Nástroje pro okamžité svařování: Princip a použití

Svařování, neboli sváření, je proces, který slouží k vytvoření trvalého, nerozebíratelného spoje dvou a více součástí. Obecným požadavkem na proces svařování je vytvoření takových termodynamických podmínek, při kterých je umožněn vznik nových meziatomárních vazeb. K tomu je nutné působit buď tlakem, teplem, nebo oběma faktory najednou. Obecně platí závislost, čím vyšší působí tlak, tím méně je potřeba vnést teplo, a obráceně.

Svařovat lze kovové i nekovové materiály, a to materiály podobných i různých vlastností. Pro různé typy spojů a materiálů jsou vhodné různé metody svařování. Na použité metodě svařování závisí interakce řady vlivů, jako je difúze, deformace, rekrystalizace, precipitace, rozpouštění a vznik nových fází. Výsledek svařování by měl být vždy stejný - spoj, který nelze nedestruktivně rozebrat.

Historie a vývoj svařovacích metod

Historicky prvním způsobem svařování bylo kovářské svařování, které se rozvíjelo spolu se zpracováním kovů. Teprve s rozvojem průmyslu a zvláště s objevem elektrického proudu vyvstaly požadavky na další způsoby spojování kovů. Velkým impulsem pro rozvoj nových metod svařování - zejména elektrickým obloukem - byly obě světové války ve 20. století. V 60. letech byl využit pro svařování laser a v 70. letech elektronový paprsek pro materiály a konstrukce leteckého a vojenského průmyslu. Poslední vyvinutou metodou z 90. let je svařování atomárním vodíkem, kterou Irving Langmuir vynalezl během studia chování ionizovaného plynu již v roce 1924.

Základní principy svařování

U všech svařovacích procesů je účelem spojit zpravidla dva až tři materiály kompaktním spojem - svarem - při působení z vnějšku dodávané energie, která překoná daný termodynamický stav látky. Dodávanou energií může být teplo (elektrický oblouk, plamen, plazma), plastická deformace (tření, výbuch, kovářská činnost) nebo radiace (elektronové nebo iontové záření). Při samotném svařování dochází k interakci mnoha vlivů, například difúze, deformace, rekrystalizace, precipitace, rozpouštění a vznik nových fází, jejichž existence a vývoj závisí na dané použité metodě.

Při tavném svařování dochází k přivádění energie ve formě tepla, které spojí materiál za použití roztavení ve svarové lázni. Častým příkladem je svařování elektrickým obloukem. Tlakové svařování je označení svařování za působení převážně tlaku a tavné při působení tepla.

Čtěte také: Druhy nátěrů pro dřevo v interiéru

Metody obloukového svařování

Největší skupinou jsou metody obloukového svařování. Energie pro sváření se získává hořením elektrického oblouku v ionizovaném plynu. Pro jejich četné výhody je tato metoda hojně využívána v průmyslové praxi.

1. Svařování obalenou elektrodou (MMA - Manual Metal Arc, metoda 111)

• Jedná se o nejstarší metoda ručního obloukového svařování, která si stále drží nezanedbatelnou pozici zejména z důvodu své flexibility, možnosti svařování ve všech polohách, snadné dostupnosti svářeček i přídavného materiálu.
• Dociluje se roztavení základního a přídavného materiálu hořením elektrického oblouku právě mezi základním materiálem resp. svarovou lázní a tavící se obalenou elektrodou.
• Během hoření oblouku se elektroda odtavuje, kov se ukládá do svarové lázně a tím dochází k vytvoření svarového spoje.
• Z obalu elektrody se během svařovacího procesu tvoří struska, která vyplave na povrch svarové lázně a na něm také ztuhne. Struska slouží jako ochrana při chladnutí svarového kovu. Strusku je nutné velmi dobře odstranit, zvláště pokud bude kladena další vrstva svarových housenek.
• Zdrojem pro svařování může být střídavý (AC) zdroj - např. trafo, nebo stejnosměrný (DC) zdroj - např. invertor.
• Nevýhodou svařování obalenou elektrodou je to, že disponuje nízkou výkonností a naopak vyžaduje vysoký um svářeče.

2. Svařování v ochranné atmosféře (MIG/MAG - Metal Inert Gas/Metal Active Gas, metoda 135)

• Nejrozšířenější metoda spojování zejména železných kovů je dnes MIG a MAG svařování. V obou případech jde o sváření v ochranné atmosféře, kterou vytváří plyn do místa svaru dopravovaný z tlakových lahví ohebnými hadicemi.
• Přídavný materiál je tvořen svařovacím drátem, který se postupně odvíjí z cívky pomocí podavače. Vše současně ústí do místa svaru pomocí speciálního hořáku.
• Plyny na svařování mají v případě obou zmíněných metod funkci ochrany před atmosférickou oxidací. Tavná lázeň tak vůbec nepřichází do styku se vzdušným kyslíkem díky proudu netečného plynu (obvykle argonu nebo směsi argonu a helia) v případě svařování MIG nebo díky tomu, že aktivní plyn (nejčastěji CO2 nebo jeho směs s některým z inertních plynů) molekuly kyslíku naváže. To platí u metody svařování MAG.
• Při svařování MIG/MAG se používá stejnosměrný proud. Oblouk hoří mezi svařencem a tavící se drátovou elektrodou - ta je zároveň přídavným materiálem a je tzv. nekonečná.
• Kdy použít MIG a kdy MAG? Svařovat se dá použitím inertního plynu MIG, což je případ výroby pracující spíše s neželeznými kovy, jako je hliník, hořčík nebo titan. Aktivní plyn u metody MAG potom využijete, pokud hledáte možnost sváření nízko, středně i vysokolegovaných ocelí.
• Výhody: Nízké nároky na zručnost svářeče, vysoký výkon svařování, možnost použití v různých polohách a dostupnost ochranných plynů i přídavných materiálů.

Druhy oblouků při MIG/MAG svařování:

• Krátký oblouk: Malé napětí a nízká rychlost drátu. Vhodný zejména pro svařování tenkých plechů a kořenových vrstev.
• Přechodový oblouk: Střídání zkratů a rozstřikových přechodů v nepravidelných intervalech - dochází ke zvýšené tvorbě rozstřiků. Je lepší se tomuto typu oblouku vyhýbat.
• Sprchový oblouk: Hoří trvale bez přerušení zkratu. Přídavný materiál přechází vysokou rychlostí v drobných kapkách do svařovací lázně. Vysoký odtavný výkon a hluboký průvar. Vhodný pro svařování silnějších plechů.
• Pulzní oblouk: Přechod materiálu se řídí pulzy tak, aby se vyloučily nežádoucí zkraty. Univerzálně použitelný oblouk s velmi malým rozstřikem. Vhodný pro svařování nejrůznějších druhů a tlouštěk materiálů ve vysoké kvalitě.
• Rotující oblouk: Mimořádně výkonný oblouk vhodný pro svařování velmi silných svařenců. Tato metoda je možná pouze v mechanizované podobě a má proto omezené možnosti použití.

3. Svařování netavící se elektrodou (TIG - Tungsten Inert Gas, metoda 141)

• Velmi precizní metoda svařování, která je určena zejména pro pohledové svary. Je také známá jako svařování pod argonem.
• Metoda TIG využívá teplo uvolňované ze zapáleného elektrického oblouku, který je udržován mezi netavící se wolframovou elektrodou a svařencem.
• Jako přídavný materiál se používají tyčky (dráty) zpravidla o délce 1 metr - podobně jako u svařování autogenem. Přídavný materiál se přidává ručně, podobně jako u svařování plamenem.
• Jako ochranné plyny se většinou používají argon nebo hélium či jejich směsi. Netavící se elektroda se vyrábí buď z čistého wolframu nebo je legována oxidy dalších kovů.
• Dominantním použitím této metody svařování je svařování hliníku, hořčíku a jejich slitin a korozivzdorných ocelí - nerezu, mědi, bronzů, mosazi, titanu, zirkonu, molybdenu a dalších kovů s vysokou afinitou ke kyslíku.
• Metoda vyžaduje značnou zručnost svářeče, který jednou rukou drží hořák a druhou rukou přidává přídavný materiál.

4. Svařování pod tavidlem (SAW - Submerged Arc Welding, metoda 12)

• Tento tavný způsob svařování využívá teplo dodávané hořením elektrického oblouku k roztavení svarových ploch a přídavného materiálu v tzv. svarové lázni.
• Svarová lázeň je chráněna před oxidací plyny, které se uvolňují při tavení granulovaného tavidla. Tavidlo je přidáváno do svarového úkosu před svarovou lázeň a má obdobnou funkci i složení jako obaly elektrod ručního obloukového svařování.
• Svarový kov vzniká z přídavného materiálu - na cívce navinutého svařovacího drátu. Svařovat pod tavidlem lze pouze v tzv. „vaničkové poloze“.
• Výhody: Automatizace procesu, která umožňuje svařování bez zásahu svářeče, a vyšší výkon svařování díky možnosti použití vyšších proudů a rychlostí.
• Nevýhody: Nulová vizuální kontrola svarové lázně a provádění pouze takových svarů, ke kterým lze přistoupit shora, případně šikmo shora s maximální úklonem cca 7°.

5. Svařování trubičkovým drátem (FCAW - Flux Cored Arc Welding, metoda 114)

• Metoda podobná metodě MIG/MAG, ale jako přídavný materiál se používá tzv. trubičkový drát, který je také nazýván plněný nebo dutinkový. Jedná se vlastně o svinutý pásek plněný tavidlem, rutilovou či bazickou náplní, kovovým práškem apod.
• Náplň má za úkol především významné zlepšení kvality svaru, jeho mechanických vlastností, zvýšení odtavovacího výkonu apod. Dále má za úkol vytvoření vlastní ochranné atmosféry, což znamená, že při svařování vzniká rozkladem přísad z náplně ochranný plyn, který chrání svarovou lázeň.
• Trubičkový drát s vlastní ochranou lze použít i tam, kde by použití plného drátu v kombinaci s ochranným plynem bylo problematické - typickým příkladem je svařování venku, mimo dílnu.
• Další předností trubičkového drátu s vlastní ochranou (v porovnání s běžným plným drátem) je hlubší průvar.

Ostatní metody svařování

1. Odporové svařování (metody skupiny 2)

• Používá se pro spojení dvou materiálů položených na sobě, nejčastěji k bodování ocelových plechů nebo spojení drátů do mříží.
• Spojované materiály jsou k sobě přimáčknuty dvěma elektrodami, jimiž zároveň prochází elektrický proud. Při současném působení tlaku tak dojde k lokálnímu svaření.
• Vzniklé svary mají velkou pevnost proti usmýknutí ve směru ploch plechů ve srovnání s namáháním kolmo k povrchu plechů.

2. Třecí svařování (metoda 42)

• Využívá tepelné energie vzniklé při tření dvou ploch. Po přípravě svarových ploch - srovnání a očištění je jedno těleso upevněno k stacionární části a druhé těleso je připevněno k rotační části.
• Druhé těleso se roztočí a působícím tlakem v ose rotace se přitlačí ke stojícímu tělesu.

3. Kovářské svařování

• Velmi dlouhá historie kovářského svařování jej učinila všestrannou metodou pro spojování stejných i různých kovů.
• Ke spojení dochází při zahřátí kovů na teplotu zhruba 50 % až 90 % teploty jejich tání a působením vnějšího tlaku - údery kladiva nebo lisu na materiál.

4. Difúzní svařování (metoda 44)

• Je založeno na teorii Fickových zákonů, které popisují difúzní tok atomů, jejich koncentraci a rychlost změny koncentrace v závislosti na vzdálenosti atomů.
• Svařovací proces probíhá kontaktem dvou hladkých ploch, které jsou ohřáté na 50 až 90 % teploty tání a působením tlakové síly.
• Difúzní svařování dává vysoce kvalitní spoje bez negativních vlivů tavného svařování, jako jsou vnitřní pnutí a deformace nebo tepelně ovlivněné oblasti.

5. Výbuchové svařování (metoda 441)

• Používá se zejména pro navařování - plátování. Dvě desky se na sebe položí, na horní povrch horní desky se rozprostře výbušnina, která se přivede k explozi.
• Rázová vlna, která kovem prostupuje způsobí tlak 10 až 100 GPa, který je mnohonásobně větší než mez kluzu spojovaných materiálů.

6. Ultrazvukové svařování (metoda 41)

• Využívá mechanického rozkmitání o vysoké frekvenci při současném působení tlakové síly, která zaručuje přenos kmitů z sonotrod do spojovaných materiálů.
• Rozkmitáním dochází i k relativně malému ohřevu v dané oblasti a vzniku plastických deformací.

7. Aluminotermické svařování (svařování termitem)

• Používá se především ke svařování kolejnic. V tyglíku s otvorem ve spodní části, umístěném nad svařovaným místem, se pomocí magnéziové roznětky zapálí směs oxidu železitého a hliníkového prášku.

Svařovací plyny a jejich význam

Svařovací plyny jsou nezbytností v případě svařování v ochranné atmosféře. Rozdělujeme je na aktivní a inertní, přičemž aktivní se používají výhradně u metody MAG a inertní u metod MIG a TIG.

Při svařování MIG a TIG se jedná o svařování v inertní atmosféře, která je zpravidla čistý Argon, výjimečně Argon + Helium.

Typy svařovacích plynů:

• Oxid uhličitý (CO2): Lze použít ve 100% formě. Poskytuje hluboký a široký průnik a je ideální pro hrubé materiály. Nevýhodou je méně stabilní oblouk a více rozstřiku.
• Směsi Ar+CO2: Nejčastěji 82/18 (82% Ar a 18% CO2) pro klasickou černou ocel nebo 98/2 (98% Ar a 2% CO2) pro nerezovou ocel. Poskytují kompromis mezi pevností v tahu a tažností.
• Čistý argon: Najde využití při svařování metodou TIG všech materiálů a při metodě MIG svařování nejčastěji hliníkových slitin, slitin mědi a nerezové oceli. Vytváří stabilní oblouk a estetický vzhled svaru.
• Hélium: Obvykle se používá ke svařování neželezných kovů. Vytváří oblouk vyšší teploty a širší a hlubší profil průřezu. Často s příměsí argonu (25-75%).
• Kyslík: Reaktivní plyn, který se používá nejčastěji v kombinaci s argonem (maximálně 10%). Zlepšuje tekutost svarové koupele a stabilitu oblouku.
• Dusík: Nachází využití jako pomocný plyn při laserovém řezání nebo jako formovací plyn pro ochranu kořene svaru.
• Vodík: Vytváří redukční prostředí v okolí svaru a zabraňuje oxidaci kořenové vrstvy.

Nastavení parametrů svařování

Správné nastavení parametrů při sváření je klíčové pro pevný, estetický a bezpečný svar. Chybně zvolený proud, napětí nebo rychlost posuvu může vést k propálení, nedostatečné penetraci, pórovitosti nebo trhlinám.

• Proud: U obalené elektrody platí jednoduché pravidlo: proud = 40 x průměr elektrody v mm (např. 2,5 mm = cca 100 A).
• Napětí oblouku (Voltage): Nastavuje se podle zvoleného proudu a průměru drátu. Vyšší napětí znamená delší oblouk a plošší svar, nižší napětí dává užší a hlubší svar.
• Rychlost posuvu drátu: Je klíčová u MIG/MAG.

Dodržení tabulkových hodnot, sladění proudu, napětí a posuvu a výběr správného materiálu (drát, elektroda, plyn) zásadně snižuje riziko chyb.

Čtěte také: Nátěr pro OSB desky na podlahu

Vady svarů a jejich prevence

Během svařování se mohou vyskytnout okolnosti, které vedou k vzniku nedokonalostí a vad svaru. Druhy vad jsou většinou typické jak daným svařovaným materiálům, tak metodám svařování.

• Vodíkem indukované trhliny za studena: Vznikají především u feritických a martenzitických ocelí za přítomnosti difúzního vodíku ve svaru, který se dostal do svarové lázně buď z okolní atmosféry při nedokonalé plynové ochraně, nebo ze znečištěných svarových ploch, nebo z vlhkých obalů elektrod či kombinací těchto vlivů.
• Trhliny za horka: Vznikají především v austenitických typech ocelí (korozivzdorné chrom niklové oceli). Za jejich vznikem je přítomnost nečistot síry a fosforu.
• Póry a bubliny: Bývají časté u svarů ocelí, kdy jsou způsobeny spíše špatným technologickým postupem. Přirozeně se vyskytují pouze při svařování oceli s povlakem zinku.
• Propálení: Dochází, když se základní kov zcela roztaví a roztavený kov svaru propadne. Při svařování tenkých kovů metodou MIG v kulovém nebo rozstřikovém přenosu existuje možnost propálení.
• Nedostatečné natavení: Je typ vady svaru, která vzniká, když se roztavený kov, svarová lázeň, zcela nespojí se studeným základním kovem, a je častější u silnějších materiálů.

Nedostatečně vysušené elektrody jsou nejčastější příčinou bublin a pórů snižujících homogenitu kovu v místě svaru. Trhliny pak způsobí nevhodné chemické složení základního nebo přídavného materiálu či jejich nedostatečné natavení. Nutné je také držet jak svařované díly, tak i přídavný materiál v čistotě bez mastnoty a rzi.

Vybavení a ochrana svářeče

Osoba, která se profesně zabývá svařováním kovů, se označuje jako svářeč. Takový svářeč potřebuje mnoho nástrojů, pomůcek a vybavení jednotně nazývanou jako svářecí technika.

• Přídavné svařovací materiály: Dráty navinuté na cívce nebo volně v tyčích (plné či trubičkové) a elektrody (obalené, neobalené či wolframové). Mohou být ocelové, litinové, nerezové, hliníkové, pozinkované, poměděné a jiné.
• Další vybavení: Svářecí hořák, svařovací kabely, držák elektrod, zemnící svěrka, redukční ventil, hadice, rukojeti, spojky a mnoho dalšího vybavení, náhradních a spotřebních svářecích materiálů, pomůcek a chemie.
• Svářecí chemie: Separační spreje, kapaliny, pasty, gely, které pomáhají a chrání.
• Ochrana svářeče: Svářečské oblečení - boty, kalhoty, kabáty, rukavice a ochrana hlavy a obličeje (stmívací svářecí kukla, samozatmívací kukla, svářecí helma apod.).

Čtěte také: Doporučení pro ekologické nátěry

tags: #nater #umoznujici #okamzite #svarovani #princip #pouziti

Oblíbené příspěvky:

• Prodlužte životnost vaší laminátové podlahy
• Moderní řešení pro sprchové kouty
• od tradičních po moderní omítky
• Průvodce výběrem betonových a cihlových jímek
• bezpečné a elegantní vedení kabelů