SVAŘOVÁNÍ TIG NOVÉ GENERACE

SDSM 6/2003
SVAŘOVÁNÍ TIG NOVÉ GENERACE
Kompletní digitalizace a technika aktivní vlny
Bohumil Křivda - z podkladů firmy Fronius
Jak zvýšit výkon při svařovacím procesu?
Ta otázka zajímá nejen inženýry z výzkumných pracovišť. Oni jsou
však těmi, kdo na ně dávají odpovědi. Je zřejmé, že výkon ovlivňují
schopnosti svářeče a kvalita svařovacího zdroje. A také možnosti
komunikace mezi svářečem a zdrojem. Všechny tyto faktory vedli
v patrnosti vývojoví pracovníci firmy Fronius při rozpracování konceptu
svařovacích zdrojů TIG nové generace.
Technika aktivní vlny vytvořila nový standard svařovacího postupu TIG, zejména
pokud jde o stabilitu oblouku a nízkou hladinu hluku. Uživatelům svářeček řady
MagicWave a TransTig připadá nyní zcela snadné provádět perfektní svary TIG
ve výrobě, při montáži, při údržbě, anebo při opravách v terénu. Perfektnost se
projevuje v takových vlastnostech, jako jsou vysoký výkon v poměru k velikosti
přístroje, nízká hluková hladina, stabilní oblouk, jednoduchá obsluha, krátké pracovní
časy a v neposlední řadě také svary prvotřídní kvality. Pod označením
MagicWave rozumíme svařovací zdroje stejnosměrného (DC) i střídavého (AC)
proudu určené pro svařování nízko- i vysokolegovaných ocelí, barevných kovů
a hliníkových, příp. hořčíkových slitin. Označení TransTig je vyhrazeno pro stejnosměrné
provedení svářeček určené především pro svařování nízko- a vysokolegovaných
ocelí a barevných kovů. Uživatele, který svařuje postupem TIG,
anebo obalenou elektrodou, podporuje řada provozních režimů a speciálních
funkcí. Vzhledem k tomu, že se tyto přístroje napájejí běžným síovým napětím
230 V a přes veškeré technické a funkční vybavení mají nízkou hmotnost, může
je svářeč pohodlně používat i pro práce na staveništi.
Základem je digitalizace
Novou generaci přístrojů TIG firmy Fronius charakterizuje kompletní digitalizace
prostupující celý přístroj od ovládacího panelu až k vlastnímu oblouku. Řídicí
jednotku těchto svářeček tvoří mikroprocesor doplněný digitálním signálovým
procesorem. Cíleně vyvinuté řídící algoritmy se starají o udržení pracovních
parametrů na nastavené úrovni. To se pak projevuje v preciznosti svařovacího
procesu, kterou v takovéto míře dosavadní praxe dosud nepoznala, v exaktní
reprodukovatelnosti pracovních výsledků a v pozoruhodných svařovacích vlastnostech.
Pro tyto svářečky je rovněž charakteristická sériová výbava pro pulzní
i bodovací funkci, stehovací program, stovka paměových pozic pro uložení libovolně
nadefinovaných svařovacích programů, zámek ovládacích tlačítek a přípojka
pro dálkové ovládání.
Síové napětí
Odběr proudu ze sítě
konvenční jednofázový invertor
23 A (primár)/130 A (sekundár)
Odběr proudu ze sítě
MagicWave 2200/TransTig 2200
15,5 A (primár)/130 A (sekundár)
Obr. 2 Na rozdíl od konvenčních jednofázových invertorů zabezpečují přístroje
MW 2200/TT 2200 pomocí PFC-modulu při sinusovém napájecím napětí rovněž
sinusový odběr proudu
sinusovým odběrem. Digitální řídicí jednotka mimoto zajišuje vysoké hodnoty
sekundárního proudu a zlepšenou účinnost (obr. 2). Zvláštní pozornost věnovali
vývojáři ovládacímu panelu, který představuje uživatelské rozhraní. Při funkčních
testech zjišovali svářeči potenciální nedostatky a vytvořili tím základ pro
požadované funkční vlastnosti a konzistenci celého přístroje. Praktické zkoušky
pak potvrdily účelnost intuitivní obsluhy, jasné vedení uživatele a z toho vyplývající
krátké zaškolovací doby.
Zapalování s dotykem nebo bez něj
Svářeč má principiálně možnost volby mezi bezdotykovým vysokofrekvenčním
(VF) zapalováním a dotykovým zapalováním. Poslední způsob je vhodný tam,
kde by mohly vysokofrekvenční impulzy rušit citlivé elektronické přístroje: jako
příklad můžeme uvést výrobní provozy, nemocnice nebo elektrárny. Při
dotykovém zapalování se digitální technika stará o to, aby nedocházelo ke vzniku
wolframových vměstků.
Aktivní vlna – nízká hluková hladina a stabilní proces
29
Obr. 1 Ovládací panel významně usnadňuje intuitivní obsluhu nových přístrojů
Zatímco má odběr proudu ze sítě u konvenčních jednofázových invertorů
špičkový průběh, vyznačuje se nová generace přístrojů TIG „plochým“
Kritickým momentem konvenčních typů invertorů TIG pro střídavý proud je průchod
nulou, při kterém dochází k přepólování a k novému zapálení. V případě
obdélníkového průběhu přitom vzniká známý nepříjemný hluk. Sinusový průběh
se zase vyznačuje vysokofrekvenční superpozicí. V porovnání s tímto se nové
přístroje série MagicWave vyznačují jednou významnou inovací – technikou
aktivní vlny (Active Wave). V tomto případě vypočítává digitální signálový procesor
kontinuálně a v reálném čase ideální průběh křivky střídavého proudu
(AC). Výsledkem je na jedné straně hladký průběh nulou, bez vysokofrekvenční

SDSM 6/2003
superpozice a na druhé straně optimální stabilita oblouku projevující se v průběhu
svařovacího procesu spolu se snížením hladiny hlukové emise.
Technickým důsledkem je vysoká kvalita a rovnoměrné provedení svaru. Nízká
hluková hladina působí kromě jiného příznivě i na práci svářeče. K rozhodujícím
přednostem v tomto případě patří svařování „podle sluchu“ a práce v nestresujícím
prostředí (obr. 3).
Průměr kaloty: 1 mm
3,2 mm
Základní materiál: AlMg3
AlMg3
Síla plechu: 5 mm
5 mm
Svařovací proud: 185 A
185 A
Svařovací napětí:15,6 V
15,6 V
AC-balance: -5 0
Obr. 5 Nové přístroje MagicWave mohou pracovat při zašpičatělé elektrodě
s podstatně menší kalotou (např. o průměru 1 mm). Výsledkem je pak dokonalé
provaření kořene.
Práce se zašpičatělou elektrodou a náležitě přizpůsobenou kalotou optimalizuje
např. tvorbu koutových svarů. Příslušné svarové zkoušky prokázaly dokonalé
provaření kořene (obr. 4).
Hlasitost konvenčního invertoru
Redukovaná hlasitost v důsledku
působení aktivní vlny
Obr. 3 Nová technologie Active Wave nabízí praktikovi lepší způsob svařování podle
sluchu a bezestresové pracovní podmínky
Automatická tvorba kaloty zvyšuje rentabilitu
Na začátku práce s novou elektrodou – v závislosti na jejím průměru – si svářeč
nastaví požadovanou velikost kaloty. Přístroj ji pak ve zlomku sekundy automticky
vytvoří. Samostatné vytváření kaloty na kousku mědi – jak tomu bylo doposud
– zde odpadá.
Tato časová úspora získaná automatickou tvorbou kaloty je sama o sobě významným
ekonomickým faktorem. V porovnání s manuálním postupem představuje
tato úspora v průběhu jednoho roku asi týden pracovního času na
jednoho svářeče. Tento údaj lze odvodit z následujících průměrných hodnot:
90 sekund uspořeného času na jednu operaci a osm těchto operací během jednoho
pracovního dne představuje 12 minut za den. Z toho pak vychází jedna
hodina v týdnu, ze které se nastřádá 40 pracovních hodin za rok. Tato úspora
sama o sobě odpovídá návratnosti investice (Return on Investment – ROI ) za
jeden až dva roky. Zvýšení rentability je zde evidentní.
Stehování metodou TAC
Při konvenčním stehování má svařovací proud konstantní hodnotu. Při stehovací
metodě TAC (z anglického tacking – stehování) se na základní proud superponuje
pulzující proudový průběh. Systém si při tomto provozu generuje příslušné
pulzní parametry automaticky, což znamená, že odpadá práce s nastavováním.
Výsledným efektem je cílené, krátkodobé spojování (vzájemné slévání)
obou tavných lázní „rozkmitaných“ střídavou superpozicí. Uživatel pak pracuje
při stehování plechů bez přídavného materiálu rychleji, hospodárněji a s vyšší
mírou provozní spolehlivosti. U obrobků s větším počtem stehovacích bodů pak
představuje výsledná časová úspora významný faktor.
Obr. 6 Charakteristickými znaky nové generace přístrojů TIG jsou vysoký výkon,
nízká hmotnost, intuitivní ovládání, rozličnost funkcí a univerzálnost i hospodárnost
jejich využití
Zapalování RPI – vyšší kvalita i hospodárnost
28
Čištění
Roztavení
Při svařování stejnosměrným proudem (DC) je elektroda připojená na záporný
pól. Takto pólovaná elektroda však zapaluje obtížněji a značně pomaleji. To platí
zejména v případě, kdy nebyla již delší dobu přebroušená. Proto nyní usnadňují
přístroje MagicWave stejnosměrné svařování funkcí „zapalování RPI“ (Reversed
Polarity Ignition = zapalování opačnou – tzn. kladnou polaritou). Jakmile se
oblouk zapálí, dojde k okamžitému přepojení elektrody na záporný pól.
Výsledkem zapalování systémem RPI je delší životnost elektrody, omezení její
oxidace, zkrácení pracovních časů a vyšší kvalita svarů. Tyto přednosti se
zvláště zřetelně projeví při automatizovaném nebo robotizovaném svařovacím
provozu.
Obr. 4 Za účelem očištění povrchu obrobku (odstranění kysličníkové vrstvy) u hliníku
se elektroda úmyslně póluje nejprve kladně.

SDSM 6/2003
Obr. 7 Nové svářečky MagicWave 1700/2200 a TransTig 2200 potřebují pro dosažení
perfektních pracovních výsledků ve výrobě, na montáži, v údržbě a při opravách
pouze zásuvku 230 V
Obr. 8 Vše na jednom místě nabízí nový svařovací hořák JobMaster TIG: vedle jeho
základní funkce, tedy svařování, také možnost dálkového ovládání a zobrazování
aktuálních hodnot
Komplexní systém
Celek znamená více, než prostý součet jednotlivých částí. Toto pravidlo platí také
pro novou generaci svářeček TIG firmy Fronius. Proto je tato přístrojová řada
základní částí širšího systému, jenž zahrnuje další doplňující komponenty, software
a rozšířenou výbavu. Některé z prvků tohoto systému zde ve stručnosti
uvedeme.
JobMaster TIG
Tento nový „inteligentní“ hořák TIG má vestavěné dálkové ovládání s displejem.
To umožňuje svářečovi přímo na jeho pracovišti vyvolávat, případně ovlivňovat
svařovací programy (JOBs), které chce mít pro dosažení optimálních pracovních
výsledků k dispozici. Displej mu pak zobrazuje parametry v digitální podobě.
V praxi se často vyskytují situace, kdy lze provádět svářečské práce pouze
s velmi dlouhým hadicovým vedením. Jako příklad můžeme uvést vnitřní prostory
reaktorů pro chemicko-technologické provozy. S hořákem JobMaster TIG
je možno provádět svářečské práce pohodlně také na takových místech, kde by
svařovací zdroj rušil, anebo by jeho umístění nebylo vůbec přípustné.
Ergonomicky tvarovaná rukoje hořáku přitom zabezpečuje snadnou manipulaci
bez předčasné únavy.
Díky fixačnímu pérovému prstenci sedí keramická plynová hubice na hořáku i při
různých teplotách stále dostatečně pevně, a přitom ji lze s tělesa hořáku kdykoliv
lehce sejmout. Manipulaci s hořákem rovněž usnadňuje otočné připojení
hadice. Nový je také připojovací systém F++, pomocí kterého lze provést
výměnu hořáku bez použití nástroje. Vedení vody a plynu jsou prostorově oddělená.
Tím je vyloučeno jakékoliv náhodné vniknutí vody do plynové hadice,
což minimalizuje riziko vzniku pórů při práci s hliníkem.
Uživatel může v případě hořáku JobMaster zvolit plynem nebo vodou chlazené
provedení.
Dálková ovládání
Vedle dálkového ovládání vestavěného do hořáku JobMaster TIG jsou k dispozici
ještě samostatné dálkové regulátory s ručním nebo nožním ovládáním.
Nasazení na staveništi
Nízká hmotnost každého z těchto třech přístrojů se projevuje příznivě zejména při
jejich nasazení na staveništi a při provádění opravářských prací v terénu. Pro případy,
kdy je nutno vzít na pracoviště kompletní systém včetně plynové láhve, je
k dispozici pojezd Easy LT.
Interface
Prostřednictvím digitálního rozhraní lze předávat libovolná data například na
počítač, robot, Feldbus a jiné externí systémy, případně propojovat přístroje do
sítě. To umožňuje s úspěchem nasazovat svařovací přístroje TIG do automatizovaných
svařovacích provozů.
Software
Řízení technických procesů prostřednictvím software a počítačů se stává významným
faktorem dnešní konkurenceschopnosti. Proto také i pro tuto novou
generaci přístrojů TIG dostane uživatel od firmy Fronius programy určené pro
optimalizaci svařovacích procesů, sběr, ukládání, zpracování, vizualizaci a archivaci
různých dat. Pro tyto činnosti jsou vytvořeny programy WeldOffice,
JobExplorer, BackUp, a WinRCU.
29