Tehnologii revoluţionare de sudare (I). Creşterea productivităţii prin controlul cantităţii de căldură introdusă în material

Începând cu prezentul număr îmi propun să prezint câteva procedee de sudare foarte  avansate, care pot ajuta, în mod semnificativ, la creşterea productivităţii, la reducerea costurilor de producţie şi la îmbunătăţirea calităţii produse­lor realizate prin utilizarea acestor procedee. Pe parcursul acestui articol voi realiza descrierea unei noi tehnologii intitulate HC MAG (Heat Controlled MIG/MAG), dezvoltată şi patentată de către  firma germană ESS SCHWEISSTECHNIK GmbH, împreună cu institutul STEINBEIS.

ESS HC MAG (Heat Controlled MIG/MAG) este un procedeu special, derivat din convenţionalul short-arc, dezvoltat pentru o plajă de putere de până la 200 A.

Principalul avantaj al acestuia este că permite ajustarea continuă a adâncimii de pătrundere la o rată de depunere constantă.

Similar alternanţei curentului din timpul operaţiilor de sudare TIG în curent alternativ, firma ESS a dezvoltat un sistem, unic pe piaţă, care realizează inversarea polarităţii sârmei şi în cazul aplicaţiilor de sudare MIG/MAG. Întregul proces este controlat prin intermediul unui potenţiometru amplasat pe telecomanda sursei.

 Acest lucru permite ajustarea continuă a pătrunderii în materialul de bază şi creşterea ratei de depunere a materialului de adaos. Sistemul astfel creat permite libera trecere a energiei între sârma electrod şi piesă.

În ceea ce priveşte reglarea valorii HC MAG aceasta se poate face continuu între 0% si 100%. Atunci când valoarea este 0% vom avea procesul standard de sudare în short-arc, pătrunderea în material fiind maximă la o rată normală de depunere, iar în cazul în care valoarea setată pentru HC MAG este de 100% vom obţine o pătrundere minimă la o rată de depunere maximă, lucru foarte important în cadrul aplicaţiilor de depunere. Între cele două valori, 0% si 100%, se poate face o ajustare continuă a acestui parametru, în funcţie de cerinţele aplicaţiei şi de pătrunderea dorită.

Prin intermediul controlului cantităţii de căldură introdusă în sârmă sau în piesa de sudat se obţine o baie de material topit foarte uşor de controlat şi care nu curge. Din acest motiv, HC MAG este foarte utilizat pentru realizarea simplă şi rapidă de treceri de rădăcină, pentru sudarea tablelor subţiri cu rost mare sau pentru sudarea vertical descendentă. Poate fi utilizat pentru sudarea oţelului carbon, a oţelului inoxidabil, a aluminiului şi a aliajelor pe bază de cupru, până la o putere maximă de 200 A. 

Foto 1: Comparație a rezultatelor sudării: sudarea MAG clasică (în curent continuu) - viteza de avans a sârmei 3m/min și HC-MAG (în curent alternativ) - viteza de avans a sârmei 4m/min

 Comparaţie între HC MAG şi short-arc-ul clasic

La o viteză constantă de avans a sârmei, short-arc-ul clasic există doar într-o plajă relativ restrânsă de curenţi de sudare. Acest lucru se datorează lungimii arcului electric.

Spre deosebire de short-arc, procedeul HC MAG face posibilă extinderea semnificativă a acestei plaje de curenţi de sudare. Astfel, la o viteză de avans constantă a sârmei, este posibilă ajustarea unei plaje de curenţi de sudare mult mai largă, prin setarea parametrului HC MAG la valoa­rea dorită (între 0% şi 100%), în timp ce lungimea arcului rămâne constantă.

Pentru a vă face o idee completă asupra diferenţelor existente între sudarea în short-arc şi procedeul HC MAG prezint mai jos următoarea comparaţie:

• La o valoare dorită a curentului de sudare de 100 A, se poate seta, în cazul short-arc-ului clasic, o viteză de avans a sârmei între 3,8 şi 4,3 m/min, în funcţie de lungimea arcului.
• În cazul HC MAG, la o lungime constantă a arcului electric, plaja de reglaj a vitezei de avans a sârmei este extinsă de la circa 3,8 până la 5,8 m/min, în funcţie de valoarea setată a HC MAG.

Prin urmare, procedeul HC MAG permite fie creşterea ratei de depunere prin creşterea vitezei de avans a sârmei la un curent constant, fie reducerea cantităţii de căldură introdusă în material, la o viteză de avans constantă a sârmei.

Principalele beneficii aduse utilizatorilor de către procedeul HC MAG: 

• Echipamentul poate fi utilizat atât în modul manual, echipat cu pistolet de sudare standard, cât şi integrat în celule robotizate sau în sisteme automatizate. Acest lucru oferă o flexibilitate deosebită şi permite acoperirea unei plaje largi de aplicaţii;
• Viteze net superioare de sudare faţă de sudarea MIG/MAG în curent continuu, datorită inversării polarităţii curentului de sudare în modulul HC-MAG;
• Reducerea la minimum a influenţelor magnetice introduse în material;
• Controlul total asupra cantităţii de căldură introdusă;
• Creşterea vitezei de avans a sârmei cu până la 80% faţă de sudarea MIG/MAG convenţională;
• Creşterea vitezei de sudare cu 30-40% faţă de sudarea MIG/MAG convenţională.

 Aplicaţii ale procedeului HC MAG

• Straturi de rădacină rapide, simple şi foarte uşor de controlat

Stratul de rădăcină poate fi controlat uşor şi sigur datorită posibilităţii de a regla în mod continuu cantitatea de căldură introdusă. Generarea unei băi de material topit mult mai vâscoase facilitează controlul băii, în special în cazul sudării la poziţie. Nu se diminuează rata de depunere şi, astfel, nu este necesară reducerea vitezie de sudare, precum în cazul echipamentelor clasice. De asemenea, se va putea obţine un strat de rădăcină plat (a se vedea Foto 2) şi fără necesitatea utilizării suportului ceramic.

Foto 2: Strat de rădăcină

• Sudarea la poziţie fără problemele legate de topirea neregulată

Prin creşterea valorii HC MAG se va genera o baie de material topit mult mai vâscoasă. În acest fel, în cazul sudării la poziţie (în mod special la sudarea vertical descendentă) muchiile îmbinării vor putea fi topite mult mai bine de către arcul electric. Astfel, lipsa de topire va fi cu siguranţă evitată.

Foto 3: Comparație între sudarea vertical descendentă cu HC MAG (în dreapta jos) și cea cu MIG/MAG clasic (în stânga și, respectiv, dreapta sus).

• Reducerea deformaţiilor termice

Posibilitatea ajustării continue a cantităţii de căldură introdusă în material duce la minimizarea deformaţiilor termice. În acest fel pot fi sudate table foarte subţiri, chiar şi atunci când distanţele dintre ele sunt semnificative în raport cu grosimea tablelor.

Foto 4: Îmbinarea unor table cu grosimea de 1mm și cu o distanță între ele de 4mm

• Sudarea rosturilor extreme

Rosturile foarte mari pot fi sudate uşor, fără pericolul apariţiei crestăturilor marginale, iar rosturile variabile pot fi controlate foarte facil prin simpla adaptare a valorii HC MAG.

• Placarea cu grad reglabil de pătrundere

Datorită ajustării continue a cantităţii de căldură şi a ratei mari de depunere a procesului HC MAG, operaţiile de placare se pot realiza rapid şi foarte economic. Gradul de pătrundere în materialul de bază poate fi reglat într-o plajă foarte largă.

Foto 5: Aplicație a placării cu HC MAG

• Lăţime minimă de suprapunere a tablelor în cazul aplicaţiilor de sudare prin suprapunere

În cazul aplicaţiilor de sudare prin suprapunere, lăţimea minimă de suprapunere, necesară pentru asigurarea unei îmbinări sigure, este mult redusă. De exemplu: îmbinarea unor table din oţel cu grosimea de 1 mm şi un rost de 1 mm necesită o suprapunere de numai 4 mm. 

• Sudarea materialelor sensibile la căldură

Datorită reglării continue a energiei introduse, se pot suda, cu rezultate excelente, materiale sensibile la căldură. 

• Reducerea temperaturilor dintre treceri

Prin utilizarea procesului HC MAG, temperatura straturilor intermediare, în cazul aplicaţiilor ce necesită treceri multiple, va fi redusă în mod semnificativ, în timp ce rata de depunere creşte. Acest fapt va conduce la reducerea timpilor morţi necesari răcirii straturilor intermediare la temperatura dorită. Un efect pozitiv, datorat creşterii ratei de depunere, este reprezentat de reducerea numărului de treceri şi, implicit, de creşterea productivităţii şi scăderea costurilor de producţie.

• Creşterea rezistenţei zonei de îmbinare în cazul brazării MIG 

Utilizând procedeul HC-MAG pentru brazare este posibilă eliminarea continuă a căldurii. În mod special, în cazul tablelor mai groase de 1,5 mm, la care se formează secţiuni transversale mari ale îmbinărilor şi, implicit, sunt necesare cantităţi mari de material de adaos, se poate preveni pătrunderea în material a unei cantităţi extreme de căldură. În acest fel se va obţine o îmbinare cu o mult mai bună rezistenţă mecanică.

• Reducerea influenţelor magnetice asupra materialului

Procedeul HC MAG permite reducerea semnificativă a influenţelor magnetice asupra materialelor. Faţă de sudarea MIG/MAG în curent continuu, la care influenţele magnetice sunt relativ ridicate, în cazul procedeului HC MAG influenţele magnetice sunt minime.

În speranţa că aceste informaţii vă vor fi de ajutor în identificarea unor soluţii de creştere a productivităţii şi competitivităţii companiilor dumneavoastră, vă mulţumesc pentru atenţia acordată şi vă asigur că în ediţiile viitoare voi încerca să vă prezint şi alte tehnologii şi procedee avansate de sudare. 

Sorin Udrea este General Manager Laser Technology Soluţii Globale Srl