Svařování, Sváření

Historie sváření

Svařování mnoho lidí považuje za objev posledních pár let, ale opak je pravdou. První údaje o svařování jsou již ve starověku. Nejranější příklady sváření pocházejí z doby bronzové. Je prokázáno, že již v době železné se Egypťané a sousední národy naučili svařovat železo. Tedy svařování má daleké kořeny.  

Postupem času s rozvojem kovářství, se začínalo vyrábět mnoho předmětů kovářským svařováním, což je způsob sváření, kdy se dva předměty do žhava zahřejí a následně skovají do jednoho celku. 

Ovšem první svařování, jak ho známe dnes, sahá do bližší doby. V 18. století bylo první železo řezáno a svařováno plynem (za pomocí acetylenu). Svařování elektrickým obloukem zase bylo podmíněno vynálezem elektrického generátoru.

Svařování - návod, jak správně svářet

Postup svařování je stanovený průběh činností před svařováním, v průběhu a po skončení zhotovování svárového spoje (svařování). Uvádí se odkazy na metodu svařování, materiály základní, přídavné a pomocné na přípravu svárových ploch, předehřev, event. interpass teplotu, skladbu housenek a vrstev sváru, na řízení procesu svařování, na tepelné zpracování po svařování a na nezbytné použité zařízení. Každá svařovací metoda je specifická, a proto pro každý typ svařování musí být pověřená osoba proškolena / poučena.
 

Svařování oceli

Tyto materiály jsou náchylné na praskání, způsobené vodíkem a na vytváření zakalené mikrostruktury. Vzhledem k vyššímu obsahu Cr mají zvýšený sklon k zakalení na vzduchu a teplota předehřívání musí být 200 - 250 °C.

Modifikované oceli se od standardní oceli odlišují přidáváním legujících prvků – vanad, niob, dusík, nikl, pro obohacení svých vlastností. Dalším aspektem je vyšší odolnost proti tlaku vodíku. Zlepšené krátkodobé i dlouhodobé vlastnosti mají vliv na tvorbu nitridů.
 

Svařování nerezu

Korozivzdorné a žáruvzdorné oceli je možné s určitým omezením spojovat tavným nebo tlakovým svařováním, které je obvyklé u nelegovaných a nízkolegovaných ocelí. Svařování musí probíhat s ohledem na splnění požadavků na korozivzdornost a žárovzdornost základního materiálu. Přídavné materiály se volí stejné jako základní materiál nebo výše legované. 

Je nutné brát zřetel především na:

• nejvyšší čistota v oblasti sváru, tím se omezí přístupu prvků způsobujících trhliny za horka, především síry

• zamezit konstrukcí místní koncentrace napětí a velkým tloušťkám stěn

• zamezit velké přehřáté svárové lázni, pro malé zrno a minimální vnitřní pnutí

To znamená:

• krátké housenky

• kořen provést s dostatečně velkým průřezem, pro zamezení trhlin pod napětím v podélném směru
   

Svařování hliníku

Hliník je velmi lehký kov bělavě šedé barvy, velmi dobrý vodič elektrického proudu, široce používaný v elektrotechnice a ve formě slitin i ve stavebnictví.

Svařování hliníku je oblastí, která má pravděpodobně velkou budoucnost. Hliník a jeho slitiny lze svařovat všemi způsoby obloukového svařování, plamenem, elektrickým odporem, elektronovým paprskem, laserem, plazmou, difuzně, ultrazvukem, výbuchem, tlakem za studena. Největšími problémy při svařování hliníkových materiálů je pórovitost svárů, náchylnost na vznik horkých trhlin ve svárových spojích, přítomnost lidické vrstvy na povrchu svařovaných materiálů, její rychlá tvorba během svařování a výrazný pokles pevnosti svárového spoje u vytvrditelných slitin.
 

Svařování litin

Litiny jsou slitiny železa s obsahem uhlíku 2 – 5%, křemíku 1 – 3% a nejvýše do 1% manganu. Litina má nízkou tažnost, nízkou tvrdost a nízkou pevnost a obecně je to velmi křehký materiál. Aby se tyto vlastnosti zlepšily, litina se velmi často leguje nebo tepelně zpracovává.

V současné době se většinou používají následující typy litin:

• šedá litina

• očkovaná litina

• tvárná litina

• temperovaná litina

• bílá litina

Vysoký obsah uhlíku do značné míry ovlivňuje její svařitelnost. Protože různé typy litiny mají velmi široký rozsah vlastností, jejich svařitelnost je též velmi rozdílná. Některé typy litin se svařují při dodržení určitých podmínek celkem běžně, jiné jsou nesvařitelné. Všechny typy litin uvedené výše se dají úspěšně svařovat, s výjimkou litiny bílé, která je pro svou extremní křehkost nesvařitelná.

Jelikož litiny jsou pórovité, litinové díly v provozu nasáknou olejem a jinými kapalinami, které ovlivňují svařitelnost, a je potřebné je před opravou svařováním odstranit. Při opravách promaštěných dílů je vždy nutno se pokusit o maximální odmaštění. Na spálení těchto tekutin je potřebný ohřev. Jednou z možností, jak obejít tento problém, je použít na přípravu svárových hran drážkovací elektrody. Jsou vynikající na opravy litinových dílců, neboť vysuší a vypálí nečistoty na povrchu, a tím sníží riziko praskání a vzniku pórů při svařování.

Správně provedená fáze přípravy je polovina úspěchu. Při „otvírání” trhliny se vždy držme pravidla o vydrážkování minimálně ze dvou třetin tloušťky součásti. Povrchové „převaření” trhliny většinou nevede k úspěchu. Trhlinu můžeme „otvírat” drážkováním, méně vhodné je broušení úhlovou bruskou. Při broušení totiž dochází k vytvoření grafitového filmu, který negativně ovlivňuje pevnost svárového spoje. Produktivita broušení je rovněž podstatně nižší než při drážkování.

Drážkování pomocí elektrody 5000 je spojeno s těmito přednostmi:

• vypálení nečistot (mastnoty) v okolí budoucího svaru

• vysoká produktivita

• snadná ovladatelnost

Drážkování začínáme cca 5 až 10 mm před začátkem trhliny a končíme opět 5 až 10 mm za jejím koncem – nahrazujeme tímto zavrtávání konců trhlin, neboť vyvrtané díry přinášejí těžkosti při sváření. 

Při vlastním sváření šedé litiny je nutné dodržet mimo jiné 3 základní pravidla:

• sváření provádět pouze v krátkých housenkách (1 až 3 cm – délka housenky má přibližně odpovídat tloušťce svařované součásti)

• ihned po sváření temovat kladivem (nástrojem) vždy s kulatým (tupým) nosem – nikdy ne ostrým nástrojem

• další housenku pokládáme ve chvíli, kdy udržíme na sváru holou ruku
   

Svařování litiny za studena

Převážná část oprav litinových dílů se v praxi provádí ručním obloukovým svařováním obalenými elektrodami. V současné době se většinou svařuje za studena (bez předehřevu) následující technikou:

• svařuje se krátkými tahovými housenkami (20–30 mm) podle tloušťky

• používají se elektrody malého průměru a nízký svařovací proud

• interpass teplota se musí za každých okolností udržet pod 100 °C

• ihned po navaření se odstraní struska a povrch housenky se prokove kladivem s oblým nosem.

Čistý nikl

Litina se může v prvé řadě svařovat elektrodami z čistého niklu. Nikl dokáže absorbovat více uhlíku než železo bez toho, aby to výrazněji změnilo jeho vlastnosti. Teplotní roztažnost niklu a litiny jsou porovnatelné. Nikl má vyšší tažnost než ostatní materiály na svařování litiny a dá se velmi dobře obrábět. Používá se na vyplňování dutin a opravy všeobecně, když se žádá tvrdost cca 150 HB. Nedoporučuje se použít na opravu litiny s vysokým obsahem síry a fosforu.
 

Typ nikl - železo

Když se požaduje vyšší pevnost, na svařování litiny a litiny s ocelí se mohou použít elektrody typu nikl - železo. V důsledku obsahu železa ve svárovém kovu má svařování litiny o něco vyšší tvrdost v porovnání se svarovým kovem typu čistého niklu. Svárový kov je dobře obrobitelný. Typ nikl - železo lépe toleruje promísení se sírou a fosforem ze základního materiálu než čistě niklový typ.
 

Typ nikl - měď

Slitina nikl - měď se používá nejčastěji v těch případech, kdy se vyžaduje stejné zabarvení svárového kovu a základního materiálu. Svárový kov je dobře obrobitelný.
 

Typ nelegovaná ocel

Tento typ se může použít při méně náročných opravách a tehdy, když se sváry nebudou obrábět.

Příprava spoje při svařování litiny:

• rozevření úkosu musí být širší než pro nízkouhlíkové ocele

• všechny ostré hrany se musí zaoblit

• všeobecně mají přednost úkosy tvaru U

• trhliny se musí úplně otevřít, aby byly přístupné

• při opravách trhlin se musí na každém konci trhliny vyvrtat dírka
   

Sváření mědi

Na spojování mědi a měděných slitin s ocelí / nerezavějící ocelí by se měla použít poduškovací technika. Tekutá měď a v menší míře i bronz totiž migruje dovnitř teplem ovlivněné oblasti oceli a precipituje tam na hranicích zrn. Tato fáze má teplotu tavení nižší o několik set stupňů než ocel. Rychlost pronikání je vysoká a jeho hloubka může být až 1 mm. Tento jev podporují tahová napětí, která jsou při svařování vždy přítomná. Totéž může nastat, když se použijí slitiny niklu, kromě čistého niklu a typů nikl-měď. Z těchto důvodů se mohou čistý nikl nebo slitiny nikl-měď použít na poduškování jako bariéra proti pronikání mědi.

Toto pronikání mědi nemusí být vždy škodlivé. Je možné ho tolerovat při mnoha aplikacích typu navařování. Pokud je ale svár vystaven velkému namáhání a zvláště pracuje-li při vysokých teplotách, kde oslabená hranice zrn bude způsobovat křehnutí, pronikání mědi je třeba zabránit. V těchto případech se musí použít polštářovací vrstva niklu nebo slitiny nikl-měď. Polštář se může vytvořit buď na straně mědi nebo na straně oceli. Když se potom svařuje takto polštářovaný spoj, je podstatné, aby se zabránilo fyzickému kontaktu svárového kovu a kovu ležícího pod polštářovou vrstvou. V obou případech polštářování se má použít elektroda z čistého niklu, OK 92.05.

Na výplňové vrstvy se potom použijí elektrody ocelové resp. nerezové nebo bronzové, podle toho, na které straně se vytvořil polštář. Další alternativou je použití materiálu typu Monel a v tomto případě se jedná o elektrodu OK 92.86 a drát OK Autrod/Tigrod 19.93.