Rozlišovací pole

Svařování je jednou z rychlých a spolehlivých spojovacích technik, která téměř nahradila ostatní trvalé spojovací procesy. Lze jej definovat jako jeden ze spojovacích procesů, kterým lze trvale spojit dva nebo více materiálů s použitím tepla, tlaku a přídavného materiálu nebo bez nich. Lze jej v drtivé většině použít nejen ke spojování kovů, ale i jiných typů materiálů včetně plastů a keramiky. Pro potřeby spojování nejrůznějších materiálů několika způsoby existuje velké množství svařovacích postupů, které lze obecně klasifikovat jako tavné svařování a svařování v pevném stavu. Tavné svařování je takové svařování, při kterém se teplem zvenčí roztaví tavné povrchy základního kovu a vytvoří se souvrství. Teplo může být aplikováno různými způsoby, například elektrickým obloukem, plynovým plamenem, odporovým ohřevem, vysokoenergetickým paprskem atd.

Všechny procesy svařování elektrickým obloukem, svařování plynem, odporové svařování a svařování intenzivním energetickým paprskem spadají do oboru tavného svařování. Při obloukovém svařování se mezi špičatou elektrodou a vodivými základními kovy vytváří elektrický oblouk. Tento oblouk je hlavním zdrojem tepla pro tavení tavných ploch a přídavných kovů. Existuje celá řada takovýchto postupů – všechny se řídí stejným základním principem, ale podstatně se liší, pokud jde o postup, výhody, omezení a možné oblasti použití. Svařování v ochranné atmosféře (SMAW), svařování v ochranné atmosféře (GMAW) a svařování wolframovým svařovacím plynem (GTAW) jsou tři takové obloukové svařovací postupy – každý z nich má oproti ostatním určité výhody. Rozdíly mezi svařovacími procesy SMAW, GMAW a GTAW jsou popsány níže.

Spotřební a nespotřební elektroda: Elektroda je nedílnou součástí každého procesu obloukového svařování pro vytvoření a udržení elektrického oblouku. Tyto elektrody mohou být dvojího druhu – spotřební a nespotřební. Spotřebitelná elektroda se během svařování vlivem zahřívání oblouku roztaví a následně se usazuje na svarové liště, která se nakonec stává nedílnou součástí spoje. Na rozdíl od toho se nekonzumovatelná elektroda během svařování neroztaví a zůstává neporušená. Při konkrétním procesu obloukového svařování se využívá pouze jeden typ. S ohledem na spotřební a nespotřební charakter elektrody je níže uvedeno srovnání mezi svařovacími procesy SMAW, GMAW a GTAW.

• SMAW-Spotřební elektroda.
• GMAW-Spotřební elektroda.
• GTAW-Nespotřební elektroda.

Použití přídavného kovu: Pro vyplnění kořenové mezery je nutné dodat plnicí kov. Pokud je kořenová mezera podstatně větší (>2 mm) a/nebo je připravena hrana, pak by mělo být použito plnivo. Při použití spotřební elektrody se samotná elektroda roztaví a nanese se na svarovou bužírku. Není tedy nutné dodávat žádný další přídavek plniva. Taková elektroda se chová jako plnivo a rychlost podávání elektrody lze řídit tak, aby bylo možné manipulovat s rychlostí ukládání plniva. Naopak nespotřebovatelná elektroda nedodává na svarovou bužírku žádný přídavek. Pokud je tedy přídavek přídavku vyžadován, musí být dodáván samostatně.

• SMAW-Není vyžadován žádný přídavek přídavku. Elektroda funguje jako plnivo.
• GMAW-Není zapotřebí žádné přídavné plnivo. Elektroda funguje jako plnivo.
• GTAW-Elektroda není spotřební materiál. Přídavné plnivo ve formě tyčinky o malém průměru se tedy dodává, jen když je potřeba, a to neustálým podáváním pod sloupec oblouku.

Kontinuální charakter elektrody/plniva: Přídavný materiál, ať už ve formě elektrody, nebo samostatný, se průběžně taví a usazuje na svarové liště. Její délka se tak s dobou svařování postupně zkracuje. Pokud je tato délka přídavného materiálu krátká, musí se často vyměňovat za nový. To snižuje rychlost výroby a přerušuje proces. Naproti tomu dlouhý přídavek lze do svařovací zóny přivádět nepřetržitě po delší dobu bez přerušení. Taková metoda je produktivní, ale vyžaduje hromadné skladování nákladného přídavného materiálu.

• SMAW-Filler-cum-electrode je ve formě rovné tyče o malém průměru a délce 2 až 3 stopy. Vyžaduje tedy častou výměnu a přerušení procesu.
• GMAW-Filler-cum-electrode je ve formě drátu o malém průměru, který je navinut na drátěný bazén. V tomto bazénku je uložena poměrně dlouhá drátová elektroda, a proto lze svařování provádět nepřetržitě po delší dobu bez mezipřerušení kvůli výměně elektrody. Tato elektroda je nepřetržitě podávána pomocí mechanizovaných zařízení.
• GTAW-elektroda je nekonzumovatelná. Přídavné plnivo se obvykle dodává ve formě krátkých tyčí o malém průměru, a proto vyžaduje časté zastavení pro výměnu plniva. Svařování však může probíhat nepřetržitě, pokud se nepoužívá žádný přídavek.

Přednostní režim svařování: Obloukové svařování lze provádět ve třech různých režimech. Jak již bylo uvedeno, přídavek není nutné dodávat, pokud je kořenová mezera velmi malá nebo jsou základní materiály tenké. Pokud se svařování provádí bez použití přídavného materiálu, označuje se jako autogenní režim. Pokud se však přídavek použije a metalurgické složení přídavku je podobné složení základní součásti, pak se označuje jako homogenní režim. Pokud se metalurgické složení plniva podstatně liší od složení základní součásti, označuje se jako heterogenní režim. Pro různé režimy jsou vhodné různé svařovací procesy.

• SMAW-Plnivo je tomuto procesu vlastní díky přídavné elektrodě. Autogenní režim tedy není možný. Je vhodný především pro homogenní svařování.
• GMAW-Podobně jako u SMAW je přídavek tomuto procesu vlastní kvůli přídavné elektrodě. Autogenní režim tedy není možný. Je vhodný pro homogenní a heterogenní svařování.
• GTAW-Elektroda není spotřební. Autogenní režim je tedy proveditelný; ve skutečnosti je pro tento režim vhodné pouze svařování TIG. Lze jej však použít i pro homogenní a heterogenní svařování s využitím optimální sady procesních parametrů.

Materiál elektrody: Materiál elektrody každého procesu obloukového svařování musí mít několik základních vlastností, jako je dobrá elektrická vodivost, dobrá emisivita elektronů, požadovaná teplota tavení atd. Za zmínku stojí, že přídavný kov musí být kompatibilní s výchozím kovem, jinak se nebudou správně mísit, což povede k vadnému svařování. U přídavné elektrody by tedy měl být materiál elektrody vybrán na základě kompatibility se základním kovem. U nespotřební elektrody by měl být přídavný materiál zvolen na základě kompatibility se základním kovem, přičemž elektroda by měla být vyrobena z takového materiálu, který má vysokou tavitelnost.

• SMAW-Elektroda je většinou vyrobena ze železných materiálů. Má jen malou rozmanitost, pokud jde o materiál elektrody. Je tedy vhodná pouze pro homogenní spojování železných součástí.
• GMAW-na trhu je k dispozici široká škála elektrodových materiálů. Ačkoli většina elektrod je železná, jejich metalurgické složení lze měnit tak, aby bylo možné využít požadovaný výsledek.
• GTAW-Tato elektroda je vyrobena pouze z wolframu. Nezáleží na základním ani přídavném kovu, protože elektroda je nekonzumovatelná. Wolfram má nejvyšší teplotu tání (3422 °C). Přidáním legujících prvků v malých poměrech lze manipulovat i s dalšími požadovanými vlastnostmi. K wolframu se například přidává thorium, oxid lanthanu, oxid ceru, oxid zirkoničitý atd. pro zlepšení různých svařovacích vlastností, jako je emisivita elektronů, eroze elektrody atd.

Povlakovaná nebo holá elektroda: Elektroda může být potažena, aby byla chráněna před oxidací nebo atmosférickým znečištěním. Kromě ochrany před oxidací poskytuje povlakování také další výhody, jako je přívod ochranného plynu, snížení rozstřiku, stabilizace oblouku, indukce chemických prvků do svarové kuličky atd. Povlakovaná elektroda je však nákladná a časem náchylná k poškození. Při různých procesech se používají různé typy povlaků, přičemž každý z nich má požadovanou funkci.

• SMAW-Používá tlustou tavidlem obalenou elektrodu. Kromě ochrany elektrody toto tavidlo dodává stínicí plyn.
• GMAW-Na elektrodě není k dispozici povlak z tavidla. Nanáší se však tenký povlak stabilního materiálu, který chrání materiál elektrody před oxidací.
• GTAW-Užívá se holá wolframová elektroda. Na elektrodě není nanesen žádný povlak.

Přívod ochranného plynu: Při obloukovém svařování se dodává ochranný plyn, který odvádí kyslík ze svařovací zóny a vytváří obálku inertních plynů kolem svarové elektrody. Jeho hlavní funkcí je chránit horkou svarovou kuličku před oxidací. Tento ochranný plyn může být dodáván přímo z plynové lahve nebo nepřímo rozpadem jiných chemických prvků během svařování.

• SMAW-Flux povlak elektrody se během svařování rozpadá a vytváří ochranný plyn. Samostatně se nepoužívá žádný ochranný plyn.
• GMAW-Ochranný plyn (inertní nebo aktivní) se dodává z plynové lahve.
• GTAW-Inertní ochranný plyn se dodává z plynové lahve.

Problém rozstřiku: Rozstřik jsou malé kapičky roztaveného filerového kovu, které vznikají v důsledku rozptylu oblouku a vystupují ze svařovací zóny. Tento rozstřik způsobuje ztrátu přídavného kovu, a tím nerovnoměrnou rychlost nanášení přídavného materiálu, což někdy vede k různým vadám svařování včetně negativního vyztužení a rozměrové nepřesnosti. Zhoršuje také vzhled a k jeho odstranění je nutné po svařování brousit.

• SMAW-Produkuje nadměrné rozstřiky i při optimálním nastavení procesních parametrů.
• GMAW-Produkuje také rozstřiky; lze je však snížit použitím optimálního nastavení procesních parametrů.
• GTAW-Většinou je bez rozstřiků.

Ruční a automatické: Svařování v ochranné atmosféře se provádí ručně, a proto se také nazývá ruční obloukové svařování kovů (MMAW). Obloukové svařování plynem lze snadno automatizovat, kdy je elektrodový drát průběžně podáván rom cívky pomocí mechanizovaného uspořádání a současně je hořák posouván dalším automatickým vozidlem. Obloukové svařování wolframovým plynem se běžně provádí ručně, lze je však také automatizovat, zejména pohyb hořáku. Automatizovaný proces je rychlý a produktivnější; ruční proces je však flexibilnější a prakticky nemá žádné omezení místa pro jeho použití.

Problémy s produktivitou a kvalitou: SMAW nenabízí dobrou kvalitu spoje. Provádí se tedy převážně pro potřeby domácností a běžného průmyslu. Častá výměna elektrod způsobuje přerušení procesu, a proto není vhodná pro dlouhodobější požadavky na svařování. GMAW je vysoce produktivní a lze jej provádět nepřetržitě po dlouhou dobu. Lze jej snadno automatizovat. Jeho objemová depozice je také velmi vysoká. Je tedy vhodná tam, kde existuje široká kořenová mezera, kde se připravují hrany ve tvaru U nebo V, kde jsou delší požadavky na spojování nebo dokonce pro plátování. Přestože je méně náchylná k defektům, její kvalita spoje není příliš dobrá. Rozstřik také zhoršuje vzhled svarového spoje. Z hlediska kvality je GTAW z těchto tří metod nejlepší. Poskytuje vynikající spoj s nádherným vzhledem. Je méně náchylný k defektům, ale rychlost ukládání nebo rychlost svařování je relativně nízká.

V tomto článku je uvedeno vědecké srovnání mezi obloukovým svařováním v ochranné atmosféře (SMAW), obloukovým svařováním v plynu (GMAW) a obloukovým svařováním wolframovým plynem (GTAW). Autor rovněž doporučuje pro lepší pochopení tématu projít si následující odkazy.

.