Metody obloukového svařování
Svařování je proces získání trvalého spojení vytvořením meziatomových vazeb mezi svařovanými částmi během jejich místního nebo obecného ohřevu nebo plastické deformace nebo kombinovaného působení obou. V současné době bylo vytvořeno mnoho metod svařování. Všechny známé druhy svařování jsou obvykle klasifikovány podle jejich hlavních fyzikálních, technických a technologických charakteristik. Podle fyzikálních vlastností, v závislosti na formě použité energie, jsou poskytovány tři typy svařování: tepelné svařování, termomechanické svařování a mechanické svařování.
Tepelný pohled svařování zahrnuje všechny metody využívající tepelnou energii (obloukové svařování, svařování plynem, plazmové svařování atd.).
Termomechanický pohled kombinuje všechny metody svařování využívající tlakovou a tepelnou energii (odporové svařování, difúzní svařování)
Mechanický pohled zahrnuje metody svařování prováděné pomocí mechanické energie (svařování za studena, svařování třením, svařování ultrazvukem, svařování výbuchem).
Metody svařování klasifikovány podle následujících technických vlastností:
• podle typu ochranného plynu (v aktivních plynech, v inertních plynech);
• podle způsobu ochrany kovu v zóně svařování (na vzduchu, v prostředí ochranného plynu, ve vakuu, pod vrstvou tavidla, s kombinovanou ochranou);
• podle stupně mechanizace (ruční, mechanizovaná, automatizovaná, automatická);
• podle povahy ochrany kovů ve svařovací zóně (s proudovou ochranou, v řízené atmosféře).
NEJBĚŽNĚJŠÍ METODY SVAŘOVÁNÍ
Obloukové (elektrické obloukové) svařování. Obloukové svařování kovů je tavné svařování, při kterém se svařované hrany ohřívají teplem elektrického oblouku. Nejčastěji se používají čtyři metody obloukového svařování.
Ruční obloukové svařování kovů
Lze vyrobit dvěma způsoby: netavitelná elektroda a tavná elektroda.
Při ručním obloukovém svařování netavitelnou elektrodou svařené hrany výrobku se přivedou do kontaktu. Mezi nespotřebovatelnou (uhlíkovou nebo grafitovou) elektrodou a obrobkem je vybuzen oblouk. Okraje produktu a výplňového materiálu zaváděného do zóny oblouku se zahřívají až do roztavení a vytvoří se kaluž roztaveného kovu. Po ztuhnutí tvoří kov v lázni svar. Tato metoda se používá při svařování neželezných kovů a jejich slitin a také při navařování tvrdých slitin.
Při ručním obloukovém svařování stavnou elektrodou používá se tzv. kusová elektroda s povlakem. Tato metoda je hlavní pro ruční svařování. Elektrický oblouk je buzen podobně jako u prvního způsobu, ale taví jak elektrodu, tak okraje výrobku. Výsledkem je společná lázeň tekutého kovu, která po ochlazení vytvoří šev.
Automatické a poloautomatické svařování kovů pod tavidlem
Automatické a poloautomatické svařování kovu pod tavidlem se provádí mechanizací hlavních pohybů prováděných svářečem při ručním svařování kovu – podávání elektrody do zóny oblouku a její pohyb po okrajích svařovaného výrobku. Při poloautomatickém svařování je elektroda přiváděna do zóny oblouku mechanizací a svářeč pohybuje elektrodou po svařovaných hranách ručně. S automatickým svařováním kovů jsou všechny operace nezbytné pro tento proces mechanizovány. Tekutý kov v lázni je chráněn před vystavením kyslíku a dusíku ve vzduchu roztavenou struskou vytvořenou tavením tavidla přiváděného do zóny oblouku. Tento typ svařování kovů zajišťuje vysokou produktivitu a dobrou kvalitu svaru.
Obloukové svařování kovů v ochranném plynu
Provádí se obloukové svařování kovu v ochranném plynu netavící se (wolfram) popř tání elektroda. V prvním případě je svar tvořen kovem roztavených hran výrobku. V případě potřeby se do zóny oblouku dodává výplňový materiál. Ve druhém případě se elektrodový drát přiváděný do zóny oblouku taví a podílí se na vytváření švu. Roztavený šev je chráněn před oxidací a nitridací proudem ochranného plynu, který vytlačuje atmosférický vzduch z oblasti oblouku.
Elektrostruskové svařování kovů
Elektrostruskové svařování kovu se provádí tavením kovu svařovaných hran výrobku, umístěných svisle nebo pod úhlem 45 o, a elektrody teplem generovaným proudem při průchodu roztavenou struskou. Kromě toho struska chrání roztavený kov před vystavením vzduchu. Ke svařovaným výrobkům je zespodu ručně přivařena paleta. Na obou stranách mezery mezi výrobky jsou nalisovány vodou chlazené měděné jezdce tvořící šev. Poté se na podnos nalije speciální tavidlo, přes které se umístí jeden nebo dva elektrodové dráty. Oblouk je buzen ponořenými oblouky mezi elektrodami a pánví. Drát elektrody je přiváděn do zóny hoření oblouku speciálním mechanismem. Vlivem tepla oblouku se drát elektrody a tavidlo roztaví, což má za následek lázeň roztaveného kovu a lázeň strusky nad ní. Následně se vytváří potřebné teplo průchodem proudu roztavenou struskou, která má vysoký odpor (podle Lenz-Jouleova zákona). Jak se kapalný kov a struska hromadí v lázni, měděné kluzáky spolu s elektrodovým drátem a mechanismem podávání tavidla se automaticky pohybují zdola nahoru rychlostí stoupání tekutého kovu.
Speciální druhy svařování kovů
V průmyslu a stavebnictví jsou žáruvzdorné a chemicky aktivní kovy a slitiny stále rozšířenější. Používají se ve zvláště kritických jednotkách. Pro získání kvalitních svarů se v těchto případech používají zdroje s vysokou koncentrací tepla a svařování se provádí v prostředí s velmi nízkým obsahem kyslíku, dusíku a vodíku. Nejčastěji používanými metodami svařování jsou svařování elektronovým paprskem a plazmové svařování.
Svařování elektronovým paprskem kovu se provádí pomocí kinetické energie koncentrovaného proudu elektronů pohybujících se vysokou rychlostí ve vakuu. Zařízení pro svařování elektronovým paprskem je obdobou kineskopického zařízení (katoda, urychlovací elektroda, magnetická čočka, napětí 30-100 kV).
Plazmové svařování kovů je založena na využití paprsku ionizovaného plynu – plazmatu, obsahujícího elektricky nabité částice a schopného vést proud. Energie plazmového paprsku oblouku závisí na svařovacím proudu, napětí, průtoku plynu a dalších faktorech. Obloukové zdroje energie musí mít provozní napětí větší než 120 V. Plazmatvorný plyn slouží také k ochraně roztaveného kovu před okolním vzduchem.
KLASIFIKACE SVAŘOVACÍCH METOD PLÁSKA
Stávající metody tavného svařování lze klasifikovat podle typu zdrojů tepla, metody svařování – podle charakteru ochrany bazénu a svařovaného kovu před interakcí se vzdušnou atmosférou, zvláštností zavádění tepla, stupně automatizace procesů a dalších charakteristik. Podle typu zdroje tepla lze rozlišit metody tavného svařování: oblouková elektrostruska; elektronový paprsek; světelný paprsek; plyn; plazma; termit.
Podle povahy ochrany svařování kovu a svarové lázně z okolní atmosféry, lze rozlišit metody svařování struskou, plynostruskou a ochranou plynu.
Podle charakteristiky zavádění tepla Existují metody svařování s kontinuálním ohřevem a pulzní.
Podle stupně automatizace procesů stávající metody svařování lze rozdělit na ruční, mechanizované a automatické.
Charakteristiky nejpoužívanějších metod a metod tavného svařování v průmyslu s přihlédnutím k uvedeným technologickým vlastnostem jsou uvedeny v tabulce
Klasifikace metod a metod tavného svařování
Charakteristické rysy metod svařování
Obloukové svařování
Elektrostruskové svařování
Teplo uvolněné, když je topná plocha bombardována nabitými částicemi, a teplo plazmy sloupce oblouku
Teplo se uvolňuje, když proud prochází roztavenou struskou
Plynostruska a plyn s inertními a aktivními plyny. Místní i obecné. Za normálního vnějšího a zvýšeného tlaku a ve vakuu
Ruční, mechanizované a automatické
Automatické a mechanizované
Charakteristické rysy metod svařování
Laserové svařování
Svařování elektronovým paprskem
Teplo se uvolňuje, když je topná plocha bombardována elektrony urychlenými v poli vysokého napětí
Teplo se uvolňuje, když topná plocha absorbuje indukované záření o určité vlnové délce
Generál ve vakuu
Plyn s inertními plyny. Místní i obecné. Za normálního i zvýšeného tlaku a ve vakuu
Charakteristické rysy metod svařování
Svařování plynem
Plazmové svařování
Svařování termitem
Teplo získané spalováním hořlavého plynu v kyslíku
Teplo obsažené v proudu ionizovaného plynu
Teplo obsažené v přehřáté tekuté tavenině
Plyn a plyn-struska
Plyn, inertní a aktivní plyny. Místní i obecné
Manuální i automatické
SVAŘOVATELNOST A PÁJATELNOST KOVŮ
Jednou z nejdůležitějších vlastností kovů je jejich schopnost podrobit se té či oné úpravě. Můžeme hovořit o schopnosti kovů plasticky se deformovat za studena nebo za tepla, opracovávat řezáním, měnit své vlastnosti vlivem tepelného zpracování atd. Je zřejmé, že je možné a nutné mluvit o schopnosti kovy ke spojování při svařování a pájení – o jejich svařitelnosti a pájitelnosti . Co je třeba chápat pod pojmem svařitelnost a pájitelnost kovů a jak je hodnotit?
Obsah pojmu svařitelnost kovů nezůstal nezměněn. Poprvé byl formulován koncem 20. a začátkem 30. let minulého století. V souladu s úrovní rozvoje svařování a s tím spojenými obtížemi byla svařitelnost chápána jako poměr kovů k tepelným účinkům. Při svařování ocelí s vysokým obsahem uhlíku v té době působilo největší potíže zamezení vzniku trhlin v tepelně ovlivněných oblastech.
V dalších letech se na jedné straně prudce rozšířil sortiment kovů a slitin používaných ve svařovaných konstrukcích, na druhé straně bylo vyvinuto a v praxi aplikováno mnoho nových metod svařování, výrazně se zdokonalila technologie svařovacích procesů, svařovací procesy se svařovacími technologiemi a svařovacími technologiemi. a velkého úspěchu bylo dosaženo ve vývoji teoretických základů svařování Za těchto podmínek se měnily i obtíže, se kterými bylo nutné se při svařování vypořádat.
Je zřejmé, že při definování pojmu svařitelnost kovů je třeba vycházet z fyzikální podstaty svařování a vztahu kovů k ní. Je vhodné zvážit svařování jako kombinaci několika procesů probíhajících současně; procesy: vzájemná krystalizace kovů, tepelné účinky na kov v tepelně ovlivněných oblastech a tavení, metalurgické zpracování a krystalizace svarového kovu. Svařitelností je tedy nutné chápat vztah kovů k těmto základním procesům.
Pokud jsou kovy homogenní, je mezi nimi zásadně možná vzájemná krystalizace jakékoli formy. Zvláštní podmínky svařování (vysoká teplota, růst dendritů z povrchů částečně roztavených zrn, vysoká rychlost krystalizace, značný stupeň deformace atd.) však mohou v některých případech způsobit snížení vlastností svarových spojů v oblasti vzájemné krystalizace.
Pokles vlastností kovu v oblasti vzájemné krystalizace je také možný při nesprávné volbě přídavného kovu. Například při svařování hliníkových slitin se často používají přídavné tyče vyrobené ze slitiny hliníku a křemíku s 5 % Si jakosti AK. Při svařování slitin obsahujících hořčík však hořčík interaguje s křemíkem přídavného kovu a tvoří Mg2Si, jehož vměstky nepříznivě ovlivňují vlastnosti svarového spoje.
Při svařování homogenních kovů je zásadně možný proces vzájemné krystalizace. Je třeba pouze v nezbytných případech vyhodnotit míru možného poklesu vlastností sloučeniny v oblasti vzájemné krystalizace.
Při spojování nepodobných kovů není vždy možný proces vzájemné krystalizace. K tomu například dochází, když kovy tvoří chemické sloučeniny. V těchto případech intrakrystalická forma komunikace,
nemůže nastat mezi kovy. Je zřejmé, že takové kovy nelze v zásadě svařovat. To dává právo zavést koncept principu svařitelnosti kovů. Základní svařitelnost je schopnost dvojice kovů za podmínek svařování tvořit sloučeniny na základě vzájemné krystalizace (intrakrystalická forma vazby).
V těch relativně vzácných případech, kdy lze svařovat rozdílné kovy, je nutné hodnotit vlastnosti svarových spojů v oblasti vzájemné krystalizace – stupeň jejich základní svařitelnosti.
Vzhledem k tomu, že existují dva různé typy svařovacích procesů (tavné svařování a svařování plastů), musí být základní svařitelnost rozdělena pro každý z těchto typů procesu.
Podmínky pro výskyt druhého a třetího procesu jsou určeny metodou svařování a jejími režimy. Proto se poměr kovů k nim nazývá technologická svařitelnost. Technologická svařitelnost se zase dělí na tepelnou svařitelnost (poměr kovů k tepelnému ovlivnění) a metalurgickou svařitelnost (poměr kovů k roztavení, metalurgickému zpracování a následné krystalizaci).
Tepelná svařitelnost se posuzuje ve vztahu ke velmi specifickému svařovanému kovu. Posouzení metalurgické svařitelnosti je poněkud složitější.
Pokud se svařují díly ze stejného kovu a použije se podobný přídavný kov (nebo chybí), provede se posouzení metalurgické svařitelnosti pro velmi specifický kov. Pokud se svařují nestejné kovy nebo jiný přídavný kov, pak je třeba posouzení metalurgické svařitelnosti provést s přihlédnutím ke slitinám vytvořeným ve svarovém kovu, což problém poněkud komplikuje. Na druhou stranu vhodnou volbou přídavného kovu pro zajištění optimálního složení svarového kovu lze zlepšit metalurgickou svařitelnost kovů.
Posouzení technologické svařitelnosti musí být provedeno ve vztahu ke konkrétní metodě svařování a někdy k určitým technologickým režimům. Velmi často se kov jednou metodou svařuje dobře a jinou neuspokojivě. Například dural lze uspokojivě svařovat bodovým svařováním a špatně svařováním plynem.
Technologická svařitelnost není pro kovy a slitiny vlastní. S rozvojem svařovací techniky se špatně svařitelné kovy a slitiny často stávají snadno svařitelné. Správné posouzení technologické svařitelnosti vyžaduje hloubkovou analýzu svařovacího procesu a dobrou studii vlastností svařovaného kovu.
V současné době bylo vyvinuto mnoho metod pro stanovení tepelné svařitelnosti kovů. Poněkud složitější je stanovení metalurgické svařitelnosti. Velké množství faktorů ovlivňujících metalurgickou svařitelnost vyžaduje k jejímu stanovení složitější experimentální studie. V praxi se tato problematika řeší kontrolou chemického složení svarového kovu, jeho mechanických vlastností, citlivosti na praskání a plynové poréznosti atd.
Dodnes ještě nebyl formulován koncept pájitelnosti kovů – jejich schopnosti tvořit spoje během pájení. Je zřejmé, že řešení této otázky by mělo být podobné jako při stanovení svařitelnosti kovů. Pájitelností kovů a slitin je třeba chápat jejich vztah k celému souboru procesů probíhajících při pájení. To druhé, podobně jako svařování, lze rozdělit, jak již bylo zmíněno výše, do tří zobecněných procesů. V důsledku toho je pájitelnost poměrem kovů a slitin k těmto procesům.
Je však třeba poznamenat, že pomocí pájení lze spojit jakékoli homogenní a odlišné kovy. Proto zavedení konceptu základní pájitelnosti kovů jen stěží dává praktický smysl. Správný výběr pájky umožňuje zajistit v naprosté většině případů zcela vyhovující vlastnosti spoje v oblasti přímé interakce pájky s pájeným kovem.