Obrábanie, Frézovanie, Zváranie

OBRÁBANIE

Obrábanie je pracovný proces, pri ktorom polovýrobok dostáva požadovaný tvar a rozmer strojovej súčiastky odoberaním čiastočiek materiálu z povrchovej vrstvy. Úprava povrchu materiálov sa najčastejšie uskutočňuje rezaním, pri ktorom sa od základného materiálu oddeľujú triesky. Preto sú súčasné teórie odvodené od mechanizmu premeny materiálu na triesku. Funkciou obrábania je dať materiálom alebo polovýrobkom tzv. funkčnú presnosť, charakterizovanú rozmermi a stavom obrobených povrchov. Technológia obrábania sa realizuje v sústave stroj – prípravok – nástroj – obrobok. Stroje zaradené v tejto sústave sa nazývajú obrábacie stroje, prípravky a nástroje – rezné nástroje a objekty technologického spracovania – obrobky.

Rozdelenie obrábania:

- Sústruženie
- Vŕtanie
- Vyvrtávanie
- Vystruhovanie
- Vyrubovanie
- Frézovanie
- Hobľovanie
- Obrážanie

Proces rezania sa koncentruje do oblasti kontaktovania reznej hrany nástroja s obrábaným materiálom. Táto časť tvorí tzv. zónu rezania. V kontaktnej zóne sa uskutočňujú premeny obrobku, ktorý na začiatku procesu zmien má iný tvar ako po ich skončení. Zo zóny rezania ako výstupné prvky vychádzajú obrobená plocha a trieska.

Charakteristika obrobku

Obrobok - je primárny prvok technologickej sústavy. Riešenia, ktoré zabezpečujú jeho požadované zmeny, napĺňajú úlohy technologického procesu.

Plochy na obrobku:

- Obrábaná plocha - je plocha polovýrobku, ktorú treba v procese obrábania odstrániť a nahradiť novovzniknutou plochou.
- Rezná plocha - sa vytvára bezprostredne za reznou hranou nástroja.
- Obrobená plocha - je výsledkom obrábania a tvoria ju zvyšky reznej plochy.

Tvar obrábanej plochy závisí od tvaru polovýrobku. Obrobená plocha vzniká ako obalová plocha častí reznej plochy. Obrobky môžu mať po obrábaní rovnaký tvar, líšia sa však rozmermi.

Charakteristiky nástroja

Makrogeometrické charakteristiky nástroja:

-Rezná časť - je predstavovaná rezným klinom, pričom jeho tvar je charakterizovaný tvoriacimi plochami (čelnou a chrbtovou). Po čelnej ploche kĺže trieska. Chrbtová plocha sa dotýka s reznou plochou alebo je obrátená smerom k obrobenej ploche. Niekedy má rezný klin na čele alebo na chrbte úzku plôšku, ktorú nazývame fázkou.

-Rezná hrana - je priesečnicou čelnej a chrbtovej plochy môže byť priamka alebo krivka, prechádza do hrotu.

Mikrogeometrické charakteristiky nástroja:

-závisia od spôsobu jeho výroby. Z hľadiska styku nástroja s obrobkom treba brať do úvahy reálny tvar reznej hrany, t.j. mikrogeometriu chrbtovej a čelných plôch a oblasť prechodu chrbtovej a čelnej plochy, ktoré sa vyjadrujú reznou hranou. Rezná hrana nikdy nie je ideálne ostrá. Mikrogeometrické charakteristiky nástroja závisia od spôsobu jeho výroby.

Tvorenie triesky, druhy triesok

Najjednoduchšia schéma tvorenia triesky predpokladá, že odstrihnutie triesky prebieha v jednej rovine (strižnej). Táto schéma predpokladá tvorenie plynulej triesky bez nárastu, s veľmi úzkou zónou primárnej deformácie, ktorá sa zjednodušuje na rovinu. Na základe značného počtu experimentálnych štúdií zameraných na určenie skutočného objemu a formy zóny deformácie, vzniklo viacero schém tvorenia triesky, ktoré vzťahujú mechanizmus premeny čiastočiek kovu nie na jedinú rovinu, ale na objem tzv. primárnej zóny deformácie.

Na druh vytvorenej triesky v podstatnej miere vplýva stav napätosti v zóne rezania. Stav napätosti v odrezávanej vrstve sa určuje pomerom maximálnych tangenciálnych napätí k maximálnym normálnym napätiam. Tieto napätia závisia v podstate od druhu obrábaného materiálu, ako aj od podmienok práce. Podľa stavu napätosti v zóne rezania môžu vzniknúť dva druhy triesok:

- Trhané triesky - vznikajú pri obrábaní materiálov, ktoré sú v oblasti rezania krehké. Majú tvar samostatne sa vytvárajúcich elementov materiálu, ktoré sú tlakom nástroja vytrhávané z obrábaného materiálu a majú podľa podmienok rôznu veľkosť. Trhaná trieska má nerovný tvar na strane obrátenej k nožu a na opačnej strane je hladká. Pri tvorení trhanej triesky je obrobená plocha drsná, pokrytá prehĺbeninami a vyvýšeninami. Najčastejšie sa vyskytuje pri obrábaní sivej liatiny a bronzu.

- Strihané triesky - vznikajú pri obrábaní materiálov, ktoré sú v oblasti rezania plastické. Podľa stupňa plastickosti má strihaná trieska rôzne tvary a to:
                              
        - Elementárna trieska pozostávajúca z postupne odstrihnutých častíc
        - Stupňovitá trieska, pozostávajúca z jednotlivých, spolu spojených elementov, ktoré sa však na štruktúre jasne od seba odlišujú.
        - Plynulá trieska je najobvyklejším druhom strihanej triesky. Vytvára sa zvyčajne vo forme dlhej skrútenej stuhy.

Rezný odpor, rezná sila

Pôsobenie čela noža na triesku vyvolá sily normálneho tlaku Fn a trenia Ft, rozdelené na ploche styku triesky s nožom. Tieto zložkové sily dávajú výslednú silu.

Oddeľme triesku rovinou AM, ktorá prechádza cez reznú hranu a považujme oddelenú časť za voľnú. Ak trieska nie je taká dlhá, aby sa stočila a mohla sa oprieť o obrábaný predmet, vtedy na triesku pôsobí len jej liať a sily vyvolávajúce jej vzájomné pôsobenie s čelom noža a väzba s obrábanou súčiastkou v rovine AM. Ak zanedbáme tiaž triesky, ktorá je v porovnaní s tlakom noža a silami zotrvačnosti veľmi malá, ostanú len dve sily:

- pôsobenie čela noža na triesku vyjadrené silou F
- odpor obrábaného materiálu v rovine AM, vyjadrený silou F´

Obe sily sú v rovnováhe, majú rovnakú hodnotu, pôsobia v jednom smere a majú opačný zmysel.
Silu F´ možno rozložiť na sily Ft´ a Fn´. Ak má odrezaná vrstva šírku b a hrúbku h a rovina AM zviera s obrobeným povrchom uhol β1, plocha odrezávanej vrstvy v rovine AM bude:

kde τš je šmykové napätie v rovine AM (MPa).

Sila Fn´ vyvoláva normálne napätia v rovine šmykov AM. Možno predpokladať, že normálne napätia v rovine šmykov vyvolávajú zväčšenie šmykovej pevnosti. To zodpovedá existencii tzv. vnútorného trenia obrábaného materiálu. Pri existencii vnútorného trenia:

τpš´= τpš + μ1R τpš´ - skutočná šmyková pevnosť obrábaného materiálu priexistencii normálnych napätí v rovine šmyku AM (MPa)
τpš - šmyková pevnosť pri neexist. norm. napätí v rovine AM
R - normálne napätia v rovine AM (MPa)
μ - koeficient vnútorného trenia
a z toho: Ft´= τpš .Sš +μ1 Fn´ (N)

Keď zavedieme pojem uhla vnútorného trenia: tg αt1 = μ1

Po úprave dostaneme konečný tvar :

Životnosť a opotrebenie a nástrojov

Pôsobením materiálu obrobku pri jeho relatívnom pohybe pri styku s nástrojom sa rezný klin opotrebúva. Od rýchlosti opotrebovania nástroja závisí čas použiteľnosti nástroja.

Trenie a opotrebenie sú dva pojmy toho istého javu, ktorý prebieha pri vzájomnej interakcii dvoch telies. Pri skúmaní trenia sledujeme dynamiku tohto procesu, t.j. silové účinky, kým pri skúmaní opotrebenia sa zaoberáme zmenou rozmerov a tvaru dotýkajúcich sa povrchov. Na priebeh opotrebenia rezných nástrojov má výrazný vplyv teplota styku medzi čelom nástroja a trieskou.

Opotrebenie - vzniká účinkom trenia odrezávanej triesky a plôch obrobku o nástroj, mechanizmus opotrebenia je charakterizovaný otieraním drobných častí medzných dotykových vrstiev a ich odstraňovania vo forme produktov opotrebenia zo zóny rezania.

Opotrebenie rozdeľujeme:

- Mechanicko – brúsne opotrebenie - prevláda pri obrábaní materiálov so zvýšenou brúsiacou schopnosťou, napr. hornín, uhlia, plastov s minerálnymi plnivami keramických materiálov, ocelí s okovinami, odliatkov so zapečeným pieskom, materiálov s veľkými zrnami karbidov, nitridov, kremičitanov a pod.

- Molekulárno – adhézne opotrebenie - sa prejavuje za všetkých podmienok. Je hlavným, aj keď nie jediným druhom opotrebenia. Prevláda najmä vtedy, keď sa nízkymi a strednými reznými rýchlosťami obrábajú materiály s nepatrnou alebo malou brúsiacou schopnosťou, napr. plastické kovy a pri chemickej príbuznosti obrábaného a rezného materiálu. Vyskytuje sa ja pri rezaní tvrdých a krehkých materiálov.

- Chemicky – difúzne opotrebenie - prebieha pri určitej vzájomnej rozpustnosti obrábaného a rezného materiálu pri dostatočne vysokých teplotách rezania, keď kinetická energia voľných elektrónov na dotykových povrchoch prevyšuje určitú kritickú hodnotu. Nástrojové ocele nepodliehajú difúznemu opotrebeniu, lebo pri teplotách, ktoré sú na to potrebné, nemajú dostatočnú tvarovú pevnosť. Keramické rezné materiály pri obrábaní ocelí nepodliehajú difúznemu opotrebeniu.

Každý nástroj po určitom čase, resp. počte vykonaných operácií, stráca postupne svoju ostrosť, až sa otupí. Okamih otupenia nástroja charakterizujú určité, vonkajšie príznaky, ktoré sú spojené s procesom opotrebenia rezného klina.

Trvanlivosťou nástroja - čas, za ktorý nástroj pracuje až do svojho otupenia, pričom mierou trvanlivosti nástroja je čas jeho práce.

Životnosť nástroja - súčet trvanlivosti ostria nástroja vrátane jeho opakovaného ostrenia až do jeho úplného vyradenia z práce, pričom mierou životnosti nástroja bude:

Ž = ∑ T . nTp

kde:
n - počet ostrení
Tp - priemerná trvanlivosť.

Rezné materiály

Aby nástroj mal vysokú trvanlivosť a životnosť, treba druh rezného materiálu voliť na základe hlbšieho poznania javov, ktoré prebiehajú v zóne rezania, t.j. mechanické a tepelné namáhanie nástroja, charakter opotrebenia atď.

Nástrojové ocele:

- Uhlíkové ocele - obsahujú 0,6 až 1,5 % C a prvky mangán, fosfor a síru. Tvrdosť uhlíkových nástrojových ocelí sa s obsahom uhlíka nemení. So zväčšením obsahu uhlíka však vzrastá odolnosť proti opotrebeniu. Najvyššiu pevnosť majú uhlíkové ocele s obsahom 1,1 % C.

- Legované ocele - tieto ocele obsahujú 0,8 až 1,2 % C a legovacie prvky (mangán, kremík, volfrám). Ako stály komponent je tu chróm (asi 1 %). Vplyvom chrómu sa docieli úplná prekaliteľnosť. Ocele tohto druhu treba pre nástroje voliť podľa výrobnej technológie. Trvanlivosť legovaných (ako aj uhlíkových) ocelí pri vyšších teplotách nie je vysoká. Obmedzuje sa hranicou 250 až 300°C.

- Rýchlorezné ocele - majú vysokú trvanlivosť pri ohriatí na vysoké teploty a vysokú tvrdosť v zakalenom a popustenom stave. Vysoká tvrdosť po zakalení je dôsledkom martenzitickej štruktúry s dostatočným obsahom uhlíka v roztoku. Vysokú trvanlivosť pri vysokých teplotách možno objasniť tým, že rozpustením karbidov legovacích prvkov a uhlíka vzniká roztok.

Spekané karbidy - rezné vlastnosti spekaných karbidov veľmi závisia od och fyzikálnych a mechanických vlastností. Spekané karbidy obsahujú veľké množstvo karbidov ťažkotaviteľných kovov. Týmito karbidmi sa dosahuje vysoká trvanlivosť a odolnosť proti opotrebeniu pri vysokých teplotách. Štruktúra spekaných karbidov je charakterizovaná priestorovou mriežkou z karbidových kryštálov, ktoré sú spojené spojivom vypĺňajúcim medzery. Spojivo tvorí tuhý roztok karbidov v kobalte. Trvanlivosť a odolnosť proti opotrebeniu spekaných karbidov pri vysokých teplotách rastie so zvyšovaním obsahu karbidov. Rezné vlastnosti spekaných karbidov nezávisia len od chemického zloženia. Podstatne ich ovplyvňuje výrobná technológia, ktorá vplýva na štruktúru a na pórovitosť. Veľký vplyv na kvalitu má zrnitosť suroviny – prášku.

Rezné kvapaliny

Do oblasti rezania privádzame rôzne kvapaliny, plyny alebo nasýtené pary. Účinky, vyvolávajúce kvapalinami:

- Mastiaci účinok prostredia
- Chladiaci účinok prostredia
- Čistiaci účinok prostredia
- Antikorozívne vlastnosti prostredia

Základné vlastnosti rezných kvapalín

- Nesmú vyvolať koróziu.
- Nesmú porušovať nátery strojov.
- Musia byť zdravotne nezávadné.
- Musia mať dobrú chladiacu a mastiacu schopnosť aj pri teplotách rezania.
- Musia si zachovať svoje vlastnosti dostatočne dlhý čas (stabilitu).
- Musia mať malú penivosť.

Druhy rezných kvapalín

- Vodné roztoky - Obsahujú kalcinovanú sódu, nitrid (dusitan) sodný, fosforečnan sodný, silikát sodný a uhličitan sodný. Ich prídavok do vody zabraňuje korózii, zlepšuje zmáčavosť a zvyšuje schopnosť vody prenikať do najmenších trhliniek. Vodné roztoky sú pre svoju veľkú prenikavosť a vysokú chladiacu schopnosť vhodné pre dokončovanie operácie pri nízkych rezných rýchlostiach a malých prierezoch rezu. Pre zvyšovanie mastiacej schopnosti pridávame do vodných roztokov povrchovo aktívne látky, najčastejšie mydlá.

- Emulzie - sú disperzné systémy dvoch navzájom nerozpustných kvapalín, napr. vody a oleja. Olej je rozptýlený vo vode vo forme jemných kvapiek. Aby rozptýlené kvapôčky oleja nesplynuli, pridávame emulgátor, najčastejšie mydlo, ktoré obaľuje kvapôčky oleja.

- Oleje - najčastejšie používame čisté minerálne oleje alebo oleje s prídavkom povrchovo aktívnych látok. Rastlinné oleje a živočíšne tuky používame menej. Chladiaci účinok olejov je malý, a preto ich používame tam, kde vyžadujeme mastiaci účinok.SÚSTRUŽENIE

Je najrozšírenejší spôsob obrábania, ktorým je možné obrábať rôzne plochy rotačné – valcové, kužeľové, tvarové i plochy čelné. Práca na sústruhoch sa nazýva sústruženie a používané nástroje – sústružnícke nože. Pri sústružení koná hlavný pohyb obrobok – pohyb rotačný, posuvný pohyb koná nástroj, a to v smere osi obrobku – pozdĺžny posuv, alebo v smere kolmom na os obrobku – priečny posuv. Podľa smeru posuvu rozoznávame nože ľavé a pravé . Pravými nožmi sústružíme sprava doľava, pri pohľade proti reznému klinu majú tieto hlavné rezné hrany vpravo. U nožov ľavých je to naopak. Podľa smeru prísuvu noža do záberu sú nože radiálne a tangenciálne. Tangenciálne nože sú vhodné najmä pre rezania závitov.

Sústruženie poznáme:

- pozdĺžne – vyrábame ním plochy valcové
- čelné – pri zhotovení plôch rovinných
- kužeľových plôch
- tvarové – zhotovujeme ním tvarové súčiastky
- závitov

Sústružnícke stroje

- Hrotové sústruhy - slúžia najmä k obrábaniu rotačných súčiastok, upnutých medzi hrotmi, sú buď univerzálne alebo jednoduché. Základnou časťou hrotových sústruhov sú: lôžko, vreteník, prevodová skriňa, posuvná skriňa, suport a koník.

- Čelné sústruhy - slúžia k obrábaniu ľahších obrobkov veľkých priemerov a malej výšky. Pri obrábaní ťažkých súčiastok sa vreteno ohýna, predné ložisko je preťažené a rýchlo sa opotrebuje. Upínanie a stredenie je obtiažne. Pre tieto nevýhody sa čelné sústruhy zriedka používajú a nahradzujú sa karuselmi.

- Revolverové sústruhy - vyznačujú sa tým, že obrobky sú obrábané pri jednom upnutí postupne viacerých nástrojmi revolverovej hlavy.

- Sústružnícke poloautomaty - pracujú automatickým pracovným cyklom, k opakovaniu cyklu je však treba zásahu robotníka. Konštrukčne i funkčne je väčšina týchto strojov odvodená od jednotlivých základných typov sústruhu.

- Sústružnícke automaty - charakteristickým znakom týchto strojov je samočinné opakovanie pracovného cyklu po obrobení jednej súčiastky. Polotovarom je spravidla tyčový materiál, upnutý do upínacých puzdier a klieští. Používajú sa vo veľkosériovej a hromadnej výrobe. Vyrábajú sa v rôznych prevedeniach s rôznym použitým systémom automatizácie za pomoci rôznych mechanizmov.

- Zvislé sústruhy - majú zvislé vreteno zakončené vodorovným kruhovým stolom, na ktorý sa upína predmet. Používajú sa na obrábanie ťažkých predmetov veľkého priemeru. Majú niekoľko supportov, upevnených na vedení priečniku alebo na vedení stojanov.

- Špeciálne sústruhy - sú to jednoúčelové stroje, určené na obrábanie súčiastok určitého druhu a tvaru napr. neokrúhlych kotúčov, ingotov, presných vodiacich skrutiek, pre podtáčanie zubov fréz a pod.

FRÉZOVANIE

Podstatou frézovania je postupné odoberanie materiálu obrobku viacklinovým nástrojom vo forme triesky, pričom hlavný pohyb je otáčavý a koná ho nástroj: posuv koná obrobok alebo nástroj spravidla v smere kolmom k osi nástroja. Rezná rýchlosť je dráha, ktorú rezný klin opíše po cykloide za časovú jednotku. Hĺbka frézovania je vrstva materiálu odoberaného frézou v milimetroch

Frézovanie rozdeľujeme:

- valcové
- čelné
- valcové i čelné

Valcové frézovanie - pri frézovaní valcovom sú rezné kliny rozložené len na valcovom obvodenástroja. Os otáčania je rovnobežná s obrobenou plochou.

Čelné frézovanie - pri tomto frézovaní sú rezné hrany rozložené predovšetkým na čele nástroja, t.j. na ploche kolmej na os frézy a čiastočne aj na valcovom obvode. Os otáčania frézy je kolmá na obrobenú plochu.

Podľa smeru hlavného pohybu a posuvu rozdeľujeme čelné frézovanie na - súbežné
                                                                                                          -protibežné

Podľa polohy osi otáčania frézy voči obrábanej ploche na - symetrické
                                                                                   - nesymetrické

Čelné valcové frézovanie - pri tomto spôsobe frézovania sa používajú frézy s reznými hranami na obvode i čele nástroja.

OBRÁBANIE ZÁVITOV

Rezanie závitu je spôsob obrábania, pri ktorom sa postupným odoberaním materiálu na valcovom alebo kužeľovom polovýrobku vytvorí závit požadovaného druhu a tvaru. Závit môžeme rezať rôznymi spôsobmi a nástrojmi v závislosti od druhu závitu. Hlavné spôsoby rezania závitov sú: sústruženie – rezanie závitovými nožmi, rezanie závitníkmi, rezanie závitnicami, frézovanie, brúsenie a valcovanie.

Rezanie vonkajších závitov

Sústruženie závitu - Závitovými nožmi sa režú závity rôznych profilov, vonkajšie i vnútorné.

Závitovým nožom možno rezať závit v zásade dvoma spôsobmi : S prísunom v smere boku závitu alebo kolmo na os závitu. Výhodnejší je spôsob rezania závitu s prísevom v smere boku závitu, pretože nôž môže mať optimálne hodnoty uhlov čela a trieska je plynulejšia.

Závitové nože delíme - sústružnícke jednoklinové alebo viacklinové hrebeňové
                                - prizmatické
                                - kotúčové jednoklinové alebo viacklinové, prípadne skrutkové

Rezanie závitu závitnicami - tento spôsob narezania vonkajších závitov sa používa najčastejšie. Závitnica je v podstate matica vyrobená z rezného materiálu, ktorá má v telese vyvŕtané drážky, vytvárajúce rezný klin a odvádzajúce triesky. Závitnice sa vyrábajú kruhové, môžu byť aj rozrezané, aby sa priemer dal regulovať.

Frézovanie závitu - Je to pomerne výkonný spôsob rezania menej presných závitov. Najčastejšie sa používajú dva typy závitorezných fréz
                                                         - frézovanie kotúčovou frézou
                                                         - frézovanie hrebeňovou frézou

Brúsenie závitu - Závity, od ktorých sa vyžaduje vysoká presnosť, dokončievame brúsením. Na brúsenie sa používa jednoduchý alebo hrebeňový brúsny kotúč.

Rezanie vnútorných závitov

Vnútorné závity režeme závitníkmi, sústružníckymi nožmi, frézovaním a brúsením.

Rezanie závitu závitníkmi - závitníkmi sa režú vnútorné závity menších priemerov. Závitník je v podstate skrutka z rezného materiálu s presným profilom závitu. Do skrutky sú vyfrézované drážky, ktoré vytvárajú rezný klin a odvádzajú triesky.

Hlavné druhy závitníkov sú: - ručné - na ručné obrábanie závitu
                                         - strojové - na rezanie závitu na vŕtacích, revolverových a sústružníckych automatoch a iných strojoch.
                                         - maticové - na rezanie závitu v maticiach
                                         - závitnicové - na rezanie závitu v závitniciach
                                         - špeciálne - na rezanie zvláštnych závitov
                                         - kombinovanéZVÁRANIE

Zváraním nazývame proces nerozoberateľného spájania materiálov, je to metalurgický proces, pri ktorom sa vytvárajú nerozoberateľné metalurgické spojenia kovových súčastí pomocou zvarového kovu prostredníctvom medziatómových väzieb medzi zváranými časťami priamo alebo prostredníctvom prídavného materiálu pri jeho ohreve či plastickej deformácii.

Zvarový kov sa formuje pomocou vytaveného prídavného materiálu. Všeobecne môžeme povedať, že zvarový kov je tá časť zvarového spoja, ktorá je vyhriata nad teplotu solidusu matrice. Vzniká premiešaním pretaveného základného materiálu s vytaveným prídavným materiálom. Podiel pretaveného základného materiálu vyjadrujeme ako stupeň premiešania. Materiály v mieste spoja pôsobením zdroja energie prevedieme do stavu tekutého a lebo plastického a tým ich spojíme.

Zváranie:teplom
              tlakom
              teplom a tlakom

Tavné zváranie:- plameňom - ručne
                                          - strojom
                       - elektrickým oblúkom - ručné 
                                                        -automatické
                                                        -poloautomatické
                       - elektródou - holou
                                          -obaľovanou 
                       - v ochrane plynov
                       - pod tavivom
                       - pod roztavenou troskou)
                       - elektrónový lúč
                       - plazmový lúč
                       - svetelný lúč

Tlakové zváranie:- za studena
                          - ultrazvukom
                          - výbuchom

Zváranie teplom a tlakom:-kováčske
                                       -trením
                                       -plameňotlaké
                                       -elektrickým odporom (bodové, švové, výstupkové)
                                       -odtavením
                                       -indukčné
                                       -difúzne

Pojem - zvariteľnosť materiálov a jej hodnotenie

Pojem zvariteľnosť – komplexná charakteristika vyjadrujúca vhodnosť kovu na zhotovenie zvarov s požadovaným účelom, pri určitých technologických možnostiach zvárania a konštrukčnej spoľahlivosti zváraného spoju.

Zvariteľnosť rozdeľujeme:

- Zaručená zvariteľnosť – výrobca zaručuje zvariteľnosť ocele pri zváraní za teplôt až do 0°C bez zvláštnych opatrení pri zváraní.

- Podmienečne zaručená zvariteľnosť – výrobca zaručuje zvariteľnosť pri určitých vopred stanovených podmienkach. Podmienky sú predpísané výrobcom a sú uvedené v normách akosti.

- Dobrá zvariteľnosť – materiály možno zvárať a možno dosiahnuť dobré zvarové spoje, hoci ich výrobca nezaručuje.

- Obtiažna zvariteľnosť – udáva sa pri materiáloch, pri ktorých sa nedá dosiahnuť vyhovujúca kvalita zvarových spojov ani pri dodržaní osobitných opatrení pri zváraní.

Vhodnosť na zváranie – charakteristika, ktorý vyjadruje zmenu vlastností kovu v dôsledku zvárania. Obecne je zvárateľnosť tiež interpretovaná ako reakcia materiálu na tepelne deformačný cyklus zvárania, pričom jeho výsledkom sú štruktúrne zmeny deformácie.

Vhodnosť kovu na zváranie je daná:
-chemickým zložením
-metalurgickým spôsobom výroby
-spôsobom liatia a tvárnenia
-tepelným spracovaním

Technologická možnosť zvárania kovu – je charakteristika, ktorá vyjadruje vplyv použitého druhu zvárania na vlastnosti zváraného spoju určitej konštrukčnej spoľahlivosti, vyrobeného z kovu s určitou vhodnosťou na zváranie.

Hodnotenie zvariteľnosti – na skúšania a hodnotenie ocelí na zváranie sa používa súbor ukazateľov celistvosti a mechanických vlastností zvarovaných spojov. Odolnosť zváraných spojov proti jednotlivým typom praskavosti sa skúša rôznymi laboratórnymi a technologickými skúškami a odolnosť je hodnotená stupňom odolnosti pre jednotlivé ukazatele celistvosti. U ocelí označených v materiálovej norme ako vhodné na zváranie je výskyt trhlín vo zvarovaných spojoch neprípustný a odolnosť je hodnotená stupňom I. U stredných odolností označených stupňom II. bývajú nutné pre dosiahnutie zvarových spojov bez trhlín určité technologické opatrenia. Použitie ocelí s nízkou odolnosťou proti vzniku trhlín hodnotenou stupňom III. býva problematické a prináša rad komplikácií. Pevnosť v ťahu zváraného spoja je mierou jeho únosnosti. Hodnotí sa aj nárazová práca.

Druhy zvarových spojov

- Tupý spoj – spoj dielcov ležiacich v jednej rovine
- Preplátovaný spoj –spoj čiastočne prekrývajúcich sa dielcov, ktoré ležia v rovnobežných rovinách
- Rohový spoj – spoj dielcov vzájomne zvierajúcich iný uhol ako 180°
- Spoj tvare T – spoj dvoch dielcov, spojených okrajom jedného dielca pod pravým alebo jemu blízkym ostrým uhlom do tvaru T
- Krížový spoj – spoj troch dielcov, spojených okrajmi dvoch dielcov pod pravým alebo jemu blízkym uhlom do tvaru kríža

ZVÁRANIE LASEROVÝM LÚČOM

Laserový lúč sa vyznačuje koherentnosťou, monochromatickosťou a rovnobežnosťou lúčov. Laserové zváranie patrí do metód zvárania koncentrovanými zdrojmi energie. laser ako zdroj tepla umožňuje sústredenie veľkej energie optického zariadenia do malej plochy a na povrchu materiálu možno dosiahnuť teplotu až 100 000°C. Pri tejto teplote sa každý materiál oparuje. Znížením výkonu sa laser stáva použiteľným pre zváranie. Taví akýkoľvek materiál v tisícinách sekundy. pre zváranie sa používajú lasery s pevnou fázou najčastejšie rubínové. Lasery s kontinuálnym žiarením sa podobajú elektronovému paprsku a vo zváraní mu konkurujú. Dosahujú veľmi úzke tepelne ovplyvnené oblasti. Lasery s pulzujúcim žiarením základný materiál tepelne prakticky vôbec neovplyvňujú, zváranie prebehne v čase asi 10-3 s a okolie zvaru sa nestačí ohriať. Nie je nutné pred zváraním čistiť základný materiál, nečistoty sa vyparia. Zvára sa bez prídavného materiálu. Stykové plochy sa upravujú rovnako ako u elektrónového zvárania.

Pri dopade sfokusovaného zväzku laserového lúča na malú plochu sa časť žiarenia odrazí, časť prechádza materiálom a časť sa absorbuje. Absorbované žiarenie spôsobuje silné ohriatie materiálu, jeho tavenie a odparovanie. Tavenie a odparovanie materiálu sprevádzajú rozličné efekty, napr. tvorba oblasti ionizácie a plazmového oblaku nad materiálom, vytrhávanie väčších častí materiálu a tlakové vlny, ktoré sa šíria materiálom. Oblasť ovplyvnená tepelnými efektmi sa môže v dôsledku absorpcie žiarenia líšiť od teoreticky predpovedaného priemeru stopy zväzku. Jej veľkosť a výsledný efekt žiarenia je určený predovšetkým výkonom lasera, plošnou hustotou výkonu žiarenia, časom pôsobenia žiarenia, optickými vlastnosťami materiálu, povrchovými podmienkami a tepelnými vlastnosťami.

Lasery možno deliť - podľa skupenského stavu - uhé
                                                                    -kvapalné
                                                                    -plynné
                          
                            - podľa frekvencie vysielaného žiarenia rozoznávame -infražiarenie (iraser)
                                                                                                          -optožiarenie, svetelné (laser)
                                                                                                          -ultražiarenie (maser)
                                                                                                          -žiarenie gama (graser)

Najpoužívanejšie opticky čerpané pevné lasery 
-Rubínový laser
-Neodýmové sklo
-Neodýmový YAG
-CO2 – laser
-Argónový laser

Úprava zvarových plôch

Zvarové plochy sa pripravujú delením, opracovaním a upravením. Vzhľadom na to, že energia laserového lúča sa absorbuje na povrchu materiálu a preniká dnu tepelným vedením, úspech pri zváraní z veľkej časti bude závisieť od dobrého dotyku zváraných častí a od kvality povrchu materiálu. Stav povrchu materiálu možno opracovaním vhodne prispôsobiť. Výhodný je napr. zoxidovaný povrch, ktorý umožňuje vyššiu absorpciu lúča. Výhodné môžu byť určité kovové povlaky na zváranom materiále. Zmenšenie reflexie dosiahneme aj zdrnením povrchu. Zvarové spoje sa vyhotovujú vhodným zariadením vyžadovaného výkonu optimalizovanými parametrami s prihliadnutím na charakter zváraného materiálu. V prípade zvárania laserovým lúčom sa môžu použiť ochranné atmosféry, obdobne ako je to pri zváraní elektrickým oblúkom v ochranných atmosférach, čo je veľkou prednosťou laserového lúča v porovnaní s elektrónovým lúčom. Veľmi kvalitné zvarové spoje sa dajú dosiahnuť zváraním laserovým lúčom vo vákuu.

Využitie zvárania v technickej praxi

Laserový lúč ma všestranne využiteľný ako v oblasti priemyselnej výroby, tak aj v iných oblastiach priemyslu.

Využíva sa najmä:

-Rezanie antikoróznych ocelí hrúbky 1 mm a i.
-Zváranie anódo – katódových spojov žiaroviek z materiálov W
-V leteckom a raketovom priemysle na zváranie špeciálnych materiálov
-Priváranie oceľových rúrok priemeru 1,58 mm na tenkostennú valcovú nádrž

Výhody a nevýhody zvárania laserovým lúčom

Výhody:

-Dostatočná pracovná vzdialenosť dovoľuje fokusovanie lúča aj do inak neprístupných priestorov, prípadne možno zvárať v transparentnom prostredí.
-minimálne znečistenie okolia
-minimálny príkon tepla do zváraného materiálu a odovzdávanie tepla vo veľmi krátkom čase
-možno zvárať bez ochrannej atmosféry
-Laserový lúč sa môže fokusovať do extrémne malého bodu Veľmi presne možno usmerniť zvar
-Je možné presné dávkovanie energie, čím je zaručená dobrá reprodukovateľnosť
-zváranie materiálov s vysokou tepelnou vodivosťou možno zvárať materiály s rozdielnym chemickým zložením

Nevýhody:

-Z nevýhod možno spomenúť : veľkú obstarávaciu cenu laserov, najmä kontinuálnych vyšších výkonov a malú účinnosť zariadenia.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