ZAVARIVANJE
Zavarivanje je
proces izrade nerazdvojivog spoja uspostavljanjem međuatomskih veza između
delova koji se zavaruju, pri kome se pojedinačno ili kombinovano koristi
toplotna i mehanička energija, a po potrebi i dodatni materijal. Zavarivanjem
je moguće spajanje metala sa metalom, nemetala sa nemetalom i metala sa
nemetalom, ali se u praktičnom smislu podrazumeva spajanje metala sa metalom.
Postupci zavarivanja : konvencialno,specijalno i postupci
srodnih zavarivanja
Konvencionalni postupci:elektrolučno (E,MIG/MAG, TIG, EPP), elektrootporno
i gasno
Specijalni postupci: laser, električni
snop i plazma.
Postupci srodnih
zavarivanja: rezanje,lemljenje,lepljenje i navarivanje.
Imajući u vidu mehaničku i toplotnu energiju potrebnu za
zavarivanje, na dijagramu pritisak–temperatura mogu da se izdvoje četiri
različite oblasti, uključujući i oblast nedovoljne energije, sl. 1.5. Oblast 1
označava oblast nedovoljnog pritiska i temperature, u kojoj je zavarivanje
nemoguće, oblast 2 označava zavarivanje velikim pritiskom, oblast 3 označava
zavarivanje kombinovanim delovanjem pritiska i temperature, a oblast 4 označava
zavarivanje topljenjem (T > Ttop). Najčešće korišćeni postupci zavarivanja
spadaju u oblast 4 (elektro-lučno, gasno), a u oblasti 3 je elektrootporno
zavarivanje.
Slika 1.5. Oblasti zavarivanja u
zavisnosti od pritiska i temperature
KLASIFIKACIJA
POSTUPAKA ZAVARIVANjA
Postupci zavarivanja mogu da se podele prema načinu spajnja na
postupke topljenjem i postupke pritiskom. Postupke topljenjem spadaju oni
postupci kod kojih se proces spajanja odvija topljenjem i očvršćavanjem na
mestu spoja. Postupke pritiskom oni postupci kod kojih se proces spajanja
odvija bez topljenja .
Postupci
zavarivanja se često dele prema izvoru energije: električna (luk, otpor, snop),
hemijska (plamen, eksploziv, termiti), mehanička (pritisak, trenje, ultrazvuk)
i ostale (npr. svetlost).U svakom slučaju postupci zavarivanja i spajanja su
definisani u standardu JUS C.T3.001, a njihova podela na 6 grupa (elektrolučno,
elektrootporno, gasno, zavarivanje u čvrstom stanju, drugi postupci
zavarivanja, lemljenje)
OSNOVNI
POJMOVI U ZAVARIVANjU
Zavarenim spojem je konstruktivna celina koju čine osnovni metal (1), metal
šava, zona uticaja
toplote (ZUT)
Metal šava nastaje očvršćavanjem istopljenog
osnovnog i dodatnog materijala, ili samo osnovnog materijala.
Zona uticaja
toplote (ZUT), označena
sa (7) na sl. 1.6a, je onaj deo osnovnog metala, koji je pod uticajem
zagrevanja i hlađenja pretrpeo izvesne strukturne promene, ali ispod solidus
linije.
Kod svakog zavarnog spoja razlikujemo: osnovni metal (1), metal
šava (2), naličje šava (3), koren šava (4) i ivica šava (8), sl.
1.6a.,uvar (5), ivica šava(6), sl. 1.6a, dubina (9), sl. 1.6b., yona uticaja toplote (ZUT (7) na sl.
1.6a, na sl. 1.6 prikazane su i osnovne dimenzije šava: širina (11), debljina
(12) i nadvišenje (10), i to za slučaj sučeonog, sl. 1.6b, i ugaonog spoja, sl.
1.6c, kao i za navareni sloj, sl. 1.6d, kod koga je bitna i njegova debljina
(13).
OBLICI ŽLEBOVA I NJIHOVE OZNAKE
Pre zavarivanja
potrebno je pripremiti ivice osnovnog metala,čime se dobija žleb za zavarivanje,čiji su
osnovni pojmovi definisani standardom.Oblik i dimenzije žleba su određeni
standardom,a najčešće korišćeni žlebovi i izgled odgovarajućeg šava su dati u
tab. 1.2.
Prema obliku lica šava razlikuju se ravni, udubljeni i ispupčeni
šavovi, sl. 1.9, a prema kontinuitetu šavovi se dele na neprekidne, sl. 1.10a i
isprekidane, sl. 1.10b, koji mogu da budu simetrični, sl. 1.10c, ili
nesimetrični, sl. 1.10d.
Pripremljeni
žleb u procesu zavarivanja topljenjem može da se ispuni u jednom ili u više
prolaza, ili u više slojeva, sl. 1.8, što prvenstveno zavisi od debljine
osnovnog materijala. Zavar predstavlja deo metala šava, nastao u jednom
prolazu ili sloju, sl. 1.8.
Zavisno od
međusobnog položaja delova koji se zavaruju, osnovne vrste zavarenih spojeva su
sučeoni, preklopni, ivični, T spoj, sl. 1.11,
OSNOVNI POLOŽAJI PRI ZAVARIVANJU
Osnovni
položaji zavarivanja mogu da se budu horizontalnom, horizontalno vertikalnom,
vertikalnom i nadglavnom položaju, sl. 1.12. Položaji zavarivanja, koji nisu
horizontalni, zovu se prinudni.
ELEKTROLUČNO ZAVARIVANJE
Pod pojmom elektrolučnog zavarivanja podrazumevaju
se postupci zavarivanja koji kao izvor toplote koriste električni luk uspostavljen
između elektrode i osnovnog materijala, a dodatni materijal je sama elektroda
(postupci sa topljivom elektrodom) ili žica za zavarivanje (postupci sa
netopljivom elektrodom).
Električni
luk je stabilno
električno pražnjenje (usmereno kretanje elektrona) kroz jonizovani vazduh ili gas.
Da bi vazduh bio jonizovan u njemu moraju
da postoje elektroni i joni, koji svojim usmerenim kretanjem obezbeđuju protok
električne struje.Elektroni i joni u vazduhu nastaju kao posledica procesa koji
se odvija pri uspostavljanju električnog luka. Ovaj proces može da se objasni u
osnovnim crtama na primeru uspostavljanja luka kratkim spojem, što se koristi
kod E postupka (dodir elektrode i osnovnog metala, sl. 5.1). Zbog mikroskopskih
neravnina na dodirnim površinama, sl. 5.1, kontakt i protok struje se
uspostavlja na veoma maloj površini, gustina struje je veoma velika, pa se dodatni
i osnovni materijal tope gotovo trenutno, a delimično i isparavaju. Dejstvom
jakog električnog polja, stvorenog naponom praznog hoda (uključen izvor
struje, ali strujno kolo još nije uspostavljeno), atomi metalnih para gube
elektrone koje privlači pozitivna elektroda (anoda), dok preostali deo atoma
(pozitivni jon) privlači katoda. Pri kretanju elektroni se sudaraju sa okolnim
atomima i molekulima, stvarajući tako nove elektro-ne i jone, čije usmereno
kretanje održava električni luk.
Temperatura u električnom luku je 5000-7000 °C.Da bi
se ostvarila jonizacija vazduha potrebno je utrošiti određenu energiju, koja je
za različite materijale određena tzv. potencijalom jonizacije, tab. 5.1. Potencijal
jonizacije je najniži za zemnoalkalne metale, a najviši kod gasova kao što je
azot (tab. 5.1). Zbog niskog potencijala jonizacije zemnoalkalni metali (Na.K,Ka)
se dodaju oblozi elektrode da bi stabilizovali električni luk kod E postupka. Omov
zakon U=IR za klasične strujne protoke.
Statičku karakteristiku električnog
luka
Električni luk se, u smislu zavisnosti
napona luka od jačine struje, ne ponaša kao klasični provodnici, što znači da
za njega Omov zakon ne važi. Zbog toga je potrebno poznavati statičku karakteristiku električnog luka, odnosno
zavisnost napona od jačine struje, koja je na sl. 5.4 data za dve dužine luka, l1 i l2.
Zavisnost napona od jačine struje pokazuje
tri različite oblasti u ponašanju luka - I oblast u kojoj napon opada sa
porastom jačine struje, II oblast u kojoj je napon približno konstantan, i III
oblast gde napon raste sa porastom jačine struje.
Stabilnost električnog luka zavisi od
vrste struje. Kod jednosmerne struje luk je stabilniji nego kod naizmenične
struje, jer nema ciklične promene napona i jačine struje. Teorijski posmatrano,
promena napona i jačine naizmenične struje uslovljava gašenje luka pri svakom
prolasku kroz nulu. Da bi se postigla dovoljna stabilnost luka naizmenične
struje koristi se veći napon praznog hoda, što je moguće samo do nivoa koji je
bezbedan za zavarivača (60-70V). Stoga se u oblogu elektroda ili prašak kod EPP
postupka dodaju hemijska jedinjenja na bazi K, Na, Ca i oksida Fe, koja
smanjuju potencijal jonizacije i time povoljno utiču na stabilnost luka.
VRSTE I IZVORI ELEKTRIČNE STRUJE
Za elektrolučno zavarivanje se koriste obe
vrste struje - naizmenična i jednosmerna. Izvori naizmenične struje su
transformatori, a jednosmerne struje ispravljači i pretvarači. Izvori struje
treba da obezbede neophodnu jačinu struje i napon luka u nekom radnom opsegu,
kao i lako uspostavljanje luka i njegovu stabilnost. Osnovna karakteristika
svakog izvora struje je zavisnost napona od jačine struje, odnos-no njegova
spoljna ili statička karakteristika. Osnovni parametri statičke karakteristike izvora struje su
napon praznog hoda (U0),
koji nastaje kada je izvor struje uključen, ali se ne zavaruje (I=0), struja kratkog spoja (Ik), koja nastaje kada je elektroda u
dodiru sa osnovnim metalom (U=0),
i radna tačka (RT),
definisana presekom statičkih karakteristika izvora struje i električnog luka,
koja određuje radni napon (Ur)
i struju (Ir).
RUČNO ELEKTROLUČNO ZAVARIVANJE OBLOŽENOM ELEKTRODOM
Ručno elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom (E) je
postupak spajanja metala topljenjem obložene elektrode i dela osnovnog metala u
električnom luku koji se uspostavlja i održava između radnog komada (osnovnog
metala) i elektrode.
Topljenjem jezgra elektrode obezbeđuje se dodatni materijal za
popunu žleba, a topljenjem, sagorevanjem i ispa-ravanjem obloge obezbeđuje se
zaštita metalne kupke od okolnih gasova i vazduha. Istopljeni sastojci obloge
se mešaju sa rastopljenim metalom, pre nego što isplivaju na površinu jer imaju
manju gustinu od metalne kupke, i očvrsnu u obliku troske. Troska štiti metal šava
od uticaja okoline i usporava njegovo hlađenje, a posle zavarivanja se uklanja
specijalnim čekićem.
S obzirom na jednostavno rukovanje i
relativno nisku cenu uređaja i dodatnog materijala s jedne, a dobar kvalitet
spoja s druge strane, ručno elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom je
donedavno primenjivano više od svih ostalih postupaka zajedno.
Osnovni nedostaci E postupka su mala
produktivnost usled česte zamene elektroda i uklanjanja troske (brzina
topljenja dodatnog metala je 1-2 kg/h), komplikovana i dugotrajna obuka
zavarivača, uticaj zavarivača na kvalitet šava, blještava svetlost i štetni
gasovi nastali sagorevanjem troske.
Uspostavljanje
električnog luka
Uspostavljanje električnog luka je osim
dodirom i odmicanjem (sl. 5.26a), moguće i povlačenjem vrha elektrode, uz
prelazak na potrebno rastojanje (sl. 5.26b). Drugi način ima prednost, jer se
luk uspostavlja bez oštećenja obloge, a dužina luka se reguliše povećanjem, a
ne njegovim smanjenjem, što je daleko lakše.
Prekidanje električnog luka je najbolje
izvesti povlačenjem elektrode unazad (sl. 5.27b) na očvrslu trosku i
udaljavanjem nakon toga. Pri direktnom podizanju elektrode (sl. 5.27a) može da
nastane greška u šavu tipa poroznosti.
Kod ručnog elektrolučnog uvek se koristi izvor sa strmopadajućom
statičkom karakteristikom, koji obezbeđuje malu promenu jačine struje pri
slučajnoj promeni dužine luka, koja je neminovna kod ručnog zavarivanja . Na
sl. 5.17 je pokazano kako se menja jačina struje (Ir1 i
Ir2)
i napon (Ur1
i Ur2) pri povećanju dužine luka (l1 na
l2)
. Kao što se vidi sa sl. 5.18, promena napona je značajna, dok je promena
jačine struje mala. Kako promena napona ne utiče bitno na ostale parametre
zavarivanja, strmopadajućom karakteristikom je obezbeđeno dovoljno kvalitetno
zavarivanje, jer se parametri procesa, koji najviše zavise od jačine struje,
održavaju u uskim granicama.
Dodatni materijal
Elektroda
za E postupak zavarivanja ima metalno jezgro, koje je obloženo sem na slobodnom
kraju koji je povezan držačem elektrode za izvor struje, a istovremeno služi
kao dodatni materijal.
Osnovne uloge obloge elektrode su:
- zaštita zone zavarivanja od okolnog kiseonika, azota i vodonika;
- stabilizacija i jonizacija električnog
luka se postiže dodavanjem soli natrijuma, barijuma, kalcijuma i kalijuma u
oblogu, koje stvaraju gasove sa velikom sposobnošću jonizacije, čime bitno
povećavaju sposobnost vazduha da provodi struju.
- usporavanje hlađenja metala šava Troska, obrazovana
od očvrslih delova rastopljene obloge prekriva metal šava i usporava njegovo
hlađenje, jer ima znatno manju toplotnu provodnost. ;
- prečišćavanje i legiranje metala šava; (dezoksidacija
metala šava oblozi se dodaju elementi sa velikim afini-tetom prema kiseoniku
kao što su Ti, Al, Si, Mn, a da se pri tom obrazovani oksidi lako uklanjaju iz
metala šava . Radi se prvenstveno o uklanjanju vodonika iz metala šava, čemu
služi CaF2,
zatim fosfora i sumpora, čemu služe CaO i MnO, kao i svih ostalih štetnih
ele-menata, npr. azota. Legiranje metala šava je potrebno da bi se nadoknadio
sagoreli udeo pojedinih elemenata ili da bi se poboljšala svojstva metala šava.
U tom cilju najčešće se dodaju Mn, Si i Ni.
-
omogućavanje zavarivanja u prinudnim položajima.
Prema
sastavu obloga može biti kisela, bazna, celulozna, oksidna i
rutilna.Rutilna elektroda je ona elektroda koja u sebi sadrži TiO2–rutil.Kojoj
vrsti pripada zavisi od sastava obloge.Postoje preporuke za svaku vrstu
zavarivanja koju treba obloženu epruvetu koristiti.Za obične poslove koriste se
bazična i rutilna,za cevovode celulozna,oksidna i kisela imaju retku primenu.
Prema odnosu
ukupnog prečnika D, i prečnika
jezgra, d, elektrode se dele na tanko obložene (D/d< 1,2),
srednje obložene (1,2) i debelo obložene (D/d>1,4).
Vrsta
struje se bira u zavisnosti
od vrste obloge elektrode.Za ručno elektrolučno
zavarivnje se
koristi naizmenična ili jednosmerna (jednosmerna struja
direktne polarnosti (JSDP) ili jednosmerna struja
indirektne polarnosti (JSIP))
JSIP-jednosmerna struja indirektne polarnosti je kada se
elektroda veže za + pol,a radni komad za – pol.
JSDP-jednosmerna struja direktne polarnosti je kada se
elektroda veže za – pol,a radni deo za + pol.
Zavisnost oblika šava od vrste struje
prikazana je na sl. 5.20, gde se vidi da je dubina uvarivanja najveća za JSIP,
a najmanja za JSDP, uticaj na nadvišenje je obrnut, a na širinu šava
zanemarljiv.
Jačina
struje značajno utiče na oblik šava i
mehaničke osobine spoja. Pri povećanju jačine struje nadvišenje i dubina
uvarivanja se povećavaju, dok je širina šava praktično nepromenjena, sl. 5.21.
Pri zavarivanju u prinudnim po-ložajima jačina struje se smanjuje do 20%, dok
se za visokoproduktivne elektrode koristi jača struja.
Napon
luka ima mali uticaj na
oblik šava, posebno ako se ima u vidu mali raspon prome-ne kod E postupka,
22-32 V. Povećanjem napona luka povećava se širina šava, a promene dubine
uvarivanja i nadvišenja su neznatne.
Povećanjem
dužine luka povećava se
širina šava, a dubina uvarivanja i nadvišenje smanjuju, sl. 5.24. Suviše kratak
luk "uranja" u rastop što daje loš kvalitet spoja sa greškama tipa
nalepljivanja i uključaka troske. S druge strane, predugačak luk je nestabilan
i rasprskava dodatni metal. Idealno bi bilo da je dužina luka jednaka prečniku
elektrode.
Nagib elektrode u ravni upravnoj na ravan predmeta
koji se zavaruju utiče prvenstveno na dubinu uvarivanja, a u manjoj meri na
širinu i nadvišenje šava. Najveća dubina se postiže pri uglu od 90°, odnosno
kada je elektroda upravna na površinu zavarivanja, sl. 5.25. Izbor nagiba
elektrode zavisi od osnovnog materijala, obloge elektrode, položaja zavarivanja
i vrste spoja.
ELEKTROLUČNO
ZAVARIVANJE TOPLJIVOM ELEKTRODNOM ŽICOM U ZAŠTITI GASA – MAG/MIG POSTUPAK
Elektrolučno zavarivanje topljivom elektrodnom žicom u zaštiti
gasa je postupak spaja-nja metala topljenjem i očvršćavanjem dela osnovnog
metala i dodatnog metala (elektrodna žica) pri čemu se za zaštitu rastopljenog
metala koriste inertni i aktivni gasovi, ili njihove mešavine.
MAG-metal active gas
MIG-metal inert gas
Pri čemu se kod MAG postupka kao zaštita koristi CO2 ili
mešavina gasova koja se ponaša kao aktivni gas, a kod MIG postupka Ar, He ili
mešavina gasova koja se ponaša kao inertni gas.
Prednosti su ušteda u vremenu zbog kontinualnog
dovođenje žice i nepostojanje troske , kao i mogućnost korišćenja žica manjeg
prečnika, odnosno većih gustina struje i bržeg topljenja dodatnog metala.
Nedostaci u odnosu na E postupak su veća cena
uređaja i održava-nja, smanjena stabilnost luka, veće rasprskavanje dodatnog
metala i osetljivost zaštitnog gasa na strujanje vazduha (na otvorenom prostoru
ili pri promaji).
Slika 5.30.
Elektrolučno zavarivanje topljivom elektrodom u zaštiti gasa
Slika 5.30.
Elektrolučno zavarivanje topljivom elektrodom u zaštiti gasa
Načini prenošenja dodatnog
materijala: u mlazu,u kapnim kapima,kratkospojeni i impulsni prenosi.
Dodatnog metala
Dodatni materijal može biti
žica i gas.
Elektrodna
žica je u obliku kotura prečnika je 0,8-3,2mm,prsečna težina kotura je oko
15kg. Kao zaštitni gasovi se koriste argon, helijum,
ugljen-dioksid, kiseonik, azot, vodonik i njihove mešavine.
2CO2 2CO +
O2 (5.12)
Smer ove reakcije zavisi prvenstveno od temperature
tako što se na višim temperaturama odvija disocijacija (razlaganje gasa), a na
nižim temperaturama asocijacija (spajanje gasova).
MAG se koristi ya ugljenične
i niskougljenične čelike
MIG se koristi za
visokougljenične,nerđajuće čelike i aluminijum.
Uticaj
zaštitnih gasova
Uticaj
vrste zaštitnog gasa na oblik šava je dat na sl. 5.43. Pri zavarivanju u
zaštiti gasa treba imati u vidu strujanje okolnog vazduha koje ne sme da bude
takvo da ometa dejstvo zaštitnog gasa. Posebno pri radu na otvorenom potrebno
je predvideti dovoljno dobar zaklon od vetra i prinudnog strujanja vazduha.
Izvori struje
Koriste se izvori struje sa ravnom ili blagopadajućom spoljnom
statičkom karakteristikom da bi se iskoristio efekat samoregulacije dužine
luka, sl. 5.34. Naime, ako se dužina luka poveća tako da se karakteristike luka
menjaju od 1 do 3, sl. 5.34, značajno se smanjuje jačina struje,
što je na sl. 5.34 označeno sa I1 do I3.
Usled smanjenja jačine struje gotovo trenutno se smanjuje brzina topljenja
elektrodne žice, a time i dužina luka. S druge strane, ako se dužina luka
smanji (karakteristike luka 3-1, sl. 5.34), jačina struje raste od I3 do
I1,
pa se dužina luka povećava. Prema tome dužina luka se vraća na početnu bez
obzira na to da li se prethodno povećala ili smanjila, što se naziva efektom
samoregulacije.
Po pravilu se koristi jednosmerna struja
indirektne polarnosti jer daje stabilan luk. Direktna
polarnost se koristi ukoliko je neophodno dobiti što manje uvarivanje, npr. kod
tankih limova, ali se njena primena izbegava zbog smanjene stabilnosti luka.
Naizmenična struja se ne koristi zbog značajno smanjene stabilnosti luka.
ELEKTROLUČNO
ZAVARIVANJE PUNJENOM ELEKTRODNOM ŽICOM
Elektrolučno zavarivanje punjenom elektrodnom žicom je postupak
spajanja metala topljenjem i očvršćavanjem dela osnovnog metala i dodatnog
metala sa zaštitom od gasa koji nastaje sagorevanjem i razlaganjem praška
(punjenja) koji se nalazi unutar žice, i eventualnom dopunskom zaštitom
pomoćnim gasom, po pravilu CO2, sl. 5.45. Ako se ne koristi dopunski gas
onda se takve žice nazivaju samozaštitnim.
ELEKTROLUČNO
ZAVARIVANJE NETOPLJIVOM ELEKTRODOM U ZAŠTITI INERTNOG GASA – TIG POSTUPAK
Elektrolučno zavarivanje netopljivom elektrodom u zaštiti gasa je
postupak spajanja metala topljenjem i očvršćavanjem dela osnovnog metala i
dodatnog metala (žica za zavariva-nje – ako se koristi), pri čemu se kao
zaštita koristi inertan gas (aktivni gasovi ne dolaze u obzir jer bi izazvali
oksidaciju vrha elektrode), sl. 5.48. Prednosti
TIG postupka posebno dolaze do izražaja kod tankih limova, materijala kao što
su obojeni metali i nerđajući čelici, kao i korenih prolaza odgovornih spojeva.
Nedostatak mala ekonomičnost.
Efekti katodnog čišćenja
Ako se pol nalazi na osnovnom metalu onda se
elektroni kreću od osnovnog materijala prema elektrodi pri čemu se razvija
oksidno skroma teško topivog oksida Al2O3 sa površine i
sprečava njegovo taloženje u dnu metala šava.Postupak TIG je izuzetno čist
postupak.
Naizmenična struja daje šav širine i dubine između
dva polariteta jednosmerne struje, sl. 5.49c. S obzirom na prirodu naizmenične
struje (promena polariteta 50 puta u sekundi) električni luk je nestabilan.
Indirektna polarnost daje najširi i najplići šav,
sl. 5.49b. Toplota pri zavarivanju se raspoređuje suprotno prethodnom slučaju,
odnosno 2/3 na elektrodu, a 1/3 na osnovni materi-jal, što je neracionalno i
daje nestabilan luk. Iako jednosmerna struja indirektne polarnosti,
zahvaljujući kretanju elektrona od osnovnog materijala ka elektrodi, proizvodi
efekt površin-skog čišćenja teškotopljivih oksida, s obzirom na navedene
nedostatke njena praktična prime-na je beznačajna, a za zavarivanje aluminijuma
i njegovih legura se koristi naizmenična struja.
Jednosmerna struja direktne polarnosti daje najuži i
najdublji šav, sl. 5.49a. Toplota pri zavarivanju se raspoređuje približno 1/3
na elektrodu, a 2/3 na osnovni materijal. Stoga se jednosmernom stru-jom
direktne polarnosti zavaruju metali kod kojih efekt čišćenja nije potreban
(čelici, nikal, bakar i njihove legure).
Netopljiva
elektroda
Netopljiva elektroda se pravi od volframa, odnosno legura volframa
i torijuma ili cirko-nijuma. Za ručni TIG postupak postoje tri vrste elektroda:
elektrode od čistog volframa (W) , elektrode od volframa sa dodatkom 0,5; 1 ili
2% oksida torijuma (W–Th) i volframove elektrode sa 0,3–0,5% cirkonijuma.
Ne samo vrsta materijala, već i oblik vrha elektrode bitno utiče
na stabilnost luka i dubinu uvarivanja.Postoje dva osnovna oblika vrha
elektrode: konusni i sferni. U prvom slučaju gustina struje je znatno veća, pa
je strujni luk koncentrisan.U drugom slučaju jačina struje je mala, luk nije
koncentrisan, pa se dobija znatno manja dubina uvarivanja, a veća širina šava.
Dodatni metal
Kao ododatni materijal može
da se koristi žica ili šipka.
Za zaštitu metalne kupke koriste se po pravilu inertni gasovi
argon ili helijum, a ponekad i vodonik ili azot. Osnovne prednosti argona u
odnosu na helijum su: veća jonizaciona energi-ja, što omogućava lakše
uspostavljanje i održavanje električnog luka, manji gradijent napona (6 V) u
strujnom luku, što obezbeđuje neznatnu promenu napona pri promeni dužine luka,
izraženiji efekat čišćenja oksida, manja osetljivost na strujanje okolnog
vazduha, niža cena i sigurniji rad. Prednost
helijuma je veća toplotna moć luka, što je bitno kod zavarivanja metala velike
toplotne provodnosti, posebno kod većih debljina. Dodatni problem kod primene
helijuma je njegova mala gustina pa je za održavanje zaštitnog omotača potreban
dva do tri puta veći protok gasa. Stoga se u praksi najviše primenjuje argon, a
sreću se i mešavine argona sa helijumom (veće debljine i/ili materijali veće
toplotne provodnosti) ili sa vodonikom (nerđajući čelik).
ELEKTROLUČNO
ZAVARIVANJE POD PRAŠKOM – EPP POSTUPAK
Elektrolučno zavarivanje pod praškom (EPP) je postupak spajanja
topljenjem i očvršća-vanjem osnovnog (9) i dodatnog metala (1) pomoću
električnog luka (2) koji se pod slojem praška (4) stvara i održava između
osnovnog materijala i elektrodne žice, sl. 5.55. Metalna kupka (6) je potpuno
zaštićena od okoline slojem praška koji se delimično topi i očvršćava kao
troska (7), a delimično ostaje u nepromenjenom stanju, sl. 5.55. Uloga praška
kod EPP postup-ka je analogna ulozi obloge kod elektrode pri ručnom
elektrolučnom zavarivanju. Usled niske toplotne provodljivosti praška toplotni
gubici su manji, a topljenje metala efikasnije.
Slika 5.55. Šema
EPP postupka (varijanta sa jednom elektrodnom žicom)
Za razliku od E postupka, gde jačina struje, napon električnog
luka i brzina zavarivanja mogu da se menjaju u relativno uskim granicama, kod
EPP postupka raspon promena je znatno veći, što omogućava efikasniju primenu
ovog postupka, naročito ako je neophodna velika produktivnost kao kod debljih
limova i dužih šavova. Može da se koriste dve elektrodne žice: u varijanti sa
zajedničkom metalnom kupkom, koja se odlikuje jedinstvenom kristalizacijom
metala šava i bržim hlađenjem, sl. 5.56a; ili u varijanti sa zasebnom metalnom
kupkom, sl. 5.56b, koja se odlikuje sporijim hlađenjem.
Prednosti osim
veće brzine zavarivanja, mogućnosti topljenja veće količine dodatnog i osnovnog
metala, veće dubine uvarivanja, manje potrošnje dodatnog materijala i malog
rasprskavanja materijala, poboljšanje kvaliteta i ekonomičnosti EPP postupka se
postiže i: sigurnom zaštitom zone topljenja od dejstva spoljnih faktora; smanjenjem opasnosti od neprovarenog korena; smanjenjem
nivoa uzdužnih, poprečnih i ugaonih deformacija; većim koeficijentom
iskorišćenja toplote.
Nedostaci ovog
postupka su: relativno velike investicije u zavarivačke automate; zavarivanje
se izvodi samo u horizontalnom položaju; za zavarivanje tanjih limova potreban
je bakarni podmetač.
Dodatni
materijali
Dodatni materijali za zavarivanje EPP postupkom su elektrodna žica
i prašak.
1.Prema sadržaju MnO praškovi se dele na
visokomanganske (>35% MnO), srednjemanganske (15–30% MnO) i niskomanganske
(<15% MnO).
2. Baznost
praška može da se izračuna po sledećoj formuli:
Prašak je u hemijskom smislu bazni za B > 1,3;kiseo za B <
0,9;neutralan za 0,9 < B < 1,3.
Elektrootporno
zavarivanje
Elektrootporna zavarivanja su postupci zavarivanja kod kojih se materijal zagreva toplotom stvorenom električnim otporom, a zavareni spoj
nastaje dodatnim dejstvom sile pritiska između elektroda.
Osnovni postupci elektrootpornog zavarivanja su:
– tačkasto,
kod koga spojevi nastaju u pojedinim tačkama preklopljenih delova,
– šavno,
kod koga spoj nastaje preklapanjem niza zavarenih tačaka,
–bradavičasto,
kod koga spoj nastaje u pojedinim tačkama preklopljenih delova, koje su pre
zavarivanja oblikovane kao bradavice,
– zbijanjem,
kod koga spoj nastaje stalnim pritiskom na dve sučeone površine,
–varničenjem,
kod koga spoj nastaje varničenjem između dve sučeone površine.
Osnovne prednosti elektrootpornog zavarivanja su velika
proizvodnost i mogućnost automatizacije i robotizacije, a osnovne mane su
ograničenja vezana za geometriju delova koji se zavaruju, i nemogućnost
postizanja hermetičnosti spoja kod tačkastog zavarivanja.
ELEKTROOTPORNO TAČKASTO ZAVARIVANJE
Elektrootporno tačkasto zavarivanje je postupak spajanja metala
kombinovanim dejstvom toplote, dobijene električnim otporom u zatvorenom
strujnom kolu između dva lima
(3) pritisnuta elektrodama oblika šipke (2), i sile pritiska F, sl.
6.1a. Pri tome nastaje spoj (zavarena tačka) kao na sl. 6.1b, gde je s debljina
lima, ds prečnik
zavarene tačke (sočiva), H visina tačke, de prečnik elektrode, h
ulegnuće.
Džul–Lencovom zakonu: pri čemu je R-ukupan
omski otpor, I jačina struje i t-vreme zavarivanja.
Ru = R1-E + R1
+ Rk12 + R2 + R 2-E
gde su
R1 i R2 sopstveni otpori materijala, a R1-E
(materijal-gornja elektroda), R2-E (materijal-donja
elektroda) i Rk12 (materijal-materijal), kontaktni otpori.
Zagrevanje pri elektrootpornom zavarivanju je kratkotrajno (od
mikrosekunde do nekoliko sekundi) i neravnomerno, pri čemu se najviše zagreva
središnji deo tačke (jezgro), gde je jačina struje najveća. Smanjenje sile
pritiska na elektrodama treba da kasni u odnosu na isključenje struje dok se ne
završi kristalizacija. Kod
elektrootpornog zavarivanja postoji ograničavajući faktor,a to je da
tačke ne smeju da budu blizu. Rastojanje između dve tačke treba da je optimalno
ako su suviše blizu doći će do skretanja struje (šankiranja).
Elektroda
kod elektrootpornog zavarivanja ima
dvojaku ulogu a to su da prenosi silu pritiska i da provodi struju.Elektroda se
izrađuje od legura bakra zato sto imaju dobru električnu provodljivost i
otporne su na habanje. Stoga se za izradu elektroda
najčešće koriste legure bakra sa hromom Cr, sa kadmijumom Cd ili trojna legura
Cu-Cr-Zr, sem za neke specijal-ne primene gde se koriste volframove legure
(najčešće sa bakrom), koje imaju manju provod-nost od legura bakra ali znatno
veću tvrdoću.
Elektrode se u svakom slučaju hlade tekućom vodom da bi im se
smanjila radna temperatura i povećao radni vek.
Parametri
tačkastog zavarivanja
Osnovni
parametri tačkastog zavarivanja su jačina struje
zavarivanja i vreme zavarivanja.Na osnovu ova dva parametra postoje režimi
zavarivanja.
Režimi
zavarivanja
Prema jačini struje i vremenu, režimi zavarivanja mogu da se
podele na:
–
„oštre“, kod kojih je jačina struje velika, a vreme zavarivanja kratko,
– „meke“ kod
kojih je jačine struje mala, a vreme zavarivanja dugo.
Zavarivanje niskougljeničnih i
niskolegiranih čelika debljine najviše do 6 mm se veoma lako zavaruju i to je
jednopotezno tačkasto zavarivanje.
ELEKTROOTPORNO
ŠAVNO ZAVARIVANJE
Elektrootporno šavno zavarivanje je postupak spajanja metala
kombinovanim dejstvom toplote dobijene električnim otporom između dva lima pritisnuta
elektrodama oblika diska i sile pritiska.
Načina propuštanja struje utiče na oblik šava .
GASNO ZAVARIVANJE
Gasno zavarivanje je postupak spajanja metala topljenjem i
očvršćavanjem osnovnog i (po potrebi) dodatnog metala pomoću plamena dobijenog
sagorevanjem gorivog gasa. Podrazumeva se da gorivi gasovi sagorevaju u struji
kiseonika, ako nije naglaše-no drugačije (npr. sagorevanje u vazduhu).
Prednosti
ovog zavarivanja su niska cena opreme,pokretljivos topreme i jednostavnost
rukovanja.Mane ovog postupka su količina i
koncentracija toplote je manja nego kod ostalih postupaka zavarivanja, pa je za
gasno zavarivanje karakteristično duže vreme zagrevanja i hlađenja, usled čega
su strukturne promene u ZUT izraženije i nepo-voljnije. Shodno tome, ovaj postupak je pogodan jedino za
zavarivanje tankih limova i cevi, posebno manjeg prečnika, kao i za njihovo
reparaturno zavarivanje.
Osnovni zahtevi koje treba da ispuni gorivi
gas da bi se koristio za zavarivanje su da temperatura plamena bude znatno viša
od temperature topljenja osnovnog i dodatnog metala, da brzina sagorevanja bude
što veća, da se razvija dovoljna količina toplote za topljenje osnovnog i
dodatnog metala, kao i za nadoknadu gubitaka toplote, i da hemijska reakcija
plamena sa osnovnim i dodatnim materijalom bude što manja.
Najčešće se koriste gorivi gasovi na bazi
ugljovodonika: metan (CH4), metilacetilen-propadijen (C3H4 – trgovački naziv
MAPP), acetilen (C2H2), propan (C3H8), propilen (C3H6), butan (C4H10) i vodonik
(H2).
Ugljovodonici sagorevaju u dve faze i to su primarnoj i sekundarnoj.
Imajući u vidu jednačine sagorevanja, može da se zaključi da je
udeo acetilena u stehiometrijskoj smeši 0,28 (ukupno sagorevanje, odnos C2H2:O2
= 1:2,5), a u neutralnoj smeši 0,5 (primarno sagorevanje, odnos C2H2:O2 = 1:1).
Za
primarno sagorevanje kiseonika se koristi troši 40%
kiseonika iz boce i 60% kiseonika iz vazduha. Zavisno od odnosa acetilena i
kiseonika, razlikuju se redukujući (manjak kiseonika), neutralni (potpuno
sagorevanje) i oksidišući plamen (višak kiseonika).
Kod neutralnog plamena uočljive su tri različite zone
jezgro,srednja zona i omotač. Jezgro oblika konusa ili cilindra (zavisno
od načina isticanja gasova), u kojem se odvija deo primarnog sagorevanja. Srednja
zona, oblika klina, gde se odvija ostatak primarnog sagorevanja, a
počinje i sekundarno sagorevanje, odnosno oksidacija 2CO i H2 kiseonikom iz
vazduha. Omotač plamena, u kojem se odvija sekundarno sagorevanje na
račun kiseonika iz vazduha.
Neutralan plamen se koristi za zavarivanje čelika, bakra, nikla i
njegovih legura, bronze i olova. Redukujući plamen se primenjuje kada se traži
porast ugljenika u zavaru kao npr. kod zavarivanja sivog liva, kao i za
zavarivanje aluminijuma i njegovih legura, legura magneziju-ma i navarivanja
tvrdim legurama. Oksidišući plamen se izbegava, jer reakcija kiseonika ima
veoma štetno delovanje na svojstva legura, sem kod zavarivanja mesinga gde se
višak kiseo-nika koristi da bi se sprečilo isparavanje cinka.
APARATURA ZA ZAVARIVANJE
Aparaturu za gasno zavarivanje čine boce za kiseonik i acetilen,
redukcioni ventili( reguliše prtisak), dovodna creva, gorionik sa promenljivom
mlaznicom i pomoćni alat.
Boce za kiseonik su bile plavem,a sad su bele i od 150bar.Bosce za
acetilena je bila bela,a sad je kesten
smeđa i 15 bara. Crevo za kiseonik je plavo,a za acetilena
je crveno.
DODATNI MATERIJALI
Dodatni materijali se isporučuju u obliku žica i šipki. Topitelji,
oblika praha ili pasta, se primenjuju pri zavarivanju livenog gvožđa, oboje-nih
metala i legura, nerđajućeg čelika i drugih legura. Osnovni razlog primene
topitelja su teškotopljivi oksidi koji se obrazuju pri zavarivanju navedenih
materijala i svojim prisustvom sprečavaju uspešno zavarivanje.
TEHNOLOGIJA GASNOG
ZAVARIVANJA
U odnosu od kretanja gorionika i zice razlikuje se dve tehnike
zavarivanja a to su unapred i unazad.
Tehnika gasnog zavarivanja unapred – tehnika zavarivanja kod koje je plamen
usmeren prema ivicama osnovnog metala
Tehnika gasnog zavarivanja unazad – tehnika zavarivanja kod koje je plamen
usmeren prema metalu šava
GASNO REZANJE
Gasno rezanje je
postupak razdvajanja metala njegovim sagorevanjem u struji kiseonika,uz
istovremeno oduvavanje produkata sagorevanja (troske), sl. 9.1. Da bi metal
sagorevao treba ga predgrejati do temperature paljenja (početka sagorevanja).
S obzirom na to da se gasno
rezanje zasniva na sagorevanju metala, postoje određeni uslovi koji moraju da
budu ispunjeni da bi proces rezanja mogao da se odvija:
– Temperatura sagorevanja
metala treba da bude niža od temperature topljenja.
– Temperatura topljenja
oksida treba da bude niža od temperature topljenja metala.
– Toplota sagorevanja
metala treba da bude dovoljna da, zajedno sa toplotom plamena, održava temperaturu
sagorevanja.
Oslobođena toplota čini
približno 2/3 toplote potrebne za sagorevanje čelika, a 1/3 se dobija
sagorevanjem gorivog gasa.
Uređaj za gasno rezanje
Uređaj za ručno gasno
rezanje je praktično isti kao uređaj za zavarivanje, s tim da je gorionik
drugačiji, pa će samo on biti detaljnije opisan.
аналитичка
маса Испитивања у
лабораторијским условима врше се на узорку који је сув на ваздуху (одстрањена
груба влага) и то је аналитичка маса горива чији се елементарни састав изражава
као 
апсолутно
сува маса Гориво без влаге представља
суву масу горива 
чиста
горива маса Гориво без влаге и пепела представља сагорљиву масу, без обзира што у њен
састав улазе кисеоник и азот који нису гориви.Састав чисте гориве масе је 
органска
маса Угљеник, водоник,
кисеоник, азот и органски сумпор су елементи који потичу из праматерије од које
је гориво настало и чине органску масу горива 
