Svařování, tepelné dělení a jeho význam ve výrobě

I zařízení k dělení prodělaly poslední dobou nemalý pokrok, dnes není problémem tepelně (laserem, plazmou) dělit materiály, s kterými jsme si v minulosti příliš nevěděli rady. Do praxe byly zavedeny i velmi inovativní metody, jako např. svařování Laserem, elektronovým paprskem, třením, nebo technologie Laser-hybrid, tj. Laserem a MIGem.
Posun zaznamenáváme i v plynech, která nová zařízení pro svůj spolehlivý provoz potřebují. Zlepšilo se též povědomí o kvalitě plynů obecně, tak i o možnostech měření nečistot v plynech a vlivu nečistot jak na proces řezání nebo svařování, tak i o nebezpečí těchto nečistot jako vlhkosti nebo uhlovodíků pro zrcátka Laserových zařízení nebo jakost třeba při svařování hliníku nebo titanu metodou TIG nebo MIG. Přesto se jako výrobci technických a speciálních plynů poměrně často setkáváme s ne zcela úplným pochopením a z toho vyplývajícím nevhodným zacházením při používání plynů ve výrobě. Špatnou manipulací např. při výměně tlakových lahví nebo svazků, může dojít k značnému zhoršení parametrů čistoty a z toho vyplývajících tvrzení typu, máte něco s plynem. Pokud k problémům dojde bezprostředně po výměně tlakové láhve (nebo svazku), v 90 % případů je za tím nedostatečný proplach. Dlouhé přívodní hadice ke svářečkám z nevhodného materiálu spolehlivě zavlečou do plynu vlhkost, která se tam dostává na principu parciálních tlaků. U hadic jde nejenom o to, aby byly těsné, ale i o to, aby se daly snadno profouknout, protože molekuly vody mají velký polární moment a proto i velkou adsorpční schopnost k některým materiálům. Asi nejlepším materiálem je pro to drahý teflon. Ale ani ten není vhodný pro přesná měření vlhkosti v potrubích pro hodnoty pod -40 ˚C rosného bodu, což odpovídá 127 ppmV vlhkosti. Minimální čistota argonu pro svařování metodou TIG je pro slitiny niklu udávána 99,95 % a pro titan 99,7 %. Messer Technogas dodává běžně argon o čistotách 99,996 % a 99,998 %. Tyto čistoty se též zkráceně označují jako 4.6 a 4.8. Při tom čistota kapalného argonu z výroby je 5.0 a pokud se plní tlakové láhve z takto čisté kapaliny, čistota 4.8 je vždy s velkou rezervou garantována, většinou i u lahví deklarovaných jako 4.6.
Je tedy zřejmé, že na vstupu do procesu je plyn o více než dostatečné čistotě. Pro představu o jaké čistoty jde, má-li Ar 99,998 % argonu, zbytek tj. 0,002 % mohou být nečistoty. Pro lepší představu se používají jednotky ppm, respektive ppmV. 1ppmV představuje objemový poměr 1 : 1 000 000. 0,002 % tedy odpovídá 20 vpm. Má-li Praha milión obyvatel, 20 z nich reprezentuje 20 ppmV.
Typické znečištění argonu 4.8 je následující:
3 ppmV kyslíku, 10 ppmV dusíku, 4 ppmV vody, 0,2 ppmV uhlovodíků, 0,2 ppmV CO2. Pro Ar 3.5, který by měl ještě vyhovovat to znamená, že 40 ppmV vody se ještě negativně neprojeví.
Podle jiných dostupných údajů není reálné se na hořáku dostat i při použití PVC hadic, které jsou mnohem lepší než mnohdy používané hadice gumové, pod 30 ppmV vlhkosti.
ASME v programu SINTEF S3707 provedl kolektiv autorů test citlivosti na vlhkost krycího plynu při svařování TIGem u 13 % Cr nerez oceli při přetlaku 12 bar a 14mbarech parciálního tlaku vodní páry, což odpovídá 117 ppmV vody a od této hodnoty byly pozorovány mikrotrhliny.
Přístrojem SENSORIKA HG 311 byla měřena vlhkost za redukčním ventilem CONSTANT 2000 200/16 l/min. Propojení bylo realizováno PTFE hadičkou 8/6 mm (stěna 1 mm) o délce 2 m. Po minutovém profouknutí teflonové hadičky probíhalo vlastní měření při konstantním průtoku 4 l/min. Zdrojem byla tlaková láhev ArHe směsi 70/30 a argonový rozvod o délce cca 150 m ze zásobníku kapalného argonu. Argon z rozvodu byl jen nepatrně sušší, než směs z tlakové láhve. Největší vliv na vlhkost ochranného plynu měla délka přívodní hadice, kterou byly napojeny svařovací zdroje. V boxu šlo o 1,45 m dlouhou hadici, u automatu byla celková délka hadic odhadnuta na cca 40 m. Měření rosného bodu s přepočtem na vlhkost ochranného plynu ukázalo na nutnost hadice zkrátit, nebo i vyměnit. Vlhkost plynu nad 100 ppmV je již velmi vysoká.
Naměřené a přepočítané hodnoty jsou v přiloženém grafu přehledně zachyceny v závislosti na čase profukování v minutách.
U kyslíku se na náběhových barvách austenitické nerezi začíná projevovat již 25 ppmV O2. 50 ppmV kyslíku dává zřetelný žlutý náběh a 100 ppmV kyslíku se již projevuje velmi zřetelným nahnědlým zbarvením svaru u teplotně ovlivněného okolí.
Zatímco u dusíku nebo argonu není problém dosáhnout ve výrobě čistoty 5.0, u kyslíku je běžně dosažitelná hodnota kolem 3.0 tj. 99,9 %, což pro běžné autogenní řezání, kde je požadovaná čistota 2.5 s rezervou postačuje. V začátcích řezání Laserem byla i tato čistota dobrá. Potom se ale přišlo na to, že i malá změna čistoty z 3.0 na 3.5 má vliv na kvalitu a možnou maximální rychlost řezu (+10 %) a protože čas jsou peníze a kvalita prodává, stal se pro dělení Laserem standardem kyslík 3.5 u nás nazývaný Oxycut.
Poslední dobou se často i obyčejný „černý“ materiál řeže dusíkem, protože řez je čistší, než řez kyslíkem. Jedinou nevýhodou je nutnost řezat pod vyšším tlakem, protože dusík na rozdíl od kyslíku materiál nespaluje, ale pouze vyfukuje z řezné spáry. Spotřeba dusíku je proto větší a u větších tloušťek je lepší použít kyslík. Oproti klasickému autogennímu řezání se u Laserů s rostoucí tloušťkou řezu tlak kyslíku snižuje, aby se materiál stihl spálit.
Samostatnou kapitolou je řezání plazmou, kde se nyní dá řezat s minimálním podřezáním a s vysokou kvalitou řezu s použitím většinou dvou plynů pro různé materiály a tloušťky. Jako řezný plyn se často používá směs argonu s 35 % vodíku, jako ochranný stínicí plyn se používá dusík a někdy i vzduch z kompresoru. Investičně je plasma levnější, ale ve velkosériové výrobě pro výpalky z tenkých plechů nemá proti laseru velké šance.
Nově do výroby zaváděné diodové lasery řežou tenké materiály rychleji než klasické CO2 lasery a jsou opět konstrukčně jednodušší. Zdrojem laserového paprsku jsou diody, mají lepší energetickou účinnost, ale horší parametry paprsku. Umí ale řezat i měď, kterou běžný CO2 laser neřeže. I pro řezání hliníku jsou vhodnější, protože u klasického CO2 laseru nutno počítat s větším opotřebením zrcátek, hliník totiž odráží část paprsku zpět. Paprsek je veden optickým vláknem, což dále zjednodušuje konstrukci.
U plynů pro svařování se zdánlivě nic nového neděje. Portfolio plynů většiny firem je vyzkoušené a stabilní. Přesto k nějakému pokroku dochází. Jde zejména o svařování v heliových směsích, které umožňuje zvyšovat výkon odtavení a průvar jak do hloubky, tak docílit i hladšího napojení a šířky závaru.
Zajímavou alternativou k argonu je směs Inoxline He3 H1 s 3 % helia a 1,5 % vodíku, která má vyšší průvar, výkon a hladší čistší kresbu, umožňuje tak u austenitických nerezových ocelí uspořit přídavný materiál a zlepšit kvalitu. Pro MAG proces a černý materiál je zajímavým plynem směs Ferroline He20 C8, díky kombinaci helia a kysličníku uhličitého v tomto poměru lze podstatným způsobem zvednout rychlost svařování při zaručeném průvaru bez vzniku studených spojů.
Pro hliník, ale i pro stále častěji používané duplexní oceli jsou tu plyny Aluline, které díky malé příměsi dusíku 0,015 % dávají hladší svarovou housenku s lepším přechodem svaru do základního materiálu.
Bez svařování si již neumíme výrobu představit, nové technologie rozšiřují možnosti jak dělení tak svařování i pro materiály, u kterých to bylo dříve obtížné nebo nemožné. Navíc hlavně ve velkosériové výrobě lze svary nebo řezy provést rychleji a i levněji. Při pořizování nových ne právě levných strojů nezapomínejte na plyny. Velké věci mohou ztroskotat na maličkostech a šetření na přívodech plynů se potom může prodražit.
 

Publikováno: 4. 6. 2013 | Počet zobrazení: 5275 724