Optymalizacja łuku spawalniczego i redukcja dymu spawalniczego
FroniusJak wszyscy wiemy, podczas spawania powstaje szkodliwy dla zdrowia dym spawalniczy. Aby ulżyć spawaczom i poprawić poziom bezpieczeństwa ich pracy, należy zwrócić uwagę nie tylko na warianty procesu i urządzenia odciągowe. Wielkość emisji w dużym stopniu zależy także od parametrów procesu: prędkość podawania drutu, długość łuku i parametry korekty mają decydujący wpływ na ilość szkodliwych substancji. Instytut spawalnictwa z Aachen (FEF) wspólnie z firmą Fronius International wziął pod lupę różne ustawienia parametrów.
Jak wynika z raportu końcowego FEF z badań nad dymem spawalniczym z 13.10.2021 r., łuk pulsujący jest tym procesem, który w porównaniu z łukiem spawalniczym LSC i zwykłym – wszystkie firmy Fronius – zapewnia najkorzystniejsze przejście materiału i powoduje najniższą wielkość emisji dymu spawalniczego (FER = Fume Emission Rate). W kolejnej serii testów sprawdzano, jak różny kąt nachylenia uchwytu, prędkości podawania drutu oraz korekty długości łuku spawalniczego wpływają na wielkość emisji. Spawano łukiem pulsującym PMC przy użyciu TPS 500i firmy Fronius.
Przyjęto następujące warunki ramowe:
Parametry spawania MSG | |
Materiał dodatkowy: miedziowany drut elektrodowy | EN ISO 14341-A: G 3Si1, Ø 1,2 mm |
Materiał podstawowy: niestopowa stal budowlana | S235JR, t = 8 mm |
Prędkość podawania drutu | 5 m/min, 8 m/min i 11 m/min |
Gaz osłonowy CORGON | DIN EN ISO 14175: M21-ArC-18, 12 l/min |
Warianty procesu | Łuk pulsujący PMC |
Korekta napięcia i dynamika | Korekta napięcia 0, dynamika 0 |
Pozycja spawania | Ściegi napawane PA, spoiny pachwinowe PB |
Kąt nachylenia uchwytu spawalniczego | Neutralne, nachylenie 10° w kierunku spawania, nachylenie 10° przeciwnie do kierunku spawania |
Odstęp końcówki prądowej | 15 mm |
Prędkość spawania | 37 cm/min |
Stopień mechanizacji | Pełna mechanizacja z wózkiem liniowym |
FER podczas spawania ściegów napawanych
Zasadniczo można stwierdzić, że przy prędkości podawania drutu 5 m/min i neutralnym nachyleniu uchwytu spawalniczego emisja dymu spawalniczego jest najmniejsza, chociaż przy prędkości podawania drutu 11 m/min powstaje mniej dymu niż przy 8 m/min. Nachylenie uchwytu spawalniczego przeciwnie do kierunku spawania powoduje, że emisje są nieco mniejsze niż przy nachyleniu go w kierunku spawania, niezależnie od prędkości podawania drutu.
Optymalizacja łuku spawalniczego za pomocą korekty długości łuku spawalniczego (w próbie z neutralnym nachyleniem uchwytu spawalniczego) może znacznie zmniejszyć emisję dymu spawalniczego przy każdej prędkości podawania drutu. W przeciwieństwie do łuku spawalniczego bez optymalizacji emisja dymu spawalniczego przy prędkości 8 m/min jest nieco mniejsza (0,9 mg/s) niż przy prędkości 11 m/min (1,1 mg/s), patrz grafika 1.
Porównanie charakterystyk napięcia przy prędkości podawania drutu 5 m/min
Wielkość emisji dymu spawalniczego jest wyraźnie skorelowana z liczbą zwarć. Wysoka liczba skutkuje znacznie wyższym wskaźnikiem FER. W badaniu wskazuje się, że wynika to z przejścia materiału. Efekty zwarcia powodują zakłócenia procesu, których skutkiem są opary i rozpryski metalu. Jeśli istotne jest zminimalizowanie emisji, wskazane jest ustawienie procesu, które sprowadza do wspólnego mianownika długość łuku i redukcję zwarć – czyli sprawia, że łuk spawalniczy jest ani za długi, ani za krótki. Lekki wzrost średniego napięcia powoduje zmniejszenie zarówno zwarcia, jak i emisji (grafika 2).
Prędkość podawania drutu 5 m/min i neutralne nachylenie uchwytu spawalniczego, korekta długości łuku spawalniczego +0,4 V jako optymalizacja procesu
Procesy spawania przy prędkości 8 i 11 m/min zachowują się pod względem relacji między średnim napięciem, efektami zwarcia i emisją dymu spawalniczego analogicznie do procesu przy prędkości 5 m/min.
FER podczas spawania spoin pachwinowych
Podczas spawania łukiem pulsującym z prędkościami podawania drutu 5 m/min i 8 m/min dochodzi do znacznie mniejszej (0,55 mg/s lub 0,7 mg/s) emisji niż przy prędkości podawania drutu 11 m/s. Emisja wynosi wówczas 1,7 mg/s, czyli ponad trzykrotnie więcej niż, gdy drut jest podawany z prędkością 5 m/min. Jest to spowodowane, podobnie jak w przypadku ściegów napawanych, mniejszą liczbą efektów zwarcia, przy czym także tutaj prowadzenie uchwytu spawalniczego przeciwnie do kierunku spawania skutkuje mniejszymi emisjami – przy prędkości podawania drutu 11 m/min wielkość emisji jest nawet znacznie mniejsza (patrz grafika 3). Emisja jest wówczas nawet mniejsza niż przy neutralnym nachyleniu uchwytu spawalniczego.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Generalnie poziom emisji dymu spawalniczego jest niższy niż w przypadku ściegów napawanych. Najniższa wartość zależna od prędkości podawania drutu jest porównywalna z emisjami zoptymalizowanych procesów (patrz grafika 1, zielony słupek), którymi spawano ściegi napawane.
Bezwzględne wielkości emisji dymu spawalniczego przy nachyleniu uchwytu spawalniczego w kierunku spawania i przeciwnie do niego są do siebie bardzo zbliżone, gdy prędkość podawania drutu wynosi 8 m/min. Natomiast przy prędkości 11 m/min nachylenie w kierunku spawania powoduje zwiększenie FER o około 2,8 mg/s.
Porównanie charakterystyk napięcia przy prędkości podawania drutu 11 m/min
W teście FEF przyjrzano się dokładniej stosunkowi między wielkością emisji a średnim napięciem przy prędkości podawania drutu 11 m/s: Z trzech wartości pomiarowych minimalna wyniosła 1,36 mg/s (z korektą długości łuku spawalniczego -1,5 V). Jest to punkt pracy, przy którym efekty zwarcia sporadycznie występują, ale łuk spawalniczy nie jest dłuższy, niż jest to wymagane. W procesie bez korekty długości łuku spawalniczego jest wytwarzanych więcej emisji (1,72 mg/s) za sprawą dłuższego łuku spawalniczego i większej mocy procesu. Jeśli wzrośnie liczba efektów zwarcia przy jednoczesnym spadku średniego napięcia (korekta długości łuku spawalniczego -2,5 V), zwiększy się także emisja dymu spawalniczego (1,6 mg/s), patrz grafika 4.
Podsumowanie: Odpowiednia optymalizacja procesów znacznie zmniejsza wielkość emisji dymu spawalniczego
Spawacze mają to we własnych rękach: Umiejętny dobór procesu spawania, prędkości podawania drutu oraz długości łuku pozwala na emitowanie znacznie mniejszych ilości dymu spawalniczego.
W skrócie można powiedzieć, że wielkość emisji dymu spawalniczego zależy od wydajności stapiania lub procesu, przy czym decydujące znaczenie ma przejście materiału. Jeśli łuk spawalniczy jest za krótki lub za długi, powstaje więcej zwarć, a w konsekwencji wydzielane jest więcej dymu spawalniczego.
Jeśli natomiast proces spawania zostanie zoptymalizowany za pomocą korekty długości łuku spawalniczego i dodatkowo zostanie użyty uchwyt z odciągiem, np. Fronius MTW 500i Exento w połączeniu z odciągiem Fronius Exento HighVac, odciągane może być nawet 99% dymu spawalniczego.
Wydajny i precyzyjny odciąg
Uchwyty spawalnicze z odciągiem powstrzymują rozprzestrzenianie się dymu spawalniczego dokładnie tam, gdzie on powstaje: bezpośrednio przy jeziorku spawalniczym. Chronią nie tylko spawaczy podczas pracy, ale także inne osoby, które znajdują się w otoczeniu przedmiotu obrabianego.
Ponieważ złożoność konstrukcji nie może mieć wpływu na zdrowie i wydajność spawaczy, podczas prac nad uchwytami spawalniczym z odciągiem firma Fronius kładzie szczególny nacisk na kwestie ergonomii: idealnie leżą one w dłoni podczas pracy, a latarka LED ułatwia spawanie po ciemku i pomaga podczas kontroli jakości.
Uchwyty spawalnicze z odciągiem Exento spełniają wymagania normy DIN EN ISO 21904-1 Zdrowie i bezpieczeństwo przy spawaniu i procesach pokrewnych.
Źródło: Fronius
