Základní principy svařování

Svar lze definovat jako koalescenci kovů vytvořenou zahřátím na vhodnou teplotu za použití tlaku nebo bez něj a s použitím nebo bez použití přídavného materiálu.

Při tavném svařování generuje zdroj tepla dostatek tepla k vytvoření a udržení roztavené lázně kovu požadované velikosti. Teplo může být dodáváno elektřinou nebo plynovým plamenem. Elektrické odporové svařování může být považováno za tavné svařování, protože se tvoří určité množství roztaveného kovu.

---

Procesy na pevné fázi vytvářejí svary bez roztavení základního materiálu a bez přidání přídavného kovu. Vždy se používá tlak a obecně se dodává určité teplo. Třecí teplo se vyvíjí při ultrazvukovém a třecím spojování a ohřev pece se obvykle používá při difúzním spojování.

Elektrický oblouk používaný při svařování je vysokoproudý nízkonapěťový výboj obecně v rozsahu 10–2 000 ampér při 10–50 voltech. Obloukový sloup je složitý, ale obecně se skládá z katody, která emituje elektrony, plynového plazmatu pro vedení proudu a anodové oblasti, která se stává poměrně teplejší než katoda v důsledku ostřelování elektrony. Obvykle se používá oblouk stejnosměrného proudu (DC), ale lze použít oblouky střídavého proudu (AC).

Celkový vstup energie do všech svařovacích procesů převyšuje energii potřebnou k vytvoření spoje, protože ne všechno vytvořené teplo lze efektivně využít. Účinnost se pohybuje od 60 do 90 procent v závislosti na procesu; některé speciální procesy se od tohoto čísla značně odchylují. Teplo se ztrácí vedením přes obecný kov a sáláním do okolí.

Většina kovů po zahřátí reaguje s atmosférou nebo jinými blízkými kovy. Tyto reakce mohou být extrémně škodlivé pro vlastnosti svarového spoje. Většina kovů například při roztavení rychle oxiduje. Vrstva oxidu může bránit správnému spojení kovu. Kapky roztaveného kovu potažené oxidem se zachytí ve svaru a spoj křehnou. Některé cenné materiály přidané pro specifické vlastnosti reagují při vystavení vzduchu tak rychle, že nanesený kov nemá stejné složení jako původně. Tyto problémy vedly k použití tavidel a inertních atmosfér.

Při tavném svařování má tavidlo ochrannou roli při usnadňování řízené reakce kovu a poté brání oxidaci vytvořením pokrývky přes roztavený materiál. Tavidla mohou být aktivní a pomáhat v procesu nebo neaktivní a jednoduše chránit povrchy během spojování.

Inertní atmosféry hrají ochrannou roli podobnou roli tavidel. Při obloukovém svařování s kovovým obloukem chráněným plynem a při obloukovém svařování wolframem s ochranným plynem proudí inertní plyn – obvykle argon – z prstence obklopujícího hořák v nepřetržitém proudu a vytlačuje vzduch z okolí oblouku. Plyn chemicky nereaguje s kovem, ale pouze jej chrání před kontaktem se vzdušným kyslíkem.

Metalurgie spojování kovů je důležitá pro funkční schopnosti spoje. Obloukový svar znázorňuje všechny základní rysy spoje. Průchodem svařovacího oblouku vznikají tři zóny: (1) svarový kov nebo zóna tavení, (2) tepelně ovlivněná zóna a (3) neovlivněná zóna. Svarový kov je ta část spoje, která byla roztavena během svařování. Tepelně ovlivněná oblast je oblast přiléhající ke svarovému kovu, která nebyla svařena, ale prošla změnou mikrostruktury nebo mechanických vlastností v důsledku tepla svařování. Neovlivněný materiál je ten, který nebyl dostatečně zahřátý, aby se změnily jeho vlastnosti.

Složení svarového kovu a podmínky, za kterých mrzne (tuhne), výrazně ovlivňují schopnost spoje plnit provozní požadavky. Při obloukovém svařování svarový kov obsahuje přídavný materiál plus základní kov, který se roztavil. Po průchodu oblouku dochází k rychlému ochlazení svarového kovu. Jednoprůchodový svar má odlévanou strukturu se sloupcovými zrny sahajícími od okraje tavné lázně do středu svaru. U vícevrstvého svaru může být tato litá struktura modifikována v závislosti na konkrétním kovu, který je svařován.

Základní kov sousedící se svarem nebo tepelně ovlivněná zóna je vystavena řadě teplotních cyklů a jeho změna ve struktuře přímo souvisí s maximální teplotou v jakémkoli daném bodě, dobou expozice a rychlostmi ochlazování. Typů obecných kovů je příliš mnoho na to, abychom je zde mohli diskutovat, ale lze je seskupit do tří tříd: (1) materiály neovlivněné svařovacím teplem, (2) materiály vytvrzené strukturální změnou, (3) materiály vytvrzené precipitačními procesy.

Svařování vytváří pnutí v materiálech. Tyto síly jsou vyvolány kontrakcí svarového kovu a roztažením a poté smrštěním tepelně ovlivněné oblasti. Neohřátý kov působí omezení na výše uvedené, a protože převládá smršťování, svarový kov se nemůže volně smršťovat a ve spoji se vytváří napětí. Toto je obecně známé jako zbytkové napětí a pro některé kritické aplikace musí být odstraněno tepelným zpracováním celého výrobku. Zbytkové napětí je nevyhnutelné u všech svařovaných konstrukcí a pokud není řízeno, dojde k prohnutí nebo deformaci svařence. Řízení je prováděno svařovací technikou, přípravky a přípravky, výrobními postupy a konečným tepelným zpracováním.