Na volbě ochranného plynu závisí kvalita svaru

Dnešní široký sortiment ochranných směsí otevírá možnosti pro dosažení kvalitnějších svarů s požadovanými mechanickými vlastnostmi při vysoké svařovací rychlosti. Cílem je pravidelně formovaný svar s jemnou kresbou a minimálním rozstřikem. Právě z těchto důvodů je vhodné se nad typem ochranné atmosféry zamyslet a zvolit tu správnou.

Hlavní funkce ochranného plynu    

Jak již bylo řečeno, primární úlohou ochranných plynů je zamezení přístupu vzdušné atmosféry ke svarové lázni a jejímu blízkému okolí, která by způsobovala oxidaci, naplynění, pórovitost a nadměrný propal prvků v základním a přídavném materiálu. Dále je však nutné si uvědomit, že už samotný start a stabilitu hoření elektrického oblouku ovlivňuje právě svařovací plyn. Následný přenos tepelné energie a přenos kovu do svaru, chování tavné lázně a její tvar či výsledné mechanické vlastnosti spoje. Toto všechno dokáže ochranný plyn ovlivnit. 

Rozdělení ochranných plynů a jejich vlastnosti

Na základě chemického složení se ochranné plyny dělí do dvou základních skupin: inertí a aktivní. Inertní plyny chemicky nereagují při styku se svarovou lázní, a tedy nemají žádný vliv na výsledné chemické složení svarového spoje. Mezi inertní plyny řadíme hojně využívaný argon, dále pak helium nebo jejich směsi. Inertní plyny se používají při svařování metodami TIG a MIG. Aktivní plyny, používané u metody MAG, naopak reagují se svarovou lázní a ovlivňují výsledné chemické složení svarového kovu. K nejčastěji používaným aktivním plynům patří směsi oxidu uhličitého nebo kyslíku v kombinaci s argonem. Přesnou klasifikaci plynů a jejich směsí podle jejich chemických vlastností a metalurgického chování stanovuje mezinárodní norma ČSN EN ISO 14175.

Svařování metodou TIG

 

Svařování nelegovaných a nízkolegovaných ocelí metodou MAG

V průmyslové výrobě se při svařování nelegovaných a nízkolegovaných ocelí nejčastěji setkáváme s metodou MAG, které je běžně označována jako „Céóčko“. Toto označení pochází z dříve hojně používaného svařovacího plynu oxidu uhličitého – CO₂. Dnes je tento ochranný plyn na okraji zájmu a to především kvůli povrchové kvalitě svaru, velkého rozstřiku a vzniku značného množství kouřových zplodin. 

K nejběžněji používaným plyným směsím momentálně bezpochyby patří dvousložkové plyny Ar + CO₂. Za velmi univerzální směs lze označit Ferroline C18 nebo Ferroline C8 (Ar + 18 % nebo 8 % CO₂). Tyto směsi ve srovnání s čistým oxidem uhličitým značně redukují rozstřik, snižují kouřové zplodiny a díky menšímu převýšení svaru dosahují i vyšší svařovací rychlosti.

Stálý vývoj ochranných plynů přivedl na trh třísložkové plyny Ferroline C6X1 a Ferroline C12X2, které si začínají díky svým vlastnostem kombinujícím to nejlepší z jednotlivých složek plynů, budovat svou pozici na trhu. Hlavní složkou zůstává argon v kombinaci s CO₂ a O₂. Argon zajišťuje dobrou stabilitu hoření, oxid uhličitý hluboký průvar a kyslík snižuje povrchové napětí oddělujících se kapek přídavného materiálu a svarové lázně, čímž je dosaženo minimálního rozstřiku, hladkého povrchu svaru s plynulým přechodem do základního materiálu a vyšší svařovací rychlosti. 

Svařování vysoce legovaných ocelí

Díky svému chemickému složení a průmyslovému nasazení je nutné u vysokolegovaných ocelí dbát zvláštní opatrnosti při výběru ochranného plynu. Při svařování metodou TIG je nejběžnější ochrannou atmosférou argon. Řada svařovacích plynů Inoxline však nabízí i svařovací směsi s příměsí vodíku, který podstatně zvyšuje svařovací rychlost a hloubku průvaru, a s tím spojené snížení deformací svařence. U duplexních ocelí se pro zajištění austenitického podílu doplňuje ochranný plyn malým podílem dusíku. 

Nerezové oceli lze svařovat i v ochranných atmosférách s malým podílem aktivní složky, tedy pomocí metody MAG. Běžně používané jsou směsi argonu s 2,5% podílem CO₂. U ocelí s požadavkem na minimální množství uhlíku lze použít směs argonu s 2 % kyslíku, avšak je nutné počítat s intenzivnější oxidací povrchu svarového kovu. Oxidickou vrstvu a vrstvu ochuzenou o chrom je nutné z povrchu materiálu mechanicky či chemicky odstranit, aby byla zaručena jeho korozní odolnost. Pro dosažení větší rychlosti svařování lze ochranný plyn doplnit 15 % hélia.

Ošetření zoxidovaného povrchu svaru

 

Nesmíme zapomenout na ochranné plyny pro kořenovou vrstvu svaru, které označujeme jako plyny formovací. Tyto plyny se používají především u svařenců, u kterých je po svaření nemožné z hlediska dostupnosti ošetřit zoxidovaný kořen svaru. Formovací plyn tvoří lokální barieru proti přístupu vzdušné atmosféry při procesu svařovaní a zabraňuje tak jeho oxidaci či porozitě. 

Svařování hliníku a jeho slitin

Svařování hliníku a jeho slitin má svá specifika, která vyžadují speciální přístup v porovnání s ocelí. Základním ochranným plynem je argon, který však u materiálů větších tlouštěk nemusí být z hlediska jejich velkého odvodu tepla dostačující. Z tohoto důvodu se do ochranného plynu přidává hélium, které díky své vysoké tepelné vodivosti zajistí požadovaný průvar. Nevýhodou hélia je však jeho cena a nízká hustota, která snižuje efektivitu plynové ochrany. S rostoucím obsahem helia ve směsi je tedy nutné navýšit průtok plynu, což se negativně odrazí na nákladech na plynné hospodářství. Řešením jsou plyny řady Aluline N, kdy i nepatrné množství dusíku v argonu zajistí zvýšení hustoty energie přiváděné do svarové lázně, což se projeví intenzivnějším průvarem ve srovnání s čistým argonem. Zároveň je dosaženo stabilnějšího elektrického oblouku s minimem rozstřiku a jemnou krebou povrchu svaru.

Vliv dusíku na profil svaru

 

Závěr

Svařování je velmi složitý proces probíhající za vysokých teplot. Je nutné dbát zvýšené pozornosti nejen na základní a přídavný materiál, ale i na ochranné plyny, bez kterých by se bezvadného svarového spoje nedalo dosáhnout. Firma Messer Technogas vnáší na pole ochranných plynů stále nové inovace, díky kterým lze dosáhnout požadovaných vysokých nároků na výrobek.

Autor: Ing. Jan Šplíchal, aplikační inženýr Messer Technogas

Vliv ochranného plynu na profil svaru