Deformace patří mezi nejčastější technologické problémy při tavném svařování. Kroucení, prohýbání nebo zkrácení dílů je přirozeným důsledkem nerovnoměrného ohřevu a následného smrštění svarového kovu i základního materiálu. Pokud nejsou deformace řízeny, mohou vést k rozměrovým odchylkám, vnitřnímu pnutí, zhoršení funkčnosti konstrukce i ke zvýšeným nákladům na rovnání a opravy.
Správně navržený technologický postup svařování (WPS), vhodná volba metody (MIG/MAG, TIG, MMA, pulzní režim, laserové svařování) i organizace práce jsou klíčem k minimalizaci těchto jevů.
Příčiny kroucení a prohýbání
Hlavní příčinou deformací je teplotní roztažnost a následné smrštění materiálu. Při lokálním ohřevu svarové oblasti dochází k roztažení kovu. Po ochlazení se svarový kov i tepelně ovlivněná oblast (TOO) smrští. Protože je však okolní materiál chladnější a klade odpor, vzniká plastická deformace a zbytková napětí.
Mezi typické druhy deformací patří:
-
Úhlová deformace (změna úhlu mezi svařovanými díly)
-
Podélné smrštění
-
Příčné smrštění
-
Prohýbání tenkých plechů
-
Kroucení rámových konstrukcí
Rozsah deformace ovlivňuje zejména:
-
velikost tepelného příkonu (kJ/mm),
-
tloušťka materiálu,
-
typ svaru (koutový vs. tupý),
-
počet vrstev,
-
způsob upnutí,
-
fyzikální vlastnosti materiálu (součinitel tepelné roztažnosti, mez kluzu).
Například u nelegovaných konstrukčních ocelí je deformace výraznější u tenkostěnných dílů, zatímco u hliníkových slitin se přidává vyšší tepelná vodivost a větší součinitel roztažnosti.
Sekvenční svařování (správné pořadí housenek)
Jedním z nejúčinnějších nástrojů prevence je správná sekvence svařování. Cílem je rozložit teplo rovnoměrně a minimalizovat kumulaci smrštění v jednom směru.
Používají se zejména tyto techniky:
-
Střídavé svařování (skip welding) – svarové úseky se svařují přeskakováním na vzdálenější místa.
-
Zpětný postup (back-step welding) – jednotlivé housenky se svařují proti hlavnímu směru postupu.
-
Symetrické svařování – svary se provádějí postupně na obou stranách osy konstrukce.
-
Vícevrstvé svařování s kontrolovaným rozložením housenek.
U metody MIG/MAG nebo TIG lze pomocí pulzního režimu lépe řídit vnesené teplo a omezit nadměrné smrštění. U silnostěnných dílů se často kombinuje sekvenční svařování s předehřevem, aby se snížil teplotní gradient.
Bodování a svařovací přípravky
Bodování (stehování) je základním krokem před finálním svařováním. Správně rozmístěné a dostatečně pevné stehy:
-
fixují geometrii sestavy,
-
omezují pohyb dílů během svařování,
-
pomáhají rovnoměrně rozložit pnutí.
Stehy musí být technologicky kvalitní, aby při následném svařování nepraskaly nebo nezpůsobily vměstky.
Dalším klíčovým prvkem jsou svařovací přípravky a upínací systémy. Pevné upnutí pomocí svorek, magnetických přípravků nebo rámových stolů:
-
minimalizuje pohyb dílů,
-
zajišťuje rozměrovou stabilitu,
-
umožňuje opakovatelnost výroby.
Je však nutné počítat s tím, že příliš rigidní upnutí může zvýšit zbytková napětí. U přesných konstrukcí se proto navrhuje kompromis mezi fixací a řízenou možností deformace.
Kompenzační metody
V některých případech se deformaci nelze zcela vyhnout. Používají se proto kompenzační techniky, například:
-
Předohnutí (presetting) – díl se před svařováním vychýlí opačným směrem.
-
Předsazení úhlu u koutových svarů.
-
Kontrolované mechanické rovnání po svařování.
-
Tepelné rovnání (plamenem) – lokální ohřev řízený tak, aby způsobil opačné smrštění.
U vysoce přesných konstrukcí nebo sériové výroby se často využívá simulace svařování (FEM analýza), která umožňuje předem predikovat deformace a optimalizovat postup.
Řízení tepelného příkonu
Tepelný příkon je jedním z hlavních parametrů ovlivňujících deformace. Vyjadřuje se obvykle v kJ/mm a závisí na proudu, napětí a rychlosti svařování.
Zásady minimalizace deformací:
-
použití nižšího proudu a vyšší rychlosti posuvu,
-
preferování metod s nižším vneseným teplem (např. pulzní MIG/MAG, TIG),
-
využití laserového nebo hybridního svařování, kde je tepelný příkon výrazně nižší,
-
optimalizace průměru přídavného materiálu,
-
omezení nadměrného převýšení svaru.
U tenkých plechů je klíčová stabilita oblouku a krátký oblouk (short arc), zatímco u silnějších materiálů je třeba kontrolovat vícevrstvý postup, aby nedocházelo k nadměrné akumulaci tepla.
Shrnutí
Deformace při svařování jsou přirozeným důsledkem fyzikálních zákonitostí, nikoli chybou samotné metody. Klíčem k jejich omezení je:
-
správná konstrukční příprava,
-
optimalizovaný technologický postup,
-
řízený tepelný příkon,
-
vhodná sekvence svařování,
-
použití přípravků a kompenzačních metod.
Kombinací těchto opatření lze dosáhnout vysoké rozměrové přesnosti, minimalizovat zbytková napětí a zvýšit ekonomiku výroby.
Ilustrační obrázek byl generován pomocí nástroje ChatGPT (OpenAI). Obrázek slouží pouze k vizuální ilustraci a nemusí zobrazovat skutečné produkt