Ruční obloukové svařování

Základy ke svařování elektrickým obloukem byly položeny objevem elektrického oblouku jako takového na počátku 19. století Humphrey Davyem.[1][2][3][4] Využití elektrického oblouku jako zdroje tepla pro svařování však poprvé použil až Francouz Auguste De Meritens v roce 1881. De Meritens svařil olověné desky akumulátorů hořením elektrického oblouku mezi svařovanými deskami a uhlíkovými elektrodami.[1][2] Nikolaj Benardos a Stanislas Olszewski – De Meritensovi studenti – využili tuto metodu pro svařování i ocelových částí.[4] Úspěšnost jejich modifikace dokládají patentové přihlášky v Evropě a USA[5] od roku 1885.

Použitím uhlíkové elektrody při svařování vznikala atmosféra CO₂, která chránila roztavený svarový kov před nepříznivým vlivem okolního vzduchu.[4] Na druhou stranu uhlíková elektroda způsobovala nauhličení svarového kovu a tedy i jeho zkřehnutí.[6]

Rus Nikolaj Slavjanov v roce 1888 vyměnil uhlíkovou elektrodu za kovovou, která se při svařování odtavovala, spojil tak funkci elektrody a přídavného materiálu. Svůj vynález si nechal patentovat[7] pod názvem elektrické odlévání kovů.[8]

Na základě znalosti nepříznivých efektů okolní atmosféry na roztavený svarový kov, přišel v USA v roce 1889 Charles L. Coffin s aplikací tavidla[9], které umožňovalo svařování v neoxidujícím médiu. O rok později si nechal patentovat metodu svařování[10] velmi podobnou té, kterou navrhl Slavjanov o dva roky dříve.

Zvyšující se průmyslová výroba na počátku 20. století, vyžadovala nejen zvyšování kvantity ale i kvality svařovaných konstrukcí. Do té doby používané holé elektrody produkovaly svary o nízké tažnosti, která zapříčiňovala jejich praskání. Na odstranění těchto problémů pracovalo několik skupin. První, Oscar Kjellberg – zakladatel švédské firmy ESAB – v roce 1907[11] opatřil kovovou odtavující se elektrodu obalem z uhličitanů a křemičitanů (Německý říšský patent č. 231733[12] a US patent v roce 1910[13]), tzv. obalovaná elektroda.[1][2][14] Druhý, Arthur Percy Strohmenger experimentoval ve Velké Británii v letech 1909 až 1912 s tlustými obaly kovových elektrod, používal širokou škálu materiálů od azbestové tkaniny až po jíl a vápenec.[15] Výsledek své práce si nechal patentovat[16] v USA až v roce 1928. Jeho elektrodami bylo možné provádět svary o vysoké jakosti a s vysokou mírou čistoty svarové kovu.[14] Zpočátku byly obalované elektrody velmi drahé. Jejich vysoká cena byla způsobena nákladným technologicko-výrobním postupem.[2] Až změna technologie výroby kovového jádra tažením a zároveň průtlačného lisování použitého při výrobě jejího obalu, zlevnilo výrobu a zvýšilo dostupnost obalovaných elektrod pro běžné svářecí práce.[4]

Schéma ručního obloukového svařování obalenou elektrodou:
(1) obal elektrody, (2) kovové jádro elektrody, (3) ochranná atmosféra, (4) svarová lázeň, (5) základní materiál, (6) svarový kov, (7) struska

Jako u všech metod obloukového svařování se dociluje roztavení základního a přídavného materiálu hořením elektrického oblouku právě mezi základním materiálem resp. svarovou lázní a tavící se kovovou obalenou elektrodou.[17] Během hoření oblouku se elektrody odtavují, kov se ukládá do svarové lázně a tím dochází k vytvoření svarového spoje.

Z obalu se tvoří během svařovacího procesu struska, která vyplave na povrch svarové lázně na němž také ztuhne. Strusku je nutné velmi dobře odstranit, zvláště pokud bude kladena další vrstva svarových housenek.[18] Při neodstranění nebo nedokonalé odstranění strusky dojde k zalití strusky následujícími vrstvami svarového kovu. Tím se vytvoří nepřípustné vady ve svarovém kovu, tzv. vměstky.

Svařovací zdroje se používají vždy se strmou statickou charakteristikou, ale lze použít zdroje pro stejnosměrný proud, pulsní proud i střídavý proud.[19][20]

Ruční obloukové svařování se používá ve všech polohách, při rozsahu elektrického proudu od 10 do 2 000 A.[17] Velikost svařovacího elektrického proudu závisí na typu obalu a průměru elektrody, běžně se používá empirických vztahů.

Stanovení velikosti svařovacího proudu[21]

druh obalu	svařovací proud
bazický	${\displaystyle I=(30-50)d}$
rutilový	${\displaystyle I=(40-55)d}$
kde ${\displaystyle d}$ je průměr elektrody

Svařovací napětí lze určit podle vztahu ${\displaystyle U=20+0,04I}$[22].

Protože svarová lázeň je chráněna plyny vznikajícími při rozkladu tavidla a není tak nutná dodatečná plynová ochrana, je tento způsob vhodný i při svařování na stavbě či za nepříznivějších povětrnostních podmínek, s výhodou se používá např. při svařování betonářské výztuže.

Obalené elektrody, odshora dolu: bazická, celulosová, bazická, pro korozivzdornou chróm-nikl-molybdenovou ocel, pro korozivzdornou chróm-niklovou ocel

Jako přídavný materiál pro ruční svařování obloukem se používají tzv. obalené elektrody, které se skládají z kovového jádra a tavidla obaleného okolo jádra. Složení obalu určuje vlastnosti svarového kovu, musí vyhovovat daným základním materiálům a použitému svařovacímu proudu.[21][23]