Co je to oblouk a jak funguje obloukové svařování?

Pronikavé namodralé světlo. Praská to a bzučí. Ve vzduchu je napětí. Většina z nás si s pojmem oblouk spojuje tyto dojmy. V každodenním životě ho můžeme vidět při bouřkách v podobě blesku. I v železniční síti lze občas mezi trolejovým vedením a kolektorem zaregistrovat vzniklý oblouk. Svářeči jej cíleně využívají pro spojování kovů. Ale co přesně se zde děje?

…

…

…

…

…

Co je to oblouk a jak vzniká?

Podmínkou vzniku oblouku je rozdíl elektrického potenciálu mezi dvěma body: Na jedné straně je nadbytek elektronů (negativně nabitých elementárních částic v obalu atomu), a tedy záporný elektrický náboj. Na druhé straně nedostatek elektronů způsobuje kladný elektrický náboj. Tento rozdíl vytváří napětí.

Za určitých okolností dojde k takzvanému napěťovému průrazu, tedy snaze fyzikálních sil vyrovnat nerovnováhu nábojů. Vzniká přitom kanál, ve kterém se působením žáru a vysokého napětí ionizuje plyn mezi póly a vzniká elektricky vodivé plazma. Tímto plazmovým kanálem může nyní procházet proud. Podle druhu svařovacího zdroje může mít průraz podobu jiskry nebo blesku, které po vyrovnání rozdílu nábojů rychle zhasnou. Nebo hoří dál jako oblouk.

Malé odbočení: Plazma

Když na plyn působí velké množství energie (například proud na naši atmosféru), dochází účinkem vznikajícího žáru k ionizaci částic plynu. V rámci tohoto procesu se uvolňují elektrony z neutrálních atomů a vznikají samostatné kladně nabité ionty a záporně nabité elektrony. Tato směs částic z nabitých i neutrálních složek se nazývá plazma.

Plazma je na rozdíl od plynů elektricky vodivá, protože volné nosiče náboje (tedy ionty a elektrony) mohou vést proud.

Když se volné elektrony setkají s ionty a spojí se s nimi, odevzdají energii, kterou předtím přijaly při odtržení, v podobě světla. To, co vidíme jako blesk, elektrické jiskry nebo oblouk, je tedy plazmový sloupec, kterým prochází proud. Proud je sám o sobě neviditelný.

Co je obloukové svařování?

Plazmový sloupec oblouku má teplotu v rozmezí 3 500 až 15 500 stupňů Celsia. Tento žár lze využít k tavení a spojování kovů. Oblouk přitom hoří mezi základním materiálem a opačně pólovanou svařovací elektrodou.

Rozlišujeme různé postupy obloukového svařování:

Obloukové svařování s tavící se elektrodou

Při svařování v ochranné atmosféře se používá plyn, který chrání roztavený kov před reakcí s atmosférou. V závislosti na tom, zda se použije inertní (tedy málo reaktivní) plyn, jako je například helium, argon nebo jejich směsi, nebo aktivní plyn, jako je CO₂, se mluví buď o svařování v inertním plynu (MIG), nebo o svařování v aktivním plynu (MAG). Nekonečná drátová elektroda (svařovací drát) se přitom odtavuje a slouží jako přídavný materiál.

Ruční obloukové svařování (anglicky: Manual Metal Arc, zkratka MMA) se označuje také jako elektrodové svařování nebo svařování obalenou elektrodou a využívá tavící se obalenou elektrodu. Obal elektrody se při svařování odtavuje a vytváří ochrannou atmosféru i ochrannou strusku. Díky tomu není potřeba další přívod plynu.

Při svařování s trubičkovým drátem se využívá princip obalené elektrody a manipulace svařování MIG/MAG: Nekonečná drátová elektroda je tvořena kovovým pláštěm (přídavný materiál), který je vyplněn práškem (pro vznik strusky). Zpravidla se používá ochranný plyn. Trubičkový drát s vlastní ochranou (Self-Shielded Flux Cored Wire) však použití přídavného ochranného plynu nevyžaduje.

Při svařování pod tavidlem přebírá sypání prášku funkci obalu elektrody při procesu svařování obalenou elektrodou: Plynule přiváděná drátová elektroda se odtavuje za sypání ochranného prášku.

Obloukové svařování s neodtavující se elektrodou

Při svařování metodou wolfram-inertní plyn (TIG) se používá neodtavující se wolframová elektroda a inertní ochranný plyn. Svařovat lze s přídavným materiálem i bez něj.

Při plazmovém svařování se stejně jako při svařování TIG používá neodtavující se elektroda. Ta se nachází v krytu hořáku a zahřívá tam plyn, aby vznikalo plazma. Plazma se úzkou chlazenou plynovou hubicí přivádí ke svařenci – proto se mluví také o zúženém oblouku. Tím se dosahuje velmi vysoké hustoty energie. Plazma je navíc obklopeno inertním ochranným plynem, aby se tavná lázeň chránila před reakcemi s kyslíkem.

Další informace o tom, kdy použít který postup obloukového svařování, najdete v článku na blogu: TIG, MIG/MAG nebo elektrodové svařování: Kdy se který svařovací postup používá?