Sveuilite u ZagrebuFakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za zavarene konstrukcije

SEMINARSKI RADGENERIRANJE OPTIMIRANE ROBOTSKE PUTANJE ZA POSTUPKE TOPLINSKOG PRSKANJA I NANOENJA VISKOKOKVALITENIH PREVLAKA NA ZAKRIVLJENE POVRINE

Nositelj kolegija: prof. dr. sc. Zoran Kouh Tomislav Ivanek Asistent: dr. sc. Zlatko Glogovi 0035184960 3 PI - ZAVKON

Zagreb, 2013.

ISADRAJ

SADRAJIPOPIS SLIKAII1. UVOD12.1333.33.2. Opis zatitnih plinova53.2.1. Argon (Ar)53.2.2. Helij (He)53.2.3. Ugljikov dioksid (CO2)53.2.4. Kisik (O2)63.3. Primjena zatitnih plinova73.3.1. Argon73.3.2. Helij83.3.3. Ugljikov dioksid84. ZAKLJUAK9Zahvala95. LITERATURA10

POPIS SLIKA

Slika 1. Shematski prikaz prevlaenja vruim prskanjem 1Slika 2. 2Slika 3. 4Slika 4. 6Slika 5. 8

II1. UVOD Konstrukcijski materijali u obliku bilo kakvih tvorevina podloeni su nenamjernim odnosno tetnima promjenama, tj. pojavama ili procesima koji smanjuju njihovu uporabnu vrijednost. Najznaajniji i najraireniji takav proces je korozija koja kemijskim meudjelovanjem izmeu materijala i medija razara sam materijal. Takvo oteivanje konstrukcijskih materijala nastoji se usporiti ili sprijeiti mjerama i postupcima posebne tehnoloke discipline, zatite materijala koja se obino naziva povrinskom zatitom jer tetne pojave i procesi poinju na povrini tvorevina [1].

Najrairenija metoda zatite od korozije jest nanoenje zatitnih prevlaka i premaza ija je svrha da dovoljno dugo tite konstrukcijski materijal na koji su nanesene od tetnih utjecaja okoline, tj. od troenja korozijom, abrazijom, erozijom ili kavitacijom, od pojave zamora, itd. Zatitna funkcija prevlaka i premaza ostvaruje se prvenstveno odvajanjem materijala podloge od okoline, pa one same moraju biti dovoljno postojane i trajne u uvjetima eksploatacije.

2. VRSTE ZATITNIH PREVLAKA Prevlake se prema karakteru tvari koja ini povezani sloj (opnu) na povrini podloge dijele s jedne strane na metalne i nemetalne, a s druge strane na anorganske i organske. Nakon izbora prevlake treba naravno, odabrati i postupak nanoenja, pri emu su mjerodavni funkcionalni i ekonomski inioci te oblik, odnosno veliina objekta i materijal koji se prevlai.

3. VRUE PRSKANJE Vrue praskanje je proces prevlaenja u kojem se rastopljeni metal u obliku kapljica nanosi na povrinu osnovnog. Mlaz kapljica, oblikovan strujom komprimiranog zraka ili nekog drugog plina, udara u podlogu brzinom koja se kree od 50 do 850 m/s. Prilikom sudara kapljice se spljote, a zatim se naglo hlade i skruuju u krune ploice promjera 0,01 do 0,1 mm i debljine od 0,005 do 0,05 mm. Skruivanjem i hlaenjem naneseni se metal stee pri emu ploice stisnu mikroizboine podloge, to uvjetuje prianjanje prevlaka tzv. sidrenjem. Daljnjim prskanjem kapljice udaraju na poluskrutnute ploice prianjajui uz njih djelomino zavarivanjem, djelomino sidrenjem [2]. Oito je da se prskanjem mogu dobiti prevlake koje vrsto prianjaju samo ako je podloga mikrohrapava to se obino postie primjerenom predobradom kao to je npr. tokarenje, glodanje i bruenje.

Slika 1. Shematski prikaz prevlaenja vruim prskanjem

Prskanjem se mogu nanositi praktiki svi metali i legure, pa i mnogi nemetali. Budui da se pritom podloge obino zagriju samo na 50 do 200 C, postupak je pogodan i za metalizaciju materijala s visokim talitem, i onih koji se lako tale ili su zapaljivi. Najei materijali koji se prevlae ovom metodom su: elik, lijevano eljezo, titan i titanove legure, aluminij i aluminijske legure, nikal i materijali na bazi bakra i kobalta. Debljina prevlake moe iznositi od 20 mikrometara do nekoliko milimetara, zavisno o vrsti procesa i materijala prevlake, to rezultira irokom primjenom.

3. POSTUPCI VRUEG PRSKANJA Nakon izbora prevlake treba naravno, odabrati i postupak nanoenja, pri emu su mjerodavni funkcionalni i ekonomski inioci te oblik, odnosno veliina objekta i materijal koji se prevlai. Zbog brojnih utjecajnih parametara, primjena svakog postupka u konkretnom sluaju ima prednosti i nedostatke, pa emo spomenuti najvanije.

3.1. PLAMENO PRSKANJE Plameno prskanje moe se provoditi upotrebom ice ili praka. Postupkom prskanja plamenom i icom postie se debljina sloja od 0,1 do 0,5 mm. ica kao dodatni materijal dovodi se kontinuirano u plamenik gdje se tali. Dobivene estice rastaljenog metala u komprimiranom zraku nanose se na osnovni materijal. Prilikom nanoenja udaljenost izmeu vrha pitolja i obraivanog predmeta iznosi izmeu 100 i 250 mm, kod veeg razmaka kapljice bi se skruivale u letu, a kod manjeg razmaka podloga bi se pregrijavala i kapljice bi se cijedile niz povrinu.

Slika 2. Shematski prikaz prskanja plamenom

3.2. ELEKTROLUNO PRSKANJE Kod postupaka prskanja elektrinim lukom i icom, elektrini luk odrava se izmeu dvije kontinuirane ice (dodatni materijal) koje se dovode. iane elektrode privode se pitolju pomou elektromotora a na izlazu se saviju kako bi se suelile pod kutom izmeu 35 i 60. Krajevi ice se rastale zbog visoke topline elektrinog luka, nastale estice taline se mlazom zraka ubrzavaju i dovode na osnovni materijal. Debljina nanesenog sloja ovim postupkom iznosi 0,5 do 5 mm a ponekad i vie.

Slika 3. Shematski prikaz elektrolunog prskanja: 1 - usmjeravanje eljusti, 2 - pritiskivai,3 - dovod eletrine struje, 4 - elektrodna ica, 5 - Sapnica za zrak, 6 - elektrini luk

3.3. PRSKANJE POMOU PLAZME Visoka energija i gustoa ine plazmu jednim od najpopularnijih postupaka vrueg prskanja. Elektrini luk uspostavlja se izmeu volframove elektrode (katoda) i bakrene elektrode (anoda), koja je uplja i hladi se vodom. U izlaznu bakrenu mlaznicu uvodi se smjesa praka i nosivog plina (zrak, duik, argon,...). Plazma u dodiru sa drugim tvarima prenosi na njih svoju golemu energiju pri emu se zrnca veliine 20 do 100 m naglo rastale i usmjere se na povrinu osnovnog materijala. Debljina nanesenog sloja iznosi 0,1 do 1,5 mm.

Slika 4. Shematski prikaz prskanja pomou plazme4. VRUE PRSKANJE ZAKRIVLJENIH POVRINA Do sada vruim prskanjem obraivale su se ravne ili simetrine povrine, no danas sve vie se koriste za obradu vrlo kompleksnih i zahtjevnih povrina, to zahtijeva uporabu vie osnih naprednih robotskih sustava. U tom procesu treba voditi rauna o takozvanim kinematikim parametrima koji ukljuuju parametre samog procesa, a kontrolirani su gibanjem robota. To su brzina mlaza , udaljenost mlaza i kut izmeu mlaza i povrine koja se prska. Ti parametri utjeu na formiranje estica na povrini, prianjane te raspodjelu mase i topline unutar sloja. Prema tome, robotska putanja mora biti optimizirana da bi se mogli kontrolirati parametri tijekom procesa, kako bi na taj nain dobili proizvod s visokom dimenzijskom tonou i ujednaene kvalitete prevlake.

4.1. OSNOVNI PARAMETRI PROCESA KOJI UTJEU NA KVALITETU PREVLAKE4.1.1. kut izmeu mlaza i povrine koja se prska

Kut mlaza je definiran kao kut izmeu osi mlaza i povrine podloge u ravnini ortogonalnoj na gibanje pitolja za prskanje. Vrue prskanje se obino izvodi pod kutom od 90 i mora biti konstantno tijekom procesa kako bi dobili to veu homogenost prevlake, to predstavlja veliki izazov kod prskanja kompleksnih povrina gdje se stalno izmjenjuju konkavni i konveksni oblici. O kutu prskanja najvie ovisi debljina nanesenog sloja, najvea debljina e biti kada je mlaz potpuno okomit na povrinu, dok e smanjenjem kuta debljina opadati (slika 5.), tek kod premalih kutova moe doi do odbijanja estica prilikom sudara u povrinu.Kut mlaza ne utjee samo na debljinu nego i na mikrotvrdou koja se smanjuje sa kutom, jer se mikropore tee popunjavaju.

Slika 5. Prikaz utjecaja kuta mlaza na debljinu i mikrotvrdou prevlake4.2.2. Brzina mlazaBrzina nanoenja prevlake ima bitan utjecaj na pojavu zaostalih naprezanja u nanesenom sloju. Tijekom nanoenja prevlake estice se hlade i prenose toplinu na okoli i osnovni materijal. Zbog razliitog koeficijenta toplinskog rastezanja, prevlaka i podloga se razliito skupljaju, to rezultira zaostalim naprezanjima nakon to se ohlade na sobnu temperaturu.Kako bi se smanjila zaostala naprezanja brzinu prevlaenja treba poveati.

Programiranje robota Za upravljane i kontrolu industrijskih robota koriste se pomoni kompjutori (auxiliary computers) ili ugraeni (integrirani) mikroprocesori u samom robotu. Oni nam omoguuju sve potrebne kompjutorske odnosno raunske funkcije kao i komunikaciju i nadgledanje kontrolnih senzora. Upravljanje moe biti izvedeno pomou on line programiranja ili programiranja na daljinskoj off line kontrolnoj stanici iz koje potrebni podaci prenose pomou modema ili cd diska.

6