Neviditelný pomocník při svařování a dělení

Nejprve spojení a poté zase rozdělení, případně naopak. To jsou základní operace, bez kterých si strojírenskou výrobu neumíme představit. Technologie tavného svařování a technologie termického dělení materiálu jsou zdánlivě velmi odlišné a vedou k naprosto rozdílnému výsledku, ale mají jeden společný a nepostradatelný prvek: Uplatňují se při nich technické plyny, které na rozdíl od plamenů či jisker nejsou na první pohled patrné. Dokonce by se mohlo zdát, že snad nejsou ani potřeba. Ale opak je pravda. 

Technické plyny během procesu svařování působí jako takový neviditelný štít a chrání svar a jeho blízké okolí před oxidací, případně přímo ovlivňují samotný proces svařování. Během termického dělení zase dodávají energii potřebnou k ohřevu materiálu nebo svojí silou vytlačují natavený materiál z oblasti řezu. I přes svou nenápadnost jsou rozhodně nepostradatelné a bez nich by tyto základní výrobní technologie nemohly fungovat. 

svařování v ochranné atmosféře

Svařování materiálů je technologický proces, který probíhá za velmi vysokých teplot. Právě tyto vysoké teploty v kombinaci se vzdušnou atmosférou způsobují velmi rychlou oxidaci. Výsledkem je svarový spoj, který z kvalitativního hlediska nelze považovat za přípustný. Z tohoto důvodu je velmi důležité použít ochranné svařovací plyny, které oxidaci zabrání. Navíc mohou díky některým svým složkám přinést řadu dalších benefitů, například ovlivňují stabilitu elektrického oblouku a přenosu svarového kovu, zvyšují produktivitu a v neposlední řadě ovlivňují pevnostní charakteristiky daného svaru. Z výše zmíněných aspektů je tedy zřejmé, že volbě správného svařovacího plynu je nezbytné věnovat pozornost. 

Obr.1: Svařování metodou MAG

termické dělení kovů

Kyslíkové, plazmové nebo laserové řezání jsou různé metody s různými vlastnostmi, ale opět je pojí technické plyny, bez kterých by tyto technologie nemohly fungovat. Před výběrem vhodné technologie je vždy nutné zvážit několik aspektů, jimiž jsou typ materiálu a jeho tloušťka, požadovaná přesnost, produktivita a vstupní, stejně jako provozní náklady. Tyto parametry nás navedou a pomohou při výběru té správné technologie, nejvhodnější pro daný výrobní úkon.

Obr.3: Řezná spára

Kyslíkové řezání řadíme k nejstarším metodám tepelného dělení materiálů. Povrch řezaného materiálu se nejprve ohřeje na zápalnou teplotu pomocí plamene, vznikajícího hořením směsi hořlavého plynu a kyslíku. Poté již stačí začít se spalováním děleného kovu otevřením proudu řezacího kyslíku. Vznik exotermické reakce mezi kyslíkem a řezaným materiálem generuje potřebné teplo pro tavení a spalování řezaného dílu. Vznikající oxidy kovu jsou tlakovou energií kyslíku vyfukovány za vzniku řezné spáry (obr. 3). Metodou kyslíkového řezání lze zpracovat materiály přibližně do tloušťky 300 mm, při použití profesionálních hořáků i materiály o tloušťce přesahující jeden metr. Je však nutné brát v potaz velké tepelné ovlivnění děleného materiálu a nepravidelnou plochu řezu (obr. 4). 

 Obr.4: Dělicí řez

Plazmové řezání je metoda termického dělení využívající vysoké teploty a výstupní rychlosti plazmového paprsku. K vytvoření plazmového oblouku dochází po ionizaci technického plynu, proudícího kolem elektrody plazmového hořáku. Paprsek plazmatu díky své vysoké energetické hustotě po dopadu na materiál způsobuje velmi rychlé lokální natavení materiálu a jeho odpar. Výhodou této metody je možnost využití pro široké spektrum materiálů. Maximální řezná tloušťka se odvíjí od výkonu zdroje, avšak v praxi se plazmové řezání používá převážně do tloušťky 50 mm. 

 Laserové řezání je poslední, ale dnes nejčastěji používanou metodou. Dělený materiál při interakci s laserovým paprskem rychle dosahuje teploty tavení a pomocí dynamického účinku technického plynu je z místa řezu odstraněn. V závislosti na použitém řezném plynu rozdělujeme dva typy řezání. U oxidačního řezání se používá kyslík o čistotě 3.5, při tavném řezání naopak dusík o čistotě 5.0. Výhodami této metody jsou především vysoká přesnost a produktivita. Nejčastěji najde tato metoda uplatnění při řezání plechů tloušťky do 15 mm. 

hyCut - vodík pro autogenní technologie

Autogenní technologie jsou v některých oblastech vytlačovány modernějšími metodami, ale pro své specifické a nesporné výhody se stále uplatňují v mnoha výrobních segmentech. Z hlediska inovací nejsou v popředí zájmu. Jak již bylo zmíněno výše, princip autogenní metody spočívá ve spalování hořlavého plynu s kyslíkem. Tím vzniká plamen, který dodává do probíhajícího procesu potřebnou tepelnou energii. Hořlavé plyny volíme s ohledem na požadovanou teplotu a na vlastnosti plamene. V oblasti autogenních technologií aktuálně dominují plyny obsahující uhlíkový řetězec. Do této skupiny patří běžně používané uhlovodíky, jako je např. acetylen, propan, zemní plyn nebo etylen. Spalováním uhlovodíků však vznikají nežádoucí emise CO₂. Z důvodu ekologického tlaku na průmyslovou výrobu a na sílící požadavky na dekarbonizaci výrobních procesů je nutno hledat jiné řešení. Využití vodíku jako hořlavého plynu představuje vhodnou alternativu. Při spalování vodíku nejenže nevzniká oxid uhličitý (CO₂), ale nedochází ani k tvorbě sazí. Vodíkový plamen je čistý a absence uhlíku ho přímo předurčuje k použití při výrobě šperků a též ve sklářském průmyslu. V těchto segmentech se s vodíkem setkáváme již desítky let. 

Obr.5:  Porovnání vodíkového (vlevo) a acetylenového plamene

Použití vodíku není omezeno jen na výše zmíněné aplikace. Nachází uplatnění též v oblasti tepelného dělení materiálu kyslíkem, jakož i při pájení, rovnání a nahřívání. Technologii HyCut lze použít i pro žárové nástřiky, pro čištění materiálu plamenem a pro svařování. Pro každou konkrétní aplikaci je důležitý výběr správného hořáku o odpovídajícím výkonu. Na obrázku 5 je patrný rozdíl vodíkového (vlevo) a acetylenového plamene. Vodíkový plamen umožňuje díky nižšímu UV záření a nižšímu jasu lépe kontrolovat povrch materiálu.

závěr

I když nejsou viditelné, pro běžný život jsou nepostradatelné – i takto by se daly technické plyny charakterizovat. Pokud budete chtít vědět o uvedené problematice více, neváhejte na Mezinárodním strojírenském veletrhu 2025 v Brně navštívit stánek č. 17 v pavilonu V, kde vám specialisté ze společnosti Messer Technogas rádi představí možnosti využití široké škály plynů pro výše popsané technologie. Přímo v tomto stánku budou po celou dobu veletrhu probíhat praktické ukázky využití vodíku pro autogenní řezání, ale i pro nahřívání a pájení.