partnerské stránky
Historie tavného svařování kovů
a předpokládaný vývoj svařování a příbuzných procesů
Prof. Ing. Jaroslav Koukal, CSc., Český svářečský ústav s.r.o. Ostrava
plamenového svařování. Ve Vítkovických
železárnách byl v roce
1929 vyroben jako první
na světě celosvařovaný
vysokotlaký kotel na
přehřátou páru o teplotě
500 °C při provozním
tlaku 12,5 MPa [3].
Technologie tavného svařování kovů jsou
nepostradatelné pro
výrobu v mnoha odvětvích průmyslu. Bude
proto zajímavé připomenout si alespoň
hlavní aspekty a data
historie jejich vývoje.
Svařovací transformátor pro 3 pracoviště po 300 A se 3 regulačními tlumivkami (English Electric Company London)
Pro zpracování tohoto
Úvod
stručného historického přehledu bylo použito ve
velké míře materiálů firmy Lincoln Electric – CZ
Podle statistických údajů je možné technologii
WELD s.r.o. [4].
svařování zařadit mezi nejrozšířenější ve strojírenské výrobě [1]. Její podíl představuje asi 6 až 8 %
celkové pracnosti strojírenské výroby. Svařování
je tedy jedna z nejdůležitějších výrobních technologií a její význam a podíl na celkové výrobě stále
roste. Je to způsobeno především vývojem a průmyslovým využitím nových technologií svařování,
které minimalizují:
–množství tepla vnesené svařováním do svarového spoje,
–deformace svařenců a zbytková napětí po
svařování,
–změny vlastností svařovaných materiálů
způsobené teplem vneseným svařováním do
svarového spoje,
–množství svarového kovu potřebné pro vytvoření svarového spoje,
Svařovací usměrňovač na 25–200 A (Philips)
při zvýšené produktivitě práce ve srovnání s běžHistorie svařování
nými technologiemi obloukového a plamenového
svařování. Uvedené výhody a koncentrace energie
Historicky není přesně doloženo, kdy se
v malé dopadové ploše umožňují také svařovat
člověk naučil spojovat železo nejstarším způsomateriály, které jsou běžnými technologiemi
bem svařování, tj. kovářským svařováním. Tento
nesvařitelné. Je možné je proto použít i v jiných
způsob spojování kovů používaly různé kultury již
odvětvích průmyslu, kde se dosud nepoužívaly,
ve starověku. Bylo používáno například již před
nebo se používaly v podstatně menší míře. Jako
3000 lety ve starém Řecku. Technologie kovářpříklad můžeme uvést technologie laserového
ského způsobu svařování pak byla dále zdokonasvařování, včetně jejich kombinací s jinými technolována ve středověku a v období renesance.
logiemi svařování. Zvyšování podílu technologie
V omezené míře se používá až do dnešní doby.
svařování na celkové výrobě podporuje také
Byla například popsána v práci PYROTECHNIA
stále rostoucí míra mechanizace a automatizace
autora Vannoccio Benringucia, která byla vydána
svařovacích procesů, která přináší nejen zvýšení
v Benátkách v roce 1540.
produktivity práce při svařování, ale také zvýšení
Jednou z nejstarších technologií tavného
kvality a opakovatelnosti prováděných svarů.
svařování kovů je svařování plamenem.
Historie svařování na území předválečného ČesPro průmyslové využití této technologie byl
koslovenska nemá tak hluboké kořeny jako ve světě.
rozhodující objev průmyslové výroby karbidu
V předválečném Československu nebyla technolovápníku R. Hoissanem v roce 1892 a práce H. Le
gie svařování až do roku 1927 uznávanou výrobní
Chateliera z roku 1895, který provedl výzkum
technologií. Technologie ručního svařování eleka popsal kyslíko-acetylenový plamen [3]. Začala
trickým obloukem byla uznána teprve v roce 1927
se masově používat v období první světové války
zásluhou tehdejších velkých podniků Českomorava v letech mezi dvěma světovými válkami patřila
ské Kolben - Daněk a především Škodových závodů
k hlavním technologiím svařování používaným
v Plzni. Zasloužil se o to především prof. Ing. Dr. Franv průmyslové výrobě. Vývoj této technologie až
tišek Faltus, DrSc. Podle jeho návrhu byl Škodovými
do dnešní doby byl zaměřen zejména na vývoj
závody v Plzni v roce 1927 vyroben první celosvadokonalejších zařízení pro svařování, vývoj nořovaný most v Československu o rozpětí 49,6 m,
vých přídavných materiálů pro svařování a vývoj
tehdy největší svařovaný most na světě. Byl svařován
nových topných plynů používaných pro svařování
ještě elektrodami s duší. Klasickými obalenými
jako např. MAPP, Apachi, Crylen a Tetren. Tato
elektrodami byl svařen až most přes řeku Radbuzu
technologie se používá v některých odvětvích
v Plzni s rozpětím oblouku 50,6 m postavený v roce
průmyslu i v současné době. V mnoha přípa1933 [2]. Ve stejné době se začala v předválečném
dech však již byla nahrazena novými modernějšíČeskoslovensku průmyslově používat technologie
mi technologiemi svařování.
10 /
www.csuostrava.eu
Pro vývoj technologie elektrického obloukového svařování kovů byl rozhodující objev
elektrického oblouku, který objevil v roce 1801
Sir Humphrey Davy. Zjistil, že elektrický oblouk
může vzniknout v elektrickém obvodu s vysokým
napětím při přiblížení dvou vodičů k sobě. Oblouk se dá regulovat použitým napětím a druhem
použitých vodičů. Elektrický oblouk předvedený
Davym v roce 1808 v Royal Institute of England
se však až do roku 1860 prakticky nepoužíval.
Angličan Wilde, který byl patrně prvním člověkem, který použil elektrický oblouk ke svařování,
svařil v roce 1860 elektrickým obloukem dva
malé kusy železa. V roce 1865 mu byl na tuto
technologii udělen patent.
První pokus svařování elektrickým obloukem,
který hořel mezi svařovaným materiálem a uhlíkovou
elektrodou provedl v roce 1881 Auguste de Meritens
při svařování desek akumulátorové baterie. Kladný
pól zdroje byl připojen na svařovaný materiál a záporný pól na uhlíkovou elektrodu. Zařízení umožňovalo
regulovat vzdálenost mezi základním materiálem
a uhlíkovou elektrodou. Při dalším neúspěšném
vývoji bylo zkoušeno svařovat elektrickým obloukem
hořícím mezi dvěma uhlíkovými elektrodami a teplo
potřebné pro natavení svařovaných materiálů se
„přenášelo“ do svaru proudem stlačeného vzduchu,
nebo magnetickým pólem.
Další pokrok ve vývoji elektrického obloukového svařování uhlíkovou elektrodou způsobily
práce Nikolase de Bernadose a Stanislava
Olszewského, kteří získali v Británii v roce 1885
první patent na svařování elektrickým obloukem
uhlíkovou elektrodou. Na jejich zařízení byla
uhlíková elektroda připojena na kladný pól a svařovaný materiál na záporný pól stejnosměrného
zdroje proudu. Elektroda byla upevněna v držáku
umožňujícím její pohyb. Přídavný materiál nutný
pro vytvoření svarového spoje se u této technologie dodával do svaru formou tyče položené
podél svaru, nebo tyče, kterou svářeč držel v ruce
a postupně odtavoval. Tato technologie se již
průmyslově používala i když pouze v omezené
míře. Jejímu širšímu uplatnění bránilo nauhličová-
Pojezdný svařovací transformátor s plynulou regulací na 25–175 A (Tesla)
SVĚT SVARU
partnerské stránky
Pojezdný svařovací motorgenerátor 30–320A s nasazeným dálkovým
regulátorem (MEZ)
ní svarového kovu a přístup okolní atmosféry ke
svarovému kovu, který byl v důsledku toho tvrdý
a křehký. Přesto se od roku 1887 používalo v Anglii pro výrobu nádrží, sudů a zahradního železného
nábytku a od roku 1890 pro svařování ocelových
trubek o ø 1 anglické stopy (~ 300 mm). Společnost The Baldvin Lokomotive Works používala
ve Spojených státech technologii elektrického
obloukového svařování uhlíkovou elektrodou pro
opravy a údržbu lokomotiv. Jako zdroje proudu se
používaly akumulátorové baterie. Napětí se řídilo
počtem článků zapojených v sérii a proud se řídil
počtem článků zapojených paralelně. Regulace
se prováděla pomocí série odporů tzv. „odporníky“. Baterie se nabíjely pomocí dynam poháněných parním strojem nebo vodním kolem.
Obrovský krok kupředu ve vývoji svařování
elektrickým obloukem byl objev N. G. Slavianoffa
patentovaný v roce 1889 a Charlese Coffina
patentovaný v témže roce. Oba tito vynálezci,
nezávisle na sobě, nahradili uhlíkovou elektrodu
kovovou odtavující se elektrodou, která byla zároveň přídavným materiálem nutným k vytvoření svarového spoje. Elektrody se vyráběly z norské nebo
švédské oceli. Svařování se provádělo za přístupu
okolní atmosféry, proto docházelo k absorpci kyslíku, vodíku a dusíku ve svarovém kovu. Svarový
kov se často přehřál. Výsledkem byl křehký svar,
který limitoval použití této technologie. Přesto od
roku 1907 používaly tuto technologii ve Spojených
státech firmy Siemund Wienzell Electric Company
a Enderlein Electric Welding Company. Do roku
1917 vznikly ve Spojených státech čtyři další
firmy používající svařování elektrickým obloukem
kovovou elektrodou. Jednou z těchto firem byla
i dnes známá firma The Lincoln Electric Company. Brzy bylo zřejmé, že pro další intenzivní rozvoj
této technologie je nutné vyvinout kvalitní obalené
elektrody, při jejichž natavení vznikne svarový
kov s vyhovujícími pevnostními a plastickými
vlastnostmi. Elektrody tence potažené organickými a minerálními materiály tyto požadavky
nesplnily. Obalené elektrody patentované v roce
1907 Švédem Oscarem Kjellborgem stabilizovaly
elektrický oblouk, ale neplnily ještě ochrannou
a metalurgickou funkci obalu. Teprve Strohmenger patentoval v roce 1912 ve spojených státech
silně obalenou elektrodu, která byla schopna tyto
funkce plnit. S ohledem na použité materiály však
byla velmi drahá.
Velký rozmach technologie obloukového svařování znamenala I. světová válka. Velké zvýšení
výroby vojenské a dopravní techniky včetně
jejich oprav si vynutilo i prudký vývoj technologie
svařování, bez které by nebylo možné zvýšené
požadavky armád na vedení války splnit.
Ve Spojených státech byly ve velmi krátké době
opraveny obloukovým svařováním německé lodě
internované v New York Harbor, které byly velmi
silně poškozené svými posádkami při vypuknutí
války. Ve Spojených státech i Anglii se urychlily
práce na vývoji svařování celosvařovaných trupů
lodí, které bylo mnohem rychlejší než tradiční
nýtování. První celosvařovaná loď Fulagar byla
SVĚT SVARU
ve Velké Británii spuštěna na vodu v roce 1920.
V provozu byly také celosvařované trajekty přes
kanál La Manche. Obloukové svařování se používalo také při výrobě bomb, min a torpéd. Anthony
Fokker, holandský výrobce letadel použil poprvé
v letectví tuto technologii pro výrobu trupů a podvozků některých německých stíhacích letadel.
V roce 1919 byla vyvinuta elektroda s papírovým obalem. Při jejím použití nebylo nutné
odstraňovat ze svaru strusku. Svarový kov byl
přitom dostatečně houževnatý. Používala se
pro svařování mostů (1923 – Toronto), k výrobě
těžkých tlakových nádob pro rafinerie nafty
(1929 – Spojené státy). Elektrické obloukové
svařování se používalo také od roku 1920
k výrobě výrobků z plechů jako např. dmychadel,
vzduchovodů, skříní strojů, základových desek
obráběcích strojů, uskladňovacích nádrží na topný olej, benzin, destilátů ropy a vodojemů. V roce
1928 byla obloukovým svařováním postavena
ocelová konstrukce pro Upper Carnegie Building
v Clevelandu bez použití styčníkových plechů.
V tomto období také začal přechod od tradičně
odlévaných dílů na díly svařované.
Historický prospekt firmy SIEMENS
Historická svářečka SAF
V roce 1927 byla poprvé pro výrobu obalů
elektrod použita metoda průtlačného lisování
obalů, která znamenala revoluční převrat v jejich
výrobě. Umožňovala rychlou změnu ve složení
obalů elektrod, a tím i změnu jejich metalurgických a operativních vlastností. Zajišťovala
konstantní tloušťku obalu a centricitu obalu.
Nový způsob výroby elektrod také podstatně
snížil jejich cenu. Stal se tak mezníkem při výrobě nových elektrod moderního typu, které byly
schopny splnit všechny požadované elektrické,
metalurgické a ochranné funkce obalu a strusky
z něho natavené.
Výroba nových tlustě obalených elektrod
přispěla k tomu, že technologie svařování
elektrickým obloukem obalenou elektrodou se
stala po roce 1929 a v průběhu II. světové války
dominantní technologií svařování. Od roku 1930
se tato technologie začala používat v hromadné
výrobě obchodních lodí i lodí válečného námořnictva. Pro válečné námořnictvo hlavních světových mocností poskytovalo svařování možnost
jak obejít Londýnskou námořní smlouvu z roku
1930, která limitovala hrubou tonáž válečného
námořnictva jednotlivých států. Svařování umožňovalo snížit váhu lodí, a tak při stejné tonáži
zvýšit jejich palebnou sílu. Této možnosti využilo
například Německo při stavbě tzv. „kapesních“
bitevních lodí v letech 1931 až 1934. Zpočátku
se používaly střídavé zdroje svařovacího proudu.
Potíže při zapalování a regulaci oblouku se
řešily použitím elektrod s ionizačním a stabilizačním obalem. Rozvoj používání antikorozních
ocelí a svařování pancéřových plechů si vynutil
výrobu elektrod s nízkým obsahem difuzního
vodíku a přechod na svařování stejnosměrným
proudem. Jako zdrojů proudu se začala používat
speciální svařovací dynama, která se jen s malými úpravami vyrábějí dodnes.
Snahy o zvýšení produktivity práce při ručním
svařování obalenou elektrodou vedly v 50. letech
k vývoji tlustě obalených elektrod s obsahem
železného prášku v jejich obalu – vysokovýtěžkové elektrody. Obsah železného prášku v obalu
zvýšil množství kovu odtaveného z elektrody za
jednotku času, a tím zvýšil i produktivitu práce při
svařování. Elektricky vodivý obal těchto elektrod
umožňoval dále pouze vedení elektrod dotykem
v místě svaru. Délka oblouku byla dána hloubkou kráteru elektrody. Odpadlo tedy na manuální
zručnost náročné udržování délky oblouku při
svařování a snížila se náročnost na manuální
zručnost svářečů. Začaly se masově používat po
roce 1953, kdy se úpravami technologie výroby
podařilo snížit jejich cenu. V šedesátých letech
byly vyvinuty velmi tlustě obalené elektrody s kyselým obalem známé pod názvem „hlubokozávarové elektrody“. Hluboký kráter, který vznikal na
konci elektrody koncentroval teplo elektrického
oblouku a spolu s vysokou proudovou hustotou,
kterou byly tyto elektrody zatěžovány umožňoval
dosažení hlubokého závaru. Používaly se ke svařování ocelí bez úpravy svarových ploch. Dokonalého kovového spoje se dosahovalo svařováním
z jedné strany nebo z obou stran materiálu.
Rychlý rozvoj leteckého průmyslu ve 30. letech vyžadoval vyřešit tavné svařování hliníku,
hořčíku a jejich slitin. Tyto kovy mají velkou afinitu
ke kyslíku. Jejich svařování obalenou elektrodou
nezabránilo reakci s okolní atmosférou a svary
měly nevyhovující mechanické vlastnosti. Byla
Svářečka Praga
/ 11
partnerské stránky
Bernadosův a Olsewského patent obloukového svařování
Patent mechanismu podávání svařovacího drátu Paula O. Nobleho
Schéma uspořádání wolframových elektrod z Langmuirova patentu
vyvinuta technologie obloukového svařování,
kde oblouk hořel mezi netavící se wolframovou
elektrodou a základním materiálem v ochranné
atmosféře inertního plynu helia. Argon se jako
inertní atmosféra pro svařování začal používat až
později. Tato technologie byla později označena
12 /
zkratkou TIG (Tungsten Inert Gas). Původně
se používal stejnosměrný proud s elektrodou
zapojenou na plus pól zdroje (obrácená polarita).
Wolframová elektroda se ale přehřívala a ve svaru vznikaly wolframové vměstky. Přímá polarita,
elektroda zapojená na mínus pól, umožňovala
svařovat antikorozní oceli, ale nebyla vhodná pro
svařování hořčíku a hliníku. Řešením bylo použití
střídavých zdrojů proudu vybavených vysokofrekvenčním zapalováním oblouku. V roce 1953
byla tato technologie upravena stabilizováním
oblouku vodou chlazenou tryskou. Je známa
jako plasmové svařování.
Od roku 1930 můžeme také pozorovat snahu
o mechanizaci obloukového svařování, aby byla
zvýšena jeho produktivita a snížen vliv lidského
faktoru na výsledek svařování. Zkoušky byly prováděny s kontinuálně podávaným holým drátem,
kde oblouk hořel pod tenkou vrstvou zrnitého
tavidla a s uhlíkovou elektrodou, kde svar byl
chráněn papírovým pásem impregnovaným
tavidlem nebo uhlíkovou elektrodou se zasypáním svaru silnou vrstvou tavidla (1932). I když
se tento poslední způsob ve Spojených státech
několikrát průmyslově aplikoval, konečné řešení
spočívalo v použití holého drátu průběžně
dodávaného do svaru, kde svar byl chráněn
silnou vrstvou zrnitého tavidla. Tato technologie,
vyvinutá ve Spojených státech v roce 1935
a v letech 1939 a 1940 v Sovětském svazu, byla
nazvána svařování automatem pod tavidlem.
Používala se především pro svařování materiálů
větších tlouštěk a pro svary větší délky, např. při
stavbě lodí, výrobě potrubí, výrobě ocelových
konstrukcí, v těžkém strojírenství a v automobilovém průmyslu. V období II. světové války se již
ve Spojených státech a v bývalém Sovětském
svazu používala při hromadné výrobě vojenské
techniky. V dalších letech pak bylo zdokonalováno především zařízení pro svařování, vyvíjeny
nové typy tavidel a přídavných materiálů.
Poloautomatické svařování automatem pod
tavidlem vyvinuté v roce 1946, kde svářeč vedl
svařovací hořák ve svaru ručně a na zádech měl
upevněno podávací zařízení s cívkou drátu, se
přes jeho velkou operativnost a dobré výsledky
při svařování průmyslově masově neuplatnilo.
V roce 1948 se začalo používat víceobloukové
(tandemové) svařování původně vyvinuté pro
svařování trubek velkých průměrů o tloušťce
stěny 12 až 25 mm. Výrazné zkvalitnění zařízení
pro svařování spolu se zdokonalením řízení
svařovacích parametrů a sledování procesu
svařování průmyslovými televizními kamerami
a zavedení průběžných nedestruktivních kontrol
svarů umožnilo realizaci svařování automatem pod tavidlem materiálů velkých tlouštěk
metodou svařování do úzkého úkosu. Postupem
času byly uvedeny na trh i další modifikace svařování automatem pod tavidlem jako svařování
s použitím kovového granulátu, použití druhého
přídavného drátu bez proudu (FN způsob), předehřívání přídavného drátu, svařování s přídavným materiálem ve tvaru trojúhelníkové vložky
vkládané do svarového úkosu (způsob KIS),
dvěma dráty vedenými v jedné svařovací hubici
(Twin proces) apod.
Svařování technologií TIG neumožňovalo
svařovat produktivně materiály s velkou tepelnou
vodivostí o větších tloušťkách, zejména hliníku
a jeho slitin. Nutný předehřev svarových spojů
komplikoval technologii výroby. Proto byla v roce
1948 vyvinuta technologie svařování tavící se
kovovou elektrodou v ochranné atmosféře
inertního plynu (argon, helium) označená později
mezinárodní zkratkou MIG (Metal Inert Gas).
Tato technologie umožnila nejen svařování
hliníku a jeho slitin o větších tloušťkách, ale přinesla také podstatné zvýšení produktivity práce
při svařování mechanizací podávání přídavného
holého drátu – elektrody do svařovacího hořáku.
Velmi brzy se začala používat i pro svařování legovaných i nelegovaných ocelí a jiných
neželezných kovů. Další vývoj této technologie
směřoval k náhradě drahých interních plynů
jinou cenově dostupnější ochrannou atmosférou.
Vývojoví pracovníci se vrátili k patentu Johna C.
Lincolna, který již v roce 1918 ve svém patentu
navrhl použít jako ochrannou atmosféru oxid
uhličitý. Tato upravená technologie se začala od
roku 1955 průmyslově využívat pro svařování
ocelí. Vzhledem k tomu, že se oxid uhličitý při
teplotách nad 700 °C rozkládá na oxid uhelnatý
a volný kyslík, který oxiduje – aktivně působí
na svarový kov, byla tato technologie označena
mezinárodní značkou MAG (Metal Active Gas).
V dalších letech se technologie MIG/MAG velmi dynamicky rozvíjela a rozšiřovaly se také její
průmyslové aplikace. Podstatným způsobem se
zkvalitnilo zařízení pro svařování technologií MIG/
MAG včetně regulace procesu. Modernizovaná
zařízení umožňovala dopravovat drát – elektrodu
na velké vzdálenosti (vícekladková podávání,
zdvojené podávání, push-pull systém). Došlo
k řadě mechanizovaných a automatizovaných
průmyslových aplikací této technologie včetně jejího použití pro robotizaci svářečských prací. Byly
vyvinuty nové varianty přenosu kapek svarového
kovu do tavné lázně – zkratový, sprchový a pulsní. Použitím „směsných plynů“ jako ochranné
atmosféry, např. Ar + CO2, Ar + O2, Ar + CO2 + O2
se zvýšila stabilita hoření oblouku a snížil se
rozstřik při svařování. Tento pokrok způsobil, že
se technologie MIG/MAG stala koncem 80. let
dominantní technologií obloukového svařování.
V devadesátých letech došlo k dalšímu zvýšení
produktivity práce při svařování a zvýšení stability
technologie MIG/MAG použitím svařování s vysokými rychlostmi podávání drátu (svařování rotujícím obloukem) a použitím vícekomponentních
ochranných plynů např. Ar + He + CO2 + O2. Tyto
nové varianty technologie MIG/MAG jsou známé
pod obchodními názvy Time proces, Rapid arc
a Rapid melt. V devadesátých letech byly také
vyvinuty synergické MIG zdroje svařovacího
proudu, které umožnily podstatné zjednodušení
nastavování svařovacích parametrů při pulsním
MIG svařování tzv. jednoprvkové ovládání.
Už v padesátých letech začaly vývojové práce,
jejichž cílem bylo zvýšit produktivitu práce
při MIG/MAG svařování, zajistit dokonalejší
ochranu svarového kovu struskou a ochranným
plynem, zajistit legování, desoxidaci, denitrifikaci
a rafinaci svarového kovu struskou, při zachování
možnosti mechanizace procesu svařování ve
všech polohách. Výsledkem tohoto vývoje byl
nový přídavný materiál nazvaný plněná elektroda
(dříve trubičková elektroda), u které funkci obalů
elektrod, nebo tavidla při svařování automatem
pod tavidlem, přejímá prášková náplň umístěná
uvnitř kovové trubičky vyrobené z ocelového
pásku. Toto převratné řešení zachovává všechny
výhody obalených elektrod, umožňuje však výrobu kontinuální plněné elektrody, kterou je možné
navinout na cívku a proces svařování s využitím
zařízení pro MIG/MAG svařování mechanizovat. Umožňuje také na jednom zařízení vyrobit
pouze změnou složení práškové náplně přídavný
materiál pro jakýkoliv typ základního materiálu.
Používají se elektrody s vlastní ochranou, kde
ochranné plyny vznikají tavením práškové náplně
elektrody (proces Innershield zavedený společností Lincoln Electric v roce 1958), nebo plněné
elektrody, kde je svarový kov chráněn kromě
strusky i ochranným plynem jako u technologie
MIG/MAG. V průmyslově vyspělých zemích
se začaly plněné elektrody masově používat
v 70. letech a jejich podíl na celkové spotřebě
SVĚT SVARU
partnerské stránky
přídavného materiálu stále roste. Plněné elektrody jsou dnes v nabídce všech předních výrobců
přídavných materiálů. Předpokládá se, že MIG/
MAG svařování plněnou elektrodou nahradí
v mnoha průmyslových aplikacích technologií
svařování pod tavidlem.
Pro zvýšení produktivity práce při svařování
svislých svarů velkých tlouštěk ve svislé poloze
byla v roce 1951 vyvinuta technologie elektrostruskového svařování.
Je to mechanizovaný způsob svařování, kde
se svar vytváří na jeden průchod svařovacího
automatu při jeho pohybu zdola nahoru. Svar
je formován ze dvou stran měděnými vodou chlazenými příložkami nesenými příčníkem automatu
a ze dvou stran svařovaným materiálem. Tento
bezobloukový způsob svařování, kde se teplo
potřebné pro tavení základního a přídavného materiálu získává průchodem proudu přes elektricky vodivou roztavenou strusku, která vzniká natavením zrnitého tavidla, umožňuje svařit s vysokou
produktivitou svarové spoje o tloušťkách cca
20 až 1 500 mm. Jako přídavného materiálu se
používají holé dráty kruhového průřezu, páskové
elektrody, nebo při svařování velkých tlouštěk
tavící se přívody proudu ve formě plechu, které
se přivádějí do svaru shora a odtavují se v tavné
lázni. Od 70. let se používá i jeho varianta známá
pod jménem elektroplynové svařování. U tohoto
obloukového procesu svařování, kde se svar
také vytváří na jeden průchod automatu, se jako
přídavné materiály používají plněné elektrody
a svar je chráněn struskou a ochrannou atmosférou přiváděnou nad vrstvu roztavené strusky.
Používá se zpravidla pro svařování tlouštěk 16 až
100 mm.
V sedmdesátých letech se začaly průmyslově uplatňovat technologie tavného svařování
kovů s vysokou hustotou výkonu v dopadové
ploše. Byly to technologie svařování elektronovým paprskem a později laserem. Technologie
svařování elektronovým paprskem se v průmyslu
masově nerozšířila. Používá se dodnes pro
svařování speciálních materiálů nebo pro svarové
spoje, na které jsou kladeny speciální požadavky
nebo zvláštní nároky. Jejímu většímu rozšíření
brání nutnost pracovat ve vakuu. Rozměry vakuové komory proto limitují i rozměry svařenců.
Nutnost pracovat ve vakuu ovlivňuje nepříznivě
i ekonomiku svařování. Naproti tomu technologie
svařování laserem se zejména v poslední době
velmi bouřlivě vyvíjí. Pevnolátkové, plynové a polovodičové lasery, které je dnes možné používat
pro tavné svařování materiálů, velmi rozšiřují
možnosti jejich aplikace. Je možné předpokládat, že v brzké době se technologie tavného
svařování laserem stane jednou z dominantních
technologií tavného svařování v průmyslu.
Mezinárodní svářečská organizace International Institute of Welding (IIW) předpokládá, že
v blízké budoucnosti je možné očekávat vývoj
svařování a příbuzných procesů v následujících
oblastech a směrech [5]:
Rotační svářečka Praga 1946
SVĚT SVARU
Ochrana životního prostředí se bude zlepšovat:
1)Zlepšením životního prostředí na pracovišti
2)Ochranou životního prostředí obecně
3)Vývojem nových technologií
4)Náhradou materiálů
5)Řízením celého životního cyklu výrobků a minimalizace odpadů
6)Recyklací materiálů
Tradiční technologie svařování elektrickým
obloukem a odporem – očekává se:
1)Další využívání tradičních technologií jako
MMAW, GTAW, GMAW a SAW, včetně jejich
modifikací (time proces, rotující oblouk, plasma – MIG, AC – MIG, svařování do úzkého
úkosu, pulsní MIG svařování, synergické MIG
svařování, tandemové svařování, svařování
dvěma dráty se společnou hubicí …)
2)Další využití tradičních technologií odporového
svařování (bodové svařování, švové svařování,
výstupkové svařování, na tupo a s odtavením)
Z hlediska objemu používaných technologií
se očekává:
1)Pokles technologie MMAW na cca 10 %
2)Technologie SAW bude stagnovat na cca 8 až
10 %
3)Podíl technologií GTAW a GMAW vzroste na 50 %
4)Odporové svařování cca 10 %
5)Zbývající objem svařování budou tvořit nové
technologie jako laserové svařování, laserové
hybridní svařování, Friction Stir Welding, Magnetic Pulse Welding
V oblasti automatizace svařování a kontroly
svařování se předpokládá:
1)Robotizace svařování jednovrstvých svarů
pomocí jednoduchých senzorů
2)Robotizace svařování vícevrstvých svarů s využitím inteligentních a adaptivních kontrolních
systémů
3)Očekává se, že automatizace obloukového
svařování bude usnadněna:
– Snížením tolerancí dílů zvýšenou kontrolou
a moderními technologiemi dělení a přípravy
dílů
– Konstrukcí výrobků a dílů pomocí počítačové simulace
– Kontrolou svařovacích procesů pomocí
neuronových sítí
Zařízení budou schopna:
1)Programování při svařování
2)Monitorovat vstupní a výstupní parametry
3)Řídit a korigovat proces svařování
Metody modelování a simulace se budou
používat pro:
1)Hodnocení svařitelnosti materiálů
2)Zkoušky vlastností svarových spojů
3)Konstrukci výrobků a dílů
Nové technologie svařování a tepelného
dělení materiálů.
Mezi nové technologie řadí IIW zejména:
1)Friction Stir Welding
2)Magnetic Pulse Welding
3)Laserové svařování
4)Hybrid Laser Arc Welding
5)Laser Hotwire Brazing
6)A – TIG Welding
7)Laser Assisted Oxygen Cutting (LASOX)
Nedestruktivní hodnocení svarů
Další vývoj předpokládá hodnocení svarů v reálném čase, on-line bezkontaktním monitorovacím
zařízením jako:
1)Fázově uspořádaným směrovým ultrazvukem
s fokusovaným vlněním
Svařovací transformátor Eltram a měnič Kopol 250
2)Laserem indukovaným ultrazvukovým vlněním,
které umožní bezkontaktní snímání
3)Samoučícím se snímacím a interpretačním
zařízením na bázi neuronových sítí
Současné trendy použití laseru v oblasti
svařování a řezání
1)Laser se začíná prosazovat do oblasti velkých
tlouštěk materiálu
2)Vývoj a použití laserového svařování a svařování elektrickým obloukem, které spojuje výhody
obou metod – laserové hybridní svařování
3)laserové řezání je již plně zvládnuté a je využíváno i pro velké tloušťky řezaného materiálu
4)Zvyšuje se podíl laserového mikroobrábění
5)Diodově čerpané Nd-YAG lasery začínají nahrazovat CO2 lasery v 3D aplikacích svařování
i řezání u malých a středních tlouštěk materiálu
6)CO2 lasery budou stále dominovat v 2D řezání
u velkých tlouštěk materiálu
7)Hledají se nová řešení pro svařování s CO2
laserem velkých tlouštěk materiálu především
s ohledem na laserem indukovanou plazmu
8)Zvyšuje se využití diodových laserů pro svařování malých a středních tlouštěk a tepelné
zpracování povrchu těmito lasery
Výhody laserového hybridního svařování
1)Schopnost překlenout mezery nad 0,5 mm
2)Snížená tendence k tvorbě krystalizačních
defektů
3)Větší rychlost svařování materiálů větších
tlouštěk
Literatura
[1] TURŇA M.: Špeciálne metódy zvárania. ALFA
Bratrislava, 1989.
[2] KUNCIPÁL J. a kol.: Teorie svařování. SNTL
Praha, 1986.
[3] MINAŘÍK V.: Plamenové svařování. Scientia
Praha, 1997.
[4] Materiály firmy Lincoln Electric – CZ WELD
s.r.o.
[5] Materiály z plenárních zasedání IIW 2008,
2009.
/ 13
Download

Historie tavného svařování kovů