Svařování

Svařování
	Soubor:Svařování MIG MAG.jpg
	Svářeč při práci metodou MIG/MAG v ochranné atmosféře
Typ	Výrobní proces

Rozbalit box

Obsah boxu

Svařování (anglicky welding) je proces vytvoření trvalého, nerozebíratelného spoje dvou a více součástí, nejčastěji kovových, ale i plastových či kompozitních. Spojení se dosahuje působením tepla, tlaku nebo kombinací obojího, čímž dochází k vytvoření meziatomárních vazeb mezi spojovanými materiály. Výsledkem tohoto procesu je svar.

Svařování je klíčovou technologií v moderním průmyslu, od výroby mikroelektroniky až po stavbu zaoceánských lodí a jaderných elektráren. V roce 2025 je tento obor charakteristický vysokou mírou automatizace, zaváděním kolaborativních robotů (kobotů) a využitím umělé inteligence pro kontrolu kvality v reálném čase.

Historie

Historie spojování kovů sahá hluboko do minulosti, ale moderní svařování se vyvinulo až v posledních dvou stoletích.

Od kovářství k elektřině

Starověk a středověk: Jedinou metodou bylo kovářské svařování. Kovy (zlato, později železo) se zahřály v výhni do těstovitého stavu a spojily se údery kladiva. Příkladem je slavný Železný sloup v Dillí z 4. století n. l.
19. století: Objevy v oblasti elektřiny přinesly revoluci. V roce 1800 objevil Alessandro Volta elektrický oblouk. V roce 1881 si Auguste de Méritens nechal patentovat první metodu svařování uhlíkovou elektrodou. O pár let později, v roce 1888, Rus Nikolaj Slavjanov vynalezl kovovou elektrodu.
Počátek 20. století: Rozvoj svařování plamenem (acetylen-kyslík) a odporového svařování. První světová válka akcelerovala poptávku po rychlejší výrobě zbraní a techniky, což vedlo k masovému nasazení svařování namísto nýtování.

Moderní éra

30. a 40. léta: Vznik metod v ochranných atmosférách (TIG, MIG/MAG), které umožnily svařování hliníku a leteckých slitin. Byla vyvinuta metoda pod tavidlem.
2. polovina 20. století: Nástup paprskových technologií – laserové a elektronové svařování. První nasazení průmyslových robotů v automobilkách (Unimate v GM, 1961) pro bodové svařování.
21. století: Digitalizace svařovacích zdrojů, laserové hybridní svařování a v roce 2025 již běžné využití strojového učení k predikci vad svaru ještě během procesu.

Fyzikální principy

Z hlediska fyziky dělíme svařování do dvou základních skupin podle toho, jak dochází ke spojení materiálu.

Tavné svařování (Fusion Welding)

Nejrozšířenější skupina metod. Spojované místo se lokálně zahřeje nad teplotu tavení (tavicí lázeň). Materiály se slijí dohromady, často za použití přídavného materiálu. Po vychladnutí vzniká tuhý spoj.

Zdroje energie: Elektrický oblouk, chemický plamen, laserový paprsek, proud elektronů.
Nutnost ochrany: Roztavený kov je vysoce reaktivní s kyslíkem a dusíkem ze vzduchu. Proto je nutné tavnou lázeň chránit (ochranným plynem, tavidlem nebo vakuem).

Tlakové svařování (Pressure Welding)

Spojení vzniká působením tlaku (síly), přičemž ohřev může, ale nemusí být přítomen (pokud ano, tak obvykle pod teplotu tavení). Dochází k plastické deformaci stykových ploch.

Příklady: Odporové svařování, třecí svařování, svařování výbuchem, kovářské svařování.

⚡ Svařování elektrickým obloukem (Arc Welding)

Tato skupina je v průmyslu i hobby sféře nejrozšířenější. Zdrojem tepla je elektrický výboj (oblouk) hořící mezi elektrodou a základním materiálem. Teplota v oblouku dosahuje 3 000 až 20 000 °C.

Ruční obloukové svařování obalenou elektrodou (MMA/SMAW)

Nejstarší z moderních metod, často nazývaná prostě "elektrika".

Princip: Svářeč drží v kleštích kovovou tyčku (elektrodu) obalenou tavidlem. Oblouk hoří mezi koncem elektrody a materiálem. Obal se taví a vytváří ochranný plyn a strusku, která chrání chladnoucí kov.
Výhody: Levné vybavení, funguje i ve větru (vhodné pro stavby a montáže), nezávislost na tlakových láhvích.
Nevýhody: Nízká produktivita (nutnost měnit elektrody, oklepávat strusku), vyžaduje velkou zručnost.

Svařování v ochranné atmosféře tavící se elektrodou (MIG/MAG)

Hovorově zvané "COčko" (podle plynu CO₂), technicky GMAW (Gas Metal Arc Welding).

Princip: Z hořáku se automaticky odvíjí nekonečný drát, který slouží jako elektroda i přídavný materiál. Současně z hubice proudí ochranný plyn.
Rozdíl MIG vs. MAG:
- MIG (Metal Inert Gas): Používá inertní plyn (argon, helium). Pro hliník, nerez, měď.
- MAG (Metal Active Gas): Používá aktivní plyn (CO₂, směsi argonu s CO₂ nebo O₂). Pro běžné konstrukční oceli.
Využití: Nejběžnější metoda v průmyslu, zámečnictví a opravárenství díky vysoké rychlosti a produktivitě.

Svařování netavící se elektrodou v inertním plynu (TIG/WIG)

Technicky GTAW (Gas Tungsten Arc Welding). Královská disciplína svařování.

Princip: Oblouk hoří mezi wolframovou elektrodou (která se netaví) a materiálem. Přídavný materiál přidává svářeč druhou rukou zvlášť (jako u plamene). Ochranným plynem je vždy argon nebo helium.
Využití: Vysoce kvalitní, pohledové svary, letecký průmysl, potravinářské potrubí, nerez, hliník, titan.
Charakteristika: Velmi pomalá metoda, ale s nejdokonalejší kontrolou nad lázní.

Pokročilé a speciální metody svařování

Mimo obloukové svařování existuje řada technologií určených pro specifické průmyslové aplikace, kde je vyžadována extrémní přesnost, rychlost nebo spojení netradičních materiálů.

Odporové svařování (Resistance Welding)

Tato metoda nevyužívá přídavný materiál. Teplo vzniká průchodem silného elektrického proudu místem styku spojovaných materiálů, které mají velký přechodový odpor (Jouleovo teplo: $Q = I^{2} \cdot R \cdot t$ ). Následně (nebo současně) působí tlak.

Bodové svařování (Spot Welding): Nejrozšířenější v automobilovém průmyslu. Roboti spojují karoserie aut tisíci bodových svarů. Elektrody sevřou plechy, projde proud a vznikne "čočka" svarového kovu.
Švové svařování: Elektrody mají tvar rotujících disků, vytváří vodotěsný svar (např. plechovky, nádrže).

Plamenové svařování (Oxy-Fuel Welding)

Historická, ale stále používaná metoda, zejména v topenářství a opravárenství. Zdrojem tepla je plamen vznikající spalováním hořlavého plynu (nejčastěji acetylenu, C₂H₂) v kyslíku.

Teplota: Acetylen-kyslíkový plamen dosahuje až 3 200 °C.
Výhody: Univerzálnost (stejným hořákem lze nahřívat, pájet i řezat), nezávislost na elektřině.
Nevýhody: Velké tepelné ovlivnění okolí svaru (deformace), pomalost, bezpečnostní rizika tlakových lahví.

Paprskové svařování (Beam Welding)

Technologie s vysokou hustotou energie, které umožňují hluboké a úzké svary s minimálním ovlivněním okolí.

Laserové svařování (LBW): Využívá koherentní světelný paprsek. V roce 2025 dominují pevnolátkové vláknové lasery. Je extrémně rychlé, přesné a snadno automatizovatelné. Používá se pro svařování karoserií, baterií elektromobilů a v lékařství.
Elektronové svařování (EBW): Zdrojem tepla je proud urychlených elektronů. Musí probíhat ve vakuu (aby se elektrony nesrážely s molekulami vzduchu). Dokáže svařit i 200 mm tlustou ocel na jeden průchod. Klíčové pro letecký a kosmický průmysl (motory, titanové díly).

Svařování třením (Friction Welding)

Spojení vzniká mechanickým třením, které generuje teplo, a následným pěchováním. Materiál se obvykle netaví, pouze změkne (plastizuje).

Rotační svařování: Jeden díl rotuje, druhý se přitlačí. (např. vrtáky, hřídele).
FSW (Friction Stir Welding): Svařování třením promíšením. Rotující nástroj "promíchá" materiál dvou desek. Revoluční metoda pro hliníkové slitiny, které se špatně taví. Používá se při výrobě vlaků, lodí a raket (např. nádrže SpaceX).

Svařitelnost materiálů

Ne každý kov lze svařit snadno. Svařitelnost je schopnost materiálu vytvořit při dané technologii spolehlivý spoj.

Ocel (Uhlíková/Konstrukční)

Nízkouhlíková ocel: Výborně svařitelná všemi metodami.
Vysokouhlíková ocel: S obsahem uhlíku nad 0,4–0,5 % je svařitelnost špatná. Hrozí vznik křehkých struktur (martenzit) a praskání za studena. Nutný je předehřev a pomalé chladnutí.

Nerezová ocel (Stainless Steel)

Dobře svařitelná (zejména austenitická), ale vyžaduje ochranu kořene svaru (zevnitř trubky) inertním plynem, jinak dojde k "zrnkovatění" (oxidaci).

Riziko: Při přehřátí dochází k mezikrystalické korozi (vypadávání karbidů chromu).

Hliník a jeho slitiny

Považováno za obtížné.

Problém oxidů: Na povrchu hliníku je vrstva oxidu hlinitého (Al₂O₃), která taje až při 2 060 °C, zatímco samotný hliník taje při cca 660 °C.
Řešení: U metody TIG se používá střídavý proud (AC). Kladná půlvlna "rozbíjí" oxidickou vrstvu (čistící efekt), záporná taví kov.

Litina

Špatně svařitelná kvůli vysokému obsahu uhlíku (2–4 %) a nečistot. Svařuje se "za studena" speciálními niklovými elektrodami po krátkých úsecích s prokováváním pro uvolnění pnutí, nebo "za tepla" s celkovým předehřevem dílu.

Vady svarů

Nedodržení postupů vede k vadám, které mohou způsobit selhání konstrukce.

Studený spoj: Materiály se neslily, kov jen "nasedl" na povrch. Velmi nebezpečná vada, často neviditelná.
Póry (Bubliny): Způsobeny plyny uvízlými v tuhnoucím kovu (nečistota, vlhkost, průvan odfoukl ochranný plyn).
Zápaly: Odtavení materiálu vedle svaru, které zeslabuje průřez.
Trhliny: Mohou vznikat hned po svařování (za horka) nebo až po čase (vodíková křehkost).

Bezpečnost a ochrana zdraví (BOZP)

Svařování je proces spojený s mnoha riziky.

Záření (Arc Eye)

Elektrický oblouk generuje silné ultrafialové (UV) a infračervené (IR) záření.

Riziko: Pohled do oblouku bez ochrany způsobí "nablýskání" (zánět spojivek), trvalé poškození sítnice nebo popálení kůže podobné spálení od slunce.
Ochrana: Svářečské kukly se samostmívací kazetou, která ztmavne v řádu milisekund po zapálení oblouku. Ochranný oděv musí zakrývat celé tělo.

Svářečské dýmy

Při svařování se uvolňují toxické plyny (ozon, oxidy dusíku) a kovové dýmy.

Specifická rizika: Svařování nerezu uvolňuje karcinogenní šestinmocný chrom. Svařování pozinku uvolňuje zinek, způsobující "horečku slévačů".
Ochrana: Lokální odsávání přímo u hubice a filtrační ventilační jednotky (PAPR), které vhánějí čistý vzduch přímo do kukly svářeče.

Úraz elektrickým proudem

Svářeč drží živé části obvodu. Riziko se zvyšuje ve vlhkém prostředí nebo v těsných kovových prostorách (kotle, nádrže).

Požár a výbuch

Rozstřik žhavého kovu (kuličky) létá do vzdálenosti několika metrů. Práce v prostorách s hořlavými látkami vyžaduje přísná opatření (požární dozor).

Kontrola kvality svarů

Protože svary často drží pohromadě kritické konstrukce (mosty, tlakové nádoby, letadla), je jejich kontrola naprosto zásadní. Obor kontroly se dělí na destruktivní a nedestruktivní zkoušky.

Nedestruktivní zkoušení (NDT - Non-Destructive Testing)

Metody, které nepoškodí zkoušený díl. Jsou povinné pro většinu průmyslových aplikací.

Vizuální kontrola (VT): Základní a první krok. Inspektor hledá pouhým okem (nebo lupou/endoskopem) povrchové vady – trhliny, póry, nepravidelnosti housenky.
Kapilární zkouška (PT): Na očištěný povrch se nanese barevný penetrant (červená kapalina), který vzlíná do trhlin. Po setření se nanese "vývojka" (bílý prášek), která vytáhne penetrant z trhlin ven, čímž se vada jasně vykreslí.
Magnetická prášková metoda (MT): Pouze pro feromagnetické materiály (ocel). Díl se zmagnetizuje a posype železným práškem. V místě trhliny se magnetické pole deformuje a prášek se tam shlukne.
Ultrazvuková zkouška (UT): Sonda vysílá do materiálu ultrazvukové vlny. Pokud vlna narazí na vadu (bublinu, trhlinu uvnitř), odrazí se zpět dříve než od protější stěny. Moderní přístroje ("Phased Array") vykreslují vnitřek svaru jako na lékařském sonografu.
Radiografická zkouška (RT): Prozařování rentgenem (X-ray) nebo gama zářením. Vady se zobrazí na filmu nebo digitálním detektoru jako tmavší skvrny (protože přes dutinu projde více záření). Je to nejpřesnější, ale nejdražší a zdravotně nejrizikovější metoda.

Destruktivní zkoušení (DT)

Provádí se na zkušebních vzorcích (ne na finálním výrobku) pro ověření nastavení svářečky nebo kvalifikace svářeče.

Zkouška tahem: Vzorek se natahuje, dokud nepraskne. Svar by měl být pevnější než základní materiál.
Zkouška lámaní: Svar se nařízne a zlomí, aby se posoudila struktura lomu.
Metalografický výbrus: Svar se přeřízne, vyleští, naleptá kyselinou a zkoumá pod mikroskopem (struktura zrn, hloubka závaru).

Automatizace a budoucnost oboru (Stav 2025)

Svařování je jedním z nejvíce automatizovaných procesů ve strojírenství. Nedostatek kvalifikovaných svářečů v Evropě a USA urychluje nástup technologií.

Robotizace

Průmysloví roboti: Klasická ramena (např. značky Fanuc, KUKA, ABB, Yaskawa) provádějí v automobilkách 90 % všech svarů. Jsou rychlí, přesní a neunaví se.
Koboti (Kolaborativní roboti): Trend posledních let. Menší roboti, kteří mohou pracovat v těsné blízkosti člověka bez ochranných klecí. Svářeč "naučí" kobota pohyb tím, že ho vede rukou, a robot pak pohyb opakuje. Ideální pro malé série.

Digitalizace a Průmysl 4.0

Svářečky s IoT: Moderní zdroje jsou připojeny k síti. Odesílají data o každém svaru (proud, napětí, rychlost drátu) do cloudu. To umožňuje 100% zpětnou dohledatelnost (traceability).
Virtuální realita (VR): Výcvik svářečů probíhá na simulátorech (např. Soldamatic). Student vidí ve VR brýlích svarovou lázeň, ale "svařuje" plastovou atrapou. Šetří se materiál, energie a je to bezpečné.
Umělá inteligence (AI): AI systémy analyzují zvuk oblouku a obraz z kamer v reálném čase. Dokáží předpovědět vadu ještě dříve, než vznikne, a okamžitě upravit parametry stroje.

Kvalifikace a certifikace

Svařování není jen řemeslo, je to regulovaná profese.

Svářečský průkaz: Základní oprávnění po absolvování kurzu ve svářečské škole.
EN ISO 9606: Mezinárodní norma pro zkoušky svářečů. Svářeč musí každé 2–3 roky obhajovat svou zručnost praktickou zkouškou pod dohledem komisaře. Certifikát platí jen pro konkrétní metodu a rozsah tlouštěk.
Svářečský inženýr (IWE/EWE): Vysokoškolsky vzdělaný odborník, který navrhuje postupy svařování (WPS), vybírá materiály a dohlíží na kvalitu.

Pro laiky

Vysvětlení základních pojmů pro neodborníky.

Jaký je rozdíl mezi svařováním a pájením?
- Při svařování se taví oba spojované materiály (nataví se hrany trubek a slijí se). Spoj je po vychladnutí jeden kus materiálu.
- Při pájení (např. elektroniky nebo měděných trubek na vodu) se základní materiál NETAVÍ. Taví se pouze "lepidlo" (pájka – cín, mosaz), které zateče do spáry. Svar je mnohem pevnější než pájený spoj.
Co je to "elektrika" vs. "COčko"?
- "Elektrika" je svařování obalenou elektrodou (tyčkou v kleštích). Je to pomalé, dělá to strusku, ale jde to dělat venku na větru.
- "COčko" je svařování drátem, který leze z hadice (metoda MAG). Je to rychlé, pohodlné, ale musíte mít s sebou těžkou láhev s plynem a nesmí být průvan, jinak plyn odfoukne a svar bude "pórovatý" (děravý).
Proč si svářeči ničí oči?
- Oblouk vydává silné UV záření (jako horské slunce, ale tisíckrát silnější). Pohled do oblouku bez kukly způsobí zánět rohovky ("nablýskání"), který se projeví v noci jako pocit písku v očích. Dlouhodobě to vede k šedému zákalu.

Zdroje