Metody svařování

Metody svařování

-rozdělení- princip- použití

Červenec 2008

Červenec 2008 © Ing. J. Barták, CSc.

Rozdělení svařování

Základní rozdělení svařování je na:

a)Tavné svařování – vyžaduje místnítavení kovu

b)Tlakové svařování – svar je vytvořen použitím dostatečné síly pro plastickou deformaci přiléhajících svarových ploch

c)Ostatní způsoby svařování


Tavné svařování

Zdroje tepla:

-elektrický oblouk

-plamen

-plazma

-elektronový paprsek

-laser


Tavné svařování elektrickým obloukem

- svařování obalenou elektrodou

- svařování pod tavidlem

- svařování tavící se elektrodou v ochranné atmosféřea) plným drátem v aktivním plynub) plným drátem v inertním plynuc) plněným drátem v aktivním plynud) plněným drátem v inertním plynu

- svařování netavící se elektrodou v ochranné atmosféře (inertní)


Elektrický oblouk se skládá zkatodové skvrny, která se nalézá na povrchu žhavé katody,oblasti katodového úbytku napětí, nalézající se těsně u katody,ze sloupce oblouku, tvořeného plazmatem, který se nalézá mezi, katodou a anodou,oblasti anodového úbytku napětí, nacházející se těsně nad anodouanodová skvrna je oblast na anodě, kde jsou pohlcovány elektrony.

Elektrický oblouk má výrazné tepelné a mechanické účinky na své okolí. Obecně platí, že na kladné elektrodě se získá více tepla než na záporné

Svařování obalenou elektrodou - princip


•ochrana svarového kovu před účinky atmosféry ( obal obsahuje plynotvornélátky, např. celulózu, která vytváří ochrannou atmosféru),

•usnadnění zapalování a stabilizace hoření oblouku ( obal obsahuje prvky ve formě solí alkalických kovů – sodíku, draslíku, vápníku, titanu, které zlepšují ionizačnívlastnosti oblouku),

•ovlivnění metalurgických pochodů při tavení a chladnutí taveného kovu ( obal obsahuje struskotvorné přísady – magnezit, křemičitany, dolomit živec, vápenec, kazivec, mastek aj. , které vytváří strusku, příznivě ovlivňující tekutý kov a jeho chladnutí),

•ochrana proti vypalování některých prvků rafinace a legování taveného kovu(obal obsahuje látky – feroslitiny / feromangan, ferochrom aj., které dolegujíroztavený kov na požadované složení),

•zvýšení produktivity svařování ( obalu obsahuje přísadu železného prášku, jehožroztavením se zvyšuje množství /výtěžnost nataveného kovu ),

•zajištění snadného odstranění strusky z povrchu svarového kovu.

Svařování obalenou elektrodou – hlavní funkce obalu elektrody


Svařování obalenou elektrodou – druhy obalu elektrody

* bázický:-složení: feroslitiny a železný prášek, vápenec, kazivec, mramor - použití: vysoce namáhané konstrukce - proud: Stejnosměrný (+pól) - poloha svařování: všechny polohy

* kyselý- složení:železné a manganové rudy, křemičitany,živec, dolomit - použití: středně namáhané konstrukce- proud: střídavý i stejnosměrný (-pól)- poloha svařování:převážně polohy PA a PB

* rutilový-složení:oxid titaničitý, křemičitany, magnezit, živec -použití:tenké plechy, méně náročné konstrukce -proud: střídavý i stejnosměrný (-pól)-poloha svařování:všechny polohy svařování mimo PG

*organickýsložení:organické látky na bázi celulózy, dextrinu, škrobu, rašeliny použití: produktovodyproud:střídavý i stejnosměrný (+pól)poloha svařování:poloha PG


Svařování pod tavidlem - princip

Svařování pod tavidlem nazýváme elektrický obloukový proces, při kterém elektrický oblouk hoří pod vrstvou tavidla a postupným tuhnutím roztavené kovové lázně docházíke spojení svařovaných dílů. Tepelná energie vyvinutá v elektrickém oblouku natavuje svarové hrany základního materiálu a roztavuje elektrodu ( v tomto případě holý svařovací drát). Svarový kov pak vyplňuje část svarového úkosu pod vrstvou tavidla.

Regulační systém zajišťuje plynuléposouvání svařovacího drátu do místa hoření elektrického oblouku pomocí podávacího zařízení. Svařovací proud je přiváděn ze svařovacího zdroje do drátovéelektrody přes čelisti svařovacíhubice.


tavidla zajišťují především stabilní hoření oblouku, desoxydaci, rafinaci a metalurgické procesy.

Tavidlo, podobně jako obal elektrody plní několik funkcí:- chrání roztavenou lázeň proti působení venkovní atmosféry- zlepšuje ionizaci prostředí, ve kterém hoří elektrický oblouk, čímž se vytvářejí podmínky pro klidný svařovací proces- rafinuje svarovou lázeň (zbavuje zejména síry)- dolegovává svarový kov- formuje svarovou housenku- zabraňuje rychlému odvodu tepla z místa svařování-chrání svářeče před zářením, vznikajícím ve svarovém oblouku- zamezuje rozstřiku roztaveného kovu

Tavidla pro svařování


1) Jednoobloukové

2) Víceobloukové

- se společnou svarovou lázní

- s oddělenými svarovými lázněmi

- elektrické oblouky spolu svázané

- elektrické oblouky samostatně napájené

Způsoby svařování pod tavidlem


Svařování pod tavidlem – výhody a nevýhody

Výhody:- zvýšení produktivity práce 5 až 10 ti násobně- zvýšení kvality svaru

Nevýhody:- vyšší nároky na čistotu materiálů- vyšší požadavky na přípravu- není možnost přímého sledování oblouku


Způsoby navařování pod tavidlem

Navařování drátovými elektrodami

Dvěma více drátovými elektrodami

Dvěma drátovými elektrodamiparalelně s příčným rozkyvem

Dvěma drátovými elektrodami v sérii


Způsoby navařování pod tavidlem

Navařování páskovými elektrodami

Jednou páskovou elektrodou

Dvěma páskovými elektrodami


Obloukové svařování tavící se elektrodou v ochranném plynu

Definice:Obloukové svařování tavící se elektrodou, kdy elektrický oblouk a oblast svaru jsou chráněny před atmosférou vrstvou ochranného plynu, přiváděného z vnějšího zdroje


Obloukové svařování tavící se elektrodou v ochranném plynu

Rozdělení podle použitého plynu

MIG

MAG

Rozdělení podle typu přídavného drátu

s plným drátem

s pněným drátem


Obloukové svařování netavící se elektrodou v ochranném plynu

Definice:Svařování netavící se wolframovou elektrodou v ochraněinertním plynem, bez nebo s přídavným materiálem


Plamenové svařování

Definice:

Tavné svařování, při kterém se teplo potřebné pro svařovánízískává spalováním hořlavého plynu s kyslíkem


Plamenové svařování

Hořlavé plyny používané pro svařování:

Acetylen C2H2 - teplota plamene 2700 až 3150 0CVodík H2 - teplota plamene 1900 až 2100 0CPropan-butan C3H8+C4H10 - teplota plamene 2100 až 2800 0C Svítiplyn H2+CH4+CO - teplota plamene 1900 až 2700 0CMetan CH4 - teplota plamene 1700 až 2500 0CMAPP - teplota plamene 2900 až 2950 0C


Plazmové svařování

Definice:Svařování pomocí plazmatu, získaného zúžením elektrického oblouku hořícího mezi wolfrámovou elektrodou a základním materiálem (přenesený oblouk) nebo mezi elektrodou a tryskou (nepřenesený oblouk)


Laserové svařování

Definice:Tavné svařování světelným zářením, kdy teplo vzniká dopadem koherentního svazku monochromatického záření (fotonů) vytvářeného v laseru


Elektronové svařování

Definice:Tavné svařování, kdy teplo vzniká dopadem soustředěného proudu letících elektronů ve vakuovém prostoru, urychlených elektrickým polem o vysokém napětí.


Tlakové svařování

Představitelé tlakového svařování:-Svařování odporové-Svařování třením-Svařování výbuchem-Svařování ultrazvukem-Svařování kovářské-Svařování difuzní-Svařování tlakem za studena


Svařování odporové

Definice:Způsob tlakového svařování, při kterém se využívá odporové teplo (Jouleovo teplo), vznikající průchodem svařovacího proudu spojovanými materiály, které jsou součástí svařovacího okruhu. Po ohřátí se části stlačí a dochází k jejich svaření.

Jouleův zákon:Množství vzniklého tepla závisí na protékajícím proudu I (A), elektrickém odporu vodiče R (Ω) a době průtoku proudu t (sec).

Tato závislost je vyjádřena ve známe Jouleově rovnici:

Q = R . I2 . t [J]


Svařování odporové - druhy

Svařování bodové

Svařování švové

Svařování výstupkové


Svařování odporové - druhy

Stykové odtavovací

Stykové stlačovací


Svařování třením

Definice:Tlakové svařování, při kterém se jeden nebo oba svařované kusy se vůči sobě pohybují za mírného přítlaku, vlivem tření vzniká teplo a při dosažení těstovitého stavu materiálu a zastavení pohybu, se vytvořísvar pěchovacím tlakem.


Svařování výbuchem

Definice:Tlakové svařování, kdy dochází působením detonační vlny, vyvolanévýbuchem vhodné výbušniny k pevnému spojení dvou materiálů. Nejčastěji se používá pro plátování.


Svařování ultrazvukem

Definice:Tlakové svařování, kdy mechanické kmitání o nízké amplitudě a vysokéfrekvenci je superponováno na statickou sílu vytvoří pevný spoj mezi dvěma díly při teplotě podstatně nižší než je teplota tavení.


Kovářské svařování

Definice:Svařování tlakem, kdy svařované kusy jsou ohřívány v kovářské výhni a svar je vytvářen údery kladiva nebo jinou rázovou silou, dostatečnou pro plastickou deformaci stykové oblasti svařovaných kusů.


Tlakové svařování

Tlakové svařování za studena:Při svařování tlakem za studena působí na svařované díly pouze tlaková síla, kdy dochází až k vzájemnému pronikání mřížek krystalů.

Difuzní svařování:Tlakové svařování, při kterém jsou svařované díly přitlačovány k soběstálým tlakem při současném ohřevu na určitou teplotu a po stanovenou dobu. Tento děj má za následek místní plastickou deformaci a v důsledku těsného styku obou ploch dochází k difuziatomů přes stykové rozhraní a konečný výsledek je úplné spojenímateriálů.


Ostatní metody svařování

- svařování aluminotermické

- svařování elektrostruskové

- svařování indukční


Svařování aluminotermické

Definice:Potřebné teplo pro svařování se získává chemickou reakcí kovových oxidů s jemně mletým hliníkovým práškem. Při zapálení směsi probíháexotermická reakce a vzniká roztavený kov, který tvoří přídavný materiál.


Svařování elektrostruskové

Definice:Svařování využívá odporového tepla, vznikajícího při průchodu elektrického proudu roztavenou struskou. Lázeň roztavené strusky postupuje mezi čelními plochami a chlazenými příložkami zdola nahoru při současném přivádění jedné nebo více elektrod.


Svařování indukční

Definice:Tlakové svařování, kdy svarové plochy se ohřívají indukčním proudem a svar je vytvořen stlačením


Tepelné dělení materiálu

Způsoby tepelného dělení materiálu

a) řezání kyslíkem

b) řezání elektrickým obloukem

c) řezání plazmou

d) řezání laserem

e) řezání pod vodou


Řezání kyslíkem

Řezání kyslíkem spočívá v ohřátí řezaného materiálu na zápalnou teplotu (u železa cca 1150 0C) s následným přivedením kyslíku pod tlakem, který zajistí hoření kovu a odstranění roztaveného produktu z řeznéspáry .

Řezání kovů pomocí železného prášku – používá se pro tepelné dělení, které kyslíkem nelze nebo lze velmi omezeně řezat.Princip řezání: železný prášek je vzduchem přiváděn do ohřívacího plamene a dále přechází v proudu kyslíku do místa řezání. Spalováním železného prášku v proudu kyslíku se zvyšuje reakční teplo a tím i tekutost oxidů. Část nespáleného železného prášku mechanicky působína vzniklé oxidy a vytláčí je z řezu.


Řezání kyslíkem

Speciálním způsobem řezání kyslíkem je řezání kyslíkovým

kopím.

Princip: Na držák hořáku je nasazena trubka z měkké oceli (kopí),

pro zvýšení řezacího účinku bývá naplněna ocelovými třískami.

Kyslík je přiváděn středem trubky. Nastartování procesu vzniká

zahřátím konce trubky vnějším zdrojem na zápalnou teplotu. Ten

začne hořet , probíhá exotermická reakce, při které vzniká

dostatečná teplota pro tavení kovových i nekovových materiálů

(např. betonu s železnou výstuží)


Řezání elektrickým obloukem

Provádí se uhlíkovou elektrodou a stlačeným vzduchem.

Princip řezání:

Elektrický oblouk hoří mezi uhlíkovou elektrodou a základním

materiálem. Koncentrovaným teplem oblouku se rychle taví

základní materiál. Roztavený kov má malou viskozitu a

snadno se odstraňuje proudem vzduchu.


Řezání plazmou

Princip řezání plazmou spočívá v působení koncentrovaného toku plazmy, který lokálně ohřeje materiál nad tavící teplotu a dynamickým účinkem proudícího plazmatu odstraňuje roztavený kov.

Využití je především pro tepelné dělenílegovaných ocelí a neželezných kovů.


Řezání laserem

Při řezání laserem je svazek záření fokusován do ohniska na povrchu řezaného materiálu. Vlastní proces řezání se uskutečňuje se několika způsoby:

1) Laserové sublimační řezání, kdy fokusovaný laserový paprsek zahřívá materiál na teplotu vypařování a přiváděný inertní plyn odstraňuje vzniklé páry. Vhodné pro velmi malé tloušťky.

2) Laserové tavné řezání, kdy materiál je ohříván na teplotu tavení a silný proud inertního plynu vyfukuje roztavený materiál z řezu. Používá se pro dělení plastů.

3) Laserové řezání s aktivním plynem – používá se kyslík, který vyvolává exotermickou reakci při spalování základního materiálu a současně vyfukuje roztavený kov z řezu.


Řezání pod vodou

Řezání kyslíkem – jako hořlavý plyn se používá vodík

Obloukové řezání s kyslíkem – založeno na stejném principu jako řezání kyslíkem, ale zdrojem tepla je elektrický oblouk.

Ruční obloukové řezání kovovou elektrodou spočívá pouze v tavení materiálu teplem elektrického oblouku bez účasti kyslíku, nedochází tedy k exotermické reakci ani k vyfukováníroztaveného materiálu z řezné spáry.

Řezání výbuchem – používá se metoda směrovaného kumulativního výbuchu, kdy je výbušnina uzavřena v obruči z měkkého kovu a při výbuchu se kovová obruč vtlačuje do řezaného materiálu.

Řezání kyslíkovým kopím

Documents

Metody svařování