UČEBNÍ TEXTY ZÁMEČNÍK 2. ROČNÍK

Transkript

1 Střední škola technická Žďár nad Sázavou UČEBNÍ TEXTY ZÁMEČNÍK 2. ROČNÍK zpracoval: Ing. Jaroslav Buchta

2 Obsah Svařování, řezání kyslíkem Přehled svařování Svařování tlakem Svařování tavné Bezpečnost práce při svařování elektrickým obloukem Pracoviště Opatření před uvedením stroje do provozu Manipulace se zařízením Údržba Nebezpečí úrazu elektrickým proudem Větrání svařoven Nebezpečí popálení a mechanického úrazu Ukončení práce Práce za zvýšeného nebezpečí při svařování Základní materiály Svařitelnost kovů Technické železo Oceli konstrukční tvářené Zdroje svařovacího proudu Svařovací dynama, rotační zdroje svařovacího proudu Přídavné materiály pro svařování Elektrody pro ruční obloukové svařování Označování elektrod Příprava materiálu pro svařování Příprava materiálu Označování svarů na výkresech Základní značky svarů Sestava svarku Deformace při svařování Druhy deformací Postupy svařováni ke snížení deformací Snížení napětí tepelným zpracováním Rovnání plamenem Svařování v ochranné atmosféře Ochranné plyny Nejpoužívanější druhy svarů V svar v poloze vodorovné shora V svar v poloze svislé Koutový svar v poloze vodorovné shora Koutový svar v poloze svislé Svařování plamenem a řezání kyslíkem Bezpečnost práce při svařování plamenem a řezání kyslíkem Zařízení pro svařování plamenem Řezání kyslíkem Ruční zpracování kovů Mechanizované ruční nářadí Mechanizované nástroje elektrické Mechanické nástroje pneumatické

3 12. Výroba pružin Technologie výroby šroubovité pružiny Materiál na výrobu pružin Tepelné zpracování pružin Měření a montáž pružin Broušení a ostření Podstata broušení Brusné nástroje Stolní a stojanové brusky Upínání brusných nástrojů Zásady broušení a ostření Ruční ostření vrtáků Způsoby broušení Bezpečnost práce při broušení Tváření kovů za tepla Ruční kování Kovářské nástroje Základní kovářské operace při ručním kování Pájení Pomůcky pro pájení Druhy pájení Lepení kovů Lepidla pro lepení kovů Úprava lepených spojů Postup při lepení Technologické postupy Části technologického postupu Určení výchozího polotovaru Určení technologických základen Určení počtu a pořadí operací Vypracování technického postupu

4 1. Přehled svařování Svařování, řezání kyslíkem Svařovací technika prochází rychlým rozvojem, který je doprovázen zcela novými způsoby svařování, zdokonalováním používaných svářečských metod, snahou po vyšší produktivitě práce při svařování a po dosažení vyššího stupně mechanizace a automatizace. Také ve svařování se začínají uplatňovat průmyslové roboty. Současně s rozvojem metod svařování se zdokonaluje i zabezpečení vyšší kvality svarových spojů lepšími způsoby kontroly svarů bez porušení a zvyšováním kvalifikace svářečů. V neposlední řadě se uplatňuje úsilí po snížení spotřeby energie, snaha zvýšit bezpečnost práce při svařování a zlepšit pracovní prostředí svářečů. Používané způsoby svařování lze rozdělit na svařování tlakem a na svařování tavné. Při tomto rozdělení se vychází z rozhodujícího činitele na vytvoření svaru, tj. buď stlačení svařovaných částí, nebo natavení svarových ploch Svařování tlakem Do této skupiny patří zejména: svařování kovářské, elektrické svařování odporové, svařování termitem, svařování třením, svařování tlakem za studena, svařování difúzí, svařování ultrazvukem, výbuchové svařování. Svařování kovářské Svařování kovářské neboli svařování v ohni je nejstarší způsob spojování kovů. Materiál se ve výhni ohřeje do plastického stavu a pak se ručně nebo strojně (bucharem nebo lisem) tlakem svaří. Dobře se tak svařují měkké oceli (s velmi malým obsahem uhlíku). S rostoucím obsahem uhlíku v oceli je svařitelnost obtížnější a bylo by nutné použít jako tavidla borax. V ohni se svařuje také měď, hlavně pro nádrže v chemickém a potravinářském průmyslu. Toto svařování nemá průmyslový význam a užívá se omezeně v opravnách nářadí, pro svařování článků řetězů apod. Svařování elektrickým odporem Svařování elektrickým odporem je velmi výkonné a bez jeho širokého uplatnění je moderní hromadná a sériová výroba nemyslitelná (automobily, motocykly, radiotechnické výrobky apod.). Svařované části jsou ohřívány průchodem elektrického proudu. Množství tepla, které takto vzniká, je možno stanovit podle Jouleova vztahu: Q=R.I 2.t kde Q - množství tepla (J), R - elektrický odpor(ω) I- intenzita elektrického proudu (A), t - doba průchodu proudu (s). Zdrojem proudu u naprosté většiny odporových svářeček je jednofázový transformátor, který dává sekundární svařovací proud o napětí 2 až 20 V a o intenzitě 1000 až A podle účelu a velikosti stroje. 4

5 Podle tvaru a vzájemné polohy svařovaných částí je řešena konstrukce odporové svářečky a rozlišuje se svařování: stykové (na tupo) přeplátováním - stlačením nebo odtavením - bodové, - švové, - výstupkové (bradavkové) Na obr. 1 jsou schematicky znázorněny jednotlivé způsoby odporového svařování. Jednofázový transformátor je umístěn přímo ve svářečce a jeho sekundární vinutí je obvykle tvořeno jediným měděným závitem chlazeným vodou. Odporové svařovací stroje nejsou energeticky výhodné svým jednofázovým zapojením a nerovnoměrným zatěžováním elektrické sítě co do času i co do zatížení jednotlivých fázi. Pro velké výkony byly proto postaveny již třífázově napájené odporové svařovací stroje. Využití polovodičů umožňuje usměrňování svařovacího proudu a napájení elektrod stejnosměrným proudem. Obr. 1. Schéma způsobů odporového svařování: a) stykové, b) bodové, c) švové d) výstupkové Svařování termitem tlakové Zdrojem tepla při tomto způsobu svařování je chemická reakce mezi oxidy železa a hliníkem. Tato reakce probíhá při hoření termitové směsi, což je směs Fe2O3 (okuje) a hliníkové krupice. Hoření probíhá podle chemické rovnice Fe 2O2 + 2 AI + Al 2O3 + 2 Fe kj. Výsledkem reakce je tedy oxid hlinitý a železo a také velké množství tepla, které ohřeje vzniklé látky na teplotu kolem 3000 ºC, takže obě jsou ve stavu tekutém Železo je těžší, usadí se tedy v kelímku dole a na něm je jako struska vrstva oxidu hlinitého. Při tlakovém svařování termitem jsou k sobě svařované díly přiloženy dobře obrobenými a kovově čistými svarovými plochami. Díly jsou upnuty k přípravku, který umožňuje jejich přitlačení. Kolem místa svaru je složena žáruvzdorná forma, do které se kelímek sklopením vylije. Nejdříve natéká struska (Al2O3), která ihned ztuhne na 5

6 poměrně chladných svařovaných dílech. Později tekoucí železo tak nemůže již tuto ztuhlou vrstvu roztavit a jen dále ohřeje svařované díly až na svařovací teplotu, kdy se k sobě musí díly přitlačit a tím svařit. Po vychladnutí svaru lze strusku i železo snadno odlomit. Speciální úpravou tlakového svařování termitem se svařují hliníková elektrovodná lana pro vysoké elektrické napětí. V rozhodující míře (přes 90 % spojů) se používá tavné svařování termitem. Svařování třením Při této metodě se získává teplo potřebné pro sváření vzájemným třením svarových ploch kruhového průřezu, z nichž jedna se otáčí a druhá stojí. Po náležitém ohřátí se k sobě součásti pěchovacím tlakem stlačí a současně se rotující část co nejrychleji zastaví. Podstata tohoto typu svařování je patrná z obr. 2. Svařovaný materiál má v oblasti svaru při ohřevu menší pevnost a přítlačná síla vytlačí změklý kov do otřepu. Svařují se tak ventily z vysokolegovaných ocelí a speciálních slitin, vrtné trubky, kardanové hřídele, spojují se tak i některé plasty (nylon). Obr. 2. Svařování třením Svařování tlakem za studena Tento způsob je typickým svařováním tlakem bez jakéhokoli ohřevu. Dokonale očištěné plochy se k sobě přitlačí takovou silou, že se k sobě svařované plochy přiblíží na vzdálenost odpovídající vzdálenosti mezi atomy v nesvařeném kovu. Tytéž přitažlivé síly, které působí mezi atomy v kovu, začnou působit i mezi atomy na stykové ploše obou kovů a vytvoří tak pevný svar. Kromě vysokého tlaku (při svalování hliníku asi MPa, u mědi asi 3800 MPa) je pro vytvoření svaru nutná plastická deformace částí v oblasti svarového spoje. Svařování tlakem za studena se uplatňuje při svařování hliníku (kabelovny) a mědi (trolejové vedení). Pro elektrotechnický průmysl je výhodné svalovat takto hliník s mědí. Difúzní svařování Při difúzním svařování se dokonale obrobené (lapované) a kovově čisté svarové plochy k sobě přitlačí a ohřejí na teplotu odpovídající asi dvěma třetinám teploty tavení svařovaných kovů. Za těchto podmínek dochází k vzájemnému pronikání (difúzi) atomů obou svařovaných kovů přes stykovou plochu a tak vzniká dokonalý spoj. Ohřívá se v peci nebo vysokofrekvenčně, popř. infračervenými lampami, a to buď v ochranné atmosféře, nebo v solné lázni nebo ve vakuu. Metoda je vhodná pro spojování různorodých materiálů (Al + ocel, Cu + ocel aj.) a materiálů těžko tavitelných. 6

7 Svařování ultrazvukem Při svařování ultrazvukem (kmitočet 20 až 50 khz) se materiál ohřívá přeměnou kinetické energie v teplo. Zdrojem ultrazvukových kmitů je generátor a kmity se přenášejí vibračním nástavcem na svařované plochy. Po jejich prohřátí následuje stlačení a tím svaření. Svařuje se tak hliník, fólie do 0,05 mm, dále keramika, sklo, polovodiče, plasty. Výbuchové svařování Při tomto způsobu svařování kovů tlakem za studena se využívá rázové energie vyvolané výbušninou, ale také se může jako zdroj rázového účinku použít elektrický jiskrový výboj v kapalině nebo silná magnetická vlna. Svařování výbuchem se používá pro spojení různorodých desek, např. při plátování, pro spojení speciálních materiálů, např. korozivzdorné oceli s hliníkem, niklu s titanem apod. Charakteristická je vysoká pevnost spoje, malé deformace a velká rozmanitost využití této metody Svařování tavné Mezi tavné svařování patří: svařování plamenem, svařování elektrickým obloukem (ruční, automatické pod tavidlem, svařování v ochranných plynech, elektrovibrační svařování - navařování), svařování plazmatem, svařování termitem - bez použití tlaku, elektrostruskové svařování, svařování pomocí pistole na přivařování svorníků, svařování proudem elektronů, svařování světelným paprskem (LASER). Svařování plamenem Pro tavení základního materiálu, popř. i přídavného materiálu se využívá teplo získané spalováním hořlavého plynu (acetylén, vodík, propan-butan, svítiplyn apod.) s plynem podporujícím hoření (kyslík, vzduch). Technologii tohoto rozšířeného způsobu svařování jsou věnovány samostatné kapitoly. Svařování elektrickým obloukem Zdrojem tepla pro tavení je elektrický oblouk, hořící většinou mezi elektrodou a základním materiálem. Elektroda je někdy uhlíková, která se neodtavuje a netvoří svarový kov, častěji se používá elektroda kovová, která se odtavuje a vytváří tak svarový kov spojující natavené svařované části. Tato elektroda se musí jednak posouvat do svaru podle rychlosti, jakou se odtavuje, aby elektrický oblouk měl stálou délku, jednak se musí posouvat podél svaru. Koná-li oba tyto pohyby s elektrodou svářeč, jde o ruční svařování, přivádí-li se elektroda do svaru automaticky, strojem a svářeč jen posunuje elektrodu podél svaru, jde o svařování poloautomatické. Jsou-li oba pohyby elektrody (přídavného drátu) řízeny strojem, jde o svařování automatické. Ruční svařování elektrickým obloukem Podle původního návrhu hořel elektrický oblouk mezi uhlíkovou elektrodou a svařovaným materiálem. Tento postup byl zlepšen použitím holé kovové elektrody, 7

8 která svým odtavováním vytváří svarový kov. Snaha chránit tekutý kov před vzduchem vedla ke vzniku obalené elektrody. Automatické svařování pod tavidlem Zdrojem tepla pro roztavení svarových ploch i přídavného drátu je elektrický oblouk hořící mezi základním a přídavným materiálem, a to pod vrstvou práškového tavidla (obr. 3). Tavidlo je přiváděno trubkou před holým přídavným drátem, který je posouván do svaru kladkami nastavenou stálou rychlostí. Elektrický oblouk není vidět, je zakrytý vrstvou tavidla a hoří v dutině vytvořené plyny vzniklými při chemických reakcích. Tím se podstatně sníží ztráty tepla elektrického oblouku, využije se většiny tepla pro užitečné tavení materiálu a zvýší se výrazně výkon svařování. K tomuto zvýšení výkonu přispívá také možnost používat vysoký svařovací proud. Zatímco při ručním svařování elektrodou ø 4 mm je svařovací proud maximálně 200 A, při automatickém svařování pod tavidlem se pro drát ø 4 mm používá svařovací proud až 800 A. Soustředění tepla, malé tepelné ztráty a větší intenzita proudu vede k velkému provaření základního materiálu, umožňuje menší rozevření svarových ploch, což zvětšuje svařovací rychlost a výkon svařování. Kvalita svarových spojů je velmi dobrá, vrstva tavidla dokonale chrání před vzduchem, tavidlo čistí svarový kov a může mu dodávat i některé prvky, které v elektrickém oblouku shořely. Toto svařování vyžaduje dobrou přípravu svařovaných předmětů a přesné sestavení svarku. Svařování pod tavidlem se uplatnilo v loděnicích, při stavbě kotlů, trubek svařovaných po šroubovici nebo podélně, při výrobě ocelových konstrukcí, mostů, tedy tam, kde jsou delší rovné nebo kruhové svary. Svařují se tak oceli nelegované, nízkolegované i vysokolegované a neželezné kovy, jako hliník, měď. Obr. 3. Svařování pod tavidlem : a)schéma uspořádání, b) podélný řez 1 - práškové tavidlo, 2 - svařovací drát, 3 - elektrický oblouk, 4 - roztavený svarový kov, 5- roztavená struska, 6 - ztuhlá struska, 7 - tuhý svarový kov, 8 -základní materiál Svařování v ochranných plynech Ruční svařování elektrickým obloukem i svařování pod tavidlem používá pro ochranu tekutého svarového kovu před vzduchem tavidla, což má také nepříznivé stránky. Musí se např. dbát, aby obal elektrody nebo práškové tavidlo byly suché, stále hrozí struskové vměstky, které snižují kvalitu svarového spoje, a proto se chrání svarový kov plynem. Začal se používat plyn chemicky netečný (inertní), a to hélium a hlavně argon. Elektrický oblouk hoří mezi wolframovou elektrodou a základním materiálem. Kolem elektrody proudí mírným přetlakem argon, který zabraňuje přístupu vzduchu k lázni svarového kovu. Wolframová elektroda se prakticky 8

9 neodtavuje, jde o svařování v ochranné atmosféře neodtavující se elektrodou (užívaná zkratka: WIG, popř. TIG). Pro svařování větších průřezů se musí přidávat přídavný drát a odtavuje se v elektrickém oblouku. V tomto případě je výkonnější další způsob svařování, a to svařování v ochranné atmosféře argonu tavící se kovovou elektrodou (užívaná zkratka: MIG). Kovová elektroda ve tvaru drátu se odvíjí z cívky a je automaticky nastavenou stálou rychlostí přiváděna do svaru. Technické i ekonomické přednosti této metody vedly k jejímu uplatnění i pro svařování nelegovaných ocelí. Protože by byl argon příliš drahý, začal se používat oxid uhličitý CO2 (zkratka MAG). Obr. 4 a) Svařování netavící se elektrodou v ochranné atmosféře (WIG) b)svařování tavící se elektrodou v ochranné atmosféře (MIG) Elektrovibrační navařování Jde o navařování, kdy se přivádí drát kolmo k navařovanému povrchu hubicí, která vibruje (kmitá asi 50krát za sekundu). Na elektrodu je zapojen zdroj stejnosměrného proudu (dynamo, usměrňovač) o nízkém napětí asi 10 V. Kmitáním hubice, tzn. dotyky přiváděné tavící se elektrody se základním materiálem se vytvářejí elektrické oblouky, jimiž se odtavuje přídavný drát a přenáší se na navařovaný materiál. Dochází při tom ke značnému rozstřiku kovu, přičemž se jako ochranné prostředí užívá kapalina, a to voda se sodou nebo glycerinem. Novější způsoby vibračního navařování používají vyšší napětí (asi jako u běžného obloukového svařování) a také se tvoří trvalý oblouk hořící v ochranném prostředí CO2. Vibrační navařování se uplatňuje hlavně v renovaci opotřebených dílů (hřídele apod.). V současné době se používá. tato metoda pro vytvoření vrstvy odolávající např. korozi navařováním austenitické korozivzdorné oceli na součást z nelegované oceli. Výhodou je malé ovlivnění základního materiálu, velmi malý závar (0,5 mm) a téměř žádné promíšení materiálů. Svařování plazmatem Svařování plazmatem se liší od svařování metodou WIG jiným uspořádáním hořáku a fyzikálními zvláštnostmi. Plazma je na vysokou teplotu ohřátý plyn tvořený atomy, elektrony a ionty, který je celkově elektricky neutrální. Pro spojovací svary se používá hořák s wolframovou elektrodou, která je připojena na záporný pól (pro svařování hliníku na + pól) zdroje stejnosměrného proudu. Elektrický oblouk hořící mezi W-elektrodou a svařovaným materiálem prochází měděnou tryskou, která zaškrcuje oblouk, zvyšuje se tak hustota energie a teplota a vzniká plazma. 9

10 Jako plazmový plyn se užívá argon, okolo měděné trysky proudí směs plynů (např. Ar + H2 nebo Ar + N2), které dále zužují proud plazmového plynu vycházející z měděné trysky. Konečně může být v plazmovém hořáku ještě třetí vnější kruhová tryska, kterou protéká argon chránící celou oblast svaru před okolní atmosférou. Úzký proud plazmatu protaví v plechu od tloušťky 2,5 mm otvor, který postupuje svařovací rychlostí po styku svařovaných plechů. Roztavený kov se za postupujícím otvorem vlivem povrchového napětí opět sbíhá a vytváří tak svarový spoj. Svařování plazmatem je pro vysokou koncentraci tepla vhodné pro spojování plechů z ocelí nelegovaných i vysokolegovaných o tloušťce od 2,5 mm do 8,0 až 10,0 mm. Vhodné je též pro svařování niklu a jeho slitin, titanu a mědi. Rychlost svařování je proti svařování WIG až dvojnásobná. Pokud je pro svařování nutný přídavný materiál, přivádí se přídavný drát hořákem přímo do sloupce plazmatu. Podobný princip má zařízení pro mikroplazmatové svařování pracující se svařovacím proudem od 0,5 A umožňující svařovat i fólie tloušťky od 0,01 mm. Velmi významné je využití metody pro navařování plazmatem. Hořák pro navařování má poněkud jinou úpravu, hoří v něm dva elektrické oblouky mezi W elektrodou a navařovacím materiálem a mezi W elektrodou a měděnou tryskou. Regulací obou oblouků se řídí hloubka závaru a tím promíšení kovů. Součástí zařízení je ještě přívod navařovacího materiálu, většinou ve formě prášku, který se v plazmatu taví a je přiváděn na základní materiál. Navařují se tak různé materiály kovové i nekovové pro zlepšení odolnosti proti opotřebení, proti korozi apod. Svařování termitem bez použití tlaku Zdrojem tepla pro svařování je stejná chemická reakce jako pro svařování termitem za použití tlaku. Nejčastěji se používá tato metoda pro svařování kolejnic (obr. 5). Svařované konce kolejnic jsou s mezerou uloženy v žáruvzdorné formě, která je pro tento případ speciálně vyrobená a tvarem dutiny přizpůsobená tvaru svařovaných kolejnic. Je opatřena vtokovým a výtokovým kanálem a otvorem pro předehřátí obou konců kolejnic plamenem na. teplotu 700 až 1000 ºC. Kelímek, ve kterém proběhne chemická reakce, není tentokrát sklopný, ale otvorem uvolněným v jeho dně se dostává do vtoku formy nejprve tekutá ocel a pak struska. Předehřáté konce kolejnic jsou zality tekutou ocelí, nataveny a tím svařeny. Po vychladnutí se oddělí mechanicky nebo tepelně soustava vtoku a výfuku a upraví tvar hlavy kolejnice. Železo vyrobené při chemické reakci je využito nejen jako zdroj tepla pro svaření, ale tvoří i část svarového kovu, a proto musí svými vlastnostmi odpovídat svařovanému materiálu (např. kolejnic). Do kelímku se musí přidávat kousky ocele s vyšším obsahem uhlíku, manganu apod.; které se v tekutém železe roztaví a upraví vhodně jeho chemické složení a tím i mechanické vlastnosti. 10

11 Obr. 5 Tavné svařování kolejnic termitem: 1-tekutá struska, 2-tekutá ocel, 3-výtokový kanál, 4-vtok, 5- otvor pro předehřev, 6-zátka Svařování termitem bez použití tlaku je výhodné pro svařování ocelových tyčí pro výztuž do betonu. Pro každý průměr tyčí se vyrábějí dvoudílné žáruvzdorné formy, které umožňují svařování vodorovných nebo svislých tyčí. Pro svaření se dodávají potřebné dávky termitové směsi. Elektrostruskové svařování Elektrostruskové automatické svařování se rychle rozšířilo v celém světě; a to pro možnost svařovat součásti velké tloušťky. Obr. 6. Elektrostruskové svařování 1-základní materiál, 2-svařovací dráty, 3-měděné vodou chlazené příložky, 4- tekutý svarový kov, 5-roztavená struska, 6-ztuhlý svarový kov Princip je patrný z obr. 6. Svařuje se vždy v poloze svislé zdola nahoru, svařované části jsou rovnoběžné, se spárou asi 30 mm. Proces svařování je bezobloukový, zdrojem tepla je zde odporové teplo vznikající průchodem elektrického proudu roztavenou a elektricky vodivou struskou. Tato struska je ohřátá na teplotu větší, než je teplota tavení oceli, takže elektrody se v této lázni taví a kapky klesají do 11

12 lázně svarového kovu. Svarový kov i roztavenou strusku udržují v místě svaru dvě měděné, vodou intenzívně chlazené příložky. Celé zařízení, příložky, elektrody, nádržka na tavidlo, postupuje automaticky vzhůru po svařovaném materiálu. Elektrostruskové svařování je mimořádně výkonné zvláště pro svařování silných průřezů 100 až 750 mm, vyvíjí se i pro svařování stěno tloušťce i mm, zároveň však i pro slabší stěny kolem 40 mm. Používají se úpravy pro elektroplynové svařování, přetavování a pro rafinaci ocelí. Svařování pomocí svařovací pistole na přivařování svorníků Tímto způsobem se přivařují na. kovové stěny válcové svorníky o ø 3 až 25 mm. Svařování je velmi rychlé. Svorník, který má na přivařovaném konci nasazenu kapsli s práškovým tavidlem nebo hliníkový drátek, se vloží do svařovací pistole a přitiskne se na desku. Zapnutím proudu se svorník nejprve poněkud nazdvihne. Tím se zapálí elektrický oblouk, v jehož žáru se nataví jak konec svorníku, tak i místo svaru na základním materiálu. Svařovací proud se automaticky vypne, magnet přestane působit a svorník je zatlačen pružinou do místa svaru. Svařování je tedy jakousi kombinací tavného svařování elektrickým obloukem a tlakového svařování. Kolem svaru se dává keramický kroužek, který formuje svarový kov, chrání jej před vzduchem a svářeče před oslňujícím zářením oblouku. Takto přivařujeme svorníky v loděnicích, na trněné trubky, ve stavebnictví na prefabrikované dílce aj. Přivařování je možné i na plechy, které jsou pokryté na druhé straně třeba plastem. Svařování proudem elektronů Svařovaná součást je uložená v komoře, kde je vysoké vakuum (asi 1,3 mpa). V téže komoře je ještě žhavicí vlákno jako katoda a jako zdroj elektronů, které z něho přímočaře odletují a procházejí středovým otvorem prstencové anody. Elektrostatická čočka usměrňuje dráhy proudu elektronů do ohniska, do místa svaru. V tomto bodě vzniká dopadem elektronů vysoká teplota (10000 C), materiál se rychle taví a svar se provede posouváním svařovaných materiálů upnutých ve vhodném přípravku. Svařování proudem elektronů umožňuje spojovat kovy s vysokou teplotou tavení (wolfram, molybden), kovy s vysokou chemickou aktivitou (titan) nebo i keramické materiály, sklo apod. Tento princip byl již ověřen i při svařování v kosmickém prostoru. Nevýhodou je omezení svařovaných výrobků velikostí komory. Pro velké výrobky jsou zapotřebí velké komory a jsou tedy nezbytné mohutné vývěvy. Proto byla vyvinuta zařízení, kde se svařuje při nižším vakuu nebo se dokonce proud elektronů vyvede ven z komory. Vlastní svařování pak probíhá v její těsné blízkosti a v ochranné atmosféře argonu. Svařování proudem elektronů se začíná uplatňovat v řadě průmyslových odvětví, např. v automobilovém průmyslu, raketové technice, elektronice, v jaderné energetice apod. 12

13 Obr. 7 Svařování proudem elektronů: 1-proud elektronů, 2-žhavící vlákno, 3-katoda, 4- anoda, 5- elektrostatické čočka, 6-svařovaný materiál, 7-vakuová komora Svařování světelným paprskem (LASER) Soustředěný svazek světelných paprsků je zdrojem mimořádně koncentrované energie a taví nebo i odpaluje všechny kovy i materiály nekovové. Tento paprsek se získává v zařízení označovaném zkratkou LASER. Průměr paprsku je 0,02 až 0,1 mm. Laser pracuje v oblasti viditelného i neviditelného světla. Svařování je pouze jedna z velkého počtu možností použití laserů. Výhodou je, že se svaluje bez vakua. Velmi výhodné je použití laseru pro tepelné dělení kovů (zatím do tloušťky 6 mm) a látek nekovových (plastů, skla, textilu apod.). To jsou laserová zařízení s výkonem několika set W. Začínají se vyvíjet vysokovýkonné lasery do 20 kw pro obrábění, řezání a svařování kovových součástí o tloušťce stěny do 100 mm. 13

14 2. Bezpečnost práce při svařování elektrickým obloukem Při svařování elektrickým obloukem může být nejčastější příčinou poškození zdraví svářečů a jejich pomocníků nedostatečná výstroj a výzbroj, poškozený svařovací zdroj a zařízení a jejich příslušenství, nesprávná obsluha svařovacích strojů a též nepříznivé nebo ztížené pracovní podmínky. Zdraví může být poškozeno též škodlivým zářením, které vychází z elektrického oblouku, vysokou teplotou oblouku, odstřikujícím roztaveným kovem nebo struskou, elektrickým proudem nebo dýmy a plyny, které se tvoří spalováním obalu a. jádra elektrody, základního materiálu a případných povrchových nečistot. Protože ohrožení zdraví při svařování je poměrně mnohostranné, je nutné, aby svářeči znali příčiny nebezpečí a dokázali se před nimi patřičně chránit. Bezpečnostní opatření při svařování elektrickým obloukem a požadavky na vybavení a stav pracovišť svářečů jsou stanoveny v ČSN. Oprávnění ke svařování elektrickým obloukem je vázáno stejnými podmínkami jako u svařování plamenem. Svařovat elektrickým obloukem smějí pouze osoby, které splňují následující podmínky: dovršily 18 let věku, b) absolvovaly výcvik a složily zkoušku podle ČSN, c) byly uznány při lékařské prohlídce zdravotně způsobilé ke svařování nebo řezání, byly ustanoveny organizací svařovat elektrickým obloukem a mají platný svářečský průkaz. Výstroj svářeče K předepsaným ochranným osobním pomůckám patří: pracovní oděv impregnovaný proti hoření, kožené rukavice s dlouhými manžetami, vysoké boty, kožené kamaše, kožená zástěra, pokrývka na hlavu, kožené rukávníky - jsou důležité při montážních pracích. Výzbroj Svářeč při své práci používá: ochrannou kuklu na hlavu nebo ochranný štít do ruky ruční kladívko, sekáč plochý a křížový, ocelový kartáč, oklepávací kladívko k odstraňování strusky, ochranné brýle s čirými skly nebo kuklu se sklopným rámečkem. 14

15 2.1. Pracoviště Na trvalých pracovištích je žádoucí zřizovat pro svařování kabiny (svařovací boxy), aby ostatní spolupracovnici byli co nejlépe chráněni před škodlivými účinky paprsků vyzařovaných elektrickým obloukem. Pracuje-li svářeč střídavě na různých pracovištích, musí pro ochranu spolupracovníků použít závěsy nebo zástěny tak, aby nedošlo k poškozeni jejich organismu (hlavně zraku). Uvedené ochranné prostředky musí zajistit vedoucí dílny nebo jeho zástupce a dá je dopravit na pracoviště svářeče. Místo, kde svářeč pracuje, má být bezprašné. V prostoru, kde se svařuje, nesmějí být uloženy žádné hořlavé nebo výbušné látky, popř. látky, které jsou zdraví škodlivé. Svařovací kabina musí mít nejmenší plochu 4 m 2 a její stěny musí být vysoké minimálně 2 m. Mezi stěnami a podlahou musí být mezera 150 až 200 mm, aby do kabiny mohl proudit vzduch. Rozměry pracoviště musí být takové, aby na každého svářeče připadlo nejméně 15 m 3 nezastaveného prostoru při dokonalém odsávání a větrání. Svářečská dílna musí mít ve dne dostatečné přirozené osvětlení, jinak musí být dostatečně osvětlená umělým světlem. Stěny a strop svařovny nebo kabiny musí být opatřeny matovými absorpčními nátěry. Před zahájením práce musí svářeč prohlédnout pracoviště a. jeho nejbližší okolí, aby si ověřil, zda. v tomto prostředí nejsou hořlavé nebo těkavé látky, které by mohly být příčinou požáru nebo výbuchu Opatření před uvedením stroje do provozu 1. Svařovací stroj musí být v poloze vodorovné, zajištěný před posunutím. 2. Primární - přívodový kabel se musí řádně prohlédnout před zapojením vidlice do zásuvky a je třeba zjistit dotazem napětí elektrické sítě. 3. Je třeba prohlédnout svařovací kabely. 4. Na přechodech a přejezdech opatřit kabely kryty, aby nedošlo k jejich poškození. 5. Očistit a řádně dotáhnout svorky na svorkovnici. 6. Vypínač na. stroji musí být v poloze "O" nebo "Vypnuto". 7. U točivých zdrojů svařovacího proudu zjistit správnost otáčení stroje podle označení lipkou na štítku krytu dynama (kontroluje se jen zrakem). 8. Zkontrolovat pracoviště a případné hořlavé nebo výbušné látky odstranit. 9. Při svařování mimo kabinu předem připravit ochranné zástěny k zamezení oslnění zraku spolupracovníků. 10. Při zasouvání vidlice do zásuvky je nutné používat svářečské rukavice a ochranné brýle. Případné zjištěné závady musí odstranit určený elektrikář. Svařování proudem střídavým - transformátorem U svařovacích transformátorů se při uvádění do provozu řídíme údaji v návodu, který musí být vyvěšen na pracovišti. Transformátor při běhu naprázdno má 15

16 vyšší napětí na straně pracovní (sekundární), a to do 80 V. Proto jej lze používat jen pro dílenské práce v suchých prostorách (boxech). Transformátor se nesmí používat za nepříznivých povětrnostních podmínek (např. za deště, sněžení, ve vlhku, v uzavřených nádobách, na výškových stavbách, ve výkopech apod.) Manipulace se zařízením 1. Svařovací kabely musí být ohebné a musí mít průřezy odpovídající proudu a jejich délce. Poškozená izolace musí být ihned odborně opravena. Svářeč si nesmí při práci ovinout svařovací kabel kolem těla. 2. Svorky na zdroji pro připojení svařovacích kabelů musí být chráněny před nahodilým dotykem osob nebo kovových předmětů. Při výměně pracovních kabelů na svorkovnici je nutno zastavit (vypnout) stroj. 3. Svařovací kabel se připojuje svorkou na pracovní stůl nebo přímo na svařovaný předmět. Není přípustné používat improvizované přívody, jako jsou volně na sebe položené kusy železa, části konstrukcí stojanů, řetězy, ocelová lana apod. 4. Držák elektrod musí mít pevný dotyk s elektrodou i snadnou výměnu elektrod. Elektrody může svářeč vyměňovat s použitím suchých, neporušených svářečských rukavic. Držák elektrod se nesmí nikdy odkládat do podpaždí, přes ruku apod. 5. Držáky elektrod se nesmějí chladit ponořováním do vody. 6. Opustí-li svářeč pracoviště, musí se stroj vypnout a při jeho přemísťování na jiné pracoviště se musí stroj odpojit od sítě. 7. Pracuje-li na jednom předmětu více svářečů, je nutno dbát,. aby nenastalo vzájemné proudové spojení držáků elektrod, protože je nebezpečí přepólování, resp. odmagnetování stroje. 8. Pracuje-li na jednom svarku více svářečů s obloukovými svářečkami na střídavý a stejnosměrný nebo usměrněný proud, je nutno dbát, aby svářeč nemohl sáhnout současně na dva držáky elektrod. Vzniká rozdíl napětí, který může způsobit úraz svářeče. 9. Pracuje-li na jednom svarku více svářečů se střídavým svařovacím proudem, musí oprávněný elektroúdržbář překontrolovat sekundární zapojení svařovacích transformátoru a svařovacích vodičů, aby nemohlo nastat spojení do série dvou nebo více svařovacích transformátorů v sekundárním obvodu. Okamžité hodnoty napětí naprázdno musí být ve fázi (rozdíl napětí je roven nule) Údržba 1. Svářeč musí nejméně jednou měsíčně profouknout vnitřek stroje čistým, suchým stlačeným vzduchem při odpojení svařovacího stroje od sítě. 2. Svařovací stroj, který pracuje ve volném prostranství, musí být chráněn před povětrnostními vlivy. 16

17 3. Svařovací i přívodové kabely se musí denně před započetím práce prohlédnout a poškozená místa odborně opravit. 4. Údržbu a opravy zařízení pro svařování může provádět pouze pracovník, který je k tomu pověřen vedením organizace Nebezpečí úrazu elektrickým proudem Rozhodující vliv na možnost úrazu elektrickým proudem při svařování elektrickým obloukem má napětí napájecích zdrojů při běhu naprázdno. Při zasažení elektrickým proudem může dojít kromě jiných účinků k prudkému svalovému smrštění. Proto i mírné údery, které samy neohrožují život, mohou mít tragické následky, způsobené pádem ze svařované konstrukce. Při svařování ve výškách a v nezvyklých polohách musí být proto provedena speciální opatření zabraňující pádu svářeče (použití ochranného pásu apod.). Opatření určuje mistr nebo vedoucí práce. Svářeči a jejich pomocníci musí být seznámeni s poskytováním první pomoci při úrazech elektrickým proudem. Účinky záření elektrického oblouku Při svařování elektrickým obloukem jsou vyzařovány paprsky ultrafialové, infračervené a světelné. Tyto paprsky jsou pro lidský organismus škodlivé. Vliv vyzařovaných paprsků se může projevit bud jako poškození zraku, nebo jako poškození jiných nechráněných míst těla. Proto musí nejenom svářeči, ale i jejich pomocníci používat všechny předepsané ochranné pomůcky, které spolehlivě zachytí všechny druhy vyzařovaných paprsků směřujících k tělu svářeče. Vliv vyzařovaných paprsků je různý podle jejich druhu: Ultrafialové záření Působí silné zarudnutí kůže, které může někdy dosáhnout až stavu popálenin a zánětu (jako při nadměrném popálení slunečními paprsky). Účinky na zrak se projevují bolestivým očním zánětem (pálení, řezání, slzeni), který normálně nezanechává trvalé následky, ale při opakovaných ozářeních může nastat zánět chronický. Infračervené záření Působí na zrak nepříznivě místním přehřátím organismu. Světelné záření Působí oslepující oslnění oka. Časté střídání intenzity viditelného záření způsobuje únavu oka, bolesti hlavy a přechodné snížení ostrosti zraku. Proto je nutné chránit pomocníky a ostatní spolupracovníky svářečů před účinky silného viditelného záření. Proti všem uvedeným paprskům se svářeč chrání vhodným oděvem a kuklou opatřenou tmavým sklem a ochranným čirým sklem (čiré sklo chrání ještě tmavé sklo před kovovým rozstřikem). Ohrožení nebezpečnými zplodinami vznikajícími při svařování Všechny zplodiny se vytvoří přímým účinkem elektrického oblouku na okolní vzduch, spalováním a rozprašováním jádra elektrody, jejího obalu i základního materiálu, a konečně účinky tepla na nátěry, znečištění apod. Kouř vznikající při 17

18 svařování je v podstatě tvořen mikroskopickými částečkami různého chemického složení. Jeho hustota, která zejména podstatně ztěžuje viditelnost, závisí na druhu a způsobu svalování, na jeho intenzitě, na velikosti prostoru, v němž se svařuje. Složkami kouře jsou hlavně oxidy kovů a fluoridy (při použití bazických elektrod). Z plynů jsou přítomny hlavně plyny nitrózní, které vznikají slučováním vzdušného kyslíku a dusíku při hoření oblouku, dále oxid uhelnatý (v celkem zanedbatelné míře), plynné fluoridy a fluorovodík, který má významný leptavý účinek na živé tkáně. Při svařování materiálů, které byly předem odmaštěny, mohou vzniknout další nebezpečné plyny, např. prudce jedovatý fosgen, který se tvoří stykem trichlorethylenu s rozžhaveným kovem apod. Na pracovištích svářečů se nikdy nesmějí používat odmašťovadla vyrobená na bázi chloru. Nebezpečné jsou rovněž výpary z miniových (suříkových) nátěrů (ohrožení otravou olovem), ze zinku a ze slitin obsahujících zinek (ohrožení tzv. "zinkovou horečkou") a z kadmia (riziko otravy kadmiem) Větrání svařoven Při svařování elektrickým obloukem je nutné dbát na dokonalé větrání. 1. Přirozené větrání, tj. okny, světlíky, dveřmi apod., se může používat ve velkých dílnách (nad 100 m 2 na 1 svářeče). Nesmějí se však svařovat speciální materiály, ze kterých se mohou vylučovat jedovaté páry a plyny. 2. Umělé větrání pomocí ventilátorů. Tento způsob se používá při svařování velkých výrobků (kotle, vagóny aj.), kde zpravidla nelze používat místní odsávání zplodin, protože svářeč mění stále své pracoviště. 3. Místní (lokální) odsávání musí být instalováno na všech stálých svářečských pracovištích. Používají se svářečské stoly s odsávaným roštem nebo výhodnější sací nástavce na konci pancéřové hadice, které si svářeč přemísťuje podle místa, kde hoří oblouk. Odsávání zplodin přímo u místa jejich vzniku je pochopitelně nejúčinnější. Při svařování v ochranných atmosférách (metodou WIG, MIG nebo MAG) nesmí být místní odsávání tak výkonné, aby narušilo plynulý tok ochranného plynu. Používají se také přenosná odsávací zařízení, která vyfukují ve filtrech vyčištěný nasátý vzduch přímo na pracoviště svářeče. Toto uspořádání má řadu výhod (např. energetické úspory), je však nutno dbát na včasnou výměnu filtrů Nebezpečí popálení a mechanického úrazu Nebezpečí vzniká při odstraňování (oklepávání) strusky z povrchu svaru jejím prudkým odlétnutím, kdy snadno dochází k poranění oka nebo pokožky. K náhlému vymrštění strusky však může dojít i bez zásahu svářeče, a to působením pnutí materiálu při jeho chladnutí. Svářeč musí při práci používat vysoké boty nebo ochranné kožené kamaše, aby se zabránilo vniknutí žhavé kapky do bot. Svářeči musí používat také kožené rukavice s manžetami k ochraně rukou před popálením. 18

19 2.7. Ukončení práce Svářeč musí vypnout stroj, vyjmout vidlici ze zásuvky, uložit svářečské kabely. Musí zkontrolovat své pracoviště, zda nehrozí nebezpečí požáru. Svářečské zařízení zabezpečí před použitím nepovolanou osobou 2.8. Práce za zvýšeného nebezpečí při svařování Svařuje-li se nebo řeže kyslíkem v prostředí, kde je nebezpečí otravy, zadušení, vzniku požáru nebo výbuchu, jsou takové práce označovány za práce se zvýšeným nebezpečím a před jejich zahájením se musí vyžádat písemný souhlas odborného pracovníka pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci v závodě a orgánu preventivní požární ochrany a musí se provádět za dozoru svařovacího technologa nebo mistra. Tyto práce smějí provádět jen svářeči starší než 18 let, kteří byli řádně poučeni o postupu práce a předcházení nebezpečí. Podle potřeby se uvedené práce vykonávají též za přítomnosti požární hlídky. Nejdříve však musí být proveden rozbor ovzduší a určena koncentrace škodlivin. Jde-li o práce spojené s nebezpečím zadušení nebo otravy, může výjimku o vykonání těchto prací povolit příslušný orgán hygienické a protiepidemiologické služby nebo orgán preventivní požární ochrany, v případě, že jde o nebezpečí požáru nebo výbuchu. Zvýšené nebezpečí při svařování nebo řezání představují např. práce: a) v uzavřených a malých prostorách, b) v místech s nebezpečím ohně nebo výbuchu, c) na nádobách, potrubí nebo zařízení pod tlakem, nebo takovém, které obsahovalo hořlavé nebo hoření podporující látky, d) na nádobách, potrubí a zařízení, které obsahovalo zdraví škodlivé a jedovaté látky. U nádob, kde není možno s jistotou určit. že jejich předešlý obsah není nebezpečný, se musí zásadně vytvořit podmínky pro opravu jako u nádob s nebezpečným obsahem. Před započetím svářečských nebo řezacích prací musí vedoucí provozu nebo mistr nařídit potřebná bezpečnostní opatření a přesvědčit se v průběhu práce o jejich dodržování. Pro případ vzniku požáru musí být k dispozici vhodné ruční hasicí přístroje, popř. i jiné hasicí přístroje, které určí orgán požární ochrany. Práce v uzavřených a malých prostorách Při svařování nebo kyslíkovém řezání v nádobách nebo v uzavřených těsných prostorách (tlakové nádoby, kotle, nádrže apod.) se musí zajistit místní odsávání těchto prostorů a musí být postaráno o přívod čistého vzduchu. Lze též použít vhodná ochranná dýchadla. Tato opatření je třeba provést i při svářečské práci na nádržích z vnější strany, a to za těchto podmínek: a) když tím mohou v nádrži vzniknout plyny nebo páry zdraví škodlivé (z nátěru barev obsahujících olovo), 19

20 b) když svařovací plyny a svařovací plamen mohou vniknout dovnitř nádrže a je-li třeba při práci nebo těsně po jejím ukončení vstoupit dovnitř nádrže. Při práci v nádobách nebo malých prostorách je nutno dodržovat ještě tato opatření: a) v uvedených prostorách se nesmějí umísťovat láhve s hořlavými plyny a kyslíkem, včetně prázdných lahví, b) při delším přerušení práce se musí z těchto prostorů odstranit i hadice s kyslíkem, c) při osvětlení a při práci s elektrickými přístroji se musí dodržovat elektrotechnické předpisy (zejména používat malé napětí 24 nebo 12 V), d) vždy musí být svářeči k dispozici pomocník. Svářeč musí v uvedených prostorách používat ochranný pás opatřený lanem. Opasek se upevňuje v podpaží a lano musí být zakotveno venku a svářeč musí být pod stálým dohledem druhého pracovníka, který se zdržuje mimo ohrožené prostředí. Práce na místech s nebezpečím vzniku ohně nebo výbuchu Svařovat nebo řezat kyslíkem na místech s nebezpečím vzniku ohně nebo výbuchu je možno jen na písemný příkaz vedoucího závodu nebo provozu, popř. jeho zástupce. Hořlavé nebo lehko zápalné látky se musí před začátkem práce odstranit z blízkosti místa, kde se svařuje nebo řeže. Když jiskrami nebo rozstřikem, popř. odkapávajícím kovem apod. vzniká nebezpečí vzniku ohně nebo výbuchu v přilehlých prostorách nebo v prostorách ležících pod místem svařování nebo řezání, musí se toto nebezpečí odstranit. Děje se tak za přítomnosti orgánu preventivní požární ochrany přikrytím nehořlavým materiálem, popř. politím dřevěných předmětů vodou, utěsněním spojovacích otvorů nebo i jiným vhodným způsobem. Místo, kde se svařovalo nebo řezalo, se musí kontrolovat po ukončení těchto prací po dobu vychladnutí svařovaného nebo řezaného předmětu, nejméně však po dobu 8 hodin. Práce na nádobách s nebezpečím výbuchu Před svařováním nebo řezáním nádob, potrubí nebo zařízení s nebezpečím výbuchu se musí nejprve otevřít jejich uzávěry tak, aby nevznikly jiskry; např. bronzovým klíčem, dřevěnou paličkou apod. Nádoba se důkladně propláchne neutralizačním roztokem (např. roztok louhu, vodního skla a mýdla) nebo se profoukne parou, a to nejdéle dvě hodiny před svařováním. Nádoba se postaví tak, aby svařované místo bylo v nejvyšším bodě. Potom se nádoba naplní vodou až do blízkosti svařovaného nebo řezaného místa a voda se udržuje v nádobě po celou dobu práce. Je-li obtížné naplnit nádobu vodou, je třeba v průběhu práce nepřetržitě vhánět do nádoby vodní páru nebo inertní nehořlavý plyn, např. dusík, argon, oxid uhličitý. Když se použije dusík nebo oxid uhličitý, musí svářeč použít ochranná dýchadla, která zabezpečují dostatečný přívod kyslíku. 20

21 Svařování v prostorách s prašným prostředím Při svařování nebo řezání v místech, kde se vyskytuje uhelný prach nebo i prach z jiných organických látek, je nezbytně nutné před zahájením těchto prací dokonale pokropit podlahy, trámy apod. vodou, aby se zamezilo víření prachu. V každém případě je třeba mít k vykonávání takové práce písemný příkaz vedoucího, neboť jde o práci za zvýšeného nebezpečí. Je nutno si uvědomit, že rozvířený prach z organických látek tvoří ve směsi se vzduchem výbušnou směs. 21

22 3. Základní materiály Kovů používaných v technické praxi je velmi mnoho. Daleko více než čistých kovů se však používá slitin, kdy vhodnou kombinací různých kovů nebo kombinací kovů s nekovy lze získat vlastnosti, které jsou u čistých kovů často nedosažitelné. Různým tepelným zpracováním (např. žíháním, kalením), tvářením za tepla či za studena (např. válcováním) lze dále ovlivnit vlastnosti používaných kovů a slitin. Rychlý rozvoj techniky vede k výzkumu a vývoji stále nových slitin Svařitelnost kovů Jednou z důležitých technologických vlastností materiálů je jejich svařitelnost, tj. schopnost vytvořit svařováním spoj požadované jakosti. Při svařování vznikají ve svařovaných materiálech v důsledku místního a nerovnoměrného ohřevu na vysoké teploty vnitřní napětí a případně i změny ve struktuře. Všechny materiály nesnášejí tyto nepříznivé účinky svařování stejně dobře. U některých musíme zvolit speciální postup, aby svařenec nepopraskal, některé materiály se vůbec nedovedou s tepelně deformačním účinkem vyrovnat. Tyto materiály spojovat obvyklými způsoby svařování zatím nelze. Na svařitelnost má vliv nejen svařovaný materiál, ale i technologický způsob svařování, použitý přídavný materiál, množství tepla přivedeného do svaru, tvar a tloušťka svařovaných součástí a mnoho dalších faktorů. Úspěšné svařování předpokládá znalost vlastností materiálů a jejich svařitelnost. V další části jsou uvedeny kovy a slitiny používané v technické praxi a jejich vlastnosti z hlediska různých způsobů svařování Technické železo Technické železo je slitina železa s uhlíkem, doprovodnými prvky (P, S), které se dostaly do železa při výrobě, popř. s dalšími úmyslně přidávanými prvky (např. Cr, Ni, Mm, Si). Největší vliv má na vlastnosti železa uhlík. Podle jeho obsahu dělíme technická železa prakticky na oceli a na litiny. Ocel se vyrábí zkujňováním, tj. spalováním nežádoucích prvků v surovém železe. Při zkujňování se okysličuje i část železa, vzniklé oxidy zhoršují mechanické vlastnosti, a proto se musí tekutá ocel odkysličit (dezoxidovat) manganem, křemíkem nebo hliníkem. Úplně dezoxidovaná ocel se chová při tuhnutí klidně. Je to ocel uklidněná. Při neúplné dezoxidaci se z oceli při tuhnutí vylučuje oxid uhelnatý (lázeň se jakoby vaří). Této oceli říkáme neuklidněná. Ocel uklidněná má rovnoměrné chemické složení ve dech částech výrobku. Je vhodnější pro svařované konstrukce. Odlitím oceli do ingotů, které se dále zpracují tvářením ve válcovnách nebo v kovárnách, se získá tvářená ocel, nebo se ve slévárnách ocel odlévá do forem, kde ztuhne na odlitky. Podle chemického složení se oceli rozdělují na nelegované (uhlíkové) a legované. Nelegovaná. ocel je slitina železa s uhlíkem (max. 2,14 % uhlíku), která má i malý obsah doprovodných prvků. Její vlastnosti jsou dány především obsahem uhlíku. Legovaná ocel obsahuje větší množství úmyslně přidávaných prvků, aby se 22

23 zajistily vlastnosti, které nelegovaná ocel nemá. Nízkolegovaná ocel má méně než 5 %, středně legovaná 5 až 10 % a vysokolegovaná nad 10 % legovacích prvků. Podle účelu použití se rozlišují oceli konstrukční (např. na potrubí, kotle) a oceli nástrojové (soustružnický nůž, vrták) Oceli konstrukční tvářené Tvářené oceli se vyrábějí v mnoha jakostech a podle ČSN se označují číselnou značkou, kterou tvoří pětimístné číslo. První číslice ve značce tvářené oceli je vždy 1. První dvojčíslí udává třídu oceli. V tabulce je přehledně uvedeno rozdělení ocelí podle tříd. Význam dalších číslic v číselném označování ocelí se liší podle třídy oceli. U ocelí třídy 10 a 11 tvoří třetí a čtvrtá číslice dvojčíslí, které přibližně charakterizuje pevnost v tahu v desítkách MPa s těmito výjimkami: a) u ocelí a značí druhé dvojčíslí 00 nezaručenou pevnost- tzv. obchodní jakost, b) u ocelí třídy 10 určených pro výztuž betonových konstrukcí charakterizuje druhé dvojčíslí přibližně mez kluzu v 10 MPa (např. ocel je ocel třídy 10 s přibližnou mezí kluzu 420 MPa), c) u ocelí třídy 11 zvlášť vhodných k obrábění (automatové oceli) je třetí číslice vždy 1 a čtvrtá číslice vyjadřuje pak obsah uhlíku v desetinách procenta (např. oce11107 je ocel třídy 11 vhodná k obrábění s obsahem uhlíku menším než 0,1 %). Pátá číslice v číselné značce oceli ke tváření je u všech tříd oceli jen po řadovou číslicí. Výjimkou jsou oceli pro výztuž do betonu, kde má pátá číslice tento význam: 5 - zaručená svařitelnost, 6 - dobrá svařitelnost, 7 - obtížná svařitelnost, 8 - ocel zkrucovaná za studena, 9 - jinak zpevněná (např. natahováním, ohýbáním apod.). Pro oceli třídy 12 až 16 značí třetí číslice součet obsahu přísadových prvků zaokrouhlený na nejbližší celé číslo (v %). Čtvrtá číslice udává průměrný obsah uhlíku (v desetinách %). Příklad: ocel je konstrukční nízkolegovaná ocel zhruba s 1 % Mn + Si a O,5 % C. U ocelí třídy 17 značí třetí číslice přísadovou skupinu a čtvrtá číslice množství (stupeň bohatosti) přísadových prvků. Za základní pěti číselnou značkou oceli mohou být dvě doplňkové číslice, oddělené od základní značky tečkou. První doplňková číslice znamená druh tepelného zpracování, druhá doplňková číslice udává stupeň tváření za studena. Svařitelnost nelegovaných konstrukčních ocelí (třídy 10, 11, 12) závisí zejména na obsahu uhlíku. Se stoupajícím obsahem uhlíku se zvětšuje pevnost, tvrdost oceli, klesá však její houževnatost. 23

24 Po zakalení je tento vliv ještě výraznější. Tvrdost zakalené oceli s 0,3 % C je již tak vysoká, že ocel nelze obrábět běžnými nástroji. Při svařování probíhají strukturní změny oceli nejenom ve svarovém kovu, ale i v jeho bezprostřední blízkosti v základním materiálu (v tzv. tepelně ovlivněném pásmu). Přehřátí způsobující vznik hrubého zrna zhoršuje mechanické vlastnosti svarového spoje a je příčinou praskání svarů. V důsledku velkého odvodu tepla hrozí nebezpečí zakalení. Se zakalením je spojeno velké vnitřní napětí a nebezpečí praskání. Při svařování může roztavený kov rozpouštět plyny, vzdušný kyslík a dusík, vodík. Vzniklé oxidy a nitridy železa jsou příčinou křehkosti svaru. Vodík způsobuje v základním materiálu drobné trhliny (vločky). Příčinou zkřehnutí svarových spojů může být i deformace svařovaného materiálu za studena. Třída oceli 10 Použití oceli Stupeň legování Chemické složení Zpravidla není zaručeno předepsány hodnoty mechanických vlastností konstrukční nelegované oceli 11 Zaručen obsah C, P, S - předepsány hodnoty mechanických vlastností 12 Zaručen obsah C, Mn, Si, P, S 13 Legovací prvky Mn, Si 14 legované nízko Legovací prvky Cr, Cr+Al, Mn, Si 15 a středně Legovací prvky Mo, Cr-Mo, Mn-Mo 16 Legovací prvky Ni, Cr-Ni, Ni-V 17 středně a vysoko Legovací prvky Cr, Ni, Cr-Ni, Cr-V Cr-Al 19 nástrojové nelegované Zaručen obsah C, Mn, Si, P, S legované nízko středně i vysoko Legovací prvky Cr, V, Cr-Ni, Cr- Mo, Cr-W, Cr-V-W-Co Obecně lze tedy říci, že svařitelnost oceli se zhoršuje se vzrůstajícím obsahem uhlíku. Elektrickým odporovým teplem lze stykově svařovat uhlíkové oceli až asi do 0,5 % C bodově a švově asi do 0,2 % C. Pro svařování plamenem i obloukem se nejlépe hodí neuklidněné oceli asi do 0,2 % C a uklidněné asi do 0,25 % C. Svařitelnost však ovlivňují i další prvky přítomné v oceli. Dosud platná norma stanoví 3 stupně materiálové svařitelnosti: 1 a - zaručená, 1 b - zaručená - podmíněná, 2 - dobrá, 3 - obtížná, Zaručeně svařitelné oceli 10 a 11 mají mít obsah uhlíku max. 0,22 %; vliv dalších přítomných prvků se počítá tzv. ekvivalentním obsahem uhlíku Ce 24

25 C e C Mn Cr 6 5 Ni 15 Mo Cu 4 13 P 2 0,0024t 0,5% (t = tloušťka materiálu v mm; za symboly chemických prvků se dosazuje jejich množství v procentech). Oceli s vyšším obsahem uhlíku, resp. Ce vyžadují zvláštní opatření při svařování, U ocelí se zaručenou svařitelností1a zaručuje výrobce svařitelnost oceli bez zvláštních opatření jen při svařování za teplot nad 0 ºC. Při svařování ocelí se svařitelností 1b je nutno dodržet podmínky svařování předepsané výrobcem. což bývá především předehřev (popř. dohřev, žíhání apod.). Sníží se tím tepelný spád mezi svarem a základním materiálem, a tedy i rychlost chladnutí svarového kovu. Je to nezbytné při svařování nelegovaných ocelí s obsahem uhlíku nad 0,2 %, u nízkolegovaných ocelí se svařitelností podmínečně zaručenou a u nelegovaných ocelí tloušťky větší než 25 mm (není-li normou jakosti předepsána tloušťka menší). Oceli nelegované předehříváme na teplotu 150 až 250 ºC, oceli legované na 250 až 400 ºC. Teplota předehřevu musí být dodržena během celého svařování a kontroluje se termokřídami. Při místním předehřevu se musí místo svaru ohřát alespoň na tři šířky budoucího svaru na každou stranu. Předehřívá se plamenem, odporovými řetězy, indukčně. Pokud svařujeme na montáži při teplotách okolo 0 ºC, nebo je-li materiál vlhký apod., je nutné ohřát každý materiál na 100 až 150 ºC. U ocelí s dobrou svařitelností výrobce ocelí svařitelnost nezaručuje, u ocelí s obtížnou svařitelností svařování nedoporučuje. 25

26 4. Zdroje svařovacího proudu 4.1. Svařovací dynama, rotační zdroje svařovacího proudu Svařovací dynamo pohání asynchronní třífázový elektromotor s kotvou nakrátko. Pro zmenšení váhy soustrojí je rotor motoru nalisován přímo na hřídel dynama. Dvoupólový asynchronní motor má asi otáček za minutu. Kostry motoru a dynama jsou rovněž sešroubovány v jeden kus. Na motoru je přepínač hvězda-trojúhelník pro spouštění stroje, na dynamu bývá uložen regulátor svařovacího proudu a svorkovnice. Výhody: Nevýhody: Svařovací usměrňovač jednoduchá a snadná údržba, nízká pořizovací cena, stabilní svařovací proud i při změnách napětí v síti. velká hmotnost, hlučnost a víření prachu, velká spotřeba proudu i při běhu naprázdno. Svařovací usměrňovač se skládá ze svařovacího transformátoru s trojfázovým dvoucestným usměrňovačem, uspořádaným do jednoho celku a vybaveným měřícími přístroji i ovládacími a regulačními prvky. Trojfázové usměrňovače se vyznačuji dobrými manipulačními vlastnostmi, stabilizaci kolísáni síťového napětí, jednoduchým nastavováním svařovacích parametrů a dobrými svařovacími vlastnostmi. Svařovací proud se reguluje tyristory. Pulzující průběh stejnosměrného svařovacího proudu je možno vyhladit tzv. filtry. Zapojeni pomoci čtyř diod (GREATZŮV usměrňovač) usměrňuje i záporné půlvlny. Výhody: malé ztráty naprázdno, jednoduchá manipulace, dobrá stabilita oblouku, malý rozstřik. Nevýhody: citlivost na náročné provozní podmínky, pokud se týká změn teploty okolí, zvýšení vlhkosti a otřesů při jejich přepravě. Střídačové zdroje svařovacího proudu tzv. invertory Nejvyšší stupeň vývoje výkonové elektroniky představují tzv. střídače, nazývané též statické měniče nebo invertory. Střídavé vstupní napětí ze sítě se usměrní, v invertoru se změní na střídavé napětí vysoké frekvence, načež po transformaci následuje nové usměrnění. V důsledku vysoké frekvence se dosahuje rovnoměrného využití síťového napětí a snížení hmotnosti transformátoru až o 80%. Reprezentantem tuzemských svařovacích střídačových zdrojů je nejznámější WTS 400 (výrobce ČKD Praha) s vynikajícími operativními vlastnostmi. Při rozsahu 5 až 400 A a hmotnosti 24 kg má špičkovou úroveň. Mimo běžné zapalování oblouku dovoluje i tzv. "studený start", neboli dotyk elektrody na základní materiál s následným snížením zkratového proudu na 15 A. Po oddáleni elektrody je pak 26

27 zapálen elektrický oblouk. Dalším tuzemským dodavatelem svařovacích střídačových zdrojů na bázi vysokofrekvenčního proudu je TRIODYN - Brumov a. s. Ze zahraničních dodavatelů střídačových zdrojů jsou nejznámější SELKO, M1GATRONlC, KEMPPI, OERLIKON, EWM, ESAB, CLOOS a FRONIUS. Některé nejdůležitější charakteristické veličiny svářeček 1. Napětí naprázdno je napětí na výstupních svorkách svářečky při běhu naprázdno, tj. když nehoří elektrický oblouk a svařovacím obvodem neprochází proud. Jeho maximální velikost je z důvodu bezpečnosti (úraz elektrických proudem) omezena, a to u stejnoměrného proudu na 100 V, u střídavého na 80 V. Čím menší je napětí naprázdno, tím menší je možnost úrazu elektrickým proudem, ale je horší zapalování oblouku a také stabilita hoření. 2. Pracovní napětí je napětí, které naměříme mezi elektrodou a základním materiálem při hoření elektrického oblouku (při svařování). Jeho velikost je závislá na délce oblouku, druhu elektrody a použitém plynu, ve kterém hoří elektrický oblouk. 3. Zatěžovatel DZ (poměrná doba zatížení) je poměr doby zatížení svářečky svařovacím proudem k celkové době pracovního cyklu (svařování + výměna elektrody + oklepání strusky atd.) 4. Normalizovaný cyklus ručního svařování (např. obalenou elektrodou) je pro přerušované zatížení svářečky stanoven takto: doba zatížení tz = 3 min; doba přestávky t0 = 2 min; celkový čas pracovního cyklu = 5 min z toho plyne jmenovitý zatěžovatel Jmenovitý zatěžovatel vyjadřuje v procentech (%). Normalizovaný cyklus ručního svařování poměrně dobře vystihuje skutečné časové poměry při svařování obalenou elektrodou. Při skutečném svařování také není svářečka zatížena proudem po celou dobu běhu, ale část celkového pracovního času se spotřebuje na výměnu elektrody, oklepáni strusky, obroušeni konce svaru atd. Pozn.: Ve státech Evropské unie byl změněn celkový čas pracovního cyklu z 5 minut na 10 minut. Při stejném zatěžovateli to znamená dvojnásobnou dobu zatížení svářečky. 5. Jmenovitý proud je proud, který můžeme odebírat ze svářečky při DZ - 60 % (má smysl udávat ho u svářečky určené pro ruční způsoby svařování). 6. Trvalý svařovací proud je proud, který můžeme odebírat ze svářečky trvale (OZ = 100 %). Má smysl např. u automatů, kde můžeme svařovat prakticky nepřetržitě (délka svaru i několik metrů). Při ručních způsobech svařování např. obalenou elektrodou způsobem WIG, MIG, MAG vedeme vždy konec elektrody ručně nad materiálem, a proto dochází zákonitě ke chvění konce elektrody a základním materiálem). Chvění a kolísání je jednak způsobeno fyziologickými pochody našeho těla, tj. dýcháním, chvěním svalů, a jednak nerovnostmi materiálu, špatnou přípravou hran, únavou zraku svářeče apod. Změna délky oblouku se projeví změnou napětí na oblouku: mezi délkou a napětím oblouku existuje přímá úměrnost, tzn. že zvětší-li se délka 27

28 oblouku(natáhneme oblouk), zvětší se i napětí na oblouku a obráceně. Požaduje se, aby se tyto zákonité změny délky oblouku (tedy i napětí) neprojevovaly na kolísání svařovacího proudu. To může zajistit pouze zdroj speciální konstrukce se zvláštním průběhem statické charakteristiky. Příklady některých vyráběných svařovacích zdrojů Pro průmyslovou výrobu byl u nás vyráběn jediný typ, svařovací transformátor WT 315. Je to jednofázový rozptylový transformátor, sekundární cívky se posouvají šroubovým převodem vzhledem k cívce primární, a tak se plynule reguluje svařovací proud ve dvou rozsazích - 60 až 150 A a 145 až 380 A, což je maximální proud při DZ = 35 %. Je možno použít elektrody průměru 2 až 5 mm. obr.8 Svařovací transformátor Rotační zdroje stejnosměrného proudu Zdrojem svařovacího proudu je dynamo, a to s vlastním buzením podle systému TRIODYN, tj. typ RK 320-1, (obr.9, tento typ se již nevyrábí a uvádíme jej proto že s ním svářeči ještě přichází do styku) nebo dynamo s cizím buzením u svářečky K 220. Dynamo pohání asynchronní motor nebo spalovací motor pro svařování v terénu bez elektrické sítě. Vyrábí se typ WD 320, s dynamem typu TRIODYN. obr.9 Triodyn, typ RK Moderní netočivé svářečky jsou středofrekvenční usměrňovače. Přídavná zařízení Pro svářečky se vyrábějí přídavná zařízení, která rozšiřuji užitné vlastnosti svářečky. TRIODYN MEZ Brumov vyrábí pro své svařovací stroje tato přídavná zařízení: DR 200- dálkový regulátor proudu DP 20- pulsní regulátor pro svařováni dlouhými pulsy, pro tenké plechy a kořenové vrstvy 28

29 TIG 20 - pro svařováni metodou WIG (TIG) TIG 30 - pro metodu WIG a bezdotykové zapalováni oblouku vysokonapěťovým impulsem MIG 30 - podavač drátu pro mechanizované svařování MIG a MAG STIFO pistole pro průvarové svařování tenkých ocelových plechu (do tloušťky 3,5 mm) s použitím elektrod E - R

30 5. Přídavné materiály pro svařování Při tavném svařování musí svářeč většinou přidávat do svaru přídavný materiál. Tento materiál je při přechodu do svaru taven elektrickým obloukem nebo plamenem, smísí se s roztaveným základním materiálem a tak se vytvoří svarový kov svarového spoje. Kromě přídavného materiálu pro spojovací svary se používají i přídavné materiály vhodné pro navařování, tj. pro vytváření vrstev se zvláštními vlastnostmi (tvrdé návary, návary odolné proti opotřebení, proti korozi apod.). Tvar a úprava přídavného materiálu závisí na způsobu svařování. Pro ruční svařování elektrickým obloukem používáme téměř výhradně obalené elektrody. Pro svařování plamenem je dodáván holý, někdy poměděný drát v metrových tyčinkách. Mechanizované způsoby svařování - pod tavidlem, svařování poloautomatické v ochranných atmosférách - používají holý přídavný drát navinutý na cívkách. Z materiálů nevhodných pro tváření (šedá litina, speciální slitiny apod.) není možno zhotovit drát, a proto se pro jejich svařování vyrábějí lité tyčinky. Pro navařování se používá přídavný kov i ve tvaru pásků (50 x 0,5 mm) nebo prášků. Přídavný materiál má velký vliv na vlastnosti svarového spoje. Svářeč musí znát základní typy přídavných materiálů a umět zvolit vhodnou jakost pro určitou práci Elektrody pro ruční obloukové svařování Obalená elektroda (obr. 10) má na jádro tvořené drátem ø 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8 mm nanesený obal různého složení z látek keramických, organických nebo i kovových. Suroviny pro obal se nejdříve melou v mlýnech a v suchém stavu se mísí v míchačkách podle přesné receptury. Pro spojení se do směsi přidává jako pojidlo draselné (popř. sodné) vodní sklo. Takto připravená obalová hmota se na speciálních lisech nanáší velkou rychlostí pod tlakem 30 MPa na plynule probíhající nastřihaný jádrový drát. Potom se obrousí upínací a zapalovací konec elektrody a následuje sušení. Sušení elektrod je pečlivě řízeno, aby obal nepopraskal. Po závěrečné kontrole elektrod, hlavně souvislosti obalu po jejich délce, excentricity, tj. nesouososti nalisovaného obalu s jádrem, jsou elektrody barevně označeny a baleny do krabic. Obr.10 Obalená elektroda Druhy elektrod ČSN obsahuje základní technické podmínky pro obalené elektrody a rozlišuje podle účelu elektrody: pro spojovací svary nelegovaných ocelí, pro spojovací svary legovaných ocelí, pro svařování neželezných kovů, 30

31 pro navařování vrstev se zvláštními vlastnostmi, pro ostatní účely. Podle tloušťky obalu, vyjádřené poměrem celkového průměru obalené elektrody D k průměru jádra d, se elektrody dělí na: tence obalené D/d do 1,20, středně obalené D/d 1,20 až 1,45, tlustě obalené D/d 1,45 až 1,80, velmi tlustě obalené D/d nad 1,80. Podle chemického složení obalu se vyrábějí elektrody s obalem: stabilizačním, rutilovým, kyselým, bazickým (zásaditým), organickým, ze solí halových prvků, zvláštním. Obal elektrody má podstatný vliv na vlastnosti elektrody a při svařování plní několik důležitých úkolů: a) chrání tekutý kov před přístupem vzduchu, tj. dusíkem a kyslíkem. Proto jsou v obalu plynotvorné látky (např. organické látky - celulóza, dřevitá moučka), které při hoření oblouku vytvářejí clonu ochranných plynů (většinou CO2), b) stabilizuje hoření oblouku tím, že obsahuje ionizační látky, což jsou soli draslíku, sodíku, lithia, vápníku. Tyto látky usnadňují zapalování a klidné hoření elektrického oblouku, c) struskotvorné látky v obalu ovlivňují metalurgické reakce v tekutém svarovém kovu. Struska zároveň formuje tuhnoucí svarový kov, chrání ho před rychlým ochladnutím a před vzduchem. Tuto funkci plní např. magnezit, křemičitany, vápenec, kazivec, rutil, dolomit aj., d) obal musí čistit (rafinovat) a zejména dezoxidovat svarový kov a dodávat mu i některé legující prvky. K těmto metalurgickým procesům se užívají feroslitiny, např. ferosilicium (FeSi), feromangan (FeMn), ferochrom (FeCr), ferovanad (FeV), ferotitan (FeTi) apod., e) zvyšování produktivity svářečské práce se dosahuje přísadou železného prášku do obalu. Základní vlastnosti elektrod s různým obalem: a) obal stabilizační - obsahuje hlavně ionizační látky, tj. alkalické kovy a minerály, které při hoření oblouku vytvářejí vysoce vodivé plyny. Tato ionizace prostředí, kde hoří elektrický oblouk, působí příznivě na jeho stabilní hoření, a to při zapojení elektrody na stejnosměrný i střídavý proud. Mechanické vlastnosti svarového kovu jsou jen průměrné a vyhovují jen pro málo namáhané svary, b) obal rutilový je pojmenován podle přírodního oxidu titaničitého - rutilu. Kromě rutilu jsou v obalu živec, křemičitany, magnezit; tyto látky umožňují dobrou ovladatelnost elektrody i při svařování v polohách. Hustěji tekoucí svarový kov a jeho rychlejší tuhnutí je příznivé pro překlenutí větších mezer. Zároveň je menší závar, což je nevýhodné při svařování koutových svarů, ale vhodné při svařování tenkých plechů. Pro rutilové elektrody se používá proud stejnosměrný (-pól) i střídavý. V některých případech se přidávají do rutilového obalu celulóza, dextrin, tj. látky organické pro zlepšení operativních vlastností elektrody při svařování 31

32 polohových svarů. Elektrody rutil-organické dávají více ochranných plynů při hoření elektrického oblouku, jejich svarový kov je teplejší, tedy i tekutější, a proto se těmito elektrodami lépe provařují koutové svary a hodí se i pro tlustší materiály. Rutil-organický obal je citlivější na vlhkost a na správné proudové zatížení (nedopalky elektrod se nesmějí při svařování ještě žhavit) a je vhodný i pro svařování střídavým proudem. Elektrody rutil-organické poskytují svarový kov střední jakosti, c) obal kyselý - obsahuje železné a manganové rudy, křemičitany, živec, rutil, dolomit, vápenec aj. Elektrody jsou tlustě obaleny, svařují se proudem stejnosměrným (-pól) i střídavým. Svarový kov je teplý, přechází do svarové lázně v drobných kapičkách. Pomalejší tuhnutí pomáhá dobrému formování housenky a pravidelné kresbě. Elektroda kyselá je vhodná pro svařování ve všech polohách (do ø 3,15), ale tekutější kov vyžaduje řádný zácvik svářeče. U kyselých elektrod se vlivem obalu zvyšuje obsah křemíku ve svarovém kovu. Je-li obsah křemíku ve svarovém kovu vůči jeho obsahu v jádrovém kovu elektrody stejný nebo nižší, označují se tyto elektrody jako neutrální. Struska kyselých elektrod špatně váže síru a fosfor, a proto jsou tyto elektrody citlivé na čistotu základního materiálu, d) obal bazický (zásaditý) - je u nás nejrozšířenější. Je tvořen vápencem, mramorem, feroslitinami železným práškem. Bazické elektrody jsou tlustě obalené, svarový kov je méně teplý, přechází do svarové lázně ve velkých kapkách. Svarový kov má výborné mechanické vlastnosti, hlavně vysokou houževnatost. Bazické elektrody se používají pro svařování ve všech polohách, připojují se na + pól stejnosměrného proudu (obracená polarita). Speciální typy bazických elektrod jsou vhodné i pro svařování střídavým proudem. Při svařování se musí udržovat krátký oblouk, elektroda se nesmí přetěžovat elektrickým proudem. V obalu bazickém je kazivec, ze kterého vzniká v elektrickém oblouku fluorid křemičitý a ten ve styku s vodou (např. vlhký obal, vlhká sliznice v dýchacím ústrojí svářeče) uvolňuje kyselinu fluorovodíkovou: se silným leptacím účinkem. Proto je nutné dbát na řádné odsávání zplodin Vlhký obal elektrody je příčinou velké pórovitosti svaru, popř. vzniku trhlin. Dobré svařovací vlastnosti elektrod rutilových a výborná jakost svarového kovu elektrod bazických se spojuje v elektrodách s obalem rutil-bazickým. U těchto obalů je důležitý poměr kazivce k rutilu; vápenec se přidává k úpravě zásaditosti a křemen k dosažení kyselosti strusky, e) obal organický - chrání především svarovou lázeň proti vzduchu. Obsahuje látky organické (celulóza, dextrin, škrob, dřevitá moučka, rašelina apod.). Při svařování vzniká málo řídké strusky a větší množství plynů. Hustě tekoucí svarový kov se hodí k překlenutí větších spár. Mechanické vlastnosti svarového kovu jsou nižší (hlavně vrubová houževnatost, tažnost, pevnost v tahu je vyšší), f) obal ze solí kalových prvků - pro svařování hliníku k rozpouštění oxidů s vysokou teplotou tavení (Al2O3), které vznikají na povrchu svařovaných kovů. Polarita: +pól, g) obal zvláštní - například grafitový pro svařování šedé litiny za studena. Středně obalené elektrody z niklu, slitin železa a niklu a z Monelova kovu (2/3 Ni + 32

33 1/3 Cu). Hoření oblouku je klidné, elektrody se připojují na + pól stejnosměrného proudu. Elektrody musí být skladovány na suchém místě s teplotou minimálně + 10 C. Před použitím se musí sušit. Správné sušení je nezbytné zvláště u elektrod s obalem bazickým, které se suší nejdříve 1 h při 100 C a pak 2 h při teplotě 300 až 350 C. Při svařování nedostatečně suchými bazickými elektrodami vzniká ve svaru velké množství pórů, popř. i trhliny. Svářeč musí u používaných elektrod kontrolovat celistvost obalu, popř. jeho excentricitu. Při svařování sleduje operativní vlastnosti elektrod, tj. zapalování oblouku a jeho hoření, ovladatelnost elektrody při svařování polohových svarů (svisle, nad hlavou), odstraňování strusky, kresbu svarové housenky, náchylnost k některým vadám (vruby, struskové vměstky, bubliny, trhliny). Z hlediska ekonomického jsou důležité i výkonové vlastnosti elektrod, tj. výtěžek, výkon roztavení, ztráty rozstřikem Označování elektrod Označování tuzemských elektrod vyráběných v České republice se od prvotního, osvědčeného a výstižného označování: podle ČSN, velice zkomplikovalo zavedením označování podle výrobce, dříve ŽAZ Vamberk a posléze podle nového systému značení přídavných materiálů firmy ESAB. Při zkoušce svářeče se požaduje znalost systému označování elektrod, jak podle ČSN, tak i podle výrobce. Označování elektrod pro svařování nelegovaných ocelí podle ČSN se skládá: z písmene E (symbol pro všeobecné označování elektrod pro ruční obloukové svařování), E xx. xx dvojčíslí před tečkou, tečky a dvou číslic za tečkou. Dvojčíslí před tečkou značí zařazení elektrod do pevnostní řady podle jedné desetiny nejmenší zaručované pevnosti v tahu v MPa svarového kovu v nežíhaném stavu. Prvá číslice za tečkou vyjadřuje skupinu podle dalších záruk vlastností svarového kovu, a to: 0 - elektrody, u kterých se nezaručují dané další vlastnosti svarového kovu, 1 - elektrody, u nichž se zaručuje mez kluzu, tažnost a vrubová houževnatost svarového kovu, 2 - elektrody, u nichž se zaručuje mez kluzu, tažnost a vrubová houževnatost svarového kovu: svarový kov má vyšší tažnost a vrubovou houževnatost než je tomu u elektrod skupiny 1, 3 - elektrody, u nichž se zaručuje mez kluzu, tažnost a vrubová houževnatost svarového kovu: svarový kov má vrubovou houževnatost vyšší než je tomu při elektrodách skupiny 2, 33

34 4 - neobsazeno, 5 - neobsazeno, 6 - neobsazeno, 7 - elektrody skupiny 2, avšak se zaručenou mezí kluzu za vyšších teplot a s jakostí vyhovující při zkoušce celistvosti svarového kovu prozářením, 8 - elektrody skupiny 3, avšak se zaručenou mezí kluzu za vyšších teplot a s jakosti vyhovující při zkoušce celistvosti svarového kovu prozářením, 9 - elektrody skupiny 3, avšak se zaručenou hodnotou vrubové houževnatosti za snížených teplot. Druhá číslice za tečkou vyjadřuje druh obalu, případně technologické vlastnosti elektrod: 0 - elektrody s celulózovým obalem, 1 - elektrody s rutilovým obalem, 2 - elektrody s kyselým obalem, 3 - elektrody s bazickým obalem, 4 - elektrody s bazickorutilovým obalem, 5 - elektrody s kyselorutilovým obalem, 6 - elektrody převážně na tenké plechy s rutilovým obalem, 7 - elektrody převážně pro stehování obyčejně s rutilovým obalem, 8 - neobsazeno, 9 - neobsazeno. Příklad označeni: Elektroda pro ruční svařování elektrickým obloukem, poskytující svarový kov s nejmenší pevnosti 440 MPa se zaručenou mezí kluzu za vyšších teplot s jakostí vyhovující zkoušce celistvosti svarového kovu prozářením, s kyselým obalem se označí takto: E Označení elektrod pro svařování nízko a středně legovaných ocelí se skládá z písmene E (symbol pro všeobecné označování elektrod pro ruční obloukové svařování), za nímž následují chemické značky legovacích prvků s číselným vyjádřením jejich množství v hmotnostních procentech v pořadí podle klesajících hodnot jejich středních obsahů ve svarovém kovu. Za chemickou značkou každého legovacího prvku, kterého střední obsah je aspoň 1 %, se uvádí tato hodnota zaokrouhlená na celé hmotnostní procento. Za chemickými značkami legovacích prvků s čísly udávajících jejich obsah se uvádí za pomlčkou další číslo, které vyjadřuje desetinásobek součtu obsahů (zpravidla středních) všech legovacích prvků v hmotnostních procentech, zaokrouhlený na celé číslo. Za tímto číslem následuje písmeno charakterizující druh obalu. 34

35 Příklad označení: Elektroda s bazickým obalem dávající svarový kov chemického složení max. 0,12 % C, 0,45 až 0,90 % Mn, max. 0,45 % Si, 0,40 až 0,70 % Cr, 0,50 až 0,70 % Mo, max. 0,20 % Ni, max. 0,040 % P, max. 0,035 % S se označí takto: ECrMo -11B Označování elektrod podle výrobce Systém označování elektrod podle výrobce, nyní ESAB Vamberk spočívá v tom, že jednotlivé druhy elektrod jsou označeny předznakem E, pomlčkou, písmenem podle druhu obalu a trojmístným číslem nebo předznakem OK a čtyřmístným číslem. Předznak E znamená elektrody pro ruční svařování elektrickým obloukem. Druhy obalů značí výrobce velkými písmeny: B - bazické elektrody K - kyselé elektrody R - rutilové elektrody S - jiné druhy obalů První číslice trojmístného čísla vyjadřuje vhodnost použití pro určité skupiny materiálů následovně: 1 - nelegované oceli, 2 - nízko legované oceli, 3 - žárupevné oceli, 4 - vysokolegované oceli, 5 - elektrody pro navařování, 6 - elektrody pro svařování neželezných kovů, 7 - elektrody pro svařování litiny, 9 - elektrody pro zvláštní účely. Další dvojčíslí znamená jen pořadové číslo elektrody v příslušné skupině. Příklad označeni: Elektroda s bázickým obalem pro svařování nelegovaných ocelí s pořadovým číslem 21 se označí takto: E - B 121 Zásada volby elektrod vzhledem k základnímu materiálu - hlavním vodítkem je chemické složení svarového kovu. Svarový kov stejného nebo blízkého chemického složení jako má základní materiál, má při vhodné technologii svařování předpoklady zabezpečit stejnou strukturu a tím i stejné mechanické a plastické vlastnosti svarového spoje. 35

36 6. Příprava materiálu pro svařování 6.1. Příprava materiálu Předpokladem pro zhotovení svaru vyhovujícího všem požadavkům technické praxe je řádná příprava materiálu pro svařování. Špatná příprava má za následek řadu obtíží při vlastním svařování, což způsobuje ztráty na výkonu svářeče, a tím i ekonomické ztráty ve výrobě. Volba svaru je ovlivněna, vlastní potřebou spojování různých materiálů a polohou, v níž má být svar zhotoven. Příprava, materiálu u tupých spojů je určována, tloušťkou materiálu. U tenčích plechů je příprava nejjednodušší, protože styčné plochy se ponechávají kolmé bez zkosení. Tlustší plechy se zkosí podle jednotlivých tvarů svarů. Poměrně nejjednodušší je příprava u koutových svarů, kdy se návarové plochy pouze postaví kolmo na sebe. Přibližně stejná je příprava materiálu u svarů rohových. U svarů lemových záleží příprava v olemování a stavování obou plechů, které mají být tímto svarem spojeny. Zvláštní úprava, materiálu se provádí při použití svarů děrových a žlábkových. Tvar svarových ploch se nejčastěji upravuje třískovým obráběním (hoblováním, soustružením, frézováním, různými speciálními strojky a zařízeními na výrobu úkosů), jde-li o dílce malých rozměrů. Pokud jsou dílce rozměrné, provádí se řezání kyslíkem. Materiály jsou obvykle znečištěny mastnotou nebo barvou, která se odstraňuje otryskáním, opálením a odmaštěním. Místo budoucích svaru a jejich okolí se zbaví oxidů broušením Označování svarů na výkresech Norma je rozšířená o další základní a doplňující značky svarů. Zavádí nový způsob označování oboustranných svarů. Mění způsob označování rozměrů svarů, zavádí možnost označovat technologii svařování, použité přídavné materiály a rozsah kontroly. Lemové, tupé a švové svary se nezávisle od způsobu svařování zjednodušeně zobrazují plnou tlustou čarou Bodové, děrové a výstupkové sváry se nezávisle od způsobu svařování zjednodušeně zobrazují osou nebo značkou kreslenou plnou čarou 36

37 Úplné označení svaru se umístí na praporek odkazové čáry v pořadí podle obrázku. Na konci praporku odkazové čáry se může nakreslit vidlice, do které se umístí údaje o zhotovení, např. o technologii, přípravném materiálu, kontrole apod. Označení svaru sestává z těchto údajů: A charakteristický rozměr svaru Z značení svaru - tvar povrchu svaru n počet svarů l délka svaru (e) mezera mezi sousedními svary nebo rozestup svarů při bodových a děrových svarech T údaje o zhotovení Jde-li o svar s úpravou pouze jedné svarové plochy, pak směřuje šipka odkazové čáry na upravenou svarovou plochu Jde-li o svar s úpravou obou svarových ploch, pak směřuje šipka odkazové čáry k libovolné svarové ploše Při jednostranných svarech se umísťuje značka nad praporek odkazové čáry, je-li odkazová čára na straně povrchu svaru Při jednostranných svarech se umísťuje značka pod praporek odkazové čáry, je-li odkazová čára na protilehlé straně povrchu svaru. Oboustranné svary se označují jako dva jednostranné svary. 37

38 Obvodové svary se označují kroužkem umístěným ve zlomu odkazové čáry; h = výška popisu Montážní svary se označují trojúhelníkovým praporkem umístěným ve zlomu odkazové čáry; h = výška popisu 6.3. Základní značky svarů Lemový svar I svar V svar ½ V svar Y svar U svar Koutový svar Děrový svar Bodový svar 38

39 Švový svar 6.4. Sestava svarku Sestavě dvou nebo více dílů určených ke spojení svařováním říkáme svarek. Někdy jsou velmi jednoduché a svým tvarem nenáročné, jindy velmi složité a rozměrné. Před každou sestavou uvažujeme účel svarku a z něho vycházíme k rozhodnutí o druzích svarových spojů, které při sestavě použijeme. Můžeme volit spoje tupé, koutové, rohové i přeplátované. Každý z nich má své přednosti i nedostatky. Značné výhody mají spoje tupé, kterým dáváme přednost před ostatními. Jejich pevnost se pohybuje v hodnotách blízkých pevnostem základního materiálu. Výkresy svařovaných součástí se řídí především: způsobem výroby, charakterem a spojitostí dílů, ze kterých je svarek sestaven. V jednodušších případech slouží jeden výkres pro sestavení dílů při svařování, pro výrobu těchto dílů a popřípadě i pro obrábění po svařování. Takový výkres se nazývá svařovací sestavení (obr.11). Jednotlivé díly svarku jsou označeny samostatnými pozičními čísly. Díly kreslené v řezu se navzájem odliší obráceným sklonem šrafování. Na výkresu musí být: kóty pro správné sestavení svarku, kóty pro určení tvaru a rozměrů dílů, kóty pro obrobení svarku a značení obrobení. Od svařovacího výkresu se musí odlišit výkres sestavení (obr. 12), na kterém je označen celý svarek jedním pozičním číslem a jednotlivé díly svarku jsou při kreslení v řezu šrafovány v témže směru. V názvu součástí se součást označí jako svarek, např. SVAŘOVANÉ OZUBENÉ KOLO apod. Na výkresech pro výrobu svarku (svařovacích výkresech) se svary znázorňují způsobem předepsaným normou ČSN. 39

40 obr. 11 Svařovací sestavení ozubeného kola: 1-náboj, 2-věnec, 3-deska obr. 12 Výkres sestavení svařovaného ozubeného kola 1-hřídel, 2-ozubené kolo, 3-vsazený klín, 4-pojistný kroužek 40

41 7. Deformace při svařování Tepelná roztažnost je jedna ze základních fyzikálních vlastností materiálů. Projevuje se změnou objemu v závislosti na teplotě. Ohřevem se rozměry tělesa zvětšují, při ochlazování se opět zmenšují. Tyto změny mohou probíhat pouze tehdy, nebrání-li tělesu žádné překážky. V tabulce jsou pro informaci uvedeny hodnoty krácení tyče z různého materiálu, dlouhé mm, při ochlazování z teploty 300 C na teplotu 20 C, které při smršťování nic nebrání. materiál Šedá litina Ocel Měď Hliník mm 3,5 3,9 5,2 7,7 Změnu délky tyče při ohřevu nebo ochlazování lze vypočítat ze vztahu, který známe z fyziky: Δlt = lo. α Δt, (Δlt) = (mm. K -1. K) = (mm), kde lo je původní délka. tyče, α - součinitel délkové roztažnosti (např. pro ocel je α = 1, K -1 ), Δ t - rozdíl teplot před změnou a po ní. Ze vzorce vyplývá, že prodloužení nebo zkrácení je přímo úměrné teplotě a fyzikální vlastnosti materiálu. V obrázku je ukázka volné deformace jednostranně upnuté tyče. Při ohřevu se prodlouží na délku lo + Δlt a po ochlazení na výchozí teplotu zůstává délka tyče rovna lo a v tyči nevzniká deformace ani napětí. Obvykle však nastávají případy složitější, kdy je prodloužení omezeno. Při ohřevu tyče se při určitém teplotním rozdílu změní její délka o hodnotu Δlt. Protože jí tuhé desky tepelnou dilataci (roztažnost) nedovolí, vzniká v tyči tlakové napětí, které je úměrné neuskutečněnému prodloužení. Vzniklé napětí nezávisí na délce součásti, ale je závislé na dvou materiálových konstantách E (modul pružnosti v tahu - pro ocel je E = MPa) a α a na teplotním rozdílu Δt. obr.13 Volná deformace jednostranně upnuté tyče 41

42 Celkem malé zvýšení teploty způsobí při zcela tuhém uložení značné napětí a velkou tlakovou sílu. Pro nás to znamená, že s napětími vzniklými změnou teploty musíme v praxi (i při svařování) počítat, protože při větších teplotních rozdílech mohou snadno dosáhnout nebo i překročit mez kluzu a způsobit trvalé deformace. obr.14 Deformace tyče oboustranně upnuté: a)při ohřevu, b),c) při ochlazování obr.15 Deformace návarové vrstvy Obrázek 14a naznačuje pěchování materiálu tyče, kterému brání pevné opěry v prodloužení při ohřevu. Čárkovaně je vyznačen výchozí rozměr tyče. Také při ochlazování dochází ke změně rozměru, zkrácení však znovu brání tuhé uložení tyče. Obrázek znázorňuje změnu u materiálu houževnatého, obrázek 14c ukazuje příklad, kdy je materiál křehký a dochází až k jeho porušení. Změny, které byly uvedeny na zjednodušených předchozích příkladech, nás provázejí celým pochodem svařování. Pevné upnutí svařovaného materiálu představují chladné části základního materiálu v okolí svaru, vlastní svar se ohřevem a chladnutím podobá pevně upnuté tyči. Smrštění při ochlazování kovu svarové housenky na desce základního materiálu je zřejmé na obrázku 15. Směry zkracování chladnoucího kovu naznačují šipky. Smrštění působí ve třech směrech a je příčinou deformací základního materiálu. Navaříme-li stejnou návarovou housenku na desku o velké tloušťce, neprojeví se smrštění chladnoucího kovu zřetelnou deformací desky. Síly, které tuto deformaci chtěly způsobit, však nejsou odstraněny, ale zůstávají ukryty v podobě vnitřního napětí. Pokud by kov návaru nebyl dostatečně houževnatý, přeroste vnitřní napětí hranici pevnosti a projeví se trhlinami v návaru. Z příkladu vyplývá, že při svařování rozlišujeme dva jevy, z nichž první nazýváme deformací; druhý vlastním (vnitřním) napětím Druhy deformací Deformace způsobují rozměrové i tvarové změny svařovaných výrobků a jejich odstraňování bývá velmi obtížné a nákladné. K jejich zmenšení mohou významně přispět svářeči, jsou-li poučeni o jejich vzniku a opatření k jejich omezení. Náklady potřebné na rovnání bývají několikanásobkem nákladů na svařování a jejich předcházení je proto jednou z cest ke snižování výrobních nákladů. Z činitelů, které 42

43 ovlivňují velikost deformací a kterým je třeba. věnovat zvýšenou pozornost, jsou to: teplota ohřevu, velikost svaru, počet svarových vrstev, druh svaru, postup svařování, sestava svarku a rychlost svařování. Podle směrů, ve kterých smršťování působí, rozeznáváme různé druhy deformací. Zkrácení ve směru podélné osy svaru je příčinou deformace podélné (obr. 16b). Zkrácení působící kolmo na podélnou osu svaru (obr. 16c) vyvolává deformace podle obrázku 16d a nazývá se deformaci příčnou. Smrštění jednostranných svarů je příčinou deformací uvedených v obrázku 18 a nazýváme je úhlovou deformací. V obrázku 30 jsou uvedeny příklady deformací svařovaných výrobků při použití různých druhů jednostranných i oboustranných svarů. Smrštění kovu v oblasti spoje je zřejmé z jednotlivých nákresů. obr. 16 Druhy deformací: a),b) podélná deformace c),d) příčná deformace obr. 17 Deformace úhlová obr. 18 Příklady deformací obr. 19 Sestavení svarku s ohledem na deformaci Sledujeme. li deformace patrné z předchozích obrázků, lze učinit vhodná opatřeni při sestavě svarku, kterými lze "předehnutím" využit smrštění k zachování žádaného tvaru. Příklady jejich uplatněni jsou uvedeny v obrázku 19, předehnutí je označeno úhlem α. Velikost úhlu α je závislá na rozměru a tlouštce základního materiálu, velikosti svaru, počtu svarových vrstev, množství tepla přivedeného spojem a rychlostí svařování. 43

44 7.2. Postupy svařováni ke snížení deformací Všeobecně platné pravidlo ke sníženi deformací vznikajících při svařováni lze vyjádřit jako požadavek na zhotovení spoje s nejnižším počtem svarových vrstev, nejmenším ohřevem oblasti spoje a nejvyšší rychlostí svařování. Uvedeným požadavkům lze jen obtížně vyhovět při ručních způsobech svařování a potvrzují pouze oprávněnost požadavku při strojním, automatizovaném a mechanizovaném svařování kovů. Dalším účinným opatřením, kterým se dosahuje zmenšení deformací svarků při ručním svařováni, je vhodný pracovní postup. Svar zhotovený v jednom směru od počátku ke konci svarku (obr. 20) vyvolává velké deformace a je proto málo vhodný pro ruční způsoby svařování plamenem a elektrickým obloukem. Nahromaděné pnutí v okrajové části spoje vede ke vzniku trhlin v začátcích svarů. Přenesením začátku svaru do větší vzdálenosti od okraje svarku se toto nebezpečí zmenší (obr. 21). Delši úsek 1 svaru délky L je proveden jako první a kratší úsek 2 délky asi 1/6 L je proveden v opačném smyslu jako druhý. Dodržení tohoto postupu je zvlášť důležité pro svary plamenem. obr. 20 svařování v jednom směru obr.21 Posunutí začátku svaru obr.22 Rozdělení svaru na úseky obr.23 Svařování vratným krokem Rozdělení svaru na krátké úseky podle obrázku 22 vede k rovnoměrnějšímu rozdělení teplot a podstatně přispívá ke snížení deformací. Dílčí svary zhotovené v jednom smyslu s pravidelným střídáním úseků jsou v obrázku označeny číslicemi. Po zhotovení svaru v úseku 1 je následující úsek vynechán a spoj pokračuje v úseku označeném 2. Po dokončení spoje v úseku 3 se pokračuje v dokončení svaru v úsecích 4 a 5. Délka jednotlivých úseků se volí obvykle kolem 200 až 250 mm. Jde o tzv. svařování střídavým krokem. obr.24 Svařování střídavým vratným krokem Jiný postup, který je vidět na obrázku 24, se nazývá svařování vratným krokem. Jeho úseky dlouhé 200 až 250 mm jsou zhotovovány v pořadí 1, 2, 3, 4 atd. ve směru šipek. První úsek je svým začátkem vzdálen přibližně 200 mm od kraje 44

45 svařovaného dílce, ke kterému směřuje. Druhý úsek je opět svým začátkem vzdálen asi 200 mm od začátku úseku prvního a svařuje se ve směru šipky. Podobným způsobem navazují i další úseky 3,4,5, na které je celková délka spoje rozdělena. obr. 25 Svařování střídavým vratným krkem v obou směrech Další postup vznikl spojením zásad obou předchozích způsobů a nazývá se svařování střídavě vratným krokem. Jeho provádění v dílčích úsecích svaru uvádí obrázek 25. Jednotlivé úseky dlouhé 200 až 250 mm se kladou střídavě v pořadí číslic 1 až 5 a jejich konce navazuji na počátky předchozích dílčích svarů. Při dlouhých svarech materiálů, které jsou náchylné k tvoření trhlin, volíme postup vystřídaným vratným krokem v obou smyslech. Jeho úseky se střídají na levé i pravé polovině délky svaru v pořadí 1 až 5 a směřují od středu dílce k jeho okrajům Snížení napětí tepelným zpracováním Tuhým upnutím dílců svarku je možno bránit deformací vznikající při ohřevu a ochladnutí. Nastává však velké vnitřní napětí v tepelně ovlivněných pásmech. Pro jejich odstranění nebo snížení se používá žíhání na snížení vnitřního napětí. Účelem je snížit vnitřní napětí bez záměrné změny struktury a bez podstatných změn původních vlastností oceli. Žíhání na sníženi vnitřních napětí je ohřev na teplotu kolem 600 C (pod Ac1), výdrž na této teplotě a následující pomalé ochlazení (obr. 26). Rovněž předehřátí základního materiálu před svařováním vede ke snížení vnitřních napětí Rovnání plamenem Deformace, které byly v předchozím učivu uváděny jako nepříznivé jevy při svalování, vyvoláváme při rovnání záměrně. Smrštěním následujícím po ohřevu zkracujeme materiál v místech nerovnosti, které tím odstraníme. Výhodou tohoto způsobu je odstranění fyzické námahy a jednoduchost a nenáročnost zařízení. obr.26 Žíhání na odstranění vnitřního pnutí obr.27 Příklady rovnání klínovým ohřevem 45

46 Ke zjišťování nerovností používá pravítko a v místech jejich vrcholu se uplatní klínový ohřev. Příklady použití klínového ohřevu k odstranění nerovností uvádí obrázek 27. Použitý způsob však vnáší do rovnaných dílců značná napětí, která dosahují svého maxima v ohřátých místech. K rovnání materiálů o malé tloušťce stěny (např. plechy) používáme ohřevů bodových. 46

47 8. Svařování v ochranné atmosféře Princip obloukového svařování tavící se elektrodou v aktivním plynu, MAG svařování spočívá v hoření elektrického oblouku mezi tavící se elektrodou a svarkem, přičemž ochranu vytváří aktivní plyn přiváděný z vnějšího zdroje. Svařování s použitím tavící se elektrody, přičemž ochranu tvoří inertní plyn přiváděný z vnějšího zdroje, je MIG svařování. obr. 28 Obloukové svařování tavící se elektrodou v ochranném plynu 1- svařovací drát, 2 - podávací kladky, 3 - napájecí průvlak, 4- ochranný plyn, 5 - zdroj proudu, 6 - svařovací hubice, 7 - svar, 8 - svarek, 9 - elektrický oblouk 8.1. Ochranné plyny Svařování v ochranných plynech patří v současné době k technologiím, které se uplatňují ve všech oborech svařovaných konstrukcí a zařízení pro své technickoekonomické výhody. Při tomto způsobu svařování chrání vlivem kyslíku a dusíku ze vzduchu netečný tzv. inertní ochranný plyn nebo aktivní ochranný plyn anebo směsi ochranných plynů. Inertní plyny (v praxi se používají argon Ar a helium He) jsou velmi drahé pro svařování ocelových konstrukcí, ponejvíce vyráběných z nelegovaných a nízkolegovaných ocelí. Pro svařování těchto materiálů se nejčastěji používá levný oxid uhličitý CO2 nebo směsné plyny (směs svou až tří plynů, nejčastěji inertního argonu a aktivního oxidu uhličitého CO2 nebo kyslíku O2). Od složení ochranného plynu závisí i chemické složení svarového kovu, zejména obsah uhlíku C, manganu Mn a křemíku Si a tím i jeho mechanické vlastnosti. Při svařování v CO2 se zjistilo, že obsah prvků ve svarovém kovu, které pocházejí ze svařovacího drátu a mohou v sloupci elektrického oblouku reagovat s ochranným plynem, závisí též na počtu kapek, které přejdou za určitou časovou jednotku z drátu přes oblouk do tavné lázně. Na roztavený kov přídavného materiálu při svařování působí rovněž gravitace, povrchové napětí a viskozita kapky roztaveného kovu, elektromagnetické síly a síly 47

48 ve směru radiálním, tzv. pinch efekt, aerodynamický sací účinek proudu plynu, tlak plynů a par uvnitř kapky aj. Z hlediska elektrofyzikálních vlastností ochranného plynu je při svařování tavící se elektrodou nejvýznamnější jeho ionizační schopnost při použití inertního plynu vzniká velmi dlouhý oblouk a je zapotřebí svařovat s vyšším napětím ve srovnání se svařováním v CO2, kde je oblouk velmi krátký a vyžaduje nastavení nižšího napětí. Všeobecně platí zásada, že se pro argon a směsi plynů bohaté na argon nastavuje napětí vyšší o 4 až 10 V. Použití ochranných plynů pro svařování nelegovaných a nízkolegovaných ocelí metodou MAG Druh plynu Složení Použití CO 2 CO 2 99,9% Svařování tenších plechů při zkratovém přenosu kovu v oblouku, hluboký závar, ale značný rozstřik Dvojsložkové směsi Ar + CO 2 Trojsložkové směsi Ar + CO 2 + O 2 Ar + 8 až 20% CO 2 Ar + 5 až 13% CO až 5% O 2 Stabilní elektrický oblouk, malý rozstřik, dobrý závar, universální použití Hladké a čisté svary, hlavně při mechanizovaném svařování, pozvolný přechod svaru do základního materiálu Čtyřsložkové směsi Ar + CO 2 + He + O 2 různé Stavba lodí, výroba kolejových vozidel, těžké strojírenství, maximální svařovací rychlost, nepatrný rozstřik 48

49 9. Nejpoužívanější druhy svarů 9.1. V svar v poloze vodorovné shora Připravené dílce z nelegované oceli tloušťky 10 až 15 mm se sestaví s kořenovou mezerou 3 mm a na obou koncích zajistí asi 15 mm dlouhými stehy. Stehované dílce se předehnou o 2 až 3 mm. Pro snadnější zvládnutí této úlohy se použije pro svařování kořenové vrstvy elektroda průměru 2,5 mm. Oblouk se zapálí na. stehu, ihned po zapálení se seřídí délku oblouku, u konce stehu se krátce zdrží, aby došlo k dokonalému spojení stehu s kořenovou housenkou a stejnoměrným postupem při dodržování co nejkratšího oblouku vede tavnou lázeň zleva doprava. Elektroda je vedena ve svislé rovině kolmo na housenku. Sledujeme dokonalost průvaru nejen zrakem, ale i sluchem. Změna praskotu, charakteristického pro pravidelné odtavování elektrody s bazickým obalem znamená, že se buď kořenová mezera zalila svarovým kovem a nebude potřebný průvar, nebo se propaluje a z vnější strany bude průvar příliš velký, případně se vytvoří tzv. krápníky. Při přerušení svaru se očistí řádně jeho ukončení v délce asi 10 mm. Oblouk znovu zapálí na očištěném svaru a na jeho konci mírným vtlačením elektrody do kořene zajistí dokonalé napojení. Tak postupujeme rovnoměrně až do ukončení svaru, kde se mírně vrátí, aby vyplnil koncový kráter, a zhasne oblouk. Po řádném očištění kořene svaru od strusky a rozstřiku přikročíme ke svařování další vrstvy elektrodou průměru 4 mm. obr. 29 Sestavení V svaru Elektroda, která je vedena přímočaře, dělí úhel rozevření na polovinu, ve směru svařování je odkloněna od kolmice o úhel asi 26 na začátku svařování, asi od poloviny délky svaru se mírně napřimuje a u konce svaru se úhel zmenší přibližně na 10 u elektrody kyselé a bazická elektroda se vychýlí o 10 do protisměru. Při přerušení svaru a jeho napojení se postupuje stejně jako při návarových housenkách ve vodorovné poloze shora. Postup svařování je patrný z obrázku. Po řádném očištění druhé vrstvy se svařuje vrstva třetí. Vzhledem k šířce této vrstvy se volí příčně kývavý pohyb elektrody o průměru 4 mm. Sklony elektrody zůstávají stejné jako u předchozí vrstvy. Pro dosažení vrstvy s plochým povrchem je tavná lázeň vedena mírnými obloučky ve směru svaru. Třetí svarová vrstva musí končit asi 1,5 mm pod horními hranami. To umožní rovnoměrné vedení tavné lázně krycí vrstvy a její správné převýšení. Pro krycí vrstvu se použije opět elektroda ø 4 mm (možno i 5 mm). Svařuje se pohybem příčně kývavým s obloučky proti směru svaru, čímž se dosáhne mírného převýšení (2 až 3 mm) povrchu svaru s plynulým přechodem housenky do základního materiálu. 49

50 obr. 30 Svařování V svaru obr.31 Svary na podložce: a)měděné, b)ocelové Tato úloha je velmi náročná na pozornost a zručnost svářeče. V provozech při sériové výrobě se pro vyloučení vad hlavně v kořenu svaru a pro zvýšení produktivity svařování ulehčuje svářečům práce tím, že kořen svaru se podkládá buď měděnou nebo ocelovou podložkou, nebo se po svaření kořen drážkuje kyslíkoacetylénovým plamenem, případně uhlíkovou elektrodou a vzniklá drážka se zavaří ze strany kořene V svar v poloze svislé Sestehované, mírně předehnuté dílce se upnou do polohovadla úkosem proti sobě tak, aby vrchní část desek byla proti očím. Postup svařování všech vrstev bude zdola nahoru. U obou typů elektrod bude při svařování kořenové housenky jejich osa nakloněna od kolmice o úhel asi 5º směrem dolů. Elektroda s bazickým obalem se vede přímočaře a elektroda s obalem kyselým mírnými obloučky proti směru postupu svaru, čímž její hustě tekoucí struska stéká na již vytvořený svar. Pro přerušení a znovu napojení kořenové vrstvy platí tytéž zásady jako u V svaru v poloze vodorovné shora. Postup svařováni kořene svaru je patrný z obrázku

51 obr.32 V svar v poloze svislé Po očištěni kořenové vrstvy se pokračuje svařováním druhé vrstvy. Při svařování elektrodami s bazickým obalem na plechu tloušťky 10 mm je to vrstva předposlední, při svařování elektrodami s obalem kyselým, které mají hlubší závar a řidší tok, je nutno provést ještě dvě vrstvy. Vedení elektrody a její sklony jsou ve výplňových vrstvách stejné. Svarové housenky musí být ploché s plynulým přechodem do základního materiálu a předposlední vrstva končí 1 mm pod horními svarovými hranami. Po zapálení oblouku zaformuje svářeč začátek krycí vrstvy na spodním okraji desky a. rovným příčně kývavým pohybem postupuje zdola nahoru. Elektrodu při příčně kývavém pohybu vede tak, aby překryla vždy polovinou svého průměru hranu úkosu. Přesné dodržování postupu zaručí stejnou šířku, výšku a pravidelný povrch housenky s plynulým přechodem do základního materiálu. Sklony elektrod zůstávají stejné jako při svařování předposlední vrstvy Koutový svar v poloze vodorovné shora Správně provedený koutový svar tvoří rovnoramenný pravoúhlý trojúhelník s plynulým přechodem do základního materiálu, stojiny i pásnice. Jednovrstvým svarem v poloze vodorovné můžeme bez vady docílit maximálního rozměru svaru 5 mm. Máme-li docílit většího rozměru svaru, je nutno jej provádět ve dvou, třech i více vrstvách. Jednotlivé vrstvy jsou na sebe kladeny od pásnice k stojině. Při svařování první vrstvy elektroda dělí pravý úhel svíraný dílci na polovinu. 51

52 Ve směru svařování je odkloněna od kolmice, a to elektroda s obalem kyselým o úhel asi 40 na začátku svařování a asi od dvou třetin délky svaru se úhel změní na 20. Elektroda s obalem bazickým je na začátku svařování odkloněna od kolmice o úhel přibližně 30, od poloviny délky svaru se úhel zmenšuje a u konce je elektroda kolmo. Druhá vrstva je založena na pásnici. Tavná lázeň se vede tak, aby housenka z poloviny překrývala předchozí vrstvu a z poloviny základní materiál. Třetí vrstva začíná na stojině. Housenka svou polovinou překrývá předchozí housenku a polovinou tvoří přechod do stojiny. Sklony elektrod u druhé a třetí vrstvy jsou uvedeny na obr. 33. Sklony elektrod podél svaru jsou stejné jako u první vrstvy. Jednotlivé housenky musí být rovnoměrné s plynulým přechodem do základního materiálu. obr.33 Vedení elektrody u koutového svaru 9.4. Koutový svar v poloze svislé U koutového svaru v poloze svislé je možno dosáhnout dokonalého spoje jednou vrstvou (tj. bezchybný průvar kořene a plynulý bezvrubý přechod do základního materiálu) do rozměru svaru 8 mm. Jednovrstvý svar tohoto rozměru vyžaduje od svářeče již značné zkušenosti. Směr svařování bude zdola nahoru. Při svařování první vrstvy dělí elektroda úhel svíraný dílci na. polovinu. Ve směru svařování je odkloněna o úhel asi 10 od kolmice dolů. Pro dosažení plochého kořene svaru se elektroda vede mírným příčně kývavým pohybem; přitom se sleduje dokonalé natavení hrany styku stojiny s pásnici. Úhel sklonu i vedení platí pro bazickou i kyselou elektrodu. Druhá vrstva je svařována opět elektrodou ø 2,5 mm, ale při příčně kývavém pohybu se její úhel mění až o ± 10. aby byl zajištěn plynulý bezvrubý přechod do obou svarových ploch. 52

53 obr.34 Vedení elektrodu u koutového svaru ve svislé poloze 53

54 10. Svařování plamenem a řezání kyslíkem Bezpečnost práce při svařování plamenem a řezání kyslíkem Při svařování plamenem a řezání kyslíkem dochází k úrazům, které bývají způsobeny neznalostí předpisů o zacházení s těmito plyny. Tyto předpisy jsou uvedeny v ČSN. Svařovat plamenem nebo řezat kyslíkem smějí pouze osoby, které splňují následující podmínky: dovršily 18 let věku, b) absolvovaly výcvik a složily zkoušku podle ČSN, c) byly uznány při lékařské prohlídce zdravotně způsobilé ke svařování nebo řezání, byly ustanoveny organizací svařovat plamenem nebo řezat kyslíkem, mají platný svářečský průkaz. Výstroj svářeče K předepsaným osobním ochranným pomůckám patří: pracovní oděv impregnovaný proti hoření, kožené rukavice s dlouhými manžetami, pokrývka hlavy, vysoké kožené boty, kožené kamaše, kožená zástěra - pro řezání. Výzbroj Svářeč potřebuje ke své práci: ruční kladívko, plochý a křížový sekáč, ocelový kartáč, brýle s tmavými skly brýle s čirými skly pro ochranu zraku při čištění povrchu dílce. Přeprava lahví od výrobce ke spotřebiteli Láhve se přepravují buď po železnici, nebo auty podle předpisů pro přepravu lahví se stlačenými plyny. Při skládání z vozu se nesmějí láhve shazovat, ale musí se skládat smykem na tlumící podložku, aby se zamezily nárazy, které by mohly mít za následek poškození láhve popř. by mohly být příčinou vzniku netěsnosti lahvového ventilu. Láhve se mohou přepravovat pouze na odpérovaných vozidlech, musí být uloženy na pevné ložné ploše (nesmí být výklopná), a to tak, aby lahvové ventily byly v jednom směru, dokonale uzavřené a zajištěné proti vzájemným nárazům. 54

55 Vozidla musí být označena daleko viditelným nápisem "NEBEZPEČNÝ NÁKLAD", a to při dopravě pěti a více lahví (přepočteno na láhve o vodním obsahu 40 l). Láhve musí být chráněny před působením slunečních paprsků. Kyslík se nesmí přepravovat společně s mastnými látkami. Láhve se nesmí dopravovat v osobních a dodávkových vozech, kde je prostor pro řidiče spojený s prostorem pro láhve. Láhve po dopravě na pracoviště běžnými vozidly, pojízdnými dílnami nebo pojízdnou laboratoří apod. se musí před svařováním vyložit z dopravního prostředku. Vozidla musí být vybavena vzhledem k dopravovanému plynu vhodným hasicím přístrojem. Přeprava lahví na pracovišti Láhve se nesmějí přepravovat jeřáby s elektromagnetickým upínáním nebo bez koncových vypínačů a ostatními jeřáby pomocí lan, řetězů apod. Nesmějí se přepravovat kutálením v poloze vodorovné, za ochranný klobouček a za ochrannou patku a na ramenou (jednou i dvěma osobami). Jakákoli přeprava lahví bez ochranného kloboučku nebo s nasazeným redukčním ventilem je zakázána (poškození lahvového a redukčního ventilu). Přepravovat láhve lze těmito způsoby: Jeřáby s koncovými vypínači a elektrickou brzdou. Pro přepravu lahví jeřábem musí být zhotoven ocelový koš (a to maximálně pro dvě láhve), konstruovaný tak, aby nemohl vyklouznout z jeřábového háku. Tuto přepravu musí schválit bezpečnostní technik a lze ji provádět za přítomnosti dílovedoucího, mistra nebo svařovacího technologa. Láhve lze rovněž přepravovat na elektrických vozících (ještěrkách). Osoba obsluhující vozík musí být poučena o vnitropodnikové přepravě plynových lahví. Na krátké vzdálenosti se může láhev přepravovat kutálením v poloze svislé v mírném sklonu. Kde je přeprava lahví obtížná (bažinatý terén apod.), používají se pro přepravu lahví speciální nosítka. Za normálních podmínek je nejvhodnější přeprava lahví na dvoukolovém speciálním vozíku. Dopravují-li se láhve výtahem, nutno je dokonale zajistit. Nedodržení předepsaných pokynů vážně ohrožuje bezpečnost nejen osob, které láhve přepravují, ale i celého nejbližšího okolí. Umístění lahví na pracovišti Láhve se nesmějí umísťovat v blízkosti jiskřivých elementů, v prostoru pod jeřábovou drahou. Láhve, ze kterých se odebírá plyn, umístěné. v provozních místnostech, musí být vzdáleny od výhřevných těles aspoň 1 m, avšak od místa, kde se svařuje nebo řeže a od provozních nebo výhřevných zařízení s otevřeným ohněm, alespoň 3 m. Kde je nebezpečí zahřátí láhve sálavým teplem (např. z pece), musí se láhve chránit před zahřátím tepelně izolační stěnou. Vzájemná vzdálenost dvou souprav musí být nejméně 3 m, anebo musí být od sebe odděleny nehořlavou pevnou stěnou. Na jednu hořákovou soupravu mohou být na pracovišti nejvíce dvě zásobní láhve téhož plynu. 55

56 Upevnění lahví na pracovišti Jednotlivé láhve musí být zajištěny proti skutálení, popř. proti pádu řetízky, objímkami nebo mohou být ve speciálních stojanech, na dvoukolovém vozíku, popř. mohou být uloženy na trámcích, (avšak nejméně ve sklonu 30 měřeno od podlahy (lahvovým ventilem vzhůru) a musí být řádně zajištěny po obou stranách klíny proti skutáleni. Bezpodmínečně musí být dodržen sklon 30 u acetylenové láhve, aby nemohlo dojít ke strhávání acetonu z láhve, což by mohlo způsobit znečištění otvoru injektoru i plamene. Zakazuje se upevňovat láhev vázacím drátem. Vzniká tím nebezpečí, že při jeho zkrucování dojde k zeslabení, popř. i k jeho prasknutí, láhev se může snadno překotit a narazit lahvový ventil, což může způsobit explozi. Zacházení s lahvemi na pracovišti Před manipulací s lahví je svářeč povinen zbavit se případné mastnoty na rukou a oděvu. Dále se musí přesvědčit, zda je na láhvi uvedeno datum poslední periodické zkoušky, které nesmí být starší než 5 let. Je li datum starší než 5 let, musí se láhev označit jako vadná (nápisem bílou křídou "vadná") a vrátit do plnírny současně s písemným sdělením, v němž se uvede evidenční číslo vadné láhve a stručný popis zjištěné závady (např. "datum periodické zkoušky starší než 5 let"). Sdělení se píše trojmo. Originál sdělení je určen pro plnírnu, 1 kopie se vloží do ochranného kloboučku vadné láhve, druhá kopie zůstává jako doklad o provedené reklamaci. Byla-li acetylenová láhev přepravována na větší vzdálenost, je nutné ji ponechat před použitím nejméně 1 hodinu v klidu, aby se zamezilo nadměrnému unikání acetonu a aceton se tak mohl rovnoměrně rozložit v pórovitém prostředí uvnitř láhve. Při práci na volném prostranství je třeba v letní době chránit láhve před slunečními paprsky a občas je chladit vodou. Ochranný klobouček je třeba řádně uložit. Je zakázáno používat jej k jiným účelům (např. jako nádobu na olej, barvu, vazelínu apod.). Před nasazením redukčního ventilu je nutno z láhve odfouknout nepatrnou část kyslíku, aby se odstranila případná nečistota z výstupního otvoru. Při otvírání a zavírání lahvového ventilu je zakázáno používat jakékoli násilí (např. hasák). Pozor! Odfoukávání acetylenu, jakož i ostatních hořlavých plynů z lahví není dovoleno. Kyslík se nesmí nikdy používat místo stlačeného vzduchu, např. ke zkoušení tlakových nádob a jejich větrání, při stříkání barev apod., protože hrozí nebezpečí výbuchu. Je nutno si uvědomit, že kyslík ve styku s mastnotou vytváří samozápalnou výbušnou směs! Při přerušení práce se musí uzavřít ventily na hořáku a výstupní ventil od hadic. Při delším přerušení práce se musí uzavřít též lahvové ventily a povolit regulační šrouby redukčních ventilů. Pro odběr kyslíku lze použít jen manometr) který je opatřen nápisem "Kyslík" anebo "Tuku prostý". Kyslíkové manometry se nesmějí používat pro jiné plyny. Láhve na stlačené plyny se mohou vyprazdňovat do přetlaku 50 kpa. Vyprazdňování lahví pro acetylen je závislé na okolní teplotě. 56

57 Z láhve pro acetylen je možno odebírat maximálně l acetylenu za hodinu. V případě větší spotřeby plynu je nutné spojit dvě láhve ("dvojče"), nebo použít baterii lahví, jinak by došlo ke strhávání acetonu a dalším nepříznivým následkům. Hadice 1. Nové hadice se musí před použitím propláchnout teplou vodou a profouknout vzduchem prostým mastnoty, aby se z nich odstranila případná nečistota (např. klouzek), hadice určené pro kyslík se profouknou kyslíkem. 2. Nesmějí se používat zpuchřelé hadice, protože by se mohly přetrhnout. Zpuchřelou hadici zjistíme při jejím ohnutí tím, že na vnější straně ohybu jsou patrné zářezy (vruby). 3. Nejmenší délka hadic musí být 5 m. Stejně tak i hadic k prodloužení. 4. Hadice se k nátrubkům upevňují svorkami nebo páskami. Pozor! Upevňování hadic na nátrubky vázacím drátem je přísně zakázáno, neboť drát vytvoří na hadici vrub, který ji oslabuje a může tak dojít k jejímu protržení. 5. Hadice určené pro acetylen se nesmějí spojovat měděnými nátrubky nebo takovými, které obsahují více než 70 % mědi. Při styku acetylenu s mědí se vyvíjí třaskavá směs. 6. Při práci nesmí svářeč hadice ovinout kolem těla nebo je přehodit přes rameno. Při náhodné netěsnosti by mohlo dojít k nasáknutí oděvu plynem a k jeho vznícení. 7. Na přechodech a přejezdech musí být hadice náležitě chráněny, aby nedošlo k jejich poškození (v místě přechodu se musí hadice uložit do pancéřových trubek, stružek apod.). 8. Netěsná místa hadic se nesmějí opravovat izolační páskou. Vadné místo se musí vyříznout a musí se použít vhodná spojka. 9. Hadice se nesmějí vzájemně zaměňovat. Hadice pro kyslík jsou dimenzovány na vyšší tlak než hadice pro hořlavý plyn. Hadice pro acetylen použitá pro kyslík by snadno praskla. 10. Hadice je nutno udržovat v naprosté čistotě. 11. Před začátkem každé práce je nutné překontrolovat těsnost hadic a spojů. Před začátkem práce na místech se zvýšeným nebezpečím se musí těsnost hadic a spojů přezkoušet mýdlovou vodou. Svařovací přístroj a příslušenství Svařovací přístroj i s příslušenstvím, např. hořáky, redukční ventily, hadice apod. musí svářeč udržovat v dobrém stavu, musí je chránit před jakýmkoli znečištěním a poškozením. Vadné svařovací přístroje a jejich příslušenství se musí vyřadit z provozu. Svářeč nesmí sám rozebírat a opravovat svařovací přístroje a příslušenství, pokud nejde jen o výměnu těsnění, čištění špiček hořáku a opravu hadic. Svařovací hořáky a řezací nástavce musí být v rukojeti dostatečně dotaženy, aby mezi těsnícími plochami nepronikal kyslík do přívodu acetylenu. Skříně na 57

58 úschovu připojených hadic a přístrojů, např. pohyblivých svařovacích zařízení, musí mít dostatečně velké otvory pro větrání. Připojené hořáky se nesmějí uskladňovat do nevětraných skříněk, např. do skříněk na nářadí. Nasazování redukčních ventilů na láhve Po odfouknutí kyslíku z láhve (asi po dobu jedné sekundy), po kontrole výstupního otvoru acetylenové láhve a po kontrole těsnění a redukčních ventilů lze oba redukční ventily upevnit (nasadit k lahvím). Redukční ventily musí být upevněny tak, aby byly rovnoběžné s podélnou osou láhve. Pro utěsnění přípojky redukčního ventilu se používá těsnění fíbrové nebo z měkké pryže. Je zakázáno používat redukční ventily poškozené (rozbité sklo manometru, nefungující manometr, poškozený závit apod.). Kontrola těsnosti redukčních ventilů 1. Uzavře se nízkotlaká část redukčního ventilu tím, že se regulační šroub dostatečně uvolní a uzavře se výstupní ventil do hadic. 2. Svářeč oběma rukama pozvolna pootevře lahvový ventil a vyčká až ručička obsahového manometru dostoupí na maximální tlak. Při této manipulaci musí svářeč bezpodmínečně stát stranou, aby při případné nečistotě v redukčním ventilu nebyl vystaven nebezpečí úrazu. 3. Svářeč opět uzavře lahvový ventil a přesvědčí se o těsnosti, kterou si ověřuje pozorováním, zda neklesá ručička obsahového manometru. Místo netěsnosti se zjišťuje pomocí mýdlové vody. Zjišťování netěsnosti otevřeným ohněm je přísně zakázáno! Obvykle je netěsnost na straně vysokotlaké zaviněna poškozeným těsněním nebo nedostatečným dotažením ocelového třmene u acetylenu nebo u kyslíku nedostatečným dotažením převlečné matice. Pokud se vyskytne netěsnost přímo u lahvového ventilu pro kyslík nebo acetylen, musí se láhev vyřadit, označit jako vadná a vrátit ihned plnírně s příslušným reklamačním sdělením. 4. Stoupá-li ručička pracovního manometru při uvolněném regulačním šroubu, netěsní nízkotlaká část redukčního ventilu (netěsní kuželka mezi vysokotlakou a nízkotlakou komorou) a redukční ventil se musí vyměnit za nový. Netěsnost se může projevit též v místě závitu obsahového nebo pracovního manometru. Netěsnosti spojů se zjišťují mýdlovou vodou. Zamrzlé redukční ventily se rozmrazují jen přikládáním hadrů namočených do horké vody nebo poléváním horkou vodou, nikdy ne plamenem a žhavým předmětem. Ověřovací zkouška nízkotlakých hořáků Po připojení hořáku na kyslíkovou hadici je nutno se přesvědčit o jeho nasávacím účinku, který se zjistí na acetylenové hadicové přípojce po otevření obou ventilů na hořáku. Nasávací účinek se projeví podtlakem na hadicové přípojce pro acetylen. Jestliže se nasávací účinek neprojeví, uniká-li naopak z hadicové přípojky kyslík, je porucha na hořáku, který musí být co nejdříve opraven. Porucha může být způsobena bud ucpáním hubice, nedostatečným utažením nástavce nebo také ucpáním otvoru injektoru. Zapalování a zhasínání plamene Nejdříve se otevře na hořáku ventil pro acetylen, který vytlačí vzduch z hadice (2 až 4 sekundy podle délky hadice), mírně se pootevře na hořáku ventil pro kyslík a po zapálení se upraví na požadovaný plamen (přidáváním kyslíku). 58

59 Při zhasínání se uzavře nejdříve ventil pro acetylen a po něm ventil kyslíkový. O náležitém zhasnutí plamene se svářeč přesvědčí tím, že ještě jednou otevře acetylenový ventil. Pokud by nebyl plamen zhasnutý, vyšlehne z hořáku plamen. V takovém případě je nutno celý postup opakovat. Zpětné šlehnutí plamene, jeho příčiny a následky Je-li rychlost hoření plynu vyšší než jeho výstupní rychlost z hořáku, vnikne plamen do hořáku a nastává zpětné šlehnutí, které se v injektoru projevuje pískáním a střílením hořáku. Při zpětném šlehnutí může vniknout plamen do hadic, popř. až k láhvi. Zpětné šlehnutí může být způsobeno: 1. Zmenšením výstupního otvoru vlivem usazování rozstřiku na vnější straně nebo uvnitř špičky hořáku. 2. Nastavením příliš nízkého tlaku plynu. 3. Přiskřípnutím hadice (např. v místech přechodu a přejezdu) v důsledku nedostatečné ochrany. 4. Při zevním ohřátí hořáku na zápalnou teplotu plynu (např. sálavým nebo přímým teplem při práci v malých prostorách nebo při ohřevu dílce na větší teplotu apod.). V takovém případě je vhodné chránit hořák před nahřátím osinkovou šňůrou namotanou na hořák a mírně namočenou ve vodě. 5. Ucpáním injektoru nečistotou z hadic (klouzkem), nadměrným unikáním acetonu a sazemi. 6. Při nadměrném odběru acetylenu nad 1000 l.h -1 a malém obsahu plynu v láhvi. Acetylen se nestačí uvolnit a dochází ke strhávání acetonu. 7. Při zamrzání lahvového nebo redukčního ventilu pro kyslík na povrchu láhve (v místě zúžení) se vytváří jinovatka, což je příznakem nadměrného odběru kyslíku. 8. Příliš přiškrcený hořák (nastavení příliš měkkého plamene). Ke zvýšení bezpečnosti se doporučuje používat hadicovou pojistku proti zpětnému šlehnutí plamene. Dojde-li ke zpětnému šlehnutí, je nutno ihned uzavřít na hořáku ventil pro kyslík a vzápětí ventil pro acetylen. Potom je nutno hořák ponořit do nádoby s vodou. Aby se zamezilo vniknutí vody do hořáku, je třeba ihned otevřít ventil pro kyslík. Po několika sekundách se hořák vyjme z vody a ventil pro kyslík se uzavře. Případné nečistoty (rozstřik) ze špičky hořáku se odstraní pouze z vnitřní strany špičky, aby nedošlo k jejímu poškození (k excentricitě otvoru). V práci se může pokračovat až po zjištění a odstranění závady. Opatření při nebezpečí vznícení nebo výbuchu Dojde-li z jakéhokoli důvodu, např. po zpětném šlehnutí plamene nebo vnějším ohřevem k zahřívání láhve s acetylenem, postupujeme takto: a) Jestliže je láhev ohřátá asi na 50 C (teplota, kterou ještě vydrží ruka při dotyku s lahví), uzavře se lahvový ventil, odpojí se redukční ventil a láhev se co nejrychleji odstraní z pracoviště na volné prostranství a ihned se přikročí k jejímu ochlazování z chráněného místa ostřikováním vodou (např. z hydrantu). Nebo se ponoří do vody na tak dlouho, dokud se po přerušení chlazení nepřestane ohřívat. Příslušný prostor je třeba vyhlásit za ohrožený a zabránit přístupu nepovolaných 59

60 osob. Jestliže je láhev na vozíku společně s kyslíkovou lahví, pak se obě ihned uzavřou, vyvezou na volné prostranství a tam se po odstranění kyslíkové láhve zahřátá acetylenová láhev chladí z chráněného místa vodou. b) Jestliže je láhev ohřátá nad 50 C (teplota, kterou ruka při dotyku s lahví již nevydrží), uzavře se lahvový ventil, láhev se odstraní z pracoviště a ihned se začne chladit vodou z chráněného místa. Jestliže již není možno lahvový ventil uzavřít nebo láhev odstranit z pracoviště, pak se vypne přívod elektrického proudu v ohroženém prostoru, pracoviště se vylidní a ihned se začne láhev chladit z chráněného místa. Při trvalém poklesu na asi 50 C se dále postupuje podle ustanovení ad a). c) Nastane-li zahřátí láhve na místě, kde nejsou k dispozici chladící prostředky, je třeba láhev podle možnosti uzavřít, prostor vyklidit a vzniklou situaci hlásit útvaru požární ochrany a orgánu veřejné bezpečnosti. Láhve, které byly vystaveny působení ohně, žáru nebo se zahřívaly, musí se zřetelně označit "OHŘÍVANÁ" a odstranit z provozu. Plnírně se o tom musí podat písemná zpráva Zařízení pro svařování plamenem Svařování plamenem je spojování kovů v tekutém stavu pomocí plamene, který vzniká hořením směsi plynu hořlavého a plynu hoření podporujícího. a) Plyny hořlavé: acetylen, vodík, propan-butan, svítiplyn, metan a páry kapalného plynu nebo benzolu. b) Plyny hoření podporující: kyslík, vzduch. Technické plyny Acetylen je uhlovodík C2H2, obsahující 92,2 % C a 7,8 % H2. Při normální teplotě a atmosférickém tlaku hoří bílým plamenem a vyvíjí množství sazí. Smíchán se vzduchem tvoří výbušnou směs v rozmezí od 2,3 do 82 % obj. s největší účinností při obsahu 13 % obj. C2H2.Teplota plamene směsi acetylen-vzduch je C. Smíchán s kyslíkem poskytuje plamen o maximální teplotě C a tvoří výbušnou směs od 2,3 do 93 % obj. C2H2. Nejvyšší výbušnosti dosahuje směs kolem 30 % C2H2. S mědí, stříbrem a rtutí tvoří acetylen výbušné sloučeniny. Při vyšší teplotě a tlaku se acetylen rozkládá na složky: C2H2 = 2 C + H kj. kg -1, Vlastnosti chemicky čistého acetylenu: Molekulární hmotnost 26,04. Hustota plynu při teplotě 0 C a tlaku 101,325 kpa je 1,171 kg. m -3. Teplota varu při tlaku 101,325 kpa je -83,8 C. Hustota technického acetylenu v láhvi používaného v průmyslu je 1,1 kg. m -3. Nejnižší zápalná teplota s kyslíkem (při 80 % C2H2. ve směsi) je 350 C Vodík (H2) Molekulární hmotnost je 2,016, hustota 0,0899 kg. m -3 při teplotě 0 C a tlaku 101,325 kpa, Pro technické účely se vyrábí elektrolýzou vody nebo rozkladem vodní páry v generátorech. Se vzduchem vytváří třaskavou směs v rozmezí 4,1 až 74 % obj. obsahu H2, zápalná teplota směsi s kyslíkem je 397 C. Teplota plamene 60

61 vodíkovzduchového je C, plamene vodíkokyslíkového 2100 C. K dokonalému spálení 1 m 3 vodíku je potřeba. 0,5 m 3 kyslíku nebo 2,4 m 3 vzduchu. Vodík se dodává v láhvích pod tlakem 15 MPa. Jeho plamen používáme při svařování kovů s nižší teplotou tavení, při pájení a řezání kovů. Propan - butan (C3H8 + C4H10) Tyto uhlovodíky vznikají jako vedlejší produkty při výrobě syntetického benzínu. Dodávají se v nádobách ve zkapalněném stavu jako směs proměnného poměru. Při odběru se odpařuje rychleji propan. Technický propan-butan obsahuje asi 20 % propanu a 80 % butanu. Je těžší než vzduch, není jedovatý a zapáchá po tlejících látkách. Směs se vzduchem je výbušná v rozmezí 1,9 až 9,5 % obj. plynů ve směsi. Samotný propan-butan hoří čadivým plamenem. S kyslíkem dává plamen, který má teplotu C. Používá se pro svařování kovů s nižší tavicí teplotou, k pájení, řezání kovů a k ohřevům při tepelném zpracování. Plamen je značně labilní, proto se zařízení speciálně upravuje. Svítiplyn Obsahuje vodík, metan, oxid uhelnatý, oxid uhličitý aj. Do tlakových lahví se neplní. S kyslíkem hoří plamenem o teplotě C. Teplota plamene dovoluje využívat ho jen pro pájení a řezání kovů. Benzín Směs kapalných uhlovodíků. Před použitím je nutné odpařit kapalinu, což vyžaduje zvláštní úpravu zařízení. Plamen dosahuje teploty 2400 C. Kromě použití při tvrdém pájení se uplatňuje při řezání kovů pod vodou. Kyslík (O2) Molekulární hmotnost je 32,000, hustota. 1,429 kg. m -3 při teplotě a tlaku 101,325 kpa. Při atmosférickém tlaku zkapalní plynný kyslík při teplotě - 182,95 C na ocelově modrou kapalinu (1 litr kapalného kyslíku = 800 l plynného kyslíku). S četnými prvky se kyslík slučuje a tvoří oxidy. Oxidace probíhá buď pozvolna (koroze), nebo prudce (hoření). Při styku kyslíku s mastnotou nastává samovznícení explozívního charakteru. Vyrábí se ve 3 jakostech: A-99,2 % O2; B-98,5 % O2; C-97,0 % O2 Ke svařování některých materiálů postačí nižší teplota plamene a kyslík je možno nahradit vzduchem. Plamen si pomocí injektorových zařízení přisává potřebné množství vzduchu z atmosféry nebo se vzduch přivádí z centrálních rozvodů. Pro jednotlivá pracoviště, kam se vzduch nerozvádí, používá se stlačený vzduch z lahví. Stlačený vzduch - směs plynů v objemovém složení 78 % N2, 20,9 % O2 zbytek vzácných plynů a příměsí. Molekulární hmotnost je 28,95. Teplota. varu při tlaku 101,325 kpa je -194 C. Hustota plynného vzduchu při teplotě 0 C a tlaku 101,325 kpa je 1,29 kg. m -3. Dodává se stlačený na 15 MPa v ocelových lahvích, prostý oleje. 61

62 Redukční ventil Snížení tlaku plynu v láhvi na tlak pracovní zajišťuje redukční ventil. Umožní také stálý pracovní tlak v době svařování, kdy tlak v nádobě v důsledku odběru plynu klesá. Pro každý druh plynu používáme odlišný redukční ventil barevně označený. Těleso redukčního ventilu má část vysokotlakou a část nízkotlakou. Každá z částí má svůj manometr. Vysokotlaký manometr 1, zvaný obsahový, udává tlak plynu v láhvi, nízkotlaký 2, nazývaný pracovní, slouží ke kontrole nastavené hodnoty pracovního tlaku. obr.35 Schéma redukčního ventilu: 1-vysokotlaký manometr, 2-nízkotlaký manometr, 3- membrána, 4- regulační pružina, 5-regulační šroub, 6-výstupní ventil, 7-hadicový nátrubek, 8-tlakový kolík, 9- váleček, 10-přípojka, 11-kuželka, 12- vratná pružina obr.36 Redukční ventil a)acetylenový, b)kyslíkový Obsluha redukčních ventilů Redukční ventily je třeba udržovat v nezávadném stavu, chránit je před nečistotou a mastnotou. Před nasazením redukčního ventilu se obsluha přesvědčí, zda je redukční šroub uvolněn. Prohlédne přesuvnou matici a ověří stav těsnění. Šroubování přesuvné matice (příp. šroubu ve třmenu) se musí věnovat pozornost a nesmí se používat násilí. Dotažení se provádí klíčem potřebného rozměru. Redukční ventily se upevní ve svislé poloze, aby plamen, který by mohl vyšlehnout z hadicového nátrubku, nezasáhl vlastní ani sousední láhev. Po otevření 62

63 lahvového ventilu stoupá ručička obsahového manometru a ukáže tlak plynu v láhvi. Pozvolným otáčením regulačního šroubu proti směru otáčení hodinových ručiček vniká plyn do nízkotlaké části a na stupnici pracovního manometru ukáže ručička tlak, jehož výše se nastavuje podle potřeby. Po otočení ručního kolečka výstupního ventilu prochází plyn nátrubkem do hadic. Kontrola činnosti Po montáži redukčního ventilu se ověří jeho činnost. Regulační šroub musí zůstat uvolněný. Otevře se a po několika okamžicích opět uzavře lahvový ventil. Tlak na stupnici obsahového manometru nesmí klesat. Jestliže se tlak snižuje, jde zpravidla o vnější netěsnost, která se zjistí mýdlovou vodou. Tento postup slouží k ověření vysokotlaké části. Nízkotlaká část se zkouší při otevřeném lahvovém ventilu a nastaveném pracovním tlaku uzavřením výstupního ventilu. Nastavený pracovní tlak nesmí stoupat. Závadu uvnitř ventilu odstraní pouze odborná opravna. Hadice Hadice slouží k převodu plynů od redukčních ventilů nebo jiných míst odběru do svařovacích nebo řezacích zařízení. Jsou pryžové, zesílené textilní vložkou. Hadice pro kyslík jsou dodávány v barvě modré, hadice pro acetylen v barvě červené, tloušťka stěny je 4 mm. Vnitřní průměry používaných hadic pro kyslík i pro acetylen jsou 6,8 a 10 mm. Nejmenší délka. hadic pro svařování musí být 5 m. K upevnění hadic na nátrubky se používají páskové svorky (Motex, SKF aj.), upevňování drátem není dovoleno. Před použitím se nové hadice propláchnou a profouknou. K prodlužování hadic na potřebné délky slouží hadicové spojky o světlosti 6 a 8 mm. Není dovoleno používat hadice poškozené nebo zpuchřelé. Pojistka proti zpětnému šlehnutí Pojistka zabraňuje proniknutí zpětného šlehnutí plamene hadicí do redukčního ventilu. Zároveň nedovolí vniknutí kyslíku do přívodu hořlavého plynu a vytvoření výbušné směsi. Zařízení se umísťuje do hadice pro přívod acetylenu ve vzdálenosti asi 1 m od hadicových nátrubků rukojeti. Svařovací soupravy Svařovací souprava se skládá z rukojeti se dvěma ventily, které slouží k ovládání přívodu hořlavého a hoření podporujícího plynu. Rukojeť má oválný tvar, je přizpůsobená dlani ruky a zakončena nátrubky k upevnění hadic. V přední části je spojena přesuvnou maticí s hořákovým nástavcem, opatřeným injektorem nebo mísicí tryskou. Konec nástavce tvoří hubice (špička). V hořákovém nástavci se oba plyny mísí za přetlaku potřebného k dosažení vhodné výstupní rychlosti. Podle konstrukce se rozdělují svařovací soupravy na nízkotlaké (injektorové) a vysokotlaké. Soupravy nízkotlaké Soupravy nízkotlaké (injektorové) jsou univerzální. Mohou se používat při odběru plynu z lahví a vyvíječů. Kyslík o tlaku 300 kpa proudí vrtáním injektoru do mísící komory a přisává potřebné množství acetylenu. Plyny se mísí v mísicí komoře hořáku a směs vystupuje otvorem hubice. Obr.36 Nízkotlaký hořák injektorový 63

64 K rukojeti patří sada výměnných nástavců, odstupňovaných podle tloušťky svařovaných materiálů. V jedné sadě jich bývá podle typu zařízení od čtyř do sedmi kusů. Soupravy vysokotlaké Příslušenství vysokotlaké svařovací soupravy tvoří rukojeť s ventily a nátrubky pro připojení hadic, hořákový nástavec a sada výměnných hubic. Hořákový nástavec nemá injektor. Oba plyny vstupují přes ventily hořákové rukojeti do mísicí komory pod pracovním tlakem. Velikost plamene se mění výměnou svařovacích hubic hořákového nástavce. Výhodou soupravy je malá citlivost na ohřev hubice a na změny výstupní rychlosti plynů. Nevýhodou zařízení je omezenost použití, vázáním na odběr acetylenu z lahví nebo vysokotlakých rozvodů. Používaná zařízení K vyráběným zařízením pro svařování plamenem směsí plynů acetylen-kyslík patří injektorová souprava. Zařízení je určeno pro svařování v automobilovém a leteckém průmyslu při pracích karosářských a klempířských. K rukojeti patří 6 ks hořákových nástavců, které umožňují svařovat materiál tloušťky 0,2 mm do 9 mm. Pro soupravu používáme tlaku kyslíku 0,3 MPa, tlaku acetylenu 5 až 100 kpa. obr.37 Svařovací hořák Svařovací plamen Plyn hořlavý a plyn hoření podporující jsou smíšené v určitém poměru, přicházejí hubicí hořáku a po zapálení tvoří plamen. Podle poměru míšení plynů se rozeznávají tři druhy plamene podle chemického účinku na tavnou lázeň: 1. Plamen neutrální s poměrem míšení O2 : C2H2 = 1 až 1,1 : 1. Plamen se vyznačuje ostře ohraničeným světelným kuželem. Spalovací proces má dvě fáze. V první fázi probíhá nedokonalé spalováni na povrchu světelného kužele při teplotě C. Acetylen, což je uhlovodík, se rozkládá na původní složky; uhlík se spaluje na oxid uhelnatý a vodík zůstává převážně volný. Oblast plamene přesahující světelný kužel o 8 až 10 mm má redukční účinek a jeho vliv na tavnou lázeň není podstatný. Teplo uvolněné v první fázi spalování označujeme jako výhřevnost acetylenu. Ve druhé fázi probíhá spalování ve vnější části plamene žlutavého zabarveni. Potřebný kyslík si vnější plamen odebírá ze vzduchu. Odběrem kyslíku ze vzduchu má vnější plamen oxidační účinek. obr.38 Svařovací plamen neutrální 64

65 2. Plamen karburační (nauhličující) s poměrem míšení O2 : C2H2 < 1. Plamen s přebytkem acetylenu má světelný kužel překrytý mlhavým závojem, jehož délka závisí na přebytku acetylenu Plamen karburační značně nauhličuje při svařování oceli tavnou lázeň i její ohřáté okolí. Plamen s přebytkem acetylenu se poulívá při navařování tvrdých kovů, při povrchovém tvrzení ocelí a při svařování lehkých kovů nebo jejich slitin. obr.39 Karburační plamen 3. Plamen oxidační (okysličující) s poměrem míšení O2 : C2H2 > 1,2 : 1 je takový plamen, u kterého je přebytek kyslíku větší než 20 %. Světelný kužel je krátký a podle přebytku kyslíku je zbarven od modré do modrofialové. Volný kyslík v oblasti světelného kužele se dostává do styku s roztaveným kovem a oxiduje ho. Oxidační plamen se podívá při svařování mosazi a některých druhů bronzů. Druhy plamene podle výtokové rychlosti Podle rychlosti, kterou vystupuje směs plynů z hubice svařovacího nástavce, se dělí plameny opět do tří skupin: 1. Plamen měkký - vyznačuje se malou výstupní rychlostí (méně než 100 ms -1 ) je značně labilní a často dochází k jeho zpětnému šlehnutí. 2. Plamen střední - nazývaný též normální (výstupní rychlost do 120 ms -1 ). Je stálý, nepůsobí svým dynamickým účinkem potíže při ovládání tavné lázně, je předpokladem dobré jakosti svaru při dostatečném výkonu. Je to nejčastěji používaný plamen při svařování. 3. Plamen ostrý - má velkou výstupní rychlost (nad 120 ms -1 ), projevující se silným dynamickým účinkem na tavnou lázeň, zvětšuje tepelné vlivy a intenzívně rozpouští plyny v tavné lázni. Jeho použití vede obvykle ke snížení kvality svaru. K převážné většině svařovacích prací se používá plamen neutrální o střední výstupní rychlosti, který ve vzdálenosti 2 až 3 mm od světelného kužele dosahuje maximální teploty, aniž by ovlivnil tavnou lázeň. Toto základní pravidlo o vzdálenosti je nutné při svařování plamenem zachovávat. Zpětné šlehnutí plamene Při používání acetyleno-kyslíkového plamene ke svařování, pájení, řezání kovů a drážkování nastává za určitých okolnosti nebezpečný jev, který se nazývá zpětným šlehnutím plamene. Vede k poškození svařovacího zařízení, k vyhoření redukčních ventilů a k explozi tlakových nádob, není-li pracovník obeznámen s příčinou jeho vzniku a s postupem k jeho omezeni a k likvidaci. Zpětné šlehnutí plamene se projevuje třeskavým výstřelem, po kterém plamen zhasne. Příčinou bylo vniknutí plamene zpět do mísící komory a výbuch směsí plynů v komoře. Vzniklý zvýšený tlak vytlačí plyny velkou rychlosti ústím hubice hořáku. Pokud probíhá zpětné šlehnutí tímto způsobem, nestává se ještě nebezpečným. Obvykle však pronikne zážeh z mísicí komory až k injektoru, kde hoření provází vysoký pisklavý zvuk. Není-li proces zlikvidován v tomto okamžiku, vzniká nebezpečí, že plamen 65

66 pronikne hadicí do redukčního ventilu a tlakové láhve a při prodlevě dochází k utavení nástavců hořákové rukojeti. Příčiny zpětného šlehnutí plamene 1. Výstupní rychlost směsi plynů ze svařovací hubice je menší než rychlost jejich hoření. Výstupní rychlost je ovlivněna množstvím plynu v tlakové nádobě, výší pracovního tlaku a seřízením plamene ventilky na rukojeti hořáku. 2. Nadměrný ohřev hubice sálavým teplem nebo teplem odraženého plamene (např. u koutových svarů). To způsobí samovznícení směsi plynů. 3. Proniknutí žhavé částečky kovu do hubice nástavce a zapálení směsi, popř. náhodný dotyk hubice a materiálu. Nastane-li zpětné šlehnutí plamene, musí obsluha bez prodlení uzavřít přívod plynů, tj. kyslíku a acetylenu ventily na rukojeti hořáku. Před dalším použitím je nezbytné ochladit nástavec a zjistit příčiny zpětného zážehu. K odstranění nebezpečných následků zpětného šlehnutí plamene je v hadici pro acetylen zařazena pojistka proti zpětnému šlehnutí. U některých typů hořáků je zabudována v rukojeti. Postup svařování Plamenem se svařují materiály o různých tloušťkách stěny, obvykle od 0,6 do 6 mm. Materiály, u kterých tloušťka stěny nepřesahuje 1 mm, se svařují bez použití přídavného materiálu. Větší tloušťky stěn se svařují plamenem s použitím přídavného drátu a rozlišují se dva způsoby podle vzájemné polohy hořákového nástavce a drátu ke směru postupu svařování. Je-li začátek svaru na pravém okraji svařovaných materiálů, svařování postupuje k levému okraji a přídavný drát se vede před hubicí hořáku, hovoří se o svařování vpřed (doleva). Předpokládá se však, že svářeč drží rukojeť hořáku v pravé ruce a přídavný drát v ruce levé. Drát odtavuje v jednotlivých kapkách. Svařování vpřed používáme pro materiály do tloušťky 4 mm. Pro větší tloušťky stěn se používá způsob svařování vzad (doprava) Svar se vede od levého okraje k pravému a nejprve se vede hořákový nástavec, za nímž postupuje přídavný drát. Tentokrát svářeč drát nevyjímá z lázně a promíchává ji. Při porovnání obou způsobů lze zjistit, že při svařování vpřed závisí tavení celého prořezu na odhadu a citu svářeče. Při svařování vzad usnadňuje natavený hruškový otvor svářeči kontrolu. Při svařování vpřed není svar chráněn plamenem, je přístupný vzdušné atmosféře a rychle chladne. Druhý způsob svařování umožňuje ochranu zhotoveného svaru plamenem proti vzdušné atmosféře a zajišťuje velmi pomalé chladnutí. Svar lemový Svařuje se bez přídavného materiálu. Roztavením lemu vznikne dostatečné množství kovu k dokonalému průvaru. Volí se nástavec 0,5 až 1, příp. 1 až 2. Sestehované olemované plechy se svaří vratným krokem ve dvou úsecích. 66

67 obr.40 Lemový svar Svar koutový v poloze vodorovné shora Nelegovaná ocel tloušťky 1,5 mm, svařovací drát ø 2.0 mm, svařovací nástavec 1 až 2. Plamen neutrální, postup vpřed. Očištěné vyrovnané plechy se zajistí na obou krajích krátkými stehy. Osa hořáku a osa drátu půlí úhel 90 svíraný dílci. Ve směru svařování je osa hořáku odkloněna od kolmice o úhel 40, osa drátu s osou hořáku svírá úhel 90. Svařování se zahájí na stehu vytvořením tavné lázně. Drát se přidává po malých kapkách stejnoměrně po celé délce svařovaných dílců. Správně provedený koutový svar musí mít plynulý přechod do základního materiálu stojiny a pásnice. obr.41 Svar koutový Svar koutový v poloze svislé Základní a přídavný materiál, nástavec i postup stejný jako u předchozího svaru. Sestehované dílce jsou upnuty v polohovadle v předepsané poloze. Směr svařování je zdola nahoru, postupem vpřed. Pásnice při svařování odebírá. mnohem více tepla než stojina, proto musí být v místě budoucího svaru ze zadní strany v celé výšce předehřátá. Svařování se zahájí na spodním stehu vytvořením tavné lázně a potom se pravidelně přidává po kapkách svařovací drát. Dbá se přitom na rovnoměrné rozděleni svarového kovu na stojinu a pásnici. 67

68 obr.41 Svar koutový ve svislé poloze Řezání kyslíkem Řezání kyslíkem je založeno na principu spalování kovů v proudu kyslíku. Pro řezání se používají speciální řezací nástavce nebo hořáky, které mají výměnnou řezací hubici, přes níž je navlečena výměnná hubice nahřívací. Středem řezací hubice proudí řezací kyslík a mezikružím mezi řezací a nahřívací hubicí je přiváděna. směs plynů (C2H2 + O2). Předehřívacím plamenem se ohřeje okraj řezaného materiálu na zápalnou teplotu, tj. pro ocel asi C( červené zbarvení), a pak se otevře ventilek řezacího kyslíku. Kyslík proudící otvorem řezací hubice spaluje předehřátý kov a svým tlakem vyfukuje zplodiny hoření ze spáry. Ohřívacím plamenem a spalováním materiálu se udržuje dostatečná teplota, aby řez mohl plynule postupovat až do rozdělení materiálu. Technologie řezání Podmínky řezání Pro úspěšné řezání kyslíkem platí tyto podmínky: a) zápalná teplota základního materiálu musí být nižší než jeho teplota tavení (nelegovaná nízkouhlíková ocel má zápalnou teplotu asi C, teplotu tavení asi 1500 ºC), b) teplota taveni vznikajících oxidů musí být nižší než teplota tavení základního materiálu, oxidy musí být dostatečně tekuté, d) při řezáni musí vznikat dostatečné množství tepla k ohřátí řezaného materiálu, e) řezání materiálu větší tloušťky (nad 300 mm) vyžaduje ohřev místa řezu na. zápalnou teplotu v celé tloušťce materiálu. Místo acetylenu je pak vhodnější použit vodík, případně propan-butan. Podmínky pro řezáni splňuje pouze ocel s nízkým obsahem uhlíku. Oceli s vyšším obsahem uhlíku, oceli chromové, chromoniklové, šedou litinu a neželezné kovy lze dělit pouze speciálními způsoby tepelného děleni. Seřízení plamene Při malém průtoku plynů dochází při zapáleni plamene k jeho zpětnému šlehnutí a při vyšším průtoku k odtrženi plamene. Po zapáleni plamene se zpravidla 68

69 zjistí podle mlhavého závoje, že je v plameni přebytek acetylenu. Po seřízeni na plamen neutrální se otevře ventilek řezacího kyslíku. Tím poklesne průtok kyslíku a opět vznikne mlhavý závoj v plameni. Snížením průtoku acetylenu se seřídí opět plamen neutrální. Tlak kyslíku závisí na tloušťce řezaného materiálu a na průměru otvoru v řezací hubici. Přesné tlaky kyslíku nastavované na redukčním ventilu udává výrobce pro každý druh a velikost řezacího hořáku a řezacích hubic. Technologie ručního řezání Na hlavici řezacího hořáku je upevněn podvozek tak, aby světelný kužel předehřívacího plamene byl vzdálen od základního materiálu 3 mm, neboť tam má plamen nejvyšší teplotu. Kolmé řezy Podle tloušťky řezaného materiálu se našroubuje do hlavice řezáku příslušná nahřívací a řezací hubice. Místo řezu se označí podle pravítka ryskou pomocí ocelové jehly. Pro první úlohy je výhodné rysku ještě označit důlčíky ve vzdálenostech asi 10 mm. Na okraji děleného materiálu se nastaví hubice kolmo tak, aby polovina nahřívacího plamene ohřívala okraj materiálu a polovina přesahovala přes hranu, čímž se urychlí ohřev na zápalnou teplotu. V okamžiku, kdy je okraj materiálu ohřát do červeného žáru, se otevře ventil pro přívod řezacího kyslíku a ihned se přiměřenou rychlostí vede hořák ve směru řezu. Příliš velká postupová rychlost má za následek přerušení (přetržení) řezu, při pomalém postupu se nadměrně natavují horní hrany materiálu a u menších tloušťek tekutý kov zalije řeznou spáru a řezaný materiál zůstane po ukončení řezu spojen. Otevření řezacího kyslíku a postup řezu musí být plynulý, aby nedošlo k přetržení řezu. Při dlouhých řezech práci usnadní vodicí lišta (např. úhelníkem), která je svěrkami připevněna v odměřené vzdálenosti od místa řezu. Zahájení řezu a vedení řezáku podle vodicí lišty jsou patrný na obr.42. Po ukončení řezu se ihned zavře přívod řezacího kyslíku a zhasne se nahřívací plamen uzavřením přívodu acetylenu a kyslíku. obr.42 Začátek řezu kyslíkem Během řezání může dojít též ke zpětnému šlehnutí plamene. Příčiny jsou zpravidla stejné jako při svařování plamenem (předehřátí hořáku, odstřik žhavého kovu apod.). Zpětné šlehnutí plamene při řezání je mnohem nebezpečnější než při svařování. Spalování železa v proudu řezacího kyslíku ještě po určitou dobu pokračuje i bez předehřívacího plamene. Nereaguje-li pracovník okamžitě uzavřením kyslíku a acetylenu na rukojeti držáku, dojde k roztavení přívodních trubic k hlavici řezáku a k vážnému nebezpečí úrazu. Při zpětném šlehnutí plamene při řezání musí pracovník věnovat zvýšenou pozornost předehřívacímu plameni, zda nezmizel a nebo se jinak nezabarvil. Pokud si není jist, je třeba řez přerušit a ihned uzavřít přívod kyslíku a acetylenu. Řezák potom ochladíme ve vodě a profoukneme kyslíkem. 69

70 Šikmé řezy Pro úpravu svarových ploch V nebo X svarů skloníme řezací hubici od kolmice o úhel 30 až 35 Kruhové řezy obr.43 Úprava pro šikmé řezy Každý řezací nástavec nebo hořák je vybaven kružidlem. Střed požadovaného kruhu si označíme hlubším důlkem, do kterého se nasadí hrot kružítka. Pokud řez začíná na okraji plechu, je postup stejný jako u kolmých řezů přímých. Pokud se má vyříznout kruhový otvor uprostřed plechu, může se do tloušťky plechu 15 mm propálit díra a ihned pokračovat v řezání. U materiálu větších tlouštěk je nutno nejdříve vyvrtat otvor Ø 8 mm a na jeho okraji se řez začne. Řezání materiálu kruhového profilu obr. 44 Řezání kruhové tyče Při demontážích je často nutné rozřezat staré hřídele nebo tyče kruhového přířezu. Začátek řezu si usnadníme zásekem, hořák se skloní od kolmice o úhel 5º až 10º proti řezanému materiálu a po zahájení řezu se srovná do kolmice a takto se vede až do ukončení řezu. Řezání ostatních profilových materiálů Postup je označen šipkami a pořadí řezů číslicemi. Jde-li o výřez části profilu, je nutno v plném materiálu u počátku řezu vyvrtat otvor, aby se netvořily trhliny. 70

71 obr.45 Řezání profilových materiálů Vady řezu Nejčastější vady řezu a jejich příčiny při ručním řezání jsou na obr nečistý povrch základního materiálu způsobuje trhavý nerovnoměrný postup s přerušováním a zápaly, 2 - natavení vrchní řezné hrany je důsledkem velkého nahřívacího plamene a pomalého postupu, 3 - vysoký tlak kyslíku a snížená postupová rychlost jsou příčinou podpalování středu řezné plochy, 4 - opožďování řezu je následkem velké postupové rychlosti, 5-řez bez závad. Povrch řezných ploch se rozděluje do 3 základních tříd jakosti: A - hladký řez dosažitelný jen strojním řezáním, B - střední - velmi dobrý ruční řez, C - hrubý - bez nároku na jakost povrchu. Jakost řezu charakterizují nerovnost řezu a hloubka rýh. 71

72 obr. 46 Vady řezu Strojní řezání Při strojním řezání kyslíkem lze dosáhnout při správné obsluze dokonalý, čistý řez a přesné rozměry, takže zpravidla odpadá další obrábění. Stabilní řezací stroje pracují s větším počtem hořáků a tvar výpalku se kopíruje podle šablony pomocí magnetické hlavy nebo přímo z výkresu pomocí fotobuňky. Při velkém rozsahu práce jsou výhodné číslicově řízené stroje, které pracují automaticky. Přenosné kyslíkové řezací stroje jsou napájeny napětím 24 V (přes transformátor) a lze jimi provádět řezy přímé nebo kruhové, a to kolmé i šikmé. Drážkování kyslíkem Drážkování kyslíkem je založeno na stejném principu jako řezání kyslíkem. Velikost nahřívací a drážkovací hubice i nastavení tlaků plynů se volí podle požadované šířky drážky. Plamen je seřízen obdobně jako při řezání kyslíkem. Hloubka drážky se řídí sklonem drážkovacího hořáku a nemá přesahovat 5 mm. Drážkováním se odstraňují zpravidla vady svarových spojů a kořenových vrstev svarů. V začátku drážky se ohřeje materiál na zápalnou teplotu, pustí se řezací kyslík a drážkovací hořák se skloní v úhlu 15º až 30 od vodorovné roviny. Roztavený kov je veden před kuželem předehřívacího plamene asi ve vzdálenosti 10 mm. Pokud je svarový kov čistý, pokračuje spalování a vyfukování zplodin z drážky plynule. Při nečistotě (struskové vměstky, řádkové póry apod.) dochází k rozdvojení nebo jednostrannému vybočení spalovaného kovu a je nutno zvětšeným sklonem hořáku vadu odstranit. Pokud je nečistot mnoho, zpravidla se kov přestane spalovat a dojde k přerušení drážky. Uzavře se řezací kyslík, v přerušeném místě je nutno znovu materiál předehřát. Zvětší se sklon hořáku tak, aby se po předehřátí a spuštění řeza- 72

73 cího kyslíku očistil kov, sklon hořáku se upraví na požadovaný úhel ihned po odstranění závady a pokračuje se do ukončení drážky. Při zpětném šlehnutí plamene je postup stejný jako při řezání kyslíkem. Zařízení pro řezání a drážkování kyslíkem Především jsou to láhve se stlačenými plyny a redukční ventily. Obvykle je používán kyslík (čistota min. 99,2 %) a acetylen. Místo acetylenu se někdy používá propan-butan nebo i vodík. Řezací a drážkovací hořáky se skládají z rukojeti, ke které jsou připojeny hadice k přívodu hořlavého plynu a kyslíku. Proud kyslíku v injektoru přisává hořlavý plyn a vytváří směs, jejímž zapálením vzniká nahřívací plamen. Řezací kyslík je veden samostatnou větví přes ovládací ventil do řezací hubice, která je uprostřed nahřívací hubice. Řezací hořáky určené k řezání materiálu malé tloušťky mají nahřívací hubici a řezací hubici za sebou. Toto uspořádání dovoluje pohyb hořáku pouze jedním směrem. obr.47 Schéma řezacího hořáku obr.48 Řezací nástavec obr.49 Drážkovací hořák 73

74 11. Mechanizované ruční nářadí Ruční zpracování kovů Většina prací spojených s ručním obrábění kovů je poměrně náročná a namáhavá. Proto se je snažíme co nejvíce mechanizovat. Mechanizace se soustřeďuje zejména na mechanizaci hlavního řezného pohybu, který bývá buď přímočarý vratný, nebo otáčivý. Mechanizované nářadí tvoří vlastně jakýsi přechod mezi ručním nástrojem a obráběcím strojem. Téměř všechny druhy mechanizovaného ručního nářadí pracují buď na principu elektrickém, nebo pneumatickém Mechanizované nástroje elektrické Mechanizované nástroje elektrické, které se většinou připojují přímo na napětí 230 V, jsou snadno přenosné a zpravidla nevyžadují žádné zvláštní rozvody elektrické energie. K moderním pohonům ručních elektrického nářadí patří vysokofrekvenční motory. Nástroje poháněné těmito motory jsou výkonnější, z hlediska bezpečnosti práce a lehčí; k provozu však potřebují speciální generátor elektrického proudu s vyšší frekvencí. Osoby pracující s ručním elektrickým nářadím musí být také proškoleny s poskytování první pomoci při úrazu elektrickým proudem Mechanické nástroje pneumatické Mechanizované nářadí pneumatické, které je poháněno stlačeným vzduchem, bývá v porovnání s ručním elektrickým nářadím lehčí a odpadá u něho nebezpečí úrazu elektrickým proudem. Místo jeho použití je však závislé na rozvodu stlačeného vzduchu, který je v provozech rozveden od samostatné kompresorové stanice Pneumatické nářadí může být většinou poháněno i stlačeným vzduchem od mobilního kompresoru. Pneumatické nářadí pracuje zpravidla s přetlakem 0,5 MPa. Spotřeba vzduchu je závislá na velikosti a výkonu nářadí a pohybuje se většinou v rozmezí 0,5 až 2 m 3 /min. Motory pneumatického nářadí pracují s úderným pístem beranem (většinou jako kladiva pro sekání, nýtování apod.) jako vzduchové turbíny s vysokými otáčkami kolem ot/min (uplatňují se nejčastěji pro nejjemnější broušení) s lopatkovým rotorem (uplatňují se u větších brusek, vrtaček, závitořezů, maticových klíčů, šroubováku apod.) jako pístové točivé (uplatňující se především u vrtaček středních výkonů). Základní druhy mechanického nářadí Ruční vrtačky používají se všude tam, kde není možné použít vrtačky stabilní. Proto se uplatňují především při opravách, údržbě montážích aj. Výkon 74

75 vrtačky a možnosti upnutí nástrojů do vřetena závisí na velikosti vrtačky. U některých ručních vrtaček lze plynule regulovat otáčky vřetena. To umožňuje nastavení optimálních otáček nástroje, kterými se zajistí přesnější a kvalitnější práce a zároveň se šetří i nástroj. Ruční rázové šroubováky používají se k utahování a povolování šroubů a matic. Vzhledem k tomu, že při práci vznikají vibrace, je třeba, aby pracovník při práci používal osobních ochranných prostředků (např. antivibračních rukavic). Pracovní rozsah (velikost utahovaných šroubů a matic) závisí na typu, velikosti a výkonu šroubováku. Ruční závitořezy používají se tam, kde práce se stabilními stroji není možná nebo obtížná. Většinou jsou určeny pro řezání vnitřních závitů v sériové a malosériové výrobě. Uplatňují se při montáži na linkách, v údržbě aj. Jejich výkyvná sklíčidla umožňují pevné sevření závitníků a zabraňují jeho zlomení i při malém vychýlení stroje z osy. Ruční nůžky umožňují stříhání plechů většinou do tloušťky 3 mm. Krátké kmitající ostří dovoluje tvarové stříhání. Ruční brusky jsou vhodné pro broušení a začišťování svarů, pro obrábění velkých zápustkových ploch, ale také i k jemnému obrušování v nástrojárnách. Použití brusky je závislé na typu, výkonu a velikosti brusky. Úhlové provedení brusky umožňuje výkonné broušení plochou kotouče. a) b) c) d) e) obr.50 Základní druhy elektrického nářadí: a) vrtačka, b)šroubovák, c) závitořez,d) ruční nůžky, e) bruska 75

76 a) b) c) d) obr. 51 Základní druhy pneumatického nářadí: a) stahovačka, b) škrabák, c) bruska, d) úhlová bruska 76

77 12. Výroba pružin Pružiny se v systémech mechanismů používají: k vyvození tahové nebo tlakové síly potřebné např. k zajištění polohy jiné součásti, k akumulaci mechanické energie (např. hodinové pružiny) ve spojení s tlumičem zachycují a tlumí dynamické síly apod. Podle tvaru lze pružiny rozdělit na šroubovité (válcové a kuželové), svazky pružnic (listové), spirálové, zkrutné (torzní), talířové aj. Podle funkce se šroubovité pružiny rozdělují na tažné, tlačné a zkrutné. Na krajních závitech mají tlačné pružiny opěrné plochy, kterými se opírají o sousední součásti. Tažné pružiny mají kromě činné části obvykle ještě části závěsné, které slouží k uchycení konce pružiny. Zkrutné pružiny mají kromě činné části nejčastěji dvě různé tvarovaná ramena, která slouží k uchycení pružiny a zároveň přenášejí krouticí moment na pružinu. Nejčastěji používané tvary šroubovitých pružiny jsou normalizovány. obr.52 Základní druhy pružin: A) válcová tlačná, B) válcová tažná, C,D) kuželové tlačné E) válcová zkrutná Technologie výroby šroubovité pružiny Šroubovité pružiny se navíjejí na speciálních ručních nebo strojních navíječkách a v sériové výrobě na speciálních navíjecích automatech. Jednoduché tažné nebo tlačné šroubovité pružiny z tenkého drátu lze zhotovovat i ve svěráku pomocí ruční navíječky. 77

78 Při volbě velikosti navíjecího trnu musíme počítat s tím, že pružina se po navinutí a stažení s trnu poněkud rozvine (její průměr se zvětší). Výměnný navíjecí trn upínáme do vřetena navíječky. Drát se opírá o vodící tyč na tělese navíječky. Ve svěráku lze také jednoduše navíjet pružiny. Trn se zasunutým drátem je veden v prizmatickém vybrání dřevěné svěrky přidržované v čelistech svěráku. Přesnost stoupání závitu pružiny je zcela závislá na zkušenostech pracovníka, který drát při navíjení vede. Pro výrobu přesnějších pružin se používají kopírovací navíječky, u kterých je stoupání závitu pružiny odvozeno od podélného posuvu navíjecího trnu vedeného závislou šablonou. obr.53 Ruční výroba pružiny obr.54 Výroba pružiny na vrtačce Častěji navíjíme pružiny na vrtačce soustruhu, nebo na speciálních navíječkách. Dobrých výsledků se dosahuje zejména při navíjení pružin na soustruhu. Přesné stoupání závitů pružiny se zajisti pomocí vodícího šroubu nebo obr.55 Výroba pružiny na soustruhu 78

79 pomocí speciálních zařízení řízených šablonami nebo vačkami. obr. 56 Zabrušování konce tlačné pružiny U tlačných pružin se konce upravují nejčastěji zabrušováním na kotoučové brusce. Pružiny, která je navlečená většinou na dřevěném trnu, se opírá o opěrku, která z bezpečnostních důvodů nesmí být od kotouče vzdálená více než 3 mm. Závěsná oka a různé háčky na koncích pružin se zhotovují v rozmanitých přípravcích, ručních nebo mechanických. Pro výrobu pružin ve velkých sériích se používají speciální navíjecí automaty s vysokou produktivitou práce Materiál na výrobu pružin Na výrobu pružin se používají materiály s vysokou pevností, pružností a houževnatostí. Konkrétní materiál se volí s ohledem na funkci, způsob zatěžování a vliv prostředí, které budou na pružinu působit. Kromě speciálního, tažením zpevněného drátu u ušlechtilé uhlíkové oceli se používá na výrobu pružin drát ze slitinových ocelí (např. chromniklových, křemíkových, manganchromvanadových apod.) a také tzv. pružinových bronzů a mosazí Tepelné zpracování pružin Po výrobě pružiny je nezbytné její tepelné zpracování. Teprve po něm získá svou základní vlastnost, to je pružnost, zaručující, že se vždy po roztažení nebo stažení vrátí do původního stavu. Pružiny vyrobené z drátu zpevněného tažením i ze zušlechtěných drátů se zpracovávají napouštěním. Napouštění je pozvolný ohřev, po němž se pružiny nechají na vzduchu zchladnout. Doba napouštění se řídí průměrem drátu, je delší u tlustších drátů. Teplotu lze při napouštění kontrolovat vizuálně, protože se stoupající teplotu se mění barva povrchu. V sériové výrobě se napouštění dělá v pecích s nuceným oběhem vzduchu, v solné nebo olejové lázni. Nejdůležitější je zachování stejné teploty v celém ohřevovém prostoru a dobré uložení tak, aby se při ohřevu nedeformovaly. Pružiny vyrobené z žíhaného ocelového drátu se tepelně zušlechťují kalením a popouštěním. 79

80 12.4. Měření a montáž pružin Před montáží se většinou ještě provádí závěrečná kontrola pružnosti pružiny, měří se její délka, přesnost geometrického tvaru atd. Síla, kterou pružina vyvozuje se měří siloměry. Délka a vnější průměr se pružiny kontrolují nejčastěji posuvným měřítkem nebo šablonou. Vybočení jednotlivých závitů pružiny se kontroluje buď kontrolním trnem pro vnitřní průměr, nebo kontrolním pouzdrem pro vnější průměr. Kolmost pružiny se kontroluje většinou pomocí úhelníku nebo příměrného válce. Pružiny musí mít kromě předepsané pružiny a dokonalého opracování i správné zakončení. Její závěrné konce musí být zbroušeny a přitlačeny ke krajním závitů tak, aby vytvořily spolehlivou opěrnou plochu. Nesprávné zakončení může znamenat potíže při montáži, špatnou funkci pružiny a nakonec i celého zařízení. Tlačné šroubové pružiny se většinou montují s předpětím, a proto se musí před nasazením stlačit. To se provádí různými svěrkami, kleštěmi nebo přípravky, z nichž se pružiny přesunují do konečné polohy často pomocí kladiva, páky nebo vyrážeče. Montuje-li se pružina na špatně přístupné místo, které nedovoluje použít svěrky nebo kleště, je nutno ji napřed stlačit a svázat motouzem nebo drátem. Po uložení pružiny na místo se motouzy nebo dráty přestřihnou a poloha se ještě upraví. obr.57 Kontrola přesnosti pružiny: a) měření délky, b) měření kolmosti 1- měřená pružina, 2-přípravek na měření, 3-příměrný válec 80

81 13. Broušení a ostření Podstata broušení Broušení je obráběcí proces realizovaný zrny brusiva spojenými pojivem v mnohabřitý řezný nástroj, brousící kotouč, jehož břity jsou geometricky nestejné a mají záporný úhel čela. Broušením lze: dosáhnout vysoké kvality povrchu broušených ploch, např. při jemném broušení drsnosti Ra 1,6 μm až 0,2 μm dobře obrábět kalené a těžko obrobitelné materiály, např. při broušení nástrojů odebrat ze krátkou dobu velký objem třísek, např. při hrubování broušením (silovém broušení) jednoduše dělit materiály, např. při rozbrušování Brusné nástroje Jako nástroje se při broušení používají brusné kotouče. Brusný kotouč se skládá ze zrn brusiva spojených pojivem. Brusiva rozdělujeme na přírodní a umělá. V důsledku velké nestejnorodosti přírodních látek (kromě diamantu) používají se vesměs umělé brusiva. Jsou to karbid křemíku (SiC), tavený oxid hlinitý korund (Al2O3) a karbid boru (B4C). Nejtvrdším brusivem jsou diamantová zrna, ať už přírodního původu, či vyrobená uměle. Velmi důležité pro jakost kotouče je pojivo, které vzájemně spojuje brusná zrna a umožňuje tak vytvářet příslušné tvary brusných kotoučů. Základní druhy pojiv jsou: keramická, silikátová, magnezitová a kovová. Nejčastěji se používá pojivo keramické. Druh pojiva a jeho vazby určují tvrdost kotouče. Volbu tvrdosti kotouče ovlivňuje mnoho činitelů. Hlavní jsou: obráběný materiál, rozměry obrobku, způsob broušení, řezné podmínky a tvar kotouče. Volba brusných kotouče záleží na mnoha činitelích, např. na vlastnostech broušeného materiálu, na druhu brusné operace, na podmínkách broušení, tj. na typu stoje, na chlazení, způsobu dotyku (kontinuální či přerušovaný) atd. Tvary brusných kotoučů jsou normalizovány 81

82 obr.58 Základní tvary brousících kotoučů: 1-jednostranně skosený, 2-prstencový,3- kuželový, 4-miskový, 5-hrncový, 6,7,-plochý, 8-oboustranně skosený, 9-se skoseným vybráním, 10-zaoblený, 11,12-s jednostranným vybráním, 13-řezací, 14-talířový, 15-brousící tělísko Stolní a stojanové brusky hrotové používají se k broušení vnějších rotačních ploch válcových a kuželových na obrobcích upnutých mezi hroty, popřípadě ve klíčidle nebo v pouzdře. Používají se i k broušení čelních ploch. Dělí se na dvě skupiny: na stoje s posuvným pracovním vřeteníkem a na stroje s posuvným brousicím vřeteníkem. U univerzálních brusek se pracovní stůl skládá ze dvou částí. Pracovní vřeteník je otočený o 90, takže se dají brousit krátké strmé kužele. 82

83 obr. 59 Universální hrotová bruska bezhroté mají dva vřeteníky, brousicí vřeteník s brusným kotoučem a vřeteník podávacího kotouče. Oba vřeteníky mají vlastní pohon. Brusný kotouč má obvodovou rychlost odpovídající broušení, kotouč podávací se otáčí rychlostí odpovídající způsobu práce, průměru obrobku, materiálu obrobku a přídavku na broušení. Velikost bezhrotých brusek je určena maximálním průměrem obrobku. na díry dělí se na brusky s otáčejícím se obrobkem a na brusky s planetovým pohybem brusného kotouče. První druh strojů je vhodný pro broušení děr souosých obr.60 Bezhrotá bruska 83

84 obr. 61 Bruska na díry s vnějším povrchem u obrobků menších rozměrů. Brusky planetové se používají k broušení děr v rozměrných obrobcích. rovinné se dělí podle polohy brousícího vřetena na vodorovné a rovinné brusky a svislé rovinné brusky. Vodorovné brusky brousí převážně obvodem kotouče, svislé brusky čelem kotouče. Oba druhy brusek mohou mít obdélníkový nebo kruhový stůl. obr. 21 Vodorovná rovinná bruska obr.62 Svislá rovinná bruska 84

85 nástrojařské dělíme na univerzální, sloužící k broušení nástrojů různých druhů (frézy, výstružníky, apod.) na a speciální, sloužící k broušení pouze jednoho druhu nástroje. obr.63 Universální nástrojařská bruska Upínání brusných nástrojů Brousící kotouče se na vřeteno brusky upínají pomocí přírub, nejčastěji mechanickým sevřením nebo lepením. Průměr obou přírub musí být stejný a roven nejméně 1/3 průměru brousicího kotouče. Mezi příruby a kotouč se vkládají z obou stran pružné podložky z pryže, kůže nebo papíru. Při vyšších nárocích na klidnost chodu vřetena brusky je nutno kotouč vyvážit. Staticky se vyvažuje kotouč zvláštními závažími, která se přestavují v drážkách obr.64 Upínání brusných kotoučů mechanicky a lepením upínacích přírub tak, aby se kotouč upnutý na přesném trnu rovnoměrně odvaloval na tzv. vyvažovacím kozlíku. Pro přesné broušení a pro větší obvodové rychlosti než 85

86 50 m/s je nutno brousící kotouče o šířce větší než 30 mm vyvažovat dynamicky na speciálním vyvažovacím zařízením. obr.65 Statické vyvažování brusného kotouče Zásady broušení a ostření Nástroje jsou zpravidla ostřeny na univerzální nástrojařské brusce. Zvláště vhodná je tato bruska na broušení válcových a kuželových nástrojů se šroubovitými drážkami. Může se dále užívat k ostření výstružníků, záhlubníků, závitníků, válcových, úhlových a čelních fréz nejrůznějších druhů, jehož i frézovacích hlav, vyvrtávacích nožů apod. K ostření odvalovacích fréz a jiných nástrojů se šroubovitými drážkami se užívá zvláštního zařízení, které je použitelné i pro axiální podbrušování vrtáků a záhlubníků. Pro broušení vnějších a vnitřních rotačních ploch a čelní broušení je třeba tuto univerzální ostřičku nástroje vybavit zvláštním příslušenstvím. Totéž platí pro ostření obrážecích kotoučových nožů na čelní kola a na šroubová kola Ruční ostření vrtáků Výkon vrtáku je stejně jako u každého jiného nástroje závislý zejména na správném naostření. Menší vrtáky se v kusové výrobě brousí většinou ručně. Při ručním ostření nemůžeme zaručit přesné dodržení geometrie, což při práci způsobuje rychlé opotřebení břitu, vybočování díry z osy, zadírání, zvětšování průměru díry, zvětšování úchylek válcovitosti, kruhovitosti apod. Ulomené nebo spálené vrtáky nejdříve zkrátíme, a teprve potom znovu naostříme. Na kuželových plochách hřbetu se musí podbrušovat úhel hřbetu, jehož hodnoty závisí na druhu obráběného materiálu. obr.66 Ruční ostření vrtáku 86

87 Příčné ostří, které svírá s hlavním ostřím obvykle úhel 55, se většinou vybrušováním zužuje, čímž se snižuje odpor vrtáku proti posuvu a vrták je lépe veden. Zásady pro ostření vrtáků: V ruce (bez přípravků) brousíme vrtáky pouze výjimečně a pouze malé poměry. Geometrii nabroušení volíme s ohledem na druhy obráběného kotouče. Pro broušení musíme zvolit správný druh a tvar brusného kotouče. Po naostření kontrolujme geometrii a stav ostří. Naostřené nástroje ukládáme tak, aby se jejich ostří nemohlo poškodit Opotřebené nástroje dáváme ostřit včas, čímž zabráníme jejich vážnějšímu poškození Způsoby broušení Způsoby broušení se odlišují různými posuvovými a přesuvovými pohyby, přičemž se řezný pohyb vždy provádí od nástroje. Rovinné broušení Rovinné broušení slouží k výrobě rovinných ploch. Při broušení obvodem kotouče rotující brousicí nástroje odebírá třísky na svém obvodu, při bočním broušení působí bokem. Podélné broušení je broušení, při kterém je hlavní směr posuvu rovnoběžný s vytvářenou plochou. Otočené broušení je broušení, při kterém je posuv kruhový, vytvořený rotací otočného stolu. U strojů je nutné rozlišovat mezi broušením horizontálním a vertikálním brousicím vřetenem a mezi stroji s podélným stolem a otočným stolem. Rovinné brusky rozdělujeme dle uložení vřetena na horizontální nebo vertikální, podle druhu stolu na brusky se stolem podélným nebo otočným. Stroje s horizontálním vřetenem se většinou užívají k broušení odvodem kotouče. Vertikální brusky se často užívají při čelním broušení. Broušení vnitřních rotačních ploch Vnitřní rotační broušení se užívá k broušení otvorů. K broušení otvorů užíváme dva základní způsoby, a to podélný a příčný. Průměr kotouče smí činit a) b) obr. 67 Broušení a) obvodem kotouče, b) čelem kotouče 87

88 maximálně 2/3 průměru díry, aby nebyla styková plocha mezi kotoučem a obrobkem příliš velká. Broušení vnitřních ploch dokulata je obtížnější než broušení vnějších válcových ploch. brousící kotouč je většinou podstatně menší, a proto je více namáhán. styková plocha mezi brousicím, kotoučem a broušenou plochou je velká (vznik velkého množství tepla). pro malou tuhost brousícího vřetena dochází snadno k vibracím. Výběr brousícího kotouče a stanovení velikostí řezných podmínek má proto zvláštní význam. Broušení vnějších rotačních ploch Broušení vnějších rotačních ploch slouží ke zhotovení válcových a kuželových ploch. Obrobek je většinou upnut mezi hroty. Koná otáčivý pohyb, který je třeba považovat za kruhový posuv. Řezný pohyb provádí brousicí kotouč, který navíc koná přísuv do řezu. obr. 68 Broušení vnitřních rotačních ploch U dlouhých obrobků je nutné obr.69 Broušení vnější rotační plochy podélný posuv, který koná většinou obrobek. Pracovní stůl s obrobkem koná přímočarý vratný pohyb, jehož zdvih lze nastavovat. Broušení vnějších rotačních ploch s radiálním přísuvem (zapichovací broušení) je broušení, při kterém je směr hlavního posuvu kolmo (příčně) k broušené ploše. Jde o produktivní způsob broušení. Po broušení průměru je třeba brousit čelní plochu. Tento úkon se provádí čelní plochou brousícího kotouče. Při podélném broušení musí mít brousící kotouč mírný přeběh (1/3 až 1/4 šířky kouče), aby byl i konec obrobku dokonale obroušen. 88

89 Bezhroté broušení vnějších válcových rotačních ploch Obrobek je veden voně mezi brousicím kotoučem a podávacím kotoučem. Od pomalu se otáčejícího podávacího kotouče s měkkým pojivem dostává obrobek podélný a kruhový pohyb. K vytvoření podélného posuvu musí být regulační kotouč skloněn dopředu až do 3. Větší sklon = větší rychlost posuvu. Krátké obrobky mohou být obráběny zapichovacím způsobem. Příkladem užití jsou vnější kroužky kuličkových ložisek, valivá tělesa, brzdové písty a jiné. U dlouhých částí se užívá podélné broušení. Přitom je však možné jen obrábění stejného průměru. Po každém průchodu všech obrobků se přistaví podávací kotouč. Obrobek musí proběhnout strojem několikrát tak, až je dosaženo jeho konečného rozměru Bezpečnost práce při broušení Při broušení je nebezpečí úrazu zvláště vysoké. Při roztržení kotouče mohou vymrštěné části způsobit smrtelný úraz, pokud nejsou zachyceny ochranným krytem. brousící kotouč je třeba podrobit před upevněním zvukové zkoušce poklepem. K tomu se kotouč přidržuje v otvoru a zlehka se na něj klepne např. kouskem tvrdého dřeva. Zvuk musí být jasný. Příruby musejí mít správnou velikost. Příruby musejí být stejné velké. Mezi brousící nástroje a upínací příruby je třeba vložit vrstvu z pružného materiálu (např. pryž, papír, nebo plsť). Tím se mají vyrovnat nerovnosti na povrchu kotouče. Brousící kotouče se musí dát lehce nasunout na vřeteno tzn. s určitou vůlí (H12/e8) U jednoduché stojanové brusky ustavujeme opěrku na broušené součásti a nástroje s malou vůlí (cca 1 mm). Při opotřebení kotouče ji přistavíme na tuto vůli. Je třeba dodržovat maximální rychlost otáčení. Na brusném kotouči je uvedena maximální přípustná obvodová rychlost, např. 35 m/s. Před spouštěním brusky dbát na to, aby nemohly být zachyceny nástroje brousicím kotoučem. Po každém novém upnutí necháme kotouč běžet naprázdno pět minut při maximální přípustné frekvenci otáčení. Při broušení je třeba nosit ochranné brýle. obr.70 Bezhroté broušení 89

90 obr.71 Bezpečnost práce na bruskách 90

91 14.Tváření kovů za tepla Tváření je zpracování kovů tlakem, při němž se mění relativní poloha jeho částic, aniž by se při tom od sebe oddělovaly. Proto lze kovy kovat, válcovat, lisovat, protlačovat apod. Vliv teploty na plastickou deformaci Během tváření dochází k zpevnění tvářeného materiálu. Při vyšších teplotách je však deformace provázena zotavením a rekrystalizací. V materiálu tvářeném při vyšších teplotách dochází tedy nejen ke zpevnění (vnitřnímu pnutí), ale i k procesům, které toto zpevnění odstraňují. Tvářitelnost kovů a tedy i plastická deformace se zlepšuje s rostoucí teplotou tím, že se snižuje přetvárný odpor a náchylnost ke vzniku trhlin. Zlepšení však nastává pouze při optimální teplotě. Při tváření materiálu ohřátého na určitou teplotu (je dána druhem materiálu) přecházejí atomy do míst rovnováhy. Tím se odstraňují největší poruchy mřížky, což snižuje zbylá napětí, aniž by se měnily rozměry a tvar zrn. Dochází k tzv. zotavování. Jeho průběh je závislý nejen na teplotě, ale i době ohřevu. Další zvyšování teploty tvářeného kovu nad teplotu zotavení vede k rekrystalizaci. Rekrystalizace způsobuje vznik nových (nedeformovaných) zrn na úkor zrn deformovaných (snížení pevnosti a zvýšení tažnosti). Krystaly rostou buď z nových jader, jež se tvoří na rozhraní zrn, nebo růstem zbylých zrn. Rekrystalizace je ukončena pohlcením všech deformovaných krystalů a vznikem nových rovnoměrných krystalů. Proto je tváření kovů při teplotách nad rekrystalizačními teplotami provázeno různými procesy, a to deformací zrn (zpevnění) a jejich rekrystalizací. Rekrystalizace u perliticko-feritických ocelí nastává téměř okamžitě za teplot 700 až 900 ºC.U austenitických ocelí nastává však dostatečně rychle až při teplotách okolo 1200 ºC. Tyto oceli jsou tedy tvářeny při obvyklých tvářecích teplotách vlastně "za studena" a vyžadují proto menší deformační rychlost než oceli perliticko-feritické. Vzhledem k rekrystalizačním dějům je teplota, při níž tváření končí, stejně důležitá jako správný ohřev k tváření. Vysoké dohotovovací teploty mají za následek zhrubnutí zrna, nízké teploty zvýšení vnitřního pnutí a nebezpečí porušení soudržnosti materiálu. Často se však využívá nízkých dohotovovacích teplot k zlepšení některých vlastností materiálu, např. zvýšení meze pružnosti a průtažnosti. Při tváření kovů mohou tedy v deformovaném materiálu probíhat různé pochody, tj. zpevnění a procesy, které toto zpevnění odstraňují, tj. zotavení a rekrystalizace. Tyto pochody probíhají příslušnými rychlostmi, které odpovídají podmínkám deformace (teplota, rychlost deformace a stupeň deformace) a struktuře deformovaného kovu. Vliv prokování na mechanické vlastnosti Ingoty určené pro kování mají mít stejnozrnnou strukturu. Se stoupajícím stupněm prokování se mění tvar a forma prvotních krystalů a v kovu dochází k tvoření vláken. Vláknitost struktury způsobuje odlišné mechanické vlastnosti v různých směrech výkovků. Je pochopitelné, že mechanické hodnoty ve směru vláken jsou podstatně vyšší než ve směru kolmém k vláknům. Prokování má vliv nejen na rozrušení lité struktury, ale i na její zjemnění. Přílišné prokování materiálu již 91

92 dostatečně proválcovaného by mělo za následek tzv. překování, které by mohlo vést až k porušení materiálu nebo ke značnému zhoršení jeho jakosti. Atmosféry ohřívacích pecí Při ohřevu oceli v obvyklé oxidační atmosféře dochází k oxidaci povrchu materiálu (propalu). Tato ztráta kovu může být současně doprovázena oduhličováním povrchových vrstev materiálu. Rozhodující vliv na velikost propalu (tvorbu okují) a oduhličení má teplota a doba ohřevu, druh ohřívané oceli a atmosféra pece. Podle toho, jaké množství O2 a CO obsahují spaliny (přímo vytápěné pece), označujeme v praxi ohřev jako oxidační, neutrální a redukční. Je-li v plamenu přebytek vzduchu (obsahuje volný O2) označuje se atmosféra jako oxidační, je-li přebytek plynu, jde o redukční atmosféru. Za neutrální se označuje atmosféra tehdy, neobsahuje-li volný O2 a nespálené hořlavé plyny. Doporučuje se ohřev v atmosféře bez velkého přebytku vzduchu, aby ve spalinách nebyl volný kyslík. Je proto nevhodné používat k ohřevu kapalná paliva, neboť v jejich spalinách je množství vodní páry se silným oxidačním účinkem. Snížení nebo odstranění oxidace a oduhličení během ohřevu lze dosáhnout zkvalitněním ohřívacího procesu, tj. zlepšením podmínek spalování, automatizací tepelného řádu pece a použitím rychloohřevu. Těmito zásahy lze snížit nepříznivý vliv oxidace kovu o 30 až 50 %. Ke zkvalitnění ohřevu je třeba především dodržet minimální přebytek vzduchu, zaručující však dokonalé spalování. Měření teploty v ohřívacích pecích Nejdůležitější veličinou sledovanou v kovárnách je teplota v ohřívacích pecích. Podle technologického významu, konstrukce a velikosti pece se teplota měří na různých místech. K měření se podle provozních teplot používá elektrických odporových teploměrů, termoelektrických pyrometrů, radiačních a fotoelektrických pyrometrů, které lze všechny připojit na nejrůznější elektrické přístroje ukazovací, zapisovací a regulační. Pouze pro případ občasné kontroly se používá přesného ručního optického pyrometru. Čidlo - pyrometr - má být umístěno co nejblíže ohřívaného materiálu, nesmí však být v přímém styku s plameny hořáků. Kovací teploty Pro správnou tvárnost je základním předpokladem dodržení určité kovací teploty popř. určitého teplotního intervalu. Kove se zpravidla při nejvyšších přípustných kovacích teplotách, protože se při nich materiál nejsnadněji tváří, takže kovací časy jsou kratší a při zápustkovém kování nejsou zápustky tolik opotřebovávány. Čím vyšší je teplota, tím nižší je deformační odpor, a tím menší je opotřebení zápustek. Horní kovací teplota ocelí je omezena teplotou tavení (leží zhruba 200 až 300 ºC pod solidem), spodní pak přeměnou fáze y v α. Prodleva na vysokých teplotách nemá být příliš dlouhá, neboť by mohlo dojít k zhrubnutí zrna. Je-li stupeň deformace dostatečně velký, zjemní se zhrublé zrno materiálu během tváření. Jestliže tomu tak není, což se většinou stává při kování z několika žárů, zůstává vlivem přehřátí zrno hrubé a k jeho zjemnění musí po kování následovat další tepelné operace. Proto mají být kovací teploty přizpůsobeny stupni 92

93 deformace, a to zejména teploty konečné, kdy zpravidla stupně deformace bývají velmi nízké. Tabulka kovacích teplot ocelí Označení podle ČSN Kovací teplota (ºC) Označení podle ČSN Kovací teplota (ºC) Označení podle ČSN Kovací teplota (ºC) počáteční konečná počáteční konečná počáteční konečná Volné kování se rozděluje na kování ruční a strojní. Ručně se kove na kovadlině ručním kovářským nástrojem. V nynější době má ruční kování význam zejména při menších opravách. Princip práce je stejný jako u volného strojního kování. 93

94 14.1. Ruční kování obr.72 Ocelová výheň Materiál určený k ručnímu kování se ohřívá na kovací teplotu v kovářských výhních nebo v menších ohřívacích pecích. Výhně jsou stabilní nebo přenosné. Stabilní výhně jsou zděné, s jímkou pro ohniště. Zděné výhně udržují lépe teplo, litinové lze snáze postavit, popř. rychle přemístit. Přenosných polních výhní se používá pro pomocné kovářské práce na stavbách, při montážích apod. Jako palivo je nejvhodnější drobné černé spékavé uhlí nebo drobný koks Kovářské nástroje Kovadlina. Pracovní plocha kovadliny (dráha) je hladká a tvrdá (kalená). V příčném řezu je poněkud vypouklá. Kovadlina má na levé straně roh plochý a na pravé kuželový. Kovadlina se staví na dřevěný dubový špalek zapuštěný v zemi nebo do válcové ocelové nádoby naplněné drobným štěrkem nebo pískem, uzavřené tlustou dřevěnou deskou. Někdy se používá vysoké štíhlé kovadliny se dvěma tenkými rohy; říká se jí rohatina. obr. 73 Kovadlina a) celková úprava, b) rohatina Kladiva se zhotovují z oceli o obsahu uhlíku 0,7 až 1%. Obě strany kladiva jsou zakaleny. Hlavní druhy kovářských kladiv jsou na obrázku. Osazovací a hladicí kladiva se vyrábějí ze stejné oceli jako kladiva plochá; kalí se jen pracovní plocha. Plocha, na kterou se přitlouká, se nekalí. 94

95 obr.74 Kladiva obr.75 osazovací kladiva a) jednoruční, b) dvouruční přitloukací a) ostré, b) oblé, c)sedlík c) dvouruční příčné čili křížovéd) perlík Kleště jsou přizpůsobeny tvaru materiálu, který přidržují. Hlavní části kleští jsou čelisti, zámek a rukojeť. Na obr.76 jsou kleště s čelistmi pro materiál čtvercového nebo plochého profilu, s rovnými čelistmi, se zahnutými čelistmi pro kulatinu a kleště pěchovací. obr.76 Kleště s různými tvary čelistí Sekáče a průbojníky jsou z uhlíkové oceli s 0,8 až 1 % uhlíku; ostří se kalí po ohřevu na 700 až 870 ºC do vody. Sekáče pro práci za tepla jsou z chromwolframové oceli. Ostří sekáčů z této oceli se kalí z teploty 850 až 950 ºC do oleje nebo z teploty 800 až 840 ºC do vody. Ostří je nutno dobře popustit. Strana, na kterou se tluče, se nekalí. obr.77 Sekáče a průbojníky a) sekáč pro sekání za studena, b) sekáč pro sekání za tepla, c) sekáč s oblým ostřím, d) utínka, e) kruhový průbojník, f) čtvercový průbojník, g) vlček (růžek), h) zahnutý růžek, i) rozšířovací trn Zápustky se používají pro stejnoměrné kování a hlazení tyčí různých průřezů a pro jiné pomocné práce, např. ohýbání. 95

96 obr78. Zápustky a) pro šestihran, b) s ostrým rohem pro pomocné práce a ohýbání, c) spojené pružným třmenem (klapky) Základní kovářské operace při ručním kování Výkovky různých tvarů se zhotovují postupným provedením vhodných základních prací. Prodlužování (také se označuje jako kování do délky nebo vytahování). Dělá se buď přes hranu kovadliny (obr.79a), nebo přes její roh (obr.79b). Přitloukáním se materiál prodlužuje podle obr.79c. Hlazení se děje přitloukáním materiálu na sedlík (obr.79d). obr.79 Prodlužování nebo kování do délky Osazování je zeslabování tyče v určité délce. Provádí se zaškrcením polotovaru osazovacím kladivem nebo oblíkem, a to jednostranně, popř. dvoustranně s následujícím prodloužením osazené části. Jednostranné osazování osazovacím kladivem je na obr. 80a, osazený výkovek na obr. 80b. Dvoustranné osazování oblíkem a pomocným oblým kovadlem je na obr. 81a a dvoustranně osazený kus na obr. 81b. 96

97 obr.80 Jednostranné osazování osazovacím kladivem obr.81 Dvoustranné osazování Pěchování, tj. zesilování polotovaru se dělá několika způsoby. Krátké kusy se pěchují na kovadlině ve svislé poloze (obr. 82a), delší kusy ve vodorovné poloze (obr. 82b). obr.82 Pěchování Ohýbání. K ostrým ohybům se využívá hrany kovadliny (obr. 83a); protože se polotovar v místě ohybu zeslabuje, musí se před ohýbáním napěchovat, aby měl správný průřez i v místě ohybu. Větší profily se zakružují přes roh kovadliny (obr. 83b) a dokončují pomocí trnu na její dráze (obr. 83c). Ohýbání menších poloměrů, popř. určitých úhlů lze pomocí zápustky (obr. 83d). obr.83 Ohýbání Sekání se dělá na utínce; přitlouká se přitom kladivem nebo perlíkem na materiál (obr. 84a). Nejdříve se materiál nasekne u jedné strany, pak opatrně z druhé a konečně se oddělí. Účinnější, ale nebezpečnější je sekání sekáčem na utínce podle obr. 84b. 97

98 obr.84 Sekání obr.85 Kovářské svařování na tupo Kovářské svařování čili svařování v ohni je nejstarší způsob svařování. Záleží ve schopnosti jedné části kovu vytvořit za působení tlaku s druhou částí kovu v těstovitém stavu kovovou vazbu, čili takové spojení, které zaručuje, že kov tvoří souvislý celek. Kovářské svařování oceli se provádí po ohřevu na svař ovací teplotu 1300 ºC (do bílého žáru). Svařovat lze natupo nebo přeplátováním. Natupo (obr. 85) se svařují krátké tyče do průměru asi 15 mm. 98

99 15. Pájení Pájení je trvalé spojení částí ze stejných nebo různých kovů jiným roztaveným kovem nebo slitinou, která má nižší teplotu tavení než spojované části. Vlastní spojení nastává difúzí- prolínáním pájecího kovu, pájky, do základního materiálu. K difúzi dochází, smáčí-li pájka dobře základní materiál, zůstává-li na povrchu trvalý povlak. Smáčivost je dána vzájemnou rozpustností pájky a spojovaného kovu a ovlivňuje ji především čistota povrchu spoje. Nevýhodou při pájení je malá pevnost spoje i nutnost důkladně čistit pájená místa. Pájení používáme k utěsnění otvorů a spár, k dosažení pevného spojení nebo k pokovení povrchu součásti. Přitom pájíme: - na měkko, za teploty 180 až 500 ºC, nejčastěji však v rozmezí 220 až 250 ºC pro olověné a cínové pájky, - na tvrdo, s teplotou tavení pájky 600 až ºC Pomůcky pro pájení Při pájení potřebujeme pájku, tavidlo a pájedlo. Pájky vytvářejí pevné spoje přilnutím k pájeným součástem. Měkké pájky jsou slitiny s nízkým bodem tavení. Jsou to většinou slitiny cínu a olova, k nimž je u některých druhů přidáno stříbro, měď, kadmium nebo bismut. Mají bod tavení 180 až 300 ºC. Nejčastěji užívané pájky jsou uvedeny ve Strojnických tabulkách. Tvrdé pájky se dělí na mosazné a stříbrné s názvem podle zastoupení kovů v pájce. V malých množstvích jsou v tvrdých pájkách zastoupeny i další kovy. Jejich bod tavení je 700 až 1100 ºC. Tavidla jsou látky, které odstraňují z místa pájení oxidy a další nečistoty. Při pájení na měkko bývá tavidlem nejčastěji chlorid zinečnatý (snadno vyrobitelný), a jsou-li zvláštní požadavky na jakost, používají se stearin, kalafuna nebo speciální pájecí pasty. Při pájení na tvrdo se užívá jako tavidlo čistý borax nebo speciální pasty, jejichž složení závisí na druhu pájených materiálů. Pájedla jsou nástroje, kterými ohříváme spojované materiály a tavíme, popřípadě roztíráme, pájku. Při pájení měkkými pájkami se již málo užívají měděné hranoly upevněné na rukojeti, které se nahřívají petrolejovým nebo benzínovým hořákem. Často užívaná jsou elektrická pájedla s nepřetržitým ohřevem. Teplo vzniká na elektrickém odporu zabudovaném v dolní části pájedla. Z něho se odvádí na měděný hrot, to je funkční část pájedla odvádějící teplo na pájené místo. Měděný hrot je odolný proti rezivění i při častém ohřevu. Je tvarován tak, aby jej bylo možno přiložit nebo přit1ačit do pájecí spáry Druhy pájení Při pájení na tvrdo jsou zdroje tepla a pájecí zařízení složitější. Používaný je indukční ohřev, acetyleno-kyslíkový plamen nebo pec. Schéma vysokofrekvenčního ohřevu je na obr. 86. Proud procházející indukční smyčkou indukuje proud v místě spoje. Vzniklé teplo roztaví pájku, která zateče mezi spojované trubky. 99

100 obr.86 Vysokofrekvenční ohřev: 1-induktor, 2-pájené trubky, 3-pájka Dodržování dále uváděných technologií je zárukou dobrého spoje při obou způsobech pájení. Při pájení na měkko nejprve obě styčné plochy vyčistíme a vyleštíme škrabkou, pilníkem nebo skelným papírem. Aby se vyleštěná plocha nepotáhla mikroskopickou vrstvou oxidu, je nutno natřít spojované plochy tavidlem. Jestliže to neuděláme včas, oxidovaná vrstva zabrání dobrému smočení povrchů a vytvoří se nekvalitní spoj. Tavidlo volíme podle použitého materiálu a pájky, např. při spojování zinkových částí nanášíme obvykle chlorid zinečnatý. K pájení dále připravujeme pájedlo. Řádně nahřáté je zbavíme nečistot a zbytků po předcházejícím pájení. K tomu nejlépe použijeme smirkové plátno nebo škrabku. Potom pájedlo potáhneme pájkou. Pájedlo pak společně s tyčinkou pájky přiložíme k pájenému místu, aby se ohřála součást a roztavila pájka. Pájedlem stejnoměrně posouváme po spoji do té doby, než se zcela zaplní pájkou. Nakonec výrobek omyjeme v teplé vodě, čímž odplavíme zbylé tavidlo. Při pájení je důležité ustavení součástí, které musí být zajištěno tak, aby se spoj při pájení nebo chlazení nepohnul. Vhodné je spojované součásti upevnit svěrkami a v několika místech spojit nastehováním krátkými švy. Příklad opravy potrubí pájením je na obr. 87. Předpokladem pro opravu tímto způsobem je, že potrubí není mechanicky namáháno, např. olejové nebo chladicí potrubí. Potrubí se v poškozeném místě nejprve vyřízne. Z trubky, která má vnitřní průměr odpovídající vnějšímu průměru opravovaného potrubí, se zhotoví pouzdro. Volí se taková délka, aby pouzdro na obou stranách překrývalo poškozené místo o 15 až 25 mm. Konce opravovaného potrubí se očistí o něco dále, než kam zasahuje spojovací pouzdro. Na spojované konce trubky a na vnitřní povrch pouzdra se nanese vrstva tavidla. Konce trubky se zasunou do pouzdra. Na koncích pouzdra se umístí pájka, nejlépe ve tvaru drátu. Potrubí s pouzdrem se postupně zahřívá až do roztavení pájky. Opravovaným potrubím se pak pomalu otáčí, aby pájka dobře zatekla po celém obvodu spoje. Spoj se nechá na vzduchu vychladnout, promyje se vodou a profoukne stlačeným vzduchem. 100

101 obr.87 Oprava trubky: 1-prasklá trubka, 2-připravené díly, 3-pouzdro, 4-pájka, 5-hotový spoj Pájení na tvrdo je v porovnání s měkkým pájením mnohem pevnější a při dodržení správného postupu se dosáhne i vysoké pevnosti spoje. Při tomto postupu nepoužíváme pájedel, protože hroty by nevydržely pracovní teplotu. Pájení probíhá přímým ohřevem spojovaných součástí při teplotách okolo 800 ºC. Před pájením na tvrdo se součásti v místě spoje slícují, dobře očistí a potřou tavidlem. Součásti se pevně sevřou svěrkou, zajistí ve svěráku nebo ustaví jiným způsobem. Obě plochy se rovnoměrně ohřejí. Pájka, obvykle ve formě drátu, se zahřeje a ponoří do tavidla tak, aby se jím dostatečně obalila. Pak se přiloží k ohřátému spoji a roztaví se. Vlivem tepla a kapilárních sil zateče pájka do spáry. Čím menší je spára (asi 0,1 mm), tím více působí kapilární síly. Důležité je prohřívání spojovaného místa, neboť zaručuje, že pájka dobře zateče. Nakonec se spájený spoj nechá pozvolna vychladnout a očistí se od zbytků tavidla a pájky. Často používané spoje jsou na obr. 88. Pájení na měkko je málo pevné, a proto se používá hlavně při vytváření těsnicích spojů, např. u měděných nádob, pozinkovaných plechů. Pájení na tvrdo je vhodné na opravy menších součástí. Nelze jím pájet zinek a olovo, naopak se velmi dobře uplatňuje při spojování drahých kovů. obr.88 Příklady spájených součástí 101

102 16. Lepení kovů Lepení je velmi rychlý a poměrně jednoduchý způsob spojování materiálů, který se uplatňuje zejména při opravách. Lepením lze provádět: - opravy zlomených součástí, - opravy pórovitých součástí, - opravy trhlin, - opravy nerovnosti povrchu, - obnovu opotřebených součástí. Lepený spoj nezeslabuje spojované materiály dírami jako např. při spojování šrouby nebo nýty; ve spojovaných materiálech nevznikají pnutí vyvolávající deformace jako např. při svařování; lepením můžeme spojovat i materiály různého druhu (kov s pryží, dřevem, plasty apod.). V praxi se osvědčila i lepení kovových a keramických břitových destiček u řezných nástrojů. Lepené spoje se uplatňují v letectví a kosmonautice, při výrobě železničních vagónů, v automobilovém a chladírenském průmyslu aj. Pevnost lepeného spoje se v mnoha případech vyrovná pevnosti spojů vzniklých například nýtováním, pájením, svařováním, a někdy je dokonce i lepší. Lepení kovů je proto rovnocenné jiným technologiím spojování kovů. V současné době se objevují nejen nová lepidla, ale zároveň se jejich výrobci soustřeďují i na maximální zjednodušení postupu lepení. Pevnost spoje závisí na adhezi - přilnavosti (pevnosti držení lepidla na materiálu) - a kohezi - soudržnosti (pevnosti filmu lepidla v tahu). Součet adheze a koheze určuje lepivost lepidla, což je vlastně síla, kterou je potřeba vyvinout, aby se slepené plochy od sebe odtrhly. Kvalita lepeného spoje je závislá zejména na: - druhu lepidla, - dobré přilnavosti lepidla na spojované povrchy, - rovnoměrnosti tloušťky nanášeného lepidla (větší vrstva lepidla zpravidla zhoršuje vlastnosti spojení), - velikosti a přiměřenosti tlaku, kterým k sobě slepované povrchy v době vytvrzování lepidla stlačujeme, - čistotě lepidla a čistotě povrchu slepovaných materiálů (mastnota, prach, voda a vodní pára na lepených plochách pronikavě snižují pevnost spoje). Lepení kovů je v porovnání s lepením ostatních materiálů značně náročné Lepidla pro lepení kovů Lepidla jsou většinou makromolekulární látky vytvářející pevné a trvalé spojení mezi slepovanými díly. Kromě lepicí složky obsahují vždy ještě pomocné látky, jako např. rozpouštědla, změkčovadla, konzervační složky apod. 102

103 Podle původu lze lepidla rozdělit na: - rostlinná (na bázi škrobu, klovatiny, přírodního kaučuku apod.), - minerální (na bázi vodního skla, různé tmely apod.), - živočišná (klíh, kasein apod.), - na bázi syntetických pryskyřic (epoxidová a termoplastická lepidla, elastomery k lepení pryže s kůží apod.). Z hlediska konzistence je lze rozdělit na: - lepidla tekutá, - lepidla pastovitá, - lepidla prášková, - lepidla pěnová, - lepicí filmy a lepicí pásky. Kovové materiály se spojují zejména lepidly z epoxidových pryskyřic (např. CHS-Epoxy 12, 110, 1001, 1010,1020,1200,1210,1600,1530,2400, Eprosin 1260/30, molekulární lepidlo Belzola aj.), která se vyrábějí většinou jako dvousložková lepidla složená z epoxidové pryskyřice a tzv. tvrdidla. Lepidla CHS Epoxy 100, 1010 a 1020 jsou tzv. lepidla jednokomponentová, tvrdidlo mají přidané již při výrobě a dodávají se v pevném stavu. Roztírají se buď na prášek, nebo je lze rozpustit v acetonu. Na povrchy předehřátých součástí se nanášejí nasypáním nebo natíráním. Vytvrzují se při teplotách nad 100 C (většinou při teplotě 180 C po dobu jedné hodiny). Dvousložková lepidla se připravují smícháním pryskyřice a tvrdidla v určitém poměru předepsaném výrobcem. Poměr smíchání má většinou také vliv na různé vlastnosti lepeného spoje (pružnost, tvrdost apod.). Z nových epoxidových lepidel dobře odolávajících účinkům střídavých teplot a povětrnostním vlivům lze jmenovat ještě dvousložková lepidla typu ZV Epoxy 1580, tvrzená tvrdidlem AT 9, a lepidlo ZV Epoxy 1530, tvrzené tvrdidlem S 6. Režím vytvrzování při teplotách od 20 do 120 C je velmi příznivý a při teplotě 100 C trvá vytvrzování přibližně 10 min. Lepený spoj má velmi dobré mechanické vlastnosti v rozmezí teplot od -75 do 80 C. V současné praxi se s výhodou používá epoxidových lepidel typu Retanol, Lepox aj., která jsou vhodná jak pro havarijní opravy, tak i pro novou konstrukční techniku. V poslední době se i na našem trhu uplatňují dvousložkové rychletuhnoucí akrylátové tmely Aldurit M 200, které se vyznačují vynikající adhezí ke kovům a jsou určeny především k opravám odlitků, potrubním spojů apod. Tvrdidla k lepidlům Aldurit jsou dodávána jako směsi s práškovými kovy, např. Aldurit MP 12 s litinovým prachem nebo Aldurit MP 20 s hliníkovým prachem. Ze zahraničních lepidel je potřeba jmenovat i u nás rozšířené epoxidové lepidlo Belzona-Metall se směsí práškových kovů, francouzské lepidlo Kerimid, a rychletuhnoucí lepidlo Eastman 910 z USA Úprava lepených spojů 103

104 Kromě přípravy lepených ploch ( musíme zvolit některý ze způsobů úpravy lepených spojů. Spojení přeplátováním je náchylné k odlupování, a proto se nejčastěji používají úpravy s podloženými stykovými deskami, popřípadě spoj se zkosenými okraji, který je vhodný pro tlustší materiály. obr.89 Různé úpravy při lepeni spojeni přeplátovánim, b, c) podložený spoj, d) spoj se zkosenými okraji obr. 90 Drážkové spoje tlustších plechů Příznivé mechanické vlastnosti vykazuje tzv. drážkové spojení tlustších plechů, které nevyžaduje speciální lepicí přípravky a znemožňuje odlupováni. obr.91 Dva způsoby zalepení válcového svorníku do materiálu a) svorník s nezesí1eným koncem, b) svorník s úpravou konce pro zalepení Při spojování kruhových materiálů se uplatňují spoje z obr. 91. U spojení podle obr. 91b se dosahuje příznivější odolnosti proti vytržení silou F. Tenké plechy se dobře spojují lemováním (obr.92) a zalepením. obr.92 lepení tenkých plechů c) d) Obr.93 Úpravy ploch při spojení trubek lepením a) trubková spojka je umístěna uvnitř, b) trubková spojka je umístěna vně, c) konec jedné trubky je rozšířený, d) kuželovité zakončení obou konců trubek 104