29

technologiatechnologiatechnologiatechnologiatechnologia

SPAJANIE 4/7/2004

Rosnce wymagania w zakresie zwikszania trwaociantykorozyjnej wyrobw wymuszaj stosowanie elemen-tw konstrukcyjnych z metalicznymi pokryciami cynkowymi,czego przykadem s karoserie samochodowe, poszyciakonstrukcji wyrobw pracujcych w trudnych warunkachprzemysowych czy atmosferycznych oraz szereg innychelementw, takich jak siatki ogrodzeniowe, prty zbrojeniowe,w ktrych cynk jest gwnym czynnikiem ochrony antykoro-zyjnej. Zgrzewanie elementw ocynkowanych, zwaszczaw produkcji seryjnej wyrobw, to zoony problem techniczny.Urzdzenia do zgrzewania tych materiaw musz zagwaran-towa wykonanie pocze zgrzewanych, ktre charaktery-zowa si bd:` estetycznym wygldem zewntrznym,` prawidow budow zgrzeiny,` wymagan nonoci zczy` wysok odpornoci konstrukcji na korozj.

Przykadem tego rodzaju urzdze s zgrzewarki punktowetypu ZPm produkowane w Przedsibiorstwie Aparatury Spa-walniczej ASPA S.A. we Wrocawiu. Zastosowanie do ich stero-wania prostego w obsudze ukadu mikroprocesorowego seriiZSM pozwala osign bardzo dokadne parametry zgrzewa-nia i w peni sprosta wymienionym wymaganiom technolo-gicznym.

Zagadnienia techniczneZagadnienia techniczneZagadnienia techniczneZagadnienia techniczneZagadnienia technicznew procesie zgrzewania blach ocynkowanychw procesie zgrzewania blach ocynkowanychw procesie zgrzewania blach ocynkowanychw procesie zgrzewania blach ocynkowanychw procesie zgrzewania blach ocynkowanych

Rnorodno skadu chemicznego powok i sposobu ichnanoszenia na podoa stalowe (o szerokim zakresie kszta-tw i rnych grubociach: 1-40 m) wymaga indywidualnegopodejcia do poszczeglnych technik zgrzewania przy dobo-rze optymalnego procesu technologicznego.

W procesie zgrzewania naley uwzgldni dwa zasadniczeaspekty techniczne:` warunki technologiczne zgrzewania (program i parametry

zgrzewania, materia i ksztat czci roboczych elektrod orazintensywno ich chodzenia),` warunki metalurgiczne tworzenia zgrzeiny (mechanizm

nagrzewania i rozchodzenia ciepa w obszarze zgrzewania,mechanizmy uplastycznienia i stopienia metalu powoki orazpodoa, ruch mas metali uczestniczcych w procesie zgrze-wania, mechanizmy chodzenia, a take przenikania metaliz blach do elektrod i odwrotnie) [1].

Optymalny dobr parametrw jest uzaleniony od rodzajuzgrzewarki, dynamiki jej ukadu dociskowego, ksztatu i wy-miarw czci zgrzewanych, skutecznoci chodzenia elektrod,stopnia mechanizacji i innych czynnikw. Orientacyjne para-metry zgrzewania punktowego blach ocynkowanych zanurze-niowo przedstawiono w tabeli 1.

W przypadku wykonywania powtarzalnej produkcji seryj-nej kad seri pocze zgrzewanych naley poprzedzibadaniami jakociowymi przeprowadzonymi na konkretnymelemencie zgrzewanym i dla konkretnej zgrzewarki. Z uwagina powszechne stosowanie w przemyle blach ocynkowa-nych zanurzeniowo wykonano szereg bada, w celu opra-cowania warunkw do zgrzewania tego rodzaju blach. W cza-

Zgrzewanie blach ocynkowanychzgrzewarkami ASPA S.A.

W minionym latach odnotowano ogromny wzrostprodukcji wyrobw z blach metalizowanych, w tymzwaszcza ocynkowanych. Zdecydowana wikszotych materiaw przetwarzana jest w przemylewiatowym za pomoc technologi i zgrzewaniaoporowego, a szczeglnie punktowego i garbowego.

Adam Bienias

Tabela 1 Parametry zgrzewania punktowego blach ocynkowanych zanurzeniowo z powok o gruboci 19 m (275 g/m2). Parametryustalono przy zastosowaniu trzyfazowego programu zgrzewania na zgrzewarce produkcji ASPA S.A. [2]

Grubo Czas Prd Docisk Czas Czas Prd Docisk Czas Czasblach docisku oczysz- oczysz- impulsu przerwy zgrze- zgrze- zgrze- docisku

wstpnego czajcy czania oczysz. wania wania wania zgrzew.[mm] tw[s] Io[kA] Po[daN] to[s] tp[s] Iz[kA] Pz[daN] tz[s] tk[s]

0,5 0,30 6,0 350 0,30 0,40 9,0 160 0,08 0,300,7 0,30 7,0 450 0,30 0,40 10,5 200 0,12 0,301,0 0,30 7,5 480 0,30 0,40 11,0 220 0,14 0,301,25 0,30 7,5 500 0,30 0,40 11,5 250 0,14 0,301,5 0,30 7,5 550 0,30 0,40 12,0 280 0,14 0,30

UWAGI: Zestawy parametrw s orientacyjne, przydatne do pocztkowego ustalania warunkw zgrzewania. Dobr waciwychparametrw zgrzewania musi by przeprowadzony na konkretnym stanowisku zgrzewalniczym na podstawie bada wytrzyma-ociowych zczy i bada mikroskopowych budowy jder zgrzein. Parametry zgrzewania na zgrzewarce inwertorowej mogby nieznacznie nisze.

technologiatechnologiatechnologiatechnologiatechnologia

30 SPAJANIE 4/7/2004

sie bada zwrcono uwag na zjawiska zwizane z tworze-niem si zgrzein punktowych. Analiza procesu nagrzewaniablach, usuwania powok cynku i procesu tworzenia zgrzeinypozwolia na opracowanie trzyfazowego programu zgrzewa-nia, w ktrym poszczeglne fazy maj rne zadania w pro-cesie tworzenia zcza [1]. Przykad programu fazowegozgrzewania blach ocynkowanych zamieszczono na schema-cie (rys. 1).Poszczeglne fazy maj nastpujce zadania:` Faza I usunicie cynku ze styku centralnego (duy docisk

P oraz may prd zgrzewania I0).` Faza II wychodzenie obszaru zcza, zabezpieczenie styku

przed wpywem atmosfery (malejcy docisk, zanik prduzgrzewania I=0).` Faza III utworzenie prawidowego jdra zgrzeiny z biec

kontrol parametrw (parametry zgrzewania s identycznejak dla blach bez pokry).

ElektrodyElektrodyElektrodyElektrodyElektrody

Istotn rol w procesie zgrzewania blach ocynkowanychodgrywa waciwy dobr elektrod. Zalecane jest stosowanieelektrod z materiaw klasy A2/2 wykonanych ze stopw mie-dzi utwardzonych wydzieleniowo (przesycanie, starzenie) z do-datkiem cyrkonu (CuZr), chromu i cyrkonu (CuCrZr) oraztytanu i kobaltu (CuCoTi) [3].

Najwysz trwao elektrod oraz brak klejenia si do zgrze-wanych blach uzyskuje si przy zastosowaniu elektrod zespiekw CuAl2O3 [4]. Powszechne zastosowanie znajdujelektrody ze stopw miedzi CuCrZr o twardoci dochodzcejdo 170 HV. Ze wzgldw ekonomicznych najbardziej s tuopacalne elektrody nasadkowe. Wymagaj one jednakcisego przestrzegania optymalnych warunkw zgrzewania,z uwagi na ich skonno do klejenia.

W celu utrzymania dugiej ywotnoci elektrod koniecznejest stosowanie intensywnego ich chodzenia. Zalecanewydajnoci przepywu wody przez elektrody zalene s odparametrw zgrzewania i wahaj si od 4 do 6 l/min (dla wodyo temperaturze 18C). Intensywno chodzenia elektrod mazasadniczy wpyw na wydajno zgrzewania. W przyblieniuokreli mona, i rednia wydajno zgrzewania, np. blachkaroseryjnych ocynkowanych, wynosi zgodnie z przyjtymwzorem empirycznym [6]:

(1)

gdzie:q wydajno chodzenia bezporedniego elektrod wod[l/min], wane dla q=2-4 l/ming grubo blachy [mm]

Z powyszej zalenoci wynika, e rola elektrod i ich inten-sywno chodzenia w procesie zgrzewania blach ocynkowa-nych ma decydujce znaczenie dla ich wydajnoci i ywotno-ci. Kontrola i regulacja w procesie zgrzewania oporowegopowinny odbywa si w sposb cigy, gdy podczas seryj-nego zgrzewania blach ocynkowanych zmieniaj si warunkizgrzewania wraz z iloci wykonanych zgrzein, czego powo-dem jest zuywanie si elektrod. Spowodowane jest to po-wikszaniem si powierzchni roboczych elektrod, a takeosadzaniem si na nich skadnikw materiaw zgrzewanych(cynku, elaza) i ich substancji pochodnych (tlenkw cynku).Zuyciu elektrod towarzyszy rwnie zmniejszanie rednickolejnych zgrzein oraz spadek ich wytrzymaoci. Aby tegounikn, naley dokonywa korekty warunkw zgrzewania.

Korekta warunkw zgrzewaniaKorekta warunkw zgrzewaniaKorekta warunkw zgrzewaniaKorekta warunkw zgrzewaniaKorekta warunkw zgrzewania

W praktyce stosowane s dwa rodzaje korekty zgrzewania:` korekta wymiaru czci roboczych elektrod,` korekta natenia prdu zgrzewania.Pierwsza z nich znajduje zastosowanie gwnie na stanowis-kach zrobotyzowanych, najczciej polega na frezowaniupowierzchni czynnych elektrod i jest zaprogramowana w cyklupracy robota.

Korekta natenia prdu jest natomiast dokonywana najcz-ciej przy seryjnym zgrzewaniu na stanowiskach zgrzewalni-czych obsugiwanych rcznie lub stanowiskach zmechanizo-wanych wieloelektrodowych. Zaawansowan korekt prduprzedstawi mona w postaci funkcji obrazujcej zalenood wielu parametrw majcych wpyw na jej przebieg:

(2)

gdzie:In rzeczywista warto natenia prdu zgrzewania dla n-tejzgrzeiny w serii [A],I0 pocztkowa warto prdu zgrzewania (A),

Rys. 1 Program zgrzewania blach ocynkowanych zanurzeniowo[1]: I0; P0; t0 parametry pierwszego impulsu prdu faza I;Iz; Pz; tz parametry drugiego impulsu prdu faza III;tp czas przerwy midzy impulsami faza II

a) b)

Rys. 2 Rodzaje elektrod do zgrzewania blach ocynkowanych:a) kuliste, b) paskie

31

technologiatechnologiatechnologiatechnologiatechnologia

SPAJANIE 4/7/2004

A, B stae wspczynniki korekcji,a wspczynnik chodzenia elektrod: a = 0,8 1,2 dla wydaj-noci przepywu wody 2 4 l/min,T twardo elektrody [HV],g grubo zgrzewanych blach [mm],n kolejny numer zgrzeiny w serii.Przykadem tego typu korekty, przy seryjnym zgrzewaniublach, jest przedstawiony poniej algorytm opracowany w In-stytucie Spawalnictwa w Gliwicach [5]:

(3)

stosowany w przypadku zgrzewania elektrodami kulistymio promieniu R (rys. 2a) oraz

(4)

stosowany w przypadku zgrzewania elektrodami paskimio rednicy czynnej de (rys. 2b).

Poprawn jako zgrzein uzyskuje si przy zwikszeniu pr-du zgrzewania o okoo 30% w stosunku do wartoci nateniaprzy pierwszych zgrzeinach serii. Jdro zgrzeiny charakteryzu-je si wwczas poprawn budow i wytrzymaoci (fot. 1).Zakadajc przyrost natenia prdu zgrzewania o ok. 30%w stosunku do pocztkowej wartoci prdu zgrzewania I0, mo-na wyznaczy granic iloci zgrzein, jak naley wykona jednnieregenerowan par elektrod:

(5)

Zaleno ta jest wana dla:T (120160) [HV]R (1020) g [mm]

a (0,81,2)g (0,71,5) [mm]Po wykonaniu liczby zgrzein wynikajcej z przedstawionegowzoru naley elektrody zregenerowa (jeeli jest to technicz-nie moliwe) lub wymieni na nowe.

Urzdzenia i sterowniki programowalneUrzdzenia i sterowniki programowalneUrzdzenia i sterowniki programowalneUrzdzenia i sterowniki programowalneUrzdzenia i sterowniki programowalnewykorzystywane w procesie zgrzewaniawykorzystywane w procesie zgrzewaniawykorzystywane w procesie zgrzewaniawykorzystywane w procesie zgrzewaniawykorzystywane w procesie zgrzewania

punktowego blach ocynkowanychpunktowego blach ocynkowanychpunktowego blach ocynkowanychpunktowego blach ocynkowanychpunktowego blach ocynkowanych

W przypadku sterownikw ZSM produkcji ASPA S.A. weWroc awiu korekta prdu zgrzewania realizowana jestw nastpujcy sposb. Poszczeglne procentowe wartociprzyrostu prdu zgrzewania s programowane w sterownikuz uwzgldnieniem gruboci blachy ocynkowanej, zastoso-wanych elektrod (kulistej lub paskiej) oraz iloci zgrzein, poktrej ma nastpi n-ta zmiana prdu. Korekta ta realizowanajest za pomoc funkcji STEPER. Jest ona programowanaw sterowniku zgrzewarki i realizowana krokowo w czasie jejpracy, a do osignicia granicznej wartoci prdu zgrzewania(~ 1,3 I0). Funkcja ta jest powszechnie stosowana w sterowni-kach serii ZSM (fot. 2) instalowanych w zgrzewarkach typu ZPmprodukcji ASPA S.A. we Wrocawiu.

Ukady te s wykonywane na podstawie techniki mikropro-cesorowej z wykorzystaniem nowoczesnych podzespowelektronicznych. W produkcji obwodw wykorzystywana jesttechnologia montau powierzchniowego. Zastosowanietechniki mikroprocesorowej umo l iwia produkcj wieluodmian ukadw dostosowanych do specyfiki aplikacjiw konkretnych zgrzewarkach. Ukady serii ZSM cechujsi wieloma funkcjami zwikszajcymi ich walory uytkowei jednoczenie wpywajcymi na uzyskanie wysokiej jakocizgrzein. Do funkcji tych naley midzy innymi:` prowadzenie zgrzewania w trybie pracy pojedynczej lub

seryjnej,` zaprogramowanie i zapamitanie od 4 do 29 technologii

zgrzewania,` kompensacja zmian napicia zasilania powodujca

automatyczn korekt wysterowania tyrystorw, zalenieod fluktuacji napicia, w celu zapewnienia wymaganej ja-koci zgrzein,` pomiar i stabilizacja prdu zgrzewania,` programowa kompensacja zuycia elektrod (funkcja

STEPER),

Fot. 2 Pulpit mikroprocesorowego uk adu sterowania typuZSM-1214 instalowanego w zgrzewarkach produkcji PAS ASPAS.A. we Wrocawiu

Fot. 1 Makrostruktura zcza zgrzewanego punktowo blachaocynkowana

Fot. 3 Zgrzewarki typu ZPm produkcji ASPA S.A.

technologiatechnologiatechnologiatechnologiatechnologia

32 SPAJANIE 4/7/2004

` moliwo sterowania pneumatycznym zaworem proporcjo-nalnym.

ASPA S.A. jest producentem szerokiej gamy zgrzewarek(fot. 3). Na szczegln uwag zasuguj typy zgrzewarek punk-towych serii ZPm wyposaone w sterownik ZSM z funkcjSTEPER do zgrzewania blach ocynkowanych. Wyrni tumona dwie grypy zgrzewarek punktowych ZPm-16, 25, 40oraz ZPm-80, 120, 160.

Zgrzewarki punktowe z dociskiem pionowym ZPm-16,25, 40 (fot. 4) to nowoczesny, zunifikowany typoszereg zgrze-warek redniej mocy z moliwoci tworzenia szerokiejgamy aplikacji. Moduowa konstrukcja korpusu zgrzewarki,elementw wykonawczych oraz prosty w obsudze nowocze-sny mikroprocesorowy ukad sterowania to cechy, ktre umo-liwiaj konfigurowanie urzdze rnicych si prdami zgrze-wania, siami docisku oraz geometri obwodu zgrzewania.W zgrzewarkach tych jest stosowany transformator zgrzewal-niczy o mocy znamionowej 16, 25 lub 40 kVA (P50%), ukaddociskowy o sile docisku do 350 daN oraz ukad sterowaniaZSM-1214 i ZSM-1214P (jeli jest stosowany zawr propor-cjonalny).

Zgrzewarki punktowe ZPm-80, 120, 160 (fot. 5) pozwalajzgrzewa punktowo detale o gruboci do 8 mm, w tym blachyocynkowane do 5 mm. Umoliwiaj rwnie zgrzewanie takichmateriaw trudno zgrzewalnych, jak niektre gatunki stalistopowych i mosidz. Dziki zastosowaniu wspomnianegomikroprocesorowego ukadu sterowania moliwy jest dokad-ny dobr wszystkich parametrw zgrzewania oraz szybka ich

zmiana podczas pracy. Moliwo zgrzewania wieloimpulsowe-go pozwala na czenie materiaw o duej gruboci, a zastoso-wana funkcja STEPER pozwala zgrzewa blachy ocynkowane.

Przedsibiorstwo Aparatury Spawalniczej ASPA S.A. we Wro-cawiu jest liderem w zakresie produkcji urzdze zgrzewalni-czych w Polsce. Firma ma bogate tradycje w produkcji tychurzdze i cieszy si uznaniem odbiorcw krajowych i zagra-nicznych.

O wiarygodnoci i rzetelnoci firmy wiadcz przyznane przezDEKRA-ITS certyfikaty Systemu Zarzdzania Jakoci i rodo-wiskiem wg standardu ISO9001:2000 i ISO14001.

Literatura[1] H. Papkala: Jak zgrzewa oporowo elementy konstrukcjiocynkowanych, Zgrzewanie metali i tworzyw w praktyce nr 3-4,Wrocaw 2003.[2] A. Pietras, H. Papkala, M. omozik: Badania zgrzewalnociblach ocynkowanych zanurzeniowo pod ktem ich przydatnoci dozgrzewania punktowego w produkcji seryjnej, GRANT nr 7T08C02417, KBN Warszawa, Instytut Spawalnictwa, Gliwice 2001.[3] H. Papkala: Wytyczne nr W90/IS-61, Wytyczne zgrzewaniapunktowego blach ocynkowanych, Instytut Spawalnictwa,Gliwice 1992.[4] M. Kimchi, J. Gould: Untersuchung von Elektrodenwerkstoffenfuer das Widerstandspunktschweissen vor verzinkten Feinblechen,Konferencja, Essen Niemcy 1989.[5] Materiay prospektowe Instytutu Spawalnictwa: Algorytmy doautomatycznej korekty natenia prdu zgrzewania punktowegoblach ocynkowanych, Instytut Spawalnictwa, Gliwice 2004.[6] H. Papkala, A. Pietras, L. Zadrga: Zgrzewanie rezystancyjnepunktowe blach ocynkowanych, Przegld Spawalnictwanr 5-7, Warszawa 2004.

mgr in. Adam Bienias

Artyku promocyjnyASPA S.A.Fot. 5 Zgrzewarka punktowa z dociskiem pionowym typu ZPm-80produkcji ASPA S.A. Wrocaw

Fot. 6 Budynek gwny firmy ASPA S.A. we Wrocawiu przyul. Miechowity 1

Fot. 4 Zgrzewarka punktowa z dociskiem pionowym typu ZPm-25produkcji ASPA S.A.