Robotik Uygulamalarda CMT (Cold Metal Transfer)

👤Fronius

CMT, Cold Metal Transfer yani Soğuk Metal Transferi anlamına gelmektedir. Kaynak açısından "Soğuk" kavramı elbette görecelidir. Ancak, bu yeni proseste birleştirilecek iş parçaları ve daha da önemlisi kaynak bölgeleri, geleneksel GMA'ya (gazaltı kaynağına) nispeten "daha soğuk" olacaktır. Bu proses, düşük ısı girdisi, düşük distorsiyon ve yüksek hassaslık gibi avantajları da beraberinde getirir. Ancak bu, GMA teknolojisinde otomatik ve robot destekli uygulamalar için ayırt edici özelliklerinden yalnızca biridir. Kullanıcılar için sağlanan diğer önemli imkanlar arasında yüksek kaliteli kaynak dikişleri, çapaksız olması, 0,3 mm'den itibaren ince plakaları kaynatabilmesi ve galvanize sacları kaynatma hem de çeliği alüminyumla birleştirme imkanı da yer almaktadır. Burada, "yüksek kalite" örneğin daha yüksek düzgünlük ve üretkenlik seviyesi bunlara bağlı olarak daha düşük defolu ürün oranı anlamına gelmektedir. Bu teknoloji kaynağın yanı sıra lehim prosesinde kullanım için de uygundur.

1. Tel sürme ünitesi: Dolgu malzemesinin, tel makarasından iş parçasına doğru ve sürtünmesiz taşınması için 4 makaralı tahriğe sahip tel sürme ünitesi.

2. Dijital kontrollü MIG/MAG güç kaynağı: Tamamen dijitalleştirilmiş, mikro işlemci tarafından kumanda edilen invertör güç kaynağı, kaynak prosesinde benzersiz doğruluk, düzgün tekrarlanabilirlik ve üstün kaynak özelliklerini temin eder.

3. Soğutma ünitesi: Sağlam ve güvenilir soğutma ünitesi tüm kaynak sisteminin modülerliği ile uyum içindedir. Torkun su ile optimal şekilde soğutulmasını sağlar.

4. Robacta Drive CMT Torku: Entegre robot kaynak torku, yüksek ölçüde dinamik bir AC servomotor ile donatılmıştır: Kaynak telini saniyede 90 defaya kadar ileri ve geri hareket ettirir. Bu motor, telin düzgün olarak hareket ettirilmesini ve baskı oranının sabit tutulmasını sağlar.

5. Contec kontaklama sistemi: İki hareketli yarım meme parçası, kontaklama sistemi ve kaynak teli arasındaki kontak yüzeylerini ve kontak kuvvetlerini mutlak tanımlanmış nominal aralıkta tutar. Kontak meme dengeli bir şekilde aşınır, prosese aykırı ve zor hesaplanabilir etkiler en aza indirilir. Contec tüm tel çapları ve malzemeleri için uygundur.

Şekil 1. CMT Robotik kaynak makinesi bileşenleri🔍

1. Genel
Düşük ısı girdisinin birçok avantajı beraberinde getirdiği malzemeler veya uygulamalar vardır. Örneğin bu sayede dikişler kökleri düşmeden kaynatılabilinir, sıçramasız lehimlenebilir ya da şimdiye kadar sınırlı bir şekilde mümkün olan veya hiç mümkün olmayan bağlantılar gerçekleştirebilinir. CMT ile bu artık mümkün... CMT'nin anlamı Cold Metal Transfer, yani Soğuk Metal Transferidir. Tabii ki kaynak prosesinde "Soğuk" kavramı da göreceli olacaktır. Ancak geleneksel MIG/MAG prosesi ile karşılaştırıldığında CMT soğuk bir prosestir. Karakteristik özelliği şudur: Sıcak, soğuk, sıcak, soğuk, sıcak, soğuk. Bu değişkenlik, Fronius tarafından yeni geliştirilen bir teknoloji ile mümkün olmuştur. Tabii ki öncelikle tel hareketinin, proses regülasyonuna bağlanması ile bu sağlanmıştır. Sonuç: 0,3 mm'den itibaren olan levhalar için sıçramasız MIG/MAG kaynağı ve lehimi. Otomatik veya manuel.

2. Proses
CMT prosesi kısa arka veya daha çok bu arkın sistematik devamsızlığına dayanmaktadır. Ortaya çıkan sonuç "sıcak-soğuk-sıcak-soğuk" olarak değişen bir düzendir. Bu "sıcak-soğuk" prosesi ark basıncını büyük oranda azaltır. Elektrot, normal kısa arkta kaynak banyosuna daldırılırken hasar görür ve yüksek akımda aniden erir. Bunun aksine CMT prosesinde geniş bir proses penceresi vardır ve yüksek stabilite elde edilir. Bu örneğin, kaynak torkunun yönünün aniden değiştirildiği durumlarda önemlidir.
CMT prosesini diğer benzer kısa ark proseslerinden farklı kılan üç önemli kriter vardır: Tel hareketleri proses regülasyonu ile birleştirilir, ısı girdisi düşürülür ve metal transferi sıçrama olmadan gerçekleşir.

Asıl yenilik ise kaynak hareketlerinin kaynak prosesi ve prosesin tüm regülasyonu ile birleştirilmiş olmasıdır. Kısa devre meydana geldiğinde, dijital proses regülasyonu hem güç kaynağını keser hem de tellerin geri çekilmesini kontrol eder. Bu ileri geri hareket, saniyede en fazla yetmiş kezlik bir frekans ile gerçekleşir (  70 Hz). Telin geri çekilme hareketi, kısa devre sırasında damlacık transferine yardımcı olur. Elektrik enerjisinin ısıya dönüşmesi belirleyici bir özellik olup bazen ark kaynağının önemli bir yan etkisidir. Neredeyse akımsız damlacık transferi ile CMT prosesi oluşan ısı miktarını büyük oranda düşürür. Ayrıca kısa devrenin kontrollü devamsızlığı düşük kısa devre akımını da beraberinde getirir. Güç kaynağındaki kesinti sebebiyle ark, ark süresi boyunca yalnızca birleştirilecek malzemelere ısı gönderir. CMT prosesinin farklı özellikleri aşağıda detaylı bir şekilde belirtilmiştir.

2.1. Dijital proses regülasyonu
İlk defa, tel hareketi doğrudan proses regülasyonuna bağlanmıştır. Dijital proses regülasyonu olası bir kısa devreyi algılamakta ve geri çekme yoluyla damlacık transferini desteklemektedir. Tüm işlem dijital olarak yönetilir. Bu, geleneksel kısa ark kaynağı ile arasındaki birinci önemli farktır.
2.2. Çok düşük ısı girdisi
İkinci fark ise, neredeyse akımsız olarak gerçekleşen malzeme geçişidir. Tel ileri doğru hareket eder ve kısa devre oluştuğunda tekrar geri çekilir. Tamamen otomatik... Arkın kendisi bu sayede yanma evresinde çok kısa bir süre için ısı uygular ve bunun ardından ısı uygulaması hemen düşürülür.

2.3. Daha az çapak
Tam buradan üçüncü önemli fark doğar. Telin geriye doğru hareketi, kısa devre sırasında damlacık transferini destekler. Kısa devre kontrol edilir ve kısa devre akımı düşük tutulur. Sonuç olarak çapaksız malzeme transferi elde edilir. Titiz damlacık transferi, her kısa devreden sonra hemen hemen aynı miktarda ilave metal eritilmesini garantiler. Ve tüm bu farklar, şimdiye kadar ancak zahmetli bir şekilde gerçekleştirilebilen uygulamaları mümkün kılmıştır: Sıçramasız kaynak ve lehim dikişleri, çelik ile alüminyum kaynak bağlantıları, 0,3 mm'den itibaren olan levhaların kaynatılabilmesi, hatta alın kaynağı geometrisi ile kaynak banyosu altlığı olmadan v.s.

2.4. Kararlı ark
CMT teknolojisi sadece düşük bir ısı girdisi ile çalışan bir kaynak ve lehim çözümü sunmakla kalmamakta, karşı konulamayacak bir avantajı da beraberinde getirmektedir: Hiçbir şekilde istikrarını bozmayan stabil bir ark. Geleneksel Metal Gazaltı Kaynağı’nda işlem parçasının yüzeyi ve kaynak hızı, ark stabilitesini hassas bir şekilde etkileyebilir. CMT ile ark uzunluğu mekanik olarak algılanmakta ve ayarlanmaktadır. Yani işlem parçasının yüzey özellikleri ne olursa olsun veya ne kadar hızlı kaynak yapılmak istenirse istensin ark stabil kalır. Böylece bu kaynak prosesi her yerde ve her pozisyonda uygulanabilmektedir. Çünkü yeni bir sistem ancak doğru kullanıldığı takdirde mantıklıdır.

🔍

2.5. Entegre tel hareketi
Bu yenilikçi prosesin hayata geçirilebilmesi için yeni sistem bileşenlerinin geliştirilmesi gerekmekteydi. Tel beslemede de yeni teknolojik yollara başvurulmuştur. İki tel sürücü tesis edilmiştir, burada öndeki sürücü teli saniyede 70 defaya kadar ileri-geri oynatırken (SyncroPuls'la karşılaştırıldığında sadece 5 defaya kadar) arkadaki sürücü ise teli itmektedir. Her iki sürücü de dijital olarak ayarlanmaktadır. Öndeki sürücü yüksek düzeyde dinamik AC servo motora sahiptir. Bu sürücü doğru bir tel sevkini ve sabit presleme basıncını sağlamaktadır.

Burada tork hortum paketinin sürücü ünitesinden ayrılabilmesi son derece yeni bir gelişmedir, bu sayede robot kullanımında TCP'nin (Tool Center Point) tekrar ayarlanması gerekmeden hızlı bir değişim mümkün kılınmıştır. Ayrıca iki sürücü arasında bunları birbirinden ayıran ve tel için ek depolama kapasiteleri sağlayan tel tamponu bulunmaktadır. Bu tampon sayesinde telin güç kullanılmadan hareket etmesi sağlanmıştır. Tel tamponunda spiral değişimi de son derece kolaydır: Açılır, spiral çıkarılır, yenisi yerleştirilir, kapatılır ve hazır.

3. Kullanım ve uygulamalar
CMT, şimdiye kadar imkansız görüneni mümkün kılmaktadır, kaynak teknolojisine yeni standartlar getirmektedir. Bu proses otomotiv ve yan sanayisinden ağır sanayi ve boru hattı imalatına, tamir ve bakıma kadar neredeyse tüm kullanım alanları için uygun bir çözüm oluşturmaktadır. Tüm otomatize, robot destekli veya manuel işlemler bu prosesle uygulanabilir. Tüm ana ve ek işlem malzemeleri rahatça kullanılabilir.

4. Ekonomiklik, servis ve güvenlik
Toplamda daha soğuk olan bu proses, bazı işlemleri gereksiz kılmaktadır. Sıçramasız olması, ek çalışmaları ortadan kaldırmaktadır. Hatta bu, çeliğin kaynaklanması sırasında 0 oranında CO2 koruyucu gaz kullanımı için de geçerlidir. İnce levhaların alın kaynağı ile kaynaklanabilmesi sayesinde de kaynak banyosu desteğine artık gerek kalmamıştır. Yüksek boşluk doldurma kapasitesi, prosesin otomatik bir şekilde yürütülmesini sağlamaktadır. Ve kaynak cihazının çoklu işlem kabiliyeti sayesinde CMT'nin yanı sıra MIG/MAG standart ve pulslı ark kaynağı da uygulanabilmektedir. Ayrıca torka kayıpsız gaz iletimi, otomatik soğutma cihaz kapatması, düşük boşta çalışma devri gücü, yüksek verim derecesi, modüler ve bu sayede esnek sistem prensibi, kolay servis, dizüstü bilgisayar ile yürütülen güncellemeler de ek tasarruşar sağlamaktadır. Dijital MIG/MAG sistemlerinde bulunan tüm özellikler burada da görevlerini görmektedir.

6. Sonuç
“Soğuk” kaynak prosesi CMT, her türlü robotik sistem uygulamalarında ve tüm malzemelerde çok iyi sonuçlar verir, dünyanın en kararlı arkını sağlar ve eksiksiz bir proses regülasyonu sunar. Bu, geleneksel MIG/MAG kaynağına göre gerçekten soğuk olan prosesle mümkün olur. Daha doğrusu, sıcak ve soğuğun sürekli değişmesiyle mümkün olur. Bu, mükemmel sonuçlar, çapaksız kaynaklı ve lehimli dikişler, çelik ve alüminyum arasında kaynak bağlantıları, 0.3 mm ve üzeri kalınlıkta çok ince plakaların kaynaklanması gibi ve daha başka çok sayıda seçenek sunar.