Pulzní svařování MIG/MAG – proč vlastně

Výhody a nevýhody pulzního oblouku oproti standardnímu

Jízda po dálnici vysokou rychlostí v moderních limuzínách spíše připomíná plynulý let než boj proti odstředivým silám. Odráží lehkost bytí a umožňuje hravě překonávat větší vzdálenosti. Ale co takhle promítnout tuto jízdní dynamiku a lehkost i na okresní silnice, nebo dokonce do městského provozu?

Takovému pohodlí na dálnici odpovídá ve svařovací technice sprchový oblouk. Vlastnosti tohoto oblouku jsou žádoucí v celém rozsahu výkonu a při nejrůznějších použitích. Pokud se však svářeč změnou výkonu dostane do oblasti krátkého nebo přechodového oblouku, najednou se zase ocitá v městském provozu nebo na okresní silnici. Rychlost svařování klesá, průvar se zmenšuje a svařovací rozstřiky si někdy mohou vyžádat enormní množství dokončovacích prací. Začíná se to komplikovat. Nápravu má zjednat pulzní svařování…

Jak funguje standardní oblouk – technická prehistorie pulzního svařování

Chceme-li pochopit technické základy pulzního svařování, je nutné dobře znát jednotlivé varianty standardního oblouku. Co o nich můžeme říct, pokud jde o usnadnění nebo ztížení práce?

Obecně: Dotkne-li se drátová elektroda svařence, dojde ke zkratu. Aby se předešlo delší zkratové fázi, zvýší se proud, a tím se zapálí oblouk. Vzniklý žár nataví základní materiál a konec drátu – dojde k přechodu mezi materiály, takzvanému uvolnění kapky. Ve spodní až střední oblasti výkonu je každé uvolnění kapky způsobeno zkratem. Charakter procesu uvolnění kapky se však v celém rozsahu výkonu silně liší:

• Krátký oblouk: K uvolnění kapky dochází ve fázi vysokého proudu příslušného zkratu. Důsledkem toho je, že přerušení zkratu, tj. zapálení oblouku, nastává explozivně, takže může dojít ke vzniku rozstřiků. Ty jsou však ve spodní oblasti výkonu většinou tak jemné, že se nepřilepí na základní materiál. S trochou cviku lze navíc krátký oblouk dobře ovládat, protože svářeč má neustále přímý kontakt s tavnou lázní.

• Přechodový oblouk: Také v této oblasti zůstává princip uvolnění kapky na bázi zkratu ve fázi vysokého proudu stejný. Vzhledem k tomu, že se zde používají výrazně větší velikosti proudu, jsou exploze během uvolnění kapek také výraznější. Vytvářejí se i větší kapky, které se oddělují od konce drátu beze zkratu a v důsledku toho mohou skončit vedle svaru. Svařovací rozstřiky se proto vyskytují hojněji, jsou rozměrnější a nevyhnutelně ulpívají na svařenci. Tím se enormně zvyšují náklady na dokončovací práce. Pro svářeče je přechodový oblouk ovladatelný jen s velkou námahou.

• Sprchový oblouk: Když se konečně dostaneme do oblasti sprchového oblouku, bude se konec drátu díky vysokému výkonu silněji zahřívat. Kapky se navíc v důsledku magnetického pole generovaného elektrickým proudem kolem konce drátu zúží (pinch efekt), následně se zmenší, bude jich přibývat a do tavné lázně budou směřovat v podobě vláken. Přenos mezi materiály probíhá téměř bezzkratově. Díky tomu je zejména při vysokém odtavném výkonu přechod mezi materiály dokonale čistý a je doprovázen maximálním snížením rozstřiků.

Oblouk dává svářeči pocit extrémní vyváženosti a velmi snadné manipulace – vedení oblouku a spojování kovů jde „jako po másle“.

Pulzní oblouk – elektrotechnický trik

Svařovací vlastnosti sprchového oblouku by byly žádoucí nejlépe v celém rozsahu výkonu: Dokonale ploché, rovnoramenné svary, ideální průvarové poměry, malý rozstřik a samozřejmě vysoké rychlosti svařování. Promítnout to vše do krátkého a přechodového oblouku je však v oblasti standardního oblouku nemožné. Proto bylo třeba využít elektrotechnické triky, jejichž úspěšným výsledkem je pulzní svařování.

Na rozdíl od standardního oblouku je pulzní oblouk v ideálním případě bezrozstřikový. Nedochází tedy k přímému kontaktu drátu s tavnou lázní. Samotné tajemství spočívá v oscilaci mezi velmi malým základním proudem a pulzním proudem, který vykazuje velmi vysoké velikosti proudu. Zde hovoříme o pulzních intervalech. Úkolem základního proudu je v podstatě zabránit přerušení oblouku a udržet tavnou lázeň kapalnou. Pulzní proud generuje dostatek tepla pro uvolnění kapky a vytvoření průvaru.

Podrobný princip pulzního svařování

Důležité: Při pulzování se stejně jako u sprchového oblouku využívá takzvaný pinch efekt (z anglického slova „to pinch = seškrtit“). Na rozdíl od krátkého oblouku se přitom kapka NEUVOLŇUJE ve fázi vysokého proudu. Tím, že při každém pulzu asi jednu až dvě milisekundy prochází extrémně vysoký proud, se drátová elektroda nataví a v určitém místě se zaškrtí. Krátce předtím, než proud znovu dosáhne oblasti nízkého základního proudu, se zaškrcená kapka uvolní a hladce vklouzne do tavné lázně. Při vhodné délce oblouku (vzdálenosti konce drátu od tavné lázně) v zásadě nikdy nedochází ke kontaktu drátové elektrody s tavnou lázní, proto je pulzní svařování téměř bezzkratové. Tím umožňuje extrémně čistý přechod mezi materiály – i když výjimky potvrzují pravidlo.

Přechod mezi materiály je navíc pozitivně ovlivněn tím, že velikost kapky – podobně jako u sprchového oblouku – se udržuje spíš malá a v celé oblasti výkonu přibližně stejně velká. Mění se pouze počet pulzních intervalů a tím také počet uvolněných kapek: V oblasti nízkého výkonu je pulzů méně, v oblasti vysokého výkonu podstatně víc. Lze to dokonale vnímat také akusticky: Čím vyšší výkon, tím vyšší tón (pulzní frekvence).

Výhody a nevýhody pulzního svařování v praxi

• Vnos tepla: Proudové špičky potřebné pro pinch efekt musejí dosahovat minimálně 450 ampérů. Pulzování je tedy v principu vždy více horké než standardní svařování v krátkém oblouku. Svářeči jej proto často upřednostňují zejména při svařování tenkých plechů, kdy se vyžaduje maximální snížení tepla. Nicméně dodatečný vnos tepla lze také dokonale převést na vyšší rychlosti svařování. V určitém rozmezí tloušťky plechu může pulzní oblouk zvýšit i efektivitu.
• Když se naopak přibližujeme k oblasti sprchového oblouku, nastává opak: Prostřednictvím pulzu je možné právě v oblastech vysokého výkonu omezit vnos tepla, protože vysoké proudy neprocházejí obloukem nepřetržitě.
• Nevýhody při manipulaci: Princip pulzního svařování spočívá v tom, že nedochází k přímému kontaktu elektrody a tavné lázně. Profesionální svářeči proto často zmiňují výhody krátkého oblouku, protože neustálý kontakt umožňuje lepší vedení tavné lázně a zamezí se vzniku vrubů.
• Omezení svařovacích rozstřiků: Je evidentní, že bezzkratové uvolnění kapky a výsledný extrémně čistý přechod mezi materiály snižují svařovací rozstřiky až o 100 procent. Především v oblasti přechodového oblouku se proto rozhodně doporučuje pulzní svařování, díky kterému odpadá značný rozsah dokončovacích prací.
• Stále stejný druh oblouku: Díky pulzní funkci je možné od minimálního výkonu až po maximální používat stále tentýž druh oblouku.
• Výhoda při několikavrstvém svařování: Pulzní svařování je ideálním řešením pro spojování vrstev.
• Zaručuje ploché svary.

Zvláštní výhoda pro hliník

Pokud se uživatel pohybuje v oblasti profesionálního svařování hliníku, nezbytně potřebuje pulzní svařovací zdroj MIG/MAG. Zde můžeme pozorovat zvláštní efekt: Vzhledem k vysoké tepelné vodivosti hliníku je krátký oblouk často příliš studený. V praxi to znamená, že u krátkého oblouku musí svářeč parametrizovat podstatně vyšší svařovací proud (podavač drátu) v porovnání s pulzním obloukem. Tím je volba vhodných parametrů svařování mnohem náročnější. Při „studeném“ svařování je výsledkem svar s výrazným převýšením. Naopak při použití příliš vysokých parametrů svařování dochází k přetečení kořene (plýtvání přídavným materiálem).

Speciálně ve spodní oblasti výkonu je proto při svařování hliníku řešením pulzní svařování. Díky přizpůsobeným pulzním charakteristikám lze snadno předejít přetečení kořene i propálení a zároveň dosáhnout čistého vytékání taveniny pro konkávní vzhled svaru (prohnutý dovnitř). Další výhodou pulzního oblouku při svařování hliníku je hospodárnost díky vyšší rychlosti svařování a mimořádně malý rozstřik v celé oblasti výkonu. Opticky jsou výsledky bezchybné a vysoce profesionální.

Vhodný pulzní svařovací zdroj MIG/MAG

Pulzní oblouk již po desetiletí dominuje technologické špičce nejkvalitnějších svařovacích zdrojů. Pulzní svařování si ale také stále častěji nachází cestu do segmentu ručních svařovacích zdrojů střední třídy. Na tento trend zareagovala také společnost Fronius a touto funkcí doplnila multiprocesní přístroje řady TransSteel.

Nové přístroje TransSteel Pulse tak dokonale spojují všechny technické předpoklady, aby bez ohledu na svařovaný materiál vyhověly všem požadavkům v oblasti ručního svařování.