Teorie školy

Zákon zachování objemu, zákon nejmenšího odporu, zákon pružného odlehčení, zákon kritického napětí (τkrit = σn * μ) μ = cosλ * sinχ - Schmidtův faktor (45 stupňů), zákon podobnosti (geometrická podobnost - Fm/Fv = a^2, Am/Av = a^3, a - lineární koeficient, fyzikální podobnost - struktura shodná mechanická podobnost - shodné specifické tlaky p, koeficienty tření μ, směr napětí σ

Poloha "nad hlavou" PE přímá polarita - proud e-, obalená ano, ale méně (zpětný proud iontů) nepřímá polarita - ne, obalená ano (dominantní proud iontů) - bazická elektroda (pro velké svary průměr jádra elektrody d<4 mm - celulózová) Přenos - zkratový - podkritická hodnota proudové hustoty, vytvoření krčku, bazická elektroda kapkový - atmosféra CO2 sprchový - Ar + 2% O2 (zde kyslík stabilizuje oblouk a snížuje povrchové napětí taveného kovu - při sprše vznikají ještě menší kapičky), nadkritická J, větší délka oblouku PLYNY VE SVARU kyslík O - pokles mez pevnosti, mez kluzu, tažnost A = (L-L0)/L0 a kontrakce Z = (S-S0)/S0, vznik pórů a nad 0,035 % O v Fe vznik oxidů FeO - okuje, Fe2O3, Fe3O4, Ferosilikát 2FeO + Si -> SiO2 + 2Fe (dále navázání dalšího oxidu -> FeSiO3, Fe2(SiO3)3) , Feromangan FeO + Mn-> MnO + Fe, Ferotitan 2FeO + Ti -> TiO2 + 2Fe dusík N - rozpustnost 0,001 % N v Fe 1000 C vzniká NO - rozpad při 500 - 800 C s vzniká Fe4N (v alfa F) vyšší pevnost (Rm, Re), ale i křehkost, vodík 1-8 ml/100 g, při chladnutí trhliny

Magnetické foukání: mag pole pole oblouku vnitřní - vnitřní magnetický tlak P=B^2/(2*mi0) - držící oblouk ve směru od elektrody vnější - kruhový magnetický tlak vysoká J, T, p, gaussovské rozdělení lzpětné foukání - přípojka vzadu - fouká vpřed dopředné foukání - přípojka vepředu - opět odklon od směru přípojky, postranní foukání, točící se foukání - velké proudy, malá délka oblouku Ztráta magnetického oblouku - AC, kování (kování/bouchání), vznik blízko okrajů, rohů, dvě elektrody se stejnou polaritou - přitahují se, AC - neovlivní

POZOR: U POLOSTRMÉ CHARAKTERISTIKY S ROSTOUCÍM PROUDEM I NAPĚTÍ U KLESÁ (abychom zachovali konstantní výkon) Katodová skvrna, oblast katodového úbytku U (např. 8 V z 42 V), trup oblouku (např. 3 V z 42 V) oblast anodového úbytku U - 0,001 - 0,01 mm (např. 31 V z 42 V) anodová skvrna - 0,01 mm Ayrtonové vztah U = A + B*L + (C+D*L)/ Iob A - zkratové napětí, B - elektrická intenzita E trupu oblouku přenos Q e- (me = 9,106 *10^(-30) kg) (mH+ = 1,008 AMU), zpočátku proud z katody na anodu, po mezním I z elektrody na materiál - B, H magnetického pole - síla ve směru podstavy kužele, p, T, J - Gaussovo rozdělení V-A charakteristika - strmá - MMA, TIG velká změna U, malá změna I- ideálně konstantní U plochá - MIG, MAG, APT - ideálně konstantní U - stejná vzdálenost, změna rychlosti polostrmá - celulózová elektroda (300 mm/min, i 20 ml vodíku na 100 g, ani vlhké ani suché, 1 elektroda = 1 zapálení STANDARDNÍ STATICKÁ CHARAKTERISTIKA pro I < 600 A Un=20+0,04*Ip, s rostoucí délkou roste napětí U a klesá účinnost. Zpočátku hyberbolická závislost, dále Ohmův zákon u TIGu https://images.app.goo.gl/HaUcRKXcv5PpKBmA8 Průnik strmé (a) a ploché(b) závislosti s oblastí standardní statické charakteristiky Un=20 + 0,04*Ip: https://images.app.goo.gl/y4Juvx3c8SAjJ2ih9 Gaussovo rozdělení J, p, T: https://images.app.goo.gl/DeKvhugtJvsS9bhw6. V-A charakteristika pro jednotlivé svařovací metody: https://share.icloud.com/photos/09aakG6PQCEOMn0ODjbhK65Fg

1903 Fouché, Picard - kyslík + palivo (acetylén) - metoda 311, 1901 sir Humphrey Davy a současně Vladimírovič Petrov - elektrody lisované z dřevěného uhlí (pára uhlí (později grafitu)září jasněji než u oceli - vhodné pro obloukové lampy)- vysoké U - oblouk 1865 Wilde - použití oblouku pro svařování - železné elektrody 1881 Auguste de Meritens - uhlíková elektroda (dnes pro vysoké proudy (250 A) + ochrana před předčasnou oxidací - měděný obal + přívod stlačeného vzduchu - odfukování roztaveného kovu + chlazení elektrody), vyšší teplota tavení uhlíku (3550 C) další pokusy - nepřímý ohřev - oblouková lampa - Jabločkov - přepálení vodivého můstku - zapálení elektrod ve stejný čas 1885 britský patent Nicolas de Bernardos a Stanislaw Olszewski - posuvný držák uhlíkové elektrody, sporadické využití - Baldwin Locomotive Works 1889 Nikolaj Gavrilovič Slavianoff a Charles Coffin (nezávisle na sobě) kovová elektroda - přidávána do svaru, křehnutí kontakt se vzduchem 1907 Oscar Kjelleborg - obalovaná elektroda (funkce metalurgická, ochranná a ionizační - tvorba vodivé cesty (K, Na, Li, sloučeniny Ca) 1929 celosvařované lodě - svařování pod tavidlem metodou 121 (dráty) 122 (pásky) 30. léta TIG - ochranná atmosféra původně elektroda zapojována na + (nepřímá polarita) - širší, méně hluboký svar, ovšem přehřívání elektrody - přímá polarita DC nerez oceli AC hliník, hořčík (vysoká afinita ke kyslíku) 45 - 68 % EN Al běžně 60 - 75 % EN - rychlejší svar, neničí se elektroda, slinutí svarů Nižší podíl EN - širší svar, minimalizace penetrace 1948 MIG - svařování tlustších materiálů (x TIG) původně svařování Al, 1950 John Lincoln MAG - CO2 - rychlost až 110 mm/s 1953 Plazma - chlazená tryska, plazmatron, wolframová elektroda

Tlakové svařování (v dotčené oblasti alespoň 60 % plastické deformace (svařování ultrazvukem 5 %) - GPa, MMA ruční obloukové svařování obalenou elektrodou (111 dle ISO 4063) OCHRANNÁ ATMOSFÉRA - tavící se elektroda - MIG (131) - inertní MAG - aktivní (135) FCAW (Flux Cored Arc Welding) ochranný plyn, bez ochranného plynu MOG, kovová páska uzavřená kladkami, uvnitř tavidlo + legury netavící se elektroda - (141) TIG manuální zručnost - přídavný kov (s vysokou afinitou ke kyslíku) ručně, Al, Mg, Cu, korozivzdorné oceli, bronz, mosaz Plamenné svařování kyslík-acetylén (311) kyslík-propan (312) kyslík-vodík (313) Svařování vodíkem - disociace mezi dvěma elektrodami, rekombinace ve svarové lázni, Irwing Langmuir, Svařování pod tavidlem (APT) - s přídavným materiálem (122) - plně automatizované - dlouhé svary - trubice, mosty, lodě Elektronové svařování - 30 - 200 keV, vysoká hustota výkonu (5 *10 ^ 8 W/mm2) vysoké teploty - Ti, Z, Ni, Hf, W, převod energie rozkmitáním atomové mříže Aluminotermické svařování (termitem) Fe2O3 + 2Al --> Al2O3 + 2Fe - teplota pomocí hořčíkové roznětky(2450 C)

Kovářské svařování - napěchování (stlačení ve směru osy), nahřátí na 800-900 C (červená), okujení, posypání tavidlem (BORAX), 1300-1450 C bílá oklepáním strusky a propojení - damascénská ocel (Damašek) - nožařská ocel, C 0,1-0,6% S<0,05% P<0,05% Odporové svařování - mříže - menší rezistivita mědi než oceli, výbuchové navařování - např. ocel-titan, plátování, difúzní svařování - 0,5 - 0,9 Tm, ve vakuu nebo ochranné atmosféře, třecí svařování - dnes i možnost samotného rotujícího trnu ULTRAZVUKOVÉ SVAŘOVÁNÍ začíná od 15/16 kHz běžně řada 20 kHz 30 kHz 35 kHz 40 kHz 70 kHz, trny na přitlačovaném materiálu (energie director), zdroj (electronic ultrasound generator) - převod na rezonanční frekvenci Aparatura - měnič - převod na mechanickou energii, vlnovod (sestává se ze zesilovače a hrotu) booster (zesilovač), roh (sonotroda) - zesílení na daný materiál, plastická deformace < 5 % tloušťky spoje

Procesy v plazmatu - disociace (2000-6000 K) (H2, O2)~5eV, N2,CO~9eV vznik volných radikálů ionizace (5000-15000 K)(15000 - 100000K vícenásobná ionizace) - odtržení e- - ionizační potenciál (nízký u alkalických kovů - Cesium 3,9eV, K 4,3eV - H2 15,6 eV N2 15,5 eV O2 12,5 eV ionizace - elektronem, molekulou, fotonem, termicky Vzduch - aktivní plyny - dioxygenyl O2+, N2+, NO, Ar, Ar++, N+, N++, N2-, NO+ Samotný Argon - pouze ionizace Ar+ Ar 2+ Ar 3+..., s teplotou roste koncentrace volných elektronů ELKTRODY grafit 5 kA - 100 kA, měď, ocel - 0,05 - 2 kA W+ThO2 - 1 kA - 10 kA - ochranný plyn neaktivní (jinak nutné Hf, Zr), samotný oblouk už ovšem stabilizovaný aktivním plynem Plazmotron - plazmový hořák, plazmomet, plazmový generátor - obloukový se závislým/nezávislým obloukem, indukční - RF plazma, PLAZMOTVORNÉ PLYNY - H2 vysoké napětí (120V), nejnižší teplota 5200 K, výbušný s kyslíkem, N2 - nižší min teplota plazmatu (7500 K) U zápalné = 65 V - NO - jedovatý Ar Uzap=40 V, T min = 15000 K Stabilizace axiálně, tangenciálně, vysokotlaké vodou Plazmový ohřev - P=30-150 kW, v<2000m/s tok 500-5000 l/hod PLAZMATICKÝ NÁSTŘIK obloukový - prášek/drát (pojidlem např. Fe, Ni), rozptyl 15-20 mm RF plazmatický indukční nástřik - B budí E - elektronová lavina, 3 - 5 závitů, průměr trubky chlazené vodou 35-70 mm, délka 150-200 mm, nerezová tyčinka kterou je přiváděn prášek a plyn ideálně umístěna ani ne nad cívkou (rozptyl částic na stěny L) ani ne pod (zbytečné ochlazování), velký objem, malá rychlost, APS - atmosférický tlak GPS - vakuový TAVÍCÍ PEC trojfázová - 3 plazmotrony, střídavé napětí - usměrnění popř. přívod stejnosměrného - srov oblouková pec PLAZMOVÉ ŘEZÁNÍ - pilotní oblouk na katodě a trysce Výhody - oblé tvary, automatizace (slabší plechy nahrazuje dnes laser), rychlost řezu, jakýkoliv vodivý materiál, pod vodou není hlučné a minimalizuje teplotní účinky na okolí Nevýhody - max tloušťka 20 mm pod vodou 12 mm, širší řezná spára PLAZMOVÉ SVAŘOVÁNÍ - bez i s přídavným materiálem PAW (Plasma Arc Welding) vs TIG PAW - elektroda zvnějšku neviditelná (X TIG je vidět), až 28 000 K (běžně do 20 000 K)(X 11 000 K, běžně 8000 K TIG), omezený oblouk (tangenciální stabilizace X TIG neomezený oblouk), vyšší tepelná účinnost (přeměna elektrické na tepelnou energii), vydává ÚV záření a vysoký zvuk o 100 dB (TIG nikoli), menší oblast ovlivněná teplem, vyžití plynu 2x - ochranný plyn + plyn pro tvorbu plazmatu PLAZMOVÉ LEPTÁNÍ - volné radikály- chemicky I fyzikálně LIKVIDACE ODPADŮ - syngas (CO + H)

Světelné - elektrický oblouk - Na - char. vlnová délka 589 nm, sodíková vysokotlaká - pěstování rostlin (srov. plazmová lampa - emise modrého světla) /nízkotlaká výbojky - dnes vytlačena LED, 183 lm/W, monochromatická, Technické aplikace - povrchová úprava

1839 Jan Evangelista Purkyně fyziolog zakladatel cytologie purkyňovy buňky jedny z největších neuronových buněk keříčkovité dendrity srov Bezoutovy trojúhelníkové buňky - velikost těla i 20um 1878 sir William Crookes - vedení plynu 1920 Irwing Langmuir - připomíná průzračnou složku PLAZMA 4. skupenství, kvazineutralita, vysoká elektrická a tepelná vodivost, účinky EM pole, kolektivní chování λD>1 λD={[ε0*k*Tp*Tn]/[ni*(Tp-Tn)*e^2]}^(1/2) ni-počet ionizovaných částic, pro elektron λD= ((ε0*k*Te^2)/(ni*e^2))^(1/2). ND = n(4/3)π*λD^3. = 1,380*10^6 *T^(3/2)/n^(1/2) . ND - počet částic v Debeyho sféře ωτ>1 - kruhová plazmová frekvence, τ - doba mezi srážkami s neutrálními částicemi, síly EM působí více než hydrodynamické, Zápalné napětí Uz= {B*p*d}/{ln(A*p*d)-ln[ln(1+1/γ)]} γ=ns/np - koeficient sekundární emise e-, ns - množství sekundárních elektronů, np-množství primárních elektronů, minimální zápalné napětí plazma pro p*d [Pa*m] 10^0 - 10^1 Pa (Argon), vzduch 10^(-1) - 10^0 Pa- plně/částečně ionizovaná α=ni/(ni + nn) ni- počet ionizovaných částic nn-počet neutrálních částic, úplná ionizace - žádný vazebný e- E =1,36 * Z^2 [eV], grafy viz https://www.researchgate.net/publication/3164388_The_Atmospheric-Pressure_Plasma_Jet_A_Review_and_Comparison_to_Other_Plasma_Sources#pf2 (Fig 1 a Fig 3). Plazma nízkoteplotní (dále studené a teplé nízkoteplotní plazma) a vysokoteplotní. Teplota přechodu plynu na plazma závisí na tlaku a teplotě, nejvyšší teploty pro vznik plazmatu (asi 1eV - 11606 K) při p=10kPa