2
SPECIÁL: SVAŘOVÁNÍ A SPOJOVÁNÍ Každý z těchto procesů vyžaduje pro svůj zdárný průběh použití příslušných technic‑ kých plynů. Ochranné plyny pro laserové svařování Ochranný plyn plní při laserovém svařování několik funkcí. Jedním z hlavních úkolů je ochrana svařovaného materiálu před okolní atmosférou. Cílem je zabránit absorpci kyslí‑ ku, dusíku a vzdušné vlhkosti do svarové láz‑ ně, čímž se zabrání tvorbě oxidů, nitridů a pórů. Kromě toho ochranný plyn zajišťuje stálé odfukování plazmy vystupující nad sva‑ řenec. Tato vznikající plazma snižuje hloubku provaření tím, že její drobné částice rozptylu‑ jí laserový paprsek. Stejně jako u ostatních metod svařování s ochranným plynem lze i při svařování lase‑ rem svařovací proces cíleně ovlivnit použitím optimalizovaných ochranných plynů. Zákla‑ dem nejčastěji používaných směsí plynů pro laserové svařování je argon a helium. Ochranné plyny mohou v závislosti na zá‑ kladním materiálu obsahovat také aktivní složky (CO 2 , O 2 , H 2 ), které ovlivňují svařovací proces rovněž termicky a metalurgicky. V pro‑ vedeném experimentu byla zaměřena pozor‑ nost na inertní plyny – argon a helium. Argon je jednoatomový plyn. Vyznačuje se značnou chemickou netečností, patří tedy do skupiny inertních plynů. Funkci ochranného plynu plní velmi dobře i díky vysoké měrné hmotnosti 1,67 kg/m 3 (při tlaku 1 bar a teplotě 15 °C). Hustota vzduchu je při stejných pod‑ mínkách 1,22 kg/m 3 . Argon je těžší než vzduch, což zajišťuje jeho klesání směrem ke svařenci a tím i dobrou ochranu svarové láz‑ ně. Průtok argonu se nastavuje na hodnotu 12–20 l/min. Použití argonu může do jisté mí‑ ry limitovat jeho nízký ionizační potenciál (15,76 eV). Argon je náchylný k ionizaci a při určité hustotě vnášené energie může dochá‑ zet ke vzniku plynové plazmy (ionizovaný ochranný plyn). Helium je stejně jako argon jednoatomový inertní plyn. Jeho měrná hmotnost je pouze 0,16 kg/m 3 , což je 1/10 měrné hmotnosti ar‑ gonu. Tato vlastnost je v mnohých oblastech použití helia vítaná, ale při ochraně svarové lázně působí negativně. Helium stoupá vzhůru, což snižuje efektivitu plynové ochra‑ ny. Proto je při použití helia nutné zvýšit prů‑ tok plynu až na 30–35 l/min. Výhodou helia je jeho vysoký ionizační potenciál (24,56 eV), který teoreticky minimalizuje ionizaci ochranného plynu a tím i tvorbu plynové plazmy. Proto je helium často používáno v plynových CO 2 laserech, zejména při sva‑ řování hliníku. Z výše uvedených teoretických skutečnos‑ tí se zdá, že má v oblasti laserového svařová‑ ní vyššími výkony helium lepší předpoklady než argon. Do jaké míry ochranný plyn sku‑ tečně ovlivní výsledky svařovacího procesu, je předmětem následujícího experimentu. Experiment Cílem experimentu bylo posouzení vlivu ochranného plynu na geometrii závaru a me‑ chanické vlastnosti svarového spoje zhotove‑ ného laserem. Jako ochranný plyn byl pro experiment zvolen argon čistoty 5.0 (99,999 %) a helium čistoty 4.6 (99,996 %). Vzorky z oceli S355 a z austenitické nere‑ zové oceli DIN 1.4301 byly svařeny ve firmě Matex PM v Plzni, kde bylo poskytnuto i po‑ třebné zázemí a technické vybavení pro rea‑ lizaci experimentu, zejména pak diodový, vláknem vedený laser o výkonu 5,5 kW. 52/53 11/2013 Vliv ochranného plynu při laserovém svařování Hlavním těžištěm využití laserů ve strojírenské praxi je bezesporu dělení materiálu. Lasery se však stále častěji uplatňují i v dalších oblastech, jako je svařování, pájení, kalení a navařování. Seznam a specifikace vzorků Číslo vzorku /obrázku Základní materiál / tloušťka Ochranný plyn / průtok Rychlost svařování č. 1 obr. 1 S355 10 mm Helium 30 l/min 0,5 m/min č. 2 obr. 2 S355 10 mm Argon 18 l/min 0,5 m/min č. 3 obr. 3 1.4301 10 mm Helium 30 l/min 0,5 m/min č. 4 obr. 4 1.4301 10 mm Argon 18 l/min 0,5 m/min Výsledky měření tvrdosti HV RD 28 tvrdosti Zatížení HV1 Vzorek č. 1 Materiál S355 Ochranný plyn He Vzorek č. 2 Materiál S355 Ochranný plyn Ar Vzorek č.3 Mat. DIN 1.4301 Ochranný plyn He Vzorek č. 4 Mat. DIN 1.4301 Ochranný plyn Ar Základní materiál 183 186 175 171 197 194 172 173 TOO 190 185 168 169 186 195 181 183 Přechod TOO – SK 196 202 185 187 186 191 183 190 Svarový kov 203 200 187 200 170 193 188 194 Střed svaru 200 211 191 200 185 180 198 193 Obr. 1 – S355, ochranný plyn helium. FOTO A ZDROJ: MESSER TECHNOGAS ADVERTORIAL 52_53_TE11.indd 52 11/7/13 9:51 AM
