Zgrzewanie blach ocynkowanych zgrzewarkami ASPA

ZWP 4-6-12 ujęcie z innej strony

W minionym latach odnotowano ogromny wzrost produkcji wyrobów z blach metalizowanych, w tym zwłaszcza blach ocynkowanych. Zdecydowana większość tych materiałów przetwarzana jest w przemyśle światowym za pomocą technologii zgrzewania oporowego, a szczególnie punktowego i garbowego.

Rosnące wymagania w zakresie zwiększania trwałości antykorozyjnej wyrobów wymuszają stosowanie elementów konstrukcyjnych z metalicznymi pokryciami cynkowymi, czego przykładem są karoserie samochodoweposzycia konstrukcji wyrobów pracujących w trudnych warunkach przemysłowych czy atmosferycznych oraz szereg innych elementów, takich jak siatki ogrodzeniowepręty zbrojeniowe, w których cynk jest głównym czynnikiem ochrony antykorozyjnej. Łączenie blach ocynkowanych, zwłaszcza w produkcji seryjnej wyrobów, to złożony problem techniczny. Urządzenia do zgrzewania tych materiałów muszą zagwarantować wykonanie połączeń zgrzewanych, które charakteryzować się będą:

  • estetycznym wyglądem zewnętrznym
  • prawidłową budową zgrzeiny
  • wymaganą nośnością złączy
  • wysoką odpornością konstrukcji na korozję

Przykładem tego rodzaju urządzeń są zgrzewarki do blach typu ZPm (dużej i małej mocy) produkowane w Przedsiębiorstwie Aparatury Spajalniczej ASPA. Zastosowanie do ich sterowania prostego w obsłudze układu mikroprocesorowego serii ZSM pozwala osiągnąć bardzo dokładne parametry zgrzewania i w pełni sprostać wymienionym wymaganiom technologicznym.

Zagadnienia techniczne w procesie zgrzewania blach ocynkowanych

Różnorodność składu chemicznego powłok i sposobu ich nanoszenia na podłoża stalowe (o szerokim zakresie kształtów i różnych grubościach: 1-40 µm) wymaga indywidualnego podejścia do poszczególnych technik zgrzewania przy doborze optymalnego procesu technologicznego.

W procesie zgrzewania należy uwzględnić dwa zasadnicze aspekty techniczne:

  • warunki technologiczne zgrzewania (program i parametry zgrzewania, materiał i kształt części roboczych elektrod oraz intensywność ich chłodzenia)
  • warunki metalurgiczne tworzenia zgrzeiny (mechanizm nagrzewania i rozchodzenia ciepła w obszarze zgrzewania, mechanizmy uplastycznienia i stopienia metalu powłoki oraz podłoża, ruch mas metali uczestniczących w procesie zgrzewania, mechanizmy chłodzenia, a także przenikania metali z blach do elektrod i odwrotnie).

Optymalny dobór parametrów jest uzależniony od rodzaju zgrzewarki, dynamiki jej układu dociskowego, kształtu i wymiarów części zgrzewanych, skuteczności chłodzenia elektrod, stopnia mechanizacji i innych czynników, takich jak grubość blachy nierdzewnej.

W przypadku wykonywania powtarzalnej produkcji seryjnej każdą serię połączeń zgrzewanych należy poprzedzić badaniami jakościowymi  przeprowadzonymi na konkretnym elemencie zgrzewanym i dla konkretnej zgrzewarki. Z uwagi na powszechne stosowanie w przemyśle blach ocynkowanych zanurzeniowo, wykonano szereg badań, w celu opracowania warunków do zgrzewania tego rodzaju blach. W czasie badań zwrócono uwagę na zjawiska związane z tworzeniem się zgrzein punktowych. Analiza procesu nagrzewania blach, usuwania powłok cynku i procesu tworzenia zgrzeiny pozwoliła na opracowanie trzyfazowego programu zgrzewania, w którym poszczególne fazy mają różne zadania w procesie tworzenia złącza.

Poszczególne fazy mają następujące zadania:
Faza I – usunięcie cynku ze styku centralnego (duży docisk P oraz mały prąd zgrzewania I0).
Faza II – wychłodzenie obszaru złącza, zabezpieczenie styku przed wpływem atmosfery (malejący docisk, zanik prądu zgrzewania I=0).
Faza III – utworzenie prawidłowego jądra zgrzeiny z bieżącą kontrolą parametrów (parametry zgrzewania są identyczne jak dla blach bez pokryć).

Elektrody

Istotną rolę w procesie zgrzewania blach ocynkowanych odgrywa właściwy dobór elektrod. Zalecane jest stosowanie elektrod z materiałów klasy A2/2 wykonanych ze stopów miedzi utwardzonych wydzieleniowo (przesycaniestarzenie) z dodatkiem cyrkonu (CuZr), chromu i cyrkonu (CuCrZr) oraz tytanu i kobaltu (CuCoTi).

Najwyższą trwałość elektrod oraz brak klejenia się do zgrzewanych blach uzyskuje się przy zastosowaniu elektrod ze spieków CuAl2O3. Powszechne zastosowanie znajdują elektrody ze stopów miedzi CuCrZr o twardości dochodzącej do 170 HV. Ze względów ekonomicznych najbardziej są tu opłacalne elektrody nasadkowe. Wymagają one jednak ścisłego przestrzegania optymalnych warunków zgrzewania, z uwagi na ich skłonność do klejenia. W celu utrzymania długiej żywotności elektrod konieczne jest stosowanie intensywnego ich chłodzenia. Zalecane wydajności przepływu wody przez elektrody zależne są od parametrów zgrzewania i wahają się od 4 do 6 l/min (dla wody o temperaturze 18°C). Intensywność chłodzenia elektrod ma zasadniczy wpływ na wydajność zgrzewania.

Rola elektrod i ich intensywność chłodzenia w procesie zgrzewania blach ocynkowanych ma decydujące znaczenie dla ich wydajności i żywotności. Kontrola i regulacja w procesie zgrzewania oporowego powinny odbywać się w sposób ciągły, gdyż podczas seryjnego zgrzewania blach ocynkowanych zmieniają się warunki zgrzewania wraz z ilością wykonanych zgrzein, czego powodem jest zużywanie się elektrod. Spowodowane jest to powiększaniem się powierzchni roboczych elektrod, a także osadzaniem się na nich składników materiałów zgrzewanych (cynku, żelaza) i ich substancji pochodnych (tlenków cynku).

„Zużyciu elektrod towarzyszy również zmniejszanie średnic kolejnych zgrzein oraz spadek ich wytrzymałości.

Aby tego uniknąć, należy dokonywać korekty warunków zgrzewania”

Korekta warunków zgrzewania

W praktyce stosowane są dwa rodzaje korekty zgrzewania:

  • korekta wymiaru części roboczych elektrod
  • korekta natężenia prądu zgrzewania

Pierwsza z nich znajduje zastosowanie głównie na stanowiskach zrobotyzowanych, najczęściej polega na frezowaniu powierzchni czynnych elektrod i jest zaprogramowana w cyklu pracy robota. Korekta natężenia prądu jest natomiast dokonywana najczęściej przy seryjnym zgrzewaniu na stanowiskach zgrzewalniczych obsługiwanych ręcznie lub stanowiskach zmechanizowanych wieloelektrodowych.

Poprawną jakość zgrzein uzyskuje się przy zwiększeniu prądu zgrzewania o około 30% w stosunku do wartości natężenia przy pierwszych zgrzeinach serii. Jądro zgrzeiny charakteryzuje się wówczas poprawną budową i wytrzymałością.

Zakładając przyrost natężenia prądu zgrzewania o ok. 30% w stosunku do początkowej wartości prądu zgrzewania I0, można wyznaczyć granicę ilości zgrzein, jaką należy wykonać jedną nieregenerowaną parą elektrod.

Urządzenia i sterowniki programowalne wykorzystywane w procesie zgrzewania punktowego blach ocynkowanych

W przypadku sterowników ZSM produkcji ASPA korekta prądu zgrzewania realizowana jest w następujący sposób. Poszczególne procentowe wartości przyrostu prądu zgrzewania są programowane w sterowniku z uwzględnieniem grubości blachy ocynkowanej, zastosowanych elektrod (kulistej lub płaskiej) oraz ilości zgrzein, po której ma nastąpić n-ta zmiana prądu. Korekta ta realizowana jest za pomocą funkcji STEPER. Jest ona programowana w sterowniku zgrzewarki i realizowana krokowo w czasie jej pracy, aż do osiągnięcia granicznej wartości prądu zgrzewania (~1,3 I0). Funkcja ta jest powszechnie stosowana w sterownikach serii ZSM instalowanych w zgrzewarkach typu ZPm produkcji ASPA.

Układy te są wykonywane na podstawie techniki mikroprocesorowej z wykorzystaniem nowoczesnych podzespołów elektronicznych. W produkcji obwodów wykorzystywana jest technologia montażu powierzchniowego. Zastosowanie techniki mikroprocesorowej umożliwia produkcję wielu odmian układów dostosowanych do specyfiki aplikacji w konkretnych zgrzewarkach. Układy serii ZSM cechują się wieloma funkcjami zwiększającymi ich walory użytkowe i jednocześnie wpływającymi na uzyskanie wysokiej jakości zgrzein. Do funkcji tych należy między innymi:

  • prowadzenie zgrzewania w trybie pracy pojedynczej lub seryjnej
  • zaprogramowanie i zapamiętanie od 4 do 29 technologii zgrzewania
  • kompensacja zmian napięcia zasilania powodująca automatyczną korektę wysterowania tyrystorów, zależnie od fluktuacji napięcia, w celu zapewnienia wymaganej jakości zgrzein
  • pomiar i stabilizacja prądu zgrzewania
  • programowa kompensacja zużycia elektrod (funkcja STEPER)
  • możliwość sterowania pneumatycznym zaworem proporcjonalnym

ASPA jest producentem szerokiej gamy zgrzewarek. Na szczególną uwagę zasługują typy zgrzewarek do blach serii ZPm wyposażone w sterownik ZSM z funkcją STEPER do zgrzewania blach ocynkowanych. Wyróżnić tu można dwie grypy zgrzewarek punktowych:

Zgrzewarki punktowe z dociskiem pionowym ZPm-16, 25, 40 to nowoczesny, zunifikowany typoszereg zgrzewarek małej i średniej mocy z możliwością tworzenia szerokiej gamy aplikacji. Modułowa konstrukcja korpusu zgrzewarki, elementów wykonawczych oraz prosty w obsłudze nowoczesny mikroprocesorowy układ sterowania to cechy, które umożliwiają konfigurowanie urządzeń różniących się prądami zgrzewania, siłami docisku oraz geometrią obwodu zgrzewania. W zgrzewarkach tych jest stosowany transformator zgrzewalniczy o mocy znamionowej 16, 25 lub 40 kVA (P50%), układ dociskowy o sile docisku do 350 daN oraz układ sterowania ZSM-1214 i ZSM-1214P (jeśli jest stosowany zawór proporcjonalny).

Zgrzewarki punktowe ZPm-80, 120, 160 pozwalają zgrzewać punktowo detale o grubości do 8mm, w tym blachy ocynkowane do5 mm. Umożliwiają również zgrzewanie takich materiałów trudno zgrzewalnych, jak niektóre gatunki stali stopowych i mosiądz. Dzięki zastosowaniu wspomnianego mikroprocesorowego układu sterowania możliwy jest dokładny dobór wszystkich parametrów zgrzewania oraz szybka ich zmiana podczas pracy. Możliwość zgrzewania wieloimpulsowego pozwala na łączenie materiałów o dużej grubości, a zastosowana funkcja STEPER pozwala zgrzewać blachy ocynkowane.

Przedsiębiorstwo Aparatury Spajalniczej ASPA we Wrocławiu jest liderem w zakresie produkcji urządzeń zgrzewalniczych w Polsce.

polski