Projekt:
CENTRUM VZDĚLÁVÁNÍ PEDAGOGŮ ODBORNÝCH ŠKOL
Kurz: Kurz Vývoj, zkoušení, výroba, skladování a expedice technických plynů
1
OBSAH 1.
Úvod ................................................................................................................................................... 3
2.
Vlastnosti a plyny používané ve svařování ......................................................................................... 4
3.
Ochranné plyny pro svařování Linde .................................................................................................. 5
4.
Svařování kovů elektrickým obloukem v ochranném plynu metodou MAG...................................... 5
5.
Ochranné plyny pro svařování a formování Cr ‐ Ni ocelí .............................................................. 9
6.
Plyny pro svařování hliníku ................................................................................................................. 9
7.
Použitá literatura .............................................................................................................................. 11
2
1.
Úvod
Podstata Při svařování dvou dílů se jejich materiály spojí ve struktuře rovnocenné se strukturou samotných dílů, tj. dojde k homogennímu látkovému spojení. K takovému spojení je nutné přivést oba díly v místě svaru do plastického stavu zahřátím.
Použití Kvůli pevnosti a homogennosti spojů se svařování používá v mnoha odvětvích, např. při výrobě ocelových konstrukcí i konstrukcí z lehkých kovů, při stavbě mostů, jeřábů nebo při výrobě karosérií automobilů a stavebních strojů, při výrobě stojanů strojů a ocelových nádrží, ale také při výrobě krytů a nádob z plastů apod.
Definice svaru „ Svar je nerozebíratelný spoj s materiálovým stykem. “
Výhody svařování • • •
Svar může mít libovolný tvar. Nejsou potřeba doplňující zpevňující díly jako např. šrouby. Pevnost svaru je často stejná jako pevnost svařovaných dílů. Svařováním lze vytvořit těsné nerozebíratelné spoje.
Nevýhody svařování • • •
Změny struktury způsobené vysokou teplotou mohou zmenšit pevnost svařovaných dílů. Teplotní dilatace během svařování mohou zdeformovat celkovou konstrukci. Některé kovy se svařují velmi obtížně.
Příklady použití svarů
3
2.
Vlastnosti a plyny používané ve svařování
Argon – Ar: • • •
Inertní plyn, žádná reakce s materiálem. Těžší jak vzduch - chrání taveninu před přístupem vzduchu. Lehce ionizuje - ulehčuje zapálení svařovacího oblouku.
• •
Inertní plyn, žádná reakce s materiálem. Lehčí než vzduch - pro ochranu procesu je nutný větší průtok plynu jak u Ar. Vysoký ionizační potenciál - zapálení oblouku je se zvyšujícím se podílem He těžší. Vyšší napětí v oblouku. Velká tepelná vodivost, ionizační potenciál - více tepla vneseného do materiálu. Více vneseného tepla - lepší smáčení, širší závar, menší převýšení, vyšší rychlost svařování.
Helium – He:
• • • •
Kysličník uhličitý – CO2: • • • • • • • • • • •
Aktivní plyn, reakce s materiálem (oxidace). Stabilizace svařovacího oblouku. Těžší jak vzduch, ochrana taveniny pře přístupem vzduchu. Disociuje v oblouku na CO+O – zvětšení objemu - lepší ochrana taveniny. Po úplné disociaci oxiduje, v omezené míře nauhličuje. Vysoký ionizační potenciál – horší zapálení oblouku, vyšší přenos tepla. Rekombinace z CO+O na CO2 – vznik volného tepla, jistější (širší) závar. Rekombinace, vyšší napětí – vyšší rychlost svařování. Důležitý plyn - příměs k redukci pórů v tavenině. Vzrůstající objem CO2 – větší rozstřik, obzvlášť u dlouhého svařovacího oblouku. Oxidační účinky: větší podíl CO2, více strusky.
Kyslík – O2: • • • • •
Aktivní plyn, silné oxidační účinky (2 až 3 x větší jak CO2). Stabilizace svařovacího oblouku. Snižuje povrchové napětí ocelí - svary bez rozstřiku, jemná kresba - nucené pozice předbíhající tavenina. Citlivý - vznik pórů. Malý ionizační potenciál - menší napětí v oblouku-menší přenos tepla.
Vodík – H2: • • • •
Aktivní plyn, redukční účinky. Vysoký ionizační potenciál, tepelná vodivost - velmi velký vnos tepla do materiálu. Svařovací oblouk je vodíkem zúžen - vysoká energetická hustota oblouku. Vnos tepla, zúžení oblouku-vyšší rychlost svařování. 4
Dusík – N2: •
Málo aktivní plyn, reaguje s kovy jen za vysokých teplot, při nižších teplotách se chová inertně – nereaguje. • U konstrukčních materiálů způsobuje póry. • Vede ke stárnutí (zvláště u jemnozrnných ocelí). • Vytváří austenit, potlačuje částečně feritickou fázi u austenitických ocelí.
3.
Ochranné plyny pro svařování Linde
Výkonnostní řada CORGON 10He30 CORGON S3He25 CORGON 25He25 CRONIGON 2He20 CRONIGON 2He50 CRONIGON Ni10 CRONIGON Ni20 CRONIGON Ni30
4.
ČSN EN ISO 14175 M20 M22 M21 M12 M12 Z-ArHeHC-30/2/0,05 Z-ArHeC-50/0,05 Z-ArHeNC-5/5/0,05
Svařování kovů elektrickým v ochranném plynu metodou MAG
obloukem
Ochranný plyn Ochranný plyn je nutno volit podle zpracovávaného matriálu a podle druhu svařovací operace. Prostřednictvím ochranného plynu se ovlivňuje chování oblouku, přechod svarového matriálu, odtavný výkon, profil svaru, závar a chemické složení tavné lázně. Jeho vliv se projevuje rovněž ve výsledných mechanických vlastnostech svaru. Ochranný plyn chrání tavnou lázeň před přístupem vzduchu. Ovlivňuje pochody probíhající v oblouku, uvolňování kapky a tvar vlastního svaru. Ochranné plyny jsou bez barvy, chuti a zápachu. Nejsou jedovaté, ale mohou vytěsnit vzduch potřebný k dýchání.
5
Nastavení průtoku ochranného plynu Odběr plynu z láhve se provádí pomocí redukčního ventilu a průtokoměru doplněného jemným regulačním ventilem. Odtud proudí plyn spojovací hadicí k magnetickému ventilu v podavači drátu a následně hadicovým vedením k hořáku. Výše zmíněným jemným ventilem lze nastavit požadovaný průtok a na průtokoměru odečíst jeho hodnotu. Platí základní pravidlo, které říká, že průtok plynu v l/min má být 10-ti až 12-ti násobkem průměru drátu udávaného v mm. Např. drát 1,2 mm: cca 12 – 14 l/min.
Jako ochranný plyn se používají převážně argonové směsi, a to z těchto důvodů: • • • •
Méně rozstřiku kovu a strusky. Menší nebezpečí propálení tenkých plechů. Většinou menší vytváření dýmu při svařování. Vyšší rychlost svařování.
Mezi základní typy ochranných plynů patří: • • • •
Corgon 10, 18,25 ( Ar+10%CO2)…….. Mison 8, 18 CO2 Cronigon 2
Čím větší podíl argonu v ochranném plynu, tím kvalitnější svar, viz ukázky. 100 % CO2
82 % Ar + 18 % CO2 – Mison 18
6
Použití: Metoda MAG se používá ke svařování nelegovaných ocelí tř. 10, 11 při velkém tavícím výkonu.
Chyby svarových spojů: •
Nedostatečné pokrytí tavné lázně ochranným plynem má za následek chemickou reakci vzduchu s tavnou lázní a vznik porézních svarů s nevyhovující pevností. Závada: Průvan (zejména na stavbách) narušující příkrov tvořený ochranným plynem. Důsledek: Nedostatečná ochrana plynovým příkrovem, tvorba pórů ve svaru.
•
Neprovařené spoje: Pouze oblouk (nikoliv tavná lázeň) má dostatek energie k natavení okrajů drážek a vytvoření pevného spoje. Aby se zabránilo chybně provedeným (studeným) svarům, je nutno provést odborně přípravu svaru včetně opracování drážky. Chyby, kterých se při práci můžeme dopustit: o
o
Příliš malý úhel otevření - správná hodnota: 40 až 60
Příliš velké otupení hrany - nadměrný odstup otupených hran.
Příliš velké přesazení okrajů. 7
Navařování na silně vyklenutou spodní vrstvu. Správný postup: Vybroušení spodní vrstvy před dalším navařováním.
Chyba při napojování svaru při svařování nízkým výkonem oblouku, místo napojení pokračujícího svaru nebylo vybroušeno, svary se nedostatečně překrývají. Správný postup: Konec svaru vybrousit, oblouk zapálit před koncem svaru a plynule pokračovat.
•
K chybám ve svaru může dojít také v případech, kdy se oblouk v důsledku dopředu rozteklé (předbíhající) tavné lázně nedostane do náležitého kontaktu s okraji drážky, anebo s navařovanou vrstvou.
Příliš malá svařovací rychlost nebo příliš velký odtavný výkon. Nenavařovat na sebe příliš silné vrstvy! •
Svařování v poloze PG Příliš velký náklon hořáku (klesavá). Musí se pracovat v tlačené poloze. s omezeným odtavným výkonem a ne příliš pomalu!
Při chybném držení hořáku natavuje oblouk okraje drážky pouze na jedné straně. Důsledkem je chybně provedený svar a nedostatečně pevný spoj.
8
Příliš vyosený hořák.
5.
Hořák příliš skloněný k jednomu boku drážky.
Nevyhovující vedení hořáku v důsledku omezené přístupnosti.
Ochranné plyny pro svařování a formování Cr - Ni ocelí
Ochranné plyny jsou pro všechny svařovací procesy pod plynovou ochranou normované. Týká se to plynů pro ochranu vlastního svaru i kořene. Jejich označování není zcela jednoznačné a bere v úvahu také koncentraci, takže samotné označení podle EN k určení konkrétní plynové směsi nestačí. To je dobře mít na paměti např. při zadávání objednávky. Svařování MIG pod čistým argonem přichází v případě nerezových ocelí jen málokdy v úvahu. Bez přítomnosti aktivních složek, jako je CO2 nebo kyslík, hoří oblouk nestabilně. Argon má nízkou tepelnou vodivost i ionizační energii, čemuž odpovídá i nízká hodnota přestupu tepla do obrobku. Důsledkem je malá tekutost tavné lázně, která se špatně roztéká po základním materiálu (omezená smáčivost). Výsledkem je nepravidelně konvexní svarový šev s neuspokojivým závarem. Ochranné plyny pro svařování vysokolegovaných ocelí postupem MAG proto obsahují aktivní složky, tj. přídavky kyslíku nebo kysličníku uhličitého, čímž se docílí stabilizace oblouku, zlepší se smáčivost a zvýší se přenos tepla do obrobku. Pro MAG svařování Cr - Ni ocelí se proto ve značné míře prosadily argonové ochranné plyny s podílem CO2 kolem 2,5%. Manuální svařování metodou WIG/TIG Cr - Ni ocelí představuje standardní ochranný plyn argon. Normalizované značení: Argon 4.6 = 99,996% / Argon 4.8 = 99.998% / Argon 5.0 = 99.999%
6.
Plyny pro svařování hliníku
Argon • • • •
nejvíce používaný plyn dobře vede oblouk dobré zapalovací vlastnosti hluboký (prstíčkový) závar
Hélium •
9x lepší tepelná vodivost 9
• • •
vyšší svařovací rychlost snížená pórovitost širší a hlubší závar
Přednosti hélia při svařování hliníku • • • •
lepší závar předehřívací efekt vyšší svařovací rychlost snížená pórovitost
Argon
Ar/He 50/50
10
7.
Použitá literatura
[1] Vnitropodniková dokumentace f. Linde a.s.
11
Vydal:
Střední průmyslová škola a Obchodní akademie Uherský Brod www.spsoa-ub.cz Uherský Brod, červen 2012 Vytvořeno v rámci projektu Centrum vzdělávání pedagogů odborných škol, reg. č. CZ.1.07/1.3.09/03.0017 Podpořeno Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky prostřednictvím Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost
12
