I když se dnes svařování stalo nedílnou součástí každodenního života v mnoha zaměstnáních, muselo mít v historii nejprve svůj počátek a poté projít různými etapami vývoje. Teprve tak, metodou pokusů a omylů, se z něj stalo to, co známe dnes.

Svařování jako proces spojování obrobků není ve skutečnosti nic nového. Dnes si pod pojmem svařování představíme automobilový průmysl, stavbu lodí a strojírenství. Nic z toho v minulosti neexistovalo, ale i tehdy bylo třeba věci spojovat a spoj musel být kvalitní a především velmi odolný.

Nálezy z hrobek Sumerů dokazují, že již v této době se materiály spojovaly pomocí svařovacích technik. Svařování samozřejmě nebylo tak rozvinuté jako dnes. Lze jej spíše chápat jako tvrdé pájení zlata, stříbra a mědi. Pájení je tak jedním z nejstarších známých tepelných spojovacích postupů. Po pájení následovalo svařování ohněm, které se používalo k výrobě zbraní, nástrojů, artefaktů a dalších předmětů. Tato technika se používala před 3 000 lety a je skutečným předchůdcem toho, co dnes známe jako ruční svařování.

Svařování při požáru

Slovo "svařování" má také velmi pravděpodobně původ v procesu svařování ohněm. Svařování pochází z potu, z pocení. Svařování ohněm se provádělo v kovářském ohni a povrch obrobků se "potil", čímž pak vznikl spoj. Svařování ohněm mělo ve skutečnosti zůstat jedinou metodou svařování po velmi dlouhou dobu. Teprve když se podařilo pomocí kyslíku a palivových plynů vytvořit plameny s mnohem vyšší energií, byly vyvinuty nové metody svařování. Zatímco při svařování plamenem se používalo malé množství tepla a velký tlak, žhavější plameny nového svařování se obešly bez tlaku. Tak se zrodilo svařování plynem jako první forma tavného svařování a poprvé bylo použito v roce 1840.

Řezání plamenem

Plamenné řezání se objevilo v letech 1901-1905 a rovněž se prosadilo jako důležitý proces. Ve 40. letech 20. století následovalo obloukové a odporové svařování. Pro neželezné kovy se prosadilo svařování v ochranné atmosféře.

K tomu se přidal Svařování metodou TIG v roce 1946, která se vyvinula ze svařování uhlíkovým obloukem. V roce 1948 bylo zavedeno svařování metodou MIG a svařování v ochranné atmosféře MAG je dodnes jedním z nejpoužívanějších svařovacích postupů.

Svařování tedy existuje již několik tisíciletí, přičemž Sumerové a Chetité s ním začali ve 3. tisíciletí př. n. l. Jeho rychlý rozvoj do dnešní podoby však začal až v 19. století, kdy všeobecný pokrok vedl k vývoji nových svařovacích postupů.Svařování ohněm a kladivem

Svařování ohněm a kladivem

Svařování ohněm a kladivem začalo přibližně 1500 let před Kristem. Jeho počátky lze vysledovat v Malé Asii a používalo se ke spojování kovových materiálů. Pouze díky svařování ohněm bylo možné od počátku doby železné až do 19. století vyrábět v kovárnách nástroje, zemědělská zařízení, zbraně a mříže.

Svařování ohněm se během mnoha let stalo součástí velmi složitých procesů, které zahrnovaly také kování houbového železa, barvení, tj. čištění železa, a několikanásobné skládání železa. Po těchto krocích pak následovalo svařování za tepla.

Svařování tavením v plynu

Acetylen objevil Edmund Davy v roce 1836. Carl von Linde navíc v roce 1895 vyvinul metodu zkapalňování vzduchu. Obě metody umožnily vytvářet plameny s velmi vysokou energií. To následně vedlo k pokroku ve svařování a umožnilo svařování tavením.

S plamenem poháněným acetylenem a kyslíkem bylo možné dosáhnout teplot vyšších než 3 000 °C. To bylo o 500 °C více, než bylo možné dosáhnout plamenem ze směsi kyslíku a vodíku. Tím se otevřela cesta ke svařování plynem, které znamenalo počátek svařování tavením v plynu, i když se zpočátku stále označovalo jako svařování kyslíkovým palivem.

Následně společnosti Chemische Fabrik Griesheim-Elektron a Drägerwerk Lübeck, Heinr. & Berh. Dräger, dále rozvíjely technologii svařování tavením v plynu. To vedlo k vývoji osvětlovacího plynového hořáku pro svařování a řezání v roce 1896 a následně kyslíkovodíkového svařovacího hořáku Dräger v letech 1900 a 1901. Ve spolupráci s Ernstem Wissem ze společnosti Chemische Fabrik Griesheim-Elektron byla založena pracovní skupina, která následně dále rozvíjela techniky svařování a řezání.

Obloukové svařování

Další pokrok umožnil vznik obloukového nebo elektrického svařování. Ten spočíval v objevu elektrického oblouku a zahájení průmyslové výroby elektřiny. To umožnilo využít tuto elektřinu a jí vytvořený oblouk pro tavné svařování.

Elektrický oblouk pro tavné svařování poprvé použili Nikolaj Nikolajevič Benardos a Stanislaw Olszewski. Použili dvě uhlíkové elektrody, s nimiž bylo možné vytvořit odpovídající teploty pro oblouk.

Nikolaj Gavrilovič Slavjanov následně tento proces dále rozvinul. V roce 1891 začal nahrazovat uhlíkové elektrody kovovou tyčí. Ta byla nejen nosičem oblouku, ale sloužila také jako přídavné svařovací těleso. Takto vytvořené tyčové elektrody však zpočátku nebyly obalené. To znamenalo, že nebylo snadné chránit místo svařování před vzduchem a s tím související oxidací. I tak byl tento způsob svařování zpočátku poněkud náročný.

To napravil v roce 1907 Oscar Kjellberg. Napadlo ho zlepšit vlastnosti oblouku potažením kovových tyčových elektrod. To také znamenalo, že svarová lázeň byla chráněna před atmosférickým kyslíkem.

To vedlo k vývoji různých povlaků pro svařování elektrodami, které rovněž odpovídaly metalurgickým vlastnostem materiálu. To vedlo k tomu, že se ruční obloukové svařování pomocí obalených tyčových elektrod stalo standardním svařovacím postupem.

Svařování metodou TIG

S veškerým svářením, které bylo v té době vyvinuto, byl stále velký problém. Nikdo s ním nemohl svařovat hořčík, protože tento kov byl vysoce hořlavý. Zůstával jím, i když byl ve slitině. Russel Meredith ze společnosti Northrop Aircraft se proto pokusil vyvinout postup, který by zabránil vznícení hořčíku.

Při svařování používal elektrodu z wolframu a ochranný plyn TIG tvořený heliem. Meredith jej nazval Heliarc, ale ustáleným názvem se stalo svařování TIG, odvozené od svařování wolframem v inertním plynu.

V průběhu let bylo svařování metodou TIG mnohokrát zdokonaleno. Patří mezi ně chlazení vodou a používání trysek ochranného plynu. Zlepšilo se také složení elektrod a zdrojů energie. Zejména poslední jmenované vedlo k tomu, že svařovací napětí bylo překryto vysokofrekvenčním napětím. To umožnilo svařovat hliník také střídavým proudem.

Obloukové svařování plynem

V roce 1935 byl ve Velké Británii zaregistrován významný patent s názvem "Improvements in Electric Arc Welding". K ovládání cívky, která rovnoměrně sleduje drátěnou elektrodu, se používal podávací motor.

Perry J. Rieppel na něm postavil svůj patent, který v roce 1948 zaregistroval v USA. Kombinoval obloukové svařování s elektrickou cívkou a sledováním elektrod pomocí ochranného plynu. Používaly se inertní plyny, například argon a helium. Proto se toto svařování označuje také jako svařování argonem nebo heliem.

Sám Rieppel používal pro svůj postup název "svařování v ochranné atmosféře". Ten se pak stal termínem SIGMA welding, což znamená "obloukové svařování v inertním plynu", dokud se používaly inertní plyny.

Zpočátku nebylo možné používat žádné aktivní plyny. Ty měly toxický účinek. CO byl navíc hořlavý a prvky ve slitinách materiálů hořely.

V Sovětském svazu se tímto problémem zabývali inženýři N. M. Novožilov a K. V. Liubavskij, kteří jako ochranu použili CO2. To je vedlo k tomu, že v 50. letech 20. století vyvinuli speciální vodiče, jejichž vlastnosti vyrovnávaly vypalování. To umožnilo svařování CO2 nebo MAG (svařování kovů v aktivním plynu), které nyní umožnilo, aby svary měly odpovídající kvalitu.

Následně bylo obloukové svařování plynem dále rozvíjeno. Například řízené zdroje proudu umožnily cíleně řídit proces nanášení. Proudové impulzy řídily přenos materiálu. To umožnilo snížit přívod tepla do materiálů při svařování v ochranném plynu a zvýšit rychlost nanášení, čímž se zvýšila produktivita.

Impulsní svařování

Při svařování metodou MIG/MAG dochází při použití krátkého oblouku k nerovnoměrnému přenosu materiálu. Pulzní svařování bylo zavedeno proto, aby bylo možné cíleně kontrolovat oddělování kapek roztaveného materiálu. Zde se používají proudové impulsy, při nichž se v důsledku zvýšení proudu odděluje vždy jedna kapka.

Zpočátku se pro tento proces používaly dva zdroje energie. S příchodem regulovatelných zdrojů energie však mohl celý úkol převzít jediný takový zdroj.

Ani zde se vývoj nezastavil. Například v Rakousku bylo v roce 2005 vyvinuto svařování CMT (cold metal transfer), které bylo připraveno k provozu. Při tomto procesu je svařovací proud pulzní a přídavný drát se pohybuje dopředu a dozadu při zachování vysoké frekvence. To umožňuje zajistit cílené odtržení kapek. Současně se snižuje energetická náročnost a minimalizuje se přívod tepla do materiálu.

V roce 2005 byl vyvinut také proces ColdArc. I zde je cílem minimalizovat přívod tepla. Veškeré zásahy do procesu provádí zdroj energie. K tomuto účelu se používá konstantní posuv drátu. K tomu lze použít běžné svařovací hořáky.

Svařování T.I.M.E.

Svařování T.I.M.E., což je zkratka pro "Transfered ionised molten energy", se používá ke zvýšení celkové rychlosti nanášení. Využívá svařování v ochranné atmosféře plynu s přídavným drátem jako základem. Díky speciálním směsím plynů je zajištěna konzistentní kvalita, zatímco produktivita se zvyšuje díky vyšší rychlosti nanášení.

Odporové svařování

První zmínka o odporovém svařování pochází z roku 1766. Byl učiněn pokus o svařování křemenných koulí pomocí kondenzátorového výboje. V roce 1782 následovalo přivaření pružiny hodinek k čepeli nože pomocí tzv. umělé elektřiny.

Teprve v roce 1857 se znovu začalo používat odporové svařování, které jako spojovací proces předvedl James Prescott Joule. To vedlo k práci Elihu Thomsona, který zahájil svou práci v roce 1877 a v roce 1886 podal dvě přihlášky patentů, které se týkaly svařování kovových drátů na tupo.

Henry F. A. Kleinschmidt pak v roce 1897 pomohl dosáhnout průlomu v odporovém svařování pomocí měděných elektrod. Přišel také s nápadem použít svařovací výstupky pro odporové svařování ke svařování rybinových desek na kolejnicích. To vedlo v roce 1910 k vývoji metody odporového výstupku a svařování válečkových švů. Díky tomu se od roku 1930 začalo odporové svařování v průmyslu hojně využívat.

Svařování s úzkou mezerou

Svařování s úzkou mezerou se používá ke svařování zvláště silných plechů. Ty obvykle vyžadují rozsáhlou, a tudíž složitou přípravu svaru. Vytvoří se V-spoj, který umožňuje svařit celý okraj.

Ačkoli je u techniky s úzkou mezerou stále nutná příprava švu, lze ji výrazně omezit. Důvodem je to, že již není nutné vytvářet výrazné V. Boky mohou ležet téměř rovnoběžně vedle sebe. To znamená, že lze svařovat plechy o tloušťce až 300 mm.

Výrazně zmenšený úhel otevření tímto způsobem snižuje nejen přípravu švu. Šetří také výplňové materiály a množství potřebného stínicího plynu. Znamená to také, že je zapotřebí méně svařovacích kuliček. To zase zkracuje dobu potřebnou pro svařovací proces.

Díky tomu se součástka méně zahřívá, což také snižuje zkreslení. Otočná kontaktní trubice umožňuje nastavit oscilační svařovací polohy nebo řádkové pera. Lopatka s úzkou mezerou slouží k vedení snímače oblouku ve středu spoje. Voda je chlazena až k plynové trysce. Díky tomu je možné svařovat nepřetržitě po dobu několika hodin.

Obloukové svařování trnů

Práce, které vedly ke vzniku obloukového svařování, zahájil již v roce 1915 Harold Martin ve Velké Británii. V roce 1920 podal žádost o patent, podle něhož se mezi trnem a kovovou deskou vytváří elektrický oblouk. Oblouk se udržuje po určitou dobu, kterou lze nastavit. Na konci je pak šroub ponořen do roztavené lázně elektrickou, mechanickou nebo pneumatickou silou.

Ve 40. letech 20. století pak Ted Nelson pracoval na zjednodušení šroubových spojů, kterými se dřevěná prkna připevňovala přímo k ocelovým deskám. Do té doby se k tomu používalo koutové svařování. To nahradil šroubem se závitem, který se tavil elektrickým obloukem. Svařovací zařízení jej pak ponořilo do roztavené lázně. Pomocí sklíčidla a elektromagnetů byl čep zvednut a držen tak, aby se vytvořila konstantní délka oblouku. Doba svařování se nastavovala pomocí časovače.

Magneticky pohyblivý oblouk

V roce 1942 podal J. W. Dawson v USA patentovou přihlášku, která popisovala svařování na tupo pomocí rotujícího oblouku jako zdroje tepla v radiálním magnetickém poli. Tento postup byl široce používán v 50. a 60. letech 20. století, zejména v Sovětském svazu. V 70. letech 20. století se pak používal také v Německu. Rotační oblouk byl však jako zdroj tepla pro svařování na tupo nahrazen prstencovou přídavnou elektrodou a označován jako svařování MBP.

Závěr

Svařování vzniklo jako pájené spoje u Sumerů a Chetitů. Následovalo svařování ohněm, které bylo po tisíce let jedinou metodou výroby nástrojů, artefaktů a zbraní z kovu.

S rychlým průmyslovým rozvojem v 19. století se pak začaly více používat novější a sofistikovanější svařovací postupy. To pokračovalo až do dnešní doby.