Ekologické metody tavení kovů

Svařování je proces, který slouží k vytvoření trvalého, nerozebíratelného spoje dvou a více součástí. Obecným požadavkem na proces svařování je vytvoření takových termodynamických podmínek, při kterých je umožněn vznik nových meziatomárních vazeb. Je nutné tento termodynamický stav změnit. Proto je při svařování nutné působit buď tlakem, teplem nebo oběma faktory najednou. Obecně platí závislost, čím vyšší působí tlak, tím méně je potřeba vnést teplo a obráceně. Tlakové svařování je označení svařování za působení převážně tlaku a tavné při působení tepla.

Svařovat lze kovové i nekovové materiály a materiály podobných i různých vlastností. Pro různé typy spojů a materiálů jsou vhodné různé metody svařování. Historicky prvním způsobem svařování bylo svařování kovářské, které se rozvíjelo spolu se zpracováním kovů. Teprve až s rozvojem průmyslu a zvláště s objevem elektrického proudu, vyvstaly požadavky na další způsoby spojování kovů. Velkým impulsem pro rozvoj nových metod svařování - zejména elektrickým obloukem - byly obě světové války ve 20. století. V 60. letech byl využit pro svařování laser a v 70. letech elektronový paprsek pro materiály a konstrukce leteckého a vojenského průmyslu. Poslední vyvinutou metodou - z 90. let - je svařování atomárním vodíkem.

U všech svařovacích procesů je účelem spojit zpravidla dva až tři materiály kompaktním spojem - svarem - při působení z vnějšku dodávané energie, která překoná daný termodynamický stav látky. Dodávanou energií může být teplo (elektrický oblouk, plamen, plasma), plastická deformace (tření, výbuch, kovářská činnost) nebo radiace (elektronové nebo iontové záření). Při samotném svařování dochází k interakci mnoha vlivů, například difúze, deformace, rekrystalizace, precipitace, rozpouštění a vznik nových fází, jejichž existence a vývoj závisí na dané použité metodě. Po ukončení procesu svařování vzniká takový spoj, který nelze nedestruktivně rozebrat. To vše za předpokladu kvalitně provedeného svaru.

Metody svařování

• Svařování plamenem, zastarale autogenní svařování, je historicky starší metodou než obloukové svařování. Zdrojem tepla plamenového svařování je spalování hořlavého plynu ve směsi s kyslíkem, případně vzduchem. V současné době je její nasazení omezováno z důvodu nízké výkonnosti a nutnosti velmi dobré manuální zručnosti svářeče. Za předpokladu zručného svářeče ale poskytuje metoda vynikající výsledky s ohledem na kvalitu svaru, zvláště v kontextu mechanických vlastností.
• Výraznou inovací principu této metody je obloukové svařování plněnou elektrodou bez ochranného plynu (metoda 114 podle ISO 4063). Místo elektrody obalenou tavidlem se používá trubičkový drát naplněný tavidlem navinutý na cívce. Tavidlo i v tomto případě zajišťuje vznik ochranné atmosféry. Tato metoda neklade vysoké nároky na zručnost svářeče díky automatickému podávání svařovacího drátu. Disponuje relativně značným výkonem odtavování (svařování) a je s nimi možné svařování ve všech polohách. Lze je použít jak v dílně, tak i na montáži při dosažení slušných podmínek pro svařování s zhruba srovnatelnou kvalitou svaru. Je dostupná široká paleta ochranných plynů i přídavných materiálů. Metody lze snadno mechanizovat a robotizovat.
• Při svařování netavící se elektrodou v ochranné atmosféře inertního plynu (v Česku používaná zkratka TIG; metody skupiny 141 podle ISO 4063) hoří elektrický oblouk mezi netavící se wolframovou elektrodou a základním materiálem nebo svarovou lázní. Jako ochranné plyny se většinou používají argon nebo hélium či jejich směsi. Netavící se elektroda se vyrábí buď z čistého wolframu nebo je legována oxidy dalších kovů. Dominantním použitím této metody svařování je svařování hliníku, hořčíku a jejich slitin a korozivzdorných ocelí - nerezu, mědi, bronzů, mosazi, titanu, zirkonu, molybdenu a dalších kovů s vysokou afinitou ke kyslíku. Přídavný materiál se přidává ručně, podobně jako u svařování plamenem. Metodou lze provádět velmi kvalitní svary, ale klade vysoké nároky na zručnost svářeče.
• Metoda automatického svařování pod tavidlem (používaná česká zkratka APT; metody skupiny 12 podle ISO 4063) byla vyvinuta za účelem dosažení vysokého výkonu odtavení při svařování velmi dlouhých svarů při stavbě lodí, mostů, trubek a tlakových nádob z plechů větších tlouštěk. Je to plně automatizovaná metoda obloukového svařování, kdy je svarová lázeň chráněna plyny vzniklými při hoření a tavením tavidla ve svarové lázni.
• Svařování atomárním vodíkem je jedna z nejstarších metod svařování elektrickým obloukem. Irving Langmuir ji vynalezl během studia chování ionizovaného plynu již v roce 1924. Průchodem proudu vodíku elektrickým obloukem mezi dvěma wolframovými elektrodami dojde k disociaci molekul vodíku. Následná rekombinace atomárního vodíku při dopadu do svarové lázně vede k uvolnění velkého množství tepla.
• Jako ostatní tavné metody svařování využívá teplo pro roztavení svarových ploch. Teplo je dodáváno kinetickou energií emitovaných elektronů urychlených vysokým napětím (30 až 200 kV). Průchod elektronů svařovaným materiálem rozvibruje atomovou mřížku, tím dojde k přenosu kinetické energie na tepelnou. Zásluhou mimořádně vysoké koncentrace výkonu se svazek "protavuje" do hloubky až 400 mm takže umožňuje hluboké a přitom úzké svary v poměru až 50:1.
• Aluminotermické svařování, jinak též svařování termitem, se používá především ke svařování kolejnic. V tyglíku s otvorem ve spodní části, umístěném nad svařovaným místem, se pomocí magnéziové roznětky zapálí směs oxidu železitého a hliníkového prášku.
• Odporové svařování (metody skupiny 2 podle ISO 4063) se používá pro spojení dvou materiálů položených na sobě. Tato metoda se nejčastěji používá k bodování ocelových plechů nebo spojení drátů do mříží, tedy sítí. Spojované materiály jsou k sobě přimáčknuty dvěma elektrodami jimiž zároveň prochází elektrický proud. Při současném působení tlaku tak dojde k lokálnímu svaření. Vzniklé svary mají velkou pevnost proti usmýknutí ve směru ploch plechů ve srovnání s namáháním kolmo k povrchu plechů. Nejčastěji se užívá bodového odporového svařování (metoda 21 podle ISO 4063), při kterém vznikne svar přibližně o velikosti elektrod. Elektrody se vyrábějí z takových materiálů, které lze nekonfliktně použít pro svařování daných základních materiálů.
• Třecí svařování (metoda 42 podle ISO 4063) využívá tepelné energie vzniklé při tření dvou ploch. Po přípravě svarových ploch - srovnání a očištění je jedno těleso upevněno k stacionární části a druhé těleso je připevněno k rotační části. Druhé těleso se roztočí a působícím tlakem v ose rotace se přitlačí ke stojícímu tělesu.
• Velmi dlouhá historie kovářského svařování jej učinila všestrannou metodou pro spojování stejných i různých kovů. Ke spojení dochází při zahřátí kovů na teplotu zhruba 50 % až 90 % teploty jejich tání a působením vnějšího tlaku - údery kladiva nebo lisu na materiál. Techniky kovářského svařování bylo využíváno pro výrobu takzvané damascenské oceli při níž je plát oceli opakovaně nahřát, přehnut na sebe a kladivem nebo lisem rychle svařen.
• Difúzní svařování (metoda 44 podle ISO 4063) je založeno na teorii Fickových zákonů, které popisují difúzní tok atomů, jejich koncentraci a rychlost změny koncentrace v závislosti na vzdálenosti atomů. Svařovací proces probíhá kontaktem dvou hladkých ploch, které jsou ohřáté na 50 až 90 % teploty tání a působením tlakové síly. Po kontaktu dvou ploch nastává plastická deformace při přemisťování vakancí a dislokací a poté difúznímu procesu, který vede na vyrovnání energetické bilance a tak vymizení původního rozhraní ploch. Difúzní svařování dává vysoce kvalitní spoje bez negativních vlivů tavného svařování, jako jsou vnitřní pnutí a deformace nebo tepelně ovlivněné oblasti.
• Výbuchové svařování (metoda 441 podle ISO 4063) se používá zejména pro navařování - plátování. Dvě desky se na sebe položí, na horní povrch horní desky se rozprostře výbušnina, která se přivede k explozi. Rázová vlna, která kovem prostupuje způsobí tlak 10 až 100 GPa, který je mnohonásobně větší než mez kluzu spojovaných materiálů (nízkolegovaná ocel dosahuje meze kluzu řádově 102 MPa). Tlaková energie se tak přemění na deformační, oba materiály na kontaktní ploše zplastizují.
• Ultrazvukové svařování (metoda 41 podle ISO 4063) využívá mechanického rozkmitání o vysoké frekvenci při současném působení tlakové síly, která zaručuje přenos kmitů z sonotrod do spojovaných materiálů. Rozkmitáním dochází i k relativně malému ohřevu v dané oblasti a vzniku plastických deformací.

Osoba, která se profesně zabývá svařováním kovů, se označuje jako svářeč. Takový svářeč potřebuje mnoho nástrojů, pomůcek a vybavení jednotně nazývanou jako svářecí technika. Jedná se o přídavné svařovací materiály jako dráty navinuté na cívce nebo volně v tyčích - plné či trubičkové a elektrody obalené, neobalené či wolframové elektrody. Přídavné svářecí materiály mohou být ocelové, litinové, nerezové, hliníkové, pozinkované, poměděné a jiné. Na tavné sváření přídavných materiálů se použije vhodná svářecí metoda a k tomu svářecí technika. K svářečce však potřebuje svářeč i další vybavení, jako svářecí hořák, svařovací kabely, držák elektrod, zemnící svěrku, redukční ventil, hadice, rukojeti, spojky a mnoho dalšího vybavení, náhradních a spotřebních svářecích materiálů, pomůcek a chemie.

Vhodná chemie pro svaření pomáhá i chrání - separační spreje, kapaliny, pasty, gely. V poslední fázi je nutné a velmi důležité kvalitně chránit samotného svářeče. K tomu slouží svářečské oblečení - boty, kalhoty, kabáty, rukavice a ochrana hlavy a obličeje. Používá se mnoho výrazů jako stmívací svářecí kukla, samozatmívací kukla, stmívací svařovací kukla, samozatmívací svářečská kukla, automatická kukla pro sváření, kukla svářečská, svařovací samostmívací kukla, zatmívací svářecí kukla, svářecí helma, kukla pro TIG a mnoho a mnoho dalších výrazů. Stejně tak ostatní svářecí technika a pomůcky se mnohdy označuje slangovými výrazy.

Čtěte také: České supermarkety a bio

Během svařování se vytváří takové termodynamické podmínky, při kterých snadno zanikají staré a vznikají nové strukturní vazby. Ačkoli se mnoho materiálů vhodných pro svařování jeví z makroskopického hlediska jako homogenní, jsou z hlediska strukturního na mikroskopické úrovni (na úrovni krystalové mřížky) heterogenní. Obzvláště patrné je to u ocelí, nebo slitin s omezenou rozpustností složek v tuhém roztoku (například binární diagram železo - uhlík).

Během svařování se mohou vyskytnout okolnosti, které vedou k vzniku nedokonalostí a vad svaru. Druhy vad jsou většinou typické jak daným svařovaným materiálům tak metodám svařování. Vodíkem indukované trhliny za studena vznikají především u feritických a martenzitických ocelí za přítomnosti difúzního vodíku ve svaru, který se dostal do svarové lázně buď z okolní atmosféry při nedokonalé plynové ochraně nebo ze znečištěných svarových ploch nebo z vlhkých obalů elektrod či kombinací těchto vlivů. Impulsem často bývá i vysoká hladina reziduálních pnutí. Trhliny za horka vznikají především v austenitických typech ocelí (korozivzdorné chrom niklové oceli). Za jejich vznikem je přítomnost nečistot síry a fosforu, které tvoří sloučeniny s železem. Póry a bubliny nebývají časté u svarů ocelí, kdy jsou způsobeny spíše špatným technologickým postupem, přirozeně se vyskytují pouze při svařování oceli s povlakem zinku.

Z hlediska naplnění kvality je svařování činnost, která se podílí na vzniku výrobku. V souladu se zákonem číslo 22/1997 Sb. je nutné mít pro výrobu zavedený systém zabezpečení a řízení jakosti, který je definovaný v normách ISO 9001. Podle ČSN EN ISO 9001 je svařování takzvaný validovaný proces, u kterého nelze jakost zajistit pouze na základě kontroly a zkoušek.

Recyklace kovů - klíč k udržitelnosti

Recyklace kovů je důležitou součástí nakládání s kovy všude na světě. Je nejen prospěšná pro životní prostředí, ale přináší i mnoho dalších výhod, například ekonomických. Představuje udržitelnost a šetří peníze, protože nerostné zdroje nevydrží věčně. Recyklace kovů je proces přeměny kovového šrotu na nové materiály, které lze znovu použít. Jedná se o účinný způsob snižování spotřeby a klíčový prvek udržitelnosti. Snižuje spotřebu přírodních zdrojů, energie a skleníkových plynů.

Těžba a zpracování kovů je velmi náročný proces, který má často negativní dopady na přírodu. Recyklací kovů snižujeme potřebu nových surovin a šetříme tak životní prostředí. Při recyklaci se spotřebuje podstatně méně energie než při těžbě a výrobě kovových rud. Méně energie při recyklaci znamená také snížení emisí. Přispíváme tak k menší uhlíkové stopě a nižším emisím skleníkových plynů. Recyklované kovy jsou také levnější, protože mají nižší výrobní náklady, což podporuje ekonomiku. Pokud bychom měli odpověď shrnout do jedné věty, recyklací kovů chráníme přírodní zdroje, šetříme energii, snižujeme emise, přinášíme ekonomické výhody a omezujeme množství odpadu.

Čtěte také: Jak podporovat projekty

Téměř žádný kov není nerecyklovatelný. Jediný rozdíl je v tom, že některé kovy se recyklují obtížněji. Patří mezi ně některé slitiny a kovy se složitým chemickým složením. Hlavním problémem při jejich recyklaci jsou vyšší náklady na jejich separaci a zpracování. Olovo - nachází se hlavně v bateriích.

Proces recyklace kovů

1. Prvním a zásadním krokem je sběr kovů, bez něhož bychom neměli co recyklovat. Sbíráme například kovy v podobě starých spotřebičů, vozidel, stavebního odpadu nebo elektroniky.
2. Po odevzdání kovového odpadu ve sběrném dvoře jej příslušní pracovníci dále roztřídí a oddělí kovy od ostatních materiálů, jako jsou například plasty. Železné kovy jsou odděleny od neželezných kovů pomocí magnetů. Ty jsou dále tříděny podle druhu. Oddělují se také podle barvy a hmotnosti. Nakonec se kovy třídí podle toho, zda jsou čisté nebo špinavé.
3. Kovy se dále drtí a melou na menší části.
4. Kovy se následně taví ve velkých pecích. Teplota tavení se nastavuje pro každý konkrétní kov, protože kovy mají různé vlastnosti a každý vyžaduje jinou úroveň tepla. Délku procesu ovlivňuje velikost kovu a velikost pece.
5. Čištění, jinak známé jako rafinace, je proces odstraňování nečistot a přípravy kovů pro další použití. Jednou z metod čištění je elektrolýza, při níž kovem prochází elektrický proud a nečisté kovy se rozpouštějí.
6. Posledním krokem před přepravou je tuhnutí. V závěrečném procesu se do kovu přidávají chemické látky, aby se dosáhlo požadovaných vlastností.

Recyklace elektroniky se zvyšuje v důsledku rostoucí spotřeby elektrospotřebičů, které obsahují kovy, jako je zlato, stříbro nebo platina. Odpad je pro společnost velkým problémem a do hry vstupuje i legislativa. Ta podporuje recyklaci a odpovědné nakládání s odpady. Ve světě se tvoří stále více takzvaného e-odpadu, tj. odpadu z elektronických zařízení. Vzrůstá množství odpadu z drobné elektroniky, tj. z mobilních telefonů či laptopů.

Stejně jako každé odvětví i recyklace kovů pokračuje ve vynalézání jak účinnějších, tak udržitelnějších způsobů. Pokročilé technologie třídění využívají moderní systémy s umělou inteligencí (AI). Přínos AI v recyklaci kovového odpadu spočívá v její schopnosti zlepšit přesnost třídění. Díky strojovému učení a optickému rozpoznávání dokáže AI efektivně rozlišovat kovy, identifikovat kontaminanty a zlepšit zpracování kovového odpadu. To vede k vyšší kvalitě recyklovaných materiálů, menšímu odpadu a efektivnějšímu procesu recyklace. Zvýšená efektivita také snižuje náklady na práci a provoz.

Oběhové hospodářství se zaměřuje na design výrobků z materiálů, které se snadněji recyklují, čímž se prodlužuje životní cyklus materiálů. V rámci snahy o udržitelnost je recyklace kovů zásadním úkolem společnosti. Kovy jako jsou hliník, ocel, měď, olovo a zinek jsou recyklovatelné. Proces recyklace snižuje nutnost těžby nových surovin, emise skleníkových plynů, šetří energii a podporuje ekonomiku. Zahrnuje řadu procesů od sběru a třídění kovů přes čištění až po tuhnutí.

3D tisk z kovu je založen na různých technologiích, které se liší způsobem nanášení a tavení materiálu. 3D tisk z kovu má řadu výhod, díky nimž je stále oblíbenější v různých průmyslových odvětvích. Rozhodnutí investovat do kovového 3D tisku závisí na potřebách a možnostech dané společnosti. Pro letecký, automobilový, lékařský nebo kosmický průmysl je tato technologie revoluční a může výrazně snížit náklady a zvýšit efektivitu výroby.

Čtěte také: Dávkování lignohumátu v ekologickém zemědělství

Nejlepší dostupné techniky (BAT) pro minimalizaci dopadu na životní prostředí

Níže jsou uvedeny některé z nejlepších dostupných technik (BAT) pro minimalizaci dopadu na životní prostředí v kovoprůmyslu:

• BAT 4: Používání technik pro prevenci emisí do půdy a podzemních vod. Výrobní prostory a sklady chemikálií jsou chráněny před povrchovými odtokovými vodami.
• BAT 7: Zvýšení celkové energetické účinnosti závodu pomocí plánu energetické účinnosti, který zahrnuje definování a monitorování specifické spotřeby energie.
• BAT 9: Zamezení vzniku hluku nebo jeho omezení pomocí kombinace technik, jako je uzavření hlučného vybavení, využívání zvukově izolačních materiálů a umístění překážek mezi zdroje hluku a jeho příjemce.
• BAT 10: Zavedení, provádění a pravidelná revize plánu nakládání se zbytky s cílem zvýšit materiálovou účinnost a snížit množství odpadu určeného k odstranění.
• BAT 11: Zabránění používání nebezpečných látek při formování a výrobě jader z chemicky tvrzeného písku nebo omezení tohoto používání pomocí alternativních látek.
• BAT 12 & 13: Monitorování řízených emisí do ovzduší a vody s minimální četností a v souladu s normami EN/ISO.
• BAT 14: Zvýšení energetické účinnosti využíváním energeticky účinných technik pro předehřívání pánví, rekuperaci odpadního tepla a optimalizaci spotřeby energie.
• BAT 15: Zabránění environmentálnímu riziku spojenému se skladováním a manipulací se zbytky, obaly a nepoužitými procesními chemikáliemi pomocí opětovného použití interního šrotu, výběru obalů usnadňujících vyprázdnění a recyklaci.
• BAT 16: Zvýšení materiálové účinnosti odlévání pomocí optimalizace topologie a minimalizace spotřeby materiálu.
• BAT 17: Snížení spotřeby materiálu (např. chemikálií, pojiv) pomocí vhodné kombinace technik, jako je regenerace aminů z odpadních plynů.
• BAT 18: Snížení spotřeby nového písku a vzniku použitého písku při opětovném použití písku v procesu odlévání do netrvalých forem pomocí řízení procesu úpravy bentonitové směsi a regenerace písku z vytvrzování za studena.
• BAT 19: Snížení vzniku zbytků při tavení kovů a snížení množství zbytků odesílaných k odstranění pomocí shromažďování koksového hrášku a recyklace prachu z filtrů.
• BAT 20: Snížení množství odpadu odesílaného k odstranění upřednostněním recyklace mimo závod a/nebo jiného zpětného využití použitého písku, poddimenzovaného písku, škváry, žáruvzdorných vyzdívek a zachyceného prachu z filtrů.

Implementace těchto BAT může významně přispět k ekologičtějšímu a udržitelnějšímu kovoprůmyslu.

tags: #ekologické #metody #tavení #kovů

Oblíbené příspěvky:

• Ekologická opatření
• Plíseň rajčat a mléčný postřik
• O recyklaci odpadu v Kynšperku
• WC mísy z druhé ruky
• Strojní čištění podlah: Průvodce