Spojování materiálů pomocí technologií svařování v atmosféře ochranného plynu patří k nejrozšířenějším a nejpoužívanějším metodám v průmyslovém sektoru. Je to dáno především vlastnostmi těchto technologií, které splňují vysoké nároky na produktivitu, kvalitu a nízké náklady.
Již samotný název technologie svařování v ochranné atmosféře zdůrazňuje velmi důležitý a neodmyslitelný prvek, kterým je svařovací plyn. Ten neslouží pouze jako lokální ochranný prvek svarové lázně, ale často se přímo účastní a ovlivňuje mechanické a chemické vlastnosti výsledného svarového spoje. I to jsou však pouze základní aspekty, na které má ochranná atmosféra vliv. Jejímu výběru je proto nutné věnovat zvýšenou pozornost a neopomíjet její důležitost.
Základní rozdělení svařovacích plynů
Na trhu je dnes k dostání široká nabídka ochranných atmosfér pro svařování. Důvod je jasný, již zmíněné značné ovlivnění svařovacího procesu. Pro zjednodušení a snadnější výběr vhodného plynného média firma Messer Technogas rozděluje plyny do tří základních skupin (viz tabulka).
Nelegované a nízkolegované materiály
Materiály nelegované a nízkolegované se běžně svařují pomocí metody MAG (metal active gas; obr. 1), u které se používají vždy směsi s větším či menším podílem aktivní složky, tedy oxidu uhličitého a/nebo kyslíku. Inertní část směsi tvoří argon. Dříve velmi častá, dnes již minimálně používaná ochranná atmosféra čistého oxidu uhličitého je dnes velmi zřídka k vidění, avšak stále se mezi svářeči setkáváme se spojením: svařování „céóčkem“. Čisté CO2 se vyznačuje velkým průvarem, ale bohužel i nestabilním svařovacím obloukem. Následné čištění rozstřiku v okolí svarového spoje je velmi obtížné a zdlouhavé. Velký rozstřik snižují směsi s nižším podílem aktivní složky v ochranné atmosféře. Dnes velmi používaným svařovacím plynem je směs argonu a 18 % CO2. Své místo na trhu si však už budují plyny třísložkové, dnes právem označované za špičku v oboru. Řadíme mezi ně směsi Ferroline C6X1 a Ferroline C12X2. Směs složená z kombinace kyslíku a oxidu uhličitého v argonu vede k vysoké rychlosti svařování, hladkému povrchu svaru s jemnou kresbou, minimálním rozstřikem (obr. 2) a dobrými mechanickými vlastnostmi výsledného svarového spoje.
Legované materiály
Legované a vysokolegované ocele lze svařovat již zmíněnou metodou MAG nebo metodou TIG (tungsten inert gas) využívající inertních ochranných atmosfér. U metody MAG se taktéž používají směsi s aktivními složkami v argonu, avšak jejich zastoupení je z důvodu ovlivnění chemického složení svařovaných materiálů značně sníženo. K velmi používaným plynům se řadí Inoxline C2. V případě ocelí obsahujících zvláště nízké množství uhlíku se používají i směsi bez oxidu uhličitého, který je nahrazen malým množstvím kyslíku — Inoxline X2. Svary s požadavkem na velmi vysokou kvalitu jsou svařovány pomocí metody TIG, která neumožňuje použití plynu s podílem aktivní složky. Základem ochranného plynu je argon, který lze u austenitických materiálů doplnit podílem vodíku. Vodík díky své velmi vysoké tepelné vodivosti zvyšuje svařovací rychlost a umožňuje dosažení většího průvaru. Pro ruční svařovaní jsou směsi doplněny 2 až 5 % H2, v automatizovaných procesech dosahuje podíl vodíku ve směsi 7 až 10 % H2. U ocelí duplexních se z důvodu zajištění austenitického podílu ve svařovaném materiálu používá argon doplněný příměsí dusíku.
Hliník a jeho slitiny
Poslední, ale dnes velmi významnou skupinou jsou slitiny hliníku, které jsou kvůli své nízké hustotě čím dál více používány v automobilovém a drážním průmyslu. Zároveň však vynikají vysokou tepelnou vodivostí, jež může vést k problémům při procesu svařování. Především u plechů a profilů větších tlouštěk vzniká problém s nedostatečným závarem na bocích svarové housenky. Řešením krom finančně náročného a časově zdlouhavého předehřevu mohou být opět svařovací plyny. V tomto případě se argonový ochranný plyn doplní o příměs helia. Helium díky své velké tepelné vodivosti zajistí požadovaný průvar. Svařovací plyn se běžně doplňuje 15—50 % helia. U směsí s vyšším obsahem helia je nutné navýšit průtok plynu, aby byla ochrana svarové lázně z důvodu nízké hustoty helia dostatečná. Větší průtok ochranného plynu a obsah helia však mají negativní vliv na finanční stránku. Řešením jsou plyny řady Aluline N, kdy i velmi malé množství dusíku (0,015 %) v argonu vede k dostatečnému zajištění potřebné hustoty energie přiváděné do svarové lázně. Vliv na profil svaru ve srovnání s čistým argonem zachycuje obr. 3. Dusík zároveň zajišťuje stabilnější elektrický oblouk, minimální rozstřik a jemnou kresbu povrchu svaru.
Správná volba zdroje zásobování ochranného plynu
Nejen volba správného typu plynu, ale také jeho zdroj mají velký vliv na výslednou produktivitu a finanční náročnost. Menší firmy ocení klasické tlakové láhve. Také v tomto ohledu myslí firma Messer Technogas na zákazníky a nabízí tlakové láhve s integrovanými lahvovými a redukčními ventily — VIPR (valve with integrated pressure regulator; obr. 4). Láhev VIPR disponuje vodním objemem 33 l, což jí umožňuje dosáhnout kompaktnějších rozměrů a nižší hmotnosti jdoucí ruku v ruce s lehčí manipulací a zvýšenou bezpečností obsluhy. Tato láhev je plněna na tlak 300 bar, aby i při menších rozměrech láhve bylo množství plynu srovnatelné s tím, které je v klasických tlakových láhvích s vodním objemem 50 l plněných na tlak 200 bar. Díky integrovanému redukčnímu ventilu opatřenému výstupním připojením pro rychlospojku při výměně láhví odpadá manipulace s klasickými redukčními ventily, což značně usnadňuje a urychluje výměnu bez nutnosti použití montážního klíče. U firem s většími spotřebami je vhodné využít svazky tlakových láhví (obr. 5) či malé kryogenní zásobníky. Takto lze velmi snadno dosáhnout nejen nižší četnosti závozů, ale i finanční úspory. Zdroj plynu je u tohoto typu zásobování centralizován a po hale je k jednotlivým pracovištím rozveden pomocí potrubních rozvodů. V případě dalšího navýšení spotřeby lze již velmi snadno přejít na větší typ kryogenního zásobníku a opět tak optimalizovat zdroj plynu.
Klasifikace ochranných plynů
Vliv ochranných plynů na svařovací lázeň a výsledné vlastnosti svarového spoje potvrzuje i norma ČSN EN ISO 14175 (Svařovací materiály — Plyny a jejich směsi pro tavné svařování a příbuzné procesy). Tato norma rozděluje ochranné atmosféry do skupin, respektive skupin a podskupin podle procentuálního obsahu jednotlivých složek ve směsném plynu a jejich chemické reaktivity. Na tuto normu je nutné brát ohled u svařenců, které jsou během své provozní životnosti vystaveny zvýšeným nárokům. Svařovací proces v ochranné atmosféře má neodmyslitelné místo ve velké řadě výrobních závodů. Ačkoli jsou u této technologie ochranné plyny brány jako nutnost, často jim není věnována dostatečná pozornost. Přitom vhodná volba typu plynu a zdroje zásobování dokáže ušetřit nejen značné finanční náklady, ale zároveň zlepšit produktivitu a kvalitu výroby.
/Jan Šplíchal, IWE (aplikační inženýr svařování a dělení materiálů), Messer Technogas/
