Příčinami vzniku trhlin a lomů na součástech je vedle nevhodné konstrukce a nevhodné technologie výroby nejčastěji nevhodný provoz stroje, vedoucí k nadměrnému namáhání strojních součástí vnějšími silami, popř. k nadměrnému tepelnému namáhání. U součástí vyrobených z houževnatých (tažných) materiálů dochází za těchto podmínek ke vzniku deformací, u součástí vyrobených z materiálů o malé tažnosti pak ke vzniku lomů.
Podle způsobu vzniku se může jednat o lom křehký (statický) nebo únavový (dynamický).
Křehký lom vznikne, je-li namáhání větší než pevnost materiálu. V případech, kdy je v materiálu součásti pnutí, například po svařování nebo od dalšího namáhání, může dojít k překročení zbytkové pevnosti i při normálním provozu. Celá lomová plocha má stejný vzhled, povrch je na pohled jemně nebo hrubě drsný.
Únavový lom vznikne, je-li namáhání v čase proměnlivé. Typickým příkladem je otáčející se hřídel, na který současně působí síla stálého směru (poloosa automobilu, hřídel s řemenicí pro klínové řemeny), nebo součást, na kterou působí zatížení proměnlivé velikosti nebo směru (nástroj sbíječky, vozidlové pero. Lomová plocha (není-li druhotně poškozena) má dvě zřetelně odlišné části:
část únavovou, charakteristického lasturovitého vzhledu.
část statickou, která má vzhled statického lomu.
Vyskytne-li se únavový lom, součást se vyměňuje. Její oprava (renovace) není vhodná, protože poškození (lom) je důsledkem cyklicky opakovaného namáhání. To vede ke vzniku a hromadění vnitřních mikroskopických poškození a to i v jiných průřezech součásti, než v kterém vznikl únavový lom. Tato vnitřní poškození v součásti zůstanou i po případné opravě a nový únavový lom může vzniknout již po mnohem menším počtu cyklů.
Možnosti oprav
Možností oprav součástí s lomem (trhlinou) je více. Při výběru je nutno vždy uvážit všechny rozhodující okolnosti, zejména příčiny vzniku poškození, způsob a velikost namáhání a materiál součásti.
Použití plastických kovů je vhodné pro všechny materiály tehdy, je-li požadována především těsnost opraveného místa.
Svařování je vhodné pro opravy trhlin a lomů na ocelových součástech a na součástech z lehkých slitin. V těchto případech se uplatňují stejné technologické zásady postupu a volí se stejné materiály jako při konstrukčním svařování těchto materiálů.
Svařování litinových součástí vyžaduje speciální postup a speciální materiály.
Oprava metodou Metallock je vhodná především pro litinové součásti.
Svařování litinových součástí
Pro svařování již opracovaných součástí je vhodný způsob svařování obloukem tzv. "za studena", tj. bez předehřátí. Tento způsob vyžaduje zvlášť pečlivé dodržování postupu, ale při pečlivém a správném provedení jsou výsledky většinou vyhovující, nedochází k poškození ostatních opracovaných ploch, často není nutná ani úplná demontáž. Proto je tento způsob zejména v opravárenství velmi rozšířen a téměř výhradně používán.
"Za studena" se šedá litina svařuje výhradně elektrickým obloukem, volit je nutno jen nejlepší elektrody speciálně pro tento účel vyráběné. Správný postup je tento:
1. Zajistí se konce všech trhlin proti dalšímu šíření. To se provede vyvrtáním díry přiměřeného průměru v koncích trhlin, nebo krátkými příčnými housenkami, za koncem každé trhliny.
2. Připraví se úkosy pro svařování, nejvýhodněji speciální drážkovací elektrodou.
3. Celý svár se rozdělí na krátké úseky (o délce max. rovné 1,5násobku tlouštky materiálu, raději však kratší).
4. Provede se první krátká housenka v prvním zvoleném úseku. Použije se elektroda, která se předem vyzkouší na vzorku stejné litiny a která se s danou litinou dobře spojuje. Nastaví se nejmenší možný proud, udržuje se krátký oblouk, elektroda se drží kolmo.
5. Ihned po položení housenky, dokud je ještě žhavá, se housenka důkladně proková nosem zámečnického kladiva (ne ostrým svářečským kladívkem, aby nevznikly vruby).
6. Svařovaný kus se nechá vychladnout pod 50 oC (až se na housence udrží ruka).
7. Po vychladnutí se položí druhá housenka, která asi jednou třetinou leží na předcházející, opět se ihned proková, nechá vychladnout atd. Oblouk se zapaluje vždy jen na dříve položené housence, ne na základním materiálu.
8. Takto se postupuje, až se provede celý svár. Je třeba se vyvarovat spěchu, neprodlužovat housenky a nechat součást po každé housence vychladnout.
V případě, že prvé housenky jsou silně pórovité (bývá to u zamaštěné litiny) se tyto pórovité housenky odstraní (vydrážkují, odsekají, odbrousí) a svařuje se znovu. To se opakuje tak dlouho, až pórovitost zmizí. (Odstraňované housenky se označují jako "odplyňovací"). Pokud byl úkos pro svařování připraven drážkováním, většinou se už pórovitost v důsledku mastnot v litině nevyskytuje.
Drážkování jako příprava úkosů pro svařování je velmi výhodný způsob. Drážkovací elektroda má obal takového složení, že při hoření vzniká velké množství plynů, které spolu s dynamickými účinky oblouku spolehlivě vyfukují roztavený kov. Pracuje se tak, že elektroda se upne do držáku ve směru osy kabelu. Elektroda je kontaktní, tj. stačí ji opřít obalem o materiál a během tří až čtyř sekund se oblouk sám zapálí. Ihned nato se elektroda skloní až na úhel asi 15 stupňů vzhledem k povrchu materiálu. Postupuje se v požadovaném směru vratným (škrabákovým) pohybem. Rychlost postupu je poměrně vysoká, několikrát vyšší než při svařování. Po krátkém zácviku zvládne drážkování snadno každý svářeč. Správně provedená drážka je pravidelná, stálé šířky a hloubky, s hladkým a čistým povrchem, materiál není téměř zahřát (většina tepla odchází v nataveném vyfoukaném materiálu).
Postup kladení housenek při svařování šedé litiny je důležitý. Při správném postupu se dále omezuje pnutí v oblasti sváru, vyvolané tepelnou dilatací materiálu. Postup se liší podle konkrétní situace, schématicky je pro některé typické případy znázorněn na obr. Obrázek Obr2030.bmp
Elektrody pro svařování šedé litiny za studena jsou pro tento účel speciálně vyráběné. Obsahují velké procento niklu, popř. mědi. Tyto kovy působí příznivě z metalurgického hlediska a mají pro tento účel příznivé mechanické vlastnosti.
Svařování lehkých slitin
Lehké slitiny na bázi hliníku patří k nejrozšířenějším neželezným materiálům. Součásti z hliníkových slitin se vyrábějí nejčastěji tvářením a litím. Hlavní vlastnosti, ovlivňující možnost svařování, jsou tyto:
Bod tavení hliníku a jeho slitin se pohybuje v rozmezí 580 až 650 oC, ale měrné a skupenské teplo je téměř dvojnásobné než u oceli, takže k roztavení jednotky hmotnosti je potřeba téměř stejného množství tepla jako pro ocel.
Součinitel tepelné roztažnosti hliníku je více než dvakrát větší než u oceli a tepelná vodivost hliníku je téměř čtyřikrát větší než oceli, takže šířka tepelně ovlivněného pásma kolem svaru je podstatně větší a také pnutí v okolí svarů, vyvolané tepelnou dilatací je větší.
Hliník je citlivý na korozi, působenou místními rozdíly ve složení, které se obvykle vyskytují v okolí svarů.
Na povrchu hliníku i jeho slitin se tvoří vrstva oxidu, který má teplotu tání více než 2000 oC. S teplotou nemění hliník ani jeho slitiny barvu, takže svařeč zrakem nemůže teplotu odhadnout.
Všechny uvedené vlastnosti hliníku a jeho slitin žádají odlišné postupy při jejich svařování než oceli. Rovněž nároky na zručnost a zkušenost svařeče jsou podstatně vyšší než u ocelí.
Nejdostupnějším způsobem svařování hliníkových slitin je svařování obloukem obalenou elektrodou. Nejlepší výsledky z hlediska kvality svárů se dosahují obloukem v ochranné atmosféře argonu (metoda WIG).
Při svařování obloukem kovovou obalenou elektrodou se používá speciální elektroda, jejíž obal působí zároveň jako tavidlo. Oblouk svými účinky dobře rozrušuje oxidovou vrstvu, obal tomuto účinku napomáhá chemicky. Příprava před svařováním je obdobná jako při svařování plamenem. Elektroda se volí pokud možno stejného složení jako základní materiál, popř. se zvýšeným obsahem křemíku. Strusku je ze svarů nutno důkladně odstranit, jako u svařování plamenem. Obal elektrod je hygroskopický, před použitím musí být elektrody dobře a důkladně vysušeny. Před svařováním je materiál nutno předehřát na teplotu 200 až 250 oC. Svařuje se pokud možno v poloze vodorovné shora, místo svaru se dobře zaformuje kovovými nebo grafitovými podložkami a příložkami. Svařování v polohách je možné, ale obtížné. Svařování je dvakrát až třikrát rychlejší než při svařování oceli a také proto je náročné na zručnost. Pro zmenšení deformací je důležitý správný postup kladení housenek. Vždy se kladou housenky střídavě, tzv. poutnickým krokem, tj. svařují se kratší úseky a housenka se klade proti směru postupu svařování.
Při svařování metodou WIG lze získat nejkvalitnější svar. Ochranu oblouku a tavné lázni poskytuje argon, který musí mít čistotu nejméně 99,7%. Tavidlo se nepoužívá, ovšem materiál je pro svařování třeba připravit stejným způsobem a stejně pečlivě jako u jiných způsobů svařování. Svařovat lze ve všech polohách. Přídavný materiál se používá ve formě drátu nebo pásku, stejný jako pro svařování plamenem. Používá se zásadně střídavý proud. Svařuje se dopředu (doleva). Obloukem se nataví základní materiál, potom se vrátí oblouk mírně zpět a do přední strany tavné lázně se krátkým vbodnutím přidá přídavný materiál, nataví se další úsek atd. Je nutno postupovat poměrně rychle, to klade značné nároky na zručnost a zapracovanost svářeče. Materiál, zejména při větších tlouštkách, se předehřívá stejně jako u svařování obalenou elektrodou, tj. na 200-250 oC.
Doc. ing. Josef Pošta, CSc., Technická fakulta, ČZU v Praze
