Главная » Статьи » Contec — технологические параметры в рамках заранее заданных пределов

Contec — технологические параметры в рамках заранее заданных пределов

Инновационная система контактов позволяет контролировать износные явления

В процессе MIG/MAG сварки (плавящимся электродом в среде защитных газов), контактный наконечник осуществляет перенос электрической энергии процесса из источника в присадочный металл, подаваемый через наконечник. Трение движущейся проволоки в сочетании с тепловой нагрузкой провоцирует повышенный износ. Нежелательным побочным эффектом такого износа является изменение поверхности контакта между контактным наконечником и проволокой. Изменение положения и формы дает несколько эффектов, которые, в совокупности, очень сложно контролировать и которые отрицательно сказываются на параметрах сварки и, тем самым, на возможностях технологического процесса. Ситуация кардинально меняется с появлением инновационного решения — контактной системы «Contec».

Движущиеся элементы создают особую конфигурацию, которая позволяет удерживать контактные поверхности и силы, действующие между наконечником и проволокой, в рамках заранее заданных пределов. Износ равномерно распределяется по внутренним поверхностям на протяжении всего срока эксплуатации системы «Contec». Компания Fronius представила систему «Contec» на проходившей в г. Эссен (Германия) выставке «Schweissen + Schneiden» и предложила практическое решение проблемы, которая занимала умы разработчиков сварочных технологий на протяжении нескольких десятилетий. Пользователи по достоинству оценивают значительно повышенную стабильность процесса и его эксплуатационную готовность, что особенно ценно при реализации автоматизированных процессов, требующих высокой точности и производительности.

Рис. 1. Контактная система Contec

Функция граничного слоя

В сварочных системах контакт между проволокой и наконечником формирует важный пограничный слой для передачи энергии на электрод. Из-за значительных контактных сил, производимых механическим воздействием со стороны устройства подачи проволоки, и непрерывно выделяемого в результате трения тепла, в рассматриваемой зоне часто наблюдаются отклонения, которые ранее было сложно контролировать. Сюда относятся воздействия на параметры сварки и их последствия, вызванные изменениями профиля контактного наконечника вследствие износа. Внутренняя «шлифовка» канала на выходе наконечника (обычно с одной стороны) и ее «расшивка» частицами, стирающимися с проволоки, изменяют сопротивление и, соответственно, сварочный ток и напряжение на дуге вследствие изменения контактной силы.

Помимо явлений, которые можно объяснить в рамках трибологии, существуют также явления, обусловленные особенностями проволоки, которые оказывают общее дестабилизирующее воздействие. К ним относятся: диаметр проволоки и допуски по прочности, различия поверхностного слоя проволоки в начале и в конце бухты, загрязнение или различные температурные условия, вызванные колебанием давления электрода. Ранее, сварщики старались заменять старые, изношенные контактные наконечники как можно чаще для того, чтобы частично решить эту проблему. Сложные сварочные задачи, таким образом, могут быть решены за счет использования большого количества контактных наконечников, частых замен и, соответственно, частых прерываний процесса.

Рис.2. Диаграмма срока службы контактных наконечников

Варианты решений и предварительные выводы

Потенциальные решения, которые включают в себя повышение контактной силы, а также улучшение износостойкости металлического контактного наконечника, оказались ограниченными по сфере применения. Первое привело бы к повышению выделяющегося при трении тепла и истиранию проволоки в трубе, а последнее бы отрицательно сказалось на электрической проводимости и, следовательно, на энергетическом КПД процесса.

В противоположность этому решение «Contec» позволяет сохранять на одном уровне заранее заданное значение контактной силы, определяемое условиями применения. «Contec» предлагает эффективное решение описанной проблемы, основывающееся полностью на конструктивных и геометрических характеристиках. Проволока удерживается в центре выхода контактного наконечника с контролируемым усилием. Таким образом происходит равномерное истирание наконечника вдоль круглых поверхностей в пределах зоны контакта. Таким образом, даже несмотря на то, что «Contec» не полностью предотвращает износ, результирующий износ и его отрицательное воздействие остается ограниченным и предсказуемым.

Для достижения этого инженеры компании Fronius провели многочисленные трибометрические испытания для исследования явления износа в различных условиях с использованием методов моделирования. Геометрические параметры контактного наконечника должны рассчитываться таким образом, чтобы контакт осуществлялся в передней части наконечника. Максимальная близость зоны контакта к области горения дуги гарантирует, что присадочный материал не расплавится раньше времени, находясь между нагреваемым трением контактом и дугой. С другой стороны, область контакта должна быть достаточно широкой для того, чтобы обеспечить отсутствие постоянный контакт независимо от колебаний дуги. Это означает, что необходимое исходное условие обеспечивается при использовании минимально достаточной ширины контактной поверхности. В этом случае отношения трения (собственного сопротивления) и износа, которые определяют контактную силу, остаются, по большей части, неизменными на протяжении всего срока эксплуатации контактного наконечника.

Проволочный электрод между двумя половинами оболочки

Система «Contec» обладает оптимальной геометрией системы контактов, обеспечивающей удовлетворение данных критериев. Предусмотрены две конические половины оболочки, разделенные в передней части наконечника профилированным зазором, через которые сварочный ток подается в проволоку двумя путями. Регулируемая сила сжатия пружины прижимает две половины друг к другу и к проходящей между ними проволоке. Ровные кольцеобразные контактные поверхности располагаются на конце конической насадки. В процессе эксплуатации горелки материал подвергается износу только в передней и средней частях контактного наконечника. По мере уменьшения толщины стенок, половины постепенно вдавливаются одна в другую, и при этом остаются в контакте с проволокой благодаря заданной жесткости пружины. Это означает, что две половины в используемом контактном наконечнике подвержены равномерному износу: они истончаются и заостряются с передней стороны. Тем не менее, проволока между ними остается зажатой с равной силой, при этом выход наконечника не подвергается неравномерному износу, который провоцирует постепенное смещение контактной поверхности в направлении, обратном перемещению проволоки.

Рис.3. Сравнительная диаграмма износа сплошных контактных наконечников и Contec

Основным преимуществом инновационной системы «Contec» является повышение надежности процесса и производительности благодаря постоянным условиям работы. В зависимости от характеристик проволоки и других факторов, срок эксплуатации системы «Contec» в три-семь раз выше, чем у стандартных контактных наконечников. Поскольку при использовании «Contec» контактная сила не зависит от особенностей проволоки, ее можно регулировать достаточно точно. Этим обуславливается еще одно преимущество: оптимальная регулировка контактной силы минимизирует истирание контактной поверхности. Частицы, стертые с поверхности, удаляются из наконечника устройством подачи проволоки, таким образом, предотвращая залипание проволоки в наконечнике.

Устройство контактной системы также имеет множество преимуществ: наконечник подходит для использования со всем диапазоном диаметров проволоки, в т.ч. нестандартных. Контактная сила так же, как и длина контактной зоны регулируется при помощи пружины. Системный оператор может визуально контролировать состояние контактного наконечника и быть готовым заменить его в процессе сварочных работ.

Рис. 4. Влияние износа наконечника на результат сварки: а, б — стандартный наконечник в начале и в конце эксплуатационного периода; в, г — наконечник Contec в начале и в конце эксплуатационного периода.

Потенциальная экономия на примере

Помимо того, что «Contec» — это практичное решение, обладающее технологическими достоинствами, оно также предоставляет пользователям экономические и экологические преимущества. Основными достоинствами являются значительная экономия материалов и существенное сокращения брака. Это демонстрирует, приведенный ниже пример:

Необходимо осуществить сварку стальных листов с применением роботизированной сварочной установки. При использовании этого оборудования в две смены на протяжении 5-дневной рабочей недели, в год получится 520 смен. Для выполнения требований по качеству, пользователям необходимо использовать в среднем один стандартный наконечник за смену, то есть в год потребуется 520 стандартных контактных наконечников из медного сплава. Для сравнения, срок эксплуатации «Contec» в три раза больше; таким образом, пользователям достаточно всего 173 наконечника в год.

Значительное повышение стабильности процесса также обеспечивает более экономное использование материальных ресурсов: значительно сокращается как количество бракованных деталей, так и время простоя, провоцирующее потерю энергии.

«Contec» — это новая ступень развития, на которую поднялись разработчики из компании Fronius. Она предоставляет пользователям существенные преимущества, поскольку гарантирует высокие результаты сварки, а также обеспечивает оптимальную надежность процесса и постоянную готовность системы к работе.