náhled|Ruční obloukové svařování obalenou elektrodou Svařování 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.
Protože prakticky je velmi obtížné dosáhnout spojení na úrovni meziatomových vazeb za okolních podmínek (běžná teplota, tlak), kdy je termodynamický stav materiálů stabilní resp. metastabilní, je nutné tento termodynamický stav změnit. Proto je při svařování nutné působit buď tlakem, teplem nebo oběma faktory najednou. Obecně platí závislost čím vyšší působí tlak tím méně je potřeba vnést teplo a obráceně. Tlakové svařování je označením svařování za působení převážně tlaku a tavné při působení tepla.
Svařovat lze kovové i nekovové materiály, materiály podobných i různých vlastností. Ale pro různé typy spojů a materiálů jsou vhodné jiné metody svařování. Při svařování dojde vždy ke změně fyzikálních nebo mechanických vlastností základního materiálu (spojovaného) v okolí spoje. Jiné metody nerozebíratelného spoje jsou např. pájení nebo lepení.
Osoba, která se profesně zabývá svařováním kovů, se označuje jako svařeč.
Historie
Historicky prvním způsobem svařování bylo svařování kovářské, které se rozvíjelo spolu se zpracováním kovů. Teprve až 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 minulého století – je třecí svařování promíšením.
Svařovací metody 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, plasma), plastická deformace (tření, výbuch, kovářská činnost) nebo radiace (elektronové nebo iontové záření). Při samotném svařování dochází k interakci mnoha vlivů, např. difúze, deformace, rekrystalizace, precipitace, rozpouštění a vznik nových fází, atd., jejichž existence a vývoj závisí na dané použité metodě. Po ukončení procesu svařování vzniká takový spoj, který nelze nedestruktivně rozebrat, to vše za předpokladu kvalitně provedeného svaru. Svařovací metody jsou označování podle ČSN EN 287-1 referenčními čísly (111, 135 ad.) Způsoby svařování podle směru a polohy Definice svařovacích poloh Polohy při svařování jsou normovány v ČSN EN ISO 6947. vodorovná shora – (elektroda svisle) – symbol PA vodorovná šikmo shora – (elektroda pod 45°) – symbol PB vodorovná na svislé stěně – (elektroda vodorovně) – symbol PC šikmo nad hlavou – (elektroda pod 45°, nahoru) – symbol PD nad hlavou – (elektroda svisle, nahoru) – symbol PE na svislé stěně nahoru – (elektroda vodorovně) – symbol PF na svislé stěně dolů – (elektroda vodorovně) – symbol PG svařování nahoru k vrcholu svaru – symbol H-L045 svařování od vrcholu svaru dolů – symbol J-L060
Rozdělení dle směrů svařování vpřed – osa elektrody svírá se směrem svařování tupý úhel(110–125°) vzad – osa elektrody svírá se směrem svařování ostrý úhel (60–70°)
Tavné svařování náhled|Na povrchu svaru, provedeného metodou obloukového svařování v ochranné atmosféře, jsou patrné sklovité útvary (sulfidy manganu a křemíku) vzniklé rafinací svarového kovu. Tavné svařování lze charakterizovat jako postup, kdy se přivádí energie pouze ve formě tepla a ke spojení materiálů dochází při jejich roztavení v tzv. svarové lázni. Nejvýznamnějším zástupcem, co do rozsahu používání, je svařování elektrickým obloukem.
Roztavený kov má tendenci reagovat s prvky obsaženými v okolní atmosféře, zejména kyslíkem a dusíkem nebo znečištěním na svarové ploše sírou, fosforem. Pro ochranu před vlivem prvků v atmosféře se používají takové způsoby, které zabraňuje těmto nežádoucím plynným prvkům v reakci se svarovou lázní. U některých metod se používá ochrana záměrně dodávaným plynem, plynem vytvořeným během svařování nebo tavidlem, které omezují přístup vzduchu ke svarové lázni. Nečistoty ve svarové lázni se rafinují struskou, vzniklou reakcí záměrně dodávaných tavidel a nežádoucích prvků.
Rozmanitost metod tavného, zejména obloukového, svařování je dána vhodností každé jedné metody pro různé druhy svařovaných materiálů, typů spoje, poloh při svařování a pro požadovaný kvantitativní výkon svařování, kvalitu svaru, velikost vnitřních pnutí a deformací.
Obloukové svařování
Metody obloukového svařování jsou největší skupinou metod tavného svařování. Energii pro roztavení svařovaného materiálu získávají při hoření elektrického oblouku v ionizovaném plynu. Tyto metody jsou velmi rozšířené v průmyslové praxi pro celou řadu výhod, jako jsou např. relativně nízké investiční náklady, vysoká kvalita svarů při dodržení technologické kázně, apod. Jako generátory svařovacího proudu a napětí jsou používány svařovací zdroje.
Ruční obloukové svařování obalenou elektrodou náhled|vpravo|Ruční obloukové svařování obalenou elektrodou
Ačkoliv je ruční obloukové svařování obalenou elektrodou (používaná česká zkratka ROS nebo SOE; metoda 111 podle ISO 4063) nejstarší metodou obloukového svařování, stále si drží nezanedbatelnou pozici v oblasti svařování zejména z důvodu své flexibility, možnosti svařování ve všech polohách, relativně snadné dostupnosti svařovacích zdrojů i přídavného materiálu. V současné době je její nasazení omezováno z důvodu nízké výkonnosti a nutnosti velmi dobré manuální zručnosti svářeče. Za předpokladu zručného svářeče poskytuje metoda vynikající výsledky s ohledem na kvalitu svaru, zvláště v kontextu mechanických vlastností. Srovnatelným svarům se kvalitativně přibližuje snad jen metoda obloukové svařování netavící se elektrodou v ochranné atmosféře inertního plynu.
Výraznou inovací principu této metody je obloukové svařování plněnou elektrodou bez ochranného plynu (metoda 114 podle ISO 4063). Místo elektrody obalenou tavidlem se používá trubičkový drát naplněný tavidlem navinutý na cívce. Tavidlo i v tomto případě zajišťuje vznik ochranné atmosféry. Užití metody 114 není tak časté a používá se spíše pro svařování v polohách jako náhradu za svařování ROS, včetně svařování betonářské výztuže na stavbě.
Obloukové svařování tavící se elektrodou v ochranné atmosféře
Pod názvem obloukové svařování tavící se elektrodou v ochranné atmosféře se skrývá několik metod založených na stejném principu při použití různých typů svařovacích drátů a ochranných plynů: plnou elektrodou v inertním plynu (v Česku užívaná zkratka MIGZkratka MIG pochází z německého Metallschweißen mit inerten Gasen.; metoda 131 podle ISO 4063), plnou elektrodou v aktivním plynu (v Česku užívaná zkratka MAGZkratka MAG pochází z německého Metallschweißen mit aktiven Gasen.; metoda 135 podle ISO 4063), plněnou elektrodou v aktivním plynu (metoda 132 podle ISO 4063), plněnou elektrodou v inertním plynu (metoda 136 podle ISO 4063).
Metody nekladou vysoké nároky na zručnost svářeče díky automatickému podávání svařovacího drátu, disponují relativně značným výkonem odtavování (svařování), je s nimi možné svařování ve všech polohách, lze je použít jak v dílně tak na montáži při dosažení zhruba srovnatelné kvality svaru. Je dostupná široká paleta ochranných plynů i přídavných materiálů. Metody lze snadno mechanizovat a robotizovat. Všechny tyto vlastnosti vynášejí tyto metody na pomyslnou špičku používání v celosvětovém měřítku.
náhled|vlevo| Svařování netavící se elektrodou v ochranné atmosféře inertního plynu s použitím tyčinky přídavného materiálu Obloukové svařování netavící se elektrodou v ochranné atmosféře inertního plynu
Při svařování netavící se elektrodou v ochranné atmosféře inertního plynu (v České republice používaná zkratka WIG nebo TIGZkratka WIG pochází z německého Wolfram-Inertgasschweißen. TIG je alternativou z anglicky hovořících zemí, kdy T znamená tungsten – název pro wolfram.; metody skupiny 141 podle ISO 4063) hoří elektrický oblouk mezi netavící se wolframovou elektrodou a základním materiálem nebo svarovou lázní. 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, mědi, bronzů, mosazi, titanu, zirkonu, molybdenu a dalších kovů s vysokou afinitou ke kyslíku. Přídavný materiál se přidává ručně, podobně jako u svařování plamenem. Metodou lze provádět velmi kvalitní svary, ale klade vysoké nároky na zručnost svářeče. Výkon odtavení je velmi nízký a nemůže soupeřit s metodami svařování tavícími se elektrodami v ochranných atmosférách.
Svařování pod tavidlem
Metoda automatického svařování pod tavidlem (používaná česká zkratka APT; metody skupiny 12 podle ISO 4063) byla vyvinuta za účelem dosažení vysokého výkonu odtavení při svařování velmi dlouhých svarů při stavbě lodí, mostů, trub a tlakových nádob z plechů větších tlouštěk. Je to plně automatizovaná metoda obloukového svařování, kdy je svarová lázeň chráněna plyny vzniklými při hoření a tavením tavidla ve svarové lázni. Přídavným materiálem mohou být jak plné dráty (svařování pod tavidlem drátovou elektrodou; metoda 121 podle ISO 4063) tak i svařovací pásky (svařování pod tavidlem páskovou elektrodou; metoda 122 podle ISO 4063), které se většinou používají pro navařování.
Laserové svařování
Laserové svařování patří mezi moderní nekonvenční metody svařování. Touto metodou je materiál roztaven pomocí laseru. Touto metodou lze svařovat materiály, které nejsou svařitelné konvenčními metodami. Laserové svařování umožňuje vysoké svařovací rychlosti, minimální deformace a úzkou tepelně ovlivněnou oblast. https://www.mmspektrum.com/clanek/unikatni-laserove-technologie-v-praxi.html
Svařování atomárním vodíkem
Svařování atomárním vodíkem je jedna z nejstarších metod svařování elektrickým obloukem. Irving Langmuir ji vynalezl během studia chování ionizovaného plynu již v roce 1924. Průchodem proudu vodíku elektrickým obloukem mezi dvěma wolframovými elektrodami dojde k disociaci molekul vodíku. Následná rekombinace atomárního vodíku při dopadu do svarové lázně vede k uvolnění velkého množství tepla. Proud atomárního vodíku – plamen – dosahuje vysokých teplot až 4000 °C. V současnosti se používá jen velmi zřídka – spíše pro speciální aplikace.
Plamenové svařování
Svařování plamenem, zastarale autogenní svařování, je historicky starší metodou než obloukové svařování. Zdrojem tepla plamenového svařování je spalování hořlavého plynu ve směsi s kyslíkem, případně vzduchem. Používají se různé hořlavé plyny pro svařování různých kovů, např.: kyslíko-acetylénové svařování (metoda 311 podle ISO 4063) kyslíko-propanové svařování (metoda 312 podle ISO 4063) kyslíko-vodíkové svařování (metoda 313 podle ISO 4063)
Přestože se jedná o jednu z nejlevnějších metod svařování, její význam ustupuje a v současné době se používá zejména v opravárenství, při renovacích, při klempířských a instalatérských pracích, apod.
Elektronové svařování
Elektronové svařováníTSaZ, str. 261 (svařování svazkem elektronů nebo svařování elektronovým paprskem) je metoda používaná pro svařování materiálů vysoce chemicky aktivních (titan, zirkon, molybden, niob, hafnium, wolfram aj.) nebo vysokotavitlené a žárupevné slitiny (např. Inconel, Nimonic).TSaZ, str. 264