Řízené tepelné zpracování v procesu svařování

• Foto

Tepelné zpracování při svařování lze rozdělit na dvě základní fáze, a to:

• předehřevy, interpass teploty a dohřevy,
• tepelné zpracování po svaření tj. různé druhy žíhání.

Tato tepelná zpracování lze provádět různými metodami, co se týká zdroje ohřevu. Předehřevy otevřeným plamenem lze využít omezeně nebo pouze pro lokální ohřev. Podle norem nesmí docházet k přímému kontaktu plamene na povrch svařence a v případě plynových pecí musí být řízená atmosféra v plamenci tak, aby nedocházelo k nadměrné oxidaci. Také řízení teploty je u klasických plynových ohřevů problematické a v mnoha případech nemožné a zcela problematické je doložit hodnoty a průběh tepelného zpracování.

Jiné je to u elektrických ohřevů, kde lze přesně nastavit teploty a navíc lze snadno řídit průběh, doby a prodlevy na požadovaných parametrech podle stanoveného technologického postupu. Pokud nebudeme brát v úvahu indukční ohřevy, které se využívají většinou pro povrchové kalení, tak v praxi se používají většinou odporové ohřevy. A to různé typy stacionárních pecí, od malých pícek až po velké poklopové nebo komorové pece. Druhou, výhodnější alternativu představují mobilní pracoviště pro řízené tepelné zpracování, kdy se mobilní jednotka pro tepelné zpracování doveze přímo na pracoviště, kde se požaduje provést tepelné zpracování. Právě v této oblasti patří Weldotherm mezi firmy, které jsou na čele vývoje v řízených, elektrických ohřevech.

Fa Weldotherm má v současné době pro řízené odporové elektro ohřevy dvě typové řady zdrojů a to řadu VAS (modrá barva), která představuje současnou TOP kvalitu v oboru. Z pohledu řízení lze volit mezi programovacími jednotkami DIGIT 600 a DIGIT 700, nebo mezi poslední novinkou, a tou je DIGIT 1000 s integrovanou, multifunkční dotykovou obrazovkou, která nabídne kromě programování také nadstandardní výpočty. Jako např. při zadání průměru a síly potrubí, ukáže na obrazovce potřebný počet, tvar topných deček, včetně jejích výkonových parametrů. Tato řada se dodává ve výkonových řadách 12-2 kW, 45-6 kW, 82-6 kW, 82-12 kW, 130-6 kW a 130-12 kW. Index za výkonem přitom označuje počet sekcí se samostatným programováním a průběhem tepelného režimu. Řada STE je standardní řada, která je osazena programátory TC-80, pomocí kterých lze programovat dobu spuštění, čas náběhu na požadovanou teplotu, výdrž na teplotách a následnou sestupnou křivku s volitelnou dobou ochlazování dle požadavků. Tato řada poskytuje, jak je výše uvedenou standardní programy a procesy pro tepelné zpracování. Tato řada se dodává ve výkonových řadách 45-6 kW, 70-6 kW, 70-12 kW, 82-6 kW, 82-12 kW, 130-6 kW a 130-12 kW.

Obě řady lze volitelně osadit klasickými zapisovači BH-60 s papírovým zápisem procesu tepelného zpracování, nebo digitálními zapisovači RSG 30, nebo RSG40. Zdroje lze na požadavek vybavit také sběrem dat pomocí Flash disku, kdy lze tato data přenést a archivovat v počítači. Tato archivace dat má oproti klasickému zápisu na papír tu výhodu, že lze kdykoliv dohledat a podle potřeby editovat hodnoty provedeného tepelného zpracování.

Nejpoužívanější systém tvoří topné pásy, dečky a spirály, které jsou v kontaktu s ohřívanou plochou. Než dále popíšeme možné sestavy a aplikační možnosti těchto systémů, je třeba se podívat na porovnání stacionárních pecí a mobilních zařízení pro elektrické ohřevy.

Ve stacionárních pecích jsme limitováni rozměry pece. Větší díly, než jsou parametry pece, zde nelze zpracovat a podstatně menší díly sice tepelně zpracujeme, ale je to neekonomické, protože musíme vyhřát celou pec na požadovanou teplotu. Dále z pohledu technologického, nebo metalografie toto není vždy to optimální. Podívejme se na jeden klasický případ. Záměrně vybereme rozměrný dílec. Těleso pláště turbíny je odlitek z ocelolitiny. Síla pláště je podle typu turbíny až 400 mm, na plášti jsou různé příruby, výztuhy průniky apod., tyto mají samozřejmě rozdílné síly stěn. Po odlití má tento odlitek různé vady, které je nutno vydrážkovat, vybrousit a následně vyvařit. Svařování je nutno provést s předehřevem a dodržením interpass teplot. Následně musí být provedeno žíhání na odstranění pnutí. Provést předehřev v peci je sice možné, ale výrazně neekonomické, nehledě na problém jak udržet interpass teploty. Následné žíhání lze provést v peci. Právě zde lze říct, že je zde několik problémů, které nejsou optimální. Pohled metalografie – žíhaný díl se tepelně zpracovává podle největší síly materiálu a u menších tloušťek materiálu dochází k výraznému přehřátí. Pohled ekonomický – v tomto případě je zpracování provedeno v komorové peci, kterou je potřeba vytápět v celém rozsahu tepelného režimu. Deklarovat režim jakým došlo ke zpracování je možné, ale pouze pro režim celé pece. U mobilního zařízení Weldotherm jsou opravovaná místa obložena topnými dečkami a lze provést předehřevy v požadovaném režimu, lze řídit interpass teploty a po svařování provést tepelné zpracování. Zde je i technologická výhoda zdrojů Weldotherm. Pro každé konkrétní místo lze nastavit proces zpracování podle síly materiálů, včetně náběhových teplot, výdrží na postupné teplotě a samozřejmě i řízené ochlazování. Pro doložení, jakým způsobem byl daný dílec zpracován, lze zcela jasně doložit podklady pro každý jednotlivý úsek zvlášť, tzn. úseky na menších sílách materiálu mají jiný režim než úseky na větších sílách materiálu. Tento záznam lze dodat jako výtisk z grafického záznamníku nebo vytisknout z počítače (podle konfigurace zdroje). Mimo výše popsaného tepelného zpracování je samozřejmě široká škála aplikačního využití pro konstrukce, tlakové nádoby, potrubní systémy a další.

Ke zdrojům se ze zadní strany připojují samotné topné komponenty, volitelné podle výkonu a podle tvaru. Mohou to být topné dečky, rukávy, lamely a kabely. A to pevné nebo flexibilní podle tvaru ohřívaného dílce. Připojování topných komponentů ke zdroji se provádí standardními bajonetovými koncovkami, které známe ze svařovacích zdrojů. Manipulace je tak velmi snadná a flexibilní. Topné komponenty jsou vyrobeny z keramiky s oxidem hlinitým (96 % Al2O3) s extrémně vysokou tepelnou vodivostí s odolností vůči vysokým teplotám a optimální pevností a dielektrickým vlastnostmi při vysokých teplotách. Samotný topný vodič je vyroben z materiálu NiC 80/20.

Pomocí programovacích jednotek DIGIT se přesně nadefinuje průběh tepelného zpracování, tedy dosažené teploty s výdržemi na postupných teplotách, intenzita ohřevu, tj. o kolik stupňů za určený časový úsek se provede ohřev, a po stanovené výdrži na teplotě lze nastavit řízené ochlazování až na teplotu okolního prostředí. Pořízení zdrojů obou typových řad VAS, STE fy Weldotherm spadá do oblasti plánovaných investic, na které je zapotřebí mít zakázkovou náplň. Problém firem, které nemají stabilní zakázky, kdy je třeba provádět tepelné zařízení, se většinou řeší pomocí objednání firmy, která toto provede. Z těchto požadavků vznikl projekt, jehož výsledkem bylo založení firmy Weldotherm Czech. Jedná se o společný projekt firem Weldotherm Gmbh a Wirpo s. r. o. Tato firma se věnuje provádění tepelného zpracování u firem, nebo resp. na technologických celcích dle požadavků zhotovitele. Firma Weldotherm se na tomto podílí dodáním špičkových zdrojů, včetně poskytnutí svého technologického zázemí a technického servisu. Společnost Wirpo poskytla logistické zázemí, včetně operátorů s mnohaletou zkušeností v oblasti tepelného zpracování, a to i takových specialitách, jako jsou oceli řady P91, P92 apod.

Podrobnější informace o možnostech tepelného zpracování s mobilními zařízeními Weldotherm na www.wirpo.cz.

Controlled Heat Treatment in the Process of Welding
In the manufacture of parts or technology units it is sometimes required to include the process of heat treatment, by which we are going to achieve desired values of the preheating, interpass temperatures, heating completion and subsequent heat treatment according to the requirements of manufacture technology in the manufacturing process.

Autor

• Herman Petr