BCD Elektro - Prirucnik Za Zavarivanje

BCD Elektro d.o.o. Doboj Ovlašteni zastupnik za BiH firme varstroj, Lendava, SLOVENIJA.

MMrr MMiillaann MMiilloottiićć

PPRRIIRRUUČČNNIIKK zzaa zzaavvaarriivvaaččee

22.. DDooppuunnjjeennoo iizzddaannjjee

GGaassnnoo zzaavvaarriivvaannjjee RREELL

MMIIGG//MMAAGG WWIIGG ((TTIIGG))

AAuuttooggeennoo ii ppllaazzmmaa rreezzaannjjee

Mr Milan Milotić, dipl.inž.

PRIRUČNIK ZA ZAVARIVAČE 2. Dopunjeno izdanje

Gasno zavarivanje REL

MIG/MAG WIG (TIG)

Autogeno i plazma rezanje

Doboj, 2008. godine

Recenzenti: Prof. dr Aleksa Blagojević, Prof. dr Perica Gojković. Lektor: Milenko Đukanović, profesor.

Naslovna strana: Jauševac Goran, dipl. inž.

Izdavač: SAOBRAĆAJNI FAKULTET DOBOJ

Tiraž: 800 primjeraka CIP – Каталогизација у публикацији Народна и универзитетска библиотека Републике Српске, Бања Лука 621 . 791 . 5 ( 035 ) 621 . 791 . 94 ( 035 ) МИЛОТИЋ, Милан Priručnik za zavarivače / Milan Milotić . – 2. dopunjeno izd. – Doboj : Saobraćajni fakultet, 2008 . – 107 str . ; ilustr . ; 30 cm Tiraž 800 . – Bibliografija : str . 117 . – Sadržaj sa nasl . str . ; Gasno zavarivanje ; REL ; MIG/ MAG ; WIG (TIG) ; Autogeno i plazma rezanje . ISBN 978-99955-36-06-0 COBISS . BH-ID 769816

Predgovor Priručnik za zavarivače napisan je sa ciljem da pomogne zavarivačima u shvatanju principa rada pojedinih postupaka zavarivanja i termičkog rezanja, te da im da osnovna znanja vezana za tehniku primjene najčešće korišćenih postupaka. Priručnik je namijenjen polaznicima škole za zavarivanje „ĆOSIĆPROMEX“, čije je sjedište u opštini Usora, a mogu ga koristiti svi koji žele da se upoznaju sa postupcima zavarivanja: REL, MIG/MAG, WIG, gasno zavarivanje ili sa postupcima termičkog rezanja. Za navedene postupke dati su principi rada, parametri režima i tehnika izvođenja postupka, što u cjelini daje potpunu sliku o svakom od navedenih postupaka, a za čitaoca predstavlja saznanja koja su neophodna za dobijanje atributa „dobrog“ zavarivača. Dobar zavarivač, pored vještine koju stiče praktičnim radom, treba da posjeduje teorijska znanja koja, uz poznavanja postupka, podrazumjevaju osnovna znanja o materijalima (osnovnim i dodatnim), mogućnostima zavarivanja ili termičkog rezanja najčešće korištenih materijala, te znanja vezana za bezbjednu primjenu datih postupaka. S obzirom na to da se više od 70% svjetske proizvodnje čelika prerađuje zavarivanjem i da proizvodnja čelika u svijetu svakodnevno raste, možemo zaključiti da će potrebe svjetske industrije za zavarivačima takođe rasti, što može da posluži mladima kao opredjeljujući faktor pri izboru zanimanja. Napori koji se čine u školi zavarivanja „ĆOSIĆPROMEX“ usmjereni su na stvaranje zavarivačkog kadra koji nakon odškolovavanja najčešće nalazi zaposlenje u istoimenoj firmi, koja je jedan od najvećih kooperanata brodogradilišta „Uljanik“ iz Pule, „3. maj“ iz Rijeke i sl. Imena navedenih brodogradilišta ne dozvoljavaju površnost u bilo kom radu, a naročito ne površnost u zavarivačkim poslovima. Stoga nam je cilj da odškolujemo zavarivače koji će, nakon obuke po evropskim standardima, biti spremni da preuzmu radne obaveze u najzahtjevnijim zavarivačkim zahvatima. Nadam se da će ovaj priručnik u nekoj mjeri pomoći da i u buduće ostvarujemo svoj cilj, a to je da vas osposobimo za dobrog zavarivača. Ps. BUDITE MAJSTORI SVOGA ZANATA ! Doboj, 2006. godine. Predgovor drugom dopunjenom izdanju Dopuna prvog izdanja rezultat je saradnje sa firmom „BCD Elektro“Doboj, koja je zastupnik slovenačkog „Varstroja“ čije aparate za zavarivanje i rezanje najčešće nalazimo u upotrebi na ovim prostorima. Velika zastupljenost „Varstroja“ na ovim prostorima rezultat je relativno niske cijene uz visok kvalitet, s tim da mogućnosti koje pružaju Varstrojevi aparati ne zaostaju za mogućnostima drugih svjetskih poznatih proizvođača. Tu je i tradicionalna poslovnost slovenačkog proizvođača, koji je BiH pokrio kvalitetnom mrežom servisa. Posljednjih godina u metalopreradi se bilježi trend povećanja upotrebe plazma rezača a na račun smanjenja tradicionalnog gasnog (autogenog) rezanja. Nedostatak literature koja obrađuje principe i problematiku plazma rezanja pokušaćemo ublažiti ovim priručnikom, odnosno dopunom koja ga razlikuje od prvog izdanja. Doboj, 2008. godine. Autor.

SADRŽAJ: Strana

Predgovor ........................................................................................... 9

1. OSNOVNI POJMOVI U ZAVARIVANJU ..................................................... 11

1.1 Označavanje i predstavljanje zavarenih spojeva na crtežu ............................... 14

2. POSTUPCI ZAVARIVANJA .......................................................................... 19

2.1 GASNO ZAVARIVANJE (311) ...................................................................... 19

2.1.1 Aparatura za zavarivanje .................................................................................. 19

2.1.2 Primjena postupka ............................................................................................ 22

2.1.3 Dodatni materijali i topitelji ............................................................................. 24

2.1.4 Tehnologija gasnog zavarivanja ....................................................................... 25

2.1.5 Izbor parametara zavarivanja ............................................................................. 27

2.1.6 Podešavanje plamena acetilena ......................................................................... 28

2.1.7 Podešavanje plamena za rezanje MAPP gasom ............................................... 30

2.2 SPECIJALNI GASNO-PLAMENI POSTUPCI ............................................... 33

2.3 E (REL) POSTUPAK- RUČNO ELEKTROLUČNO

ZAVARIVANJE OBLOŽENOM ELEKTRODOM (111) ................................ 35

2.3.1 Primjena postupka ............................................................................................ 35

2.3.2 Obložene elektrode za E postupak .................................................................... 36

2.3.2.1 Označavanje elektroda ....................................................................................... 37

2.3.2.2 Čuvanje i skladištenje elektroda ....................................................................... 43

2.3.3 Izvođenje spoja ................................................................................................. 43

2.3.4 Vrste i izvori struje, uređaji i oprema za E postupak ........................................ 45

2.3.5 Tehnologija zavarivanja ................................................................................... 48

2.3.5.1 Tehnika zavarivanja ........................................................................................... 51

2.4. MAG/MIG POSTUPAK- ELEKTROLUČNO ZAVARIVANJE

TOPLJIVOM ELEKTRODNOM ŽICOM U ZAŠTITI GASA ....................... 53

2.4.1 Prenos dodatnog materijala ............................................................................... 54

2.4.2 Zaštitni gasovi ................................................................................................... 57

2.4.3 Žica za zavarivanje ........................................................................................... 59

2.4.4 Izvori struje i uređaji za zavarivanje ..................................................................59

2.4.5 Tehnologija zavarivanja ....................................................................................63

2.4.6 Tehnika zavarivanja ..........................................................................................66

2.5 TIG POSTUPAK- ELEKTROLUČNO ZAVARIVANJE

NETOPLJIVOM ELEKTRODOM U ZAŠTITI INERTNOG GASA ...................71

2.5.1 Vrste izvora struje .............................................................................................72

2.5.2 Netopljive elektrode ..........................................................................................74

2.5.3 Dodatni materijal- žica za zavarivanje ..............................................................76

2.5.4 Zaštitni gasovi i mlaznice ..................................................................................76

2.5.5 Uređaj za zavarivanje ........................................................................................78

2.5.6 Tehnologija zavarivanja ....................................................................................79

2.5.7 Tehnika zavarivanja ...........................................................................................81

2.5.8 Zaštita korijenog prolaza ...................................................................................83

2.5.9 Modifikovane varijante TIG zavarivanja ..........................................................85

2.5.10 Podešavanje aparata za TIG postupak ...............................................................87

2.6 ZAVARIVANJE PLAZMOM ...........................................................................90

2.6.1 Tehnika zavarivanja plazmom ............................................................................92

3. TERMIČKO REZANJE (PRIPREMA IVICA ŽLIJEBA) ................................93

3.1 Gasno rezanje ....................................................................................................93

3.1.1 Uređaj za gasno rezanje .....................................................................................94

3.1.2 Tehnologija gasnog rezanja ...............................................................................97

3.1.3 Rezanje pojedinih materijala .............................................................................98

3.1.4 Rezanje metalnim prahom ...............................................................................100

3.1.5 Rezanje pomoću topitelja ................................................................................101

3.1.6 Specijalne tehnike gasnog rezanja ...................................................................101

3.1.7 Greške pri gasnom rezanju ..............................................................................103

3.2 ELEKTROLUČNO REZANJE .......................................................................104

3.3 REZANJE PLAZMOM ...................................................................................105

3.3.1 Primjena postupka ............................................................................................106

3.3.2 Izvori struje za rezanje plazmom ......................................................................107

3.3.3 Modifikacije postupka rezanja plazmom ......................................................... 107

3.3.4 Gasovi za obrazovanje plazme ........................................................................ 109

3.3.5 Smjer rezanja .................................................................................................. 109

3.3.6 Kvalitet reza ..................................................................................................... 110

3.3.7 Plazma rezačice ............................................................................................... 111

3.4 REZANJE LASEROM ................................................................................... 116

Literatura ....................................................................................................... 117

SAOBRAĆAJNI FAKULTET DOBOJ i BCD-Elektro d.o.o. DOBOJ .

-11-

1. OSNOVNI POJMOVI U ZAVARIVANJU

Zavarivanje je proces izrade nerazdvojivog spoja uspostavljanjem međuatomskih veza između dijelova koji se zavaruju, pri kome se pojedinačno ili kombinovano koristi toplotna i mehanička energija, a po potrebi i dodatni materijal. Postupci zavarivanja, koji se najčešće koriste u praksi, zasnovani su na lokalnom zagrijevanju materijala iznad temperature topljenja, kada zavareni spoj nastaje očvršćavanjem (npr. elektrolučno zavarivanje), ili na lokalnom zagrijevanju materijala do temperature topljenja, kada zavareni spoj nastaje uz dodatno djelovanje pritiska (npr. elektrootporno zavarivanje). Zavarivanjem je moguće spajanje metala sa metalom, nemetala sa nemetalom i metala sa nemetalom, ali se u praktičnom smislu podrazumijeva spajanje metala sa metalom.

Pod zavarenim spojem se podrazumijeva konstruktivna cjelina, sl. 1, koju čine os-novni metal (1) i metal šava, ili skraćeno šav, kod koga se razlikuju lice šava (2), naličje šava (3), korijen šava (4) i ivica šava (8), sl. 1.a. Kod postupaka zavarivanja topljenjem šav nastaje očvršćavanjem istopljenog osnovnog i dodatnog metala ili samo osnovnog metala. Dio osnovnog metala, koji se topi u procesu zavarivanja i ulazi u sastav metala šava, zove se uvar (5), čija je granica obilježena sa (6), sl. 1.a, a dubina sa (9), sl. 1.b. Zona uticaja toplote (ZUT), označena sa (7) na sl. 1.a, je onaj dio osnovnog metala, koji je pod uticajem zagrijavanja i hlađenja pretrpio izvjesne strukturne promjene, ali ispod temperature topljenja. Na sl. 1. prikazane su i osnovne dimenzije šava: širina (11), debljina (12) i nad-višenje (10), i to za slučaj sučeonog, sl. 1.b, i ugaonog spoja, sl. 1.c, kao i za navareni sloj, sl. 1.d, kod koga je bitna i njegova debljina (13).

a)

b)

c)

d)

Slika 1. Osnovni elementi zavarenog spoja

Prije zavarivanja potrebno je pripremiti ivice osnovnog metala, čime se dobija žlijeb za zavarivanje, čiji su osnovni pojmovi definisani standardom, sl. 2. Najčešće korišćeni žljebovi i izgledi odgovarajućih šavova su dati u tab. 1.


-12-

Pripremljeni žlijeb u procesu zavarivanja topljenjem može da se ispuni u jednom ili u više prolaza, ili u više slojeva, sl. 3, što prvenstveno zavisi od debljine osnovnog materijala. Zavar predstavlja dio metala šava, nastao u jednom prolazu ili sloju, sl. 3.

Slika 2. Osnovni elementi žlijeba

1 - stranica žlijeba 2 - korijen žlijeba 3 - oštri korjen žlijeba 4 - tupi korjen žlijeba 5 - razmak u korjenu žlijeba 6 - zatupljenje korjena žlijeba 7 - otvor žlijeba 8 - širina otvora žlijeba 9 - ugao otvora žlijeba 10 - ugao zakošenja žlijeba

Tabela 1. Oblici najčešće korišćenih žljebova i odgovarajućih šavova naziv izgled žlijeba izgled šava naziv izgled žlijeba izgled šava

rubni

U

I

J

V

X

HV

K

Y

duplo U

a) jednoprolazni b) višeprolazni c) višeslojni

Slika 3. Vrste šavova


-13-

Prema obliku lica šava razlikuju se ravni, udubljeni i ispupčeni šavovi, sl. 4, a prema kontinuitetu šavovi se dele na neprekidne, sl. 5a i isprekidane, sl. 5b, koji mogu da budu simetrični, sl. 5c, ili nesimetrični, sl. 5d.

a) ispupčeni b) udubljeni c) ravni

Slika 4. Oblici lica šava

a) neprekidni b) isprekidani

c) simetrično d) nesimetrično

Slika 5. Podjela šavova po kontinuitetu

Zavisno od međusobnog položaja dijelova koji se zavaruju, osnovne vrste zavarenih spojeva su sučeoni, preklopni, ivični, T spoj, sl. 6, a u zavisnosti od položaja, zavarivanje može da bude u horizontalnom, horizontalno-vertikalnom, vertikalnom i nadglavnom položaju, sl. 7. Položaji zavarivanja koji nisu horizontalni, zovu se prinudni.


-14-

a) sučeoni b) preklopni c) ivični d) T spoj

Slika 6. Osnovne vrste zavarenih spojeva

a) horizontalni

b) horizontalno

vertikalni

c) vertikalni

d) nadglavni

Slika 7. Položaji zavarivanja

Pod tehnologijom zavarivanja podrazumjeva se skup operacija koje je potrebno iz-vesti da bi se napravio zavareni spoj (izbor osnovnog i dodatnog materijala, priprema osnovnog materijala, izbor postupka i parametara zavarivanja). Pod tehnikom zavarivanja podrazumjevaju se načini izvođenja pojedinih operacija (npr. tehnika zavarivanja unapred ili unazad).

1.1 Označavanje i predstavljanje zavarenih spojeva na crtežu Crtež zavarene konstrukcije mora da sadrži podatke potrebne za njenu izradu, kao što je način pripreme žlijeba, geometrijske mere šava i tehnika zavarivanja. Da bi se ovi podaci prikazali što jednostavnije definisani su način predstavljanja i oznake zavarenih spojeva, koje se sastoje od grafičke i brojne oznake. Grafička oznaka definiše pripremu žlijeba i oblika šava, tab. 2, oblik spoljne površine, tab.3, vrste spojeva pri zavarivanju pritiskom, tab. 4, dopunske radove na korjenom zavaru (žlijebljenje se označava udvojenim simbolom oblika spoljne površine kod asimetričnih žljebova ili sa dvije vertikalne crtice u sredini simetričnih žljebova) i kontinualnost šava pri zavarivanju topljenjem (neprekidni šavovi se označavaju horizontalnom crticom preko osnovnog simbola).


-15-

Tabela 2. Oznake najčešće korišćenih žljebova i nazivi odgovarajućih šavova red. br 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 oznaka

naziv šava rubni I V HV Y U J X K duplo U ugaoni navar

Tabela 3. Oznake oblika spoljne površine šava redni broj iz tab. 2 3 11 11

modifikovana oznaka

objašnjenje oznaka obrade lica šava, ako se obrada izvodi

ugaoni šav sa ispupčenim licem

ugaoni šav sa udubljenim licem

Tabela 4. Oznake pri zavarivanju pritiskom

oznaka

naziv spoja sučeoni zbijanjem

sučeoni varničenjem

tačkasti bradavičasti šavni

Grafička oznaka za uprošćeno prikazivanje zavarenih spojeva se ispisuje u blizini šava, na prelomljenoj pokaznoj liniji ili ispod nje, sl. 8. Tako npr. oznaka na sl. 8a definiše ″V″ šav bez obrade lica, oznaka na sl. 8b neprekidni dvostrani ugaoni šav sa ravnim tjemenom, gde je a debljina šava (sl. 4), a oznaka na sl. 8c isprekidani dvostrani nesimetrični ugaoni šav sa ravnim tjemenom, gde je l dužina pojedinih šavova, e razmak između dva šava, n broj šavova i a debljina šava. Brojčana oznaka sadrži najbitnije podatke u zavisnosti od vrste spoja, oblika i kontinu-alnosti šava, i po pravilu se sastoji od dva broja, odvojena crticom, prvi za kote presjeka šava, a drugi za dužinu šava. Primjeri označavanja neprekidnih spojeva su dati u tab. 6 (sučeoni), gde su prikazani jednostrani "I" spoj, dvostrani "X" spojevi (simetrični i nesi-metrični), jednostrani udubljeni i dvostrani simetrični ravni spoj, a od isprekidanih spojeva su prikazani sučeoni "I" i ugaoni "T" spoj. Kompletna oznaka zavarenog spoja još sadrži i brojčanu oznaku postupka zavarivanja, u skladu sa podacima iz tab. 5.


-16-

a) sučeoni ″V″

b) ugaoni ravni dvostrani

c) isprekidani nesimetrični ugaoni ravni

Slika 8. Primjeri uprošćenog prikazivanja zavarenih spojeva

Tabela 5. Klasifikacija postupaka zavarivanja 1 111 114 12 13 131 135 14 141 15 185 2 21 22 23 24 25 3 311

Elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom - E punjenom žicom pod praškom - EPP topljivom elektrodnom žicom u zaštiti gasa zaštita u inertnom gasu - MIG zaštita u aktivnom gasu - MAG netopljivom elektrodom u zaštiti gasa inertni gas - TIG plazmom magnetno elektrolučno rotirajućim lukom Elektrootporno zavarivanje tačkasto šavno bradavičasto sučeono varničenjem sučeono zbijanjem Gasno zavarivanje oksi-acetilenskim plamenom

4 41 42 43 44 45 48 7 71 72 74 751 76 91 913 914 916 94 97

Zavarivanje u čvrstom stanju ultrazvukom trenjem kovačko eksplozijom difuzijom na hladno Drugi postupci zavarivanja aluminotermitsko električno pod troskom - EPT indukciono laserom elektronskim snopom Tvrdo lemljenje u peći uronjavanjem u soli indukciono Meko lemljenje Zavarivačko lemljenje


-17-

Tabela 6.. Primeri označavanja neprekidnih spojeva

skica opis oznaka

jednostrani ″I″ spoj, debljine 3 mm, dužine šava 100 mm

3-100

simetrični ″X″ spoj, debljine 15 mm, dužine šava 100 mm

15-100

nesimetrični ″X″ spoj, debljine 17 mm (jedan zavar 10 mm, drugi 7 mm), dužine

šava 100 mm

10+7-100

udubljeni spoj, presjeka 4 mm, dužine šava 100 mm

simetrični ravni ″T″ spoj, dužine krakova 6 mm, dužine šava 100 mm

sučeoni ″I″ spoj, debljine 5 mm, 3 zavara dužine 10 mm, korak 100 mm

ugaoni ravni ″T″ spoj, presjeka 4 mm, 4 zavara dužine 10 mm, korak 50 mm


-18-


-19-

2. POSTUPCI ZAVARIVANJA Danas se smatra da je 98 postupaka zavarivanja osvojeno i primijenjeno u praksi, uklju-čujući lemljenje, kao što je definisano u standardu ISO 4063 (EN 24063). Postupci zavarivanja mogu da se podijele na postupke topljenjem i postupke pritiskom, pri čemu u prvu grupu spadaju oni postupci kod kojih se proces spajanja odvija topljenjem i očvršćavanjem na mjestu spoja, a u drugu grupu oni postupci kod kojih se proces spajanja odvija bez topljenja. Osim toga, postupci zavarivanja se često dijele prema izvoru energije: električna (luk, otpor, snop), hemijska (plamen, eksploziv, termiti), mehanička (pritisak, trenje, ultrazvuk) i ostale (npr. svetlost).

2.1 GASNO ZAVARIVANJE (311) Gasno zavarivanje je postupak spajanja metala topljenjem i očvršćavanjem osnov-

nog i (po potrebi) dodatnog metala pomoću plamena dobijenog sagorevanjem gorivog gasa. 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). Količina toplote oslobođena sagorijevanjem, kao i najviša temperatura plamena, zavise od vrste gorivog gasa. Podrazumjeva se da gorivi ga-sovi sagorjevaju u struji kiseonika, ako nije naglašeno drugačije (npr. sagorijevanje u vazduhu). Da bi se ostvarilo sagorijevanje u struji kiseonika, gorivi gas i kiseonik se iz specijalnih posuda pod pritiskom - boca (ili na drugi način) dovode u gorionik, odakle izlaze pomešani u odgovarajućoj srazmjeri. Na taj način je omogućeno sagorijevanje gorivog gasa na vrhu plamenika, koji zajedno sa gorionikom, bocama za skladištenje i crijevima za dovod gasova, kao i pomoćnim i dodatnim uređajima (npr. redukcionim ventilima), čini opremu za gasno zavarivanje.

Tabela 7. Max. temperatura plamena najčešće korišćenih gasova

acetilen propan butan metan propilen MAPP vodoniktmax (°C) 3087 2526 2300 2538 2865 2927 2655

2.1.1 Aparatura za zavarivanje

Aparaturu za gasno zavarivanje čine boce za kiseonik i acetilen, redukcioni ventili, do-vodna crijeva, gorionik sa promjenljivom mlaznicom i pomoćni alat. Boce za tehničke gasove spadaju u posude pod pritiskom i podležu odgovarajućem standardu. Boce za kiseonik su zapremine 40 l, u koje je moguće uskladištiti 6 Nm3 (6 normalnih metara kubnih) na pritisku od 150 bara i temperaturi 20°C. Ako se pretpostavi da se kiseonik u ovim uslovima ponaša kao idealni gas, moguće je na osnovu pritiska u boci izračunati količinu preostalog gasa u boci (npr. ako je pritisak u boci 120 bara, količina preostalog kiseonika je 120x40=4800 l). Kiseonička boca je obojena plavo ili ima plavu traka na 2/3 visine.

Boca za acetilen je obojena bijelo, ili ima bijelu traku na 2/3 visine. Acetilen u boci se rastvara u acetonu, jer je sam acetilen kao nezasićeni ugljovodonik vrlo eksplozivan na po-


-20-

višenom pritisku. Osim toga, boca se prethodno puni poroznom masom (najčešće drveni ću-mur ili mešavina uglja i infuzorijske zemlje) u koju se uliva aceton, a zatim rastvara acetilen. Tako dobijena smeša može da se podvrgne pritisku od 15 bara

Bocama za acetilen i kiseonik smije da rukuje samo stručno osposobljeno lice, tj. lice koje posjeduje uvjerenje za rukovanje bocama. Greške pri rukovanju bocama sa tehnič-kim gasovima pod pritiskom su najčešće uzrok nesreće sa veoma teškim posljedicama. Stoga treba poštovati sledeće preporuke:

Redovno treba kontrolisati da li iz boce ističe gas premazivanjem sapunicom, a ne vatrom. Ako ventil boce popušta i posle pritezanja, takvu bocu treba odstraniti iz upotrebe i skloniti je od vatre, elektromotora i drugih izvora toplote i varničenja. Svaku popravku ventila, otklanjanje bilo kog kvara i remont prepustiti ovlašćenim licima. Prilikom rada sa bocama, one moraju da budu u vertikalnom položaju ili pod nagibom od 45°, čime se sprečava isticanje acetona. Zaostali pritisak u boci u zavisnosti od okolne temperature treba da bude 0,5 bara (t<0°C), 1 bar (0<t<5°C), 2 bara (15<t<25°C) ili 3 bara (25<t<35°C), da ne bi gubici acetona iz boce prekomerno porasli.(na navedenim pritiscima boca se smatra prazna). Ventil na boci acetilena smije da se otvara samo pomoću specijalnog ključa. Ako su boce bile na temperaturi ispod 10°C, moraju da se unesu dva sata prije upotrebe u prostoriju gde je normalna temperatura. Boce ne smiju da se pregriju, jer se pritisak značajno povećava. Ventile kod boca treba otvarati polako da bi se izbjegli udarci gasova pod pritiskom u priključne uređaje. Treba obratiti naročitu pažnju da se bocom za kiseonik ne rukuje masnim rukama, rukavicama ili alatom (u prisustvu kiseonika mast se zapaljuje).

Kako je radni pritisak znatno niži od pritiska u boci, boce je neophodno snabdjeti re-

dukcionim ventilima za kiseonik i za acetilen, sl. 9. Oba redukciona ventila imaju po dva manometra, jedan za pritisak u boci, drugi za radni pritisak. Princip rada redukcionih ventila je isti, a jedina konstruktivna razlika je u načinu vezivanja za bocu - kod kiseonika vezivanje je preko navrtke, a kod acetilena preko uzengije - što isključuje mogućnost pog-rešnog vezivanja. Osim toga, razlika je i u opsegu mjerenja - kod kiseonika manometri su do 300 bara (pritisak u boci), odnosno 16 bara (radni pritisak), a kod acetilena do 40 bara, odnosno 2,5 bara radni pritisak.

Posebnu pažnju treba obratiti na rukovanje redukcionim ventilom za kiseonik. Kako dodir kiseonika sa mašću, uljem ili nekom sličnom materijom može da izazove eksplozivno paljenje, zabranjeno je rukovanje redukcionim ventilom za kiseonik masnim ili prljavim rukavicama. Osim toga za ovaj ventil je karakteristična pojava zaleđivanja usljed razlike pritisaka na ulasku i izlasku i odgovarajućeg pada temperature. Da bi se ovo spriječilo treba koristiti što čistiji kiseonik, ugraditi grijač prije ventila ili koristiti ventil sa dvostepenom redukcijom pritiska.


-21-

a) za kiseonik b) za acetilen

Slika 9. Redukcioni ventili

Osim redukcionih ventila koriste se i tzv. suvi ventili, koji se postavljaju između reduk-cionih ventila i gorionika, sl. 10. Princip rada suvog ventila je sledeći: kroz gumeno crevo dotiče gas u cijevni nastavak (2) ventila i otvara nepovratni ventil (4), protiče kroz ventil u unutrašnjost poroznog uloška (5), zatim kroz njegov porozni zid u sredinu uloška, a otuda u nastavak (3) i u gorionik. U slučaju eksplozije povratni udar plamena stiže do komore između zida cijevi ventila (1) i uloška (5) i tu se gasi, jer se pri prolasku kroz porozni uložak ohladi ispod temperature paljenja mješavine gasova. Povećani pritisak od eksplozije gotovo trenutno zatvara nepovratni ventil.

Slika 10. Šematski prikaz suvog ventila

U gorionicima se dobijaju potrebne smješe kiseonika i acetilena, pri čemu se zahtijeva

stabilan plamen određenog oblika i toplotne moći. Osnovni dijelovi gorionika prikazani su na sl. 11. Koristi se više tipova gorionika koji se dijele prema pritisku napajanja (gorionik niskog i visokog pritiska) i prema regulaciji protoka (gorionik stalnog i višestrukog protoka).

Slika 11. Gorionik - šematski prikaz


-22-

Prema pritisku napajanja gorionici se dijele na osnovu pritiska smješe u mlaznici i pritiska svakog od gasova. Ako je pritisak smješe manji od pritiska gasova onda se radi o gorioniku niskog pritiska, a u slučaju da je pritisak smješe veći od pritiska bar jednog gasa, onda se radi o gorioniku visokog pritiska. Prema regulaciji protoka gorionici se djele na one kod kojih je promjena protoka moguća u vrlo malim granicama (gorionik stalnog protoka - bez promjene cijevi) i one kod kojih je regulacija moguća, najčešće izmjenom pritiska napajanja (gorionik višestrukog protoka - sa izmjenom cijevi).

Osim prema svojstvima, gorionici se razlikuju i po veličini mlaznice, koja se bira na osnovu debljine osnovnog materijala. Po ovoj podjeli gorionici su obilježeni brojevima od 1 do 8, a biraju se prema debljini osnovnog materijala.

Pri rukovanju gorionicima treba voditi računa o sljedećem: • popravke smije da radi samo stručna osoba; • mlaznica se čisti posebnim iglama koje daje proizvođač; • za povremeno čišćenje injektora upotrebljavaju se posebne četke; • kod zamjene cijevi krunastu navrtku treba dobro pritegnuti, jer se kod slabog zaptivanja

javlja povratni udar plamena; • plamen se pali tako da se najprije malo otvori kiseonik, a zatim acetilen; tek kada se

smješa upali, plamen se reguluše (gasi se obrnutim redoslijedom); • kada gorionik "zviždi" to znači da plamen gori kod injektora umesto na mlaznici; dovod

gasa treba brzo zatvoriti; ako se gorionik previše zagrijao, treba ga ohladiti; U tab. 8 dati su najčešći kvarovi gorionika, njihovi uzroci i načini otklanjanja.

Tabela 8. Najčešći kvarovi u radu gorionika

Kvar Uzrok kvara Otklanjanje Plamen neće da se upali - krunasta navrtka nije stegnuta

- ventil začepljen - navrtku stegnuti - očistiti ventil

Plamen kos ili ustranu - mlaznica djelimično začepljena - očistiti mlaznicu Plamen gori dalje od mlaznice - preveliki pritisak kiseonika

- preveliki pritisak acetilena - regulusati ventile na gorioniku ili

redukcionom ventilu Plamen nestabilan, povreme-no povećan

- voda u gumenom crevu - redukcioni ventil zamrznut

- vodu iscijediti - odmrznuti redukcioni ventil

Povratni plamen i pucketanje

- mlaznica se u radu zagrijava - premali pritisak kiseonika - mlaznica je preblizu predmetu - gorionik ne zaptiva

- ohladiti gorionik u vodi - povećati pritisak - odmaknuti mlaznicu 3÷5 mm - pritegnuti cijev na spoju

Plamen "zviždi" i gori unutra (obično posle povratnog udara)

- mlaznica i cijev pregrijani - prljava mlaznica - oštećen otvor na mlaznici

- ohladiti gorionik - očistiti mlaznicu - promjeniti mlaznicu

2.1.2 Primjena postupka

Osnovna prednost gasnog zavarivanja je mogućnost kontrole koju zavarivač ima nad brzinom unošenja toplote, temperaturom u zoni zavarivanja i oksidacijom metala šava. Osim toga, oblik i veličina šava mogu bolje da se kontrolišu, jer se dodatni metal uvodi nezavisno od izvora toplote. U prednosti postupka se ubrajaju i niska cijena opreme, njena


-23-

pokretljivost i relativno jednostavno rukovanje. S druge strane, količina i koncentracija top-lote je manja nego kod ostalih postupaka zavarivanja, pa je za gasno zavarivanje karakteris-tično duže vrijeme zagrijavanja i hlađenja, usljed čega su strukturne promjene u ZUT (zoni uticaja toplote) izraženije i nepovoljnije. Shodno tome, ovaj postupak je pogodan jedino za zavarivanje tankih limova i cijevi, posebno manjeg prečnika, kao i za njihovo reparaturno zavarivanje. Plamen gasa se takođe koristi za rezanje, lemljenje, navarivanje, pred-grijavanje, termičku obradu i jednostavnije operacije oblikovanja, kao što su savijanje i ispravljanje. Zavisno od odnosa acetilena i kiseonika, razlikuju se redukujući (manjak kiseonika), neutralni (potpuno sagorijevanje) i oksidišući plamen (višak kiseonika). Iako je teorijski smješa kiseonika i acetilena kod neutralnog plamena 1:1, u praksi se pod neutralnim plame-nom podrazumjeva smješa O2:C2H2 =(1,1÷1,2):1. Višak kiseonika se troši na sagorijevanje okolnih gasova. Kod neutralnog plamena uočljive su tri različite zone, sl. 12: ·Jezgro oblika konusa ili cilindra (zavisno od načina isticanja gasova), u kojem se odvija dio primarnog sagorijevanja. Pri tome sagorijeva manji dio smješe gasova, dok se veći dio razlaže na ugljenik i vodonik. Oslobođena količina toplote zagrijava slobodni ugljenik stvarajući svijetli omotač jezgra, šta daje utisak jarko bijele boje.

·Srednja zona, oblika klina, gde se odvija ostatak primarnog sagorijevanja, a počinje i se-kundarno sagorijevanje, odnosno oksidacija 2CO i H2 kiseonikom iz vazduha. U ovoj zoni se postiže najviša temperatura plamena (do 3100°C, sl. 12a), na 4÷6 mm od vrha jezgra, pa se ona koristi za zavarivanje. Stoga se srednja zona zove i zona zavarivanja.

·Omotač plamena, u kojem se odvija sekundarno sagorijevanje na račun kiseonika iz vaz-duha. Temperatura u zoni sekundarnog sagorijevanja je znatno niža od maksimalne, Boja u ovoj zoni prelazi od plavo-ljubičaste boje u sredini do žuto-narandžaste na krajevima.

a) oksidišući

b) neutralni

c) redukujući

Slika 12. Šematski izgled plamena (a - oksidišući, b - neutralni, c - redukujući) [8]

Stoga je veoma važno održavanje propisanog rastojanja između jezgra i površine radnog komada (3÷5 mm), jer inače nastaju sledeće greške: - ako je jezgro suviše blizu rastopljenog metala dobija se oksidirani tvrdi sloj;


-24-

- ako je jezgro suviše udaljeno, provarivanje je otežano, a pojava gasnih mjehurova česta. Neutralan plamen se koristi za zavarivanje čelika, bakra, nikla i njegovih legura, bronze i olova. Redukujući plamen se primjenjuje kada se traži porast ugljenika u zavaru kao npr. kod zavarivanja sivog liva, kao i za zavarivanje aluminijuma i njegovih legura, legura magnezijuma i navarivanja tvrdim legurama. Oksidišući plamen se izbjegava, jer re-akcija kiseonika ima veoma štetno djelovanje na svojstva legura, sem kod zavarivanja mesinga gde se višak kiseonika koristi da bi se spriječilo isparavanje cinka. Temperatura plamena sa viškom kiseonika je viša od ostalih vrsta plamena zbog reakcije sagorijevanja metala ili prisutnih elemenata, pa se oksidišući plamen ponekad koristi da bi se povećala produktivnost zavarivanja čelika, zbog čega u metalu šava po pravilu nastaju greške tipa oksida.

Prema brzini isticanja razlikuju se meki plamen (50÷80 m/s) i tvrdi plamen (120÷180 m/s), zavisno od pritiska i protoka gasova. Meki plamen je nestabilan i osetljiv na pojavu povratnog plamena, a koristi se za zavarivanje visokolegiranih čelika, lakotopljivih metala (Pb, Zn) i za lemljenje. Tvrdi plamen je teško kontrolisati, a česta je pojava izduvavanja rastopljenog metala iz metalne kupke. Stoga se u praksi najčešće koristi plamen sa brzinama isticanja 80÷120 m/s. Kiseonik omogućava sagorevanje gorivih gasova, a nalazi se u vazduhu (21% zapre-minskog udjela). Na 15°C i atmosferskom pritisku gustina kiseonika iznosi 1,43 kg/m3, molarna masa 32 g/mol, a u tečno stanje prelazi na -183°C. U gasovitom stanju kiseonik nema boju i miris, nije zapaljiv i eksplozivan. Međutim, pošto u njegovom prisustvu neke materije postaju zapaljive, rukovanje kiseonikom mora da bude oprezno.

Kiseonik se najčešće proizvodi frakcionom destilacijom tečnog vazduha. Tehnički kise-onik je čistoće 99,2 do 99,8%, a nečistoće su azot, argon i voda. Čistoća kiseonika je bitna za njegovo korišćenje. Kiseonik se prenosi i čuva u čeličnim bocama pod pritiskom 150-200 bar. Acetilen je gorivi gas bez boje, karakterističnog mirisa, neotrovan i rastvorljiv u vodi u odnosu 1:1 i u acetonu u odnosu 1:25, na sobnoj temperaturi i atmosferskom pritisku. Ras-tvorljivost acetilena u acetonu raste sa porastom pritiska, a opada sa porastom temperature. Acetilen je vrlo eksplozivan u prisustvu kiseonika ili vazduha. Acetilen se transportuje i čuva u čeličnim bocama pod pritiskom 15 bar, a u slučaju velike potrošnje racionalnije je koristiti razvijače acetilena. Za dobijanje acetilena se koriste još i postupci pirolize ugljovodonika i delimičnog sagorijevanja metana u kiseoniku. 2.1.3 Dodatni materijali i topitelji Dodatni materijali se isporučuju u obliku žica i šipki. U slučaju zavarivanja nisko-ugljeničnih i niskolegiranih čelika dodatni materijal je u obliku šipki dužine 1000 mm ili ko-turova žice mase 40 kg, standardnih prečnika: 2; 2,5; 3,25; 4; 5; 6,3 mm. Oznaka dodatnog materijala se sastoji iz dva dela: opšteg (slovo P) i dopunskog (slovo O, Z, Y ili cifre od 1 do 6) sa značenjem datim u tab. 9. Žice su prevučene tankim slojem bakra radi zaštite od korozije. U tab. 10. date su oznake, sastav, mehanička svojstva i primena žice za zavarivanje čelika proizvod fabrike PIVA-Plužine (Crna Gora).


-25-

Tabela 9. Označavanje žica za gasno zavarivanje čelika simbol Z Y 1 2 3 4 5 6

Rm [MPa] <340 340 400 430 470 510 550 590 A5,65 [%] <14 - 14 18 22 26 30 - KV [J] 30 - 30 60 90 120 150 -

Tabela 10. Žice za gasno zavarivanje čelika oznaka

JUS oznaka PIVA

Rm

[MPa] A5,65 [%]

KV [J]

hemijski sastav (%) C Si Mn Ni Mo

primena

P-Y11 37G 340-410 15-21 47-70 0,09 0,1 0,55 ugljenični čelik sa Rm<450 MPa P-212 42G 410-470 16-22 65-80 0,1-

0,150,2-0,3

0,8-0,9

0,6-0,8

0,2-0,25

parni kotlovi, posude pod pritis-kom, cevovodi i brodski limovi

Topitelji oblika praha ili pasta se primenjuju pri zavarivanju livenog gvožđa, obojenih

metala i legura, nerđajućeg čelika i drugih legura. Osnovni razlog primjene topitelja su teškotopljivi oksidi koji se obrazuju pri zavarivanju navedenih materijala i svojim prisustvom sprečavaju uspješno zavarivanje. Nanošenjem topitelja na dodatni ili osnovni materijal postiže se dvojaki efekat - sprečava se donekle oksidacija tečnog metala, s jedne strane, i snižava temperatura topljenja oksida, s druge strane, čime se obezbjeđuje njihovo uklanjanje u obliku troske.

Topitelji se dijele prema hemijskom sastavu na kisele i bazične. Najčešće se koriste kiseli topitelji na bazi bora, kao što su borna kiselina, H3BO3, (prvenstveno za bakar i njego-ve legure), ili boraks (natrijumtetraborat - Na2B4O7⋅10H2O), koji lako razgrađuje okside mnogih metala (npr. Cu, Zn, Mn), i bazni topitelji, kao što su natrijum karbonat, Na2CO3, i potaša, K2CO3, (prvenstveno za sivi liv).

2.1.4 Tehnologija gasnog zavarivanja

Propisivanje tehnologije gasnog zavarivanja uključuje izbor i nagib gorionika, izbor ži-ce za zavarivanje, kao i izbor tehnike i parametara zavarivanja (veličina mlaznice, prečnik žice, brzina zavarivanja, potrošnja acetilena, kiseonika i žice za zavarivanje).

Veličina i jačina gorionika se bira na osnovu vrste i debljine osnovnog materijala. Jači-na gorionika meri se protokom acetilena (l/h). Položaj gorionika značajno utiče na stepen iskorišćenja toplote plamena, kao i na zaštitu rastopa. Iskorišćenje toplote je najveće kod držanja gorionika upravno u odnosu na mesto zavarivanja, sl. 13. Ovakav položaj gorionika daje dublje uvarivanje i uži zavar, što je kod debljih materijala povoljnije, kao i bolju zaštitu rastopa. Odstupanje položaja gorionika od upravnog daje znatno pliće uvarivanje i širi zavar, što je povoljnije kod zavarivanja tankih materijala. Kod gasnog zavarivanja najčešće se koriste nagibi gorionika 60÷80°, sem kod vrlo tankih limova, gde se koriste manji nagibi, 45÷60°, sl. 13.

Vrsta i prečnik žice se bira u zavisnosti od osnovnog materijala i njegove debljine. Pri tome treba imati u vidu zahtev da se žica topi optimalnom brzinom, ni prebrzo ni presporo u odnosu na topljenje osnovnog materijala. Kod zavarivanja bakra, aluminijuma i njihovih legura, žica se brže topi nego kod zavarivanja čelika, pa se biraju gorionici veće jačine. Iz ovog proizlazi da prečnik žice u odnosu na debljinu osnovnog materijala treba da bude veći nego kod zavarivanja čelika.


-26-

Slika 13. Uticaj nagiba gorionika na oblik zavara

a) unaprijed

b) unazad

Slika 14. Tehnike gasnog zavarivanje U zavisnosti od kretanja gorionika i žice postoje dvije tehnike gasnog zavarivanja: unaprijed i unazad (u smislu međusobnog položaja žice i gorionika), sl. 14. Ove dvije teh-nike se zovu još i ulijevo i udesno, što je odgovarajući naziv samo ako se gorionik drži u desnoj ruci. Tehnika zavarivanja unaprijed se sastoji u sljedećem, sl. 14a: • Plamen je usmjeren prema ivicama osnovnog metala (žlijeba). • Žica se drži ispred plamena, njen vrh je blizu mjesta zavarivanja, povremeno se uranja u

metalnu kupku i treba da bude u zaštiti plamena. • Način vođenje i nagibi žice i gorionika zavise od položaja zavarivanja i debljine osnov-

nog metala. U slučaju sučeonog ″I″ spoja na tankom limu (do 3 mm), žica se vodi bez poprečnih oscilacija, a gorionik od jednog do drugog kraja žleba, poprečnim (″cik-cak″) ili kružnim kretanjem, dok su im nagibi oko 45°.

Tehnika zavarivanja unazad se sastoji u sljedećem, sl. 14b: • Plamen je usmjeren prema metalnoj kupki i ravnomjerno zagrijava i topi osnovni i dodatni materijal.


-27-

• Žica se drži iza plamena i nalazi se između osnovnog materijala i gorionika. Vrh žice je neprestano uronjen u rastop, pomjera se u krug i stalno miješa rastop.

• Način vođenje i nagibi žice i gorionika takođe zavise od položaja zavarivanja i debljine osnovnog metala. U slučaju sučeonog V spoja na limu debljine preko 3 mm, žica je nagnuta pod 45° i pomjera se ukrug od ivice do ivice žleba, a gorionik je nagnut 45-70°, zavisno od debljine, i kreće se pravolinijski.

Zavarivanje unaprijed je jednostavnije za rad, regulacija metalne kupke je lakša i dobi-jaju se lijepi i glatki zavari, dok je kod zavarivanja unazad bolje iskorišćenje toplote i bolja zaštita metalne kupke. Zavarivanje unaprijed je sporije, a utrošak acetilena sa povećanjem debljine znatno brže raste nego kod zavarivanja unazad. Ako se materijali veće debljine zavaruju tehnikom unapred teško se postiže jednoličan korjen zavara (obično se javljaju prokapljine), a takođe je povećana mogućnost pojave uključaka oksida. Stoga je primjena tehnike zavarivanja unaprijed ograničena na debljine do 5 mm, a za veće debljine se koristi tehnike zavarivanja unazad, jer njene prednosti tada dolaze do izražaja. S druge strane ako se ima u vidu činjenica da se gasni postupak praktično ne koristi za komade veće debljine, jasno je da se tehnika zavarivanja unazad primenjuje veoma rijetko, npr. u nekim varijantama zavarivanja cijevi. 2.1.5 Izbor parametara zavarivanja Smjernice za izbor osnovnih parametara za tehnike zavarivanja čelika unaprijed (hori-zontalan položaj, ugaoni i sučeoni spoj, uključujući varijantu bez dodatnog metala) i za tehniku zavarivanja čelika unazad su date u tab. 11. Podaci o potrošnji gasova i žice i vremenu zavarivanja su dati u odnosu na 1 m šava.

Tablica 8. Parametri gasnog zavarivanja čeličnih limova

Debljina lima

Veličina mlaznice

Prečnik žice

Vrijeme zavarivanja

Brzina zavarivanja

Potrošnja acetilena

Potrošnja kiseonika

Potrošnja žice

[mm] [-] [mm] [min] [m/h] [l] [l] [g] Horizontalni sučeoni spoj - tehnika zavarivanja unaprijed

1 1 2 5 12 8,5 10 20 2 2 3 10 6 35 42 50 3 3 3 15 4 75 90 90

Horizontalni ugaoni spoj - tehnika zavarivanja unaprijed 1 1 2 6 10 12 14 25 2 2 3 10 6 42 50 48 4 3 4 20 3 160 210 200 6 4 4 30 2 375 450 440

10 6 5 50 1,2 1000 1200 1100 Horizontalni sučeoni spoj - tehnika zavarivanja unaprijed- bez dodatnog metala

1,0 1 - 3 20 5 6 - 1,5 2 - 4,30 14 11 13 - 2,0 2 - 5 12 18 22 -

Horizontalni sučeoni spoj - tehnika zavarivanja unazad 5 4 3 20 3 165 198 206 6 4 3 24 2,5 240 288 290 8 5 4 32 1,85 486 580 580

10 6 5 40 1,5 665 800 800 15 7 6 60 1,0 1500 1800 1800


-28-

2.1.6 Podešavanje plamena acetilena [5] Gorionici za zavarivanje:

Slika15. Gorenje acetilena u vazduhu nije pogodno za zavarivanje.

Slika 16. Redukujući plamen, metal šava ključa i nije čist.

Slika 17. Neutralan plamen, pogodan za većinu zavarivanja.

Slika 18. Oksidacioni plamen, metal šava pjeni, varniči i sagorijeva


-29-

Gorionici za zagrijavanje:

Slika 19. Redukujući plamen, ne preporučuje se za brzo zagrijavanje

Slika 20. Neutralni plamen, najčešće se koristi.

Slika 21. Oksidacioni plamen, ne preporučuje se.

Gorionici za rezanje:

Slika 22. Redukujući plamen sa protokom kiseonika za rezanje, pogodan

za rezanje livenog gvožđa.


-30-

Slika 23. Neutralan plamen sa protokom kiseonika za rezanje, pogodan za čelike

Slika 24. Neutralan plamen bez kiseonika za rezanje, podešen za rezanje čelika

Slika 25. Oksidacioni plamen sa protokom kiseonika za rezanje, ne preporučuje se

2.1.7 Podešavanje plamena za rezanje MAPP gasom [5] Jednodijelne mlaznice

Slika 26. Redukujući plamen


-31-

Slika 27. Neutralni plamen, za mašinsko rezanje

Slika 28. Slabo oksidacioni plamen, za ručno rezanje ili brzo počinjanje

rezanja i za izradu kosih rezova

Slika 29. Oksidacioni plamen za predgrijavanje, nepreporučuje se za rezanje

Dvodijelne mlaznice:

Slika 30. Redukujući plamen za predgrijavanje


-32-

Slika 31. Neutralni plamen za predgrijavanje, za mašinsko rezanje

Slika 32. Oksidacioni plamen za predgrijavanje

Modeli zvijezde za podešavanje MAPP gasa:

Držati mlaznicu ravno uz lim bez uključivanja kiseonika za rezanje. Ova metoda se ne koristi za acetilen.

Slika 33. Neutralni plamen za predgrijavanje, za rezanje

Slika 34. Veoma slab oksidacioni plamen

Slika 35. Slab oksidacioni plamen, predgrijavanje za bušenje rupe


-33-

2.2 SPECIJALNI GASNO-PLAMENI POSTUPCI Pod specijalnim gasno-plamenim postupcima se podrazumeva čišćenje plamenom,

ispravljanje plamenom, zavarivanje pod pritiskom gasa i predgrijevanje. Neki aspekti i primjene navedenih postupaka su prikazani na sl. 36 i 37.

Slika 36. Dejstvo plamena na ploče i profile


-34-

Slika 37. Ispravljanje dugačkih profila Primjer termičkog ispravljanja deformisanog zavarenog spoja je dat na sl. 37, gdje je

prikazano ispravljanje dugačkog "I" profila, savijenog oko horizontalne ose usljed podužnog zavarivanja vertikalne i horizontalnih stranica, sl. 37a. Da bi se ovako savijeni profil ispravio treba brzo zagrijati srednji dio (osjenčena oblast, sl. 37b) do temperature crvenog usijanja, a zatim ga ohladiti na vazduhu, posle čega će se dio profila ispraviti, sl. 37c. Da bi se cio profil ispravio, potrebno je ponoviti ciklus zagrijavanje-hlađenje na dovoljnom broju mjesta, sl. 37d.

a) b) c) d)


-35-

2.3 E (REL) POSTUPAK – RUČNO ELEKTROLUČNO ZAVARIVANJE OBLOŽENOM ELEKTRODOM (111)

Ručno elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom je postupak spajanja metala topljenjem obložene elektrode i dijela osnovnog metala u električnom luku koji se uspostav-lja i održava između radnog komada (osnovnog metala) i elektrode, sl. 38. Topljenjem jez-gra elektrode obezbjeđuje se dodatni materijal za popunu žlijeba, a topljenjem, sagorijevanjem i isparavanjem obloge obezbjeđuje se zaštita metalne kupke od okolnih gasova i vazduha. Istopljeni sastojci obloge se miješaju sa rastopljenim metalom, prije 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 nakon zavarivanja se uklanja čekićem.

Slika 38. Šematski prikaz E postupka zavarivanja

2.3.1 Primjena postupka

S obzirom na jednostavno rukovanje i relativno nisku cjenu uređaja i dodatnog materi-jala s jedne, a dobar kvalitet spoja s druge strane, ručno elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom je donedavno primjenjivano više od svih ostalih postupaka zajedno. Njegovoj širokoj primjeni doprinose još i činjenica da su ograničenja u vezi sa oblikom predmeta i vrstom materijala koji se zavaruje, kao i položajima zavarivanja, manja od svih ostalih postupaka zavarivanja. S druge strane, zbog nedostataka E postupka u novije vrijeme se umjesto njega sve češće koriste ostali elektrolučni postupci. Osnovni nedostaci E postupka su mala produktivnost usljed česte zamjene elektroda i uklanjanja troske (brzina topljenja dodatnog metala je 1-2 kg/h), komplikovana i dugotrajna obuka zavarivača, uticaj zavarivača na kvalitet šava, blještava svjetlost i štetni gasovi nastali sagorijevanjem troske.

Ručno elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom može da se primjenjuje za spajanje velikog broja uobičajenih materijala, kao što su ugljenični, niskolegirani i visoko-legirani čelici, livena gvožđa, bakar, nikl, aluminijum i njihove legure. Takođe je moguće spajanje materijala različitih po hemijskom sastavu, ali metalurški kompatibilnih. Ovaj postupak se ne primjenjuje na materijale kod kojih je zaštita gasnim produktima obloge nedovoljna, kao što su Ti, Zr, Cb, Ta, Mo.

Ograničenja u primjeni po pitanju debljine su prije ekonomskog i praktičnog značaja, nego što su vezana za sam proces zavarivanja obloženom elektrodom. Kao donja


-36-

granica može da se postavi debljina od 2 mm, jer se kod manjih debljina javljaju prokapljine, što može da se spriječi specijalnim tehnikam rada, npr. korišćenjem podloški. Kao gornja granica debljine može da se postavi 40 mm, jer se preko te debljine po pravilu ne isplati primjena ovog postupka. Međutim, u slučaju nepravilne konfiguracije koja znatno otežava primjenu automatskih postupaka zavarivanja, zabilježene su primjene E postupka i za debljine do 250 mm.

Jedna od glavnih prednosti E postupka je mogućnost primjene u svim položajima. Naravno, ne treba zaboraviti da je horizontalni položaj najlakši i da ga treba koristiti kad god je moguće, jer omogućava korišćenje elektroda većeg prečnika i struja veće jačine, tj. veću produktivnost zavarivanja. U prinudnim položajima treba posvetiti pažnju izboru parametara zavarivanja i tehnici rada.

Konačno, značajna prednost u primjeni E postupka je i u njegovoj prilagodljivosti mjestu zavarivanja. Naime relativno je jednostavno doći do nepristupačnih mjesta kao što su velike čelične konstrukcije (mostovi, zgrade, hale, brodovi), cjevovodi i rezervoari, jer je dovoljno imati dugačke i savitljive provodne kablove i izvor struje nezavisan od gradske mreže.

2.3.2 Obložene elektrode za E postupak

Elektroda za E postupak zavarivanja ima metalno jezgro, koje je obloženo sem na slobodnom kraju, sl. 39. Jezgro obložene elektrode kao dio strujnog kola prenosi struju (slobodni kraj 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; - usporavanje hlađenja metala šava; - prečišćavanje i legiranje metala šava; - omogućavanje zavarivanja u prinudnim položajima.

d - prečnik, l1 - slobodni kraj, L - dužina, D - prečnik obloge

Slika 39. Obložena elektroda

Zaštita zone zavarivanje od okolnih štetnih gasova (prvenstveno kiseonik, vodonik i azot) se ostvaruje gasovitim i čvrstim produktima topljenja i sagorijevanja obloge. Ova uloga obloge se ostvaruje višestruko: - rastopljena kap dodatnog materijala je zaštićena troskom koja je okružuje pri njenom pre-

lasku u metalnu kupku; - metalna kupka je zaštićena troskom koja pliva na njenoj površini; - gasovi okružuju mjesto zavarivanja i ne dozvoljavaju pristup štetnim okolnim gasovima.


-37-

Stabilizacija i jonizacija električnog luka se postiže dodavanjem soli natrijuma, bariju-ma, kalcijuma i kalijuma u oblogu, koje stvaraju gasove sa velikom sposobnošću jonizacije, čime bitno povećavaju sposobnost vazduha da provodi struju.

Troska, obrazovana od očvrslih delova rastopljene obloge prekriva metal šava i uspo-rava njegovo hlađenje, jer ima znatno manju toplotnu provodljivost. Poslije zavarivanja troska se uklanja čekićem.

Da bi se obavila 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. Prečišćavanje ostalih nečistoća metala šava se ostvaruje na sličan način kao dezoksidacija. 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 sagorjeli udio pojedinih elemenata ili da bi se poboljšala svojstva metala šava. U tom cilju najčešće se dodaju Mn, Si i Ni.

Uloga obloge u omogućavanju prinudnih položaja zavarivanja (npr. nadglavni) se ost-varuje povećanjem njene viskoznosti (ljepljivosti), što se postiže prvenstveno dodavanjem baznih i celuloznih sastojaka.

Prema sastavu obloga je u metalurškom smislu kisela, bazna, celulozna i rutilna, a u novije vrijeme se često koriste mješovite obloge kao što su rutilno-kisela, rutilno-bazna i rutilno-celulozna. Hemijski sastav i osobine ovih obloga su dati u tab. 10. Osim navedenih postoje i specijalne vrste obloge.

Tabela 10. Hemijski sastav i osobine osnovnih obloga čeličnih elektroda

Obloga Hemijski sastav Osobine

kisela oksidi Fe i Mn, alumosilikati, feromangan

smanjen viskozitet troske, lijep izgled i loše mehaničke osobine metala šava

rutilna rutil, alumosilikati, ferolegure lijep izgled i dobre mehaničke osobine šava

bazna karbonati, fluoridi, oksidi, hematit

dobra mehaničke osobine šava, posebno žilavost (nizak sadržaj H)

celulozna celulozna vlakna, rutil, silikati, dezoksidatori

svi položaji, visok sadržaj H, korjeni zavari cjevovoda

Prema odnosu ukupnog prečnika (uključujući oblogu), D, i prečnika jezgra, d,

elektrode se dijele na tanko obložene (D/d<1,2), srednje obložene (1,2<D/d<1,4) i debelo obložene (D/d>1,4).

Na način prenosa dodatnog metala kod E postupka najviše utiču debljina i vrsta obloge

i jačina struje. Povećanjem debljine obloge i dodavanjem sastojaka koji smanjuju površinski napon pospješuju se prenos sitnim kapima. Jača struja takođe omogućava prelaz od krupnih ka sitnim kapima, jer pojačava dejstvo pinč efekta i pritiska gasova.

2.3.2.1 Označavanje elektroda Da bi se olakšala identifikacija elektroda uvedeno je standardizovano označavanje, i


-38-

to posebno za pojedine vrste konstrukcionih materijala, tab. 11. Osim navedenih materijala, postoje i elektrode za zavarivanje drugih metala. Sem standardne oznake elektroda treba imati u vidu i oznake proizvođača (npr. PIVA 150 B za debelo obloženu baznu elektrodu, namenjenu zavarivanju ugljeničnih i niskolegiranih čelika čvrstoće do 510 MPa i sitnozrnih čelika napona tečenja do 380 MPa, označenu po EN 499 kao E 515 B 120 262H). Oznake, sastav, mehanička svojstva, osnovne karakteristike i primjene obloženih elektroda su date u katalozima proizvođača.

Oznake elektroda po EN su date na sl.40, 41, 42 i 43.

Tabela 11. Standardi za obložene elektrode Oznaka EN Namena

EN 499 niskougljenični i niskolegirani čelici i čelični liv prEN 1599 čelici otporni na puzanje prEN 1600 nerđajući i visokolegirani čelici

EN 499 livena gvožđa (sivi liv, nodularni liv i temper liv) navarivanje čelika

prEN 757 mikrolegirani čelici povišene čvrstoće

Slika 40. Obilježavanje elektroda za niskolegirane čelike

Označavanje elektroda prema EN 499

Slika 41. Obilježavanje elektroda za čelike otporne na puzanje


Slika 42. Obilježavanje elektroda za nerđajuće i visokolegirane čelike


Slika 43. Obilježavanje elektroda za livena gvožđa


SAOBRAĆAJNI FAKULTET DOBOJ i BCD- Elektro d.o.o. DOBOJ .

- 43 -

2.3.2.2 Čuvanje i skladištenje elektroda Proizvođač je obavezan da elektrode tako pakuje da su zaštićene od atmosferskog

uticaja. Na svakom paketu moraju biti označeni podaci o vrsti, dimenzijama i broju šarže, kao i znak proizvođača. Ovi paketi se moraju uskladištiti tako da su zaštićeni od atmosfeskog uticaja, posobno vlage, a takođe mora da bude osigurano da ne dođe do oštećenja obloge i zamjene pojedinih vrsta elektrode.

Elektrode koje su dobro zatvorene u pakete ili u zalemljene limene kutije (sprečeno pristustvo vazduha) ne treba naknadilo sušiti. Ostale elektrode prije upotrebe treba sušiti, naročito ako se zahtjeva povišen kvalitet zavarenih spojeva. To se posebno odnosi na bazične elektrode koje su veoma higroskopne. Već nakon 4 sata neke vrste bazičnih elektroda u otvorenoj kutijii se mogu smatrati vlažnim i treba ih naknadno sušiti.

Sušenje elektroda se obavlja u posebnim pećima za sušenje sa mogućnošću regulacije temperature. Sem toga svaki zavarivač bi morao na radnom mestu da ima posebnu priručnu peć-sušionik za održavanje temperature, najčešće izmedju 60-900C, kako bi se spriječilo vlaženje elektroda za vrijeme rada. Temperatura i vrijeme sušenja zavisi od vrste elektrode.

Rutilne i kisele elektrode po pravilu ne treba sušiti, sem u slučajevima primjetnih znakova vlažnosti. Tada ih treba sušiti na temperaturi l200C u trajanju 2 časa.

Bazične elektode i pored dobrog skladištenja treba u većini slučajeva sušiti, a naročito ako se zavaruju mikrolegirani čelici ili debeli limovi neumirenog čelika. Ove elektrode se suše po pravilu na temperaturi 300 do 3500C u trajanju od najmanje 2 časa. Na temperaturi od 3500C elektrode mogu da se drže najduže 10 časova, jer bi inače došlo do oksidacije obloge. Elektrode sa bazičnom oblogom za zavarivanje čelika napona tečenja manjeg od 360 MPa mogu da se suše i na temparaturi od 2500C. Ovako osušene elektrode mogu da se prije upotrebe ohlade do temperature 150 do 2000C i odlože u peć za jednodnevnu upotrebu ili ručne sušionike.

Elektrode za visokolegirane čelike treba sušiti na temperaturi između 200 i 2500C u trajanju 3 časa. Preporučuje se postepeno zagrijavanje i hlađenje.

Vlažne elektrode se lako prepoznaju i prema zvuku pri udaru jedna o drugu: suve elektrode daju oštar i visok zvuk, a vlažne dubok. Pri zavarivanju vlažnim elektrodama čuju se male eksplozije i pucketanja, a sa površine može da se primjeti isparavanje vlage.

Sušenje elektrode rutilnog tipa, u nedostatku drugog načina, može da se obavi i neposredno prije zavarivanja uključivanjem elektrode u kratak spoj.

Obložene elektrode vremenom stare, što može da se primjeti po malim bjelim kristalima na oblozi. Ovo je rezultat hemijskih reakcija sastojaka iz obloge. Ovakve elektrode ne smiju da se koriste. Konačno, treba paziti da se koriste samo elektrode bez mehaničkog oštećenja ili zamašćenja obloge.

2.3.3 Izvođenje spoja

Kada se traži potpuno provarivanje, a pristup je moguć samo sa jedne strane, često se

koristi podloška koja služi kao osnova za prvi sloj metala šava (korjeni prolaz), odnosno sprečava curenje metalne kupke. Postoje četiri osnovna tipa podloške:


- 44 -

(1) Položna traka (2) Bakarna podloška (3) Nemetalna podloška (4) Podložni zavar.

Položna traka Položna traka je metalna traka postavljena ispod žljeba, sl. 44. prvi zavar povezuje obe

ploče osnovnog metala, a takođe i podložnu traku, koja može nakon zavarivanja da ostane ako ne smeta ili da se skine mašinskom obradom.

Slika 44.Položna traka Slika 45. Podložni zavar

Podložna traka treba da bude napravljena od materijala koji je metalurški kompatiblan sa osnovnim i dodatnim materijalom. Ponekad je moguće iskoristiti neki drugi konstruktivni element kao podložnu traku, sl. 44(B). U svakom slučaju podložna traka mora da bude dobro pripremljena kako u smislu stanja njene radne površine, tako i u smislu njene geometrije, da ne bi nastale greške tipa poroznosti i uključaka, odnosno procurivanje metalne kupke. Bakarna podloška

Osnovni razlog za primjenu bakra kao materijala za podlošku je njegova velika toplotna provodljivost, čime se sprečava da metalna kupka rastopi podlošku. Treba ipak voditi računa o dovoljnoj debljini bakarne podloške. U slučaju serijske proizvodnje treba predvidjeti mogućnost hlađenja bakarne podloške vodom da bi se spriječilo lokalno topljenje bakra koje može da utiče na konačni sastav metala šava. Bakarna podloška može da bude profilisana da bi se dobila željena kontura korjena ili ojačanje.

Nemetalna podloška Za nemetalnu podloška se koristi zrnasti materijal koji pravi trosku ili keramički

materijal.

Zavar-podloška Koreni zavar takođe može da posluži kao podloška. sl. 45.

Startne pločice U nekim slučajevima neophodno je da se sa zavarivanjem počne na tzv. startnim

pločama, sl. 46. Time se izbjegavaju sve greške inače tipične u početku rada (npr. pri

Popuna šava

Podložni zavar


- 45 -

uspostavljanju luka), a često se ista tehnika primjenjuje pri zaustavljanju procesa, tj. na kraju ploča koje se zavaruju.

Slika 46. Startna pločica

2.3.4 Vrste i izvori struje, uređaji i oprema za E postupak

Uređaj za E postupak se sastoji od izvora struje, dovodnih i odvodnih kablova, drža-ča elektrode, stezaljke za masu, a u dodatnu opremu spadaju zaštitna odeća, maska za-varivača i njegov ručni alat. Za E postupak koriste se obje vrste struje, jednosmjerna i naizmjenična, pri čemu izbor prvenstveno zavisi od vrste obloge i obično je preporučen od strane proizvođača elektrode. Pri izboru vrste struje treba voditi računa o sljedećem: (1) Pad napona. Manji pad napona se dobija primjenom naizmjenične struje (NS), što je

čini pogodnijom u slučaju zavarivanja na većim rastojanjima od izvora struje. (2) Male jačine struje. Kod elektroda manjeg prečnika, odnosno pri korišćenju manjih

jačina struje, jednosmjerna struja (JS) daje stabilniji luk. (3) Uspostavljanje luka. Po pravilu lakše je sa JS, posebno kod elektroda manjeg

prečnika. (4) Dužina luka. Zavarivanje kraćim lukom je lakše JS. Ovo je bitno, osim kod obloga

sa željeznim praškom. (5) Skretanje luka. Može da bude značajan problem kod JS. (6) Položaj zavarivanja. Za prinudne položaje bolja je JS, jer može da koristi manje

jačine struje. (7) Debljina osnovnog materijala. Zavarivanje tankih limova može da bude

problematično sa NS zbog smanjene stabilnosti luka pri korišćenju struja manje jačine.

Bez obzira na vrstu struje, koristi se izvor sa strmopadajućom statičkom karakte-ristikom, jer on obezbjeđuje malu promjenu jačine struje pri slučajnoj promjeni dužine luka, koja je neminovna kod ručnog zavarivanja.

Na sl. 47 je pokazano kako se mijenja jačina struje (Ir1 i Ir2) i napon (Ur1 i Ur2) pri povećanju dužine luka (l1 na l2). Kao što se vidi sa sl. 47, promjena napona je značajna, dok je promjena jačine struje mala. Kako promjena napona ne utiče bitno na ostale parametre zavarivanja, strmopadajućom karakteristikom je obezbjeđeno dovoljno kvalitetno zavarivanje, jer se parametri procesa koji najviše zavise od jačine struje održavaju u uskim granicama.

Startna pločica


- 46 -

Slika 47. Promjena radne tačke kod strmopadajuće karakteristike [8]

Napon praznog hoda, U0, je napon pri uključenom izvoru struje, ali bez električnog

luka. Napon praznog hoda se smanjuje uspostavljanjem luka, zavisno od dužine luka i vrste elektrode, i postaje napon luka. Tipične vrijednosti napona praznog hoda su 50-100 V, a napona luka 17-40 V. Veći napon praznog hoda obezbjeđuje lakše uspostavljanje luka, ali je opasan za zavarivača. Neki izvori struje imaju mogućnost promjene napona praznog hoda, ali ne svi. Pri izboru izvora struje treba da se vodi računa o sljedećem: 1. Potrebnoj vrsti struje 2. Potrebnoj jačini struje 3. Intermitenciji izvora

Izbor vrste struje prvenstveno zavisi od vrste elektrode i vrste zavarenog spoja. Za NS koriste se transformatori, dok se za JS koriste ispravljači (uz transformator) ili pretvarači (motor-generator). Ako je potrebno imati obje vrste struje na raspolaganju koriste se jednofazni transformatori-ispravljači ili alternator-ispravljač, a u novije vrijeme sve češće se koriste invertori zbog male mase.

Držač elektrode je s jedne strane provodnik koji obezbjeđuje provođenje struje od izvora do elektrode, a s druge strane izolator, koji obezbeđuje siguran rad zavarivača jer odvaja izoluje njegovu ruku od struje. Čeljusti držača, koje su u dirketnom kontaktu sa elektrodom, moraju da budu u dobrom stanju i ne smiju da prave veći otpor struji da se ne bi pregrijavale.

Zavarivački kablovi spajaju izvor struje sa radnim komadom i sa elektrodom. Provodni dio kabla je upletena bakarna ili aluminijumska žica, koja je odvojena od omotača zaštitinim izolacionim slojem. Zavarivački kablovi se proizvode u različitim veličinama, koje se koriste zavisno od potrebne jačine struje i radnog ciklusa zavarivanja.

Zaštitna odjeća i maska zavarivača, kao i druge mjere zaštite su bitne kod svih elektro-lučnih postupaka zavarivanja, a posebno kod E postupka. Opasnosti pri elektrolučnom zavarivanju su udar struje, prejaka svjetlost, zagađena atmosfera i prskanje troske i metala. Da bi se spriječili udari struje uređaj mora da bude atestiran, uz strogu periodičnu provjeru zaštitne izolacije i uzemljenja.

Zaštitna odjeća se sastoji od specijalnog radnog odjela, kecelje, rukavica, potkoljenice i nadlaktice, a najvažniju ulogu ima zaštitna maska bez koje električni luk ne smije da se gleda. Na zaštitnim maskama nalaze se stakla različitog zasjenjenja, pri čemu se stepen zasjenjeja izražava brojevima ( do 14). U daljem tekstu dat je pregled neophodnih zasjenjenja stakla pri zavarivanju E postupkom različitih debljina elektroda:


- 47 -

- Elektrode prečnika do 4 mm, (do 200 A) ............................. zasjenjenje 10. - 4 do 6 mm, (do 400A )............................ 12. - preko 6 mm, (preko 400A)......................... 14.

Intermitencija izvora

Rad izvora napajanja obično protiče u naizmjeničnim uključivanjima za zavarivanje i

isključivanjima radi zamjene elektrode, pregleda i čišćenja zavara, predaha i dr. , a karakteriše se odnosom trajanja opterećenja (zavarivanja) i trajanja pogonskog ciklusa. Pod trajanjem pogonskog ciklusa podrazumjeva se ukupno vrijeme(trajanje opterećenja i pauze, odnosno praznog hoda). Odnos između trajanja opterećenja i trajanja pogonskog ciklusa naziva se intermitencija (i):

( ) ( )%100tt

%100tt

ti

c

0

ph0

0 ⋅=⋅+

= gdje su:

- i intermitencija; -t0 vrijeme trajanja opterećenja (zavarivanja); -tph vrijeme trajanja praznog hoda; -tc vrijeme trajanja pogonskog ciklusa. Dakle, izvor napajanja se nalazi u tkz. intimitirajućem pogonu, tj. naizmjenično se

smjenjuju rad pod opterećenjem (zavarivanje) i pauza (rad na praznom hodu). Za vrijeme opterećenja (t0) izvor napajanja ne može postići maksimalnu temperaturu, a ne može se ni potpuno ohladiti za vrijeme praznog hoda (tph). Zbog toga se izvori napajanja ne moraju termički dimenzionisati na maksimalne vrijednosti, tj. za i=100%, već na neke manje vrijednosti, zavisno od pogonskog ciklusa, odnosno namjene izvora napajanja. Izvori napajanja se dimenzionišu za intermitirajući pogon, a intermitencija je određena standardima. Za trajan rad transformatora (automatizovano zavarivanje) intermitencija iznosi 100%, a za ručno zavarivanje 60%. Intermitencija izvora napajanja za servisne radove iznosi 35% , a za izvore za poluautomatizovano zavarivanje 70%-80%.

Za ručno elektrolučno zavarivanje trajanje pogonskog ciklusa određeno je standardom i iznosi 5 min. Ako izvor ima intermitenciju i=50%, to znači da mi ne možemo njega opteretiti da u 2 sata radi 1 sat neprekidno, već on može biti maksimalno neprekidno opterećen 2,5 min (maksimalnom strujom) i nakon pause (rada na prazom hodu) od 2,5 min može ponovo raditi (zavarivati) neprekidno 2,5 min i tako naizmjenično.

U tehničkim podacima o svakom izvoru napajanja dati su podaci o njegovoj intermitenciji i maksimalnoj jačini struje koja se može primjeniti pri toj intermitenciji. Treba se pridržavati nazivne intermitencije izvora napajanja, jer je izvor napajanja konstruisan prema njoj i svako forsiranje izvora izvan granica intermitirajućeg pogona može dovesti do njegovog uništenja.

Ako su poznate intermitencija izvora (i) i maksimalna jačina struje (Imax) pri toj intermitenciji, onda se može pomoću formule:

[ ]A100

iII maxtz ⋅= ,

izračunati jačina struje zavarivanja koju bi izvor napajanja mogao trajno (kontinualno)


- 48 -

davati. U prethodnoj formuli su: - Itz jačina trajne struje zavarivanja; - Imax maksimalna jačina struje zavarivanja; - i intermitencija. Npr., izvor sa maksimalnom strujom zavarivanja od 400 A i intermitencijom od 60% može se trajno opteretiti strujom zavarivanja jačine :

[ ]A3108,30910060400I tz ≈=⋅=

Sa maksimalnom jačinom struje zavarivanja 400A i intermitencijom 60%, vodeći računa o standardizovanom vremenu pogoskog ciklusa tc=5 min, izvor napajanja bi radio:

[ ],min3560,0t 0 =⋅= a potom bi morao praviti pauzu (rad na praznom hodu) od 2 min i tako naizmjenično.

2.3.5 Tehnologija zavarivanja

Tehnologija zavarivanja obuhvata pripremu osnovnog materijala, izbor elektrode, izbor parametara i tehniku zavarivanja. U pripremi osnovnog materijala najvažnije je oblikovanje žlijeba, a ponekad je potrebno i čišćenje okolnih površina do metalnog sjaja. Pri izboru oblika i dimenzija žlijeba, osim o debljini osnovnog materijala treba da se vodi računa o pristupačnosti korjenu, sprječavanju pojave prokapljina, deformacijama zavarenog spoja i što manjem utrošku dodatnog materijala. Rješenje sa najmanjom masom šava je po pravilu i rješenje sa najmanjom deformacijom zavarenog spoja, jer se unosi najmanje toplote. Pris-tupačnost korijenu i sprečavanje pojave prokapljina zahtijevaju suprotne mjere: u prvom slučaju razmak u korjenu treba da bude što veći, a u drugom slučaju što manji.

Rubni šav je pogodan samo za limove tanje od 2 mm i priprema se savijanjem i stezanjem ivica, "I" žlijeb je pogodan za limove debljine od 3 do 5 mm i priprema se ravnim odsjecanjem ivica, a "V" žlijeb je pogodan za limove debljine od 3 do 20 mm i priprema se zakošenjem ivica, najčešće pod uglom 60°. Razmak u korjenu treba da bude što veći da bi se omogućio pristup elektrodi, ali je ograničen zahtjevom za minimalnom potrošnjom dodatnog metala i što manjim deformacijama zavarenog spoja. Za predmete većih debljina koristi se "Y" žlijeb, tj. "V" žlijeb sa zatupljenjem u korjenu, čime se smanjuje opasnost od prokapljina. S druge strane, ovakvim oblikom žlijeba se povećava opasnost od uključaka troske u metalu šava, pa se po pravilu "Y" žlijeb radi dvostrano, tako što se korjen ižlijebi, pa ponovo zavari sa druge strane. Takođe, za predmete većih debljina se koristi "X" žlijeb, tj. dvostrani "V" žlijeb, čime se smanjuju deformacije, posebno ugaone, koje se inače jav-ljaju kod debljih i dužih limova sa "V" žlijebom. Osim toga, površina "X" žlijeba je bitno manja od odgovarajućeg "V" žlijeba, pa su uštede dodatnog metala značajne. Osnovne pre-poruke za izbor oblika i dimenzija žljebova su date u standardu ISO 9692-1:

Prečnik i vrste obloge elektroda se biraju prema osnovnom materijalu i specifičnim zah-tjevima konkretnog problema zavarivanja. Prečnici elektroda su standardizovani prema sljedećem nizu: 2; 2,5; 3,25; 4; 5; 6; 8 i 10 mm, a biraju se tako da se uzima najveći prečnik koji veličina žlijeba dozvoljava. U slučaju višeprolaznog zavarivanja, za korjen šava se ko-riste elektrode prečnika 2,5÷4 mm, a za popunu žlijeba se koriste elektrode većeg prečnika,


- 49 -

zavisno od debljine osnovnog materijala. Osim osnovnih preporuka za izbor prečnika elektrode, treba uzeti u obzir vrstu struje, položaj i redosled zavarivanja.

Položaj zavarivanja značajno utiče i na izbor obloge elektrode. Za prinudne položaje se uglavnom biraju elektrode sa tankom oblogom ili oblogom srednje debljine, a da bi se sprečilo curenje tečnog metala šava koriste se rutilne ili celulozne obloge. Osnovne smernice pri izboru obloge elektrode su sljedeće: - Ugljenični i niskolegirani čelici: čvrstoća metala šava treba da bude ista ili veća nego kod

osnovnog metala. Ako se traži posebno dobra žilavost koristi se bazna obloga, kao i u slučaju većih debljina i krutosti konstrukcija.

- Kombinacija ugljeničnih i niskolegiranih čelika: kod sučeonih spojeva elektroda se bira prema čeliku manje čvrstoće, a kod ugaonih prema čeliku veće čvrstoće.

- Visokolegirani čelici: metal šava treba da ima čvrstoću bar kao osnovni metal. - Obojeni metal i legure: elektroda se bira prema osnovnom materijalu jer po pravilu ne pos-

toje različite elektrode za jedan materijal. Pri izboru parametara treba imati u vidu prvenstveno vrstu, polaritet, jačinu i napon

struje, dužinu električog luka, ugao nagiba i pravac kretanja elektrode i brzinu zavarivanja. Vrsta struje se bira u zavisnosti od vrste obloge elektrode. Za kisele, rutilne i oksidne

obloge najčešće mogu da se koriste naizmjenična ili jednosmjerna struja direktne polarnosti (JSDP)(minus pol na elektrodi), dok se kod baznih, po pravilu, koristi jednosmjerna struja indirektne polarnosti (JSIP)(plus pol na elektrodi). Zavisnost oblika šava od vrste struje prikazana je na sl. 48, gde se vidi da je dubina uvarivanja najveća za JSIP, a najmanja za JSDP, uticaj na nadvišenje je obrnut, a na širinu šava zanemarljiv. Pogrešan izbor vrste i polariteta struje dovodi do grešaka tipa poroznosti, nestabilnog električnog luka i većeg razbrizgavanja dodatnog metala tokom zavarivanja.

JSIP NS JSDP

Slika 48. Zavisnost oblika šava od vrste i polariteta struje [8]

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. 49. Suviše velika jačina struja daje grubozrnu strukturu metala šava i po-većava sagorijevanje legirajućih elemenata, a nedovoljna jačina struja malu dubinu uvariva-nja i slabu vezu šava i osnovnog metala. U oba slučaju česta je pojava troske u očvrslom metalu šava, kao posljedica turbulencije rastopa i njenog povlačenja u dubinu kod suviše jake struje, odnosno lijepljenja za stranice žlijeba kod suviše slabe struje. Stoga je pravilan izbor jačine struje od presudnog značaja za dobijanje kvalitetnog spoja. Pri zavarivanju u prinudnim položajima jačina struje se smanjuje za oko 20%, dok se za visokoproduktivne elektrode koristi jača struja.

⎯⎯→ I Slika 49. Zavisnost oblika šava od jačine struje [8]


- 50 -

Povećanjem prečnika elektrode povećava se odvođenje toplote i smanjuje gustina struje, što sužava šav i povećava dubinu uvarivanja, sl. 50.

⎯⎯→ de Slika 50. Zavisnost oblika šava od prečnika elektrode [8]

Povećanjem brzine zavarivanja smanjuje se količina rastopljenog dodatnog i osnovnog metala, što utiče na dimenzije šava tako da se širina šava smanjuje, dubina uvarivanja raste do neke vrijednosti, pa onda opada, a nadvišenje prvo opada, pa raste, sl. 51. Nedovoljna brzina zavarivanja uslovljava greške tipa naljepljivanja i uključaka troske, a prebrzo zavarivanje daje preveliko nadvišenje šava.

⎯⎯→ v Slika 51. Uticaj brzine zavarivanja na oblik šava [8]

Napon luka ima mali uticaj na oblik šava, posebno ako se ima u vidu mali raspon pro-mjene kod E postupka, 22-32 V. Povećanjem napona luka povećava se širina šava, a pro-mjene dubine uvarivanja i nadvišenja su neznatne.

Povećanjem dužine luka povećava se širina šava, a dubina uvarivanja i nadvišenje sma-njuju, sl. 52. Suviše kratak luk "uranja" u rastop, povećavajući turbulenciju tečnog metala koji "bježi" prema nezagrijanim površinama žlijeba, što daje loš kvalitet spoja sa greškama tipa naljepljivanja i uključaka troske. S druge strane, predugačak luk je nestabilan i rasprskava dodatni metal.

Treba imati u vidu i uticaj vrste obloge na izbor dužine luka. Kod kiselih i rutilnih obloga preporučuje se dužina približno jednaka prečniku elektrode, a kod baznih obloga i kod elektroda od obojenih metala preporučuje se dvostruko manja dužina, uglavnom radi bolje zaštite metalne kupke.

Slika 52. Zavisnost oblika šava od dužine luka

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 90o, odnosno kada je elektroda upravna na površinu zavarivanja, sl. 53. Izbor


- 51 -

nagiba elektrode zavisi od osnovnog materijala, obloge elektrode, položaja zavarivanja i vrste spoja.

Slika 53. Uticaj nagiba elektrode na oblik šava

2.3.5.1 Tehnika zavarivanja

Uspostavljanje električnog luka je osim dodirom i odmicanjem (sl. 54a), moguće i povlačenjem vrha elektrode, uz prelazak na potrebno rastojanje (sl. 54b). 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.

a) b) Slika 54. Uspostavljanje luka (a) primicanje-odmicanje (b) povlačenje

Prekidanje električnog luka je najbolje izvesti povlačenjem elektrode unazad (sl. 55b) na očvrslu trosku i udaljavanjem nakon toga. Pri direktnom podizanju elektrode (sl. 55a) može da nastane greška u šavu tipa poroznosti.

a) b) Slika 55. Prekidanje električnog luka a) nepravilno; b) pravilno

Posebnu pažnju treba posvetiti nastavku prekinutog šava, s obzirom na krater koji može pri prekidu da nastane na kraju zavara. Da bi se izbjeglo popunjavanje kratera "na hladno", primjenjuju se posebne tehnike, zavisno od vrste zavara (korjeni ili popuna), kao što je u dvije projekcije prikazano na sl. 56. U prvom slučaju (korjeni zavar - sl. 56a), luk se uspostavlja na 15 do 20 mm od kraja zavara, na već izvedenom korjenom zavaru, poslije čega se prelazi u korjen, radi popune žlijeba. U drugom slučaju (zavar popune - sl. 56b), luk


- 52 -

se uspostavlja na donjem dijelu (prethodni zavar) ili na stranici žlijeba, zatim se vraća nazad na aktuelni zavar i tek onda se nastavlja sa daljom popunom žlijeba.

a) korjeni zavar

b) zavar popune Slika 56. Nastavljanje zavarivanja

Često se kod izvođenja E postupka koristi tzv. njihanje elektrode, tj. popunjavanje žlijeba njenim poprečnim kretanjem (a ne samo podužnim), sl. 57.

Slika 57. Prikaz osnovnih načina njihanja elektrode


- 53 -

2.4 MAG/MIG POSTUPAK-ELEKTROLUČNO ZAVARIVANJE TOPLJIVOM

ELEKTRODNOM ŽICOM U ZAŠTITI GASA Elektrolučno zavarivanje topljivom elektrodnom žicom u zaštiti gasa je postupak spa-

janja metala topljenjem i očvršćavanjem dijela osnovnog metala i dodatnog metala (elek-trodna žica) pri čemu se za zaštitu rastopljenog metala koriste inertni i aktivni gasovi, ili njihove mješavine. Elektrolučno zavarivanje topljivom elektrodnom žicom u zaštiti gasa je šematski prikazano na sl. 58. U zavisnosti od vrste zaštitnog gasa elektrolučno zavarivanje topljivom elektrodom se skraćeno obeležava kao MAG (Metal Aktivni Gas) ili MIG (Metal Inertni Gas), pri čemu se kod MAG postupka kao zaštita koristi CO2 (ugljen dioksid) ili mješavina gasova koja se ponaša kao aktivni gas, a kod MIG postupka Ar, He (argon, helijum) ili mješavina gasova koja se ponaša kao inertni gas.

Slika 58. Elektrolučno zavarivanje topljivom elektrodom u zaštiti gasa [4]

• Prednosti postupka su: – univerzalna primjena sa tačke gledišta osnovnog materijala, – velika brzina topljenja, – velika brzina zavarivanja, – relativno jednostavna obuka zavarivača (za nelegirane i niskolegirane čelike), – jednostavna mehanizacija postupka, – primjenljiv u prinudnim položajima, – mali investicioni troškovi (za standardnu varijantu). • Mane postupka su: – opasnost od grešaka u početku zavarivanja, – opasnost od grešaka pri sporom zavarivanju, zbog isticanja tečnog metala ispred električ-

nog luka, – relativno komplikovana obuka zavarivača (za visokolegirane čelike i obojene metale), – teškoće pri zavarivanju na otvorenom (strujanje vazduha).

Danas približno 60% svetske potrošnje dodatnog materijala otpada na elektrodne žice za MIG-MAG. Osnovna primjena - metalna industrija, metalne konstrukcije, brodovi, posude pod pritiskom, motorna vozila.


- 54 -

2.4.1 Prenos dodatnog materijala

Osnovni načini prenosa dodatnog materijala su prenos u mlazu, kratkospojeni prenos i prenos u krupnim kapima, sl. 59. Osim njih, u novije vrijeme je razvijen čitav niz novih načina prenosa dodatnog materijala, od kojih je najpoznatiji impulsni, rotirajući, STT prenos.

Prenos u mlazu je moguće postići strujom jačine veće od neke granične vrijednosti, i to prvenstveno u zaštiti Ar (ili He), jer se u zaštiti CO2 dodatni materijal rasprskava (kod čelika je potrebno bar 80% Ar u smješi, a kod neželjeznih materijala čist Ar). Prenos u mlazu je pogodan za zavarivanje debljih limova, jer koristi velike jačine struje.

Slika 59. Načini prenosa dodatnog materijala: a) prenos u mlazu; b) prenos krupnim kapima u dugom luku: b1 - formiranje kapi, b2-ekscentrično potisnuta kap; c) kratkospojeni prenos: c1-formiranje kapi, c2-prenos kapi [8]

Kratkospojeni prenos se postiže primjenom najmanjih jačina struje i najmanjih preč-nika žice. Na ovaj način se dobijaju zavari malog presjeka, koji se brzo hlade, što je pogodno za spajanje tankih limova. Osim toga, kratkospojeni prenos je pogodan za spajanje većih otvora žlijeba, i za spojeve kod kojih se zahtjevaju što manje deformaci-je, jer se ovakvim lukom unosi mala količina toplote.

Prenos u krupnim kapima je po svim karakteristikama između prethodna dva. Ovakav

prenos dodatnog materijala se javlja prvenstveno pri upotrebi CO2, a jačina struje i napon luka čine "međuoblast" u odnosu na prethodna dva načina prenosa. Kvalitet spoja je po pravilu lošiji zbog nedovoljnog uvarivanja.

Najveći uticaj na način prenosa dodatnog materijala imaju parametri struje (vrsta i ja-

čina, karakteristika izvora), zaštitni gas, sastav dodatnog materijala i slobodna dužina elektrodne žice. Povećanjem jačine struje prenos dodatnog materijala se mijenja od kratkospojenog do prenosa u mlazu, ali samo sa Ar kao zaštitnim gasom. Pri tom treba imati u vidu da struja suviše velike jačine, u kombinaciji sa povećanom dužinom slobodnog kraja elektrodne žice, može da proizvede rotaciju rastopljenog dodatnog materijala i njegovo skretanje van metalne kupke sl. 60, što ograničava izbor jačine struje.


- 55 -

a) δ=15mm, I=280A b) δ=40mm, I=280A c) δ=40mm, I=450A d) δ=60mm, I=280A Slika 60. Uticaj jačine struje (I) i slobodne dužine elektrodne žice (δ) na način prenosa [4]

U slučaju zaštite Ar, prenos u mlazu može da se postigne dovoljnom jačinom struje,

koja zavisi od prečnika elektrodne žice. Uticaj jačine struje je sličan i kod ostalih zaštitnih gasova, ali zavisi i od drugih faktora. Od svih zaštitnih gasova samo Ar, pri dovoljnoj jačini struje, garantuje prenos u mlazu. Helijum, iako inertan kao i Ar, po pravilu daje prenos u krupnim kapima, nezavisno od jačine i vrste struje. S druge strane, He obezbjeđuje veću dubinu uvarivanja od Ar, a prenos u mlazu može da se postigne dodavanjem bar 20% Ar, što ujedno znatno smanjuje eksplozivnost He i daje značajnu praktičnu primjenu ovakvim mješavinama. Prenos u mlazu je kod MAG postupka moguće postići samo indirektnom polarnošću koja se najčešće i koristi (+ pol na žici), i to ako su ispunjeni još neki uslovi (npr. dodatak natrijuma i cezijuma u zaštitnom premazu elektrodne žice). Očigledno je da aktivni gasovi, CO2 i N2 (azot), imaju sličan uticaj na prenos dodatnog metala kao He, uz dodatne probleme, posebno kod direktne polarnosti.

Pri zavarivanju čelika inertni gasovi pokazuju izvjesne mane kada je prenos dodatnog metala u pitanju (skretanje luka van ose, rasprskavanje dodatnog metala), što može da se smanji ili otkloni dodatkom O2, ili drugih aktivnih gasova, npr. CO2, koji smanjuju površinski napon kapi dodatnog metala. Pozitivni efekti dodavanja O2 i CO2 su primetni i u vrlo malim količinama, ali su u praksi najčešće mešavine sa 1-5% O2 i do 20% CO2. U slučaju mješavine Ar sa više od 25% CO2 situacija je različita. CO2 disocira na ≈3000°C, toplotna i elektroprovodljivost na toj temperaturi mu je veoma dobra. Za provođenje struje dovoljna je mala užarena tačka na vrhu žice. Toplota se prenosi samo u toj tački na vrhu žice. Slobodni kraj žice je znatno zagrijaniji od udaljenih djelova žice, pa je prenos dodatnog metala nepravilan, često u kratkom spoju, sa velikim rasprskavanjem.

Osim ova tri načina prenosa dodatnog metala, sve veću primjenu ima impulsni pre-

nos, koji po kvalitetu može da dostigne TIG zavarivanje. Osnovna odlika ovog načina pre-nosa je mogućnost regulisanja veličine kapi u zavisnosti od učestalosti (frekvencije) kapanja. Luk je bez kratkog spoja i ostvaruje se impulsnom strujom iz pomoćnog izvora. Učestalost impulsa, a time i broj kapi u određenom vremenskom periodu, može da se podešava. Iskustvo je pokazalo da optimalna učestalost impulsa odgovara učestalosti gradske mreže od 50 Hz, a u praksi se koriste učestalosti u opsegu 20-120 Hz. Izvor struje treba da obezbjedi dva nivoa jačine struje, osnovni nivo, koji treba da bude dovoljno nizak da onemogući prenos u mlazu, i pulsirajući nivo sl. 61, koji je znatno iznad nivoa potrebnog za prenos. Stoga se u jednom ciklusu prenese samo jedna kap, a kako je moguće podesiti vremenski period ciklusa i jačinu struje, time je omogućeno dobijanje potrebnog kvaliteta spoja. Koristeći opisani princip u novije vrijeme je razvijeno nekoliko modifikovanih varijanti impulsnog prenosa, posebno u slučaju primjene invertorskog


- 56 -

izvora struje, koji postaju dominantni u primjeni MAG/MIG postupka, jer daju najbolji kvalitet zavarenog spoja.

⎯→vreme Slika 61. Karakteristika struje pulsirajućeg prenosa

Primjena načina prenosa dodatnog materijala (vrste luka)

• Kratak luk – tanki limovi, prinudni položaji, korjeni prolaz pri maloj jačini struje. Prenos metala kroz luk - u kratkom spoju sa malim brojem kapi, sl. 62. Frekvencija kratkog spoja 20 do 120 Hz.

Slika 62

• Srednji luk - za limove srednje debljine - u mješavinama na bazi Ar, srednja jačina struje. Prenos u velikim kapima, ali sa manjim rasprskavanjem nego kod dugog luka u CO2. Preporuka: izbjegavati!

• Dugi luk - za debele ploče, velike jačine struje, zaštita CO2. Prenos u velikim kapima, sa rasprskavanjem. Preporuka: izbjegavati!

• Luk sa prenosom u mlazu sl. 63. - za debele limove, velike jačine struje , Ar ili mješa-vina na bazi Ar. Prenos u sitnim kapljicama (mlaz), bez kratkog spoja, vrlo malo ras-prskavanje.

• Rotirajući luk sl. 64.- vrlo velike debljine, vrlo velike jačine struje, spec. mješavine Ar i He. • Impulsni luk sl.65. - opšte, za svaku jačinu struje, mešavina na bazi Ar (ne može CO2).

Prenos metala bez kratkog spoja, kontrolisana veličina kapi i učestalost. Najmanje moguće rasprskavanje.


- 57 -

Slika 63. Prenos u mlazu Slika 64. Rotirajući luk Slika 65. Impulsni luk

2.4.2 Zaštitni gasovi Kao zaštitni gasovi najčešće se koriste: argon, helijum, ugljen-dioksid, azot, te

kiseonik i vodonik (u manjim količinama) u mješavinama. Najčešće korišćeni zaštitni gasovi, prema EN 439, i njihove mješavine prikazani su tab. 12, zajedno sa podacima o ponašanju, primjeni i svojstvima. Uticaji nekih zaštitnih gasova na tehnološke karakteristike postupka date su u tab. 13.

Tabela 12. Zaštitni gasovi i njihove smješe - primjena i svojstva gas simbol ponašanje primjena karakteristika luka

Ar (99,998%) I1 inertno svi metali, osim čelika najveća stabilnost He (99,99%) I2 inertno Al, Mg, Cu povećana toplotna moć

Ar+(25÷75%)He I3 inertno Al, Mg, Cu između I1 i I2 N2 (99,9%) aktivno Cu povećana toplotna moć

Ar+(25÷30%)N2 inertno Al, Mg, Cu povećana toplotna moć Ar+2,5%CO2 M1-1 prakt. inertno visokolegirani Cr-Ni čelici prenos u mlazu Ar+(1÷3%)O2 M1-2 prakt. inertno visokolegirani Cr-Ni čelici prenos u mlazu Ar+(4÷8%)O2 M2-3 oksidirajuće ugljenični i niskoleg. čelici prenos u mlazu Ar+(1÷15%)H2 R2 redukujuće visokolegirani čelici, Ni velika dubina uvarivanja CO2 (99,9%) C oksidirajuće ugljenični i niskoleg. čelici moguće rasprskavanje

Ar+(26÷40%)CO2 M3-1 oksidirajuće ugljenični i niskoleg. čelici moguće rasprskavanje Ar+6÷13%CO2+3÷5%O2 M3-2 oksidirajuće ugljenični i niskoleg. čelici malo rasprskavanje

CO2+20%O2 oksidirajuće ugljenični čelici moguće rasprskavanje TIME Gas: 26.5% He, 8% CO2, 0,5 % O2, Ar ostatak

Primjena aktivnih gasova zahtjeva posebnu pažnju zbog pojave oksidacije. Ova poja-

va, koja je i inače karakteristična za konvencionalne postupke zavarivanja, je posebno izražena kada se CO2 koristi kao zaštitni gas, jer se tada odigrava sljedeća hemijska reak-cija:


- 58 -

2CO2⇔2CO+O2 Smjer ove reakcije zavisi prvenstveno od temperature tako što se na višim tempera-

turama odvija disocijacija (razlaganje gasa), a na nižim temperaturama asocijacija (spajanje gasova). Zbog toga sastav gasne smješe zavisi od temperature sl. 66., tako da ispod 1600°C postoji jedino CO2, a sa porastom temperature se povećava udio CO i O2, tako da na 3800°C ostaje svega 7% CO2, uz 62% CO i 31% O2. Stoga je oksidacija daleko najizra-ženija u središnjem dijelu električnog luka, gde je temperatura najviša, a najmanje izražena na površini metalne kupke, gde je temperatura znatno niža. Prema tome osnovni problem kod MAG postupka je kako smanjiti oksidaciju kapi dodatnog metala tokom njihovog prenosa kroz električni luk.

Tabela 13. Zaštitni gasovi i njihove smješe - tehnološke karakteristike Karakteristika Ar/CO2 Ar/O2 CO2

Dubina uvarivanja Normalni položaj Prinudni položaj

Dobra, sigurnija zaštita sa povećanjem % CO2

Dobra, može da postane kritična zbog curenja ispred metalne kupke povećane tečljivosti

Dobra, sigurna

Termičko opterećenje

pištolja smanjuje se sa povećanjem % CO2

Veliko malo (zbog dobre termičke provodnosti)

Brzina oksidacije Raste sa većim % CO2 Velika (specijalno pri 8% O2)

Velika

Poroznost Opada sa većim % CO2

Velika Mala

Rasprskavanje Raste sa većim % CO2 Bez rasprskavanja Najveće, raste sa povećanjem snage luka

Uvedena toplota

Raste sa povećanjem % CO2, manjom brzinom hlađenja, smanjuje se opasnost od prslina

Najveća, velika brzina hlađenja, opasnost od prslina

Velika, Mala brzina hlađenja, Mala opasnost od prslina

Mehaničke i tehnološke karakteristike

Dobre, srednje pri CO2 >30%

Dobre, srednje pri CO2 >12 Srednje

Mogućnosti popune zazora u korjenu

Raste sa smanjenjem %CO2

dobra Manja nego kod mešavina gasova

Prenos materijala kroz luk

Kratak luk Srednji luk Impulsno (CO2<20%) Rotirajući luk

Kratak luk Srednji luk U mlazu Impulsno Rotirajući luk

Kratak luk Dugi luk

0C Slika 66. Sastav gasne smješe kod MAG postupka [8]

S

asta

v sm

ješe

%


- 59 -

Argon je inertan gas, bez boje, mirisa i ukusa. Iako nije otrovan, treba imati u vidu da Ar u zatvorenoj prostoriji može da smanji koncentraciju kiseonika. Argon je stan-dardizovan, gde je propisan kvalitet, upotreba, metoda ispitivanja i način isporuke. Argon se proizvodi u četiri kvaliteta, zavisno od čistoće: A (najmanje 99,999% Ar), B (99,99% Ar), C (99,96% Ar) i D (85% Ar). Za zavarivanje se koristi Ar kvaliteta C, a za specijalne slučajeve kvaliteta B. Argon se isporučuje u čeličnim bocama označenim žutom bojom, zapremine 40 l i pritiska do 200 bara, pri čemu u bocu staje 6 Nm3, odnosno 10 kg argona. Boce sa Ar se ne prazne do kraja, već se uvjek ostavlja dovoljan natpritisak da se sprječi prodiranje vazduha u bocu.

Ugljendioksid je gas bez boje i mirisa, kiselkastog ukusa. Do koncentracije 2,5% CO2

nije opasan za udisanje (kraće vrijeme), ali u većoj koncentraciji ili pri dugotrajnijem dej-stvu može da bude štetan. Ugljendioksid je standardizovan, skladišti se u čeličnim bocama, označenim tamnosivom bojom, zapremine 40 l i pritiska od 70-100 bara, tako da u svaku bocu staje 15 Nm3, odnosno 30 kg CO2. Standardom su definisana tri kvaliteta CO2: tehnički, čisti i čvrsti (suvi led). U zavarivanju se primjenjuje čisti CO2 najmanje koncentracije 99,8%.

2.4.3 Žica za zavarivanje Elektrodne žice se proizvode u koturovima mase 1 - 100 kg u nizu prečnika od 0,8 do

1,6 mm sa korakom 0,4 mm, a izuzetno 2,4 i 3,2 mm, pri čemu se žice manjeg prečnika (do 1,2 mm) obično koriste za prenos krupnim kapima, a žice većeg prečnika (preko 1,2 mm) za prenos u mlazu i impulsni prenos. U industriji motornih vozila se koristi još i žica φ 0,9.

U slučaju zavarivanja čelika elektrodna žica treba da ima povećan sadržaj Si i Mn u cilju dezoksidacije metala šava i nadoknade sagorjelih elemenata u osnovnom materijalu. U cilju sprječavanja nastanka poroznosti u metalu šava i zakaljenja, sadržaj ugljenika je og-raničen na 0,12%. Pri izboru dodatnog materijala treba uzeti u obzir hemijski sastav i mehanička svojstva osnovnog materijala, stanje i čistoću osnovnog materijala, položaj zavarivanja i oblik prenosa dodatnog materijala.

Elektrodne žice za zavarivanje i navarivanje standardizovane su po EN 440.

2.4.4 Izvori struje i uređaji za zavarivanje Uređaj za zavarivanje se sastoji od komponenti: Izvor struje, uređaj za dotur (dovod)

žice, električni kablovi i gorionik, komandni sistem za zaštitne gasove, rashladni sistem,opšti komandni sistem , boca sa zaštitnim gasom


- 60 -

Slika 67. Šema uređaja za elektrolučno zavarivanje topljivom elektrodom u zaštiti gasa

Gorionik se sastoji od kontaktne vođice, mlaznice za zaštitni gas i elemenata za fiksiranje, sl. 68. Tokom rada, temperatura može da dostigne 700oC (čak i pri kratkotrajnom zavarivanju), usljed čega se na gasnoj mlaznici lijepi troska. Da bi se to spriječilo, posebno kod većih jačina struje, koriste se gorionici hlađeni vodom. Pri tome treba voditi računa o sljedećem: • gasovi bogati Ar termički više opterećuju gorionik u odnosu na CO2 , • prečnik kontaktne vođice da bude veći za 0,2 mm (za čelik), tj. 0,5 mm (za Al) od

prečnika žice, • kontaktne vođice treba da budu od E-Cu, CuCr ili CuCrZr. Zamjena kontaktne vođice

zbog habanja pri zameni kotura žice (≈15 kg) se smatra normalnom. Izbor materijala kontaktne vođice zavisi od primjene - E-Cu ima najbolju elektroprovodnost, ali se brzo habaju, dok je situacija obrnuta kod pomenutih legura,

• ako treba smanjiti trenje između kontaktne vođice i žice da bi se obezbjedilo nesmetano klizanje, odnosno dotur žice, preporučuje se korišćenje teflonskog umetka,

• dužina paketa crijeva (kablovi za struju, gas i rashladnu vodu) treba da bude što manja.

Slika 68. Gorionici za MIG/MAG postupak [8]


- 61 -

Za elektrolučno zavarivanje topljivom elektrodnom žicom u zaštiti gasa koriste se iz-vori struje sa ravnom ili blagopadajućom spoljnom statičkom karakteristikom da bi se is-koristio efekt samoregulacije dužine luka, sl. 69. Naime, ako se dužina luka poveća tako da se karakteristike luka mijenjaju od 1 do 3, sl. 69, značajno se smanjuje jačina struje, što je na sl. 69 označeno sa I1 do I3. Usljed 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. 69), jačina struje raste od I3 do I1, pa se dužina luka povećava. Prema tome dužina luka se vraća na početnu vrijednost, što se naziva efektom samoregulacije.

Osim navedene statičke karakteristike, izvori struje za MAG/MIG postupak treba da obezbijede i bolju dinamičku karakteristike u odnosu na izvore struje za E postupak, posebno u slučaju kratkospojenog prenosa dodatnog materijala. Tako npr. da bi se usporila promjena jačine struje poslije kratkog spoja u strujno kolo se ubacuje indukcioni kalem, koji proizvodi efekt prikazan na sl. 70, čime se popravlja kvalitet zavarenih spojeva.

I3 I2 I1 I (A)

Slika 69. Efekt samoregulacije

Slika 70. Uticaj prigušnice na jačinu struje Za elektrolučno zavarivanje topljivom elektrodom u zaštiti gasa po pravilu se koristi

jednosmerna struja indirektne polarnosti (+ pol na žici) jer daje stabilan luk, ravnomjeran prenos dodatnog materijala (po potrebi prenos u mlazu, čak i pri korišćenju aktivnih zaštitnih gasova) sa malim gubicima usljed rasprskavanja i dobre karakteristike spoja u širokom opsegu jačine struje. Direktna polarnost se koristi ukoliko je neophodno dobiti što manje uvarivanje, npr. kod tankih limova, ali se njena primjena izbjegava zbog smanjene stabilnosti luka. Naizmenična struja se ne koristi zbog značajno smanjene stabilnosti luka.

Dovod žice obezbjeđuje poseban uređaj, sl. 71. Postoje različiti sistemi dovođenja žice, sl. 72. Kabinski sistem se primjenjuje kod nepokretnog radnog mjesta, jer su i kotur žice i po-gonski mehanizam smješteni u kućište izvora struje, sl. 72a. Kod univerzalnog sistema cijeli uređaj za dovod žice se nalazi van kućišta, što omogućava rad na promjenljivim radnim mjestima i na velikim radnim komadima, sl. 72b. Tandemski uređaj ima dva pogonska mehanizma, jedan u kućištu izvora struje direktno do kotura žice, a drugi u blizini radnog mesta, sl. 72c, što takođe omogućava rad na promjenljivim radnim mjestima i na velikim i nepristupačnim radnim komadima. Uređaj tipa ″push-pull″ takođe ima dva pogonska me-hanizma, jedan u kućištu kao kod tandemskog uređaja, dok je drugi pogon u gorioniku, tako da vuče (″pull″) žicu umesto da je gura (″push″), sl. 72d. Ovaj uređaj je pogodan za zavariva-nje na nepristupačnim mjestima, gde bi kotur žice smetao, a traži se pouzdano vođenje žice na veće udaljenosti. Uobičajene radne daljine pojedinih sistema su naznačene na sl. 72 a-d.


- 62 -

Slika 71. Šema dovođenja žice: 1 - kotur sa žicom, 2 - izlazna vođica, 3 - valjci za usmeravanje žice, 4 - pogonski valjci, 5 - pritisni valjak, 6 - ulazna vođica

Slika 72. Sistemi dovođenja žice: A) kabinski, B) univerzalni, C) tandemski, D) ″push-pull″ [4]

Od posebnog značaja kod punjene žice i drugih “mekših” žica (obojeni metali) je

primjena pogonskog mehanizma sa 4 točkića, umjesto 2, jer se time obezbjeđuje dotur žice manjim pritiskom, ravnomjerno raspoređenim na 2 para točkića. Takođe je bitan oblik površine točkića na koji žica naliježe - dok je kod “tvrdih” žica uobičajeni profil “V”, dotle kod “mekih” žica ova površina mora da bude profilisana, npr. u obliku “∪”.

Treba imati u vidu da je pravilan izbor kontaktne vođice i mehanizma za dotur žice od presudnog značaja za kvalitetno MIG/MAG zavarivanje, posebno kada se koristi punjena žica ili puna žica od objenih metala i legura aluminijuma.


- 63 -

2.4.5 Tehnologija zavarivanja Osnovni parametri elektrolučnog zavarivanja topljivom elektrodnom žicom u zaštiti

gasa su vrsta i jačina struje, napon luka, brzina dotura žice, prečnik žice, dužina slobodnog dijela i nagib žice za zavarivanje, položaj zavarivanja, vrsta i protok zaštitnog gasa.

Vrsta i jačina struje imaju značajan uticaj na dimenzije šava, kao što je objašnjeno kod E postupka. Pri ostalim konstantnim parametrima, zavisnost brzine topljenja elektrodne žice i jačine struje je linearna za manje vrjednosti jačine struje, a pri većim vrijednostima jačine struje, posebno kod manjih prečnika žice, zavisnost postaje nelinearna, sl. 73. Uzrok tome je zagrijavanje slobodnog kraja žice električnim otporom. Kao kod E postupka, za konstantnu brzinu dovođenja, žice većeg prečnika zahtjevaju jaču struju, s tim da je kod MAG/MIG postupka nelinearnost te zavisnosti izraženija. Tako je npr. za brzinu dovođenja žice od 5 m/min potrebna jačina struje 85 A za prečnik žice 0,8 mm, odnosno 325 A za prečnik žice 1,6 mm.

Slobodni kraj žice mora da bude u određenim granicama jer njegova prevelika dužina uslovljava višak dodatnog materijala i nedovoljnu količinu toplote za njegovo topljenje, što daje plitko uvarivanje i nepovoljan oblik šava, a s druge strane, smanjenjem njegove dužine luk postaje nestabilan. Treba uočiti da se sa povećanjem dužine slobodnog kraja žice povećava njen električni otpor i stepen zagrijavanja, pa je slabija struja potrebna za topljenje žice. Iskustvo pokazuje da je za kratkospojeni prenos potreban slobodni kraj dužine 6 do 12,5 mm, a za ostale načine prenosa 12,5 do 25 mm. Osim slobodnog kraja žice, i odstojanje mlaznice za gas od osnovnog materijala bitno utiče na zavarivanje. S jedne strane, odstojanje mlaznice treba da bude što manja da bi zaštita gasom bila što efikasnija, a s druge strane, suviše malo odstojanje izlaže mlaznicu prevelikoj toploti i smanjuje zavarivaču mogućnost vizuelne kontrole zone zavarivanja. Slobodni kraj žice, kao i odstojanje vođice i mlaznice od osnovnog materijala su prikazani na sl. 74.

U zavisnosti od jačine struje razlikuju se tri međusobno zavisna položaja slobodnog kraja žice i mlaznice za gas: - slobodni kraj žice manji od odstojanja mlaznice, za jačine struje 50-150 A, sl. 75a - slobodni kraj žice jednak odstojanja mlaznice, za jačine struje 150-350 A, sl. 75b - slobodni kraj žice veći od odstojanja mlaznice, za jačine struje iznad 350 A, sl. 75c.

U cjelini gledano, sa povećanjem jačine struje značajno se povećava slobodni kraj žice, a u manjoj mjeri i udaljenost mlaznice.

vž (m/min)

I(A) Slika 73. Zavisnost brzine dovođenja elektrodne žice vž i jačine struje I

Slika 74. Karakteristični položaji

slobodnog kraja žice i mlaznice za gas


- 64 -

Slika 75. Karakteristični položaji slobodnog kraja žice i mlaznice za gas

Napon luka utiče bitno na kvalitet zavarenog spoja, jer promjenom njegove vrjednosti može da se utiče na način prenosa dodatnog materijala i u manjoj mjeri na dimenzije šava (na isti način kao kod E postupka). Uticaj napona na prenos dodatnog metala je prikazan u tab. 14, gde su date tipične vrijednosti napona koje se koriste za zavarivanje različitih metala u zavisnosti od vrste zaštitnog gasa.

Uticaj brzine zavarivanja je isti kao kod E postupka. Brzina zavarivanja se bira prvenstveno u zavisnosti od jačine struje proporcionalno njenoj vrijednosti, da bi se održala zadana vrijednost pogonske energije i položaja zavarivanja (manja brzina zavarivanja za prinudne položaje, pod uslovom da je i jačina struje manja).

Položaj gorionika ima veliki uticaj na oblik šava. Tako npr. nagib elektrodne žice u od-nosu na vertikalu bitno mijenja oblik šava od širokog i plitkog (nagib u smjeru zavarivanja, tj. tehnika zavarivanja unaprijed) do uskog i dubokog (nagib suprotan smjeru zavarivanja, tj. tehnika zavarivanja unazad), sl. 76.

Tablica 14. Tipične vrednosti napona luka za zavarivanje u zaštiti gasa

Napon (V)

Metal Prenos krupnim kapima

prečnik elektrode 1.6 mm Kratkospojeni prenos

prečnik elektrode 0.8 mm Ar He 25% Ar-

75% HeAr-O2

1-5%O2

CO2 Ar Ar-O2 1-5%O2

75% Ar-25%CO2

CO2

Aluminijum 25 30 29 - - 19 - - - Ugljenični čelik - - - 28 30 17 18 19 20 Niskoleg. čelik - - - 28 30 17 18 19 20 Nerđajući čelik 24 - - 26 - 18 19 21 -

Nikal 26 30 28 - - 22 - - - Bakar 30 36 33 - - 24 22 - -

Maksimalna dubina uvarivanja se postiže tehnikom zavarivanja unazad. Osim toga, tehnika zavarivanja unazad daje stabilniji luk, manju poroznost šava i manje rasprskavanje dodatnog materijala. S druge strane, rukovanje gorionikom i kontrola metalne kupke su jednostavniji pri zavarivanju unaprijed, koje stoga ima prednost kod tankih limova i korje-nih zavara. Prema prečniku elektrodne žice bira se jačina struje, jer je u slučaju nedovoljne jačine struje, odnosno prevelikog prečnika elektrodne žice njeno topljenje nedovoljno, a u obrnutom slučaju tipične pojave su rasprskavanje, poroznost i nepravilna geometrija šava. Prema tome, gustina struje, definisana kao količnik jačine struje i prečnika elektrode, odre-


- 65 -

đuje dimenzije šava na sledeći način: veća dubina uvarivanja i manja širina šava se dobija većom gustinom struje (ili veća jačina struje za isti prečnik ili manji prečnik za istu jačinu struje). Prenos dodatnog materijala u mlazu i krupnim kapima se po pravilu primjenjuju za zavarivanje u horizontalnom položaju, dok se kratkospojeni i pulsirajući prenos koriste u svim položajima. Za zavarivanje u vertikalnom i nadglavnom položaju koriste se žice ma-njeg prečnika, kao i kratkospojeni ili pulsirajući prenos dodatnog materijala, jer se time pojačavaju dejstva elektrodinamičke sile i površinskog napona, što omogućava savlađa-vanje dejstva gravitacije.

smjer zavarivanja

Tehnika zavarivanja Gorionik Tehnika zavarivanja unaprijed vertikalan unazad

Slika 76. Uticaj nagiba gorionika na oblik šava

Uticaj vrste zaštitnog gasa na oblik šava je dat na sl. 77. Osim vrste zaštitnih gasova

bitan je i uticaj njihovog protoka koji zavisi od vrste spoja, položaja i brzine zavarivanja, oblika i dimenzija žljeba, jačine struje, napona luka i prečnika žice. Pri određivanju potroš-nje zaštitnog gasa, treba imati u vidu da u slučaju nedovoljne količine okolni gasovi mogu da prodru u metalnu kupku, a u slučaju prevelike količine i brzine strujanja nastaje turbulencija sa istim posledicama.

Slika 77. Uticaj vrste zaštitnog gasa na oblik šava

Pri zavarivanju u zaštiti gasa treba imati u vidu strujanje okolnog vazduha, koje ne smije da bude takvo da ometa dejstvo zaštitnog gasa. Posebno pri radu na otvorenom po-trebno je predvidjeti dovoljno dobar zaklon od vjetra i prinudnog strujanja vazduha.


- 66 -

2.4.6 Tehnika zavarivanja Kretanje vrha žice kod višeprolaznog zavarivanja u horizontalnom položaju je

prikazano na sl. 78, tako što je korjeni prolaz dat na sl. 78a, prolaz popune na sl. 78b, a pokrivni prolaz na sl. 78c. Gorionik se po pravilu vodi tehikom unazad, nagnut do 25° u odnosu na vertikalu, sem kod tankih limova, kada se koristi tehnika unaprijed.

Kada se zavarivanje završi i isključi struja, gorionik se drži nad metalnom kupkom još 5-10 s, da bi se obezbijedila zaštita metala šava. Kod odgovornih konstrukcija luk treba prekinuti na pomoćnoj izlaznoj pločici, a ne na metalu šava. Greške pri MIG/MAG zavarivanju su date u tab. 15 i prikazane na sl. 79.

Slika 78. Kretanje vrha žice pri horizontalnom zavarivanju - sučeoni spoj

a) b)

c) d)

e)


- 67 -

f ) g )

Slika 79. Greške pri MIG/MAG zavarivanju [8]

Tabela 15. Greške pri MIG/MAG zavarivanju Greška Uzrok Tehnološka greška Slika

a. Pogrešna priprema žlijeba mali ugao otvora

mali otvor ili velika visina otvora veliko smaknuće strana

79a

b. Teško uspostavljanje luka nisu korišćene tehnološke probe loša priprema stranica nedovoljno preklapanje zavara

79b

c. Mala snaga luka mali napon ili mala jačina struje velika brzina zavarivanja velika slobodna dužina žice

79c

d. Isticanje metalne kupke ispred luka snaga luka i zapremina kupke veliki mala brzina zavarivanja ugao nagiba žice veliki

79d

Ned

ovol

jno

vezi

vanj

e

e. Pogrešan položaj elektrode velika slobodna dužina kontaktna mlaznica velika pogrešan redosled polaganja zavara

79e

a. Gorionik defektan velika slobodna dužina kontaktna mlaznica deformisana curenje u rashladnom crevu kontantna mlaznica zaprljana

79f

b. Pogrešan položaj pištolja veliki ugao veliko rastojanje mlaznica-radni komad

79g

c. Brzo strujanje vazduha d. Magnetno skretanje luka e. Pogrešna kombinacija gas-žica visok sadržaj C, nizak sadržaj Si i Mn

(žica) visok sadržaj O2 (gas) ili vlage

P

oroz

nost

f. Zaprljane površine stranica

Zaje

d

velika snaga luka velika brzina zavarivanja nedovoljno njihanje žice pogrešan položaj pištolja


- 68 -

2.4.7 Podešavanje MIG/MAG aparata Savremeni aparati za MIG/MAG postupak zavarivanja posjeduju upravljačke table sa mogućnošću podešavanja svih uticajnih parametara režima rada. Sinergijski uređaji imaju mogućnost pohranjivanja (snimanja) programa koji sadrže parametre za određene zavarivačke zahvate. Za dobar zavar neophodan je optimalan izbor parametara. Na slikama br. 80, 81 i 82 dati su prikazi upravljačkih tabli savremenih Varstroj-evih aparata: VARMIG 350 Synergy, VPS 4000 digit i VARMIG 600 D44 Synergy, respektivno, sa objašnjenjima funkcija pojedinih tipki.

Sl. 80 Upravljačka tabla aparata za MIG/MAG postupak (VARMIG 350 Synergy)

1. Prekidač za uključivanje. 2. Prekidač za grubu regulaciju napona struje zavarivanja. 3. Prekidač za finu regulaciju napona struje zavarivanja. 4. Tipka za izbor materijala i zaštitnog gasa. 5. Tipka za izbor debljine žice za zavarivanje. 6. Tipka za izbor načina zavarivanja (kontinualno, tačkasto). 7. Enkoder za podešavanje intervala zavarivanja. 8. Enkoder za podešavanje vremena tačkanja. 9. Displej za prikaz napona. 10. Displej za prikaz jačine struje. 11. Indikatorska lampica uključene termozaštite. 12. Indikatorska lampica za vanjsko (ručno) podešavanje. 13. Enkoder za podešavanje brzine dodavanja žice.


- 69 -

Sl. 81 Upravljačka tabla, aparata za MIG/MAG postupak, VPS 4000 digit.

1. Izbor procesa zavarivanja ( DC-pulsno, DC- standardno, REL- postupak). 2. Tipka za izbor materijala i zaštitnog gasa. 3. Tipka za izbor prečnika žice za zavarivanje. 4. Izbor jačine struje, brzine žice, trajanja pulsa i frekvencije pulsa. 5. Izbor napona, korekcija napona, korekcija u %, izbor pohranjenog programa. 6. Enkoder za podešavanje izabranog parametra. 7. Izbor režima rada (kontinualno, tačkasto, pulsno). 8. Tipka za izbor funkcija na displeju. 9. Podešavanje karakteristika luka. 10. Uključivanje WAWE PLUS- opcije ( oblik pulsa). 11. Tipka za podešavanje vremena tačkanja. 12. Funkcijska tipka (izbor funkcije). 13. Prikaz početne struje. 14. Tipka za izbor sinergijski ili slobodno podešeni rad. 15. Uključivanje konstantne dubine provara. 16. Izbor vodom hlađenog gorionika. 17. Kontrola protoka gasa. 18. Tipka za uvođenje žice u polikabal i gorionik. 19. Pozivanje pohranjenog (snimljenog) programa. 20. Pohranjivanje (snimanje) programa sa izabranim parametrima. 21. Potvrda podešenih parametara.


- 70 -

Sl. 82 Upravljačka tabla, aparata za MIG/MAG postupak, VARMIG 600 D44 Synergy.

1. Tipka za izbor materijala i zaštitnog gasa. 2. Tipka za izbor prečnika žice za zavarivanje. 3. Tipka za izbor načina zavarivanja. 4. Tipka za podešavanje dodatnih funkcija. 5. Tipka za podešavanje protoka zaštitnog gasa. 6. Tipka za uvođenje žice. 7. Displej za prikaz napona struje i vremena tačkanja. 8. Displej za prikaz jačine struje i brzine žice. 9. Lampica za uključenu termozaštitu. 10. Lampica za uključeno vanjsko podešavanje. 11. Encoder za podešavanje brzine dodavanja žice, struje i napona kod

vanjskog podešavanja parametara.


- 71 -

2.5 TIG POSTUPAK-ELEKTROLUČNO ZAVARIVANJE NETOPLJIVOM

ELEKTRODOM U ZAŠTITI INERTNOG GASA Elektrolučno zavarivanje netopljivom elektrodom u zaštiti gasa je postupak spajanja

metala topljenjem i očvršćavanjem dijela osnovnog metala i dodatnog metala (žica za zavarivanje - ako se koristi), pri čemu se kao zaštita koristi inertan gas (aktivni gasovi ne dolaze u obzir jer bi izazvali oksidaciju vrha elektrode), sl. 83.

Slika 83. Šematski prikaz elektrolučnog zavarivanja netopljivom elektrodom [4]

Ovaj postupak se skraćeno obiljležava TIG ili WIG (T od tungsten - engleska reijč za

volfram (W) - materijal elektrode, IG-inert gas) i prvobitno je uveden kao postupak zavari-vanja Al i njegovih legura zahvaljujući efektu katodnog čišćenja. Ovaj efekt se sastoji u razbijanju i uklanjanju skrame teškotopljivog oksida Al2O3 iz metalne kupke ili sa njene površine dejstvom elektrona koji se kreću od osnovnog metala prema elektrodi, čime se sprečava njegovo taloženje u dnu metala šava i omogućava zavarivanje Al.

U današnje vrijeme primjena TIG postupka je znatno veća, najviše zbog vrhunskog kvaliteta spoja, koji se, između ostalog, postiže boljom kontrolom unesene toplote i dodatnog metala zahvaljujući razdvajanju uloga dodatnog metala i elektrode. Zavari-vanje TIG postupkom je moguće i bez dodatnog metala, što je posebno važno kod tankih li-mova. Iako je u osnovi ručni postupak, TIG može da se automatizuje, kako u smislu dovo-đenja žice, tako i u smislu vođenja elektrode. U odnosu na E postupak osnovne prednosti TIG postupka su bolja zaštita metalne kupke, nepostojanje troske (ne gubi se vrjeme na zamjenu elektrode i skidanje troske kod višeprolaznog zavarivanja), mogućnost korišćenja žica manjeg prečnika, odnosno većih gustina struje. Prednosti TIG postupka posebno dolaze do izražaja kod tankih limova, materijala kao što su obojeni metali i nerđajući čelici, kao i korjenih prolaza odgovornih spojeva. S druge strane, TIG postupak nije konkuretan ostalim elektrolučnim postupcima kada je u pitanju ekonomičnost zavarivanja debelih i/ili dugačkih limova od običnih konstrukcionih čelika. Proizvodnost TIG postupka može da se poveća primjenom varijante sa zagrijanom žicom.


- 72 -

Prednosti TIG postupka su:

- vrhunski kvalitet spoja, bez grešaka, - nema rasprskavanja - dodatni metal se topi u metalnoj kupki, ne prenosi se kroz luk, - moguća primjena i bez dodatnog materijala, - odlična kontrola (oblika) korijena, - precizna kontrola parametara zavarivanja, - primjenljiv na veliki broj osnovnih metala, - dobra kontrola izvora toplote i načina uvođenja dodatnog materijala, - nema troske, - bilo koji položaj zavarivanja.

Mane TIG postupka su: - relativno mala toplotna moć i produktivnost, - zahtijeva se posebna obučenost zavarivača, - teškoće u zaštiti zavarenog spoja pri zavarivanju na otvorenom.

2.5.1 Vrste izvora struje - jednosmjerna struja (JS) i/ili naizmjenična struja (NS), - JS se koristi za sve osnovne metala, osim za Al, Mg i ostale metale sa tvrdim

oksidima za koje se koristi NS, - strmopadajuća statička karakteristika, - noviji izvori struje: tranzistorski ili tiristorski, omogućavaju zavarivanje u ciklusu

(startovanje, pulsiranje jačine struje i zaustavljanje luka), - JS izvori su obično sa trofaznom strujom - uniformno opterećenje električne mreže, - NS izvor obično ima i JS, - stariji izvori NS sa jednofaznom strujom - nesimetrično opterećenje električne mreže, - noviji izvori NS manje mase (manji transformator ) - sa tranzistorima (invertori).

Kod TIG postupka se najčešće koriste naizmjenična struja (NS) i jednosmjerna struja direktne polarnosti (JSDP)(minus pol na elektrodi) . Uticaj vrste struje na oblik šava izveden TIG postupkom je prikazan na sl. 84. Jednosmjerna struja direktne polarnosti daje najuži i najdublji šav, sl.84a. Toplota pri zavarivanju se raspoređuje približno 1/3 na elektrodu, a 2/3 na osnovni materijal. Jonizovane čestice su usmjerene od materijala ka elektrodi, a elektroni od elektrode ka osnovnom materijalu, tako da se ne dobija efekt površinskog čišćenja teškotopljivih oksida, kao što je to slučaj kod jednosmjerne struje indirektne polarnosti (JSIP), sl. 85a. Stoga se jednosmjernom strujom direktne polarnosti zavaruju metali kod kojih efekat čišćenja nije potreban (čelici, nikl, bakar i njihove legure).

Indirektna polarnost daje najširi i najplići šav, sl. 84b. Toplota pri zavarivanju se ras-poređuje suprotno prethodnom slučaju, odnosno 2/3 na elektrodu, a 1/3 na osnovni materijal, što je neracionalno, daje nestabilan luk i pregrijava elektrodu i gorionik. Iako jednosmerna struja indirektne polarnosti, zahvaljujući kretanju elektrona od osnovnog materijala ka elektrodi, proizvodi efekt površinskog čišćenja teškotopljivih oksida, s obzirom na navedene nedostatke njena praktična primena je beznačajna, a za zavarivanje aluminijuma i njegovih legura se koristi naizmenična struja.


- 73 -

Slika 84. Oblik šava u zavisnosti od vrste struje: a) JSDP; b) JSIP; c) NS

Naizmenična struja daje šav širine i dubine izmeđa dva polariteta jednosmjerne struje,

sl. 84c. S obzirom na prirodu naizmjenične struje (promjena polariteta 50 puta u sekundi) električni luk je nestabilan. Da bi se ova mana naizmjenične struje svela na najmanju mjeru primjenjuje se tzv. visokofrekventni VF generator. Nedostatak je i tzv. nesimetrija struje. Radi se o različitim sposobnostima aluminijuma i volframa da emituju elektrone, usljed čega se povećava negativna poluperioda na račun pozitivne, jer se više elektrona emituje sa volframove elektrode kada je ona na (-) polu, sl. 85b. Prva posljedica ove nesimetrije je skoro jednosmjerno dejstvo električnog luka, što uslovljava prekomjerno zagrijavanje za-varivačkog transformatora, a druga posljedica je značajno smanjenje efekta katodnog čišćenja. Da bi se ovo spriječilo, u strujno kolo se uvodi kondenzatorska baterija, vezana redno sa lukom, koja ima zadatak da povećava pozitivne polu-periode, tj. da uspostavlja simetriju talasa struje, sl. 83b. Time se ujedno i povećava efekt čišćenja, što omogućava primjenu naizmjenične struje za zavarivanje aluminijuma i njegovih legura. Stoga su noviji transformatori za TIG postupak po pravilu snabdjeveni i VF generatorom i kondenza-torskom baterijom.

a)

b) Slika 85. a) Efekat katodnog čišćenja; b) Asimetrični i simetrični oblik periode NS


- 74 -

2.5.2 Netopljive elektrode Netopljive elektrode se izrađuju od volframa, odnosno legura volframa i torijum, cirko-

nijum ili lantan oksida. Za ručni TIG postupak postoje četir vrste elektroda:

a) Elektrode od čistog volframa (W) - temperatura topljenja 3410°C, koje se proizvode sin-terovanjem praška volframa, čistoće min. 99,5%, jer veći udio nečistoća prouzrokuje brzo trošenje elektrode.

b) Elektrode od volframa sa dodatkom 0,9 do 4,2% oksida torijuma (W-Th), koji omogu-ćava lakše emitovanje elektrona, što obezbjeđuje lakše uspostavljanje i održavanje strujnog luka i bolje podnošenje strujnih opterećenja. Osim toga, ovim elektrodama se povećava stabilnost luka na temperaturama, nižim i do 1000°C u odnosu na elektrode od čistog volframa, čime se izbjegava djelimično rastapanje elektrode i obezbjeđuje znatno duži radni vijek. Na sl. 86 je prikazana zavisnost gustine struje od temperature za W i W-Th elektrode.

Slika 86. Zavisnost gustine struje od temperature kod W i W-Th elektrode [8]

c) Volframove elektrode sa 0,3 do 0,9% cirkonijum oksida. Po svojstvima i cijeni ove

elektrode su između dvije prethodno navedene grupe. Primjenjuju se samo kod naizmjenične struje, odnosno za zavarivanje aluminijuma i lakih legura.

d) Volframove elektrode sa 0,9 do 1,2% lantan oksida. Koriste se za plazma zavarivanje, jer

imaju duži vijek od ostalih varijanti. U tab. 16 su prikazane navedene vrste netopljivih elektroda, zajedno sa sistemom označa-vanja prema standardu EN 26848 i osnovnim karaketristikama. - Kodifikacija po hemijskom sastavu: prvo slovo = simbol glavne komponente drugo slovo = početno slovo oksida + broj (sadržaj oksida x 10) - Uslovi isporuke:


- 75 -

- prečnici : 0.5; 1.0; 1.6; 2; 2.5; 3.2; 4; 5; 6; 8; 10 (mm) - dužine: 50; 75; 100, 175 (mm) - pravolinijske (strogo) - kvalitet (bez prslina, pora, uključaka).

Tabela 16 . Netopljive elektrode

Materijal (dodaci - %) Simbol Boja Primjedbe

Volfram

< 0.2

WP

Zelena Dobra stabilnost kod NS. Problemi pri startovanju kod JS.

Volfram sa

torijum oksidom

0.3-0.5 ThO2 0.8-1.2 ThO2 1.7-2.2 ThO2 2.8-3.2 ThO2 3.8-4.2 ThO2

WT4 WT 10 WT 20 WT 30 WT 40

Plava Žuta Crvena Ljubičasta Narandžasta

Povećanjem sadržaja ThO2 povećava se vijek, dozvoljena jačina struje i popravlja startovanje.

Th je radioaktivan! Volfram sa cirkonijum oksidom

0.15-0.5 ZrO2 0.7-0.9 ZrO2

WZ 4 WZ 8

Smeđa Bijela

Smanjeni uključci volframa u metalu šava (koristi se za nuklearne posude).

Volfram sa lantan

oksidom

0.9-1.2 LaO2

WL 10

Crna

Duži vijek od WT elektroda (za plazma zavarivanje)

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, sl. 87a. U drugom slučaju jačina struje je mala, luk nije koncentrisan, pa se dobija znatno manja dubina uvarivanja, a veća širina šava, sl. 87b. Konusni oblik se koristi sa JS, a sferni sa NS, sl. 88.

a) b) Slika 87. Uticaj oblika vrha elektrode na oblik šava

Slika 88.


- 76 -

2.5.3 Dodatni materijal - žice za zavarivanje Žice za zavarivanje čelika ( standardizovane po ISO 636) su po pravilu oblika šipki

dužine 1000 mm, prečnika 0,8 do 4 mm. U tab. 17 su dati podaci o nekim žicama za zava-rivanje nerđajućih visokolegiranih čelika proizvodnje FEP (Plužine CG).

Tabela 17. Žica za zavarivanje nerđajućih visokolegiranih čelika

hemijski sastav (%) oznaka PIVA C Si Mn Cr Ni Nb Mo

osnovni materijal

TIG 19/9 Nb 0,04-0,07

0,3-0,6 1,5-1,9 19,0-20,5

9,5-10,5 0,4-0,8 Č4571-2, Č4580

TIG 19/12/3 Nb 0,04-0,07

0,3-0,6 1,5-2,0 18,5-19,5

11,5-12,5

0,4-0,8 2,0-2,6 Č4573-4, Č4583

TIG 25/20 0,08-0,12

0,5-0,7 1,7-1,9 24,5-25,5

20,0-21,0

Č4578

TIG 18/8/6 0,05-0,10

0,2-0,5 6,5-7,5 18,5-19,5

8,0-9,0 visokolegirani č.

Za zavarivanje Al i njegovih legura se koriste žice i šipke, tab. 18. Njihovo

označavanje je definisano na sljedeći način: naziv proizvoda, d(xL), oznaka legure, stanje legure, gde je d prečnik, a L dužina žice (šipke) u mm. Primjer označavanja je:

Žica 2,0 S.AlMg3.20 za vučenu žicu prečnika 2 mm, izrađenu od legure AlMg3.

Šipke za zavarivanje aluminijuma i aluminijumskih legura moraju da budu obojene na jednom kraju, sa čela, jednom ili dvjema bojama, tab. 18. Primena žica i šipki za zava-rivanje aluminijuma i aluminijumskih legura je takođe data u tab. 18.

Tabela 18. Žice i šipke za zavarivanje aluminijuma i aluminijumskih legura oznaka boja primjena (osnovni materijal)

S.Al99,8 plava-smeđa Al99,8; Al99,7 S.Al99,5 plava Al99,5; Al99; AlMn1 S.AlMn1 ljubičasta AlMn1 S.AlMg3 zelena AlMg2; AlMg3; AlMg5 S.AlMg5 zelena-smeđa AlMg3; AlMg5 S.AlSi12 smeđa Al-Si legure sa Si>8%

2.5.4 Zaštitni gasovi i mlaznica

Za zaštitu metalne kupke koriste se po pravilu inertni gasovi, argon ili helijum. Os-novne prednosti argona u odnosu na helijum su: veća jonizaciona energija, što omogućava lakše uspostavljanje i održavanje električnog luka, manji gradijent napona (6 V) u strujnom luku, što obezbjeđuje neznatnu promjenu napona pri promjeni dužine luka, izraženiji efekat čišćenja oksida, manja osetljivost na strujanje okolnog vazduha, niža cjena 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 (nekoliko puta manja od vazduha, dok je gustina argona veća od


- 77 -

gustine vazduha), 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).

Osim vrste zaštitnog gasa, i oblik mlaznice ima veliki uticaj na efikasnost zaštite. Ko-riste se tri osnovna oblika mlaznice: konusni, cilindrični i profilisani, sl. 89. Najbolja zaštita se postiže profilisanim mlaznicama. Na efikasnost zaštite utiče i dovod gasa do mlaznice, sl. 90, koji se izvodi sa odbojnikom ili bez njega. Kao što se sa sl. 90 vidi, odbojnik vrlo povoljno utiče na širinu zaštitne zone, odnosno efikasnost zaštite.

Tabela 19. Zaštitni gasovi i njihova primjena prema EN439

Gas

nelegirani ili niskolegirani čelici

nerđajući čelici Al Cu

Ni

OM osjetljiv na gasove

Ar X X X X X X Ar + H2 X X He X X X He-Ar (25-75) X X X He-Ar (50-50) X X X zaštita korjenog prolaza

Forming gas- Ar/He

Forming gas - Ar/He-Ar

Ar Ar Ar He

Tabela 20. Uticaji zaštitnih gasova na parametre zavarivanja

Gas Uspostavljanje luka

Stabilnost luka

Širina šava

Dubina uvarivanja

Brzina zavarivanja

Ar Ar/He He He/Ar(25/75) He/Ar(50/50)

3 3 1 2 1

3 3 1 2 1

3 2 1 3 2

2 2 3 2 3

2 3 3 3 3

1 - mali uticaj; 2 - srednji uticaj; 3 - veliki uticaj

a. konusna b. cilindrična c. profilisana

Slika 89. Konstruktivni oblici mlaznica


- 78 -

Slika 90. Uticaj dovoda gasa do izlaza iz mlaznice na širinu zaštitne zone

2.5.5 Uređaj za zavarivanje Uređaj za zavarivanje TIG postupkom je prikazan na sl.91; njegovi osnovni elementi

su: izvor struje, boca (ili boce) za zaštitni gas, sa odgovarajućim ventilima, gorionik sa netopljivom elektrodom, paket crijeva za dovod argona, rashladne vode i električni kablovi.

Izvor struje je po pravilu strmopadajuće statičke karakteristika, kao kod E postupka, da bi slučajna promjena dužine luka što manje uticala na jačinu struje. Ako se napaja na-izmeničnom strujom, uređaj treba da proizvodi simetrične, odnosno uravnotežene talase struje.

Gorionik za zavarivanje treba da ima dovoljan strujni kapacitet da se ne bi pregrijavao, a po pravilu se hladi, vazduhom ili vodom. Sastavni dio gorionika je mlaznica, čiji oblik bitno utiče na efikasnost zaštite. Mlaznica treba da ima takav oblik da isticanje zaštitnog gasa bude bez turbulencije, a da pri tome bude što udaljenija od mjesta zavarivanja, da bi zavarivač imao bolji pregled.

Slika 91. Šema uređaja za TIG postupak - osnovni elementi

Crijeva za dovod zaštitnog gasa treba da budu od specijalnog plastičnog materijala uko-

liko se koristi He, čiji su atomi toliko mali da kroz obično gumeno crevo difunduju u oko-linu. Osim navedenog, uređaj za TIG zavarivanje ima i elemente za regulisanje jačine struje, uspostavljanje luka bez dodira vrha elektrode o radni komad, automatsko otvaranje i zatva-ranje protoka argona i rashladne vode, VF generator i kondenzatorsku bateriju, a u slučaju


- 79 -

TIG zavarivanja sa zagrijanom žicom postoji i dodatni element za elektrootporno zagrijavanje žice.

2.5.6 Tehnologija zavarivanja Osnovni parametri zavarivanja TIG postupkom su vrsta i prečnik elektrode, vrsta i

prečnik žice, brzina zavarivanja, vrsta i jačina struje, kao i sastav i protok zaštitnog gasa. Uticaj i izbor nekih osnovnih parametara (vrsta elektrode, žice i struje, sastav i protok zaštitnog gasa) je već objašnjen, a uticaj prečnika žice, brzine zavarivanja i jačine struje je praktično isti kao kod drugih elektrolučnih postupaka. Uticaj i izbor prečnika elektrode je usko vezan za materijal od koga je elektroda napravljena, tj. jačinu (gustinu) struje, kao što je prikazano na sl. 86.

Međusobna zavisnost prečnika elektrode, jačine i vrste struje, i vrste elektrode može da se utvrdi na osnovu podataka iz Tab. 21. Izbor navedenih parametara zavarivanja za neke konstrukcione materijale je dat u Tab. 22 (ugljenični čelici), Tab. 23 (niskolegirani čelici), Tab. 24 (visokolegirani čelici) i Tab. 25 (aluminijum i njegove legure).

Tablica 21. Zavisnost jačine i vrste struje od vrste i prečnika elektrode prečnik I (A), JSDP I (A), JSIP I (A), NS (simetrična)

elektrode, mm

sve elektrode

sve elektrode

W elektrode W-Th, W-Zr

W-Th (0,5%)

1,6 70-150 10-20 30-80 60-120 30-120 2,4 150-250 15-30 60-130 100-180 60-180 3,2 250-400 25-40 100-180 160-250 100-250 4,0 400-500 40-55 160-240 200-320 160-320 4,8 500-750 55-80 190-300 290-390 190-390 6,4 750-1000 80-125 250-400 340-525 250-525

skraćenice: JSDP - jednosmjerna struja direktne polarnosti, JSIP - jednosmjerna struja indirektne polarnosti, NS - naizmjenična struja

Tablica 22. Parametri zavarivanja ugljeničnih čelika TIG postupkom Debljina komada

Prečnik elektrode

Prečnik žice

Brzina zavarivanja

Jačina struje

Protok argona

(mm) (mm) (mm) (cm/min) (A) (l/min) 0,5 1,6 - 15-25 15-30 4 0,8 1,6 - 30-40 35-50 4 1,0 1,6 0,8 30-50 35-60 4 1,2 1,6 1,2 40-80 50-80 4 1,5 1,6 1,2 50-100 70-100 5 2,0 3,2 1,2 70-120 80-120 5


- 80 -

Tablica 23. Parametri zavarivanja niskolegiranih čelika TIG postupkom

Debljina komada (mm)

Prečnik elektrode

(mm)

Prečnik žice

(mm)

Brzina zavarivanja (cm/min)

Prečnik mlaznice

(mm)

Jačina struje (A)

Protok argona (l/min)

3,0 1,6÷2,4 3,0 25-30 6 120-150 5 4,0 2,4 3,0-4,0 25 9 140-180 5 5,0 2,4-3,2 3,0÷4,0 20÷24 11 180-250 5-6 6,0 3,2 4,0÷5,0 18-20 11 ili 13 180-340 6 8,0 3,2 5,0 15 13 250-340 7 10,0 4,0 5,0÷6,0 13 13-15 260-350 7

Tablica 24. Parametri zavarivanja visokolegiranih čelika TIG postupkom Debljina komada (mm)

Prečnik elektrode

(mm)

Prečnik žice

(mm)

Jačina struje (A)

Protok gasa

(l/min)

Broj prolaza

Brzina zavarivanja (cm/min)

0,6 1,0 bez 15-25 3 1 30-40 1,0 1,0÷1,6 1,0÷1,5 25-80 4 1 25-30 2,0 1,6 1,5÷2 80-110 4 1 25-30 3,0 2,4 2÷3 100-150 4 1 25-30 4,0 2,4 3 120-200 5 1 25 5 3,2 3-4 200-250 5 1 25 6 3,2 4 200-250 6 2 25

Tablica 25. Parametri zavarivanja aluminijuma i legura TIG postupkom Debljina komada

Broj prolaza

Prečnik žice

Protok argona

Jačina struje (A)

Temperatura predgrijevanja

(mm) (mm) (l/min) Horizont. Vertikal. Nadglavno (°C) 1 1 2 7 60 50 40 - 2 1 2 do 3 7 80 80 75 - 3 1 3 8 140 135 130 - 4 1 do 2 3 do 4 9 180 170 160 - 6 2 3 do 4 10 280 240 230 - 8 2 4 do 5 12 320 270 260 150 10 2-3 5 14 360 280 270 200 12 3 6 16 420 330 280 200 15 5 6 16 450 - - 250 20 7 6 do 8 20-25 450 - - 350 30 9 8 20÷25 450 - - 350


- 81 -

2.5.7 Tehnika zavarivanja Tehnika ručnog zavarivanja TIG postupkom zahtijeva posebnu pažnju, naročito

uspostavljanje i prekidanje luka i rukovanje elektrodom i žicom za zavarivanje. Luk može da se uspostavi na tri načina: dodirom i odmicanjem elektrode, pomoću varnice iz dodatnog uređaja (najčešće VF generator), i primjenom pomoćnog luka koji se uspostavlja između elektrode i mlaznice, a zatim prenosi na osnovni materijal. Najčešće se primjenjuje VF generator, a prvi način se izbjegava, jer značajno oštećuje vrh elektrode. Pošto se luk uspostavi, gorionik se kreće u malim krugovima da bi se obrazovala tečna metalna kupka, sl. 92a, uz postepeno naginjanje u odnosu na vertikalu do 15° kod ručnog zavarivanje, sl. 92b, dok kod automatskog zavarivanja gorionik po pravilu ostaje u vertikalnom položaju. Zatim se u metalnu kupku dodaje žica pod uglom od 15°, sl. 92c. Prije pomjeranja gorionika (elektrode) do prednje ivice metalne kupke, sl. 92e, žicu treba udaljiti, sl. 92d. Ponavljanjem ovog postupka dobija se neprekidni šav. Luk se najefikasnije prekida isključivanjem struje, jer bi naglo odmicanje elektrode dovelo do oksidacije metala šava. Za položaje koji nisu horizontalni pravilno držanje gorionika je prikazano na sl. 93.

Slika 92. Tehnika ručnog zavarivanja TIG postupkom


- 82 -

Slika 93. Tehnika ručnog zavarivanja TIG postupkom u prinudnim položajima

Nepoštovanje propisane tehnologije i tehnike zavarivanja izaziva pojavu grešaka. Najčešći uzroci grešaka su: predugačak luk, prevelik ugao gorionika, pomjeren gorionik iz ose spoja, izvlačenje rastopljenog vrha dodatnog materijala (žice) iz zone zaštite rastopa i sl. Najčešće greške pri radu prikazane sun a slici 94.

Slika 94. Nepoštovanje propisane tehnike zavarivanja i odgovarajuće greške

Pogrešan rad

predugačak luk

prokapljine vazduh

neprovar

suviše veliki ugao

vazduh

oksidi

Posljedica


- 83 -

2.5.8 Zaštita korjenog prolaza Za vrhunski kvalitet zavarenog spoja potrebna je dodatna zaštita korjenog prolaza sa druge strane. Zaštita korijena obično se vrši argonom ili forming gasom (Ar+1-30%H2 ili N2+1-30%H2). Uređaji za zaštitu korjena su prikazani na slici 95, a pri zavarivanju korijenog prolaza cevi na slici 96. Pri zavarivanju korjenog prolaza kod reaktivnih materijala sve zone osnovnog materijala koje se zagrijavaju na temperaturu preko 300°C moraju dodatno da se štite, npr. komorom sa kontrolisanom atmosferom (Ar), sl. 97.

bakarna podloška - akumulirani zaštitni gas,

nesigurno dodatni zaštitni gas sa suprotne strane

Slika 95. Sistemi zaštite korijena

Slika 96. Sistem zaštite korijenog prolaza pri zavarivanju cjevi

Slika 97. Sistem zaštite korijenog prolaza pri zavarivanju reaktivnih materijala


- 84 -

Među najčešće greške pri zavarivanju spadaju oksidni uključci koji negativno utiču na mehaničke osobine zavarenog spoja. Na slici 98. dat je pregled najčešćih uzroka pojave oksidnih uključaka.

Oksidni uključci Uzroci

Neočišćen žlijeb Suviše veliki žlijeb - pristup vazduha sa suprotne strane Nedovoljan otvor žlijeba Nedovoljna struja zavarivanja Predugačak luk Šipka dodatnog metala suviše uronjena u kupku

Oksidi ne mogu da se uklone u pravcu korjena

Efekat katodnog čišćenja nedovoljan (ne preporučuje se za zavarivanje Al)

Suviše velika debljina za I spoj

Nedovoljna jačina struje zavarivanja Prevelika brzina zavarivanja

Nema kontakta između dva radna komada Nedovoljna jačina struje zavarivanja, predugačak luk.

Slika 98. Oksidni uključci i uzroci njihove pojave

Zavarivanje korijena zahtijeva posebnu obuku zavarivača jer je korijen zona sa najviše potencijalnih grešaka. Tipične greške u korijenu su prikazane na slici 99.


- 85 -

Suviše mali ugao otvora žlijeba Smaknute ivice radnih komada

Suviše veliki ili suviše mali zazor u korijenu

Nesimetrični zazor

Oksidacija kiseonikom iz vazduha

Suviše veliki pritisak zaštitnog gasa u korjenu

Suviše dugačak luk

Netopljiva elektroda sa nečistoćama

Suviše velika jačina struje (suviše mala brzina zavarivanja)

Slika 99. Tipične greške TIG zavarivanja korijenog prolaza

2.5.9 Modifikovane varijante TIG zavarivanja Postoje mnogobrojne varijante modifikovanog TIG postupka, od kojih se najčešće ko-

riste impulsno zavarivanje, zavarivanje u uskom žljebu, orbitalno zavarivanje cijevi, zava-


- 86 -

rivanje sa zagrijanom žicom, tačkasto zavarivanje, zavarivanje sa dvostrukom zaštitom, ATIG postupak.

Impulsno TIG zavarivanje omogućava optimalno korišćenje energije, jer se jačina struje značajno povećava samo u kratkom periodu vremena kada se rastopljeni vrh dodatni metala odvaja i prenosi u metalnu kupku. Impulsno TIG zavarivanje je veoma pogodno za automatsko (orbitalno) zavarivanje cijevi.

Slika 100. Sučeono spajanje cijevi TIG postupkom [8]

Sučeono spajanje cevi TIG postupkom, sl. 100, zahtijeva i specijalni izvor struje za

impulsno zavarivanje. Pulsiranje struje počinje sa uspostavljanjem luka, ali uređaj ne rotira oko cijevi sve dok pulsirajuća struja ne postigne radni nivo. U toj fazi se popunjava žlijeb do potpunog provarivanja, a zatim uređaj počinje da rotira oko cijevi. Prije gašenja luka, jačina struje se smanjuje, simetrično početnoj fazi zavarivanja, a uređaj se kreće sve dok se ne postigne potpuno preklapanje početka šava.

TIG tačkasto zavarivanje, takođe nazvano TIG zakivanje, omogućava dobijanje spoja preklapanjem, bez prethodne perforacije radnih komada. Postupak je veoma jednostavan i ne zahtijeva veliku vještinu operatera, veoma je produktivan i može da se automatizuje. Luk nije vidljiv, pa operater ne mora da štiti oči tokom zavarivanja. Postupak je primjenljiv na niskolegirane čelike, aluminijum, debljine 0.5 do 2 mm. Vrijeme zavarivanja je 0.5 do 5 s.

TIG zavarivanje sa zagrijanom žicom zahtijeva grijač, koji električnim otporom

predgrijava žicu za zavarivanje, što omogućava brže topljenje dodatnog materijala i veću produktivnost postupka, sl. 101.


- 87 -

Slika 101. Zavarivanje zagrijanom žicom

ATIG postupak je postupak razvijen na institutu za zavarivanje “Paton” (Kijev-Ukrajina). Postupak je isti kao klasični TIG postupak, sa tim da se ivice žlijeba prije zavarivanja premažu aktivacionim topiteljom koji omogućava značajno veću dubinu provarivanja i sitnozrnastu strukturu materijala šava. Aktivacioni topitelji nanose se sprejom, flomasterom namjenjenim za nanošenje topitelja, četkicom ili na drugi pogodan način. Povećana dubina provarivanja omogućava sučeono zavarivanje limova sa ravnim „I” žlijebom, bez zazora, bez dodatnog materijala, za debljine 10 do 12 mm. Postupak je znatno ekonomičniji od klasičnog TIG postupka.

2.5.10 Podešavanje aparata za TIG postupak

Aparati za zavarivanje opremljeni su upravljačkom tablom sa koje se podešavaju parametri zavarivanja. Za pravilno izvođenje procesa, na savremenim aparatima, podešava se desetak parametara koji bitno utiču na kvalitet izvođenja procesa zavarivanja. Pored standardnih postoje sinergijski i digitalni aparati kod kojih su parametri zavarivanja definisani u programu za zavarivanje određenog materijala. Kod sinergijskih aparata pozivanjem određenog programa poziva se definisana grupa parametara koja odgovara datom materijalu, debljini i položaju. Ovakvim aparatima upravlja procesor i u memoriju aparata moguće je pohraniti više programa. Na slikama br. 102 i 103 dati su prikazi upravljačkih tabli standardnog aparata za TIG zavarivanje (VARTIG 2005 DC ) i digitalnog (VARTIG 3500 AC/DC digit), uz objašnjenje funkcije pojedinih tipki. Navedeni aparati su proizvod slovenačkog Varstroj-a.


- 88 -

Sl. 102 Izgled komandne table invertorskog aparata za TIG postupak zavarivanja (VARTIG 2005 DC)

1. Displej za prikaz parametara zavarivanja 2. Indikatorska lampica uključenosti aparata 3. Indikatorska lampica termozaštite aparata 4. Tipka za promjenu režima rada ( režimi su dati pozicijama 5, 6, 7, 8 i 9) 5. 4-taktni režim rada + visokofrekventno paljenje luka 6. 2- taktni režim rada + visokofrekventno paljenje luka 7. 4-taktni režim rada + paljenje luka dodirom elektrode (kresanjem) 8. 2- taktni režim rada + paljenje luka dodirom elektrode (kresanjem) 9. Režim rada uz mogućnost ručne promjene jačine struje ( I2 ili I3) 10. Tipka za promjenu vrste zavarivanja ( dato pozicijama 11, 12 i 13) 11. TIG – pulsno zavarivanje 12. TIG – standardno, bez pulsiranja struje 13. REL – postupak zavarivanja elektrodom 14. Enkoder za podešavanje parametara zavarivanja 15. Na displ. poz. 1 dato vrijeme preduduvavanja zašt. gasa (podeš. se sa poz. 14) 16. Na displ. poz. 1 data početna struja I1 (podeš. se sa poz. 14) 17. Na displ. poz. 1 dato vrijeme rasta struja sa I1 na I2 (podeš. se sa poz. 14) 18. Na displ. poz. 1 data frekvencija DC pulsiranja (podeš. se sa poz. 14) 19. Na displ. poz. 1 data glavna struja zavarivanja I2 (podeš. se sa poz. 14) 20. Na displ. poz. 1 dato vrijeme padanja struja sa I2 na I3 (podeš. se sa poz. 14) 21. Na displ. poz. 1 data konačna struja I3 (podeš. se sa poz. 14).


- 89 -

22. Na displ. poz. 1 dato vrijeme duv. gasa nakon gašenja luka (podeš. se sa poz. 14) 23. Tipka za uključ. daljinskog upravljača 24. Indikatorska lampica za uklj. Daljinski upravljač 25. Parametri pulsnog zavarivanja (frekvencija, širina pulsa i osnovna struja), očitavaju

se na displ. poz. 1, a podešavaju sa enkoderom poz. 14. 26. Tipka za izbor parametra koji se želi podesiti.

Sl. 103 Izgled komandne table aparata za TIG postupak zavarivanja sa pohranjenim programima (VARTIG 3500 AC/ DC digit)

1. Izbor zavarivačkog postupka (AC-za Aluminijum, Pulsno- za visok kvalitet zavara DC-ispravljena struja za TIG, Ispravljena struja DC za REL postupak)

2. Funkcija AC-WAVE, izbor oblika pulsa. 3. Izbor parametra zavarivanja (početna struja, vrijeme preduduvavanja gasa, struja

pulsa gornja i donja itd.) 4. Enkoder za podešavanje parametara. 5. Tipka za izbor režima rada (tačkasto ili neprekidno) 6. Podešavanje AC frekvencije 7. Podešavanje AC balansa ( zavarivanje aluminijuma). 8. Uključivanje AC/DC TIG zavarivanja.


- 90 -

9. Podešavanje vremena tačkanja 10. F-podešavanje internih funkcija 11. Podešavanje početnog toka 12. Uključivanje pulsnog zavarivanja 13. Način uspostavljanja luka 14. Tipka za podešavanje rasta i padanja toka 15. Izbor vodom hlađenog gorionika 16. Kontrola protoka gasa 17. Pozivanje pohranjenih programa 18. Pohranjivanje (snimanje) programa sa zadatim parametrima (maks. 100 programa) 19. Potvrda pohranjivanja (snimanja).

2.6 ZAVARIVANJE PLAZMOM

Plazma je jonizovana materija koja prenosi električnu struju. To je materije od koje je izgrađen luk svakog elektrolučnog postupka zavarivanja, bio on u vazduhu ili u zaštitnim gasu. Različiti gasovi se lakše ili teže jonizuju što opredjeljuje njihovu primjenljivost u postupcima zavarivanja. Temperatura luka jonizovanog gasa je reda veličina 10 000 0C. Luk plazme, u odnosu na WIG ili MIG luk, je mnogo topliji, gušći i krući što se postiže izborom odgovarajućeg gasa i sažimanjem (koncentrisanjem) luka. Zavarivanjem plazmom je veoma slično WIG postupku . Glavne razlika izmedu WIG postupka i postupka zavarivanja plazmom je u obliku mlaznice, držaču elektrode i obliku luka plazme koji prolazi kroz nju. Gorionici za plazma zavarivanje mogu biti izvedeni tako da se električni luk uspostavlja između osnovnog materijala i volframove (netopive) elektrode to je takozvani prenosivi luk (sl.104 a) ili između sužavajuće mlaznice i volframove (netopive) elektrode tada se luk naziva neprenosivi (sl. 104 b). Prenosivi luk proizvešće dubok provar u osnovnom materijalu a neprenosivi luk proizvešće plitak provar u osnovnom materijalu. Neprenosivim lukom mogu se zavarivati materijali koji ne provode električnu struju.

Sl. 104 Gorionici za postupke sa plazmom (A) Prenosivi luk (B) Neprenosivi luk


- 91 -

Sl. 105 Upoređivanje postupaka (A) luka volframove elektrode u inertnom gasu i

(B) luka plazme za zavarivanje.

Kod WIG postupka luk je slobodan, dok je kod zavarivanja plazmom (a naročito kod rezanja plazmom) luk jako sužen (sl. 105). Kod postupka zavarivanja plazmom imamo veću dužinu luka u odnosu na WIG luk. Luk plazme takode ima cilindrični oblik u odnosu na zvonast oblik koji se može uočiti kod WIG postupka.

Slično WIG postupku, gorionici za zavarivanje i rezanje plazmom se koriste sa uobičajenim izvorima struje koji imaju strmopadajuće karakteristike (jednosmerna struja direktnog polariteta). Uobičajeni WIG izvori struje mogu se koristiti za zavarivanje plazmom jednostavnim dodavanjem upravljačke kutije kojom se reguliše uspostavljanje luka, protok gasova i vode za hlađenje. Rezanje plazmom zahtijeva istu osnovnu vrstu izvora struje, ali mora imati dosta viši napon praznog hoda i treba da je u mogućnosti da proizvede mnogo višu jačinu struje nego WIG izvor struje. Napon praznog hoda za jedinicu plazme može biti visok i 400 V. Stvarno, skoro svaki izvor jednosmerne struje sa strmopadajućim naponom i najmanjom vrednošću napona praznog hoda od 80 V i glavnim kontaktorom može se koristiti za rad opreme za zavarivanje plazmom. Minimalna struja koju ćete postići zavisi od izabranog izvora struje. Najčešće, međutim, visok napon se obezbeduje posebno konstruisanim izvorima struje za luk plazme.

Prednosti zavarivanja plazmom u odnosu na uobičajeno WIG zavarivanje su: - poboljšana krutost luka plazme omogućava lakšu regulaciju ulaza toplote u radni komad, - veća dužina luka u odnosu na WIG postupak omogućava da se sa manje problema održava pravilan položaj gorionika, - veličina zavarivačkog kupatila pri korišćenju plazme takode je manje osetljiva na promjene u dužini luka, - lakše je uvođenje dodatne žice ili šipke i manipulacija ručkom gorionika zbog većeg rastojanja od mlaznice do radnog komada ( 5 -12 mm), - može se koristiti dodatnu žicu ili šipku većeg prečnika sa minimalnim rizikom od zagađivanja metala šava. Ovo je posebno značajno pri zavarivanju nerđajućih čelika, aluminijuma i titana, - zbog toga što je luk plazme vrući nego WIG luk, brzine zavarivanja su više, a zona


- 92 -

uticaja toplote je uža, - postupak zavarivanja plazmom je manje osjetljiv na geometrijsku nepodudarnost spoja i

loše nalijeganje spoja nego WIG postupak. Glavni razlozi su viša unešena toplota, zbog toga se zavarivanje plazmom lako automatizuje.

Pored ovih prednosti, postoje i nedostatci postupka zavarivanja sa plazmom, a to su:

- oprema za zavarivanje plazmom košta više nego skoro za bilo koji drugi metod zavarivanja lukom ili otporom,

- keramičke mlaznice na kraju gorionika imaju kratak radni vijek zbog veoma visoke temperature luka plazme,

- potrošnja relativno skupog inertnog gasa takođe je veća zbog toga što se on koristi za obrazovanje luka plazme kao i za zaštitu.

2.6.1 Tehnika zavarivanja plazmom

Tehnike zavarivanja koje se koriste sa ručnim postupkom plazmom su slične onima

koje se koriste pri TIG postupku. Zbog veće dužine luka ne postoji opasnost od zagađenja radnog komada putem dodira volramove elektrode sa njim, ili zagadenja volframa metalom šava. Veći je prostor za uvođenje dodatne žice u luk i zavarivačko kupatilo. Razlikuju se dva načina zavarivanja i to: utapanjem (pudlovanje) i tehnikom ključaonice. Većina ručnih postupaka zavarivanja plazmom se vrši metodom zavarivačkog pudlovanja (koja se često naziva tehnika utapanja), što jednostavno znači da se dodatnu žicu uvodi u rastopljeno kupatilo šava ili odmah uz luk plazme, baš kao rad sa TIG gorionikom. To je veoma slično načinu na koji biste rukovali žicom pri oksigasnom plamenu. Drugi način zavarivanja plazmom koji možete koristiti je tehnika ključaonice. Zavarivanje ključaonicom se koristi na tanjim presjecima kao što su tanki limovi i trake, obično bez korišćenja dodatne žice. Međutim, materijali do debljine od 6 mm mogu se zavarivati tehnikom ključaonice putem različitog podešavanja struje i napona luka. Primjer za korišćenja zavarivanja tehnikom ključaonice je izrada šavova na uglu, prirubnih i preklopnih šavova za spajanje dva komada tankih limova metala.

Da bi počeli šav tehnikom ključaonice, drži se gorionik u skoro vertikalnom položaju. Poveća se struja do radne vrijednosti. Gorionik se ne pomjera dok se ne formira ključaonica kroz radni komad. Čim se uspostavi ključaonica u komadu, može se početi pomjeranje gorionika radi izrade neprekidnog šava topljenjem.

Najkritičniji dio šava dobijenog ručnom tehnikom ključaonice je početno probijanje radnog komada. U toku ovog vremena treba da se drži gorionik upravno na radni komad. Luk plazme mora se usmjeriti direktno na osnovni materijal. Ako gorionik ne bude upravan na radni komad, povratni mlaz plazme može prouzrokovati pucanje vaše mlaznice gorionika zbog termičkog napona. Takođe treba obezbijedite da protok gasa za obrazovanje plazme ima višu vrijednost nego pri zavarivanju načinom utapanja.

Kada se dođe do kraja šava, ključaonica se zatvara snižavanjem struje zavarivanja radi smanjenja toplote u radnom komadu, a u isto vreme smanjuje se protok gasa za obrazovanje plazme. Oba ova postupka, djelujući zajedno, smanjiće toplotu u ključaonici omogućavajući zaostalom kupatilu šava da otiče i popuni ključaonicu.


- 93 -

3. TERMIČKO REZANJE (PRIPREMA IVICA ŽLIJEBA)

Izrada ivica žlijeba najčešće se vrši termičkim rezanjem. Postoji više postupaka termičkog rezanja, a najčešće se koriste rezanje gasom, električnim lukom ili plazmom, koji su slični odgovarajućim postupcima zavarivanja.

3.1 GASNO REZANJE Gasno rezanje je postupak razdvajanja metala njegovim sagorijevanjem u struji kiseoni-

ka, uz istovremeno oduvavanje produkata sagorijevanja (troske), sl. 106. Da bi metal sa-gorjevao treba ga predgrijati do temperature paljenja (početka sagorjevanja). Gasno rezanje metala spada u termičke postupke, pri čemu se radna temperatura postiže sagorijevanjem gorivog gasa, po pravilu acetilena. Osim toga, sagorijevanjem gorivog gasa dobija se dio toplote kojom se radna temperatura održava, a značajan dio toplote se dobija sagorijevanjem metala koji se reže (autogeno rezanje), što je bitna prednost ovog postupka. S obzirom na to da se gasno rezanje zasniva na sagorijevanju metala, postoje određeni uslovi koji moraju da budu ispunjeni da bi proces rezanja mogao da se odvija: - temperatura sagorijevanja metala treba da bude niža od temperature topljenja, - temperatura topljenja oksida treba da bude niža od temperature topljenja metala, - toplota sagorijevanja metala treba da bude dovoljna da, zajedno sa toplotom plamena, održava temperaturu sagorijevanja.

Od konstrukcionih materijala ove uslove najbolje ispunjava niskougljenični čelik. Tem-peratura sagorijevanja ugljeničnih čelika zavisi od njegovog sastava, i približava se temperaturi topljenja sa porastom sadržaja ugljenika, sl. 107.

Slika 106. Šematski prikaz gasnog rezanja

Sagorjevanje čelika može da se predstavi sljedećim hemijskim jednačinama: Fe+0,5O2=FeO+267 kJ 2Fe+1,5O2=Fe2O3+825 kJ 3Fe+2O2=Fe3O4+1120 kJ


- 94 -

Slika 107. Promjena temperature sagorijevanja i temperature topljenja čelika [8]

Oslobođena toplota čini približno 2/3 toplote potrebne za sagorijevanje čelika, a 1/3 se dobija sagorijevanjem gorivog gasa. Treba takođe uočiti da FeO i Fe2O3 dalje reaguju, pri čemu je konačni produkt sagorjevanja Fe3O4, koji se u vidu troske izduvava sa mjesta rezanja, sl. 106.

3.1.1 Uređaj za gasno rezanje

Uređaj za ručno gasno rezanje je praktično isti kao uređaj za gasno zavarivanje, s tim da je gorionik drugačiji, pa će samo on biti detaljnije opisan. Od ključnog značaja za uspješno rezanje su mlaznice, koje mogu da budu veoma raznovrsne i prilagođene specifičnim zahtjevima (mlaznice za različite gorive gasove, za različite debljine, za brzo i sporo rezanje, za posebne uslove). U praksi su često u upotrebi mehanizovano i automatsko rezanje, što zahtjeva ugradnju dodatnih elemenata uređaja.

S obzirom na količinu toplote koja se koristi u procesu rezanja (2/3 od sagorijevanja metala, a 1/3 od gorivog gasa) može da se smatra da je osnovna uloga gorivog gasa da za-grije metal i otpočne proces sagorevanja, koji se zatim odvija u nezavisnoj struji kiseonika. Shodno tome, konstrukcija gorionika za rezanje je komplikovanija od gorionika za zavarivanje, sl. 108, mada su neki dijelovi isti, kao npr. držač (rukohvat). Osnovna razlika je u cijevima koje treba da obezbjede dovod smješe gorivog gasa i kiseonika i nezavisni dovod kiseonika za sagorjevanje, kao i u mlaznici čija konstrukcija treba da obezbijedi isticanje gasova na isti način. Stoga se gorionik za rezanje sastoji od cijevi za dovod smješe gasova, sl. 108, cijevi sa propusnim ventilom za dovod kiseonika i mlaznice sa centralnim otvorom za kiseonik i perifernim otvorima (ili prstenastim otvorom) za smješu.

Gorionik za ručno rezanje ima samo dva ulazna otvora (kiseonik i acetilen), što znači da se isti kiseonik koristi za sagorijevanje acetilena i metala koji se reže. Iako je ručni gorionik snabdjeven sa tri nezavisna ventila, puštanje mlaza za rezanje ipak izaziva poremećaj acetilenskog plamena, pa se njegova krajnja regulacija obavlja poslije puštanja mlaza kiseonika. Ovaj nedostatak je otklonjen kod gorionika za mašinsko rezanje, kod koga postoje dva nezavisna dovoda za kiseonik.


- 95 -

Slika 108. Gorionik za gasno rezanje

Dvije osnovne varijante mlaznice (prstenasti otvor ili više otvora za dovod smješe) su pri-

kazane na sl. 109. Prstenasti otvor se koristi samo kada je potrebna velika količina toplote. Centralni otvor za dovod kiseonika je najčešće cilindričnog ili konusnog oblika, sl. 110. Otvor cilindričnog oblika je lakše napraviti i održavati, ali je strujanje kiseonika donekle nepravilno, sl. 110a. Otvor konusnog oblika daje ravnomjerniju struju kiseonika, ali ni on ne daje dobre rezultate kod rezanja predmeta većih debljina. U tom slučaju može da se primijeni aerodinamični oblik centralnog otvora, sl. 111, kojim se postižu veće brzine strujanja kiseonika i najefikasnije rezanje. Mana ovakve mlaznice je visoka cijena zbog komplikovane izrade i velika buka. Standardne mlaznice sa cilindričnim centralnim otvorom se proizvode u različitim veličinama, zavisno od debljine materijala, tab. 26.

Tabela 26. Standardne mlaznice za rezanje

a) b) Slika 109. Mlaznica za rezanje (a) sa jednim prstenastim otvorom (b) sa više otvora

spoljne (broj) 1 2 3 4 unutrašnje (broj) 1-2 3-4 5 6

debljina materijala (mm) 3÷10 / 10÷30 30÷60 / 60÷100 100÷200 200÷300


- 96 -

a) cilindrični b) konusni

Slika 110. Mlaznice sa različitim otvorima

Slika 111. Aerodinamična mlaznica

Kod ručnih gorionika postoji mogućnost primjene dodatnih elemenata (alata) da bi se obezbjedio stalni položaj, čime se postiže mehanizovano rezanje. Na sl. 112 su prikazane tri varijante dodatnog alata, čija je uloga pravolinijsko vođenje gorionika (varijante a i b, s tim da je u varijanti b ivica reza zakošena) ili vođenje gorionika po zadanoj konturi, varijanta c.

a) b) c) Slika 112. Dodatni alat ("kolica") gorionika za mehanizovano rezanje

Automatsko rezanje zahtijeva komplikovane i skupe mašine, koje su ekonomične jedino

za serijsku proizvodnju. Mašine za rezanje mogu da budu pokretne ili nepokretne. Pokretne mašine uglavnom služe za pravolinijsko rezanje, mada mogu da se prilagode proizvoljnom, krivolinijskom kretanju (rezanju), sl. 113.

Slika 113. Šema automata za gasno rezanje


- 97 -

3.1.2 Tehnologija gasnog rezanja

Gasno rezanje se izvodi u više faza: - metal se prvo predgrijava acetilenskim plamenom, sve do postizanja temperature paljenja (početka sagorjevanja), koja za čelike iznosi 1300÷1350°C, - na predgrijano mjesto se usmjerava mlaz kiseonika za sagorjevanje zapaljenog metala, pri čemu se brzina i protok mlaza određuju prema debljini materijala, - kada se na početnom mjestu rezanja "savlada" cijela debljina, gorionik se pokreće brzi-nom koja omogućava stalni kontakt mlaza kiseonika i troske.

Pravilan proces rezanja se odvija konstantnom brzinom sa neprekidnim mlazom produ-kata sagorijevanja (oksidi u obliku varnica). Pri tome acetilenski plamen i sagorijevanje metala treba da obezbijede dovoljno toplote da gornja ivica reza bude stalno na temperaturi paljenja. Kod rezanja limova proces je relativno jednostavan, ali se kod rezanja profila, cijevi i drugih predmeta komplikovanijeg presjeka primjenjuju posebne tehnike da ne bi nastale deformacije i zaostali naponi. Na sl. 114a je prikazana tehnika (redoslijed) rezanja kvadratnog profila, na sl. 114b dobra, a na sl. 114c loša tehnika rezanja okruglog profila. Osim toga, da bi se smanjile termičke deformacije pri rezanju, treba pravilno izabrati početak, završetak i redoslijed rezanja, sl. 115.

a) kvadratni profil - redosled b) dobra tehnika rezanja c) loša tehnika rezanja Slika 114. Primjeri rezanja kvadratnog i okruglog profila

a) početak rezanja (A-A'-1) b) završetak rezanja (B-B'-2) c) redosled rezanja (1-2-3)

Slika 115. Pravilan izbor početka, završetka i redoslijeda rezanja

Osnovni parametri gasnog rezanja su protok i pritisak kiseonika za sagorijevanje i brzi-na rezanja. Navedeni parametri se biraju prema debljini materijala, mada postoji i njihova međuzavisnost. Protok kiseonika za sagorijevanje se reguliše prečnikom (brojem) mlaznice, koji se bira na osnovu debljine materijala. Pritisak kiseonika za sagorevanje bitno utiče na stabilnost procesa rezanja, pa njegovom određivanju i održavanju tokom rezanja treba posvetiti posebnu pažnju. Brzina rezanja presudno utiče na pravilno isticanje kiseonika na


- 98 -

donjoj ivici reza i održavanje stalne temperature rezanja. Osim od debljine, brzina rezanja zavisi i od veličine mlaznice i početne temperature rezanja. Brzina rezanja može da bude og-raničena pojavom otklona mlaza produkata sagorijevanja na površini reza, sl. 116, koji joj je proporcionalan. Otklon nema bitnijeg uticaja na kvalitet rezanja ako je njegova vrednost u granicama 5-15% debljine materijala, ali kod većih otklona brzina rezanja mora da se smanji.

Slika 116. Otklon mlaza produkata sagorijevanja

3.1.3 Rezanje pojedinih materijala Od konstrukcionih materijala uslove za gasno rezanje najbolje ispunjava čelik, i to

niskougljenični i niskolegirani. Pri tome važi pravilo da je rezanje tim lakše što je u čeliku manje ugljenika, jer se porastom njegovog sadržaja smanjuje razlika između temperature sagorevanja i temperature topljenja, sl. 107. Gasno rezanje nema bitnijeg uticaja na svojstva niskougljeničnog čelika, dok u slučaju čelika sa većim sadržajem ugljenika može da se uoči pojava zakaljenog sloja u okolini ivica reza (zona uticaja toplote). Dubina ove zone je data u tab. 27, u zavisnosti od debljine i vrste materijala.

Tabela 27. Dubina zone uticaja toplote kod gasno-plamenog rezanja čelika čelik dubina zone uticaja toplote (mm) debljina lima (mm) 5 25 100 150 300 niskougljenični 0,1÷0,3 0,5÷0,7 1,5÷2,0 1,5÷3,0 4,0÷6,0 srednjeugljenični 0,3÷0,4 0,8÷1,2 2,5÷3,0 3,5÷4,3 6,0÷7,0 visokougljenični 0,4÷0,5 1,2÷1,5 3,0÷3,5 4,3÷5,0 7,0÷8,0

Legirani čelici mogu da se gasno režu, ali je po pravilu neophodno predgrijavanje i nak-

nadna termička obrada. Analiza uticaja legirajućih elemenata na mogućnost rezanja čelika je data u tab. 28, uz napomenu da se radi o pojedinačnim uticajima. Fosfor i sumpor u količinama koje su uobičajene u čeliku nemaju uticaja na rezanje.

Tabela 28. Granične vrijednosti sadržaja legirajućih elemenata legirajući element (%) Si Mn Cr Ni W Mo V Cu bez problema <2 <14 <1,5 <25,C<0,7 <10 <1 <3 <2 predgrijavanje <4, C<0,4* <18, C<1,5 <5 <40,C<0,3 <20 <2* nemoguće >4 >18 >5 >2,5 * uz vrlo sporo rezanje

Pojedinačni uticaji legirajućih elemenata su bitni za analizu mogućnosti rezanja legira-

nih čelika, ali je od mnogo većeg praktičnog značaja njihov međusobni uticaj. Stoga se


- 99 -

mogućnost rezanja čelika gasnim postupkom procjenjuje na osnovu njegovog hemijskog sastava, korišćenjem izraza kojim se uticaj legirajućih elemenata svodi na ekvivalentni uticaj ugljenika (kao kod ocjene zavarljivosti):

CE=C+0,4⋅Cr+0,3⋅(Si+Mo)+0,2⋅V+0,06⋅Mn+0,04⋅(Ni+Cu) Uzimajući u obzir CE, kao i sadržaj ugljenika, čelici mogu da se klasifikuju kao što je

dato u tab. 29.

Tabela 29. Klasifikacija čelika prema mogućnosti gasnog rezanja Grupa CE (%) C (%) Uslovi rezanja I do 0,6 do 0,3 Režu se vrlo dobro, termička obrada nepotrebna

II 0,6÷0,8 do 0,5 Režu se zadovoljavajuće. Predgrijavanje potrebno kod većih debljina i niskih okolnih temperatura

III 0,8÷1,1 do 0,8 Režu se teško zbog zakaljivosti i sklonosti ka prslinama. Neophodno predgrijavanje.

IV preko 1,1 preko 0,8

Režu se vrlo teško. Neophodno predgrijavanje i lagano hlađenje poslije rezanja.

Uticaj legirajućih elemenata na rezanje čelika i livenih gvožđa je dat u daljem tekstu.

Ugljik (C) Čelici do 0,30% C mogu se rezati bez ikakvih poteškoća. Čelici sa većim sadržajem C mogu se rezati ako se predgrijavaju na 300-500ºC. Grafit i cementit sprečavaju rezanje, a sivi liv do 4% ugljenika može da se reže ukoliko se primijeni posebna tehnika rada. Mangan (Mn) Kod čelika sa 14% Mn i do 1,5%C (austenitni manganski čelik) potrebno je predgrijavanje. Silicijum (Si) U uobičajenim količinama (do 0,35%) ne predstavlja prepreku rezanju. Transormatorsko gvožđe koje sadrži i do 4% Si se takođe reže. Silicijumski čelik koji sadrži visoke količine C i Mn mora da se predgrijava i naknadno žari da bi se izbjeglo otvrdnjavanje na vazduhu i površinske prsline. Hrom (Cr) Iznad 5% Cr zahtijeva predgrevanje i specijalnu tehniku rada, ali je i pored toga rez dosta grubog izgleda. Nužno je predgrijavanje. Nikl (Ni) Do 30% Ni ne sprečava rezanje, a lijepi rezovi se postižu kod čelika sa sadržajem Ni do 7%.


- 100 -

Molibden (Mo) Djeluje na isti način kao i Cr. Mo-W čelici mogu da se režu samo specijalniim tehnikama rada. Volfram (W) U iznosu 12-14% W ne oteževa rezanje, a granica uspješnog rezanja je 20%. Bakar (Cu) U količinama do 2% ne predstavlja nikakvu teškoću za rezanje. Aluminijum (Al) U količinama do 10% ne utiče na sposobnost rezanja. Sumpor (S) U količinama uobičajenim kod konstrukcionih čelika do 0,06% ne utiče loše na mogućnost rezanja. U većim količinama usporava rezanje, a i razvijaju se znatne količine sumornih para. Vanadijum (V) U malim količinama (do 1,5%) poboljšava sposobnost rezanja.

Rezanje livenog gvožđa

Visoki sadržaj ugljenika u livenom gvožđu predstavlja prepreku uobičajenoj tehnici gasnog rezanja primijenjenoj za nisko ugljenične čelike. Liveno gvožđe sadrži nešto ugljenika u obliku grafitnih lamela ili nodula, i nešto u obliku karbida železa Fe3C. Oba konstituenta sprečavaju oksidaciju gvožđa. Visoki kvalitet rezova ostvaren pri rezanju čelika ne može se postići sa livenim gvožđem. Najčešće se rezanje obavlja u cilju uklanjanja ulivnih sistema, defekata, za popravku ili prekrajanje odlivaka ili za otpad.

Veća mlaznica i veći protok gasa od onog upotrebljenog za čelike se zahtijevaju pri sječenju iste debljine livenog gvožđa. Prekomjerni protok gorivog gasa pomaže u održavanu predgrijavanja tokom gorenja.

Liveno gvožđe se takođe ponekad siječe primjenom specijalnih tehnika za rezanje oksidaciono otpornih čelika. To su dodatna ploča, rezanje metalnim prahom ili primjenom hemijskog topitelja.

3.1.4 Rezanje metalnim prahom

Ova tehnika je dopuna tehnike gasnog rezanja sa strujom praha bogatim železom. Praškasti materijal se ubrzava i potpomaže reakciju oksidacije i takođe topljenje i rasprskavanje materijala koji se teško režu. Prah se usmjerava u rez ili kroz vrh mlaznice ili sa jednim ili više mlazeva izvan vrha. Kada se primjenjuje prvi metod, prah se ubacuje u kiseonik za rezanje prije ispaljivanja gasa kroz vrh mlaznice. Kada se prah doprema spoljnim putem, gorivi gas predaje česticama praha dovoljnu brzinu da ih prenese kroz predgrijani dio u struju kiseonika za rezanje. Ovo kratko vrijeme u predgrijanom stanju je


- 101 -

dovoljno da proizvede željenu reakciju u zoni sječenja. Nešto praha hemijski reaguje sa vatrostalnim oksidima proizvedenim u rezu i

povećava njihovu tečljivost. Preostala istopljena šljaka se ispire sa reakcione zone mlazom kiseonika. Svježe metalne površine se kontinualno izlažu mlazu kiseonika. Za postupak se primjenjuje prah željeza i smješa metalnih prahova, kao što su željezo i aluminijum.

Rezanje čelika otpornih na oksidaciju metodom praha se može izvesti približno istim brzinama kao kiseonično rezanje ugljeničnog čelika ekvivalentne debljine. Protok kiseonika za rezanje mora biti blago viši kod postupka sa prahom.

3.1.5 Rezanje pomoću topitelja

Proces je primarno namijenjen za rezanje nerđajućeg čelika. Topitelj je prilagođen da reaguje sa oksidima legirajućih elemenata, kao što je Cr i Ni, da proizvede jedinjenja sa tačkama topljenja bliskim temperaturama topljenja željeznih oksida. Zahtijeva se specijalna aparatura za ubacivanje topitelja u rez. Sa dodatkom topitelja, nerđajući čelici se mogu rezati pri uniformnim lineranim brzinama bez oscilacije baklje. Brzine rezanja se primiču očekivanima za ekvivalnetne debljine ugljeničnih čelika. Veličine vrha mlaznice će biti veće i protok režućeg kiseonika će biti nešto veći nego za ugljenični čelik.

3.1.6 Specijalne tehnike gasnog rezanja Specijalne tehnike se prvenstveno odnose na rezanje debelih ploča (preko 300 mm deb-

ljine), naslaganih limova, žlijebljenje i podvodno rezanje. Osnovni problemi pri rezanju debelih limova su da se obezbijedi dovoljna količina gasa i odgovarajuća oprema. Dovoljna količina gasova (prvenstveno kiseonika) je neophodna da se ne bi prekinuo proces rezanja, jer je njegovo nastavljanje na debelim limovima izuzetno teško. Specijalnim gorionicima rezane su ploče debljine do 1500 mm.

Rezanje naslaganih limova se često koristi da bi se uštedilo vrijeme i gasovi, sl. 117. Kako potrošnja kiseonika nije proporcionalna debljini lima, to je očigledno moguća značajna ušteda istovremenim rezanjem više tanjih limova. Ova tehnika je ograničena na limove tanje od 13 mm, jer je deblje limove teško fiksirati. Rezanje naslaganih limova se takođe koristi za vrlo tanke limove koji pojedinačno ne mogu da se režu. Ukupna debljina naslaganih limova ograničena je zadanom tolerancijom rezanja. Za praktične svrhe ukupna debljina naslaganih limova ne treba da prijeđe 150 mm. Ako je ukupna debljina mala, onda može da se koristi dodatna ploča koja se postavlja odozgo i čija je uloga da spriječi vitoperenje i omogući dobar početak rezanja.

Pri rezanju naslaganih limova javljaju se dva osnovna problema. Prvi od njih je vezan za početak rezanja, a drugi za održavanje procesa rezanja. Da bi se obezbedio dobar početak rezanja koristi se nekoliko tehnika, od kojih je najjednostavnija slaganje limova sa smicanjem početka, tako da rezanje počinje od gornjeg lima i prenosi se postepeno kroz sve limove. Održavanje procesa rezanja može da bude ugroženo slojevima vazduha između limova. Jedna od mogućnosti da se spriječi uticaj vazduha na proces rezanja je korišćenje mlaznice za velike brzine strujanja.


- 102 -

Slika 117. Rezanje naslaganih limova

Izrada žljebova (priprema za zavarivanje) je česta primjena gasnog rezanja, po-sebno kod debljih limova. Za ovaj posao se koriste standardni gorionici, a radi se po pravilu mehanizovano, sl. 118.

Položaji gorionika za tri najčešća oblika žlijeba (V, X i dvostruko Y) su prikazani na sl. 119. Veličine označene sa A i B, koje definišu položaj gorionika, zavise od debljine ploče, veličine mlaznice i brzine rezanja. Usljed pogrešno odabranih položaja gorionika nastaju značajne greške u izradi žljebova. Održavanje položaja je podjednako značajno pa se za izradu žljebova po pravilu koriste mašine, odnosno mehanizovano rezanje.

Za podvodno rezanje se koristi modifikovana konstrukcija gorionika sa dodatnim ka-nalom za vazduh pod pritiskom, sl. 120. Uloga vazduha je da izoluje mjesto rezanja od okolne vode, čime se obezbjeđuju radni uslovi kao kod običnog gasnog rezanja, i da stabilizuje acetilenski plamen za predgrijavanje. Gorionik za podvodno rezanje može da ima i dodatne uređaje za formiranje mjehura vazduha i fiksiranje radnog položaja.

Slika 118. Mehanizovana izrada žlijeba


- 103 -

a)

b)

c)

Slika 119. Položaji gorionika pri izradi: a) V žlijeba; b) X žlijeba; c) dvostrukog Y žlijeba

Slika 120. Šema gorionika za podvodno rezanje

3.1.7 Greške pri gasnom rezanju Usljed pogrešno odabranih parametara ili nepridržavanja propisane tehnologije nastaju

razne vrste grešaka pri gasnom rezanju. Najčešće greške su prikazane na sl. 121. Po pravilu, ove greške mogu da se otklone naknadnom mašinskom obradom.


- 104 -

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

Slika 121. Greške rezanja: a) nedovoljno predgrijavanje i brzina rezanja, b) predugačak plamen predgrijavanja, c) nedovoljan pritisak kiseonika, d) previsok pritisak kiseonika i mali otvor mlaznice, e) nedovoljna brzina rezanja, f) prevelika brzina rezanja, g) promjenljiva brzina rezanja, h) loše nastavljanje [8]

3.2 ELEKTROLUČNO REZANJE Elektrolučno rezanje se zasniva na topljenju metala i oduvavanju rastopa iz žlijeba,

pomoću kiseonika ili vazduha pod pritiskom. Kako je temperatura luka dovoljna za topljenje svih komercijalnih metala to ovaj postupak ima manje ograničenja od gasnog rezanja u pogledu primjenljivosti na različite materijale. Postoji više varijanti elektrolučnog rezanja, a najčešće se koriste grafitne ili šuplje elektrode.

Elektrolučno rezanje i žlijebljenje šupljom elektrodom kroz koju struji kiseonik (OXY-ARC postupak) koristi toplotu luka za topljenje metala i kiseonik pod pritiskom za njegovo oduvavanje i djelimično sagorijevanje. Postupak je jeftin i jednostavan i može da se primjeni na sve vrste čelika, sivi liv i legure obojenih metala, a najčešće se koristi za popravke oštećenih djelova. Površina reza nije dovoljno kvalitetna, pa je za odgovornije primjene neophodna naknadna mašinska obrada.

Elektrolučno rezanje i žlijebljenje grafitnom elektrodom (ARC-AIR postupak) koristi toplotu luka za topljenje metala i vazduh koji struji kroz dvije rupice na držaču elektrode za njegovo oduvavanje. Kao u prethodnom slučaju postupak je jednostavan i jeftin, ali je kvalitet površine rezanja loš. Osnovnu primjenu ovaj postupak ima za žlijebljenje u slučajevima kada uobičajene tehnike ne mogu da se primjene. Primjeri primjene ARC-AIR postupka na izradu U i dvostrukog U žlijeba su dati na sl. 122, a primjena na žlijebljenje korjena zavara (4 različita položaja) na sl. 123.


- 105 -

Slika 122. Izrada U žlijeba ARC-AIR postupkom

a)

b)

c)

d)

Slika 123. Žlebljenje ARC-AIR postupkom u različitim položajima: a) vertikalni; b) nadglavni; c) horizontalni; d) horizontalno vertikalni

3.3 REZANJE PLAZMOM

Rezanje lukom plazme veoma je slično postupku zavarivanja plazmom, razlika je u konstrukcij glave gorionika za rezanje i dosta višem naponu struje. Pri rezanju plazmom visoka temperatura luka plazme topi radni predmet, a rastop se oduvava iz reza kinetičkom energijom gasa, koji izlazi iz mlaznice. Za rezanje se najčešće koristi plazmatron sa prenosivim lukom, kojim mogu da se režu svi elektroprovodni materijali. Plazmatron sa neprenosivim lukom, koristi se za rezanje predmeta malih debljina (ispod 1 mm) i materijala koji nisu elektroprovodni (npr. keramika). U svakom slučaju koristi se elektroda od legure volframa. Do sada je razvijeno više različitih postupaka plazma rezanja, kao što je korišćenje vazduha pod pritiskom kao gasa za plazmu, korišćenje dva nezavisna gasa jedan kao radni, a drugi kao zaštitni (sl. 124 a), ubrizgavanje vode radi efikasnijeg sužavanja luka (sl. 124 b). Za rezanje se najčešće koriste sledeći plazma gasovi: a) Smješa Ar i H2 u odnosu 60:40%, čije su glavne odlike velika snaga rezanja zbog velike

toplotne provodljivosti H2, paralelnost reza i blago povišene brazde reza, b) Smeša Ar, H2 i N2 u odnosu 60:20:20%, gde dodatak N2 smanjuje hrapavost reznih

površina, ali pri tome brazde zaostaju, a površine reza nisu metalno čiste, c) Smeša Ar i N2 u odnosu 50:50%, koja omogućava veće brzine rezanja.


- 106 -

a) b)Slika 124. Noviji postupci rezanja plazmom a) sa dva nezavisna gasa b) sa

ubrizgavanjem vode 3.3.1 Primjena postupka

Rezanje lukom plazme može se koristiti za rezanje svih metala. Najviše se primjenjuje

za ugljenični čelik, aluminijum i nerđajuće čelike, jednostavno zbog toga što su oni najuobičajeniji metali koji se koriste. No, postupak rezanja plazmom primjenjuje se jednako dobro na svakom metalu: bakru, mesingu i bronzi; niklu i njegovim legurama; metalnom cirkonijumu kao i za rezanje urana. Rezanje plazmom koristi se za rezanje u paketima, zakošenje debelih limova, profilno rezanje i prorezivanje otvora. Plazma obavlja ove poslove sa manje unesene toplote u osnovni materijal nego oksigasni plamen (iako je plazma mnogo vruća), to je posljedica bržeg pomjeranja gorionika plazme nego gorionika za oksigasni plamen kao i mehanizma rezanja ( plazma topi i isparava metal, a oksigasni plamen sagorijeva metal). Rezultat rezanja plazmom je manja deformacija osnovnog materijala. Plazmeni gorionici za rezanje se koriste najčešće na mašinama za profilno rezanje (rezanje raznih oblika) kao i na mašinama za razrezivanje i pravougaono rezanje velikom brzinom. Zahtijeva se veoma mali ručni rad zbog toga što su uključene visoke struje i visoki naponi praznog hoda. Nivo buke mlaza plazme gasa velike brzine je takođe veoma visok i postupak može proizvesti mnogo zagušljivih metalnih para. Buka i zagušljive pare se veoma teško eliminišu pri radu sa ručnim gorionikom. Oni nisu problem za automatski gorionik koji se može montirati na pogodnoj mašini za plameno rezanje. Zagušljive pare, toplota i buka proizvedene plazmenim gorionikom se lako eliminišu na mašini sa stolom za rezanje koji je napunjen vodom. Voda samo dodiruje dno lima gdje ona zahvata dimove i trosku. Voda takode prigušuje zvuk koji proizvodi mlaz plazme visoke brzine pri napuštanju glave gorionika.

Plazma postupkom se mogu rezati metali pri brzinama od 2,5 do 4 m/min, dok bi koristeći oksigasni gorionik odgovarajuće brzine bile od 0,5 do 0,7 m/min (važi za manje debljine). Brzine do 7 m/min se koriste pri rezanju tankih materijala. Rukovalac pri ručnom radu teško može da se nosi sa brzinom efikasnog rada režućeg plazma-gorionika. Debeli limovi (preko 70 mm) od ugljeničnog čelika mogu se rezati brže oksigasnim postupkom nego plazmom. Medutim, za rezanje debljina ispod 25 mm, rezanje plazmom je do pet puta brže nego oksigasnim postupkom rezanja.


- 107 -

Na mašinama je uobičajeno da se gorionici za rezanje plazmom montiraju zajedno sa oksigasnim gorionicima, što omogućava brz prelaz sa oksigasnog rezanja na rezanje plazmom i obrnuto, u zavisnosti od toga da li se reže željezni ili neželjezni materijal, odnosno, debeli ili tanki materijal.

3.3.2 Izvori struje za rezanje plazmom Izvori struje za rezanje plazmom su posebno konstruisane jedinice sa vrijednošću

napona praznog hoda u opsegu od 120-400 V (u odnosu na 70-85 V najviše za izvore struje namijenjene zavarivanju lukom). Izbor izvora struje vrši se na osnovu konstrukcije gorionika plazme koji će se koristiti, vrste i debljine komada koji će se rezati i opsega brzine rezanja.

Koriste se mašine jednosmerne struje koje se karakterišu konstantnom strujom sa strmopadajućim naponom.

Postupak rezanja plazmom odvija se pri direktnom polaritetu jednosmjerne struje, sa elektrodom priključenom na negativni pol kao i sa suženim, prenosivim lukom. Pri težim uslovima rezanja zahtijeva se visoka vrijednost napona praznog hoda od 400 V za prorezivanje materijala debljine 50 mm. Oprema za ručno rezanje plazmom, niske struje, koristi visoku vrijednost napona praznog hoda od 120-200 V. Ovako visoki naponi zahtijevaju stalnu pažnju rukovaoca opremom. Izlazna struja iz izvora struje za luk plazme može se kretati od 10-1000 A, u zavisnosti od materijala koji će se rezati, njegove debljine i brzine rezanja. Ovi izvori struje takođe će imati kola za pomoćni luk i uspostavljanje luka pomoću VF generatora.

3.3.3 Modifikacije postupka rezanja plazmom Nekoliko varijanti postupka rezanjem plazmom se koristi za poboljšavanje kvaliteta

rezova. One su uopšteno primjenljive za materijale u opsegu debljina od 3 do 40 mm. Pomoćna zaštita, u obliku gasa ili vode, takode se koristi za poboljšavanje kvaliteta rezova. Rezanje dvostrukim protokom plazme

Kod rezanja dvostrukim protokom plazme obezbjeđen je omotač od drugog gasa oko luka plazme, kao što je prikazano na sl. 125. Obično je gas za obrazovanje plazme azot. Izbor zaštitnog gasa se vrši na osnovu materijala koji će se rezati. Za meki čelik on može biti ugljendioksid ili vazduh a brzine rezanja biće malo više nego one za uobičajeno rezanje lukom plazme, ali kvalitet rezanja nije zadovoljavajući za sve primjene. Ugljendioksid se često koristi za zaštitu nerđajućih čelika. Smeše zaštitnih gasova argon-vodonik se koriste za aluminijum.

Rezanje plazmom u zaštiti vode Ova tehnika je slična rezanju dvostrukim protokom plazme. Voda se koristi umjesto pomoćnog zaštitnog gasa. Izgled reza i radni vijek mlaznice poboljšavaju se korišćenjem vode kao pomoćne zaštite. Upravnost reza i brzina rezanja značajno se ne poboljšavaju u odnosu na uobičajeno rezanje plazmom.


- 108 -

Sl. 125 Rezanje dvostrukim protokom plazme.

Rezanje plazmom sa injektiranjem vode Pri ovoj modifikaciji rezanja plazmom koristi se simetrično udarajući mlaz vode u

blizini sužavajućeg otvora mlaznice za dalje sužavanje „plamena" plazme. Osnovni mehanizam rada je prikazan na sl. 126. Mlaz vode takode štiti plazmu od turbulentnog miješanja sa okolnom atmosferom. Kraj mlaznice može se izraditi od keramike, čime se potpomaže sprečavanje „udvostručavanja luka". Udvostručavanje luka nastaje kad luk preskače od elektrode na mlaznicu a zatim na komad, obično razarajući mlaznicu. Vodom sužena plazma proizvodi uski, oštro oblikovani rez pri brzinama iznad onih za uobičajno rezanje plazmom. Budući da pretežna količina vode izlazi iz mlaznice kao tečna raspršena struja to ona hladi ivice proreza, proizvodeći oštre uglove. Kad se gas za obrazovanje plazme i voda injektuju tangencionalno, plazma-gas se vrtloži kad se pojavi iz mlaznice i mlaza vode. Ovo proizvodi upravne površine visokog kvaliteta na jednoj strani proreza. Druga strana proreza je zakošena. Pri korišćenju profilnog rezanja, smjer napredovanja gorionika mora se izabrati da proizvodi upravan rez na dijelu, a zakošeni rez na otpatku.

S1. 126. Rezanje lukom plazme sa injektiranjem vode.


- 109 -

3.3.4 Gasovi za obrazovanje plazme

Izbor gasova za obrazovanje plazme bazira se na materijalu koji se reže i zahtijevanom kvalitetu površine reza. Većina neželjeznih metala se režu koristeći azot ili smješu azot-vodonik ili pak argon-vodonik. Titan i cirkonijum se režu plazmom čistog argona zbog toga što su ovi materijali izuzetno osjetljivi na krtost prouzrokovanu aktivnim gasovima, posebno vodonikom.

Ugljenični čelici se režu koristeći komprimovani vazduh (80 % azota i 20 % kiseonika) ili čisti azot. Azot se koristi metodom injektiranja vode. Neki sistemi koriste azot kao gas za obrazovanje plazme sa kiseonikom koji se injektuje u plazmu ispod elektrode. Ovaj raspored produžava radni vijek elektrode time što je ne izlože uticaju kiseonika. Za neka rezanja neželjeznih metala sistemom dvostrukog protoka, azot se koristi za plazma-gas sa ugljendioksidom koji se koristi za zaštitni gas. Radi boljeg kvaliteta rezova, koristi se smješa argon-vodonik kao plazma-gas a azot kao zaštita.

3.3.5 Smjer rezanja

Kao što smo već spomenuli, većina gorionika za rezanje plazmom vrtloži gas za obrazovanje plazme putem njegovog injektiranja kroz tangencijalne otvore ili žljebove u glavi gorionika. Jedna odlika vrtloženja gasa je efikasniji prenos energije luka na jednu stranu proreza. Pri vrtloženju u smjeru kazaljke na satu, npr., desna strana reza (gledajući u smjeru napredovanja) biće prikladno upravna, a lijeva strana reza biće zakošena. Zbog toga, smjer napredovanja (rezanja) mora se vršiti tako da se otpadni metal postavi na lijevu stranu, kao što je prikazano na sl. 127. Komponente suprotnog vrtloženja mogu se koristiti ako se zahtjeva upravna lijeva strana npn, kad se režu naspramne ivice sa dva gorionika koji se kreću u istom smjeru. Pri ručnom radu, rukovalac izvrši izbor protoka gasa za obrazovanje plazme i struje prema listi preporučenih načina izvođenja. Postavlja gorionik na mjesto početka rezanja na radnom komadu, a zatim uspostavlja luk. Potom ručno vodi gorionik preko radnog komada zahtjevanom brzinom rezanja. Napajanje i gas se automatski isključe kad oslobodi okidač na gorioniku.

Sl. 127 Odnos smjera napredovanja gorionika prema dijelu pri vrtloženju plazma-gasa


- 110 -

Napomena: Nemojte dopustiti da gorionik dodirne radni komad. Ne smije se dopustiti da sužavajuća mlaznica gorionika dodirne komad. To bi

prouzrokovalo oštećenje mlaznice. Isto tako, do oštećenja može doći ako luk bude prelazio od elektrode na tijelo mlaznice a zatim na komad (udvostručavanje luka) prije nego od elektrode na komad. Konstrukcijama režućih gorionika obično se svode na minimum problemi udvostručavanja luka putem izolacije ili usjecanjem žljebova u mlaznici.

3.3.6 Kvalitet reza

Faktori koji određuju kvalitet rezanja plazmom su glatkoća povišine, širina proreza, paralelnost stranica reza, šljaka ili troska koja se obrazuje na donjoj ivici stranice reza, upravnost reza i oštrina gornje ivice. Ovi faktori su određeni vrstom materijala koji se reže, konstrukcijom opreme i njenim podešavanjem.

Uopšteno, visokokvalitetni rezovi se dobijaju pri srednjoj snazi i niskim brzinama rezanja. Medutim, niska brzina rezanja ugrožava ekonomske pokazatelje. Zbog toga, ono što predstavlja zahtijevani kvalitet reza, treba definisati prije primjene postupka.

Rezovi plazmom na limovima debljine do 75 mm mogu imati glatkoću površine veoma sličnu onoj koja se dobija oksigasnim rezanjem. Skoro ne postoji oksidacija površine pri korišćenju moderne automatske opreme koja koristi injektiranje vode ili zaštitu vodom. Na debljim limovima, manje brzine napredovanja proizvode grublju završnu površinu.

Napomena: Širine proreza za rezanje plazmom su 1,5 do 2 puta veće nego širine proreza pri oksigasnom plamenom rezanju. Širine proreza rezova plazmom su 1,5 do 2 puta veće u odnosu na oksigasne rezove na limovima debljine do 50 mm. Npr., tipična širina proreza na nerdajućem čeliku debljine 25 mm je približno 4,8 mm u odnosu na prorez od 3,2 mm pri oksigasnom rezanju. Širina proreza raste sa debljinom lima pri korišćenju rezanja plazmom, baš kao pri drugim postupcima rezanja. Rez plazmom na nerđajućem čeliku debljine 180 mm izrađen pri 100 mm/min ima širinu proreza od 29 mm.

Mlaz plazme nastoji da odstrani više metala sa gornjeg dijela proreza nego sa donjeg dijela. Zbog ovoga, tipičan zahvatni ugao reza čelika debljine 25 mm je 4 do 6° od potpuno paralelnih ivica reza. Ovo zakošenje nastaje na jednoj strani reza kad se koristi vrtloženje plazma-gasa. Ugao zakošenja na obje strane reza teži da se poveća sa brzinom rezanja.

Šljaka (ili troska) je materijal koji se topi za vrijeme rezanja i prianja na donju ivicu stranica reza. Pomoću sadašnje automatske opreme, mogu se proizvoditi rezovi slobodni od šljake ili troske na aluminijumu i nerđajućem čeliku do debljine približno 80 mm. Kod ugljeničnog čelika, izbor brzine i struje je uticajniji na troskom koja teži da se obrazuje na ovom materijalu kad se poveća brzina rezanja. Zaobljenje ivica nastaje kad se koristi prekomjerna snaga za rezanje date debljine lima, ili kad je bezbjedno rastojanje gorionika suviše veliko. Ono može takođe nastati pri rezanju velikom brzinom materijala debljine manje od 6 mm.


- 111 -

3.3.7 Plazma rezačice

Najprostije plazma rezačice su namjenjene za ručno rezanje. Gas za dobijanje plazme kod ovih rezačica je komprimirani zrak. Komprimirani zrak mora da bude suv i čist. Različite rezačice zahtijevaju određeni pritisak i količinu komprimiranog zraka, što predstavlja podatke za karakteristike kompresora koji opslužuje rezačicu. Na slici 128. prikazan je izgled Varstroj-evog aparata za rezanje sa komprimiranim zrakom (A-70). Pored komprimiranog zraka, aparati nove generacije za dobijanje plazme koriste argon, vodonik, azot, kiseonik ili njihove mješavine. Ovi aparati su invertorskog tipa sa veoma širokim područjem podešavanja parametara tako da pored rezanja omogućavaju markiranje. Izgled jednog ovakvog aparata (HI Focus 160 i) dat je na slici 129.

U tabelama 30. i 31. date su mogućnosti Varstrojevih aparata za rezanje sa komprimiranim zrakom i aparata koji koriste druge gasove.

Sl. 128. Varstrojev aparat (A-70) za Sl. 129 Varstrojev aparat za plazma rezanje sa komprimiranim zrakom rezanje (HI Focus 160 i) Tab.30. Mogućnosti Varstrojevih aparata za rezanje sa komprimiranim zrakom


- 112 -

Tab.31. Mogućnosti Varstrojevih aparata za rezanje sa gasovima za obrazovanje plazme.

Savremene portalne plazma rezačice opremljene su CNC sistemima upravljanja. Preciznost programiranja na ovim rezačicama je ± 0,01 mm, a odstupanja izrezanih dijelova je do ± 0,1 mm. Programski paketi namjenjeni za upravljanje CNC rezačicama omogućavaju zadavanje linije rezanja, kompenzaciju širine reza, izbor oblika iz baze najčešće korišćenih makroa, automatsko podešavanje parametara rezanja (brzine, jačine struje, protoka gasa i sl.) na osnovu izabranog materijala koji se reže i njegove debljine. Najčešće su standardno opremljene gorionikom za plazmu plus gorionik za autogeno rezanje. Unos programa je preko upravljačkih jedinica opremljenih LCD monitorima, a prenos podataka preko disketnih jedinica (sve ređe) kompakt diskova, serijskih portova USB ili preko mreže. Umrežavanje CNC rezačica sa odjeljenjima za planiranje i pripremu proizvodnje omogućava stalno praćenje, nadzor i planiranje proizvodnje. Jedan od programa za grafičko programiranje CNC mašina za vođenje rezanja je program „ZEVS“ koji se ugrađuje kao upravljačka podrška u Varstrojeve rezačice. Na slici 130. prikazana je Varstrojeva CNC rezačica „VARCUT L2 ST“ koja se izvodi u verzijama radnih dimenzija od 2000 x 6000 mm do 2500 x 6000 mm, maksimalna debljina rezanja je do 150 mm. „VARCUT L2 ST“ je standardno opremljen jednim plazma gorionikom, a CNC upravljač sadrži unaprijed programirane najčešće korišćene standardne odlike. Na slici 131. prikazan je pregled 50 makroa, navedene oblike moguće je:

- rotirati oko početne tačke za željeni ugao, - reflektovati (posmatrati u ogledalu) preko X i Y ose, - skalirati (smanjivati / povećavati), - zakretati ose rezača prema predmetu obrade, - dinamička kompenzacija širine reza, što daje karakter CNC upravljanja i sl.

Na slici 132. dat je prikaz table upravljačke jedinice „BURNY Phantom ST“ za upravljanje „VARCUT L2 ST“ rezačicom.


- 113 -

Sl. 130. Varstrojeva portalna CNC rezačica „VARCUT L2 ST“

Sl. 131. Pregled najčešće korišćenih oblika instalisanih na Varstrojevim rezačicama

Sl. 132. Tabla upravljačke jedinice „BURNY Phantom ST“ sa 10,4“ monitorom

Standardna oprema na „VERCUT L2 ST“ rezačici omogućava uvoz različitih CAD datoteka (DXF, IGS, PLT, ...) što znači da mašina može odrezati željeni oblik bez direktne pripreme programa. U dodatnu opremu na ovoj rezačici spada : softer za programiranje „ZEVS RX“, modul za automatsko krojenje, laserski pokazivač pozicije, sušionik vazduha i filterski sistem za odsisavanje gasova nastalih rezanjem.


- 114 -

Pored „VARCUT L2 ST“ rezačica koje su standardno opremljene jednim plazma gorionikom, Varstroj proizvodi rezačice sa instalisanim gorionicima za plazmu i oksigasni plamen (autogeno rezanje). Ovakve rezačice imaju mogućnost rezanja većih debljina, do 300 mm. Čelični limovi većih debljina režu se oksigasnim plamenom, dok se manje debljine i neželjezni materijali režu plazmom uz znatno veće brzine od oksigasnog plamena. Na slici 133. dat je izgled Varstrojeve CNC rezačice „VARCUT S.P2N/B10“ čije su standardne dimenzije stola do 3000 x 6000 mm uz mogućnost produživanja uzdužne pruge.

Sl. 133. Varstrojeva portalna CNC rezačica „VARCUT S.P2N/ B10“ Rezačica „VARCUT S.P2N/B10“ opremljena je upravljačkom jedinicom „BURNY 10 LCD Plus“ sa 15“ monitorom , upravljački procesor radi na frekvenciji 2GHz, operativni sistem je WINDOWS XP. Primjer projektovanog dijela prikazanog na monitoru dat je na slici 134. Nakon definisanja oblika i dimenzija određuje se položaj elementa na tabli, odnosno optimalan raspored koji daje najveće iskorišćenje lima.

Portalne rezačice opremljene su uređajima za regulaciju visine gorionika. Izvedbe ovih uređaja su različite. Najprostiji je kontaktni uređaj sa pneumatskim podizanjem/spuštanjem

Slika 134. Primjer projektovanog dijela prikazanog na monitoru rezačice


- 115 -

gorionika sa držačem lima. Držač lima osigurava konstantnu udaljenost gorionika od lima za vrijeme rezanja, a podešava se ručno. Navedeni uređaj namjenjen je za rezanje tankih limova (do 3 mm). Na slici 135a prikazan je uređaj „MSX 750 MAN“ koji omogućava ručno vođenje plamenog gorionika. Naredbama ručno gore/ ručno dole pomjera se gorionik u željeni položaj. Radni hod je 220 mm, a senzor upravlja odstupanjem od startnog signala.

a) b) c) d) Sl. 135. Uređaji za regulaciju visine gorionika: a) MSX 750 MAN, b) MSX 750 CAP c) MSX 750 ARC d) IHT 3000 Na slici 135b prikazan je uređaj „MSX 750 CAP“ opremljen kapacitetivnim senzorom i upravljačkom jedinicom. Uređaje „MSX 750 MAN“ i „MSX 750 CAP“ moguće je ugraditi na bilo koju rezačicu sa oksigasnim gorionikom, oba uređaja imaju mogućnost daljinskog upravljanja, preciznost vođenja im je ± 0,3 mm. Na slici 135c prikazan je uređaj „MSX 750 ARC“ koji služi za vertikalno pozicioniranje oksigasnog ili plazma gorionika. Ovaj uređaj omogućava dva načina rada, i to: ARC SENZE MODE ( za plazma gorionike) ili SENZE MODE ( za oksigasne gorionike). Karakteristike ARC SENZE MODE načina rada su:

- automatsko prepoznavanje visine za paljenje plazma luka, - automatsko uklapanje na regulaciju visine sa naponom plazma luka, - podesivo vremensko kašnjenje nakon starta rezanja, stabilizacija luka, - automatsko prepoznavanje proreza i ruba lima, - podesivo dizanje gorionika u izabrani položaj nakon prekida rezanja.

Na slici 135d prikazan je uređaj „ IHT 3000“ namijenjen za najpreciznije vođenje kod rezanje plazmom ili autogenog rezanje sa bezkontaktnom ili kontaktnom senzorikom. Ovaj uređaj ima sve karakteristike uređaja „MSX 750 ARC“ uz dodatnu mogućnost kontaktnog rada pri plazma rezanju. Početno pozicioniranje izvodi se dodirom mlaznice i radnog komada, nakon paljenja luka visinsko vođenje je naponom luka. Na slici 136. prikazan je senzorski bezkontaktni način vođenja i kontaktno pozicioniranje uz vođenje gorionika naponom luka.


- 116 -

a) b)

Sl. 135. Vođenje gorionika po vertikali, a) senzorsko (bez kontakta), b) kontaktno.

3.4 REZANJE LASEROM Rezanje laserom se takođe zasniva na velikoj gustini snage ovog postupka, usljed čega

se materijal koji se siječe veoma brzo dovodi na potrebnu temperaturu kod laserskog rezanja topljenjem, ili na temperaturu isparavanja kod laserskog rezanja sublimacijom. Za rezanje u industrijskim uslovima najčešće se koristi CO2 laser, sl. 136. Pomoću sistema sočiva i ogledala laserski zrak (svjetlosni snop) se dovodi do rezne glave u kojoj se sočivom fokusira na gornjoj površini lima. Laserski zraci kod CO2 lasera za rezanja imaju prečnik od 0,1-0,01 mm, što je ujedno i širina reza. Usljed velike gustine snage i brzine, rezanje CO2 laserom je ekonomično, uz visok kvalitet reznih površina i minimalne deformacije.

Slika 136. Šematski prikaz primjene CO2 lasera za sječenje materijala


- 117 -

Literatura: 1. Aleksa Blagojević ...............................ZAVARIVANJE, „Glas“-Banjaluka, 1990. god. 2. Aleksa Blagojević, Omer Pašić ...........................................ZAVARIVANJE, LEMLJENJE , LIJEPLJENJE, Mostar, 1991. god. 3. Sadin Zalihić .......................................ZAVARIVANJE I SRODNI POSTUPCI, Sarajevo, 1998. god. 4. Bogoljub Bajić, Darko Bajić .........................................SUŠTINA I TEHNIKA POSTUPKA ELEKTROLUČNOG ZAVARIVANJA TOPLJENJEM METALA I NJIHOVIH LEGURA, Podgorica, 2005. god. 5. Dave Smith ........................................VEŠTINA I TEHNOLOGIJA ZAVARIVANJA (prevod), Paraćin, 1987. god. 6. Zbornik sa međunarodnog savjetovanja ....................................... POSTUPCI ZAVARIVANJA, Sarajevo, mart 1989. god. 7. Zbornik sa međunarodnog savjetovanja .......................................NORME I NJIHOVA PRIMJENA U ZAVARIVANJU, Rovinj, septembar 2000. god. 8. Aleksandar Sedmak ...........................ZAVARIVAČKI ZBORNIK, Izdanje na CD, Beograd 2002. god. 9. Varstroj, Lendava, Slovenija ................ KATALOG PROIZVODA Izdanje za 2008. godinu.

BCD Elektro d.o.o. Doboj Preduzeće za proizvodnju, projektovanje, inženjering, konsalting i unutrašnju i spoljnu trgovinu Bosna i Hercegovina, 74000 Doboj, ul. Srpskih Sokolova br.1/15 Telefon: 053 203410, Fax: 053 203411, E - mail: [email protected] Preduzeće BCD Elektro d.o.o. Doboj osnovano je 23.01.2004.god., a od 26.07.2004.god. posluje kao ovlašteni Komercijalno-tehnički ZastupnikVarstroj-a za tržište industrije Bosne i Hercegovine. Za poslovnu 2005.god, smo od proizvođača Varstroj dobili posebno PRIZNANJE za uspješno realizovan opseg prodaje u 2005. god. gdje smo po ABC analizi prodaje po kupcima zauzeli 9. mjesto među kupcima razreda A, a narednih godina naše poslovanje sa Varstroj-em ima stalni trend porasta. Orjentisani smo prvenstveno za rad sa krajnjim kupcima iz industrije Bosne i Hercegovine, gdje smo u proteklom periodu imali niz realizovanih investicionih projekata sa proizvodnim programom: -CNCmašine za rezanje metalnih limova plazemskim i plinskim postupkom,

-CNCmašine za rezanje tankih metalnih limova plazemskim postupkom,

-CNCmašine za rezanje metalnih limova plazemskim postupkom sa markiranjem,

- Specijalne mašine za podužno i kružno zavarivanje metalnih limova po TIG postupku,

- Specijalna mašina za navarivanje bakra na kružnu čeličnu podlogu,

-Veliki broj aparata za zavarivanje po MIG/MAG postupku, prvenstveno 400 i 600A,

-Veliki broj aparata zapulsno zavarivanje po MIG/MAG postupku i dr.

Na zahtjev krajnjih kupaca, u saradnji sa fabrikom koju zastupamo, spremni smo prihvatiti rješavanje isporuka opreme za zavarivanje i rezanje metala preme specifičnim zahtjevima i potrebama. Naša poslovna politika je da za sve realizovane poslove stalno ostajemo na vezi i praćenju zadovoljstva krajnjeg kupca i da budemo na raspolaganju za svaku eventualno potrebnu nadogradnju, rekonstrukciju ili edukaciju osoblja za rukovanje i održavanje opreme. Za sve isporučene mašine i aparate imamo obezbijeđene dovoljne količine potrošnih i rezervnih dijelova na skladištu u Doboju. Organizovani servis vršimo preko sledećih preduzeća ovlaštenih za servisiranje proizvodaVarstroj: MGAElektronika szr. Banja Luka SZRIskra ElektromehanikaTuzla Tel. i Fax, 051 429 728,GSM:065 632 878 Tel i Fax, 035 250539,GSM:061 734799 E-mail: [email protected]

wwwwww.. vvaarr sstt rr oojj ..ssii BCD Elektro d.o.o. Doboj Tel. +387 (0) 53 203410, Fax.: +387 (0) 53 203411 E-mail: [email protected]

Documents

BCD Elektro - Prirucnik Za Zavarivanje