Te c h n o l o g i e s v a ř o v á n í
Špatný výběr ochranné atmosféry může být příčinou vad ve svarech
Daniel Hadyna, Hadyna - International, Ostrava
Technologie svařování je velmi zajímavá
a zodpovědná disciplína. Člověk, který se
svařováním zabývá mnoho let, může snadno
udělat na první pohled nepodstatnou chybu,
která však může mít v konečném důsledku
fatální následky. Tímto článkem popisujeme
malou oblast technologie svařování, která se
může občas podceňovat. Uvádíme zde také
jeden konkrétní příklad, který se stal u jedné
firmy, která pak nesla výrazně zvýšené náklady spojené jak s opravami již provedených
svarů, tak také náklady spojené se zastavením výrobní linky.
Složení ochranných plynů pro MAG
Začneme trochu zeširoka. Každý svařovací
technolog určitě ví, že pro svařování běžných
uhlíkových ocelí je zapotřebí ochránit místo svaru
aktivní ochrannou atmosférou. V minulosti bylo
velmi rozšířené používání čistého CO2. Postupný
vývoj v této oblasti však ukázal, že mnohem efektivnější a levnější je používání směsných plynů
argonu a CO2.
Univerzálním a nejvíce rozšířeným směsným plynem je v dnešní době ochranná atmosféra složená cca ze 20 % čistého CO2 a z 80 %
argonu – případně podobný poměr těchto dvou
plynů. Pro svařování tenkých materiálů, např.
kolem síly stěny 2 mm a tenčí, je výhodné použít
nepatrně jiný poměr těchto dvou plynů, a to cca
5–7 % CO2, zbytek pak argon.
Svařování v čistém CO2
Nejvíce rozšířenou ochrannou atmosférou pro
svařování uhlíkových ocelí byl před 20 lety plyn
CO2. Čisté CO2 má širokou svarovou housenku
s výraznou penetrací do svařovaného materiálu.
Možnou nevýhodou byla větší spotřeba svařovacího materiálu, pomalejší postupová rychlost.
Navíc jsou svařovací parametry více náchylné na
přesné odladění svařovacích parametrů, aby byl
minimalizován rozstřik svarového kovu. Důsledkem zvýšeného rozstřiku svarového kovu byla
potřeba svary po svaření dále brousit.
Svařování ve směsných plynech
Svařování ve směsných plynech přineslo tedy
zrychlení postupové rychlosti, snížení spotřeby
svařovacího materiálu
a rozstřik svarového
kovu byl minimalizován.
Přestože je ochranný plyn v přepočtu
na m3 plynu výrazně
dražší, výše uvedené
výhody ochranného
plynu přinesly úspory
nákladů v přepočtu na
1 běžný metr provedeného svaru oproti svařování v čistém CO2.
Na obrázku č. 1
můžete vidět průřezy
svarů provedených
v různých ochranných
atmosférách.
Svařování v čistém
argonu je
technologická chyba
Každý svařovací technolog by měl vědět, že
svařování uhlíkových ocelí metodou MAG v čistém
argonu je technologická chyba. Průřez svaru
nezaručuje řádnou penetraci svarového kovu do
svařovaného materiálu, svar má pak jen minimální
pevnost, přestože na první pohled vypadá kvalitně.
Příklad z praxe
Na názorném příkladu, který se stal v jedné
firmě, která svařuje dílce pro jednu nadnárodní
společnost, si ukážeme, jak velké důsledky může
mít podcenění optimálního výběru ochranné
svařovací směsi.
Tato firma svařuje mnoho různých svařenců
z uhlíkových ocelí, a to ve středně sériové výrobě.
Pro řadu typů svařenců používá jednoúčelové
svařovací automaty. S ohledem na to, že se
svařují převážně tenké materiály, používá tato
firma směsný ochranný plyn s nižším poměrem
CO2 – cca 5 % a zbytek tedy tvoří argon.
Pak tato společnost uzavřela obchod na
dodávku svařenců – určitých rámů, které se mají
vyrábět rovněž ve středních sériích, tj. cca kolem
30 tis. ks dvou typů rámů za rok. K tomuto účelu
si tato společnost pořídila dvě robotizovaná
svařovací pracoviště.
Obr. 2: Detail jednoho upadlého svaru hlavního nosníku na hotovém svařenci. Je zřejmé, že svar byl k nosné
desce pouze „přilepen“.
6/
Obr. 1: Obrázek znázorňuje tvar svarové housenky v řezu při použití různých typů ochranných atmosfér. Z obrázku je zřejmé, že svařování uhlíkových ocelí metodou MAG ve 100% argonu je technologickou chybou.
Rámy jsou převážně sestaveny z tenkostěnných profilů, jsou zde však také výpalky, kde se
síla plechu pohybuje kolem 5–8 mm.
Nevhodný směsný plyn
Protože byl v této společnosti zažitý standard
používání ochranného plynu s nižším poměrem
CO2 v argonu, který je vhodný pouze pro tenkonstanné materiály, byla i pro tyto svařence automaticky nasazena stejná ochranná atmosféra.
Druhým technologickým problémem byl fakt,
že řada svarů je prováděna v pozici PC, ovšem
řada z nich se svařuje tzv. „na padáka“, tedy
směrem shora dolů. Důvodem je zvýšení postupové svařovací rychlosti svařování a tím zvýšení
produktivity svařování.
Pokud svařujete silnostěnný plech se směsným plynem určeným pro tenkostěnné materiály
a ještě se svařuje tzv. rychle, tedy směrem shora
dolů, vzniká zde problém – tedy technologická
chyba, která má své následky.
Důsledek chybné technologie
Celý problém se začal řešit až v momentě, kdy
bylo na montážní lince zjištěno, že jeden z hlavních dílců, který drží nosnou část celého zařízení,
upadl. A upadl ve svaru (viz obr. 2).
Obr. 3: Na svařencích se našly dokonce dílce, které nebyly svařeny vůbec. Na obrázku je vidět papír vložený
mezi okraj svarové housenky a svařovaný dílec.
SVĚT SVARU
Te c h n o l o g i e s v a ř o v á n í
Obr. 4: Na obrázku je svar ihned po jeho provedení. Vizuálně vypadá dobře. Ovšem penetrace svarového kovu do základního materiálu je téměř nulová.
Po důkladné kontrole všech těchto svarů na
ostatních dílech bylo zjištěno, že některé svary
vypadají sice vizuálně velmi dobře, ale nemají žádnou pevnost. Některé svary nebyly homogenně
spojeny vůbec, z jedné strany svaru bylo možné
prostrčit i list kancelářského papíru! (viz obr. 3).
Jádro problému bylo samozřejmě v použití
neoptimálního ochranného plynu s příliš nízkým
poměrem CO2. Nevhodný tvar průřezu svaru
vzniklý špatně zvolenou ochrannou atmosférou,
v kombinaci s rychlou postupovou rychlostí
svařovacího hořáku v pozici PC, kde se navíc
svařovalo směrem shora dolů, vytvořil situaci,
kdy svar byl na první pohled pohledový a pevný,
ovšem měl téměř nulovou penetraci do základního materiálu (viz obr. 4 a 5).
Firma okamžitě upravila technologii svařování.
Ovšem tento problém tímto neskončil. Tato firma
následně zaplatila pokutu za zastavení výrobní
linky. Také opravy všech svarů (bylo jich více
než na 800 kusech dílců) přinesly další náklady,
které se pak celkově dostaly až na více než 5 mil.
Kč! Přestože existuje celá řada různých průmyslových pojištění, která nabízí řada pojišťoven
jako zaručená pojištění na všechna hlavní rizika
v podnikání, jako obvykle se přímo na tento
problém žádná pojistka nevztahuje.
Třísložkový kapalný plyn?
Obr. 5: Výsledky testování svaru. Penetrace svarového kovu byla skutečně nulová.
V dnešní době se rozmáhá používání již
třísložkových směsných plynů. Tou třetí složkou
v ochranné atmosféře je kyslík v jeho celkovém
poměru 2–3 %. Kyslík způsobuje lepší usměrnění energie svařování do jednoho bodu, v řadě
případů zlepšuje celkový průvar, zrychluje proces
svařování od 2–5 % a snižuje rozstřik. Třísložkové směsné plyny se nabízejí zpravidla za stejnou
cenu jako dvousložkové ochranné atmosféry.
Ovšem pozor. Za svou praxi jsme se 2x setkali
s tím, že jeden z obchodních zástupců velkého
renomovaného dodavatele technických plynů
na českém a slovenském trhu nabízel třísložkový
směsný plyn v mobilním zásobníku na kapalné
plyny – v tzv. minitanku.
Každý technicky myslící člověk jistě ví, že
argon má jinou teplotu zkapalnění než kyslík.
A je každému zřejmé, že plyn CO2 je kapalný již
při běžné okolní teplotě. Takže nabízet kapalnou
třísložkovou směs, která obsahuje všechny tyto
tři složky, je podivné a běžně nemožné.
Při bližším zkoumání jsme zjistili, že do minitanku tato firma plnila nevyčištěný – tzv. surový
argon. Nevyčištěný argon obsahuje celou řadu
dalších plynů, i když jen v malém množství. Mj.
také CO2 a kyslík. Přesný obsah těchto plynů nelze v nevyčištěném argonu zaručit. Jejich poměr
se pohybuje kolem podobných hodnot, jakou
mají třísložkové směsné plyny pro svařování
tenkých materiálů. Tedy kyslík od 1–5 %, CO2
od 1–10 %. Jedinou výhodou tohoto řešení je
samozřejmě cena. Ovšem pro kvalitní svařování
nelze takový plyn vůbec použít.
Může se pak stát, že poměr těchto složek bude
velmi nízký a zákazník tak bude svařovat téměř
v čistém argonu. Jak jsme si řekli v úvodu tohoto
článku – jedná se o technologickou chybu, která
může způsobit podobný problém jako u zmiňované firmy. Např. koutové svary jsou provedeny
hezky, mají ideální tvar i kresbu a jsou zcela bez
rozstřiku. Ovšem jejich pevnost? Téměř nulová.
Závěr
Obr. 6: Výsledky testování dalšího svaru. I zde byl výsledek stejný. Nulová penetrace, téměř nulová pevnost tohoto svaru.
SVĚT SVARU
Závěrem bychom mohli jen dodat to, že technologie svařování se nesmí podceňovat. A zažité
zvyklosti v kombinaci na potřebu rychle řešit
technologii svařování, mohou vést k podobným
problémům. Tímto článkem jsme chtěli jen poukázat na tzv. „provozní slepotu“, kterou po jisté
době může trpět každý z nás ...
/7
Download

Výběr špatné ochranné atmosféry