Процесс СМТ (холодный перенос металла).
Процесс СМТ (холодный перенос металла)

СМТ (холодный перенос металла) — это революционный, совершенно новый процесс, в сварочных технологиях. Данный процесс дает возможности открыть новые области его применения. Ограничения, существующие для традиционного дугового процесса (GMAW) до настоящего времени, могут быть сняты с помощью применения процесса СМТ.

История процесса СМТ насчитывает десятиления. В 1991 году компания «Фрониус» занялась исследованиями в области дуговой сварки стали с алюминием. В результате проведенных исследований был разработан процесс СМТ. Одним из главнейших его достоинств является низкое тепловложение. Другое существенное преимущество — отсутствие разбрызгивания при зажигании дуги (SFI), когда проволока подается к изделию и отводится от него. В данном процессе впервые был использован интенсивный обратный ход проволоки. В 1999 году появилась необходимость в сварке тонких листов с низким тепловложеннем и минимальным разбрызгиванием расплавленного металла присадочной проволоки.

К этому времени была заложена основа использования процесса СМТ. В 2002 году он стал уже достаточно популярным и началась разработка сварочного оборудования для промышленного применения процесса СМТ (холодный перенос металла).

Аббревиатура СМТ (холодный перенос металла) объясняет основной принцип процесса — это контролируемое и низкое тепловложение по сравнению с традиционным дуговым процессом. Из-за этого в названии процесса есть слово «холодный». СМТ — это процесс дуговой сварки с переносом металла не через дугу, а с абсолютно новым методом отрыва капель расплавленного металла электродной проволоки. При традиционном методе дуговой сварки с переносом металла через дугу проволока подается вперед до появления короткого замыкания. В этот момент сила сварочного тока увеличивается и возникает короткое замыкание, большой ток обеспечивает и повторное зажигания дуги. Обычный способ сварки имеет две характерные особенности по сравнению с процессом СМТ: с одной стороны, значительная сила тока короткого замыкания соответствует высокому тепловложению, с другой — короткое замыкание является достаточно неконтролируемым, что приводит к интенсивному разбрызгиванию.

При СМТ проволока не только подается вперед, но и отводится от изделия, при этом проволока подается с колебаниями (вперед — назад) со средней частотой до 70 Гц. Смотрите (рисунок 1).

Рисунок 1. Принцип процесса СМТ: подача проволоки с колебаниями.
Процесс СМТ (холодный перенос металла).


Три основные особенности которые отличают процесс СМТ от обычного дугового процесса (GMAW).

Первое - это перемещение проволоки контролируется непосредственно в процессе сварки. Раньше скорость подачи проволоки во время сварки была либо постоянной, либо заданной (например, SynchroPlus). При процессе СМТ проволока подается к изделию до тех нор, пока не возникнет короткое замыкание. В этот момент проволока отводится обратно до момента отделения капли расплавленного металла. После отделения капли проволока подается снова вперед по направлению к изделию, и процесс повторяется. В этом случае скорость и направление движения проволоки определяются наличием или отсутствием короткого замыкания.

При этом говорится лишь о средней частоте колебаний проволоки: когда короткое замыкание происходит немного раньше, отвод проволоки начинается немного раньше, а когда короткое замыкание происходит немного позже, отвод проволоки начинается немного позже. Таким образом, частота колебаний проволоки зависит от времени, но среднее значение составляет до 70 Гц.

Второе, характерной особенностью процесса СМТ является то, что перенос металла практически не зависит от силы тока, в то время как при традиционном дуговом процессе сварки перенос металла через дугу соответствует большой силе тока короткого замыкания. В процессе СМТ проволока отводится назад, и ее перемещение способствует отрыву капли за счет поверхностного натяжения расплавленного материала. С помощью этого, сила тока во время короткого замыкания может поддерживаться на низком уровне, и поэтому тепловложен не может быть очень небольшим. На рисунок 2 показана схема изменения тока и напряжения во время процесса СМТ.

Рисунок 2. Циклограмма силы тока и напряжения в процессе СМТ.
Процесс СМТ (холодный перенос металла).












В-третьих, процесс СМТ характеризуется тем, что перемещение проволоки способствует переносу металла, как указано выше.

При традиционном процессе дуговой сварки при переносе металла через дугу во время короткого замыкания получается высокий ток, который осуществляет повторное зажигание дуги и появление короткого замыкания. Тут короткое замыкание происходит относительно неконтролируемо, и из-за этого обычный процесс переноса металла получается большим разбрызгиванием.

В процессе СМТ силу тока во время короткого замыкания можно осуществлять на низком уровне. К тому же, короткое замыкание пропадает благодаря отводу проволоки. Эти два фактора в результате обеспечивают сварку и сварку-пайку швов без разбрызгивания. При типичных углах наклона горелки сварные и паяные швы выполняются без разбрызгивания. Небольшое разбрызгивание происходит только в крайних положениях горелки. Эти брызги возникают при перемещениях в сварочной ванне, а не при самом процессе сварки. Поэтому при использовании процесса СМТ трудоемкую и дорогую послесварочную обработку можно исключить.

Следующим важным преимуществом процесса СМТ является постоянный контроль длины дуги: при обычных процессах дуговой сварки напряжение сварки измеряется для определения длины дуги. Но напряжение сварки зависит не только от длины дуги, на него также влияет состояние поверхности изделия (например, присутствие оксидов, смазки, и т. д.).

При процессе СМТ проволока перемещается к изделию до наступления короткого замыкания, которое соответствует нулевой длине дуги. После этого проволока отводится с определенной скоростью в заданное время. Поэтому длина дуги определяется произведением скорости и времени. При процессе СМТ длина дуги не контролируется с помощью напряжения сварки, а механически регулируется после каждого короткого замыкания. С одной стороны, даже при изменениях в величине вылета электродной проволоки длина дуги поддерживается постоянной. С другой стороны, длина дуги не изменяется при различных скоростях сварки, что характерно для обычных процессов дуговой сварки.

Третьим важным преимуществом процесса СМТ является значительное перекрытие зазора. Проблема соединения тонких листов при обычной дуговой сварке состоит в высоком тепловложении. ПОЭТОМУ тонкие листы расплавляются до перекрытия зазора.

На рисунке 3 показана пайка листа толщиной 0,8 мм и листа 1,5 мм с зазором 2 мм, скорость пайки 1 м/мин.

Рисунок 3. Пайка листа 0,8 мм и листа 1,5 мм (оба оцинкованные DC01) с зазором 2 мм. Присадочная проволока CuSi3 диаметром 1,0 мм
Процесс СМТ (холодный перенос металла).









Процесс СМТ в чистом виде характеризуется очень низким током короткого замыкания. Поэтому тепловложение минимальное, а отношение высоты и ширины шва значительное. С другой стороны, обычный импульсно-дуговой процесс дает относительно высокие тепловложение и глубину проплавления.

Имея источник питания для СМТ с цифровым управлением, впервые стало возможным комбинировать процесс СМТ с импульсно-дуговой сваркой. Например, можно попеременно выполнять цикл СМТ и три цикла импульсной дуги. Из этого следует, что тепловложение и глубина проплавления, а также геометрия шва могут менятся от чистого «холодного» процесса СМТ до относительно «горячего» импульсно-дугового процесса. На рисунок 4 показаны изменения глубины проплавления и геометрии шва для разных соотношений СМТ и импульсно-дуговых циклов.

Рисунок 4. Изменение глубины проплавления и геометрии сварного шва для разных соотношений циклов СМТ и импульснодуговых циклов. Количество импульсов между СМТ циклами изменялось.
Процесс СМТ (холодный перенос металла).


Например, при переменном выполнении цикла СМТ и 10 импульсно-дуговых тепловложение и глубина проплавления остаются такими же, как для чистого импульсивно-дугового процесса, но все еще сохраняется преимущество точной механической регулировки длины дуги через каждые 10 импульсов.

Комбинирование процесса СМТ с импульсно-дуговым процессом обеспечивает перекрытие зазора, как при СМТ, а также увеличивает скорость сварки.

Как и любой другой сварочный процесс, СМТ имеет свои ограничения. На рисунке 5 показана область чистого процесса СМТ в координатах напряжение сварки — сила тока сварки.

Рисунок 5. Область чистого процесса СМТ в координатах напряжение сварки — сила тока сварки
Процесс СМТ (холодный перенос металла).






В СМТ процессе имеется верхний предел в точке, где появляется переходная дуга. Для более высоких значений силы тока короткое замыкание больше не происходит, и поэтому процесс СМТ больше нельзя повторить. Нижний предел процесса СМТ ниже но сравнению со стандартным дуговым процессом с переносом металла через дугу. Поэтому диапазон сварки расширяется.

Из рисунке 5 показано, что мощность и таким образом тепловложение процесса СМТ ниже по сравнению с обычным процессом с переносом металла через дугу.

На рисунке 6 показана схема сварочного комплекса с использованием робота для СМТ процесса.

Рисунок 6. Схема сварочного комплекса с использованием робота при СМТ-процессе
Процесс СМТ (холодный перенос металла).






В сварочном комплексе имеется цифровое управление, при этом обеспечена быстрая связь между узлами. Это очень важно для процесса СМТ, так как источник питания должен быстро получать информацию о том, что происходит в расплавленной ванне, и сразу же реагировать.

Нет надобности подробно описывать сварочную установку для процесса СМТ, необходимо рассмотреть только устройство для компенсации обратного хода проволоки, так называемый буфер-компенсатор для проволоки (рисунок 7), и сварочную горелку с внутренним механизмом подачи проволоки как два важных компонента установки и основной механизм подачи проволоки.

Рисунок 7. Буфер-компенсатор для проволоки с открытой крышкой и его функция
Процесс СМТ (холодный перенос металла).








Проволока не только продвигается вперед, но и отводится от изделия. Таким методом, двигатель в сварочной горелке должен обеспечивать перемещение проволоки вперед и назад. Двигатель в основном механизме подачи проволоки подает ее только вперед, поскольку он не может реверсировать это движение так быстро. В определенные моменты двигатель в горелке отводит проволоку назад, в то время как двигатель основного подающего механизма подает проволоку только вперед. Поэтому буфер-компенсатор для проволоки следует монтировать между этими двумя двигателями для защиты проволоки от образования петли. К тому же двигатель в горелке может выполнять только реверсирующее движение с частотой до 70 Гц и работать с небольшой нагрузкой. При этом буфер-компенсатор для проволоки также помогает двигателю горелки получать проволоку но направляющему каналу практически без усилий.

Вторая деталь, которую необходимо более подробно описать, — сварочная горелка. Данная сварочная горелка является настоящим революционном решением в сварочном оборудовании по размерам, массе, возможностям, а также выполняемым функциям. Сварочная горелка для процесса СМТ указана на рисунке 8.

Рисунок 8. Сварочная горелка для процесса СМТ
Процесс СМТ (холодный перенос металла).






Для осуществления процесса СМТ в горелке применяется приводной серводвигатель переменного тока. Поскольку обмотки двигателя непосредственно включены в корпус горелки, габаритные размеры горелки маленькие, а центр тяжести оптимизирован относительно руки робота. Движение проволоки в корпусе горелки точно направленное, с автоматическим цифровым контролем. Усилие прижима роликов подающего механизма относительно проволоки регулируется с помощью встроенного регулятора.

Процесс СМТ в основном применяется:

для сварки-пайки без разбрызгивания;

для соединения тонких листов (алюминий, сталь, нержавеющая сталь);

для дуговой сварки стали с алюминием.

Все основные материалы, защитные газы, присадочные проволоки, используемые в традиционных процессах дуговой сварки, без ограничений можно использовать в процессе СМТ. С помощью процесса и оборудования СМТ можно также обеспечивать любые известные геометрии шва, а также пространственные положения в сварке.

Сварка-пайка известна давно. Основным преимуществом сварки-пайки оцинкованных листов является тот факт, что присадочная проволока плавится, а основной материал нет. Сварка-пайка характеризируется очень маленьким количеством брызг, которое зависит от качества или неравномерности толщины цинкового покрытия. Поэтому брызги могут время от времени иметь место и в большинстве случаев необходима послесварочная обработка, на которую уходит много времени и затрат.

При процессе СМТ короткое замыкание происходит в легко контролируемом порядке, а отвод проволоки поддерживает перенос металла, как уже было сказано выше. При стандартных углах наклона горелки процесс СМТ не приводит к разбрызгиванию (рисунок 9).

Рисунок 9. Пайка СМТ оцинкованных листов толщиной 1 мм. Скорость пайки 1,1 м/мин
Процесс СМТ (холодный перенос металла).






Во многих отраслях промышленности, где применяются тонкие листы, масса сварных деталей чрезмерно важна, например, в автомобильной промышленности. Особенно необходим СТМ при соединении двух листов со сложной геометрией стыкового шва, где нужно поддерживать тепловложение на очень низком уровне, чтобы получить сварной шов в месте расплавления тонких листов. До сегодняшнего дня для тонких листов с геометрией стыкового шва необходимо было использовать формирующую подложку для формирования сварного шва.

Поскольку процесс СМТ характеризируется очень низким тепловложением, с его помощью можно соединять алюминиевые листы с минимальной толщиной до 0,4 мм без подложки. Таким образом, можно исключить дорогую предварительную и после-сварочную обработку и использование подложек. На рисунке 10 показана геометрия стыкового шва двух алюминиевых листов толщиной 0,8 мм.

Рис. 10. Геометрия стыкового шва алюминиевых листов толщиной 0,8 мм. Сварка без подложки. Скорость сварки 1,5 м/мин
Процесс СМТ (холодный перенос металла).





Еще одна область применения процесса СМТ — дуговая сварка стали с алюминием. Процесс нашел применение в автомобильной промышленности, где требуется соединять сталь с алюминием для уменьшения массы и оптимизации центра тяжести для механической прочности. Основная проблема в дуговой сварке сталь-алюминий — это формирование очень хрупкой интерметаллической фазы между этими двумя материалами. Чем тоньше эта фаза, тем лучше механические свойства сварных деталей. Одним из основных факторов, определяющих толщину интерметаллической фазы, является тепловложение во время соединения. Чтобы поддерживать данную интерметаллическую фазу очень тонкой, необходимо уменьшить тепловложение до очень малой величины. Из этого следует, процесс СМТ оптимален для дуговой сварки сталь- алюминий, так как в данном процессе тепловложение очень низкое.

На рисунке 11 показана дуговая сварка оцинкованной стали с алюминием. Четко видно: с одной стороны, основной материал алюминий расплавляется и таким образом сваривается. С другой стороны, основной материал сталь не расплавляется, а только припаивается. Условием для соединения стали с алюминием является оцинкование стали, так как оцинкованный слой выполняет функцию флюса. Толщина этого оцинкованного слоя должна быть 10 мкм и выше.

Рисунок 11. Дуговая сварка оцинкованной стали с алюминием (толщина обоих 1 мм). Скорость сварки 70 см/мин
Процесс СМТ (холодный перенос металла).












Просмотров: 1103 | Комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

Партнеты
Поиск По сайту