ZVÁRANIE ELEKTRÓNOVÝM LÚČOM

Zváranie elektrónovým lúčom je tavný proces zvárania, pri ktorom sa tepelná energia tvorí dopadom zaostreného (fokusovaného) lúča elektrónov na zváraný materiál. Emitovaným elektrónom je elektrickým poľom dodaná veľká kinetická energia, ktorá ja ich dopadom zmení na tepelnú energiu. Aby sa dosiahla vysoká tepelná účinnosť prúdu elektrónov, elektróny sa formujú súčasne pri urýchľovaní vo vákuu do veľmi úzkeho zväzku. Takto sa získa veľmi koncentrovaný zdroj tepla vhodný na zváranie.

Podstatou zváranie elektrónovým lúčom je využitie energie rýchlo sa pohybujúcich elektrónov emitujúcich z kovovej katódy. Elektróny sú urýchľované anódou a pomocou elektrónovej optiky (magnetického poľa) usmerňované do paprsku, ktorý dopadá na veľmi malú plochu (o priemere 0,3 až 2 mm) zvarovaného materiálu. Ich kinetická energia sa takmer zo 100% premení na teplo. Zváranie nemôže prebiehať vo vzdušnej atmosfére, pretože rýchly pohyb elektrónov by bol brzdený zrážkami s molekulami vzdušných plynov. K úspešnému zváraniu je potrebné vysokého vákua, aspoň 1,33*10-2 Pa. zváraný predmet je umiestnený vo vákuovej komore a polohovaný pohybovým mechanizmom. Prídavný materiál sa nepoužíva, zvar vznikne vzájomným metalurgickým spojením materiálov.

Zvárajú sa vysokotaviteľné materiály, žiarupevné a antikorózne zliatiny. Zvariteľnosť konkrétnych materiálov a och zliatin bude závisieť od ich chemického zloženia, stavu jednotlivých materiálov, rozmerových parametrov, výšky vákua, druhu ochrannej atmosféry, tepelného príkonu, čistoty zváraných materiálov a pod. Vo väčšine prípadov sa zvára vo vákuu. V niektorých prípadoch sa lúč vyvádza do voľnej atmosféry, kde sa zvára podľa druhu materiálu alebo v inertných a lebo aktívnych plynoch.

Elektrónový lúč sa dá pri zváraní rozlične tvarovať, ako aj deliť na viac zväzkov podľa tvaru zvarového spoja.

Úprava zváraných plôch

V dôsledku hĺbkového ohrevu materiálu pri zváraní elektrónovým lúčom je charakteristické zváranie bez úkosov a bez zvarovej medzery.
Vysoké nároky sa kladú na čistotu zvarových plôch, ale aj celého povrchu materiálu. Aj veľmi jemné vrstvičky nečistôt, najmä organickej povahy na povrchu materiálu adsorbované plyny sa v podmienkach vysokého vákua uvoľňujú z materiálu, zhoršujú vákuum a znečisťujú vákuovú komoru a celý vákuový systém. Zvarové spoje sa vyhotovujú na pripravených materiáloch s použitím optimalizovaných parametrov. Pri materiáloch náchylných na vznik štruktúrnych defektov treba zabezpečiť vyžadovaný teplotný režim, predovšetkým pri ochladzovaní. Aby sa povrch zvaru prípadne nevydul a aby sa dosiahol plynulý prechod medzi materiálmi rôznych hrúbok, používajú sa niekedy typy spojov s malým prevýšením materiálu v mieste styku.

Výhody a nevýhody zvárania elektrónovým lúčom

výhody:

-dobrý vzhľad zvaru
-úzka natavená a tepelne ovplyvnená oblasť zvaru
-malé deformácie
-dokonalá ochrana zvaru pred vzdušnou atmosférou a dobré rafinačné účinky vákua
-možnosť zvárať aj väčšie hrúbky na jeden prechod elektrónového lúča väčšinou bez potreby prídavného materiálu
-možnosť vysokého stupňa automatizácie zváracieho procesu
-možnosť použitia pre rozsiahly sortiment materiálov, najmä špeciálnych

nevýhody

-na zváranie sa využije len malé percento z celkového času
-nároky na čistotu zváraných materiálov
-potreba vákua
-nepriaznivý charakter primárnej kryštalizácie zvarového kovu
-nároky na presnosť a čistotu zvarových plôch
-nároky na presnosť vedenia lúča
-pomerne vysoké investičné náklady na zváracie zariadenie

ZVÁRANIE PLAZMOVÝM LÚČOM

Plazmou sa označuje disociovaný a ionizovaný plyn, ktorý je schopný viesť elektrický prúd. Plazmový stav možno vyvolať silným zahriatím plynu, alebo jeho vystavením silnému magnetickému poľu. Vhodným zdrojom tepla pre získanie plazmy je elektrický oblúk. Plazmové plyny sú Ar, H, N, He, pre zváranie sa však najčastejšie používa Ar. Do oblúku, ktorý horí medzi wolfram-thoriovou katódou a medenou, vodou intenzívne chladenou anódou sa privádza plazmový plyn. Anóda svojou geometriou zužuje výstupný prierez trysky, takže z ústia horáku vystupuje plazmový paprsok s vysokou plošnou hustotou energie. Teplota plazmy dosahuje 10000 až 24000 K. Základný materiál je pripojený na kladný pól. Tenšie plechy sa zvárajú bez prídavného materiálu tupým stykovým spojom, od hrúbky asi 8 mm sa zvára prídavným materiálom prúdovo nezaťaženým.

Plazma sa môže dosiahnuť -elektrickými výbojmi
                                       -elektricky, kompenzovaným iónovým zväzkom
                                       -mechanicky a rozpadovými a zlučovacími jadrovými reakciami.

Technická plazma sa vyznačuje hlavne týmito vlastnosťami:

-Popri pružných zrážkach medzi jednotlivými molekulami sa v podstatnej miere vyskytujú aj zrážky nepružné, ktoré zapríčiňujú zmenu vnútorných kvantových stavov molekúl

-Chemicky rovnorodý plyn sa v dôsledku týchto procesov mení na zmes atómov, iónov, elektrónov, fotónov a pod.

-V plazme sú elektricky nabité častice – elektróny a ióny. Prostredníctvom týchto častíc môžeme na plyn pôsobiť elektromagnetickým poľom.

-Zmes častíc v plazme je vodivá a môže od elektrického poľa prijímať, prípadne mu odovzdávať energiu.

-Zmes plynov v plazme je ako celok elektricky kvázineutrálna, to znamená, že koncentrácia kladných a záporných častíc je približne rovnaká.

Úprava zvarovaných plôch

Plechy z nehrdzavejúcich ocelí do hrúbok 10 až 12 mm sa zvárajú na tupo bez skosenia zvarových plôch s medzerou 0,5 až 1 mm v mieste styku. Zváranie sa robí v upínacom prípravku bez podloženia koreňa zvaru. Vzdialenosť upínacích čeľustí od osi zvárania sa volí podľa hrúbky plechu. Je výhodné zabezpečiť sekundárnu plynovú ochranu koreňovej časti spoja. Pred plazmovým naváraním sa odporúča z povrchu základného materiálu odstrániť hrdzu, mastnotu, prípadne iné nečistoty. Výstupky alebo nerovnosti väčšieho rozsahu treba odstrániť brúsením, prípadne pieskovaním.

Výhody a nevýhody plazmového zvárania

-vysoká produktivita práce
-jednoduchá príprava spojov na zváranie
-možnosť zvárania vo vodorovnej polohe bez podloženia koreňa
-zabezpečenie dokonale prevareného a pravidelne formovaného koreňa zvaru s minimálnym prevýšením na strane koreňa
-možnosť mechanizácie zváracieho procesu
-charakteristické formovanie zvaru

TEPELNÉ DELENIE KOVOV

Rezanie kovov kyslíkom

Pri fúkaní sústredeného prúdu rezacieho kyslíka na oceľ predhriatu do bieleho žiaru (na zápalnú teplotu), oceľ sa v mieste styku s prúdom kyslíka spaľuje, pričom vznikajú oxidy a vyvíja sa teplo. Tento jav sa volá rezanie kyslíkom. V podstate ide o chemickú reakciu, pri ktorej oceľ predhriata na určitú teplotu veľmi rýchlo oxiduje. Oxidácia ocele je v praxi známy a často nežiadúci jav. Oceľ oxiduje za normálnej teploty okolia vplyvom pôsobenia vodných pár a kyslíka zo vzduchu (hrdzavenie). Priebeh tejto oxidácie je pomalý, na rozdiel od okamžitej oxidácie pri rezaní kyslíkom. So zvyšujúcou sa teplotou ocele sa zvyšuje rýchlosť oxidácie a pri určitej teplote vzniká okamžitá oxidácia – spaľovanie.

Podmienky rezateľnosti kovov kyslíkom

Aby sme mohli rezať kyslíkom kovové materiály, musia spĺňať určité podmienky. Tieto podmienky v praxi spĺňa len pomerne málo materiálov. Podmienky rezateľnosti kovových materiálov kyslíkom sú:

-Materiál predhriaty na teplotu dosiahnuteľnú plameňom sa spaľuje v prúde kyslíka.
-Teplota vznikajúca rezaním kyslíkom nesmie prevýšiť teplotu tavenia rezaného materiálu.
-Vznikajúca troska má nižšiu teplotu tavenia ako je teplota tavenia rezaného materiálu.
-Troska musí byť tekutá, aby sa dala odstrániť prúdom rezacieho kyslíka z reznej štrbiny.
-Pri rezaní musí byť vysoká teplota a odvod tepla z miesta rezania má byť pomerne malý.

Technika rezania

Kvalitný rez sa dosiahne za predpokladu, že plechy sa vyrovnajú, zbavia okovín a nečistôt a použije sa kyslík požadovanej čistoty. Predhrievací plameň má byť neutrálny, požadovanej veľkosti. Pracovný stôl má byť rovný, rezacie zariadenie dobre udržiavané, hadice, ventily a rezacie hlavy dimenzované na dostatočný prietok. Okrem toho treba voliť správny technológiu rezania, t.j. začiatok a smer rezania, veľkosť rezacej a predhrievacej hubice, vzdialenosť rezacieho horáka od rezaného materiálu, správny tlak kyslíka a vhodnú rýchlosť rezania. Kvôli zníženiu deformácií sa v určitých prípadoch rezané materiály upínajú. Začiatok rezu sa predhrieva tak dlho, kým sa nedosiahne zápalná teplota rezaného materiálu. Keď predhrievané miesto dosiahne požadovanú teplotu po celom priereze rezaného materiálu, otvorí sa ventil rezacieho kyslíka a začne sa rezať. Rýchlosť pohybu rezacieho horáka sa prispôsobuje výtoku trosky z reznej štrbiny
Po každom prerušení rezania či pre nerovnomerný pohyb, alebo pre zhasnutie predhrievacieho plameňa a pod., treba sa s horákom vrátiť na miesto prerušenia a začať s rezaním tak, ako na začiatku rezania. Rezanie sa zakončuje buď tak, že tesne pred koncom sa spomalí pohyb rezacieho horáka, alebo sa bez zmeny rýchlosti rezania mierne nakloní rezacia hubica v smere rezania tak, aby prúd rezacieho kyslíka prenikol celú hrúbku. Potom sa uzatvorí prívod rezacieho kyslíka a zhasne predhrievací pla