Jako příklad spojového svařování nejprve uvedeme tupé svary. Vlastnosti tupého svaru a příprava hran pro svařování jsou určeny tloušťkou základního kovu. U malé tloušťky kovu, do 5 – 6 mm, hrany spojovaných plechů nevyžadují speciální přípravu a měly by být ořezány pouze dostatečně správně, aby byla zajištěna vzájemná rovnoběžnost a konstantní mezera mezi nimi po celé délce svaru. Svařovací operace je podobná navařování housenkou, je třeba věnovat zvláštní pozornost rovnoměrnosti tavení obou hran, pro což je konci elektrody dán příčný kmitavý pohyb.
Průřez svaru se získá s výraznou výztuží, která dosahuje 50-100 % tloušťky základního kovu.
Hlavní obtíž při tupém svařování spočívá ve správném vytvoření rubové strany švu. V tomto případě odchylky od normálního svařovacího režimu způsobují následující vady. Pokud je přívod tepla nedostatečný, celá tloušťka plechů se netaví a profil je nedostatečně svařený. Pokud je přívod tepla nadměrný, kov se zcela roztaví a roztavený kov vytéká z objemu švu, čímž na rubové straně vznikají úkapy a někdy i skrz otvory – propáleniny.
Během svařování je poměrně obtížné dosáhnout ideálního průřezu svaru s plným propálením průřezu plechu a bez úkapů na rubové straně. Svářeč nevidí rubovou stranu svaru*, proto stačí drobné odchylky ve svařovacím režimu k tomu, aby způsobil nedostatek propálení nebo úkapy na rubové straně. Z obavy z propálení a úkapů svářeč obvykle pracuje v režimu, který způsobuje nedostatek propálení průřezu svaru. Průměrný nedostatek propálení do značné míry závisí na kvalifikaci svářeče. U svářeče s nízkou kvalifikací může nedostatek propálení dosáhnout 50 % nebo více tloušťky plechu. Hodně také závisí na kvalitě použitých elektrod.
Svary s neúplným průřezovým tavením během statických zkoušek mají často uspokojivou pevnost, proto mohou být takové svary výjimečně povoleny v nízkokritických konstrukcích pracujících pod statickým zatížením.
Vliv nedostatečného propaření je v tomto případě kompenzován zesílením svaru na straně svaru. U kritickějších konstrukcí, zejména těch, které pracují s proměnným nebo rázovým zatížením, jsou svary s nedostatečným propařením průřezu nepřijatelné, protože způsobují nehody a destrukci svařovaných výrobků. Nedostatek propaření působí jako řez a vede k rychlé destrukci konstrukce. Při výrobě kritických svařovaných výrobků je nutné přijmout opatření, která zaručí absenci nedostatečného propaření průřezu svaru. Nedostatek propaření lze eliminovat zpětným svařováním rubové strany svaru nebo použitím výstelek. Zpětné svařování spočívá v nanesení dodatečné housenky se zmenšeným průřezem na rubovou stranu svaru.
Zpětné svařování je spolehlivá metoda pro odstranění nedostatečného tavení. Nevýhodou zpětného svařování je výrazné zvýšení pracnosti práce (o 30-40 % nebo více); navíc je zadní strana svaru často obtížně dostupná nebo se nachází v nevhodné poloze, například nad hlavou. Zpětné svařování se v praxi široce používá. Pokud je zadní strana svaru nepřístupná (například při svařování spojů trubek), používají se podklady. To umožňuje svařit celý profil z jedné strany a získat vysoce pevný svar v jednom průchodu.
Obr. 1. Tupý svar bez zkosených hran: a — nedostatečné provaření průřezu; b — propálení a okapy; c — dobře tvarovaný svar
Podložky pro tupé svary se dělí na odnímatelné, odstraňované po svařování, a neodnímatelné neboli slepé, které zůstávají přivařeny k zadní straně svaru. Svařování s podložkami má řadu výhod: práce se provádí pouze z jedné, nejpohodlnější a nejdostupnější strany svaru; produktivita svařování se výrazně zvyšuje, protože svářeč bez obav z propálení a úkapů pracuje ve vyšších režimech a při zvýšených rychlostech svařování.
Odnímatelné podložky se obvykle vyrábějí z červené mědi. Vzhledem k vysoké tepelné vodivosti mědi se poměrně masivní podložky při kontaktu s tekutým kovem netaví a po svařování je lze snadno odstranit. Při intenzivní práci a hromadné výrobě identických výrobků lze měděné podložky chladit tekoucí vodou. Vhodná zařízení musí zajistit těsný kontakt svařovaného kovu s měděnými podložkami po celé délce svaru. Zbývající neodnímatelné neboli slepé podložky jsou obvykle ocelový pás o tloušťce 3-4 mm a šířce asi 50 mm. Spoj potrubí s vloženou ocelovou kroužkovou podložkou, někdy používanou v praxi svařování různých potrubí, je znázorněn na obr. 69. Pokud je to možné, je vhodné jako podložky použít prvky samotné svařované konstrukce.
Další obtíže představuje tupé svařování velmi tenkých kovů o tloušťce menší než 1,5 mm. Pro svařování tenkých kovů byly vyvinuty speciální elektrody, které zajišťují obzvláště stabilní hoření oblouku. Použití těchto elektrod a přídavných zařízení, která umožňují přesnou regulaci malých proudových sil, umožňuje úspěšné obloukové svařování ocelových plechů o tloušťce 0,5-1,5 mm. Tupé svařování ocelových plechů bez předběžné úpravy hran lze použít i pro větší tloušťky, za předpokladu, že svařování se provádí na obou stranách. Tuto metodu lze použít ke svařování plechů o tloušťce 8-12 mm. Nevýhodou takového spojení je značná pravděpodobnost neúplného svaření průřezu a vměstků strusky a oxidů podél osy švu a tuto vadu nelze detekovat vnější kontrolou a je odhalena pouze rentgenovým skenováním a jinými metodami.
Obr. 2. Svařování
Obr. 3. Svařovaný spoj trubky s vloženým kroužkem
Obr. 4. Oboustranný tupý svar bez zkosených hran
Obr. 5. Příprava hran ve tvaru V
Opatření k boji proti výše uvedeným vadám zůstávají stejná: svařování rubové strany a použití odnímatelných nebo zbývajících obložení. Před svařováním rubové strany u kritických výrobků se doporučuje vyříznout kov do hloubky 2-3 mm, tj. vybrat tzv. kontrolní drážku, která se poté zakryje svařovacím nebo kontrolním válečkem. Na vnější straně je svarová část doplněna výztuží, jejíž velikost se v závislosti na tloušťce kovu nastavuje v rozmezí 3-5 mm.
Obr. 6. Šev ve tvaru V: 1 — kontrolní svarová housenka; 2 — kontrolní drážka; 3 — první vrstva; 4 — výztuž
Obr. 7. Oboustranný šev ve tvaru X:
Při značných tloušťkách kovu a dostatečné přístupnosti rubové strany švu konkuruje oboustranný nebo X-tvarovaný šev jednostrannému švu. Pro provedení oboustranného švu je při stejné tloušťce nekovu zapotřebí méně navařeného kovu a menší náklady na práci svářeče. Druhou výhodou oboustranného švu je větší symetrie průřezu, která snižuje deformaci výrobku. Nevýhodou oboustranného švu je nutnost svařovat z obou stran, což často způsobuje obtíže a někdy je to zcela nemožné. Kromě uvedených symetrických tvarů švů se v praxi často používají asymetrické tupé švy s nestejnou úpravou hran.
Obr. 8. Asymetrické tupé svary
Obr. 9. Příprava okraje ve tvaru misky
Spoje s plochými hranami mají nevýhodu v tom, že svařování horní části spoje je poněkud obtížné a na vnějším povrchu jsou spoje příliš široké. V mnoha případech jsou mnohem praktičtější spoje se zakřivenými obrysy hran, tzv. miskovité jednostranné a oboustranné spoje, které zlepšují kvalitu svarového spoje a pohodlí svařování. Nevýhodou těchto spojů je složitá příprava hran. Obrázek 10 znázorňuje tvary housenkových a rohových svarových spojů, souvisejících s tupými spoji.
Na základě svého vzhledu se klasifikují jako konvexní (obr. 2.5, A), normální (obr. 2.5, b) a konkávní (obr. 2.5, c) svařované švy. Všechny švy (kromě konkávních) jsou provedeny s mírnou konvexností (výztuž /). Zvýšení výztuže vede na jedné straně ke zvýšení pevnosti švu, ale na druhé straně zvyšuje spotřebu elektrodových materiálů. Obr. 2.5. Konvexní (a), normála (b) a konkávní (c) svary:
1 – zesílení švu V rohových spojích se provádějí konkávní švy, aby se zlepšily vlastnosti švu při proměnném zatížení. V závislosti na typu svařovaného spoje se rozlišují následující typy svarů: tupý – šev tupého a (někdy) T-spoju; rohový – šev rohového, překrývajícího se nebo T-spoju; zátkové a drážkové švy. Zátkové švy (obr. 2.6, ) (pohled shora) mají obvykle kulatý tvar a získávají se:
- — v důsledku úplného pronikání horních a částečného pronikání spodních plechů (takové švy se často nazývají elektrické nýty);
- — roztavením horní vrstvy otvorem, který byl v horní vrstvě předem vytvořen.
Obr. 2.6. Korek (a) a drážkovaný (b) svary
Drážkované švy (obr. 2.6, 6) jsou obvykle protáhlé. Vytvářejí se svařením horního (krycího) plechu se spodním plechem rohovým svarem po obvodu drážky. V některých případech lze drážku vyplnit zcela.
V závislosti na směru vnější síly se rozlišují svary: boční, čelní, kombinované a šikmé (obr. 2.7). U bočního svaru působí vnější síla rovnoběžně s osou svaru, u čelního svaru kolmo a u šikmého svaru pod úhlem.
Obr. 2.7. Klasifikace svarových švů podle směru sil, které na ně působí: a – podélný (boční);
b – příčný (čelní); “-kombinovaný; G – šikmé;
Šipka ukazuje sílu působící na šev
Podle uspořádání rozlišujeme švy přímočaré, kruhové, uzavřené a otevřené; podle délky švy spojité (bez mezer po délce) a přerušované (s mezerami po délce). Přerušované švy se dělí na krátké, střední, dlouhé, řetězové a stupňovité (obr. 2.8). Podle charakteru provedení rozlišujeme švy jednostranné a vícestranné.
Přerušované svary se obvykle používají, když jsou zatížení působící na konstrukci malá. Řetězový přerušovaný svar je oboustranný svar, u kterého jsou mezery umístěny na obou stranách stěny, jedna proti druhé. Přerušovaný svar s přesazeným spojem je oboustranný svar, u kterého jsou mezery na jedné straně stěny umístěny naproti svařovaným částem svaru na druhé straně.
V závislosti na počtu průchodů (vrstev) potřebných k dokončení návrhového průřezu svaru se rozlišují svary jednovrstvé (jednovrstvé) a vícevrstvé (vícevrstvé) (obr. 2.9).
Šev svařený na jedné straně se nazývá jednostranný, na obou stranách oboustranný. Pokud jsou průřezy obou švů při oboustranném svařování přibližně stejné, pak se takový šev nazývá symetrický, ale pokud jsou průřezy jedné strany švu větší než průřez druhé strany – asymetrický. V tomto případě se vrstva většího průřezu nazývá hlavní vrstva a vrstva menšího průřezu se nazývá podkladová vrstva.
Obr. 2.8. Klasifikace svarů podle délky: a – oboustranný nepřetržitý; b – jednostranný přerušovaný;
“- oboustranný řetěz;” G – oboustranné šachy
Obr. 2.9. Průřezy tupých a rohových svarů:
a, g — jednoprůchodový; b, d — víceprůchodový;
“-vícevrstvý; 1-VI – vrstvy;” 1—6— průchody
Svarová vrstva – část svarového kovu, která se skládá z jedné nebo více housenek umístěných ve stejné úrovni průřezu svaru. Tloušťka každé vrstvy u vícevrstvých svarů je přibližně 5–6 mm.
Válec – svarový kov navařený nebo přetavený v jednom průchodu.
Svarový šev — vrstva potřebná pro svařování kořene svaru.
Kořen švu je část švu, která je nejdále od jeho líce.
Během svařování se každá vrstva vícevrstvého švu žíhá při nanášení další vrstvy. V důsledku takového tepelného působení na svarový šev se zlepšuje jeho struktura a mechanické vlastnosti.
Podle jejich prostorového umístění se svary dělí na vodorovné, svislé, stropní a spodní svary. Kombinace stropního švu se svislým švem se nazývá polostropní šev (obr. 2.10).
Obr. 2.10. Označení svarových švů podle jejich umístění v prostoru: H – spodní; P – stropní; V – vertikální;
G – horizontální; Pi – polostropní; Pv – polostropní;
Pt – polovodorovný; L – „v lodi“
Nejobtížněji se provádí stropní šev, nejlepší šev se tvoří ve spodní poloze. Stropní, svislé a vodorovné švy se obvykle musí provádět při výrobě a montáži velkých konstrukcí.
V závislosti na tvaru svařovaných hran se rozlišuje svařování bez úpravy hran (zkosení) a svařování s úpravou hran (zkosení) (obr. 2.11).
Okrajové lemování se používá při svařování plastových kovů do tloušťky 3 mm. Výška lemování se ve většině případů provádí na dvojnásobek tloušťky svařovaných prvků.
Obr. 2.11. Způsob přípravy hran a montáže svařovaných prvků: a – zadek; b – hranatý; ve tvaru T; G – překrývající se
Poloměr ohybu při lemování se obvykle bere rovný tloušťce svařovaných hran. Lemování hran zjednodušuje svařování tenkého kovu. V tomto případě se zpravidla nevyžaduje žádný přídavný materiál.
Úprava hran se používá k zajištění jejich natavení v celé tloušťce a k regulaci složení svarového kovu. Úprava hran je charakterizována úhlem zkosení a nebo úhlem otevření hran 2сх a otupením. s.
Volba prvků pro přípravu hran a jejich tvar je určena především tloušťkou svařovaného kovu, jeho tepelnými vlastnostmi a metodou svařování. Pro různé svařovací podmínky cx=5-35°, c=1-8 m. Velikost mezery Ü při montáži pro svařování je určena tloušťkou svařovaných kovů, metodou svařování, tvarem přípravy hran a obvykle je 0-5 mm. Zvětšení mezery (v rámci stanovených mezí) podporuje hlubší provaření kovu. Úhel zkosení hran a mezera zpravidla určují hloubku provaření a přítomnost otupení zabraňuje propálení v horní části svaru.
