusilicom; - Korjeni zavar (prolaz br. 1) po potrebi brusiti prije zavarivanja zavariv anja prolaza p rolaza br. n+1.

60 0 ±5

Welding details: details: Welding Run No. process:: process 135 1 (MAG) 135 2-m (MAG)

Diameter FM[mm] FM [mm]

n

Current [A]

Voltage [V]

AC ≈ /=

Gas flow rate [l/min]

Wire speed[cm/min] speed [cm/min]

1,2

80-160

20-24

DC +

10-14

Ne / No

1,2

120-270

22-30

DC +

10-14

Ne / No

Heat treatment: treatment: Preheat:

min. 5 Quality control weld: weld: Visual

Interpass temperature: max. 260

Radiographic

100% 100% kr. zavari Welder certificate: EN 287-1 und TRD 201 201 / AD AD 2000 HP 3 Napomene / Remarks / Remarks::

Post weld heat treatment temperature: -

Hold time:

Warm / cooling speed:

-

-

Metal group:

Magnetic Hardness particle Heat treatment specification No.

1.1

-

Ultrasonic

Penetrates

-

-

118


- Površine koje se zavaruju očistiti do metalnog

sjaja; - Razmak između pripoja: prema planu zavarivanja; Supplements:: Supplements Welding plan Made by: by: Checked by: by: Juli 2011.

- U slučaju pojave nedozvoljenih deformacija

obustaviti zavarivanje, otkloniti uzroke u zroke deformacija i ponovo nastaviti sa zavarivanjem; Approved:: Approved

Date:: Date

Juli 2011.

Date:: Date

Juli 2011.

4. ZAKLJUČAK Obzirom da je ovakva vrsta konstrukcija jako složena i odgovorna , što se vidi iz same tehnologije izvo đenja zavarivanja potrebno je jako voditi računa o samom izvođenju konstrukcije kao i o izvođaču i tehničkim mogućnostima izvođača. Izrada čelične konstrukcije može se provjeriti samo kvalifikovanom izvođaču ovih radova koji u okviru svoje ponude mora dokazati svoju podobnost, spiskom uspješno izvršenih sličnih poslova, spiskom sp iskom raspoloživog raspoloživog alata i mašina spiskom stručnog kadra itd. Izvo đač je dužan da sve radove izvodi prema odobrenoj projektnoj dokumentaciji, uz svestranu i svakodnevnu kontrolu Nadzornog inženjera. Projektnu dokumentaciju izvođač razrađuju prema svojoj tehnologiji ( detaljni crteži ), a u svemu prema propisanim uvjetima. U toj razradi ne smiju se vrštiti izmjene projektov ane koncepcije koncepcije i uvjetovanih detalja konstrukcije , a izvođenje tehnologije zavarivanja mora se izvesti prema tehnologiji koja je prikazana u ovom radu kod zavarivanja glavnih elemenata konstrukcije. Prije početka izrade čelične konstrukcije, paralelno sa izradom radioničke dokumentacije, Izvođač je dužan da pipremi i dostavi na n a saglasnost saglasnost Nadzornom organu slijedeće elaborate: 1. Dinamički plan proizvodnje, kontrole i isporuke; 2. Tehnologiju zavarivanja; 3. Tehnologiju izrade bravarskih radova; 4. Tehnologiju probne montaže ( ukoliko je projektom predviđena ); 5. Plan kontrole sa posebnim osvrtom na međufaznu i faznu kontrolu zavarenih sklopova, odnosno geodetsku kontrolu na probnoj montaži; 6. Tehnologiju izvođenja radova na antikorozivnoj antikorozivnoj zaštiti; U ovom radu r adu prikazana je tehnologija izvođenja stuba koji ko ji ima 4 segmenta i izvođenje plašta rezervoara koji ima specifičan oblik , koji je dat u ovom radu . U radu su prikazani oblici spojeva , izbor materijala i izbor postupaka zavarivanja kod glavnih elemenata konstrukcije, kao i parametri za izvođenje zavarivanja kod postupa po stupaka ka koje treba treb a koristiti kod izvođenja vodotornja. 5. LITERATURA ; [1] Prof. dr.-Ing. Gerd Wagenkneeht: Wagenkneeht: „Stahlbau-Praxis „Stahlbau-Praxis Mit Mit Berechnun Berechnungsbeispielen“ gsbeispielen“,, Bauwerk, 2005.; 2005.; [2] Androić B., Dujmović D., Džeba Džeba I.: „Metalne konstrukcije I“, Institut građevinarstva hrvatske, Zagreb, 1994.; [3] Alfirević I. i grupa autora: „Inženjerski „Inženjerski priru p riručnik 1“, Školska knjiga Zagreb, 1996.; [4] Evrokod 3: „Proračun čeličnih konstrukcija“, Građevinski fakultet, Beograd, 2006; [5] „Glavni „Glavni projekat vodotornja V=500 V=500 m3 u Odžaku“,Cubus, O džaku“,Cubus, Lukavac, 2009; 2009; [6] Zarić B., Buđevac D., Stipanić B.: „Čelične konstrukcije u građevinarstvu“, Građevinska knjiga, Beograd, 2000.; [7] Dž.Kudumović.; Zavarivanje Zavarivanje i termička obrada, ob rada, Fakultet elektrotehnike i mašinstva,Tuzla mašinstva,Tuzla , 199 1999. 9.

119


120


Koriščenje termičkog naprskavanja za revitalizaciju razli čitih elemenata Milan D. Milovanovic, Dragan Milosavljevi Milosavljević Univerza Univerza v Kragujevcu, Kra gujevcu, Fakulteta za strojništvo, Sestre Janjić br.6, 34000 Kragujevac, Kragujevac, Srbija

Sažetak Članak je brzi i grubi prevod veoma interesantnih aplikacija, koji se mogu koristno upotrebiti u različitim granama industrije pa i u drugim segmentima privrede. Referat je bio objavljen u reviji WELDING Journal, koga izdaje AWS.

1. UVOD Termalni sprej utice na vise aplikacija / primena od kojeg zavise isplativost i duzi vek povrsinskog premaza. Moderna industrija ne samo da pruza visoko kvalitetne proizvode po vrlo konkurentnim cenama; nego ona sada sve više i više pažnje poklanja ceni životnog ciklusa, kao i posledicama na zivotnu sredinu i ekonomiju. Paznja industije je cesto usmerena ka zastiti nase zivotne sredine i ocuvanju resursa na planeti. Termalni sprej je porodica tehnologija koja je bavi poboljsanjem povrsinskih slojeva sa dokazanim karakteristikama proizvoda, i ispunjava sve pomenute zahteve. zahteve. Od kada ga je pocetkom 20. veka izumeo izumeo M. U. Schoop, termalni spej je nasao primenu u svim vrstama industije. Za razliku od zavarivanja, gde se osnovni materijal topi tokom obrade, termalni sprej, je takozvana hladna tehnologija. Osnovni materijal uvek ostaje ispod temperature, na kojoj efetkti toplote deluju. Debljina obloge / premaza moze biti od 25µm, (1 mil) do 25 mm (1 inc). Mnogi metali (metalni elementi) iz periodnog sistema elemenata, kao i legure i keramike ovih elemenata, mogu biti naprskane i nanesene na povrsinu kao prevlaka. Termalni sprej se moze koristiti za obnavljanje istrosenih povrsina, i u mnogim slucajevima se moze odabrati otporniji materijal za premaz od originalnog materijala upotrebljenog za podlogu. OEM je odredila vecinu primena, povecavajuci karakteristike osnovnog materijala, koji ima nisku cenu i malu tezinu, u cilju povecanja njegove primene u vrlo zahtevnim aplikacijama. Sledeca informacija pruza uvid u moderan svet premaza premaza termalnim sprejem. 2. PROCESI TERMALNIM TERMALNIM SPREJEM Za sve procese termalnim sprejem, materijal za premaz se topi il i sagorevanjem ili koriscenjem kor iscenjem elektricnog (luk) toplotnog izvora – slika 1. Tecnost ili otopljeni materijal za premaz zatim biva pokrenut gasovima tog procesa i naprskan na osnovni materijal, na kome ocvrsne i stvara cvrst sloj – slika 2.

Slika 1 – princip termalnog spreja

121


Slika 2 – sematski prikaz (presek) termalno naprskanog premaza

2.1 OEM primene primene Sistem za za premaz (udubljenja (udu bljenja u cilindru cilindru BORE) BORE) automob automobilskog ilskog cilindra cilindra BORE – burgija, svrdlo; rupa, busotina; dusa puscane cevi; kalibar Tanak 150-200 µm (6-8 mil) plazma premaz naprskan direktno za cilindar od legure aluminijuma, eliminise potrebu za izlivanje gvozdenih ili kompozitnih / slozenih cilindricnih ulozaka – slika 3. Kontrolisana poroznost plazma naprskanih premaza pomaze time sto znacajno smanjuje koeficijent trenja kroz sistem za podmazivanje mikro supljine. Ovo smanjuje potrosnju goriva. Specijalno napravljeni materijali za premaz omogucavaju upotrebu bio goriva time sto pruzaju otpor agresivnoj koroziji. Potpuno automatska SPREJ postrojenja mogu biti integrisana u bilo koju prizvodni liniju (inline or cell (celijska)). Prototipi motora koji su imali ovakve premaze cilindara su funkcionisali funk cionisali cak 400.000,00 km (250.000,00 (250.000,00 milja) bez potrebe za popravkom. Prateci ovaj primer, hiljade automobila je prizvedeno sa plazma sprej premazima na cilindrima. Ova tehnologija je primenljiva na motorima kako na benzin tako i na dizel. Ovaj premaz se takodje primenjuje na trkacke automobile sa visokim performansama, kartinzima, motorima za motocikl, naizmenicnim motorima za letelice i izdrzljivim motorima moto rima na dizel.

Slika 3 – cilindar. U smeru kazaljke na satu: izliven, pre masinske obrade, pripremljen za premazivanje, masinski obradjnen (koriscenjem dijamantskog brusenja)

2.2 Termalni sprej premazi za ce lije lije na cvrsto c vrsto oksid oksid gorivo!!!! go rivo!!!! Danas, nekoliko stotina hiljada celija na cvrsto oksid gorivo kao sto je prikazano na slici 4, se premazuje svake godine slojem LSM (lantan-stroncij-manganite) da bi se izbeglo isparavanje hroma iz metala koji ih povezuje (iz metalnog vezivnog materijala INTERCONNECT). Tehnologija kojom se proizvodi takav premaz je ATMOSVERSKI ATMOSVERSKI PLAZMA SPREJ uz pomoc pomo c Sulzer Metco Metco TriplexPro Tr iplexPro – 200 sprej pistolja. pistolja. Prednosti ove tehnologije su: n anesu gusti premazi sa odlicnom obnovljivoscu. • Mogucnost da se nanesu • Visoka stopa spreja i efikasnost u uklanjanju

122


Apsolutno konstantan proces tokom dugog vremenskog perioda (200 sati nanosenje spreja bez pada u voltazi) • Minimalna necistoca u premazu p remazu prouzrokovana elektrodama i mlaznicama plazma baklje. Ovi LSM premazi su vrhunac tehnologije, imaju premaz visoke gustine i debljine oko 50 µm i relativno ujednacenu distribuciju debljine premaza kao sto je prikazano prikazano na slici 5. Debljina premaza je prilicno ujednacena, pa se moze pretpostaviti da tako ujednacena distribucija debljine premaza moze takodje biti postignuta i na kompleksnijim (geometrijskim) oblicima. Ako se svede na minimum variranje debljine premaza na interconnect, ukupna debljina premaza moze biti smanjena. Ovo smanjuje kolicinu materijala potrebnu za premaz i vreme obrade. obrad e. •

Slika 4 – nekoliko stotina SOLID OXIDE FUEL CELL INTERCONNECTS premazanih godisenje termalnim sprej pistoljima

Slika 5 – moderno LSM premazivanje, primenjeno na INTERCONNECT napravljen od p/m CrFeY, koriscenjem atmosverskog plazma spreja

2.3 Termalni sprej premaz kao resenje za zamenu hroma Zbog sve vecih zahteva za ocuvanjem zivotne sredine, sr edine, radnje za hromiranje hrom iranje su izlozene izlozene sve vecim v ecim restrikcijama. Kao zamena teskom hromiranju, hro miranju, mnostvo termal sprej karbid premaza se moze koristiti kor istiti kao zastita zastita od trosenja tro senja i korozije. Da Da bi se postigao postigao otpor na koroziju koroziju poput popu t onog onog koji je dobija hromiranjem, koristi se OXIFUEL proces velikog ubrzanja (HVOF). Karakteristike HVOF premaza, delom, cesto prevazilaze hromiranje; medjutim da bi se dobila reflektivnu povrsinu kakva se dobija hromiranjem, karbid premazi mogu biti donji ili preklopljeni. Primer primene gde je termalni sprej upotrebljen da zameni hromiranje, su komponente opreme za spustanje aviona. Slika 6 prikazuje WC/CoCr premazanu opremu F Tigra.

123


Slika 6 – oprema o prema na F5 Tigru sa WC/CoCr premazom

3. KORISCENJE ZA ZASTITU ZIVOTNE SREDINE SREDIN E OD KOROZIJE Tipicna primena koja indirektno stiti prirodu i cuva resurse je nanosenje SACRIFICIAL (zrtveni) metalnog premaza na celicne strukture i cevovode. Proces sagorevanja zica i i sprej proces pr oces elektricnih ARC zica zica se koriste za nanosenje cinka ili legure aluminujuma aluminu juma na celicne podloge, slike 7 i 8. Debljina premaza je 100 do 300 µm µ m (4 do 12 mil). Aluminijumski i cink premazi pr emazi su anodni celiku, i stite celik kao veliku v eliku „zrtvenu“ „zrtvenu“ anodu. an odu. Tipicni vek termalno-naprskanog aluminijuma je 25 do 30 godina. Njegov zivot moze biti produzen povecanjem debljine premaza ili dodavanjem sloja industrijske boje na metalizirani premaz. Termalno nanet premaz ne trazi odrzavanje tokom svog veka, doduse ofarbani povrsinski sloj ce mozda traziti odrzavanje iz kozmetickih razloga. Dodatna prednost u odnosu na organske premaze je da termal sprej premazi ne izlazu zivotnu sredinu nepostojanim (isparljivim) organskim jedinjenima.

Slika 7 – prskanje T-spoja aluminijumom, 300 µm (12 milimetara)

Slika 8 – zica za sagorevanje kojom se prska merac (manometar) sa aluminijumom

124


4. PRIMENA U OBNOVI 4.1 Premazi za eroziju i koroziju-Zastita vodenih zidova Termalno naneti premazi se vec nekoliko godina uspesno koriste kao zastitni premazi u elektranama na ugalj u borbi protiv problema sa erozijom koje je uzrokovana cesticama u gorivu i dimnim gasovima. Kako rastu raznovrsnost goriva koja se koriste u elektranama, i temperatura pare u sagorevacima otpada zarad postizanja bolje iskoriscenosti energije i profitabilnost, p rofitabilnost, potreba za boljom zastitim od trosenja i korozije je dobila znacaj. Materijal koji se trenutno koristi za pravljenje bojler cevi, nije dovoljno otporan na slozenu kombinaciju korozije, erozije i abrazije kojoj ko joj su ove komponente izlozene. izlozene. Materijalni gubici gub ici zbog ovih destruktivnih precesa od 2 mm i vise, v ise, godisnje nisu retkost. 4.2 Obnavljnje Obnavljnje lezaja osovine Bebit premazom Najrazovrsnija primena termalnog sprej premaza se moze naci kod opste masinerije. Slika 9 prikazuje lezaj osovine koja se koristi u cementarama, premazana Babit premazom. Ovaj specijalan, narocito porozni materijal je dizajniran za podmazivanje uljem, i omogucava rezervoaru da spreci udar. Drugi primeri ove primene su klipni prstenovi za dizel motore, klipne sipke u kompresorima, lezajevi pumpe i pokrivaci ven tila. Sink rolne u industriji industriji celika Rolne koje se koriste u industiji celika moraju da izdrze jako teske termalne kolicine vrelog celika. Pored toga, treba racunati i na sljaku nastalu prizvodnjom celika, a u radu sa cinkom na korozivni napad od topljenog cinka. Nekoliko razlicitih sistema za premaz je kvalifikov ano za upotrebu i na novim delovima, i na popravkama. Slika 10 pokazuje proces HVOF premaza SINK ROLNE.

Slika 9 – lezaj l ezaj osovine sa BABIT premazom

Slika 10 – HVOF premazivanje sink rolne

125


5. ZAKLJUČAK Termalni sprej je prvi put primenjen pre 100 godina. Danas, ova tehnologija je prerasla u tehnologiju za poboljsanje izgleda povrsinskog sloja i koristi se u mnogim industrijama sirom sveta, kao sto su avionska, automobilska, elektronska, medicinska, papirna i celicna. Ova tehnologija omogucava nanosenje kako tankog 25 µm, tako i debelog premaza do 25 mm (1 inc) koji popravlja karakteristike povrsinskog materijala, menja funkcionalsnost, ili cini male popravke po niskoj ceni na dotrajalim i ostecenim povrsinama. Ova tehnologija nudi premaz koji pomaze da se sacuvaju prirodni resursi obnavljanjem dotrajalih delova i stiti protiv materijalnih gubitaka izazvanih trosenjem, oksidacijom, korozijom i dugim stetnim spoljasnim fenomenima. Sta vise, termalni sprej omogucava dizajnerima da odrede komponente napravljene od lako i brzo dostupnih, jeftinijih sirovina i da ih primene sa poboljsanim karatkeristikama. Time sto pruza ove prednosti, ova tehnologija igra vaznu ulogu u ocuvanju i zastiti zastiti nase zivotne sredine. sredin e. 6. LITERATURA 1. Van Rodijnen, F: Using Thermal Spray to Conserve resource, Welding Journal, Vol. 88, July, 2010, str. 2427.

126


O popravilih poškodovanih poškodovanih zvonov Jakob Mostar Livarstvo Livarstvo Mostar, Galjevica 78, 7 8, 1000 Ljubljana

Povzetek Na kratko so prikazane možne tehnologije sanacije nastalih razpok razpok na primeru bronastega zvona. Dejstvo je, da da je sanacija razpok z varjenjem pogosto uporabljena vendar je ta vrsta sanacije izjemno nesmotrna, saj se z varjenjem porušijo zvo č ne ne karakteristike zvonov in se v realnih pogojih uporabe ne izplač a. a.

1. UVOD Moje spodnje pisanje je namenjeno orisu razli čnih poškodb in možnih popravilih, ki so včasih smiselna, včasih pa ne. Skozi zgodovino so zvonovi zaradi obrabe, nepravilnosti, napak ali utrujenosti materiala, pokali. Zato so jih na tak ali drugačen način skušali popraviti. 2. TIPI POŠKODB IN MOŽNA MOŽNA POPRAVILA P OPRAVILA Poškodbe, ki se pojavljajo na zvonovih so običajno mehanske. Obstajajo tudi poškodbe, ki so nastale pri samem litju zvona, bodisi že v livni jami, na kalupu ali pri ohlajanju ulitka zvona. Pri tokratnem opisu se bom omejil le na mehanske poškodbe, ki so nastale med obratovanjem zvonila. Najpogosteje vidna poškodba na zvonovih je obraba. Do nje pride, ko kembelj dolga leta in desetletja udarja na isto mesto in pri tem obrabi o brabi mesto udarca na zvonu. Taka poškodba po škodba se lepo vidi s prostim očesom kot udrtina na udarnem obroču zvona. Poudariti je treba, da nepravilni kemblji (žvenklji) mnogo bolj bo lj obrabljajo obrabljajo zvon. V mislih imam predvsem pretežke, pretrde in kemblje k emblje nepravilnih oblik. Rešitev za tak zvon je rotacija le-tega, običajno za 90 stopinj, glede na obrabljeno mesto. S tem dobi tako obrabljen zvon novo priložnost za še dolga leta zvonenja. V nasprotnem primeru lahko pride do tako hude obrabe, da zvon na tem mestu m estu poči. Poudaril bi, da je potrebno pri taki rotaciji zvona okoli svoje osi, še posebej pazljivo novo mesto udarca kemblja. Skoraj vedno je potrebno korigirati dolžino celotno dolžino kemblj, od vrtišča do udarne bunke. Še posebno je to pomembno, če je vpetje kemblja narejeno iz usnja, ki se raztegne. Prav tako je pomebno, da žvenkelj udarja na obe strani zvona zvona z enako moč jo. Poškodba, ki se pojavlja naslednja po pogostosti, je obtolčenost zunanje strani zvona. Vzrok takim poškodbam so največkrat pritrkovalci in drugi, ki s trdimi kovinskimi predmeti tolčejo po zunanjosti zvona. Zvon ima po preseku razl r azliične debeline, od o d relativno tankega preseka v zgornjem in srednjem delu, do najdebelej n ajdebelejšega, šega, ki je na mestu udarca žvenklja ob zvon. Tem poškodbam zunanjosti zvona, zvona,ki ki jih povzroči človek, pa se v novejšem času pridružujejo tudi poškodbe od udarcev urnih kladiv. Obeh tipov poškodb ni mogoče sanirati. Možno Možno je samo odstraniti vzroke.

Slika 1:Prikaz rebra zvona in različ ne ne debeline stene

Pogoste so tudi poškodbe spodnjega, ostrega roba zvona. Kažjo se v odkrušenosti in nazob čanosti na pogled in na otip. Takšne poškodbe so pogosto iniciator in vir lokalnega povečanja napetosti, kar se po letih uporabe pogosto pokaže kot razpoka. Tudi takšne poškodbe je izredno težko popraviti, lahko jih samo ublažimo z različnimi postopki. Predvsem pa jih ne smemo popravljati popravljati z navarjanjem na n a hladen zvon. 127


Torej lahko sklepamo, da je bistven vzrok za prenehanje ubranega zvonenja zvona, razpoka. Le-ta je lahko nastala na enega od zgoraj zgoraj opisnih op isnih načinov, ki pa še zdaleč niso edini.

3. VARJENJE ZVONOV Skozi zgodovino so zvonovi zaradi obrabe, nepravilnosti, napak ali utrujenosti materiala, pokali. Zato so jih na tak ali drugačen način skušali popraviti. Manjše Manjše in tanjše zvonce so najprej skušali kovičiti, kar pa se ni najbolje obneslo. Kasneje se je razvilo takoimenovano livarsko varjenje, kjer se je razpoko toliko časa polivalo z talino iste sestave, da se je lokalno natalila in se zopet sprijela. Takšna popravila so bila sicer boljša od kov ičenja in so v redkih primerih na dolgi rok tudi uspela, vendar pa je tak postopek nesmotern, drag in zamuden. Z izumom plamenskega gorilnika, se je naenkrat odprla možnost velikega vnosa toplotne energije na majhno površino in s tem možnost spajanja določenih kovin in zlitin. Tako so poskušali popraviti tudi počene zvonove s pomoč jo plamenskega varjenja. Bistveni problemi varjenja zvonov pa ostajajo že vseskozi isti; namreč, lastnosti zvonovine so izredno specifične in neugodne za varjenje. Prvi problem je relativno visoka toplotna prevodnost zlitine in s tem povezani temperaturni temperatur ni gradienti po notranjosti zvona zvona pri varjenju. Drugi problem pa je neločljivo povezan s prvim, to pa so napetosti, nap etosti, ki jih pozročijo lokalni raztezki raztezki zaradi temperaturnih razlik, ki se pojavijo pri varjenju. Zvonovina pa je zelo krhek material, ki te probleme p robleme slabo prenaša. Iz zgoraj naštetega sledi, da je treba zvon, ki ga hočemo zavariti, ustrezno pripraviti in nato enakomerno predgreti. Pri tem pa se srečamo še z drugimi problemi; Zaradi predgretja se zvon »zmehča« in ga je treba podpreti, da obdrži obliko. Po varjenju je potrebno pazljivo po časno ohlajanje, torej je zvon daljši d aljši čas na visoki temperaturi, kar ima za lahko posledico rast kristalnih zrn v mikrostukturi in s tem povezano povezano spremembo lastnosti materiala. Preden se odločimo za tako popravilo, pa je izredno pomembno, da poznamo natančno kemično sestavo zvona. Namreč, zvonovi nimajo vsi enake sestave. Razlikujejo se po obdobjih in livarnah v katerih so bili izdelani. Lahko so izdelani iz: - kositrovega brona ki je zlitina bakra s kositrom in sicer v masnem razmerju od 76 do 80 % bakra z ustreznim deležem kositra. Ta zlitina ima dokazano najboljše lastnosti za litje zvonov in jo danes uporabljamo kot edino pravo. Imenujemo jo tudi zvonovina. - Silicijevega brona V obdobju nekaj desetletij desetletij po drugi svetovni vojni, se je zaradi zaradi pomanjkanja kositra razvila razvila zlitina, ki le-tega ni vsebovala. Zvonovi iz te zlitine imajo predvsem hitrejše zamiranje zvena. Zlitina vsebuje vsebu je predvsem baker, silicij in cink. - medenine Se ne uporablja za litje cerkvenih zvonov, temveč kot material iz katerega so narejeni majhni zvončki, ki služijo kot suvenirji in hišni zvončki. Medi so zlitine bakra s cinkom. Pred odločitvijo za varjenje počenega zvona, je treba upoštevati tudi obrabljenost zvona od udarcev žvenklja, ki jo je zelo težko, oziroma skoraj sko raj nemogoče popraviti z navarjanjem. Kaj nam pomaga zavarjen počen zvon, če je njegova obrabljenost velika, hkrati pa nimamo več možnosti, da bi ga zarotirali, ker je bilo to v preteklosti že večkrat narejeno. Iz navedenega sledi, da je potrebno preden se odlo čimo za popravilo pretehtati obe možnosti, torej tudi izdelavo novega zvona. Večkrat se namreč, predvsem pri manjših zvonovih, varjenje ne izplača, razen če je zvon zgodovinskega ali kakšnega drugačnega pomena. Obstaja namreč veliko več varjenih zvonov, ki so v relativno kratkem času ponovno počili, kot pa uspešn u spešnoo zavarjenih, ki kljubujejo vsem obremenitvam. 4. ZAKLJUČEK Pri odločitvi za varjenje počenega zvona, je potrebno pazljivo pretehtati upravičenost takega popravila. Predvsem imam v mislih ekonomsko upravičenost in pa tudi možnost ponovitve razpoke, bodisi na mestu varjenja, ali pa nastanka razpoke zaradi v gornjih točkah opisanih poškodb, ki se jih težko sanira in ostanejo na varjenem zvonu in so potencialni kandidati za nove razpoke.

128


Optimizacija ter možnost zmanjšanja stroškov pri izdelavi zvarjencev či č Iztok Pal č , Zdenko Kumer

Litostroj Power, Litostrojska 50, 1000 Ljubljana

Povzetek Skladno s cilji družbe analiziramo in optimiziramo izdelavo, tako, da dosegamo kakovost in minimalne stroške. Z analizami je bilo ugotovljeno, da je najpogostejši najpogostejši vzrok povzroč enih enih neskladnosti dimenzijsko odstopanje. Pri sestavi zvarjenca je potrebno zagotoviti, da dobimo po varjenju, č im im manjše zaostale napetosti in dimenzijska odstopanja. Sestavo je potrebno prilagoditi zahtevam po kakovosti glede dimenzijskih odstopanj varjenja, pri tem pa se upošteva in predvideva napetosti ter deformacije pri varjenju. Za prerač un un deformacij uporabljamo preproste empirič ne ne enač be be in se zanašamo na dolgoletne izkušnje, ki so prenesene v izkustvene izkust vene diagrame. V primeru zahtevnih varjenih konst rukcij se lahko la hko poslužujemo rač unalniške unalniške simulacije varjenja (programska oprema Sysweld), Sysweld), vendar vend ar je to bolj izjema kot pravilo.

12. UVOD

Sodobna proizvodnja je bolj kot kadarkoli izpostavljena zahtevam neusmiljene konkurenčnosti trga, ki terja racionalizacijo na vseh nivojih proizvodnje, tudi pri razvoju novih oziroma optimizaciji obstoječih tehnologij. Te zahteve omogočajo in spodbujajo razvoj ter rabo novih pristopov k na črtovanju in vodenju tehnološkega procesa izdelave s težnjo po njegovi optimizaciji. Vizija, da bi lahko vsak inženir reševal probleme z močnimi računalniškimi paketi in simulacijskimi orodji, orod ji, je postala realna možnost, ki lahko bistveno izboljša učinkovitost in racionalnost. Najbolj razširjeni so računalniški programi za modeliranje. Simulacije, ki so nekakšna nadgradnja modeliranja se v podjetjih običajno sprejemajo počasi in tudi z nezaupanjem.

13. REŠEVANJE PROBLEMA DEFORMACIJ

Varilni procesi so pri varjenju vezani na dovod toplote od zunaj ali pa se toplota zaradi energijske pretvorbe sprošča na mestu spajanja. Z dovodom toplote prihaja do različnih fizikalnih pojavov, ki v materialu povzročajo prostorninske in strukturne napetosti ter deformacije. deformacije.

Slika 1: Dva skrajna primera povezave med napetostmi in deformacijami [5]

Pri obločnem talilnem varjenju v večini primerov v zvarni spoj vnesemo raztaljeni dodajni material in toplotno energijo, ki raztali tudi del osnovnega materiala. Toplotna energija se širi po varjencu v omejenem obsegu, talina vara pa se nahaja v kalupu obdanem z neraztaljenim materialom. Taline vseh kovin in zlitin imajo več ji volumen kot ga ima neraztaljen material. To pomeni, da se okoli vara pojavijo mehanske napetosti, ki pogostokrat povzročijo trajne deformacije, katerih velikosti so odvisne od varilnih parametrov, vrste materiala in drugih pogojev varjenja. Prostorskemu širjenju med segrevanjem materiala sledi krčenje zaradi ohlajevanja. Ker pa med varjenjem grejemo samo lokalno ozko cono zvara in neposredno okolico, bode posledice izražene v napetostih. Po zakonu akcije in reakcije se bo material v skladu z višino napetosti ustrezno krčil - nastajajo deformacije.

129


čenje enje in ovirano kr č čenje Slika 2: Kr č e nje pri varjenju, va rjenju, kot posledica nehomogene toplotne porazdelitve. [4]

Natančno računanje deformacij v zahtevnih in sestavljenih varjenih konstrukcijah je izjemno zapleteno, če že ne nemogoče opravilo. Danes poznamo različne formule, metode, orodja in računalniške programe, ki omogočajo ajo približne izračune napetosti in deformacij v zvarnih spojih. Faktorji, ki klju čno vplivajo in jih je potrebno upoštevati pri računanju napetosti in deformacijah so:  metalurške lastnosti osnovnega materiala (kritična ohlajevalna hitrost)  vpliv tehnologije varjenja (postopek, parametri varjenja, vnos toplote)  vpliv konstrukcije (togost in stabilnost konstrukcije, položaj zvarov, odvod toplote) p revodnost toplote, meja plastičnosti)  fizikalne lastnosti osnovnega materiala (termična razteznost, prevodnost

2.1 Reševanje problema deformacij – preproste enačbe in izkušnje Na proces varjenja vpliva veliko število parametrov. Vpliv na deformacije lahko z izkušnjami in relativno preprostimi enačbami zelo dobro predvidimo. 2.1.1

Preračun pre čnih deformacij za so čelni spoj po Mallisiusu: Mallisiusu: S   ∆b = 1,3 ⋅  0,6 ⋅ λ 1 ⋅ k ⋅ + λ 2 ⋅ e  (1) d   V kateri je ∆b pre čna deformacija (skrček) v [mm], k korelacijski korelacijski faktor, ki zajema zajema vrsto postopka (k=43 – varjenje MIG/MAG, k=50 – varjenje z oplaščeno elektrodo, k=75 – plamensko varjenje), S presek vara v [mm2], d debelina pločevine v [mm], e srednja širina špranje v [mm], korekcijski faktor λ = 0,0044 , korekcijski faktor λ = 0,0093 . Formula se uporablja za primer varjenja konstrukcijskih jekel, medtem ko se za nerjavno jeklo predvideva za ~40% več je deformacije. Če formulo poenostavimo, lahko na zelo enostavno način hitro izračunamo približne prečne deformacije: (2) ∆b ≅ 0,06 ⋅ d Iz poenostavljene formule je razvidno, da je prečna deformacija ~5-7% debeline pločevine ob optimalni pripravi zvarnih robov. 1

2

Slika 3: Preč ne ne in kotne deformacije deformacije soč elnih elnih zvarov v odvisnosti od razmerja preseka in debeline 130


Primer preračuna prečnih deformacij prirobnice iz šestih segmentov (Mallisius): (Mallisius):

Slika 4: Priprava in izvedba zvarnega spoja

Z enačbo 1 izračunamo prečno deformacijo (skrček), ki znaša ~3,3 mm/zvar. Prirobnica je sestavljena iz šestih segmetov, kar se na obsegu izraža kot: ∆o = 6,3mm ∆o = 6 ⋅ 3.3 mm = 19.8mm = π ⋅ ∆ d ⇒ sprememba premera ∆d = π Iz preračuna je razvidno, da se po obsegu prirobnica zmanjša za ~20 mm, to pomeni ~6,3mm na premer. Prirobnica se defo d eformira rmira iz premera Ø6840 na Ø6834 Ø6834 mm.

2.1.2 Vzdolžne Vzdolžne deformacije Pri vzdolžnih deformacijah deluje sila krčenja v smeri zvara. Vzdolžna deformacija v absolutnem iznosu ni pomembna, pač pa je pomemben upogib zvarjenca, če zvar ni lociran v središču varjenca. Vzdolžni skrček je absolutno odvisen od razmerja preseka zvara proti preseku varjenca.

ček Slika 5: Vzdolžni skr č e k v odvisnosti od razmerja razmerja preseka zvara proti presek p resekuu varjenca va rjenca

Vzdolžne Vzdolžne deformacije za so čelni spoj po Okerblomu: l ⋅ q ⋅α ∆b = ε ⋅ l = 0.335 A ⋅ u ⋅ ρ ⋅ c q = η ⋅U ⋅ I o

(4) (5)

V kateri je ∆b vzdolžna deformacija (skrček) v [mm], U napetost [V], I tok [A], α temperaturni razteznostni koificjent za jeklo pri 350°C [ K-1], u varilna hitrost [ m min −1 ], c srednja specifična toplota jekla (od 200°C do 700°C) [ kJkg −1 K −1 ] in A prečna površina varjenca [mm2].

2.2 Reševanje problema problema – simulacija simulacija Na trgu že obstajajo programi, ki omogočajo računalniško simulacijo toplotne obdelave in varjenja. Trenutno edini program, ki upošteva vseh materialne lastnosti lastnosti in parametre varjenja, je programski paket Sysweld. Sysweld. Z omenjenim programom lahko simuliramo simuliramo varjenje, v arjenje, saj pri izračunu upošteva tudi CCT diagram. Na podlagi tega lahko predvidimo mikrostrukture in natančno izračunamo napetosti ter deformacije po varjenju. Del te simulacije smo že izvajali v sodelovanju z Naravoslovnotehniško fakulteto. V nadaljevanju so prikazani rezultati simulacije varjenja testnega pokrova in primer pr imer varjenja pločevine S355NL . 131


2.2.1 Izra čun deformacij prirobnice pokrova tla čnega cevovoda s pomoč jo programa Sysweld Sysweld Pokrov tlačnega cevovoda (premer Ø4840 mm, debelina prirobnice 120 mm, debelina podnice 30 mm) je bil v tovarni zvarjen in obdelan, razrezan na polovico ter ponovni zvarjen na terenu. Pokazalo da z preprostimi izračuni ni mogoče dovolj natančno izračunati deformacij prirobnice zato smo izvedli simulacijo varjenja s pomoč jo programa Sysweld. Tabela 1: Priprava in izvedba simulacije PRIROBNICA Material Varilni postopek Premer elektrode Temperatura predgrevanja Varilni tok Napetost Hitrost varjenja

PODNICA

S460NL SMAW EVB 50Ni Min 150 , plin plin DC+,110-130 A / 140-160 A / 180-200 A 24-26 V / 25-27 V / 26 – 28 V 15-20 cm/min, 20-25 cm/min, 25-30 cm/min, Oblika zvarnega robu tevilo varov º

S355NL SMAW EVB 50 Min 80º , plin plin DC+,110-130 A / 140-160 A 24-26 V / 25-27 V 12-15 cm/min, 15-18 cm/min Oblika zvarnega robu tevilo varov

PRIROBNICA PO 54 VARKU

PRIROBNICA PO 86 VARKU

PODNICA PO 12 VARKU

PODNICA PO 12 VARKU

Slika 7: Rezultati Rezultat i simulacije – deformacije

Rezultati simulacije so pokazali manjše deformacije od pričakovanih. Sprejeta je bila odločitev, da se tlač ni pokrov izdela z minimalnim dodatkom, nastale deformacije po varjenju na terenu pa korigira s pomoč jo stroja za poravnavo.

2.2.2 Izra čun deformacij pri atestu varilnega postopka s pomo č jo programa Sysweld Sysweld Zaradi izbire pravilne sekvence varjenja (izmenično varjeni X zvar) so deformacije manjše kot če bi varili enostransko. Razvidno je, da se deformacija ne povečuje linearno. Deformacije se po šestem varku umirijo in se z vsakim nadaljnjim varkom minimalno povečujejo. Deformacije so minimalne na robu vpetja in se povečujejo proti sredini zvara. Največ je deformacije dobimo v temenu zvara, ki znašajo znašajo cca. 2 mm. 132


Tabela 2: Priprava Pripra va in izvedba simulacije VZOREC Material Varilni postopek Premer elektrode Temperatura predgrevanja Varilni tok Napetost Hitrost varjenja

S355NL SMAW EVB 50 Min 100 , plin DC+,110-130 A / 145-160 A 22-24 V / 23-25 V 8-13 cm/min, 8-11 cm/min Oblika zvarnega robu Sekvenca varjenja º

Pripravljen zvarni rob

Slika 9: Porazdelitev deformacij po 6 in po 20. varu

3 ZAKLJUČEK Varjenje se prepleta z kompleksnimi interakcijami med termičnimi, metalurškimi in mehanskimi lastnostmi, ki vodijo do zaostalih napetosti in deformacij. Izračun deformacij po klasični metodi ali s pomoč jo programov programov predstavljajo pomemben korak v optimizaciji tehnoloških postopkov, s katerimi dosežemo ekonomično in učinkoviti izdelavo. V praksi je možno z relativno preprostimi izračuni pridobiti zadovoljive podatke o deformacijah s katerimi lahko zmanjšamo količine vgrajenih materialov ter na osnovi katerih izvajamo ukrepe za preprečevanje nastalih deformacij pri varjenju. S pomoč jo simulacije, ki upošteva vse v se materialne lastnosti povezane z varjenjem, pa p a je trenutno trenutn o možno reševat r eševatii le kompleksnejše in zahtevnejše probleme, saj je izvedba simulacije za vsakodnevno uporabo v praksi še vedno prezahtevna in predraga. S pomoč jo simulacije pa lahko razen izračuna deformacij predvidimo tudi notranje napetosti, strukture materiala, trdote posameznih območij, itd. 4 LITERATURA 1. R.E. Smallman in R.J. Bishop Bishop : Modern Physical Physical Metallurgy and Materials Engineering (Sixth Edition) 2. Handbook Of Residual Stress And Deformation Of Steel, Materials Park, Ohio 44073 – 0002, ASM International 3. Inoslav Rak: Tehnologija Tehnolo gija varjenja, Založba Založba Modrijan, d.o.o. 2008 4. Dieter Radaj: Welding residual stresses and distortion – Calculation Calculation and measurement, DVS VERLAG VERLAG 5. Janez Tušek: Praktične in računske vaje iz tehnike spajanja (Fakulteta za strojništvo Univerza v Ljubljani) 6. IWE/IWT: Skripta - Napetosti in deformacije deformacije pri varjenju

133


134


Trendi pri izdelavi hidroenergetske opreme Ivan Tomašić Litostroj Power d.o.o., Litostrojska 50, 1000 Ljubljana

Povzetek Gospodarska kriza je povzro č ila ila spremembe tudi na trgu hidroenergetske opreme. Na evropskem trgu se izvaja veliko obnov obstoječ e opreme, na ameriškem in azijskem trgu pa se vse bolj iš č e jo objekti na ključ , ki jih lahko čejo realizira en dobavitelj. Zahteve glede kvalitete se poveč ujejo, ujejo, poveč ujejo ujejo pa se tudi pritiski na cene in roke dobave. Za uspešno realizacijo projektov je potrebna vklju č itev itev poddobaviteljev storitev ter širitev lastnih dejavnosti. V preteklem letu so potekale obnove in vgradnje na 23 gradbiš č ih, v 11 državah na 3 celinah. Pomembno vlogo č ih, pri obnovah ter izdelavi in vgradnji opreme imajo različ ne ne tehnologije varjenja. V č lanku lanku so predstavljeni primeri uporabe tehnologij varjenja pri obnovi, izdelavi in vgradnji hidroenergetske hidroenergetske opreme.

1. UVOD

Gospodarska kriza je posegla tudi na trg hidroenergetske opreme. Evropski trg hidroenergetske opreme se vse bolj usmerja v pridobivanje energije iz obnovljivih virov. Na trgu hidroenergetske opreme sta se oblikovali dve glavni smeri; gradnja novih objektov, ki izkoriščajo proste vodne potenciale po tenciale in obnova ter nadgradnja obstoječih objektov. Pri gradnji novih objektov je v vzponu segment reverzibilnih agregatov. Pri obnovah obstoje čih objektov se praviloma izvedejo tudi izboljšave obratovalnih karakteristik (moč in izkoristek). Na ameriškem in azijskem trgu se vse bolj iščejo objekti na ključ, ki jih lahko realizira realizira en dobavitelj. Zahteve glede kakovosti se povečujejo, povečujejo pa se tudi pritiski na cene in roke dobave. Za uspešno realizacijo projektov je potrebna vključitev poddobaviteljev storitev ter širitev lastnih dejavnosti.

2. IZVEDENI PROJEKTI

2.1 Izdelava in vgradnja loput in dela de la cevovoda za ČHE LIMBERG V sklopu projekta sta bili izdelani cevovodni loputi (varnostna in revizijska) in del cevovoda nazivnega premera 4900 mm, pokrova za tlačni preskus ter pripadajoča oprema. Vsi elementi so bili sestavljeni po sklopih in tlačno preskušeni tako v tovarni kot tudi na terenu.

Slika 1: Obseg dobave – dve loputi in d el cevovoda s pripadajo pripadajoč o opremo

135


Na realizacijo projekta so bistveno vplivale omejitve projekta; gabariti za transport in roki izvedbe posameznih aktivnosti. Vsi elementi, ki so bili transportirani po cesti so bili dvodelni zaradi omejitve gabaritov v tunelih.

Slika 2: Transport Transport opreme po cesti – ohišje in telo lopute

Nekateri elementi cevovoda so bili zaradi konstrukcijskih in časovnih omejitev pri izdelavi na terenu transportirani po zraku z helikopterjem.

Slika 3: Zrač ni ni tra t ransport nsport opreme – deli vstopne in izstopne cevi

Vsi elementi so bili zvarjeni in obdelani v tovarni in pripravljeni za transport na način, ki je omogočal hitro in enostavno izvedbo varilskih del na terenu.

Slika 4: Obdelava pokrova tlač nega nega cevovoda v tovarni

Pri varjenju v tovarni tovarni je bilo bilo je bilo uporabljenih uporabljenih 17 obstoječih kvalifikacij varilnih postopkov, izdelati pa je bilo potrebno tudi 12 novih. Zaradi velikega obsega dela in kratkih rokov je bil del cevovoda izdelan pri podpogodbenikih pod nadzorom Litostroj Power. Za potrebe varjenja pri podpogodbeniku je bilo potrebno izdelati dodatnih 7 kvalifikacij varilnih postopkov. 136


Deli vstopne in izstopne cevi, tlačnega pokrova in telesa lopute so bili sestavljeni in zvarjeni v celoto na terenu. Za varjenje na terenu so bile izdelane 3 kvalifikacije varilnih postopkov. Funkcionalne površine je bilo potrebno zaradi velikega obsega varjenja minimalno obdelati (poravnati). V fazi

optimizacije postopkov izdelave na terenu je bila izvedena numerična simulacija deformacij s pomoč jo programskega orodja SysWeld. SysWeld.

Slika 5: Izdelava pokrova tlač nega nega cevovoda na terenu

Za varjenje na terenu je bilo potrebno konstruirati in izdelati tudi številne pripomočke za sestavo, predgrevanje in varjenje.

Slika 6:Izdelava vstopne cevi na terenu

2.2 Obnova in nadgradnja HE Zlatolič je V sklopu projekta je bila izdelana i zdelana in dobavljena oprema obeh turbin in razbremenilnika tlaka. Oprema, ki ni bil b ilaa predvidena za zamenjavo je bila obnovljena. V nadaljevanju je predstavljen del obnove in ojačitve predvodilnika pri katerem so bile izvedene naslednje n aslednje aktivnosti: aktivnosti: - določitev načina rešitve projekta obnove in ojačitve

Slika 7:Obstoječ i predvodilnik 137


-

oblikovanje konstrukcijske rešitve trdnostni izračun konstrukcijske kon strukcijske rešitve rešitve priprava varilno tehnične dokumentacije dokumentacije izdelava novih delov predvodilnika rezanje dela obstoječega predvodilnika

Slika 8: Rezanje dela obstoječ ega ega predvodilnika

Za rezanje prirobnic predvodilnika je bila uporabljena tehnologija rezanja z vodnim curkom, ki jo je izvedlo podjetje Woma iz Avstrije.

Slika 9: Rezanje prirobnic predvodilnika z vodnim curkom

-

popravilo obstoječega predvodilnika

Slika 10: Popravilo obstoječ ega ega predvodilnika

138


-

vgradnja, varjenje in kontrola zvarov novih delov predvodilnika

Slika 11: Izvedba oja č itve itve obstoječ ega ega predvodilnika

-

obdelava prirobnic predvodilnika

Slika 12: Obdelava prirobnic predvodilnika

Pri izvedbi projekta obnove predvodilnika so bili vključeni naslednji izvajalci; inženirska dela pri obnovi predvodilnika, izdelavo novih delov predvodilnika ter nadzor izvedbe obnove je izvajalo podjetje Litostroj Power. vgradnjo in varjenje je izvajalo podjetje Esotech iz Velenja, kontrolo zvarov je izvajalo podjetje M&K Laboratory iz Dornave, obdelavo obd elavo prirobnic pa je izvajalo podjetje Metalock iz Nemčije.

2.3 Izdelava in vgradnja spiralnega ohišja na HE LOWER LOWER BAKER B AKER V sklopu projekta je bila izdelana turbinska oprema ter pripadajoča hidromehanska oprema za turbino tipa Francis. V nadaljevanju bo prikazano nekaj detajlov izdelave spiralnega ohišje v tovarni in vgradnje na terenu.

Slika 13: Izdelava spiralnega ohišja v tovarni 139


Slika 14: Sestava spiralnega spiralnega ohišja na terenu

Za varjenje na terenu je bilo potrebno konstruirati in izdelati pripomočke za sestavo in kontrolo deformacij pri varjenju.

Slika 15: Namestitev ojač itev itev spiralnega ohišja za varjenje na terenu

Slika 16: Varjenje spiralnega ohišja na terenu Vgradnja in varjenje spiralnega ohišja je potekalo v zimskem času na odprtem (izvajalec je namestil le improvizirani nadstrešek). Pri izvedbi del na terenu so bili vklju čeni lokalni izvajalci; inženirska dela in nadzor vgradnje pa je izvajalo podjetje Litostroj Power. Varjenje je izvajalo podjetje JR Merit, kontrolo zvarov pa podjetje Mayes Testing Engineers iz ZDA.

3. ZAKLJUČEK

V prispevku so prikazani primeri nekaterih projektov ki, so bili realizirani v zadnjem času ali pa še potekajo. Razvidno je, da je za realizacijo kompleksnih projektov nujno potrebno zagotoviti zadostne vire (tudi zunaj podjetja), ki omogočajo doseganje rokov. Zaradi tega so projekti vse bolj tudi organizacijsko zahtevni. Kakovost izvedbe izvedbe je postala sestavni del vsake v sake aktivnosti in se posebej ne n e obravnava. Pri gradnji novih objektov se pogosto srečujemo tudi z logističnimi težavami zaradi gabaritov opreme o preme in lokacije objektov. Velik Velik izziv i zziv na globalnem tržiš tržišču je in bo še naprej poenotenje predpisov glede izvedbe izvedbe varilskih v arilskih del. Pri realizaciji projektov pa je že nekaj časa prisotna tudi problematika pomanjkanja kakovostnih in izkušenih varilcev. 140


Vpliv zunanjega zvo čnega polja na varjenje po postopku TIG Tit Č rtomir Kanduč , Jurij Prezelj, Mirko Č udina udina in Ivan Polajnar Fakulteta za strojništvo, Univerza v Ljubljani, Aškerčeva 6, 100 10000 Ljubljana

Povzetek Pri obloč nem nem varjenju se pojavlja zvo č ni ni tlak kot posledica sprememb v obloku. Ta zvo č ni ni tlak nastane kot posledica spremembe volumna obloka, ki je v linearni povezavi s č asovno asovno nestabilnostjo električ ne ne moč i obloka. Pri TIG varjenju s konstantno istosmerno napetostjo, kjer bi se naj zagotovilo konstanten konstanten volumen obloka, pa bi lahko z zvo č nim nim tlakom vplivali na sam oblok, in s tem na proces varjenja. V tem č lanku lanku so prikazani rezultati izvedenih eksperimentov, s katerimi smo potrdili da z zunanjim zvo č nim nim poljem preko zaš č i tnega plina lahko čitnega delujemo na razmere v obloku, in na tvorbo zvara.

1. UVOD TIG varjenje (Tungsten Inert Gas) je obločno varjenje z netaljivo volframovo elektrodo v zaščitni atmosferi inertnega plina. Postopek so iznašli v začetku prejšnjega stoletja zaradi potrebe po varjenju aluminijevih in magnezijevih zlitin. Ta način varjenja je primeren tako za ročno varjenje, kot tudi za avtomatiziran proces. Vari se lahko z ali brez dodajnega materiala. V skoraj vseh primerih lahko z uporabo ustreznih nastavitev na viru toka in s pravilno izbranimi varilnimi parametri dosežemo visoko nosilnost in izjemno lep izgled temena zvara. Izkušeni varilec lahko na podlagi stanja v obloku sklepa o spremembah varilnih parametrov in s tem na končni izgled in kvaliteto zvara. Dejstva, ki se ugotavljajo v praksi, kažejo na to, da se oblok na spremembe razmer (npr. spreminjanje dovedene električne energije v oblok, dolžine obloka,.itd.) odziva tako, da spreminja svoj volumen, kar ima za posledico pojav zvočnega tlaka. Na podlagi tega dejstva smo za potrebe preizkusov izoblikovali naslednjo hipotezo: »Če ima sprememba geometrije obloka za posledico pojav zvočnega tlaka, potem lahko logično sklepamo, da bo imelo delovanje delov anje zvo zvočnega tlaka med varjenjem v arjenjem vpliv vpliv na spremembo geometrije geometrije obloka .« 2. EKSPERIMENTALNI DEL Na podlagi teoretičnega znanja smo zasnovali preprost eksperiment, pri katerem smo lahko spreminjali posamezne parametre neodvisno od ostalih. Ker je frekvenčni spekter slišnega zvoka v razponu od 20 do 20000 Hz, smo se že v začetku omejili na nizke frekvence (do 1000 Hz). Čeprav lahko s TIG postopkom varimo več vrst različnih kovin, se kot njegova največ ja prednost pokaže pri varjenju aluminija in njegovih zlitin. zlitin. Aluminij se vari z izmeničnim tokom, zato smo se odločili, da bomo v eksperimentu varili tako z enosmernim, kot z izmeničnim tokom. Namen izvedenega eksperimentalnega dela je bil preučiti vpliv zunanjega zvočnega polja na oblok pri varjenju po TIG postopku. Na podlagi rezultatov umerjanja merilne linije smo izbrali varilne parametre: varilni tok, hitrost varjenja, oddaljenost šobe od varjenca, dolžino prostega konca elektrode in pretok zaščitnega plina. Navedenih varilnih parametrov znotraj posameznega dela eksperimenta nismo spreminjali. Za spremenljivko varilskega dela smo izbrali vrsto toka (enosmerni ali izmenični tok). V vseh postopkih, kjer smo uporabljali enosmerni tok, smo imeli negativen pol vezan na elektrodo. Za ustvarjanje zvočnega polja smo uporabili klasične dinamične zvočnike. Preko ojačevalnika moči smo membrane zvočnikov vzbujali z različnimi testnimi signali. S preliminarnimi eksperimenti smo ugotovili da največ ji vpliv dosežemo dosežemo z uporabo u porabo tako imenovanega imenovanega »tone burst« signala signala s frekvencami pod 1000 1000 Hz. Hz. Varili smo brez dodajnega materiala v zaščitni atmosferi argona. Za spremenljivke akustičnega dela eksperimenta smo izbrali: - vrsto zvočnega polja (delovanje zvočnikov v fazi oziroma proti pro ti fazi), - frekvenco (f 1=50 Hz, f 2=100 Hz, f 3=500Hz, f 4=1000 Hz), - premer zvočnega kanala (D1=110 mm, d1=80 mm). 2.1. Elementi merilne verige Delovni prostor za izvajanje preizkusov je bil laboratorij za varjenje na Fakulteti za Strojništvo v Ljubljani. Pred izvajanjem preizkusov smo poskrbeli, da v prostoru ni bilo prepiha, ter da v bližini preizkuševališ ča ni obratovala nobena naprava, ki bi lahko s svojim delovanjem vplivala na rezultate eksperimentov. Na sliki 1 je 141


predstavljena principielna shema in okvirna postavitev komponent uporabljenih v merilni verigi (varilni inverter – Fronius Magic wave 2000, avtomatiziran voziček – Iskra E11, pogon avtomatiziranega vozička – Iskra E450, ojačevalec zvočnega signala – Benytone stereo integrated amplifier A60, zvočnik A, B – FDC AUDIO, 8 ohm, 100 W, Dmembrane =130 mm, generator zvočnega signala – prenosni računalnik s programom »Soft test«, merilnik toka s spominsko spominsko enoto – prenosni računalnik).

Slika 1: Principielna shema merilne verige. 1- generator zvo č nega nega signala, 2- ojač evalec evalec zvoč nega nega signala, 3 preizkušanec, 4-zvoč nik nik A, 5-zvoč nik nik B, 6-nosilna ploš č a , 7-TIG gorilnik, 8-smer gibanja vozič ka, ka, 9-tokovne ča, če, čitnega kleš č e , 10-masa, 11-avtomatiziran vozič ek, ek, 12-varilni inverter z jeklenko zaš č i tnega plina, 13-tirnice avtomatiziranega vozič ka, ka, 14-pogon avtomatiziranega vozič ka, ka, 15-merilnik toka s spominsko enoto

2.2 Potek eksperimenta Podporno mizo smo fiksirali na nosilno ploščo med zvočnik A in B. Preizkušanec (kvadratna jeklena cev) dolžine 300mm, 300mm, širine 30mm in debeline stene 2mm 2mm smo postavili tako, da je bil z daljšo stranico postavljen pravokotno na os membran zvočnikov. TIG gorilnik smo fiksno vpeli v primež na roki varilnega vozi čka. Nagnili Nagnili smo ga za približno 30°od navpične lege. S tem smo zagotovili konstantno dolžino obloka skozi celoten cikel varjenja. Konstantno hitrost varjenja je zagotavljal avtomatiziran voziček.

Slika 2: Varilno gnezdo s strani to č ke ke Z; 1-zvoč nik nik A, 2-preizkušanec, 3-TIG gorilnik, 4-avtomatizian vozič ek, ek, 5-zvoč nik nik B

Slika 3: Postavitev Postavit ev preizkušanca preizkušanca v varilno gnezdo.

Na prenosnem računalniku, ki je služil kot generator zvočnega signala smo nastavili želeno frekvenco. Fazo med obema zvočnikoma smo spreminjali s preklapljanem napajalnih žic zvočnika B. Smer gibanja vozička ter vklop/izklop obloka smo nadzorovali ročno. Vedno smo najprej vključil generator zvočnega signala, nato smo sprožili gibanje vozička, šele nato smo vzpostavili oblok. Na koncu procesa smo najprej ugasnili oblok ter nato spremenili smer gibanja vozička. Med gibanjem vozička v zač etno lego smo zamenjali preizkušanec in fazo zvočnikov. Nato smo proces ponovili (z zamenjano fazo). Za varjenje smo uporabljali volframovo elektrodo legirano z 2% torija (rdeča oznaka-ISO: WT20). Elektroda je imela premer 2,4 mm. Obliko konice elektrode 142


smo prilagajali vrsti toka (izmenični tok-topa konica, enosmerni tok-ostra konica). Med meritvijo zelene serije smo med varjenjem meril tok. Tok smo merili preko tokovnih klešč, vezanih na maso, podatke pa smo beležili s prenosnim računalnikom. Izkazalo se je, da se zaradi delovanja zunanjega zvočnega polja na TIG oblok, tok ne spreminja.

3. REZULTATI REZULTATI Z rezultati raziskav, ki smo jih opravili smo želeli ugotoviti v kolikšni meri ima pri TIG varjenju zunanje zvočno polje vpliv na oblok in pri tem na sam izgled in kvaliteto vara. Ugotovili smo, da lahko glede na obliko zvočnega polja, ki deluje na oblok, pričakujemo dve karakteristični obliki spremembe vara, ki se pojavita na njegovem temenu kot posledica delovanja zunanjega zvočnega polja. Pri tem se je izkazalo, da d a je ta pojav veliko bolj izrazit pri nižjih nižjih frekvencah fr ekvencah (pod 100 Hz) kot pri p ri višjih (nad 500 Hz). Kot prvo smo vpliv zunanjega zvo čnega polja na TIG oblok ocenjevali vizualno že med varjenjem. Po varjenju smo opazili, da se pojavijo spremembe v obarvanju preizkušanca na značilnih mestih. Značilna mesta, kjer se pojavijo spremembe v širini obloka ali spremembe v obarvanju toplotno prizadete cone so odvisna od vrste zvočnega polja. Od vrste zvočnega polja je odvisno tudi, v katerem obmo č ju bo imelo le to vpliv n a TIG oblok. Če zvočnika generirata zvočno polje v fazi, potem bo delovanje zunanjega zvočnega polja najbolj očitno v območ jih ena in tri (slika 5). V primeru, da generiramo zvočno polje, kjer sta zvo čnika proti fazi, potem bodo najbolj očitne spremembe temena zvara vidne vidn e v območ ju dve (slika 5).

Slika 4: Primerjava vpliva zunanjega zvoč nega nega polja glede na tip zvo č nega nega polja

Slika 5: Shematsko prikazana območ ja delovanja zunanjega zvo č nega nega polja

Očitno je, da so premiki delcev zraka zaradi delovanja zvo čnega tlaka, ki ga povzročajo gibajoče membrane zvočnikov, dovolj veliki, da imajo v nekem trenutku za posledico vpliv na laminarni tok zaščitnega plina. Ta vpliv se kaže kot zmanjšanje zaščite, ki jo nudi zašč itni plin. Elektroda, oblok in talina zvara so slabše zaščiteni pred zunanjo atmosfero. Vpliv manjše stopnje zaščite je viden kot hitrejše odgorevanje elektrode, oblok odnaša po površini preizkušanca tudi prečno na smer varjenja, kar povzro ča neenakomerno pretaljevanje osnovnega materiala in oksidacijo nečisto č na površini preizkušanca. Delovanje zunanjega zvočnega polja je lahko tudi tako veliko, da oblok med varjenjem ugasne. V našem primeru se je to dogajalo predvsem pri varjenju z izmeničnim tokom. Nasploh se vpliv zunanjega zvočnega polja bolj poudarjeno vidi na preiz pr eizkušancih kušancih varjenih z izmeničnim tokom.

Slika 6: Preizkušanec 1A-2, brez zvoka

Slika 7: Preizkušanec 2D-1, v fazi, f=500Hz

143

Slika 7: Preizkušanec 3D-2, proti fazi, f=500Hz


V prvem delu eksperimentov procesa smo ugotovili, da se vpliv vrste zunanjega zvo čnega polja kaže v določenem območ ju delovanja. Sprememba preseka zvočnega kanala, ki tvori zunanje zvočno polje ima ne glede na obliko zvočnega polja, za posledico podaljšanje con delovanja v vzdolžni smeri varjenca. Tudi tu se ta pojav bolje odraža odraža pri niž n ižjih jih frekvencah. f rekvencah. Za natezni preizkus smo se odločili, ker nas je zanimalo ali ima zunanje zvočno polje, ki vpliva na TIG oblok med varjenjem vpliv, na mehanske lastnosti zvara. Natezni preizkus, ki smo ga opravili, je bil zastavljen po standardu SIST EN 10002-1:2002, ki pa se ga zaradi dimenzij preizkušancev nismo mogli mo gli popolnoma držati.

4. ZAKLJUČEK S PREDLOGI ZA NADALJNE DELO D ELO V nadaljevanja raziskovanja vpliva zunanjega zvočnega polja na TIG oblok, kar bi vsekakor bilo smiselno, bi bilo potrebno predhodne meritve ponoviti ob več ji stopnji natančnosti. Obenem pa bi bilo smiselno izvesti nekatere dopolnilne raziskave. Meritve presekov zvarov in dolžine efektivnega območ ja delovanja zunanjega zunanjega zvočnega polja smo opravljali z digitalnim kljunastim merilom, kar dopušča dokaj veliko stopnjo napake. To ne pomeni, da rezultati ne držijo, saj je pojav zunanjega zvočnega polja na TIG oblok viden s prostim o česom. Uporaba porab a robotske roke pa bi pripomogla k hitrejšemu izvajanju poizkusov z več jo stopnjo ponovljivosti. ponovljivosti. • Predlagamo, da se pri nadaljnjih preizkusih merilna veriga dopolni. Presek zvočnega kanala, bi se lahko zmanjšal za vsaj 50%. • Frekvenčno območ je naj se poveča. Zagotoviti je potrebno zvočnike, ki bodo sposobni prenesti obratovanje pri nižjih frekvencah. • Teorija pravi, da jakost zvoka ne vpliva na lastnosti zunanjega zvočnega polja, kar se da zelo enostavno preveriti z merjenjem zvočne jakosti pri p ri razli različnih obratovalnih pogojih. • Zvočnika sta bila pri pr i našem eksperimentu postavljena pravokotno na varjenec, tako da sta namišljeni n amišljeni osi membran zvočnikov sovpadali. Predlagamo, da se eksperimentalna veriga prilagodi tako, da bo zvočnike možno nagibati. S tem bi verjetno lahko omejili odnašanje zaščitnega plina z mesta obloka ali celo nadzorovali širino obloka in s tem količino vnesene energije v material. • Predlagamo tudi dopolnilne raziskave kakovosti izvedenih zvarov. Merjenje stopnje hrapavosti temena vara in korozij koro zijske ske obstojnosti ob stojnosti ter vsekakor še metalografske raziskave prečnih prerezov varov. 5. VIRI [1] Gerken J.M.: Gas Tungsten Arc Welding a Guide Guide Book Book To Advance Arc welding Knowledge Worldwide, The Lincoln electric Company, Cleveland 1991. 1991. [2] Sacks R., Bohnart E.: Welding Principles and Practices third edition, The McGraw hil companies inc., New York 2005. Čretnik D.: Tehnologija spajanja in preoblikovanja, Tehniška založba Slovenije, d.d., Ljubljana, 2002. [3] 2002. [4] C. Hase, W. Reitze: Elektrolučno zarivanje, prevod: Milivoje Stevanović, IRO Građevinska Knjiga, Beograd 1982. [5] Kraut B.: Krautov strojniški priročnik, Littera picta d.o.o., d.o .o., Ljubljana 2003. [6] Grabec I.: Predavanja iz fizike, Fakulteta za strojništvo, Ljubljana 2004. [7] Knight D.C.: First book of sound, Franklin Watts inc., New York, 196 1960. 0. [8] Kuščer I., Moljk A.: Fizika 2. del: toplota, nihanje, valovanje, svetloba, Državna založba Slovenije, Ljubljana, 1984. Čudina M.: Tehnična akustika, Univerza v Ljubljani, Fakulteta [9] Fak ulteta za Strojništvo, Ljubljana 2001. 2001. [10] Prezelj J.: Teoretične osnove akustike, http://lab.fs.unilj.si/ldsta/vaje/ta/TA_1_vaja_TEORETICNE_OSNOVNE.pdf , april 2012. [11] Prezelj J.: Meritve zvočne intenzivnosti, http://lab.fs.unilj.si/ldsta/vaje/ta/TA_5_vaja_INTENZIVNOST.pdf , april 2012. [12] Prezelj J.: Elektroakustični pretvorniki-zvočniki, http://lab.fs.unilj.si/ldsta/vaje/ta/TA_vaje_zvocniki_JP.pdf , april 2012. [13] Bilan O.: Akustika prostorija, zvučnici, pojačala i spojni vodovi, Ozren Bilan, Bilan, Split Sp lit 1998. [14] J. Prezelj, I. Polajnar, M. Čudina: Use of audible sound for on-line monitoring of gas metal arc welding process, Congress of sound and Vibration, 1st EAA-European Region, Ljubljana, September 15-18. 2010.

144


Točkovno uporovno varjenje heterogenih materialov material ov za dele gospodinjskih gospodinjs kih aparatov aparatov Vlado Krebs*, Sreč ko Koroša**, Primož Podržaj***, Podržaj***, Miro Uran** Uran** *Gorenje gospodinjski gospodinjski aparati, d.d., Partizanska 12, 3503 3 503 Velenje **Institut za varilstvo, Ptujska 19, 1000 Ljubljana *** Fakulteta za strojništvo, UL, Aškerčeva 6, 1000 Ljubljana

Povzetek: V predstavljenem prispevku je prikazan pristop k reševanju uporovnega toč kovnega kovnega varjenja materialov, ki so sicer enaki po debelini, razlikujejo pa se kemič ni ni sestavi osnovnega materiala materiala in po stanju površin. površin. Prav stanje stanje površine pa je pri uporovnem toč kovnem kovnem varjenju izjemno vpliven parameter, ki odloč a o poteku tvorbe zvarne leč e. e. Gre za pristop, ki v realnih pogojih dela d ela omogoč a razmeroma hitro, zanesljivo in ceneno izbiro optimalnih varilnih parametrov.

1. UVOD V industriji proizvodnje bele tehnike se uporovno točkovno varjenje uporablja predvsem za izdelavo ohišij in nosilcev. posebej pogosto uporablja zlasti v tistih proizvodnih segmentih, kjer se dosega relativno visok nivo avtomatizacije in robotizacije, V teh primerih se praviloma uporablja posebne izvore varilnih tokov, ki so izdelani v obliki robotskih klešč, tako da le-te omogočajo čim več jo možnost točkovnega zvarjenja tudi v notranjosti sklopov. Ob tem pa obstajajo pogoste potrebe po zvarjenju različnih materialov tako po debelini, kemični sestavi, kot tudi po stanju površin. V današnji industrijski praksi je pogosto potrebno variti materiale, ki so po kemijski sestavi, debelini in stanju površin dokaj različni. Ker se za takšne primere stežka najde natan čna priporočila o primernih varilnih parametrih, jih je potrebno poiskati na osnovi izvedenih preizkusov, po možnosti v pogojih, ki bi naj bili kar se da podobni tistim v konkretnem proizvodnem okolju. Osnovni motiv je bil preučevanje problemov pri varjenju različnih kombinacij kovin, kot so ogljikova ogljikova in nerjavna jekla ter prevlečeni jekleni materiali. Takšne kombinacije se največ pojavljajo pri proizvodnji bele tehnike in prav tukaj se pojavlja največ zapletov. V eksperimentalnem delu, smo ugotavljal nosilnost točkovnih zvarov v odvisnosti od spremenljivosti varilnih parametrov za zvarjence enakih debelin z različnimi vrstami protikorozijskih prevlek. Glede na preučevanje razmeroma obsežnega števila vplivnih parametrov: vrsta in debelina prevlek, premer elektrode, pritisna sila, jakost varilnega toka in čas varjenja smo plan potrebnih eksperimentov zastavili zastavili na osnovi Taguchijeve metode. Uporaba te metode namreč omogoča preučevanje več jega števila vplivnih v plivnih parametrov ob razmeroma majhnem majhn em obsegu ponovitvenih eksperimentov glede na število vplivnih parametrov in nivojev smo izbrali tabelo L9 (tabela 1). Tabela 1: Tabelarič en en zapis za izbiro ustrezne ortogonalne tabele

o v l e i j v o e v t i Š n

2 3 4 5

2 L4 L9 L16 L25

3 L4 L9 L16 L25

4 L8 L9 L16 L25

Število parametrov 5 6 7 L8 L8 L8 L18 L18 L18 L32 L32 L32 L25 L25 L50

8 L12 L18 L32 L50

9 L12 L27 L32 L50

10 L12 L27 L32 L50

2. EKSPERIMENTALNI DEL Obravnavali smo štiri vplivne parametre (premer elektrode, elektrode, pritisk pritisk elektrod na varjence, gostota varilnega toka toka in čas varjenja) in tri spremenljive nivoje za posamezen parameter, kar ustreza ortogonalni tabeli z devetimi števili preizkusov, kot je prikazano na tabeli 2. Pri pocinkani pločevini predstavlja težavo prav pocinkana zaščitna plast na površini, več ja je debelina, več je so težave. Prihaja do prežganja površine in s tem prenehanje njene funkcije ter do hitrejše obrabe elektrod. 145


V nalogi smo hoteli pokazati vpliv različne zaščitne prevleke na kvaliteto zvarnega spoja s stališ ča mikrostrukture, nastanka zvarne leče in trdnosti zvara. Prav tako smo hoteli osvetliti vpliv vrste in debeline prevleke na obrabo elektrodnih konic po njihovi predvideni življenjski dobi. Uspešnost zavaritve to čkovnih zvarov smo ocenjevali po standardnem natezno-strižnem preizkusu, ki se tudi v praksi najpogosteje uporablja. Za merilo kakovosti velja velikost veliko st porušne sile enotočkovnih prekrivnih spojev in način porušitve zvarnega spoja. spo ja. Rezultati Rezultati so prikazani p rikazani v tabeli 3. Tabela 2: Ortogonalna 9-vrstič na na tabela po Taguchiju

1 2 3 4 5

A Premer elektrode [mm] 6 6 6 6,3 6,3

B Pritisk elektrod [N/mm2] 48,6 55,9 62 48,6 55,9

C Gostota toka [A/mm2] 200 250 300 250 300

D Čas varjenja [ms] 160 200 240 240 160

6 7 8 9

6,3 6,6 6,6 66

62 48,6 55,9 62

200 300 200 250

200 200 240 160

Št. eksp.

Tabela 3: rezultati nat eznega preizkusa preizkusa

Ko imamo znano merjeno veličino, ki je v mojem primeru sila pretrga (F) pri natezno-strižnem preizkusu, lahko izračunamo razmerje signal-šum za vsako vrstico posebej po enačbi. Sledijo naslednji koraki: • izračunati povprečno razmerje signal-šum, • določitev posamičnih razmerij signal-šum signal-šum za vsak vplivni parameter • vrednosti prikazati na ustreznem grafu,(grafi 1, 2, 3) • izračunati optimalno razmerje signal-šum ( opt), • izračunati razliko med optimalno in dejansko vrednostjo razmerja signal-šum po potrditvenem eksperimentu, • izračunati vpliv vp liv posameznih parametrov na varianco razmerja S/Š.(grafi 4, 5, 6)

Graf 1:toplo pocinkana ploč evina evina z debelino nanosa 140 g/m2 146


Graf 2: galvansko pocinkana plo č evina evina z debelino nanosa 2,5 µm

Graf 3: galvansko pocinkana pocinkana plo ploč evine evine z debelino nanosa 7,5 µm

Deleži vplivnih faktorjev v % so prikazani na grafih 4 do 6.

Graf 4: toplo pocinkana ploč evina evina z debelino nanosa 140 g/m2 g /m2 Delež vplivnih fak fak torjev v %

23,97

Premer elektrode

18,47 3,25

Tlak Tlak s tiskanja elektrod Gostotra toka Čas varjenja varjenja

54,30

Graf 5: galvansko pocinkana plo č evina evina z debelino nanosa 2,5 µm

147


Delež vplivnih vplivnih faktor jev v %

8,60 Premer Premer e lektrode

8,01

19,81

Tlak stiskanja elektrod Gostotra toka 63,57 Čas varjenja

Graf 6: galvansko pocinkane ploč evine evine z debelino nanosa 7,5 µm

Omenjene zvare smo metalografsko m etalografsko pregledali. pregledali. Makrostrukture nastalih zvarov so na slikah 1 do 3.

Slika 1:Makrostruktura 1:Makrostruktura zvara toplo pocinkane ploč evine evine DX 54 s 140 g/ m2 nanosa cinka

Slika 2: Makrostruktura zvara galvansko pocinkane jeklene ploč evine evine z debelino nanosa nanosa cinka 7,5 µm

Slika 3: Makrostruktura zvara galvansko pocinkane jeklene ploč evine evine z debelino nanosa nanosa cinka 2,5 µm.

Kot potrditev pravilnega ovrednotenja vplivnih parametrov moramo opraviti potrditveni preizkus. Parametri ki smo jih izbrali so parametri, ki so pri posamezni kombinaciji pokazali največ ji vpliv v smislu doseganja boljše b oljše nosilnosti. Rezultati Rezultati potrditvenega preizkusa so prikazani prikazani na tabelah 4, 5, 6.

148


Tabela 4:Toplo pocinkana jeklena plo č evina evina s pocinkano prevleko 140g/m2

Tabela 5: Galvansko pocinkana ploč evina evina z debelino nanosa 2,5 µm

Tabela 6:Galvansko pocinkana plo č evina evina z debelino nanosa cinka 7,5 µm

Dobljeni rezultati primarnih in potrditvenih trgalnih preizkusov so pokazalni na grafu 7. Iz grafa se vidi, da so nosilnosti zvarov potrditvenega preizkusa presegle nosilnosti primarnih poizkusov. Prav tako je tudi konstantnost nosilnosti dosti več ja pri potrditvenih preizkusih. preizkusih.

Graf 7: nosilnosti spojev

3. ZAKLJUČKI a. Vplivi Vpliv i začetnih pogojev: Vrsta nanosa Rezultati nosilnosti varjencev iz toplo pocinkane jeklene pločevine z debelino nanosa cinka 7,5 µ m so pokazali znatno več jo stopnjo variiranja porušnih sil. V povpreč ju so bile vrednosti natezno-strižnih natezno-strižnih sil pri porušitvi približno 30 % manjše kot pri galvansko pocinkani jekleni pločevini z deklarativno enako debelino nanosa cinka 7,5 µ m. m. To pripisujemo temu, da je ta plast cinka znatno bolj kompaktna, z boljšo toplotno toplotno prevodnostjo, prevodnostjo, težjimi začetnimi pogoji tvorbe točkovnega zvara in slabšo varivostjo. Debelina nanosa Rezultati natezno-strižnih preizkusov galvansko prevlečenih jeklenih pločevin s povprečno debelino nanosa 2,5 µ m so pri enakih varilnih parametrih dali nekoliko boljše rezultate kot galvansko prevlečena pločevina z debelino nanosa cinka 7,5 µ m. m. Boljši rezultati se kažejo v več ji nosilnosti točkovno uporovnih zvarov in v ugodnejšem (več jem) razmerju razmerju signal-šum. Stanje površine

149


Podobno sliko dobimo pri hladno valjani dekapirani pločevini, kjer smo dobili še boljše rezultate. Rezultati so precej bolj enakomerni, nosilnosti spojev so več je kot pri obeh prevlečenih pločevinah. Vrsta osnovnega materiala Najboljše rezultate imajo spoji iz obeh vrst nerjavnih pločevin. To lahko razložimo s precej več jo natezno trdnostjo osnovnega materiala, materiala, kar se odraža v približno 30 % več ji nosilnosti spojev. b. Vpliv varilnih parametrov: paramet rov: • Pri varjenju praktično vseh pločevin se je pokazal za najbolj vpliven faktor gostota toka, ki ima največ ji vpliv na kakovost spoja. • Analiza varilnih parametrov je pokazala, da je najmanj pomemben parameter tlak elektrod na površini elektrode. To lahko pripišemo dejstvu, da so bili vsi vzorci dobro pripravljeni in da je v vseh primerih prišlo do dobrega nalega vzorcev. c. Opaznost Op aznost sprememb kakovosti: • Na vzorcih, ki smo jih metalografsko pregledali, smo izmerili dimenzije zvarih leč. Med različnimi vzorci ni opaziti, da bi dimenzije zvarnih leč vplivale na več jo nosilnost, te razlike razlike so opazne med vzorci iste pločevine, kjer več ja zvarna leča pomeni tudi več jo nosilnost zvara. • Rezultati mehanskih preizkusov so potrdili rezultate iz prakse, tako glede nosilnosti kot glede enakomernosti rezultatov. V praksi je med preizkušenimi vzorci najtežje variti toplo pocinkano pločevino, kjer je potrebno bolj pogosto popravljati elektrode, kar se kaže v krajši življenjski dobi elektrod, več jo pozornost pa je treba posvetiti kontroli kontro li parametrov in spojev. Omenjeni problemi se redkeje pokažejo pri varjenju nerjavnih pločevin, kjer so praviloma spoji bolj kvalitetni in enake kakovosti. d. Optimalne kombinacije Vsi vzorci so pokaz p okazali ali največ jo nosilnost pri kombinaciji parametrov 7: • premer elektrode: 6,6 mm • gostota toka: 300 A/mm2 čas varjenja: 20 ms • • tlak elektrod: 48,6 N/mm2

LITERATURA [1] H. Zhang, M. Zhou, and S. J. Jou. Impact strength measurement of spot welds. w elds. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers _ Part B _ Engineering Manufacture, 215(3):403_414, 215(3):403_414, Marec 2001. [2] S.A. Gedeon, C.D. Sorensen, K.T. Ulrich, and T.W. Eagar. Measurement of dynamic electrical and mechanical properties of resistance spot welding. Weld. J., 12:378_385, 12:378_385, 1987. [3] Manfred Krause. Widerstandspreÿschweiÿen. Deutscher Verlag fur Schweiÿtechnik DVS_Verlag GmbH., Düsseldorf, 1993. [4] J. Bond. A brief review of resistance welding technology. Welding review international, 10(3):162_163, Avgust 1991. [5] S. Kološa Kološa Vpliv vrste in in debeline zaš zašč itne prevleke na nosilnost uporovnih točkovnih zvarov. Diplomska naloga visokošolskega strokovnega študija, št.:S 1763. Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo Ljubljana, 2010 [6] L. Kuščer, I. Polajnar, and J. Diaci. A method for measuring displacement and deformation of electrodes during resistance spot welding. Measurement Science and an d Technology, 22(6), 2010. 2010. [7] P. Podržaj, I. Polajnar, J. Diaci, and Z. Kariž. Overview of resistance spot welding control. Sci. Technol. Weld. Join., 13:215_224, 2008.

150


Izboljšava tehnologije uporovnega varjenja diod na usmernik Vilijem Č ibej ibej a ,  Edvin Batista Batista b , Ivan Polajnar c , Janez Diaci c (a)

Iskra Iskra Avtoelektrika d.d., Polje 15, 5290 Šempeter Šempeter pri Gorici, Slovenija. (b) Fotokop d.o.o., Škrbina Škrbina 54, 5 4, 6223 62 23 Komen Slovenija. (c) Fakulteta za strojništvo, stroj ništvo, Ašker Aškerčeva 6, 1000, 10 00, Ljubljana, Slovenija.

Povzetek Analizirani so problemi kakovosti toč kovnih kovnih zvarov, dobljenih z obstoječ o tehnologijo varjenja diod d iod na usmernik. Na varilni napravi, ki obratuje na proizvodni liniji, je bila izvedena eksperimentalna optimizacija na novo izbranih varilnih pa rametrov. rametrov. Za oceno o ceno kakovosti zvarov so bili uporabljeni rezultati natezno-strižnega preizkusa in ocena metalografskih obrusov preč nega nega prereza zvarov.

1. UVOD V podjetju Iskra Avtoelektrika, ki je eden pomembnejših dobaviteljev za potrebe avtomobilske industrije, proizvajajo in dobavljajo zaganjalnike, alternatorje, enosmerne motorje in krmilnike. Glede na veliko število različnih kupcev alternatorjev pomeni tudi veliko število vgradenj na različne aplikacije, kot so traktorji, delovni stroji, dizelski agregati … To pomeni, da so alternatorji enakih nazivnih vrednosti izpostavljeni zelo različnim obratovalnim pogojem. Tako se je na primer na alternatorju družine ANN pri določenem kupcu večkrat pojavila odpoved zaradi porušitve spoja ali pretrga žice diode na usmerniku alternatorja. V tem trenutku odpoved delovanja, z vidika stroškov reklamacij, na srečo ni bila kritična, kaže pa na n a nepravilno konstrukcijo ali tehnologijo spajanja diode z vodnikom. Prav to je glavni razlog, da so v podjetju Iskra Avtoelektrika želeli ta problem osvetliti in rešiti s proizvodno-tehnološkega vidika. Po sistemskem in poglobljenem pregledu usmernika, oblike spoja in načinov nastalih porušitev spoja, so se v podjetju odločili, da se poskuša ta problem rešiti z minimalnimi kon strukcijskimi spremembami. Takšno stališ stališče je narekovalo narekov alo reševanje obstoječega problema z optimizacijo varilnih parametrov na obstoječem stroju za uporovno varjenje ponikljane bakrene žice diode in pokositrane bakrene plošče – vodnika. Želelo se je namreč najti takšne varilne parametre, ki bi zagotavljali več jo stabilnost zvarnih spojev, kar bi pomenilo p omenilo kvalitetnejši končni izdelek. V končni fazi pa bi se podjetje izognilo pretečim reklamacijam in v skrajnem primeru celo možnostim izgube naročil. 2. OPIS PROBLEMA Povečane količine proizvedenih alternatorjev pomenijo tudi zelo veliko raznolikost vgradnje na različne vrste motorjev in naprav, ki delujejo v zelo različnih pogojih. Vpliv različnih obremenitvenih pogojev se še posebej odraža na odpovedi alternatorjev zaradi porušitve po rušitve odcepa ene od osmih močnostnih diod na usmerniku. Dioda je glede na lego najbolj izpostavljena dinamičnim obremenitvam, saj je v neposredni bližini priklopa voznika, ki skrbi za napajanje akumulatorja (slika 1). Odpovedi usmernika so se začele pojavljati pri enem kupcu in na določenih vrstah, s časovnim zamikom pa še pri drugem kupcu. Iz stroškovnega vidika odpoved v tem trenutku ni kritična, za proizvajalca in uporabnika pa pomeni potencialno nevarnost. Posamezne odpovedi kažejo na to, da trenutna konstrukcija usmernika in tehnologija izdelave ne zagotavljata dovolj zanesljivega izdelka. Alternator se proizvaja v različnih verzijah glede na vgradnjo in moč. Konstrukcija usmernika je pri vseh verzijah skoraj enaka, razlikuje se le po številu močnostnih diod in priključnih vijakih. Kritični detajl spajanja pozitivne močnostne diode na vezno ploščo je na vseh usmernikih enak. Alternator odpove zaradi porušitve odcepa močnostne diode na mestu varjenja z mostičkom v vezni plošči ali redko tik ob prehodu žice v ohišje diode. Za vse izdelke, ki so bili dostavljeni proizvajalcu, se je naredilo sistemsko analizo možnih vzrokov v zrokov porušitve in se prišlo do naslednji n aslednjihh ugotovitev: u gotovitev: - Vsi prelomi so bili na alternatorjih vis v isokih okih moči, ki delajo v težjih pogojih. - Vsi prelomi so se pojavili samo na prvi diodi, ki k i je blizu blizu priklju pr iključka za baterijo. - Z nikljem prevlečena diodna žička se prelomi ali na zvaru li tik ob zvaru. - V primerih preloma na zvaru je bila vselej opažena prevelika stopnja deformacije, kar kaže na prevelik vnos dovedene toplotne energije in/ali preveliko silo varjenja. 151


Slika 1: Primer usmernika s porušenim odcepom

3. PREDLOGI IZBOLJŠAV Na podlagi kritične presoje vseh dokumentiranih napak in ocenjenih vzro v zrokov kov za nastale prelome, se je izoblikovalo naslednja n aslednja stališ stališča in predloge izboljšav: izboljšav: - Očitno je, da po varjenju v arjenju ostanejo diodne ži žičke v prednapetem stanju. - Prednapeto stanje žičk zniža njihovo trajno dinamično trdnost. - Da bi povečali življenjsko življenjsko dobo spojnega spojnega elementa, elementa, je potrebno je zmanjšati zmanjšati njegovo togost. - Potrebno je izboljšati kakovost zvarnih spojev in povečati tudi stopnjo njihove zanesljivosti. - Glede na izrecno željo proizvajalca po čim manjših posegih v spreminjanje obstoječe tehnologije varjenja, so preizkusi za izboljšavo kakovosti spojev potekali na dva načina: z zmanjšanjem togosti pritrdilnih elementov in zviševanjem kakovosti zvarov, vključno z zniževanjem plastične deformacije med varjenjem. Zmanjšanje togosti skupnih elementov je mogoče doseči s povečanjem proste dolžine diodne žice. Glede na obstoječe tehnologije se trenutno pred varjenje žičko zakrivi , kot kaže slika 2 - levo. Tak način priprave spoja zagotavlja zanesljivo in togo zvaritev. Delna rešitev problema povečane togosti je že v opustitvi krivljenja žice slika 2 - desno. Težava s to alternativa je, da takšna vrsta spoja pa ni simetrična glede glede naleganja naleganja elektrod, (gre (gre za izmenične položaje položaje pri naslednjem mesto varjenja). S takšno alternativo bi bila potrebna veliko veliko prenovo varilne tehnologije, kar pa v tem trenutku ni realna možnost. Osvojena je bila kompromisna rešitev, spajanje s podaljšanjem ponikljane žice. Na ta način se je doseglo podaljšanje pritrdilnih elementov za približno 3 mm, kar zmanjšuje togost varjenih elementa in le delne spremembo sp remembo pri upogibanju žičk , kar pa ne vpliva na tehnologijo tehnologijo varjenja. Zaradi nekoliko spremenjenih začetnih pogojev. zahteva predlagana rešitev delno prilagoditev prilagoditev varilnih parametrov. Pri tem pa ni bilo potrebno potrebno spreminjati sile varjenje. Preizkusni testi testi so bil izvedeni z enakim začetnimi vložki energije kot pri obstoječi proizvodn proizvodnii tehnologiji tehnologiji (I = 6,4 kA, t = 100 ms) in s spremenljivimi dovodi energije (I = 7,3 kA, kA, t = 60, 80 , 100 in in 120 ms). 152


Slika 2: Skica levo predstavlja pred stavlja obstoječ prekrovni spoj, spoj, desna skica skica pa spoj spoj brez zavihka

4. EKSPERIMENTI 4.1 Varilni izvor programske enote MA-627A Preizkusni testi testi so bile izvedene na proizvodn proizvodnii liniji, liniji, na naprave za varjenje Miyachi-627A, z inverterskim virom toka (slika 3).

Slika 3: Model glave in varilnih elektrod elektrod levo ter slika z glavnimi sestavnimi deli desno

4.2 Merilnik in analizator Miyachi MG-3 Za varjenje toka in napetosti meritve so bile opravljene z uporabo Miyachi MG-3 prenosne digitalne zvara Monitor. Vzorec Vzorec snemanje sneman je varjenje je tok, napetost in dinami d inamično odpornost prikazano na n a sliki 4.

153


Tabela 1: Parametri, s katerimi varijo v proizvodnji

Parametri varjenja CTRL SQD (ms) SQZ (ms) WE1 (ms) COOL (ms) WE2 (ms) HOLD (ms) OFF (ms) UP SLOPE WE1 (ms)

1 100 200 120 0 0 200 0 20

Vzorci: 1, 2, 3 UP SLOPE SLOP E WE2 (ms) DOWN SLOPE WE2 (ms) HEAT WE2 (kA) HEAT HEAT WE2 (kA) PULSATION GAIN Varilna sila Leva elektroda Desna elektroda

0 0 6,4 0 1 4 750 N W W

Slika 4: Grafič na na prikaz rezultatov meritev na spoju

5. REZULTATI IN DISKUSIJA Rezultati nateznih strižnih preizkusov (povprečna pretržne vs dovod toplote) so prikazani na sliki 5. Najnižja povprečna obremenitev sklepov dobimo z obstoječimi varilnih parametrov: I = 6,4 kA, t = 120 ms. Višja povprečna nosilnost (s ponikljano žica lomljenje blizu diode telesu, kar je najvišja možna vrednost statične obremenitve) ob remenitve) je dosežena z višjo varilni tok: I = 7,3 kA in trenutno trajanje impulza t = 100 ms. Pregled metalografskih presekov zvarov (Slika 6) kaže, da je vnos energije z obstoje čimi varilnih parametrov ni primerno (Slika 6 - levo). Čeprav je skupna energija je dovolj, se sprosti, da počasi povzroča prekomerno deformacijo žic in zmanjšanja bremena prečnega prereza. Povečal prerez vodi do nezadostnega topljenju zvarne leče in hladno h ladno vara oblikovanje z omejeno nosilnost.

Slika 5: Razmerje med povpreč no no vnešeno energijo in povpreč no no natezno trdnostjo pri različ nih nih parametrih varjenja 154


Slika 6: Rezultati metalografskih preiskav: makroobrusi spojev, izdelani po obstoječ i tehnologiji (levo) in optimizirani tehnologiji (desno)

6. ZAKLJUČEK Dobljeni rezultati kažejo na to, da je za več jo nosilnost in več jo stopnjo zanesljivosti zvara potrebno energijo energijo dovesti z več jo amplitudo amplitud o jakosti toka in s krajšim časom varjenja. S takšnimi parametri varjenja se doseže spoj več je natezno-striž nate zno-strižne ne trdnosti ob istočasnem zmanjšanem vnosu energije. Tako se doseže manjši toplotni vpliv na osnovni material, poveča nosilnost in zanesljivost spojenih mest, skrajša delovni takt ter zmanjša porabo energije. 7. LITERATURA [1] Asing d.o.o.: Navodila: Naprava za uporovno upo rovno varjenje 16700, 16700, Šempeter, Šemp eter, 2006. [2] Miyachi Technos Europe GmbH, Navodila za varno uporabo, preizkušanje in vzdrževanje varilnega izvora Miyachy IS120, Bietigheim, 2003. [3] Muren H., H., Strojno Strojn o tehnološki priročnik, Tehniška Tehniška založba Slovenije, Slov enije, Ljubljana, 1998. [4] Berce M., Polajnar I., Žerjal R., Kralj V., Varjenje vetrnice na krempelj alternatorja, Varilna tehnika, 1995, letn. 44, št. 3, str. 75-81. [5] Diaci J., Bračun D., Jezeršek Jezeršek M., M., Polajnar I., I., Spremljanje uporovnega točkovnega varjenja z metodo laserske profilometrije, Varilna tehnika, 200 2006, 6, letn. 55, št. 2, str. 39-42. [6] Maček J., Batista E., Polajnar I., Diaci J., Development of a system for resistance welding of multiple dissimilar joints in a motor protection switch. IIS/IIW Doc. III-1445-07. V: 60th Annual Assembly of the International Institute of Welding, Cavtat, Croatia, 01-08 01-08 July 2007, Commission III, str. 9.

155


IN MEMORIA M EMORIAM M Soavtorji se s pričujočim člankom poklanjamo spominu na našega kolega Edvina Batista. Pred kratkim smo se od njega žal veliko prezgodaj poslovili. Z nekoliko prirejenimi besedami, ki jih je France Prešern poklonil svojemu prijatelju Andreju Smoletu, se s trpkostjo spominjamo na naše večletno plodno sodelovanje. Kratko sijale so zvezde prijazne, v sanjah prijetnih te zibal je up; jezo si sreč e ob č util util sovraž so vražne, ne, zgodaj okusil življenja si strup. Videl si Nemško, Francosko, Britansko, videl si Tanzanije visoke gore, videl si jasno nebo italijansko; ital ijansko; sreč e ni ranjeno ran jeno našlo našlo srce. Videl povsod si, kak iš č ejo d'narje d 'narje,, č ejo kak se le l e uklanjajo zlat'mu bogu; kje bratoljubja si videl oltarje? S srcem obupnim si prišel domu. Ena se tebi je želja spolnila: v zemlji domač i da truplo t ruplo leži. Težka č loveku loveku ni zemlje odeja, od eja, vzamejo v sebe ga njene moč i.i.

156


Primerjava varjenih in vija vi jačnih konstrukcijskih spojev z vidika vpliva na okolje Marjan Suban, Suban, Robert Cvelbar, Borut Bundara Inštitut Inštitut za metalne konstrukcije, Mencingerjeva 7, 1000 Ljubljana

Povzetek Da bi bila b ila gradnja stavb in drugih d rugih gradbenih objektov okolju č im im prijaznejša moramo podrobneje spoznati tudi okoljski vpliv objekta kot celote oziroma njegovih posameznih detajlov skozi celotno življenjsko dobo. Prispevek predstavlja rezultate raziskovalnega dela, kjer sta bila z okoljskega vidika analizirana dve izvedbi spoja v konstrukcijah in sicer varjeni ter vijač en. en. Analiza življenjskega cikla (LCA) je tehnika za ocenjevanje okoljskih vplivov izdelka ali postopka in je povezana z opredelitvijo porabe energije, materialov (surovin) in emisij v življenjskem ciklu. Ker predstavljata predstavl jata varjeni oz. o z. vijač en en spoj dve možnosti za izvedbo povezave konstrukcijskih elementov, smo primerjali obe možni obliki spoja z izvedbo analize LCA. V analizo sta bile vklju č eni eni dve različ ni ni zasnovi konstrukcijskega spoja in sicer enostavni spoj ploč evin evin in bolj kompleksni spoj nosilca s stebrom. Primerjava dveh različ nih nih zasnov konstrukcijskega spoja temelji na predpostavki, da imata tako varjeni kot vijač en en spoj enako nosilnost. Rezultati analize ter zaključ ek ek prispevka nakazujejo, da je porabo energije in emisije v okolje možno mo žno zmanjšati, zmanjšati, a le s skrbno izbiro izbiro nač ina ina izvedbe spojev.

1.

UVOD Pri tradicionalnem pristopu razvoja in izdelava konstrukcij ter izdelkov se vplivov na okolje ne upošteva. V zadnjih 25 letih pa zahteve povezane z vplivom na okolje pridobivajo vse več ji javni interes. Skrb za okolje ok olje zahteva razvoj in uporabo metod za ugotavljanje in zmanjševanje škodljivih vplivov na okolje, ki so posledica človekove dejavnosti. Uporaba porab a različnih vrsta spojev za ustvarjanje povezav je značilna za vse nosilne konstrukcije. Zato je razmislek pri oblikovanju različnih vrst spojev (steber-steber, nosilec-steber, nosilec-nosilec) pomemben tako iz ekonomskega kot okoljskega stališča. Zaradi ponavljajoče se narave spojev, se posledica manjše materialne ali proizvodne izboljšave pri oblikovanju enega spoja hitro multiplicira in povzroči kumulativni učinek. Pomembn P omembnoo je torej, da projektant p rojektant razume obnašanje spojev, ne n e le z vidika v idika mehanskih lastnosti lastnosti konstrukcijskega elementa, ampak tudi z okoljskega oko ljskega vidika. vidika. Pri projektiranju spojev ima inženir več različnih možnosti pri sprejemanju odločitve o načinu izvedbe spoja, saj je konfiguracija spoja odvisna od vrste povezovanja elementov, naravo n aravo in velikost sil (momentov), opreme ki k i je na voljo, izdelovalni in montažni postopki, stroški itd. Za izdelavo spojev se uporabljajo izdelovalni procesi kot so varjenja (in spajkanje), vijačenje, kovičenje, in lepljenje. V primerjavi z drugimi načini izdelave spojev, kot sta kovičenje in vijačenje, so varjeni spoji običajno močnejši, lažji in cenejši za proizvodnjo. Različne tehnologije varjenja nam omogočajo veliko fleksibilnost pri načrtovanju spojev. Po drugi dru gi strani, pa tako oblikovani spoji predstavlj pr edstavljajo ajo zanimiv okoljski problem. p roblem. V primeru, varjenje, spajkanje, lepljenje in tudi kovičenje sta konstrukcijska elementa združena v nerazdružljivo celoto in jih ni mogoče preprosto razstaviti za popravilo ali ponovno uporabo. Zato mora biti odločitev, da se dve komponenti spoji v nerazdružljivo celoto, skrbno premišljena. Po podatkih iz industrijskih raziskav, se delež spojev izvedenih z varjenjem na gradbišču giblje med 8 in 10%, medtem ko je približno 15% spojev narejenih z varjenjem v proizvodnji [1]. Pri mehanskih spoji uporabljani spojni elementi (npr. vijaki in zakovice) konstrukcijske komponente združijo v celoto. Velika prednost teh spojev je, da se lahko mehanske spoje enostavno razdruži, kar ponuja nekatere okoljske prednosti v zvezi z recikliranjem izdelkov. Lepljenje je obetavna izdelovalna tehnologija, ki se vedno bolj uporablja, vendar je še vedno glavna slabost degradacija lepila v obratovalnem okolju. Procesi spajanja, kot sta varjenje in spajkanje, so vir različnih odpadkov in lahko porabijo več je količine energije. Emisije, ki so z okoljskega stališča problematične in nastajajo pri varjenju so ogljikov monoksid, dušikov oksid, ozon, prahu in kovinske pare. Kot trdni delci v zraku so lahko pojavljajo svinec, kadmij, kobalt, baker, mangan, silikatne in fluoride spojine. Kot je navedeno v lit. [2], zmanjšanje količine zvarov, kjer je to le mogoče, zmanjšuje porabo energije in procesne odpadke. Na drugi strani pa je tudi proizvodnja mehanskih spojnih elementov v veliki meri povezana s porabo energije in s tem povezanimi okoljskimi učinki. Tudi količina porabljenega materiala v vijačnega spoju je več ja, ker je potrebno iz stabilnostnega vidika uporabiti dodatne komponente npr. kotnike, prirobnice. p rirobnice. 157


2. KONCEPT LCA

Koncept LCA, katerega začetki segajo v leto 1970, je kot ocena vplivov izdelka na okolje v celotnem življenjskem ciklu industriji že dobro poznan in se uporablja vedno pogosteje. Bistvo tega koncepta je, da upošteva vse faze življenjskega cikla izdelka, od pridobivanja surovin, preko predelave in proizvodnje do trenutka, ko ga po p o koncu uporabe odstranijo [3]. Posamezne faze LCA izdelka so prikazane prikazane na n a sliki 1. Sistem ali življenjski cikel se lahko začne z ekstrakcijo surovin iz narave in proizvodnjo energije. Materiali in energije so potem del vseh nadaljnjih postopkov, kot to prikazuje slika 1. Pristop življenjskega cikla pomeni, da imamo orodje, ki je sposobno zaznati, kako vpliva drugačna izbira na dogodke v vsaki od to čk na sliki 1. S tem je olajšano iskanje ravnotežja in kompromisov pri analizi analizi vplivov na okolje, ekonomijo in družbo. Takšen pristop identificira priložnosti in tveganja za izdelek ali tehnologijo (v našem primeru varjenja v primerjavi z vijačenjem), vse od surovin surovin do odlaganja na deponiji.

Slika 1: Omejitev O mejitev sistema LCA [4] [4]

Energetska analiza vključuje štiri faze življenjskega cikla: prva faza proizvodnje materiala, izdelovalne faza, faza uporabe, in faze ob koncu življenjskega cikla. Po prvotni neto energetski analizi v sedemdesetih letih, je bilo veliko truda vloženega v izgradnjo okvirne metodologijo LCA [5-7]. LCA ponuja ocenjevanje izdelkov in procesov vse do glavnih vhodih in izhodih podatkov za material in energijo, opredeljuje in kvantificira uporabljeno energijo in materiale ter poda oceno vpliva na okolje. Čeprav je LCA konceptualno preprosta, pa je v resnici zelo zapletena in težka zaradi razlogov, kot so težave pri določanju sistemskih meja, pridobivanju točnih podatkov in pravilnem p ravilnem vrednotenju rezultatov. rezultatov. Okvir LCA vklju čuje naslednje faze: • opredelitve cilja in obsega študije; • priprava model življenjskega cikla izdelka/procesa, z vsemi vhodi in izhodi energije energije ter materialov; • presoja vplivov na okolje, ki temelji na analizi vseh prilivov in odlivov v času življenjskega cikla izdelka/procesa; • interpretacija LCA rezultatov. Opredelitev funkcionalne enote je temelj metode LCA, ker funkcionalna enota določa enoto za primerjavo dveh ali več proizvodov, vključno z izboljšanjem enega od teh izdelkov. Če primerjamo različne izdelke, ki izpolnjujejo isto funkcijo (v našem primeru konstrukcijski spoj), je opredelitev funkcionalne enote še posebej pomembna. Glavni namen funkcionalne enote je sklicevanje na vse vhode in izhode iz sistema. Naslednji pomemben korak v LCA je opredelitev meje sistema, skozi katere vstopajo surovine, kot so energija in materiala ter izstopajo rezultati, vključno z blagom in aktivnostmi. Materiali in energije za funkcionalno enoto znotraj meje sistema se ocenjuje na osnovi njihovih okoljskih obremenitev. Za oceno življenjskega cikla izdelkov, materialov in procesov se uporabljata uporabljata dve različni metodi LCA: pro cesni ravni in • analiza na procesni • ekonomska analiza vhodov - izhodov. 158


Analize na procesni ravni je podlaga veljavnih standardov ISO [6, 7], tako da je večina LCA izvedenih z uporabo te metode, kjer je ocenjena uporaba virov, emisija v okolje iz glavnih proizvodnih procesov ter nekateri pomembni prispevki dobavne verige. Druga metod, ki jo je predlagal Leontief [8], razišče različne ekonomske transakcije povezane z zahtevami glede virov in okoljske emisije. Metoda temelji na uporabi vhodno-izhodnih preglednic, ki modelirajo celotno gospodarstvo s finančnimi transakcijami med zbirnih gospodarskih gospodarskih sektorjih.

3. OKOLJSKA PRESOJA

Cilj te raziskave je primerjati okoljske vplive dveh različnih načinov izdelave pri dveh različnih konstrukcijskih spojih. Prva oblika spoja je enostaven spoj plo čevin, medtem ko je druga zasnova spoja nosilec - steber bolj kompleksne narave . Predvidena načina izdelave spojev sta dva in sicer varjenje in vijačenje. Izvedena študija naj bi zagotovila projektantom boljše razumevanje vplivov na okolje njihovih njihov ih konstrukcijskih konstrukcijskih detajlov. Uporabljena porab ljena ocena življenjskega cikla ima perspektivo perspek tivo »od zibelke zibelke do vrat«. vr at«. Začne se s surovinami su rovinami in energijo v proizvodnji in konča, ko je konstrukcijski spoj izdelan. V tem primeru izpustimo fazo uporabe in odlaganja. Perspektiva »od zibelke do vrat« se pogosto uporablja, kadar popolne LCA ni mogo če izvesti iz razloga, kot je pomanjkanje nekaterih podatkov. Okoljske ocene temeljijo temeljijo na n a javno dostopnih virih, kot so brezplačne baze ELCD [9], saj je bilo nemogoče, da bi dobili podatke od proizvajalcev. Na trgu je na voljo veliko število posebnih metod LCA, podatkovnih baz in programskih orodij, vendar je cena programskih orodij LCA lahko zelo visoka. To je razlog, da se nismo odločili izvesti analizo z uporabo komercialne programske opreme. Nekateri izračuni so narejeni z uporabo preglednic EXCEL in spletne aplikacije EPA GHG Equivalencies Calculator [10].

3.1. Enostavni spoj plo čevin Prvi korak v tej presoji je bilo projektiranje spoja, kjer eno stran spoja predstavlja kotni var, medtem ko je na drugi strani uporabljen vijačni spoj, kot je prikazano na sliki 2. Uporabljene so bile ploš če iz jekla S235 JR s širino 100 mm in debeline t = 10 mm. Dolžina teh jeklenih plošč ni pomembna, saj ta del materiala ne bo vključen v analizo kot ko t vhodni material v LCA. Da bi dosegli enako nosilnost varjenega in vijačnega spoja je bil potreben osnovni trdnostni izračun. Enakovredno nosilnost trem vijakom M20 x 60 razreda 5.8 (prednapeti) z ustreznimi maticami in podložkami predstavlja kotni zvar velikosti a = 7 mm (enak 0,7 t) in dolžine dolžine 69 mm na obeh straneh jeklene pločevine.

Slika 2: Shematski prikaz obravnavanega enostavnega spoja ploč evin evin

Slika 3: Meje sistema za proces varjenja (levo) in vijač enja enja (desno) 159


V tem primeru funkcionalno enoto predstavlja vsak posamezni spoj, varjen oz. vijačen. Zaradi primerjalne narave študije, lahko jeklene plošče kot vhodni material zanemarimo, saj imajo enak vpliv v primeru varjenega ali vijačnega spoja. Meja sistema je opredeljena na sliki 3 ter zaokrožuje skupek surovin, energije in procesov, ki so vključene v LCA za varjene (leva stran) in vijačne spoje spo je (desna stran). Procesi, ki niso vključeni v analizo, so: • razmaščevanje pred varjenjem v primeru varjenega in po vrtanje v primeru vijačnega spoja; • vmesno in kon čno brušenje zvara, če je potrebno; • končno NDT testiranje testiranje zvara; zvara ; • odlaganje/recikliranje odpadkov, kot so embalaže; embalaže; • drugi procesi (projektiranje, skladiščenje materiala, vzdrževanje strojev,…). V primeru kotnega zvara, je zvar izdelano z uporabo MAG načina varjenje z nelegirano jekleno elektrodo žico φ1,2 mm v zaščiti plinske mešanice 82% Ar in 18% CO2. Zvar je izdelan v treh prehodih, pri čemur je jakost varilnega toka približno 220 A, varilna napetost 22 V in hitrost varjenja 0,2 m/min. Pretok zaščitnega plina je enak 15 l/min. Kot izkoristek vira energije za obločno varjenje je bila vzeta povprečna vrednost 80%, izkoristek dodajnega materiala pa je za MAG način varjenja približno p ribližno 95%. Kar zadeva vhodne podatke za transportne procese so vzeti podatki reprezentativni za Evropo. Podobno je pri proizvodnji jekla za elektrodno žico, vijake, matice in podložke, upoštevano evropsko povpreč je , kjer se uporablja 90% recikliranega odpadnega jekla. Emisije pri varjenju, povezane z neposrednim taljenje elektrode žice in osnovnega materiala, temeljijo na različnih preteklih p reteklih meritev emisij pri varjenju v arjenju v zaš zaščitnem plinu [11]. Na osnovi raziskave in preračuna elementov znotraj mej sistema, prikazanih na sliki 3 za varjeni spoj, so rezultati specifičnih emisij toplogrednih plinov in drugih onesnaževalcev podane v tabeli 1. Prvi stolpec predstavlja emisije za 0,414 m kotnega vara, kar ustreza šestkratni dolžini varka (celoten varjeni spoj je sestavljen iz treh prehodov na obeh straneh jeklene pločevine). Desni stolpec tabele 1 prikazuje rezultate specifičnih emisij za vijačen spoja, kjer so uporabljeni trije vijaki (vključno z maticami in podložkami). V izračunu je vključeno tudi vrtanje lukenj, medtem ko je za privitje vijakov bila uporabljena u porabljena človeška sila. Tabela 1: Primerjava specifič nih nih emisij v [kg] za enostavno zasnovo varjenega (levo) in vijač nega nega spoja (desno) TGP/Onesnaževalec CO2-Ogljikov dioksid CO-Ogljikov monoksid CH4 – Metan N2O-Didušikov monoksid NOx-Dušikov oksid HFC-Hidrofluoroogljikov HFC-Hidrofluoroogljikov plin CF4-Perfluoroogljikov -Perfluoroogljikov plin SO2-Žveplov dioksid SF6-Žveplov -Žveplov hexafluorid Skupaj CO2 ekivalent

Varjeni spo spo j Emisije Emisije v zrak[kg] 0,414m zvara 0,2 0,0022 0,00038 0,0000025 0,00031 2,1E-09 9,5E-10 0,00032 5,8E-09 0,25

Vijačen spoj Emisije v zrak [kg] Vijačne zveze M20 – 3 kom 1,36 0,013 0,0032 0,000023 0,0027 0 0 0,0025 3,4E-08 1,75

Tabela 2: Primerjava porabe energije en ergije za varjeni in vijač en en spoj Varjeni spoj Energija Energija [kJ] Vhodni materiala 81,0 Varjenje 751,4 Poraba energije 832,4

Vijačen spoj Energija Energija [kJ] Vhodni material 285,4 Vrtanje 554,2 Poraba energije 839,6

V drugem koraku analize enostavnega spoja je bila narejena primerjave količine energije, ki je potrebna za izdelavo spoja (tabela 2). Izračunana poraba energije za vhodni material v primeru varjenega spoja so energije, porabljene za proizvodnjo elektrod žice in zašč itni plin, medtem ko je v primeru vijačnega spoja to energija potrebna za proizvodnjo vijakov, matic in podložk. Energija potrebna za privijanje vijakov ni vključen, ker je vir le-te človek. Iz rezultatov v tabelah 1 in 2 je razvidna opazna razlika med varjenim in vijačnim spojem v korist varjenega spoja. Slednje velja zlasti v primeru skupne emisije CO2 ekvivalenta, saj je le-ta okoli ok oli sedemkrat višja za vijačen 160


spoj, medtem ko je celotna poraba energija približno enaka v obeh primerih. Če pogledamo v ozadje nastanka vrednosti CO2 ekvivalenta za vijačen spoj ugotovimo, da skoraj 1,18 kg CO2 ekvivalenta nastane zaradi priprave treh izvrtin (odstranjevanje 0,25 kg jekla). Pri oceni porabe energije za varjeni spoj pa ne smemo pozabiti, da je energija za brušenje (če se pojavi potreba) in kon čno NDT preskušanje ni vklju čena. Ena od pomembnih razlik med obema modeloma je tudi v količini vhodnega materiala, ki je potrebna za zagotovitev zadovoljive nosilnosti spoja. V primeru varjenega spoja predstavlja vhodni material le var s težo 0,06 kg jekla, medtem ko v primeru vijačnega spoja, teža okoli 0,64 kg jekla (vijaki, matice, podložke). To je tudi razlog za višje vrednosti porabe energije za izdelavo vhodnega materiala v primeru vija v ijačnega spoja.

3.2. Spoj nosilca nosilca s stebrom V drugem delu raziskave smo analizirali spoj nosilca s stebrom, ki je bil projektiran v lit. [12, 13]. V omenjenem raziskovalni študiji je bila izvedena primerjava statične in dinamične nosilnosti varjenega ter vijačnega spoja. Za potrebe naše analize smo izbrali dva po nosilnosti primerljiva spoja prikazane na sliki 4. Podobno kot v primeru enostavnega spoja pločevin, je bilo tudi v tem primeru uporabljeno jeklo razreda S235 JR. Za vijačni spoj so bile uporabljene prednapete vijačne zveze M16 razred 8.8. Za potrebe nosilnosti so bili pri vijačnem spoju dodani še kotniki dimenzij 120x120x10. Varjeni spoj je bil izdelan z uporabo MAG načina varjenja. Vsi zvari so kotni z velikostjo a = 7 mm (enako kot v primeru enostavnega spoja). Pridobivanje podatkov in izra izračun sta bila izvedena na podoben način kot v primeru enostavnega en ostavnega spoja. Rezultati presoje vplivov na okolje so prikazani v naslednjih dveh tabelah.

Slika 4: Varjen (levo) in vijač en en (desno) spoj nosilca s stebrom [11] Tabela 3: Primerjava specifič nih nih emisij v [kg] za spoj nosilca s stebrom TGP/Onesnaževalec TGP/Onesnaže valec CO2-Ogljikov dioksid CO-Ogljikov monoksid CH4 – Metan N2O-Didušikov monoksid NOx-Dušikov oksid HFC-Hidrofluoroogljikov plin CF4-Perfluoroogljikov -Perfluoroogljikov plin SO2-Žveplov dioksid SF6-Žveplov hexafluorid Skupaj CO2 ekivalent

Varjeni spoj Emisije v zrak [kg] 1,73 0,019 0,0033 0,000022 0,0027 0,000000018 8,3E-09 0,0028 5,0E-08 2,16

Vijačen spoj Emisije v zrak [kg] 10,98 0,10 0,027 0,00016 0,020 0 0 0,021 3,6E-07 14,18

Tabela 4: Primerjava porabe energije en ergije za varjeni in vijač en en spoj nosilca s stebrom Varjeni spoj Energija Energija [kJ] Vhodni materiala 704,3 Varjenje 6533,9 Poraba energije 7238,3

Vijačen spoj Energija Energija [kJ] Vhodni material 4154,5 Vrtanje 2212,7 Poraba energije 6367,2

Podobno kot v primeru enostavnega spoja je tudi pri spoju nosilca s stebrom skupna vrednost CO 2 ekvivalenta za primer vijačnega spoja skoraj 7-krat več ja kot v primeru varjenega spoja. spo ja. S tega vidika v idika gledano je varjeni 161


spoj bolj okolju prijazen kot vijačen spoj. Po drugi strani pa je poraba energije več ja v primeru, ko je bilo uporabljeno varjenje kot izdelovalni proces. Če bi tej vrednosti dodali še energijo potrebno za brušenje in NDT testiranje končne vara, ki smo jih zanemarili, bi bila vrednost porabe energije energije še višja.

4. ZAKLJUČEK

Da bi razumeli, kateri tip spoja glede na razlike v izdelovalnem postopku, je optimalnejši iz okoljskega vidika, je bil izvedena presoja p resoja z uporabo upo rabo LCA. LCA. Če bi želeli dobiti popolno sliko o vplivu na okolje bi morali upoštevati številne dejavnike, vendar je ocena v tej študiji temeljila na dveh parametrih: celotna emisija CO2 ekvivalenta in skupna poraba energije. Dobljeni rezultati nakazujejo, da je potrebno v presoji ocenjevati oba parametra, saj lahko v grobem zaključimo, da je glede na skupno emisijo CO2 ekvivalenta varjenje okolju oko lju prijaznejši prijaznejši postopek, postop ek, medtem ko je za parameter skupna skupn a poraba energija energija vijačenje manj potratno od varjenja. Pri tem pa ne smemo pozabiti, da ocena ne pokriva celotnega življenjskega cikla spojev. V fazi recikliranje/ponovne uporabe, bi vijačni spoji lahko pridobili neko manjšo prednosti, ker bi vijačne spoje lahko reciklirali (ponovna uporaba ni možna). Uporaba visoko-trdnostnih jekel v konstrukcijah je druga prednost za vijačne spoje. Poraba energije pri varjenem spoju bi v tem primeru višja za energijo potrebno za predgrevanje in bi posledično bil okoljski vpliv manj ugoden. Če upoštevamo še možna popravila zvarov, potem varjenje izgublja vso prednost. LCA uporabljena v tej študiji pa ima določene omejitve, ki jih je potrebno poudariti: • funkcionalna enota in meje sistema sta bile določene na način, da je možna primerjava rezultatov, medtem ko so lahko absolutne vrednosti rezultatov zavajajoče; • za podrobnejšo LCA bi bil potreben natančnejši nabor podatkov o vseh osnovnih procesih znotraj meje sistema (npr. podatki za NDT, brušenje,…); • rezultati so geografsko odvisni. Vsaka izdelovalna tehnologija ima svoje prednosti in slabosti pri uporabi v proizvodnji ali montaži. Pri sprejemanju projektantskih odločitev so na prvem mestu kriteriji povezani s strukturno stabilnostjo in varnostjo, šele temu lahko sledijo tudi ekonomske, socialne socialne in okoljske ocene.

5. LITERATURA

1. Werner J. T.: Comparison of environmental impacts of steel and concrete as building materials using the Life Cycle Assessment method, Thesis, Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Civil and Environmental Engineering, 2006. 2. Sutherland J., Gunter K., Allen D., Bauer D., Bras B., Gutowski T., Murphy C., Piwonka T., Sheng P., Thurston D., Wolff E.: A global perspective on the environmental challenges facing the automotive industry: state-of-the-art and directions for the future, International Journal of Vehicle Design, 34(2), 2004, str. 86-110. 3. Shama M.A.: Life cycle assessment of ship, Alexandria Engineering Journal, 43(5), 2004, 2004, str. 631 631-637 -637 4. Struckl W., Wimmer W.: Green Line - strategies for environmentally improved railway vehicles, Advances in life cycle engineering for sustainable manufacturing businesses, Part 2, Proc. 14th CIRP Conference, Tokyo, Japan, 2007, str. 77-82. 5. Maltby J.: Environmental audit: aud it: theory and practices. Managerial Managerial Auditing Journal, Jo urnal, 10(8), 1995, 1995, str. 15–26. 6. Environmental management - Life cycle cycle assessment - Principles and framework f ramework (ISO 14040:2006). 14040:2006). 7. Environmental management - Life cycle assessment - Goal and an d scope definition and inventory analysis (ISO (ISO 14041:1998) 8. Leontief W.: Input–output analysis, The new palgrave. A dictionary of economics, Vol. 2, 1987, str. 860– 864. 9. ELCD core database version II, http://lca.jrc.ec.europa.eu/lcainfohub/datasetArea.vm 10. EPA Greenhouse Gas Equivalencies Calculator, http://www.epa.gov/cleanenergy/energyresources/calculator.html#results 11. Rihar G., Suban M.: Fume emission in arc welding, w elding, Zavarivanje, Zavarivanje, 39(6), 1996, 1996, str. 189-198 12. Calado L., Simoes da Silva L., Simoes R.: Cyclic Behavior of Steel and Composite Beam-to-Column Beam-to-Column Joints, Joints, th Proc. 4 International Workshop on Connections in Steel Structures, October 2000, paper No. 577, Roanoke, USA. 13. Calado, L. and Mele, E.: Experimental Behavior of Steel Beam-to-Column Joints: Fully Welded vs Bolted Connections, Proc. 12th World Conference on Earthquake Engineering, January 2000, paper No.2570/6/A, Auckland, New Zealand.

162


Kakovostna zaš čitna oprema – investicija v zdravje varilcev in višjo storilnost Rok Lužar, Franjo Franjo Lužar Weld d.o.o., Veselovo nabrežje 2a, 1234 12 34 Mengeš Mengeš

Povzetek Varilci so pri svojem delu izpostavljeni izpostavljeni številnim, zdravju resno r esno nevarnim nevarnim vplivom varjenja. V veliki večini z njimi niso seznanjeni, a tudi v nasprotnem primeru zaradi premajhne ozaveščenosti svojih delodajalcev prepogosto niso delež d eležni ni nujno nu jno potrebne ustrezne zaš zaščitne opreme.

1. UVOD Uporaba neustrezne osebne zaščitne opreme pri varjenju prinaša številne negativne posledice tako za uporabnika kot tudi za njegovega delodajalca. S stališča uporabnika (varilca) gre za negativne zdravstvene posledice, ki jih povzročajo predvsem izpostavljenost sevanju ultravijolične (UV) in infrarde če (IR) svetlobe ter izpostavljenost izredno škodljivim plinom, ki se sproščajo med varjenjem. Neustrezna zaščita varilca delodajalcu povzroča nepotrebne stroške iz naslova bolniških odsotnosti, kadrovanja (bolezni, fluktuacija, posledično uvajanje novih kadrov,…) in morebitnih vloženih zahtevkov po odškodninah zaradi nastalih poklicnih bolezni in poškodb pri delu. Ustrezna, torej dovolj kakovostna osebna zaščitna oprema, v veliki meri preprečuje zgoraj našteto. So časno zagotavlja višjo storilnost varilcev, ki prav tako vpliva na boljše poslovne rezultate podjetja. Škodljivim vplivom varjenja so izpostavljeni predvsem koža, oči in dihala varilca. Zato je nujno, da je varilec opremljen z osebnimi zaščitnimi sredstvi, ki mu te dele telesa zavarujejo. 2. IZPOSTAVLJENOST KOŽE VARILCA ŠKODLJIVIM VPLIVO VP LIVOM M VARJENJA Koža varilca je pri varjenju potencialno izpostavljena tekočemu zvaru in iskram, predvsem pa zelo močnemu UV sevanju, ki dokazano zvišuje tveganje za nastanek kožnega raka. Nujno je torej potrebno zagotoviti, da so prav vsi deli telesa povsem zaščiteni pred UV žarki, kar dosežemo z ustrezno usnjeno obleko (hlače, jakne, predpasniki), usnjenimi rokavicami in varilno masko. 2.1. Ustrezna U strezna varilna varilna maska ma ska Maska, ki ustrezno ščiti obraz pred nastankom n astankom kožnega raka, mora biti: Naglavna. Ročna varilna maska zelo zelo slabo ščiti obraz pred p red UV sevanjem. • Naglavna. avtoma tskim varilnim varilnim filtrom. • Opremljena z ustreznim avtomatskim dizajnirana. Izdelana je tako, da ščiti varilčev celotni obraz, vključno z ušesi in vratom. • Ustrezno dizajnirana. Priporočljiva je tudi uporaba usnjene zaščite za vrat, s katero po potrebi nadgradimo naglavno varilno masko.

Slika 1.: Primer maske, ki ustrezno (leva slika) in neustrezno neu strezno (desna slika) š č i ti obraz varilca čiti

163


Le takšna maska v vsakem trenutku ščiti obraz varilca pred nevarnim UV sevanjem in posledično pred kožnim rakom. Seveda poleg zaščite ne smemo zanemarjati udobja varilca, kar pomeni, da mora biti maska predvsem p ravilno uravnotežena. čim lažja in pravilno

3. IZPOSTAVLJENOST OČI VARILCA ŠKODLJIVIM ŠKODLJIVIM VPLIVOM VARJENJA VARJENJ A Pri varjenju nastaja očem nevarna UV in IR svetloba, ki ob neustrezni zaščiti povzroča trajne poškodbe oči. IR svetloba povzroča poškodbe o česne leče in vodi do nastanka o česne mrene. UV svetloba pa povzro ča vnetje roženice (keratitis) ter poškodbe očesne mrežnice. Kratkoročni simptomi, to je občutek varilca, da ima v očesu več je koli ko ličine peska, sicer izginejo najkasneje v 36 urah, ostanejo pa brazgotine, ki na dolgi rok vodijo v trajno okvaro vida in celo slepoto. Zato je pri varjenju nujna uporaba naglavne varilne maske, ki ima vgrajen ustrezen, dovolj kakovosten avtomatski varilni filter, saj le ta zagotavlja 100% zašč ito oči pred nevarnim UV in IR sevanjem. 3.1. Ustrezen U strezen avtomatski varilni filter Ustrezen, stre zen, torej dovolj kakovosten avtomatski varilni filter: in IR zaš č i to oč i.i. • Zagotavlja 100% UV in čito • Omogoč a nemoteno delo. Filter zagotavlja zagotavlja ustrezno hitrost reagiranja in zaznavo. p red, med in po varjenju. S tem ne povzroča drugih okvar vida, nervoze, • Zagotavlja dobro vidljivost pred, glavobolov ipd… Ocene osnovnih optičnih lastnosti filtra, ki jih predpisuje standard EN 379 in variirajo od 1 do 3, morajo biti po zakonu navedene na vsakem avtomatskem varilnem filtru. Številka 1 pomeni najboljšo možno oceno posamezne lastnosti filtra, številka 3 pa je n ajnižja možna še sprejemljiva spr ejemljiva ocena. Gre za ocene popačenja slike, sipanja svetlobe, homogenosti filtra in kotne odvisnosti, v navedenem vrstnem redu (npr. 1/1/1/1). 1/1/1/1).

Slika 2: Ocene optič nih nih lastnosti filtra •

Uradno zagotavlja uporabniku visoko stopnjo kakovosti in varnosti. varnosti . Kakovosten filter ima s strani pristojnega certifikacijskega urada (DIN Certco) pridobljenih čim več in čim strožje certifikate. Obvezen je certifikat CE, zahtevnejši certifikat DIN, najzahtevnejši pa prestižni in nadstandardni certifikat DINplus, ki uporabniku uporabn iku uradno zagotavlja zagotavlja najvišjo stopnjo stop njo kakovosti in varnosti.

164


Slika 3: DIN D IN Certco certifikacijska certifikacijska piramida p iramida

Omogoč a uporabniku različ ne nastavitve, glede na obseg ob seg in zahteve delovneg delov negaa postopka. Kakovostni avtomatski varilni filtri omogočajo nastavitev stopnje zatemnitve, nastavitev stopnje občutljivosti, nastavitev odpiralnega časa (delay) in so uporabni pri vseh vrstah elektro varjenja (REL, MIG/MAG, TIG), kot tudi pri plazma varjenju, plazma rezanju in brušenju. br ušenju. uporabniku dodatno udobje. Nad standardno veliko vidno polje dodatno pripomore k udobju • Nudi uporabniku varilca, hkrati pa mu omogoča boljše zaznavanje zaznavanje okolice o kolice in s tem več jo varnost pri delu. •

Kakovosten avtomatski varilni filter oči torej popolnoma zaščiti pred posledicami p osledicami škodljivega UV in IR sevanja. sevan ja. Zaradi dobrih optičnih lastnosti prav tako ne povzroča drugih okvar vida in hkrati zagotavlja več jo storilnost varilca in višjo kakovost varjenja.

165


Slika 4: Visoko-kakovostna avtomatska varilna maska BH3 / GRAND GDS ADCplus slovenskega proizvajalca Balder, č igar igar filtri imajo kot edini na svetu najboljše možne ocene optič nih nih lastnosti (1/1/1/1) in kot edini na svetu zagotavljajo »DINplus kakovost«

Med varjenjem pa se sproščajo tudi številni škodljivi plini, ki lahko povzro čajo očesna vnetja. Pred njimi se je moč zaščititi z ustreznimi odsesovalnimi sistemi ali sistemi sistemi za dihanje (ve (v eč o tem v poglavju po glavju 4.3.).

4. IZPOSTAVLJENOST DIHAL VARILCA ŠKODLJIVIM VPLIVOM VARJENJA Med varjenjem se sproščajo izredno škodljive snovi, kot so krom, nikelj, arzen, azbest, mangan, silicij, berilij, kadmij, dušikovi oksidi, fosgen, akrolein, spojine fluora, ogljikov monoksid, kobalt, baker, svinec, ozon, selen, cink… Vdihavanje dima, ki vsebuje te snovi, resno ogroža zdravje varilca. 4.1. Kratkoročne posledice izpostavljenosti dihal škodljivim vplivom varjenja Najpogostejše kratkoročne posledice vdihavanja drobnih kovinskih delcev in plinov, ki se sproščajo pri vnetje nosne sluznice, suho grlo, kašljanje, težko dihanje dihanje, slabost slabo st, pljuč nica in kovinska mrzlica varjenju, so vnetje (»metal fume fever «), «), ki je gripi podobna bolezen, ki traja 1-2 dni. Poleg bolezni dihal pa snovi, ki se sproščajo ajo med varjenjem, povzročajo tudi vnetje oči in vnetje kože. 4.2. Dolgoročne posledice izpostavljenosti dihal škodljivim vplivom varjenja sideroza Pogoste dolgoročne posledice vdihavanja kovinskih delcev in plinov, ki se sproščajo pri varjenju, so sideroza pljuč , pljuč ni rak, rak , Parkin Pa rkinsonova sonova bolezen b olezen,, manganizem manganizem,, bolezni kosti k osti in i n sklepov, sklepov, kronič na obolenja ob olenja živč nega sistema, ledvic in prebavil , astma, astma, pljuč ni edem, neplodnost, neplodnost, rak na na grlu, grlu, rak na seč ilih ilih in srč no-žilne bolezni. Sideroza pljuč , poznana tudi pod angleškima izrazoma »welder’s siderosis« oz. »welder’s lungs«, je posledica dolgotrajnega vdihavanja majhnih delcev železa. Ti povzročajo kronični bronhitis, nalaganje železa v pljučih ter razraščanje in brazg b razgotinjenje otinjenje pljučnega veznega tkiva, kar dolgoročno vodi do zmanjšanja kapacitete pljuč. rakom. V Sloveniji sicer Dejstvo je, da varilci prevzemajo 40% več je relativno tveganje obolelosti za plju za pljuč nim rakom. med celotno populacijo odkrijejo več kot 1000 primerov plju čnega raka letno, kar 90% obolelih pa umre prej kot v 5 letih. Posebej nevarna pa je tudi dolgotrajna izpostavljenost vdihavanju mangana, ki se sprošča pri večini varilnih procesov, saj povečuje tveganje obolelosti za Parkinsonovo boleznijo in njej podobno boleznijo, imenovano manganizem manganizem.. Parkinsonova bolezen je med varilci desetkrat pogostejša kot med nevarilci, v povpreč ju pa se pojavi dvajset let prej. Posledice previsoke ravni mangana v telesu, med drugim poškodbe pljuč, jeter, ledvic in centralnega živčnega sistema ter težave s plodnostjo pri moških, se po raziskavah navadno pokažejo šele v obdobju od desetih do dvajsetih d vajsetih let. Opozoriti velja tudi na škodljive snovi, ki se sproščajo med varjenjem nerjavečih jekel. Kljub temu, da takšno pa re,, ki se sproščajo med varjenjem varjenje na prvi pogled izgleda dihalom nenevarno, pa so krom-nikljeve so krom-nikljeve pare nerjavečih jekel, visoko v isoko rakotvorne, hkrati pa povzročajo kronične napade astme astme in resna pljučna obolenja.

4.3. Zaščita varilca pred škodljivimi vplivi snovi, ki se sproščajo med varjenjem Škodljivim vplivom kovinskih delcev in plinov, ki se sproščajo med varjenjem, se je moč izogniti tako z uporabo stacionarnega odsesovalnega sistema nad varilnim mestom kot tudi z uporabo dihalnega sistema za čiščenje zraka, ki je nadgradnja naglavne avtomatske varilne maske. Stacionarni odsesovalni sistem nudi ustrezno zaščito na določenem varilnem mestu, medtem ko uporaba sistema za dihanje varilcu poleg ustrezne zašč ite omogoča tudi mobilnost na delovnem mestu.

166


Slika 5: Sistem za za dihanje Balder Balder Clean - air BH3 AIR AIR Grand GDS GDS (zaš č čitni itni razred TH3)

Na sliki 5 je prikazan model dihalnega sistema, ki preko filtra, nameščenega na hrbtu varilca, v masko dovaja prečiščen zrak. Izdelek temelji na višjem tlaku zraka v maski in lahko, odvisno od izbire filtrov, varilca ščiti pred prahom, aerosoli, toksičnimi delci in škodljivimi plini. Največ ja učinkovitost se torej doseže s primerno izbiro filtrov glede na vrsto kontaminacije. Seveda so na voljo tudi sistemi, ki varilcu v naglavno masko dovajajo zrak iz drugega prostora, v katerem je zrak čist.

4.4. Ustrezen dihalni sistem za čiščenje zraka (kot nadgradnja naglavne avtomatske varilne varilne maske) Ustrezen stre zen dihalni sistem za č iščenje zraka: • Uradno zagotavlja uporabniku visoko stopnjo varnosti. Evropski standard določa tri osnovne razrede zašč ite prepustnosti onesnaženega zraka, pri čemer je podeljena oznaka TH1 najslabša še vedno sprejemljiva, TH3 pa najvišja možna. mo žna. Zašč itni razredi ra zredi po evropskem standardu EN 12941 so: TH1 - 10% (povprečna prepustnost onesnaženega onesnaženega zraka) TH2 - 2% (povprečna prepustnost onesnaž on esnaženega enega zraka) TH3 - 0, 2% (povprečna prepustnost onesnaž o nesnaženega enega zraka) iš č e n zrak direktno v predel p redel ust in nosu. Ustrezni sistem ima v masko vgrajen • Uporabniku dovaja preč iš čen zračni kanal (šobo), skozi katerega zrak potuje direktno v predel ust in nosu, torej tja, kjer je najbolj potreben. Poleg tega ima za zagotavljanje še več jega udobja u dobja vgrajen tudi poseben »air grill«, s katerim k aterim se uravnava smer toka zraka navzgor ali navzdol (slika 6). ma ski vgrajen kakovosten kako vosten avtomatski varilni filter. fi lter. Kakovost avtomatskega varilnega • Ima v naglavni maski filtra sicer nima vpliva na zaš zaščito varilčevih dihal. dih al. Je pa izjemnega izjemnega pomena pri zaščiti oči pred nevarnim UV in IR sevanjem (več o tem v poglavju 3.1.).   

167


Slika 6: Naglavna varilna maska Balder BH3 AIR

5. ZAKLJUČEK Varilci so pri svojem delu izpostavljeni številnim zdravju resno nevarnim vplivom varjenja. V veliki večini z njimi niso seznanjeni, a tudi v nasprotnem primeru zaradi premajhne ozaveščenosti svojih delodajalcev prepogosto niso deležni nujno potrebne ustrezne zaščitne opreme. Skrb za zdravje zaposlenih pomeni v prvi vrsti spoštovanje pravil etičnega odnosa do sočloveka in širšega družbenega okolja. Poleg tega pa se odgovorni v podjetjih premalo zavedajo, da ima skrb za zdravje zaposlenih tudi povsem ekonomske razsežnosti. Poslovni uspeh podjetja je namreč v največ ji meri odvisen od njegovih konkuren čnih prednosti v primerjavi z ostalimi podjetji. Viri konkuren čnih prednosti pa so lahko razli čni in se tekom let spreminjajo. Če sta bila v preteklosti najsodobnejša tehnologija in finančni kapital glavna načina za doseganje konkurenčnosti, pa temu danes zaradi razmeroma enostavnega dostopa do njih ni več tako. Ključni dejavnik konkurence je postal način, kako sta razpoložl r azpoložljiva jiva tehnologija tehno logija in kapital uporabljena. upor abljena. Zato Zato človeški viri oz. zaposleni in njihove zmožnosti predstavljajo najpomembnejši vir podjetja. Pri svojem delu pa so lahko uspešni le, če so motivirani, opremljeni z ustrezno delovno opremo in zdravi. Literatura: • • • • • • •

http://www.dincertco.de http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12645092 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12585507 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14647549 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14681078 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19181573 http://oem.bmj.com/content/early/2010/06/27/oem.2009.051086.abstract

168

Zbornik DVT2012-Rev 00

Recommend Documents