Svařování elektrickým obloukem
Anotace oblasti
Svařování elektrickým obloukem je tavné svařování, při kterém dochází k natavení stykových ploch základního materiálu a přídavného materiálu teplem od elektrického oblouku. Roztavený kov základního a přídavného materiálu se slije a po ztuhnutí vzniká svar.
Obr. 1: Svařování elektrickým obloukem
Svařovací oblouk je elektrický výboj v neředěných plynech, který se udržuje samostatně a vyznačuje se vysokou proudovou hustotou při nízkém napětí. Elektrický oblouk hoří mezi anodou (+ pól, 2400 °C) a katodou (- pól, 2100 °C). Teplota elektrického oblouku v obloukovém sloupci dosahuje 6 000 – 8 000 °C. Při svařování elektrickým obloukem lze svařovat pomocí stejnosměrného i střídavého proudu. Je-li na elektrodě a základním materiálu mínus pól jedná se o přímou polaritu. V opačném případě se jedná o polaritu nepřímou.
Hoření oblouku podporují opakované zkraty vzniklé odkapáváním roztaveného materiálu z elektrody. Pomocí oblouku lze svařovat mnoha způsoby – svařování v ochranné atmosféře, obalenou elektrodou, pod tavidlem.
Obr. 2: Elektrický oblouk
Zařízení pro svařování elektrickým obloukem
Zdrojem svařovacího proudu jsou svařovací dynama, transformátory, usměrňovače, měniče. Dodávají elektrickou energii potřebnou pro zapálení a hoření elektrického oblouku do uzavřeného svařovacího obvodu. Zapálení elektrického oblouku probíhá při napětí naprázdno zdroje, které bývá obvykle vyšší než při ustáleném hoření oblouku. Velikost zápalného napětí (60 – 70 V) závisí na materiálu elektrod a ionizační schopnosti plynného prostředí. Pro běžné metody svařování je charakteristické napětí 10 – 50 V a svařovací proud 10 – 2000 A.
Obr. 3: Zařízení pro svařování elektrickým obloukem
K přenosu roztaveného kovu elektrody do svarové lázně dochází několika způsoby:
-
Zkratový přenos – kapky roztaveného kovu z elektrody vytvoří zkrat mezi elektrodou a tavnou lázní, po přerušení zkratu se opět zapálí oblouk, k tomuto přenosu dochází zejména u obloukového svařování obalenou elektrodou.
-
Kapkový přenos – nedochází ke zkratu, odtavují se menší kapky s frekvencí 20 – 50/s, charakteristický přenos pro obloukové svařování v ochranné atmosféře CO2.
-
Sprchový přenos – nedochází ke zkratu, kapky tekutého kovu jsou jemně rozptýleny a pohybují se ve směru osy elektrody, k přenosu dochází hlavně při vyšších proudech a delším oblouku – svařování v ochranné atmosféře bohaté na argon.
- Impulzní přenos – využívá se v širokém rozsahu tepelných příkonů, používají se plyny na bázi argonu Ar, nelze realizovat v CO2, používá se pro svařování tenkých plechů, přenos kovů je velmi stabilní a téměř bez rozstřiku, přenos je realizován při pulsujícím proudu, je možné použít drát většího průměru a zlepšit tak produktivitu práce.
Obr. 4: Způsoby přenosu svarového kovu
Elektrody
Elektroda je přídavný materiál, kterým přichází do místa svaru elektrický proud přeměňující se v teplo. Vlivem vysoké teploty dochází při svařování k tavení elektrody a povrchu základního materiálu. Roztavený kov elektrody a tavený obal přechází obloukem do roztavené lázně a vytváří tak svar, který je chráněn vrstvou strusky.
Druhy elektrod:
-
Tavné – kovové (ocel podobného složení jako základní materiál).
-
Netavné
-
kovové – ze speciálních slitin, mohou být holé nebo obalené
-
nekovové- z grafitu.
-
Značení elektrod prováděné výrobcem se nachází na ochranném obalu každé elektrody. Elektrody určené pro svařování ocelí se označují v souladu s normou ČSN EN 499. Elektrody musí splňovat požadavky na mechanické vlastnosti svarového kovu, vhodnost elektrody a její ovladatelnost pro různé pracovní polohy, atd. Při volbě elektrody musíme brát v úvahu vlastnosti základního materiálu, velikost a druh namáhání a namáhání svarů, požadavky kladené na svar, polohu svařování, další zpracování svařence, atd.
Obalená elektroda se skládá z kovového jádra a obalu. Obal tvoří přísadové prvky (Cr, Ni, Mo, V, aj.) vytvářející přídavný svarový kov, organické a anorganické látky. Obal stabilizuje oblouk, chrání svarový kov před účinky vzduchu, zpomaluje chladnutí svaru a tím omezuje vznik vnitřního pnutí vytvořením strusky na povrchu svarového kovu. Obaly elektrod se používají bazické, kyselé nebo speciální.
Obr. 5: Průřez obalenou elektrodou
Vybavení ke svařování:
-
Držák elektrod - slouží pro ochranu před elektrickým napětím a spálením.
-
Oklepávací kladívko a drátěný kartáč - slouží k odstranění strusky.
-
Ochranný svářečský štít - je opatřen tmavým speciálním sklem (ochranný svářečský filtr), před nímž je krycí čiré sklo.
-
Kožené svářečské rukavice a zástěra - chrání před zářením, jiskrami a spálením.
Svařování v ochranném prostředí
Elektrické obloukové svařování pod tavidlem
Elektrický oblouk hoří pod vrstvou tavidla mezi holou elektrodou (drát - odvíjí se z cívky ze zásobníku a je dodáván do místa svaru) a svařovaným materiálem. Pro svařování se používají zdroje střídavého i stejnosměrného proudu, nejčastěji se svařuje automaticky.
Obr. 6: Svařování pod tavidlem
Tvary svarových úkosů pro svařování pod tavidlem jsou doporučeny normou ČSN 050028. Pro malé tloušťky se většinou provádějí I-svary, u větší tloušťky se používají převážně jednostranné svary (V, ½ V, U ½ U, W a ½ W), u velké tloušťky se volí oboustranné symetrické nebo nesymetrické svary. Tímto způsobem svařování je možné provádět i koutové svary.
Pro svařování pod tavidlem se používá zařízení s výkonným zdrojem proudu, které umožňuje dosažení potřebných svařovacích parametrů. Zdroje proudu se volí také s ohledem na podmínky regulace délky oblouku a rychlosti podávání drátu.
Elektrostruskové svařování
Je to způsob svařování materiálů velkých tlouštěk, tj. tlouštěk od 50 do 1500 mm. Jde o svařování pod roztavenou struskou, která vzniká z tavidla, kterým prochází holá elektroda. Výhodou je vysoká produktivita a účinnost, užívá se pro svařování velkých výkovků nebo odlitků.
Obr. 7: Elektrostruskové svařování
Zdroje
- HLUCHÝ, Miroslav, KOLOUCH, Jan, PAŇÁK, Rudolf. Strojírenská technologie 2, Polotovary a jejich technologičnost, 1. díl. 2. vyd. Praha: Scientia, spol. s r.o., 2001, str. 158-220. ISBN 80-7183-244-8.
- KOLEKTIV AUTORŮ. Svařování tenkých plechů, drátů a profilů, studijní text k modulu vzdělávacího programu Profesmodul, EPAVA Olomouc, vydání první, Olomouc 2012. CZ1.07/3.2.05/01.0006.
- KUBÍČEK, Miroslav. Digitální učební materiál. Šablona Svařování elektrickým obloukem obalenou elektrodou, Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT, SPŠ a VOŠ technická Brno, Sokolská 1, Brno, 2013. ISBN není.
- HLUCHÝ, Miroslav a kol. Strojírenská technologie 2, Polotovary a jejich technologičnost, Základy obrábění. 1. vyd. SNTL Praha, 1979, 404 s. ISBN není, č.5428, 04-221-79.
Obrázky:
-
Obr.1: Svařování elektrickým obloukem. Autor neznámý. [cit. 2014-11-23], dostupný z: http://bvv.cz
-
Obr. 2: Elektrický oblouk. HLUCHÝ, Miroslav, KOLOUCH, Jan, PAŇÁK, Rudolf. Strojírenská technologie 2, Polotovary a jejich technologičnost, 1. díl. 2. vyd. Praha: Scientia, spol. s r.o., 2001, str. 158-220. ISBN 80-7183-244-8.
-
Obr.3: Zařízení pro svařování elektrickým obloukem. Autor KUBÍČEK, Miroslav. Digitální učební materiál. Šablona Svařování elektrickým obloukem obalenou elektrodou, Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT, SPŠ a VOŠ technická Brno, Sokolská 1, Brno, 2013. ISBN není.
-
Obr. 4: Způsoby přenosu svarového kovu. KOLEKTIV AUTORŮ. Svařování tenkých plechů, drátů a profilů, studijní text k modulu vzdělávacího programu Profesmodul, EPAVA Olomouc, vydání první, Olomouc 2012. CZ1.07/3.2.05/01.0006.
-
Obr. 5: Průřez obalenou elektrodou. HLUCHÝ, Miroslav a kol. Strojírenská technologie 2, Polotovary a jejich technologičnost, Základy obrábění. 1. vyd. SNTL Praha, 1979, 404 s. ISBN není, č.5428, 04-221-79.
-
Obr. 6: Svařování pod tavidlem. HLUCHÝ, Miroslav a kol. Strojírenská technologie 2, Polotovary a jejich technologičnost, Základy obrábění. 1. vyd. SNTL Praha, 1979, 404 s. ISBN není, č.5428, 04-221-79.
-
Obr. 7: Elektrostruskové svařování. HLUCHÝ, Miroslav a kol. Strojírenská technologie 2, Polotovary a jejich technologičnost, Základy obrábění. 1. vyd. SNTL Praha, 1979, 404 s. ISBN není, č.5428, 04-221-79.
-
Obr. 8: Svařovací charakteristika s konst. proudem. KOLEKTIV AUTORŮ. Svařování tenkých plechů, drátů a profilů, studijní text k modulu vzdělávacího programu Profesmodul, EPAVA Olomouc, vydání první, Olomouc 2012. CZ1.07/3.2.05/01.0006.
-
Obr. 9: Svařovací charakteristika s konst. výkonem. KOLEKTIV AUTORŮ. Svařování tenkých plechů, drátů a profilů, studijní text k modulu vzdělávacího programu Profesmodul, EPAVA Olomouc, vydání první, Olomouc 2012. CZ1.07/3.2.05/01.0006.
-
Obr. 10: Svařovací charakteristika s konst. napětím. KOLEKTIV AUTORŮ. Svařování tenkých plechů, drátů a profilů, studijní text k modulu vzdělávacího programu Profesmodul, EPAVA Olomouc, vydání první, Olomouc 2012. CZ1.07/3.2.05/01.0006.
-
Obr. 11: Svařování elektrickým obloukem. Autor neznámý, [cit. 2014-11-23], dostupný z: http://www.stredniskoly.cz/skola/600012069.html
Video:
-
Video Svařování obalenou elektrodou, propagační materiál firmy FRONIUS Česká republika, s.r.o.
Přílohy
Čti také
Svařovací statické charakteristiky
- S konstantním proudem, tzv. strmá – vhodná pro ruční svařování obalenou elektrodou.
Obr. 8: Svařovací charakteristika s konst. proudem
-
S konstantním výkonem, tzv. mírně klesající.
Obr. 9: Svařovací charakteristika s konst. výkonem
- S konstantním napětím, tzv. plochá – vhodná pro mechanizované způsoby svařování (CO2).
Obr. 10: Svařovací charakteristika s konst. napětím
Pro ruční mechanizované svařování se používají svařovací zdroje s plochou charakteristikou. Nastavením rychlosti podávání svařovacího drátu se nastavuje svařovací proud. Rozdíly napětí jsou velmi malé.
Doplňující učivo
Základy elektrotechniky při svařování elektrickým obloukem
Elektrický proud je usměrněný pohyb (orientace) elektronů od záporného pólu zdroje ke kladnému a zároveň pohyb (orientace) kladných částic opačným směrem. Elektrický proud, který prochází vodiči jedním směrem, se nazývá stejnosměrný. Pokud elektrický proud v závislosti na čase mění svůj směr, nazývá se střídavý. Elektrický proud se značí I a jeho jednotkou jsou ampéry A.
Všechny kovy nevedou stejně elektrický proud stejně dobře. Kovy vykazují vůči procházejícímu elektrickému proudu odpor, který je závislý na materiálu a čistotě vodiče, jeho průřezu, délce a teplotě. Pro vedení elektrického proudu se používají vodiče vyrobené nejčastěji z neželezných kovů (Al, Cu o čistotě 99,99 %). Elektrický odpor se značí R a udává se v ohmech. U svařovacího obvodu představuje elektrický oblouk hlavní odpor, jehož velikost je dána délkou oblouku. Délka oblouku ovlivňuje hodnoty proudu a napětí oblouku.
Elektrické napětí je příčinou toku elektrického proudu. Napětí se značí U a jednotkami jsou volty V.
Svařovací dynamická charakteristika: udává hodnoty napětí a proudu při náhlých změnách během svařování (při zapalování a zhášení oblouku). Její sklon je tzv. dynamická strmost. Má vliv na zapálení oblouku a na jeho udržení.
Komentář
Tavidla jsou zrnité látky, svou funkcí nahrazují obal u obalené elektrody. Nejčastěji se používají křemičitany, fluoridy a mangany, které se přivádí násypkou před elektrodu. Tavidla zakrývají po celou dobu procesu svařovací oblouk, chrání tak svarovou lázeň před přístupem vzduchu, stabilizuje oblouk a dodává do svaru přísadové prvky. Z tavidla vzniká nad tavnou lázní struska, jejím úkolem je zpomalit ochlazování svaru, aby nedocházelo ke vzniku velkého vnitřního pnutí.
Využití
Využití svařování obalenou elektrodou
Svařováním elektrickým obloukem obalenou elektrodou se zhotovují tupé a koutové svary ve všech polohách. Stykové plochy (úkosy) svařovaných polotovarů se připravují v závislosti na typu svaru, svařované tloušťce a technologii svařování. Jsou uvedeny v mezinárodní normě ČSN EN 29 692. Svařovat lze téměř všechny materiály.
Využití
Využití svařování pod tavidlem
Tímto způsobem se svařují mostové a jeřábové konstrukce, kotle, tlakové nádoby, aj. Používá se zejména pro svařování nízkolegovaných konstrukčních ocelí, tloušťka svařovaných částí může být 2 až 200 mm.
Zajímavost
Obr. 11: Svařování elektrickým obloukem
Zapálení oblouku se provádí lehkým a plynulým dotykem konce elektrody o svařovaný materiál s následným oddálením o vzdálenost rovnou asi dvojnásobku průměru elektrody. Po zapálení je nutné vést elektrodu mírně nakloněnou tak, aby struska nepředbíhala oblouk, a udržovat konstantní vzdálenost konce elektrody od svařovaného povrchu, což vyžaduje vedle pohybu ve směru svařování neustálé přibližování elektrody k místu svařování. Pokud potřebujeme vytvořit širší housenku, tak využívá ještě kývavého pohybu. Zakončení svarové housenky se provádí při odtavení svarového kovu a jeho zatočením tak, aby bylo z čeho dosazovat svarový kov a abychom zabránili vzniku staženiny.
Svařování elektrickým obloukem