Jak svařování funguje?
Mrakodrapy, exotická auta, starty raket – některé věci prostě upoutají vaši pozornost. Welding zjevně mezi ně nepatří. Možná jste strávili celý svůj život, aniž byste o tom přemýšleli. Jistě vás překvapí fakt, že svařování podle některých odhadů ovlivňuje až 50 procent hrubého národního produktu Spojených států amerických. Bez svařování by žádný z těch úžasných mrakodrapů, aut nebo raket neexistoval.
Svařování je v jádru jednoduše metoda spojení dvou kusů kovu dohromady. Ačkoli existují i jiné způsoby spojování kovů (nýtování, pájení...), svařování se stalo první volbou kvůli jeho síle, účinnosti a všestrannosti .
Existuje mnoho různých metod svařování a stále se objevují nové. Některé procesy využívají teplo k tomu, aby v podstatě roztavily dva kusy kovu dohromady, často přidávají do spoje „plnivo“, které působí jako spojovací prostředek. Jiné metody spoléhají na tlak ke spojení kovu dohromady a některé využívají kombinaci tepla a tlaku. Na rozdíl od pájení, kde spojované kovové části zůstávají nezměněny, proces svařování vždy mění spojovaný materiál.
Může se to zdát poněkud nedůležité, ale je to zásadní pro pochopení proč svařování produkuje tak pevné spoje. Při pájení a pájení se dva kusy kovu spojují zavedením třetího materiálu (s nižším bodem tání) do směsi. Přidání třetího materiálu mezi povrchy původních kusů spojí kusy dohromady. Spojení je však pouze tak silné jako spojovací materiál. Svařování naproti tomu eliminuje prostředník a spojuje původní kusy přímo k sobě. Výsledkem je silné, soudržné spojení, které je často stejně silné jako samotný materiál.
V tomto článku se blíže podíváme, jak přesně svařování funguje . Prozkoumáme také některé z mnoha situací, kdy se používá svařování,s odbornými znalostmi a vybavením potřebným k tomu, aby se to všechno stalo. Ale než to uděláme, podívejme se, kde to všechno začalo.
Se všemi strojními zařízeními zapojenými do svařovacích procesů si můžete svařování představit jako relativně nový proces. Ve skutečnosti svařování existuje již tisíce let. Rané příklady svařování byly nalezeny v lokalitách od Irska po Indii, přičemž některé pocházejí z doby bronzové. Tyto civilizace samozřejmě neměly obrovské množství nástrojů a strojů, ke kterým mají nyní svářeči přístup. Jak se jim podařilo svařit?
Postup, který použili, se nazývá kování. K zahájení procesu kováři zahřívali kov, dokud nebyl jasně červený (ale stále nebyl tekutý). Kováři pak položili dva kusy, mírně překryté, na kovadlinu a snýtovali je k sobě. Nýtování má několik omezení. Snýtovat k sobě lze pouze relativně měkké kovy a proces je velmi pracný. V místech bez elektřiny se však postup stále používá.
Kování bylo jedinou možností až do 19. století. S nástupem průmyslové revoluce však četné objevy posunuly rozvoj svařování. Výzkum elektřiny přinesl elektrody a elektrické oblouky. Základní pochodně byly vyvinuty v polovině století. Oba objevy významně ovlivní svařovací metody příštího století.
Koncem 19. století se svařování stalo hnací silou ve výrobě. Metody této doby však nebyly dokonalé. Během procesu svařování docházelo k oxidaci (proces spojování kovů v částicích kyslíku v atmosféře) a svarové spoje byly porézní a křehké. Takové svary představují vážné riziko pro pracovníky. Například v období od roku 1895 do roku 1905 denně explodovaly špatně postavené kotle a způsobily tisíce mrtvých. Zjevně byla naléhavá potřeba lepších metod svařování. Níže se dozvíme více o nových a vylepšených metodách, počínaje bližším pohledem na specifika řemesla.
Svařování na moři a ve vesmíru
Potápěči svářeči běžně opravují lodě a ropné plošiny, obvykle používají svařování elektrickým obloukem (negují použití plamene). Svařování v prostoru je na druhém konci spektra. Vakuum v prostoru vytváří ideální svařovací prostředí, protože zde nejsou žádné plyny, které by interagovaly s bodem svařování.
Svařování mimo zemskou atmosféru umožnilo vznik Mezinárodní vesmírné stanice.
Specifika svařování 
Stejně jako šachy , svařování se snadno naučíte, ale je těžké ho zvládnout. Profesionální svářeči mají velký počet různých proměnných, které je třeba vzít v úvahu při provádění práce. Bez ohledu na to, jak složitá je práce, k jejímu dokončení jsou potřeba pouze tři věci: svařovací vybavení , svařovací materiál a bezpečnostní vybavení . Nejzákladnější svařovací zařízení pro příležitostné použití v domácí dílně lze sehnat za méně než 100 eur. Je obvyklé, že tato zařízení jsou určena pro svařování elektrickým obloukem (REL) nebo svařování elektrodou. Mnoho jednotek má z hlediska ovládacích prvků pouze vypínač, což usnadňuje jejich ovládání. Některá zařízení (například ta, která se používají při laserovém svařování) jsou však tak drahá a složitá, že se používají pouze ve velkých průmyslových odvětvích. Pokud jde o materiály, některé se svařují snadněji než jiné. Ocel může být vynikající volbou díky své pevnosti, dostupnosti a svařitelnosti. Zpravidla platí, že čím je ocel pevnější, tím je obtížnější ji svařovat. V souladu s tím bylo svařováním vyvinuto několik ocelových slitin. Samozřejmě lze svařovat téměř jakýkoli kov, včetně litiny, bronzu, hliníku a dokonce i titanu, i když ten vyžaduje vysoce chráněnou atmosféru, protože kov je vysoce reaktivní. Ať svařujete cokoliv, pamatujte:
bezpečnost především . Pokud jste někdy viděli svařování osobně, můžete být svědky oslepujícího světla, které tento proces vytváří. Pohled přímo na místo svařování bez ochrany může způsobit bolestivý zánět rohovky s pískovým pocitem v oku. Není divu, že dobrá svářečská maska je nezbytným předpokladem každého ochranného vybavení. Svářečské masky existují v mnoha stylech. Nejjednodušší jsou ty, které mají zatmavený panel, přes který se svářeč při svařování dívá.Pokročilejší masky automaticky ztmavnou, jakmile se místo svaru zesvětlí. Kromě oslňujícího jasu může svařování generovat teploty až 5 500 stupňů Celsia a četné jiskry, což vyžaduje rukavice a dlouhé rukávy.
Konečně je zásadní správné větrání v závislosti na metodě svařování. Svářeči mohou být vystaveni škodlivým látkám, jako je olovo, rtuť a oxid uhelnatý. Odvzdušňovací ventily mohou zabránit hromadění výparů v pracovní oblasti.
Jak svařování funguje
Jsme připraveni začít svařování. Většina svarových spojů dnes spadá do jedné ze dvou kategorií: obloukové svařování a svařování plynem.
Obloukové svařování používá elektrický oblouk k roztavení pracovních materiálů a také výplňového materiálu pro svarové spoje. Obloukové svařování zahrnuje připojení zemnícího drátu ke svařovacímu materiálu nebo jinému kovovému povrchu. Druhý drát se položí na svařovaný materiál. Po mírném oddělení drátu od materiálu vznikne elektrický oblouk. Vypadá to, jako když vytáhnete zapalovací kabely z baterie. Oblouk pak spojuje obrobky dohromady výplňovým materiálem, který pomáhá držet kusy pohromadě.
Vnesení výplně do spáry vyžaduje pevnou ruku a smysl pro detail. Jak se tyč taví, svářeč musí neustále přivádět další materiál do spoje pomocí malých, jistých pohybů. Tyto pohyby dodávají svarům jejich zvláštní vzhled. Příliš rychlý nebo příliš pomalý pohyb nebo držení oblouku příliš blízko nebo příliš daleko od materiálu může způsobit špatné svary.
Svařování REL, svařování v inertním plynu (běžně známé jako metal inertní plyn nebo svařování MIG) a svařování wolframovým obloukem (často nazývané wolframovým inertním plynem nebo svařování TIG) jsou obloukové svařování.
Tyto tři běžné metody mají své výhody a nevýhody. Například svařování elektrodou je levné a snadno se učí. Je také pomalejší a méně univerzální než některé jiné metody. Naproti tomu svařování TIG je obtížné se naučit a vyžaduje speciální svařovací zařízení. TIG svařování však vytváří vysoce kvalitní svary a dokáže svařovat materiály, které jiné metody nemohou.
Plynové svařování je další populární metoda svařování. Tento proces typicky používá acetylen/kyslíkový hořák k roztavení pracovního materiálu a svařovací tyče. Svářeč ovládá hořák a tyč současně a vytváří tak plnou kontrolu nad svarem. Zatímco svařování plynem je v průmyslu méně běžné, stále se často používá pro údržbu a opravy, stejně jako na sochách (o tom později).
„ Extreme Welding“
Rozžhavené elektrické oblouky a svítilny nejsou žádnou dětskou hrou, ale existují extrémnější způsoby svařování. Výbušné svařování využívá ke spojení kovů tlak vytvořený silnou explozí. Svařování laserovým paprskem se spoléhá na výkonné lasery, které spojují kovy dohromady. Ultrazvukové svařování využívá vysokofrekvenční vibrace, které způsobují rezonanci kovových molekul a tím se spojují.
Je těžké najít dobrý svar
Můžeme si připomenout historii svařování a to, že křehké, porézní svary způsobily vážné bezpečnostní problémy v průmyslových aplikacích. Velká část problémů s těmito prvními svary pramení z oxidace. S pokročilou vědou o svařování pokročily i metody ochrany místa svaru před kyslíkem. Například při svařování elektrodou je elektroda potažena ochranným povlakem. Tato ochrana má několik různých účelů, jedním z nich je vytvoření plynového štítu pro svařovací bod. Svařování MIG a TIG jde tak daleko, že se používají plynové nádrže, které neustále obalují místo svařování inertními plyny. Ochrana svarového bodu před oxidací je nezbytná pro vytvoření pevného svaru.
Samotný proces přípravy je možná stejně důležitý pro výrobu pevných svarů. Zajistit, aby pracovní materiály byly zbaveny mastnoty, nečistot a prachu, je pouze prvním krokem ke správné přípravě svarového spoje. Pro kvalitní svar je rozhodující výběr správného typu spoje.
Po svařování můžete kvalitu svaru zkontrolovat několika způsoby. Vizuální kontrola může ukázat, že svářečka pracovala nesprávnou rychlostí nebo proudem, což způsobilo praskliny a dlouhé nepravidelnosti. Svářeči mohou svou práci kontrolovat také magnetickým testováním částic, průnikem kapalin, ultrazvukovým testováním, rentgenovou kontrolou, tlakovou zkouškou nebo jinými metodami. Často se pro stanovení kvality svaru používá také destruktivní testování, které ničí svar v procesu kontroly.Bez ohledu na použitý test je důležitým krokem v procesu zajištění pevnosti a bezpečnosti svaru.
Svařování v průmyslu a umění
Většina svářečských prací souvisí s výrobou v průmyslových odvětvích. Automobilový průmysl, stavba lodí, komerční stavba, stavba mostů – seznam svářečských prací pokračuje dál a dál.
Přestože většinu svářečů tvoří muži, svařováním se živí tisíce žen. Ženy svářeče hrály klíčovou roli ve stavbě lodí během druhé světové války.
Jedna ze zajímavějších aplikací svařování pochází z umělecké komunity. Některé z prvních příkladů svařování vůbec byly umělecká díla, jako je železný sloup v Dillí v Indii a zlaté misky a uzávěry staré více než 1000 let. Konstrukce jako oblouky sv. Louis Gateway (192 metrů vysoká a postavená tak, aby vydržela 1 000 let) a bruselské Atomium ilustrují, kam až došlo umění svařování.
Tradice uměleckého svařování zůstává silná, protože svařování vytváří masivní sochy, které váží několik tun. Přestože umělci tvoří pouze malý segment svářečského průmyslu, mohou ukázat potenciál svařování milionům dalších.
