DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/2337/1/04_07_2013_diplomski_nino_cvetkovic.pdf · 3.6 Tehnike zavarivanja ... Na osnovi toga je izrađen program i određeni su

SVEUILITE U ZAGREBU FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

DIPLOMSKI RAD

Nino Cvetkovi

Zagreb, 2013.

SVEUILITE U ZAGREBU FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

DIPLOMSKI RAD

Mentor: Doc. dr. sc. Ivica Garai

Nino Cvetkovi

Zagreb, 2013.

IZJAVA

Izjavljujem da sam ovaj rad izradio samostalno koristei steena znanja tijekom studija

i navedenu literaturu.

ZAHVALE

Zahvaljujem djelatnicima Zavoda za zavarene konstrukcije Fakulteta strojarstva i

brodogradnje u Zagrebu na pomoi, posebno mentoru, doc. dr. sc. Ivici Garaiu na

usmjeravanju i korisnim teoretskim i praktinim savjetima pri izradi ovog rada.

Zahvaljujem zaposlenicima poduzea Dalekovod proizvodnja d.o.o., to su mi

omoguili stvaranje diplomskog rada.

Zahvaljujem obitelji na bezgraninoj podrci tokom cijelog studija.

Nino Cvetkovi

III

SADRAJ

SADRAJ ................................................................................................................................ III

POPIS SLIKA .......................................................................................................................... VI

POPIS TABLICA ..................................................................................................................... IX

POPIS OZNAKA ...................................................................................................................... X

SAETAK ................................................................................................................................ XI

1. Uvod .................................................................................................................................... 1

2. Uloga aluminijskih zateznih kompresijskih stezaljki ......................................................... 2

2.1 Elektroenergetski sustav i elektroenergetske mree .................................................... 2

2.2 Elementi nadzemnih vodova elektroenergetskih mrea .............................................. 6

2.2.1 Stupovi ................................................................................................................. 6 2.2.2 Vodii ................................................................................................................... 9 2.2.3 Izolatorski lanci .................................................................................................. 11

2.3 Aluminijske zatezne kompresijske stezaljke ............................................................. 14

3. MIG zavarivanje ............................................................................................................... 17

3.1 Naini prijenosa metala kod MIG zavarivanja .......................................................... 20

3.1.1 Prijenos kratkim spojevima ................................................................................ 21 3.1.2 Prijenos trcajuim lukom .................................................................................. 22 3.1.3 Impulsno MIG zavarivanje ................................................................................. 23 3.1.4 Sinergijsko upravljanje ....................................................................................... 24

3.2 Oprema za MIG zavarivanje ...................................................................................... 25

3.3 Izvor struje za zavarivanje ......................................................................................... 26

3.3.1 Sustav za dobavu ice za zavarivanje ................................................................ 28 3.3.2 Pitolj za zavarivanje .......................................................................................... 31 3.3.3 Sustav za upravljanje protokom zatitnog plina ................................................. 32

3.4 Potroni materijal za MIG zavarivanje ...................................................................... 33

3.4.1 Dodatni materijal ice za MIG zavarivanje ..................................................... 33 3.4.1.1 Puna ica ..................................................................................................... 34

3.4.1.2 Prakom punjena ica ................................................................................. 35

IV

3.4.2 Zatitni plinovi ................................................................................................... 36 3.4.2.1 Svojstva individualnih zatitnih plinova ..................................................... 37

3.4.2.2 Mjeavine zatitnih plinova za zavarivanje aluminija ................................ 38

3.5 Parametri MIG zavarivanja ....................................................................................... 39

3.5.1 Promjer ice ........................................................................................................ 39 3.5.2 Napon zavarivanja .............................................................................................. 40 3.5.3 Brzina dodavanja ice i struja zavarivanja ......................................................... 40 3.5.4 Brzina zavarivanja .............................................................................................. 40 3.5.5 Induktivitet ......................................................................................................... 41 3.5.6 Duljina slobodnog kraja ice .............................................................................. 41 3.5.7 Izbor zatitnog plina i protoka ............................................................................ 42 3.5.8 Uzorak njihanja pitolja ..................................................................................... 43 3.5.9 Nain prijenosa metala impulsnim zavarivanjem .............................................. 44

3.6 Tehnike zavarivanja ................................................................................................... 44

4. Svojstva i zavarljivost aluminija i aluminijskih legura ..................................................... 47

4.1 Opa svojstva aluminija ............................................................................................. 47

4.2 Svojstva vezana za zavarljivost ................................................................................. 48

4.3 Legirni elementi ......................................................................................................... 50

4.4 Metoda oznaavanja aluminijskih materijala ............................................................ 51

4.4.1 Oznake stanja aluminijskih materijala ............................................................... 52 4.5 Vrste aluminijskih materijala ..................................................................................... 53

4.5.1 Toplinski neobradive legure aluminija ............................................................... 55 4.5.2 Toplinski obradive legure aluminija .................................................................. 56

5. Roboti za MIG zavarivanje ............................................................................................... 59

5.1 Osnovna graa industrijskih robota ........................................................................... 59

5.2 Robotska oprema za MIG zavarivanje ...................................................................... 64

5.2.1 Pozicioneri .......................................................................................................... 65 5.2.2 Oprema za zavarivanje ....................................................................................... 69

5.2.2.1 Stupanj integracije opreme za zavarivanje u robotski sustav ..................... 69

5.2.3 Senzori za elektroluno zavarivanje ................................................................... 71 5.2.3.1 Senzori za traenje zavara ........................................................................... 71

5.2.3.1.1 Taktilni senzori ....................................................................................... 72

V

5.2.3.1.2 Senzori udaljenosti ................................................................................. 73

5.2.3.2 Senzori za geometrijske parametre ............................................................. 74

5.2.3.2.1 Optiki senzori ........................................................................................ 75

5.2.3.2.2 Elektroluni senzori ................................................................................ 79

6. Eksperiment ...................................................................................................................... 82

6.1 Opis eksperimenta ..................................................................................................... 82

6.2 Svojstva aluminijske legure EN AW 6060 T6 (AlMgSi0,5) ..................................... 84

6.3 Oprema za zavarivanje .............................................................................................. 86

6.3.1 Oprema za runo zavarivanje ............................................................................. 86 6.3.2 Oprema za robotizirano zavarivanje .................................................................. 87

6.4 Optimizacija parametara robotiziranog zavarivanja .................................................. 93

6.4.1 Program za zavarivanje uzorka R ................................................................... 97 7. Usporedba runog i robotiziranog zavarivanja ............................................................... 100

7.1 Vizualna kontrola zavarenog spoja .......................................................................... 102

7.2 Kontrola makro izbrusaka presjeka zavarenih spojeva ........................................... 105

7.3 Ekonomska komparativna analiza runog i robotiziranog zavarivanja ................... 107

7.3.1 Proraun utede koritenjem robotiziranog postupka zavarivanja ................... 111 8. Zakljuak ......................................................................................................................... 113

9. Literatura ......................................................................................................................... 115

VI

POPIS SLIKA

Slika 1. Elektroenergetska mrea Republike Hrvatske [1] .............................................................. 4

Slika 2. Karta prijenosne mree EES-a Republike Hrvatske [2]...................................................... 5

Slika 3. Siluete jednosistemskih elinih reetkastih dalekovodnih stupova [3] ............................. 8

Slika 4. Siluete dvosistemskih elinih reetkastih dalekovodnih stupova [3] ................................ 8

Slika 5. Izolatorski lanci [3] ......................................................................................................... 11

Slika 6. Izolatorski lanci od kaljenog stakla [1] ........................................................................... 11

Slika 7. Zatezni izolatorski lanci na 1000 kV vodu (Japan) .......................................................... 13

Slika 8. Model zatezne kompresijske stezaljke, izometrijski prikaz .............................................. 15

Slika 9. Model zatezne kompresijske stezaljke, izometrijski prikaz s vidljivim sakrivenim linijama .......................................................................................................................................... 15

Slika 10. Prikaz dijelova zatezne kompresijske stezaljke ................................................................. 16

Slika 11. Osnovne znaajke procesa MIG zavarivanja [4] ............................................................... 17

Slika 12. Oscilogrami struje i napona za razliite naine prijenosa metala [6] ................................ 20

Slika 13. Naini prijenosa metala ovisno o struji zavarivanja [6] .................................................... 20

Slika 14. Odnos struje zavarivanja i promjera ice [7] ..................................................................... 21

Slika 15. Izgled oscilograma impulsne struje [6] ............................................................................. 23

Slika 16. Oprema za MIG zavarivanje ............................................................................................. 25

Slika 17. Blago padajua karakteristika izvora struje za zavarivanje [7] ......................................... 26

Slika 18. Padajua karakteristika karakteristika izvora struje zavarivanja [7] ................................. 27

Slika 19. Ureaj za dodavanje ice i kolut ice [5] .......................................................................... 28

Slika 20. Sustav dobave ice za MIG zavarivanje s etiri kotaia [7] ............................................ 29

Slika 21. "Push" i "push-pull" nain dobave ice za zavarivanje [5] ............................................... 30

Slika 22. Kotaii za dobavu ice: s U-utorom, V-utorom i nazubljenim utorom [8] ...................... 30

Slika 23. Pitolj za MIG zavarivanje [7] .......................................................................................... 31

Slika 24. Redukcijski ventil s mjeraem protoka zatitnog plina ..................................................... 32

Slika 25. Kolut ice za zavarivanje [8] ............................................................................................. 33

Slika 26. Bubnjevi ice za automatizirano zavarivanje, 250 kg do 1000 kg .................................... 34

Slika 27. Provjera promjera i visine zavojnice ice za zavarivanje [5] ............................................ 35

VII

Slika 28. Presjeci prakom punjenih ica [9] .................................................................................... 35

Slika 29. Utjecaj zatitnog plina na penetraciju zavara kod MIG zavarivanja aluminija [5] ........... 37

Slika 30. Slobodan kraj ice [5] ........................................................................................................ 41

Slika 31. Utjecaj duljine slobodnog kraja ice na oblik zavara [10] ................................................ 42

Slika 32. Shematski prikaz raznih naina voenja pitolja njihanjem [11] ...................................... 44

Slika 33. Uinci desne i lijeve tehnike zavarivanja [5] .................................................................... 45

Slika 34. Kut pitolja za zavarivanje kutnih spojeva [5] .................................................................. 46

Slika 35. Zone zavara na aluminijskom materijalu [11] ................................................................... 49

Slika 36. Najee greke zavarenog spoja na aluminijskim materijalima [11] ............................... 49

Slika 37. Poveanje vrstoe aluminijskih materijala hladnom deformacijom [11] ........................ 54

Slika 38. Poveanje vrstoe aluminija legiranjem [11]................................................................... 54

Slika 39. Osnovni tipovi zglobova industrijskog robota [15] ........................................................... 61

Slika 40. Najee konfiguracije industrijskih robota ...................................................................... 62

Slika 41. Jednoosni pozicioner [5] ................................................................................................... 66

Slika 42. Dvoosni pozicioner [5] ...................................................................................................... 67

Slika 43. Stol s izmjenom radnog mjesta [5] .................................................................................... 67

Slika 44. Jednoosni pozicioner s vertikalnom izmjenom radnog mjesta [5] .................................... 68

Slika 45. Jednoosni pozicioner s horizontalnom izmjenom radnog mjesta [5] ................................ 68

Slika 46. Dvoosni pozicioner s izmjenom radnog mjesta [5] ........................................................... 68

Slika 47. Naponski taktilni senzor [16] ............................................................................................ 72

Slika 48. Blizinski senzor (proximity sensor) za detekciju lijeba za zavarivanje [16] ................... 73

Slika 49. Princip rada metode triangulacije [6] ................................................................................ 75

Slika 50. Princip skeniranja zavara s metodom triangulacije [6] ..................................................... 76

Slika 51. Prikaz laserskog senzora na vrhu pitolja za zavarivanje [6] ............................................ 77

Slika 52. Proces ekstrakcije znaajki spoja i segmentacije [6] ......................................................... 78

Slika 53. Centralna toka alata (TCP) i geometrija kod praenja zavara njihanjem [6] ................... 79

Slika 54. Praenje trajektorije zavarivanja pomou senzora [16] ..................................................... 81

Slika 55. Primjer zavarivanja izratka kompleksne geometrije s neprecizno pozicioniranim dijelovima [16] .................................................................................................................. 81

Slika 56. Radioniki crte tijela zatezne kompresijske stezaljke ...................................................... 83

Slika 57. Izvor struje za MIG zavarivanje s dodavaem ice (lijevo) i pozicioner (desno) ............. 86

Slika 58. Robotski sustav Varstroj VRC-1G MIG + 1G TIG / 1dm ................................................ 87

VIII

Slika 59. Robotski manipulator OTC Almega AX-V6 ..................................................................... 88

Slika 60. Upravljaka jedinica Almega AX-C (lijevo), privjesak za uenje (sredina) i operaterski panel (desno) ..................................................................................................................... 89

Slika 61. Oprema za robotizirano MIG zavarivanje ......................................................................... 90

Slika 62. Runi pozicioner Iskra KLN 061-00 ................................................................................. 91

Slika 63. Naprava za pozicioniranje izratka ..................................................................................... 92

Slika 64. Probni uzorak zavaren u PB poloaju ............................................................................... 95

Slika 65. Probni uzorci s grekom naljepljivanja ............................................................................. 95

Slika 66. Probni uzorak uz koritenje maksimalne vrijednosti korekcijskog parametra "arc tuning" .......................................................................................................................................... 96

Slika 67. Uzorak "R" ........................................................................................................................ 96

Slika 68. Robotski program za zavarivanje uzorka "R" ................................................................... 98

Slika 69. Zavarivaki potprogram za zavarivanje uzorka "R" .......................................................... 99

Slika 70. Kut pitolja prilikom runog zavarivanja (gore) i robotskog zavarivanja (dolje) ........... 100

Slika 71. Izgled zavara uzorka kompresijske stezaljke zavarenog runim postupkom .................. 103

Slika 72. Izgled zavara uzorka kompresijske stezaljke zavarenog robotiziranim postupkom ........ 103

Slika 73. Izgled zavara uzorka kompresijske stezaljke zavarenog runim postupkom .................. 104

Slika 74. Izgled zavara uzorka kompresijske stezaljke zavarenog robotiziranim postupkom ........ 104

Slika 75. Makro izbrusak presjeka uzorka zavarenog runim postupkom ..................................... 106

Slika 76. Makro izbrusak presjeka uzorka zavarenog robotiziranim postupkom ........................... 106

Slika 77. Usporedba proizvodnosti i dimenzija runo i robotizirano izvedenog zavara ................ 107

Slika 78. Vremena zavarivanja koritenjem robotiziranog postupka ............................................. 108

Slika 79. Razlika utroenog dodatnog materijala izmeu zavarivanja runim i robotiziranim postupkom ....................................................................................................................... 109

Slika 80. Smanjenje utroka zatitnog plina koritenjem robotiziranog postupka ......................... 110

Slika 81. Udio utede pojedinog imbenika u ukupnoj utedi ........................................................ 112

Slika 82. Utede pojedinih imbenika robotizacijom u odnosu na runi postupak ........................ 112

IX

POPIS TABLICA

Tablica 1. Duljine vodova prijenosne mree EES-a Republike Hrvatske [2] ....................... 5

Tablica 2. Dijelovi zatezne kompresijske stezaljke ............................................................ 16

Tablica 3. Standardni koluti za zavarivanje [8] ................................................................... 33

Tablica 4. Standardni promjeri punih i prakom punjenih ica za zavarivanje [8] ............. 34

Tablica 5. Svojstva istog aluminija [11] ............................................................................ 47

Tablica 6. Mehanika svojstva nekih aluminijskih materijala [11] .................................... 58

Tablica 7. Fizika svojstva aluminijske legure EN AW 6060 (AlMgSi0,5) pri temperaturi

20 C ................................................................................................................... 84

Tablica 8. Kemijski sastav legure EN AW 6060 (AlMgSi0,5) prema normi HRN EN 573-3

............................................................................................................................ 84

Tablica 9. Mehanika svojstva aluminijske legure EN AW 6060 T6 prema normi HRN EN

755-2 ................................................................................................................... 84

Tablica 10. Programi rada pozicionera Iskra KLN 061-00 ................................................... 92

Tablica 11. Kemijski sastav navara izvedenog icom UTP A 495 Mn (AlMg4.5Mn) ......... 94

Tablica 12. Deklarirani sastav ice za zavarivanje Lincoln Electric LNM AlMg5 .............. 94

Tablica 13. Usporedba mehanikih svojstava ica UTP A 495 Mn (AlMg4.5Mn) i LNM

AlMg5 ............................................................................................................... 94

Tablica 14. Usporedba parametara runog i robotiziranog zavarivanja .............................. 101

Tablica 15. Sastav kiseline za nagrizanje makro izbrusaka aluminija ................................ 105

Tablica 16. Uteda novaca koritenjem robotiziranog zavarivanja godinje koliine stezaljki

.......................................................................................................................... 111

X

POPIS OZNAKA

Oznaka Jedinica Opis

EES Elektroenergetski sustav

OHTL Dalekovod (engl. Overhead transmission line)

SN mrea Srednjenaponska (distribucijska) elektroenergetska mrea

NN mrea Niskonaponska (distribucijska) elektroenergetska mrea

VN mrea Visokonaponska (prijenosna) elektroenergetska mrea

ACSR Aluminijski vodi s elinom jezgrom (engl. aluminium conductor steel reinforced)

ACS elik presvuen aluminijem (engl. aluminium clad steel)

OPGW Zatitno ue sa svjetlovodnim nitima (engl. optical ground wire)

ACCR Aluminijski vodi s kompozitnom jezgrom (engl. aluminium conductor composite reinforced)

U V Napon elektrine struje

I A Jakost elektrine struje

Re N/mm2 Granica razvlaenja

Rm N/mm2 Vlana vrstoa

vzav cm/min Brzina zavarivanja

v m/min Brzina dodavanja ice za zavarivanje

MIG/MAG Elektroluno zavarivanje u zatiti inertnog/aktivnog plina (engl. metal inert/active gas)

REL Runo elektroluno zavarivanje

TIG Elektroluno zavarivanje netaljivom elektrodom sa ili bez dodatnog materijala (engl. tungsten inert gas)

XI

SAETAK

Na poetku ovog rada je analizirana primjena, oblikovanje i zahtjevi koje moraju

zadovoljavati aluminijske zatezne kompresijske stezaljke, detaljno je opisan postupak i

oprema za MIG zavarivanje, te su analizirana su svojstva i zavarljivost aluminija i

aluminijskih legura.

Definirane su znaajke robotskog sustava za zavarivanje MIG postupkom: robotskog

manipulatora, pozicionera i izvora struje za zavarivanje.

U eksperimentalnom dijelu je zavaren uzorak runim procesom MIG zavarivanja kakav se

koristi u proizvodnji zateznih kompresijskih stezaljki. Na osnovi toga je izraen program i

odreeni su parametri robotiziranog MIG zavarivanja zateznih kompresijskih stezaljki. Uzorci

su ispitani vizualnom kontrolom i analizom makro izbrusaka presjeka zavara prema

zahtjevima norme HRN EN ISO 15614-2.

Opravdanost koritenja robotiziranog postupka zavarivanja je dokazana usporednom

ekonomskom analizom zavarenih uzoraka zatezne kompresijske stezaljke.

Kljune rijei: MIG zavarivanje, aluminijske legure, robot

U

Nino Cvetkovi, Diplomski rad 1

1. UVOD

Poduzee Dalekovod proizvodnja d.o.o. proizvodi aluminijske zatezne kompresijske stezaljke

u razmjerno velikim serijama koritenjem poluautomatskog postupka MIG zavarivanja uz

jednostavnu mehanizaciju, te se u daljnjem tekstu navodi kao runo zavarivanje.

Radi se o varijantnom proizvodu koji ovisi o projektu i tritu. Proizvodnja ovjesne opreme za

dalekovode se veim djelom oslanja na izvoz, gdje je potrebna velika fleksibilnost varijanti

proizvoda i rokova isporuke.

Vee serije i varijantnost proizvoda su osnovi razlozi razmatranja primjene robotiziranog

zavarivanja zateznih kompresijskih stezaljki u ovom radu.

Robotska stanica je visoko produktivan ali i fleksibilan proizvodni sustav, koji se lako i brzo

koristi za proizvodnju razliitih proizvoda i njihovih varijanti nakon poetnog uvoenja

tehnologije, odnosno programiranja.

Roboti za zavarivanje su zbog toga gotovo u potpunosti zamijenili automate za zavarivanje.

Danas najvie robota za zavarivanje koristi MIG/MAG postupak zavarivanja.

Robotizirano zavarivanje se smatra razvijenom i pouzdanom tehnologijom. Unato tome,

daleko najvei dio zavara izvedenih elektrolunim postupcima, ukljuujui MIG zavarivanje,

se jo uvijek izvodi runo.

Taj znaajan potencijal robotizacije je dodatan razlog koji ini istraivanje opravdanosti

primjene tehnologije robotiziranog MIG zavarivanja zanimljivim.

Uloga aluminijskih zateznih kompresijskih stezaljki


2. ULOGA ALUMINIJSKIH ZATEZNIH KOMPRESIJSKIH STEZALJKI

Radi razumijevanja uvjeta koritenja aluminijskih zateznih kompresijskih stezaljki, u ovom

poglavlju su opisani sustavi i sklopovi, tj. proizvodi u kojima se koriste iste.

2.1 Elektroenergetski sustav i elektroenergetske mree

Elektroenergetski sustav (EES) se sastoji od etiri osnovne cjeline [1]:

Elektrane (izvori elektrine energije) razliita postrojenja u kojima se proizvodi

elektrina energija. Svaka elektrana sadri slijedee jedinice:

o Elektrine generatore proizvode elektrinu energiju i aktivni su element

mree.

o Blok transformatore, koji slue za prilagodbu proizvedene elektrine

energije na naponski nivo voda na koji je elektrana prikljuena.

Elektrane (generatori) veih snaga se prikljuuju na prijenosnu mreu, oni manjih

snaga se prikljuuju na distribucijsku mreu (distribuirani izvori) ili direktno na

instalacije potroaa (potroake elektrane).

Prijenosna mrea slui za transport elektrine energije od elektrana do distribucijske

mree i velikih potroaa, te razmjenu snage izmeu povezanih elektroenergetskih

sustava.

Sastoji se od zranih (OHTL) i kabelskih vodova visokog napona (najee 110 kV

i vie) i rasklopnih postrojenja (transformatorske stanice koje omoguavaju

transformaciju elektrine energije iz mree jednog naponskog nivoa u mreu drugog

naponskog nivoa i razdjelna postrojenja u kojima se uvoruje nekoliko vodova).

Prijenosnu mreu ine slijedei elementi, kao sastavni dio elektroenergetske mree:

o Zrani i kabelski vodovi njima se elektrina energija prenosi izmeu dva

rasklopna postrojenja, obino na velike udaljenosti (od nekoliko kilometara do

vie stotina kilometara).

o Mreni transformatori slue za transformiranje elektrine energije iz

jednog naponskog nivoa u drugi:

Izmeu dvije podmree unutar prijenosne mree (npr. 400/220 kV,

220/110 kV, 400/110 kV).



Iz prijenosne mree u distribucijsku mreu (npr. 110/35 kV, 110/10

kV).

Iz prijenosne mree u elektrino postrojenje velikog industrijskog

potroaa (npr. 110/6 kV).

Distribucijska mrea njome se elektrina energija preuzeta iz prijenosne mree ili

manjih elektrana prikljuenih na distribucijsku mreu distribuira do srednjih i malih

potroaa prikljuenih na distribucijsku mreu. Kao i prijenosna mrea, sastoji se od

zranih i kabelskih vodova, koji su nieg nazivnog naponskog nivoa nego kod

prijenosne mree i raslopnih postrojenja, koja su takoer manjeg nazivnog napona

nego u prijenosnoj mrei.

Distribucijska mrea se klasificira kao:

o Srednjenaponska distribucijska mrea (SN) najee nazivnih naponskih

nivoa 10 kV, 20 kV i 35 kV.

o Niskonaponska distribucijska mrea (NN) najee nazivnog napona 0,4 kV.

U distribucijskoj mrei, koja je dio elektroenergetske mree se pojavljuju slijedei

elementi:

o Zrani i kabelski vodovi slue za prijenos elektrine energije na udaljenosti

koje su znaajno manje u odnosu na prijenosnu mreu; od nekoliko desetaka

metara do nekoliko desetaka kilometara.

o Distribucijski transformatori pomou njih se elektrina energija

transformira iz jednog naponskog nivoa u drugi.

Potroai elektrine energije - preuzimaju elektrinu energiju iz prijenosne ili

distribucijske mree i troe je za vlastite potrebe, tj. za napajanje razliitih vrsta

elektrinih troila.



Slika 1. Elektroenergetska mrea Republike Hrvatske [1]

Slika 1 shematski prikazuje sustav elektroenergetske mree, s nazivnim naponskim nivoima

koji se koriste u Republici Hrvatskoj i regiji.

U prijenosnoj mrei Republike Hrvatske koriste se vodovi nazivnog napona 400kV, 220kV i

110kV, dok se u distribucijskoj mrei koriste vodovi nazivnog napona 35kV, 30kV, 20kV,

10kV i 0.4kV. U razliitim industrijskim postrojenjima (pogonima) koriste se i naponi 6 kV,

3kV i 1kV, a u elektranama se za nazivne generatorske napone koriste i naponi 4kV, 12kV,

16kV, 25kV itd. [1]



Slika 2. Karta prijenosne mree EES-a Republike Hrvatske [2]

Tablica 1. Duljine vodova prijenosne mree EES-a Republike Hrvatske [2]

Napon Ukupno

400 kV 1247 km

220 kV 1210 km

110 kV 4782 km

Srednji napon 198 km

Ukupno: 7437 km



Slika 2 i Tablica 1 prikazuju raspored i duljine vodova prijenosne elektroenergetske mree u

Hrvatskoj. U zbroj ulaze i dvostruki i viesistemski vodovi.

2.2 Elementi nadzemnih vodova elektroenergetskih mrea

Nadzemni visokonaponski i srednjenaponski vodovi elektroenergetskih mrea su interesantni

jer se u njima koriste aluminijske zatezne kompresijske spojnice.

Osnovni elementi nadzemnog voda, poredani po redoslijedu izvoenja su [3]:

temelji s uzemljivaem,

stupovi s uzemljenjem,

izolatorski lanci s spojnom i zatitnom opremom,

vodii i zatitna uad.

Temelji i sustavi uzemljenja nisu znaajni za ovaj rad, meutim ostali elementi nadzemnih

vodova SN i VN mrea su ukratko elaborirani jer su funkcionalno povezani sa zateznim

kompresijskim spojnicama.

2.2.1 Stupovi

Stupovi osiguravaju vodiima odgovarajuu visinu nad tlom.

Mehaniki su optereeni na slijedee naine [1]:

Vertikalno prema dolje djeluje teina vodia, izolatorskog lanca i eventualno dodatnog

tereta na vodiima (npr. led).

Horizontalno u smjeru trase voda djeluju sile horizontalnog zatezanja vodia, koje se

djelomino ili u cijelosti mogu ponititi.

Horizontalno okomito na trasu voda djeluje vjetar na vodie i stupove.

Po poloaju u trasi stupovi se dijele na [1]:

linijske, koji se nalaze u ravnom dijelu vertikalne projekcije trase,

kutne, koji se nalaze na mjestima loma vertikalne projekcije trase.

Po nainu vjeanja vodia stupovi se dijele na [1]:

nosne (nosni izolatori i izolatorski lanci), kod kojih se u neporemeenom stanju

horizontalne sile u smjeru trase uvijek ponitavaju,



zatezne (zatezni izolatori i izolatorski lanci), kod kojih se u neporemeenom stanju

horizontalne sile u smjeru trase djelomino ponitavaju, tj. uvijek postoji odreeni

iznos horizontalne sile u jednom smjeru.

Za vodove preko 10 kV se koriste preteno reetkasti stupovi od pocinanog elika zbog

povoljnog odnosa mase i nosivosti.

Na konstrukciju stupa utjee veliina nazivnog napona voda, materijal, presjek i broj vodia.

Uvjeti rada zranih vodova ovise puno o klimatskim uvjetima i o mjestu kuda prolaze (polja,

ume, naselja, rijeke, brda, klanci i dr.) i s ime se kriaju (ceste, pruge, cjevovodi, drugi

vodovi i sl.). Zbog toga se upotrebljavaju razliiti tipovi stupova du trase dalekovoda.

Nosni (linijski) stupovi slue za noenje vodia na ravnim odsjecima voda, normalno im

izolatorski lanci (s nosnim stezaljkama) vise vertikalno (jer ne postoje horizontalne sile u

smjeru voda), obino ih ima najvie, konstrukcijski su najmanje zahtjevni i stoga najjeftiniji.

Za razliku od njih, zatezni stupovi se dimenzioniraju na preuzimanje optereenja u smjeru

voda uslijed razliitih horizontalnih sila (natega) i kod prekida pojedinih vodia u vodu

(njihovi izolatori imaju otpusne stezaljke).

Rasteretni stupovi imaju svrhu fiksiranja vodia u odreenim tokama dalekovoda. Izolatorski

lanci s vrstim stezaljkama primaju cjelokupni nateg vodia i nalaze se u skoro vodoravnom

poloaju, kao da su produetak vodia. Dimenzionirani su da podnesu prekid svih ueta s

jedne strane stupa kod vodia i ueta optereenih ledom. Kada treba poveati sigurnost

dalekovoda, koriste se takoer dvostruki izolatorski lanci. Manje su zahtjevi na optereenja

kutnih stupova kod kojih trasa mijenja smjer i koji su jednako opremljeni.

Veliina optereenja ovisi o kutu promjene smjera tako da za male kutove (do 3) moemo

koristiti tip nosnog stupa, a za vee kutove tip rasteretnog stupa.

Krajnji stupovi postavljaju se kod ulaza ili izlaza iz postrojenja elektrane ili transformatorske

stanice. Ovaj stup prima sve sile koje djeluju u vodiima voda do najblieg rasteretnog stupa,

jer su kratki vodii u krugu postrojenja vrlo slabo nategnuti.

Kriini stupovi su po opremi rasteretni i upotrebljavaju se kod krianja s drugim vodom (ili

vrlo velikih raspona) te moraju biti vrlo visoki.

Prepletni stup ima karakteristike rasteretnog stupa i koristi se na onim mjestima gdje svi

vodii ili dio njih moraju promijeniti svoja mjesta u rasporedu radi postizanja elektrine

simetrije voda.



Preponski stup se postavlja tamo gdje zbog promjene presjeka ili doputenog naprezanja

vodia nateg nije jednak s obje strane (kod prijelaza dalekovoda preko rijeka, prometnica,

klanaca i dr.) i po opremi je rasteretni. Ako se radi o visokom i skupom stupu, moe se

koristiti manje visine preponskih (rasteretnih) stupova uz umetanje visokog meustupa u

preponsko-rasteretni raspon.

Meustup je visoki stup koji je po opremi i konstrukciji nosni stup, pa je prema tome jeftiniji

od stupova te visine otpornih na horizontalna optereenja uzdu voda (rasteretni, preponski).

Slika 3. Siluete jednosistemskih elinih reetkastih dalekovodnih stupova [3]

Slika 4. Siluete dvosistemskih elinih reetkastih dalekovodnih stupova [3]

Slika 3 prikazuje neke od estih izvedbi jednosistemskih elino-reetkastih stupova, odnosno

stupova koji nose jednu trojku faznih vodia i zatitnu uad na vrhu. Nazivi im esto

proizlaze iz oblika: 1) jela, 2) ipsilon, 3) maka, 4) finski sidreni stup, 5) sidreni V-stup.



Slika 4 prikazuje tipine dvosistemske elino-reetkaste stupove, tj. stupove za dvije trojke

faznih vodia: 1) Dunav, 2) jela, 3) bava, 4) modificirana maka.

Zakljuuje se kako se na svim stupovima osim nosnih koriste zatezne stezaljke, koje su kod

visokonaponskih i veine srednjenaponskih vodova upravo aluminijske kompresijske

stezaljke.

One prenose horizontalnu silu napetosti vodia na stup i to na kritinim mjestima gdje nikako

ne smije doi do pada vodia.

Iz toga proizlazi potreba za odgovornim mehanikim oblikovanjem i paljivom izboru

tehnologije izrade zateznih aluminijskih kompresijskih stezaljki.

2.2.2 Vodii

Zbog izloenosti vremenskim uvjetima; ledu, vjetru i ekstremnim temperaturama i lokalnom

kemijskom oneienju zraka, vodii nadzemnih vodova i njihova zatitna uad rade pod

tekim uvjetima.

Dakle, osim elektrinim, nadzemni vodii su izloeni i visokim mehanikim i kemijskim

optereenjima, te termikim zbog gubitaka u vidu Jouleove topline.

Osnovna podjela vodia koji se koriste u elektroenergetskim mreama je prema materijalu

izrade:

vodii od bakra i bakrenih legura,

vodii od aluminija i aluminijskih legura, koji mogu sadrati ojaanja od elika ili

polimernih materijala,

uad od pocinanog elika ili elika prevuenog aluminijem; ne koristi se za fazne

vodie ve za zatitnu uad.

Aluminijski vodii imaju dvostruko manju masu u odnosu na elektrinu vodljivost od

bakrenih, a uz to su dvostruko jeftiniji. Uz to aluminij ima dvostruko vei specifini toplinski

kapacitet od bakra. Stoga je razumljivo kako se za nadzemne vodove danas koriste preteno

aluminijski vodii.

S druge strane, mehanika vrstoa aluminijskih vodia je znatno manja od bakrenih, posebno

ilavost.

Manja gustoa aluminija u odnosu na bakar uzrokuje vei promjer i manju masu aluminijskih

vodia, to kod nadzemnih vodova rezultira veom amplitudom eolskih vibracija.

Fazni vodii se tite od atmosferskih elektrinih pranjenja zatitnim uetima postavljenim

iznad njih.



Tipovi vodia prema konstrukciji vodia su:

Homogeni (jednoini) vodii sastoje se od jedne ice punog profila. Koristi se

elini ili bakreni materijal. Upotrebljava se za nie naponske nivoe, manje raspone i

presjek do 16 mm2. Osnovni nedostatak im je slaba elastinost.

Vieini jednovrsni vodii (uad) sastoje se tipino od 7 do 61 usukanih ica

jednakog presjeka. Izrauju se od elika, bakrenih i aluminijskih legura.

Vieini vodii (uad) od dva metala:

o sa dvije grupe homogenih ica - najraireniji primjer su ACSR (Al/e) vodii

koji se sastoje od aluminijskog omotaa predvienog za preuzimanje

elektrinog optereenja i eline jezgre, za mehaniku nosivost. Omjer

povrine presjeka elinog i aluminijskog dijela je tipino 6:1.

Vrijedni spomena su vrui vodii , varijacija ACSR vodia za rad na

povienim temperaturama uz poveano elektrino optereenje i vii elektrini

otpor. Koriste se posebne legure vodia (pa tako i kompresijskih stezaljki) i

esto su obojani u crnu boju radi kemijske zatite i bolje emisije Jouleove

topline.

o s jednakim icama iz dva materijala izrauje se iz elinih ica obloenih

bakrom (komercijalnog naziva copperweld) ili aluminija (ACS aluminium

clad steel ili aluweld). Prednost im je dobra zatita elika od korozije i

poveana elektrina vodljivost. Koristi se za zatitnu uad

Specijalni vodii postoji velik broj varijacija, koje se u svrhu ovog rada dijele na:

o vodie za koje se mogu koristiti kompresijske stezaljke (npr. sektorski vodii),

o vodie za koje se ne mogu koristiti kompresijske stezaljke (npr. vodii s

integriranim optikim vlaknima za irokopojasne telekomunikacijske sustave,

od kojih se danas vrlo esto koristi tzv. OPGW izvedba zatitne uadi, te uplji

vodii za smanjenje gubitaka zbog korone pri naponskim nivoima od 220 kV

na vie),

o vodie za koje se koriste specijalne izvedbe kompresijskih stezaljki (npr.

ACCR uad s aluminijskim platem i kompozitnom jezgrom).

Zbog ograniene duljine vodia, potrebno ih je nastavljati spojnicama i u svrhu mehanikog

rastereenja se koriste zatezne stezaljke.



Danas se uglavnom koriste spojnice i zatezne stezaljke kompresijskog tipa, zbog kvalitete i

pouzdanosti.

Prorauni i mjerenja pokazuju kako je najvee mehaniko optereenje vodia upravo na

mjestu spoja sa stezaljkama. Uz statiku silu koja je kombinacija reakcije zatezne sile vodia i

mase ueta, javlja se i dinamika sila zbog eolskih vibracija.

Ako uz to uzmemo u obzir ostala spomenuta optereenja kojima su izloeni vodii, a time i

zatezne stezaljke, elektrina, kemijska i toplinska, jasno se vidi vanost koritenja kvalitetnih

zateznih kompresijskih stezaljki.

2.2.3 Izolatorski lanci

Izolatori kod nadzemnih elektroenergetskih vodova slue za:

elektrinu izolaciju vodia od stupova,

mehaniko fiksiranje vodia u odnosu na stup i osiguranje razmaka meu vodiima

prijenosom sila iz vodia na stup.

Slika 5. Izolatorski lanci [3]

Slika 6. Izolatorski lanci od kaljenog stakla [1]



Slika 5 prikazuje neke este izvedbe izolatora: keramiki longrod, kompozitni i lankasti

stakleni i aerodinamini izolator.

Slika 6 prikazuje esto koritene staklene izolatorske lanke.

Za visokonaponske i srednjenaponske vodove se koristi izolacija pomou izolatorskih lanaca.

Izolatorski lanac je gibljivi, vlano napregnuti sklop koji se sastoji od slijedeih elemenata:

izolator sa standardnom zglobnom vezom (lankasti, tapni; prema materijalu:

keramiki, stakleni, kompozitni),

ovjesni pribor (nosne ili zatezne stezaljke, spojni elementi za spoj sa stupom, spojni

elementi sa standardnom zglobnom vezom za spoj s izolatorom, odstojnici, produnici

i dr.)

zatitni pribor, za elektrinu i mehaniku zatitu (rogovi i prsteni za lokalno

rastereenje od prenapona; priguivai vibracija, odstojnici vodia, dodatni utezi).

Vrste izolatorskih lanaca prema namjeni:

nosni nalaze se u vertikalnoj ravnini, upotrebljavaju se za povezivanje vodia s

nosnim stupovima, preuzimaju vertikalnu komponentu sile vodia koja se uglavnom

sastoji do teine vodia i opreme, osiguravaju projektirani provjes odnosno visinu

vodia od zemlje,

zatezni nalaze se skoro horizontalno, kao da su produetak vodia, preuzimaju

cjelokupni nateg vodia, dimenzionirani su da podnesu prekid svih ueta s jedne

strane stupa kod maksimalnog optereenja ueta.

specijalni: preplitajni, razne varijacije za koritenje u trafostanicama,

elektroenergetskim postrojenjima, itd.

Za uvrivanje zatitnog ueta se koriste zavjeenja (nosna ili zatezna) postavljena na vrhu

stupa, iji su osnovni element nosne odnosno zatezne stezaljke.



Slika 7. Zatezni izolatorski lanci na 1000 kV vodu (Japan)



2.3 Aluminijske zatezne kompresijske stezaljke

Iz prethodnih razmatranja u ovom poglavlju, dolazi se do inenjerskih zahtjeva koji utjeu na

oblikovanje i tehnologiju izrade aluminijskih zateznih kompresijskih stezaljki:

Potrebe trita za velikim koliinama. Samo Hrvatska ima skoro 7500 km

viskonaponskih i srednjenaponskih dalekovoda. Zemlje u razvoju ubrzano grade

dalekovode. Visoko razvijene zemlje su primorane proirivati kapacitete

elektroenergetskog sustava i zamjenjivati stare vodove.

Poto se radi o nerastavljivom spoju, treba osigurati odreenu koliinu stezaljki za

odravanje.

Varijantnost. Odabir vodia ovisi o elektrinim i mehanikim zahtjeva nad

elektroenergetskim vodom. Stezaljke za njih su razliitih dimenzijama, i za neke

uvjete razliitog oblika, ali dovoljno slinog kako bi se mogle grupirati zajedno.

Mehaniko optereenje. Vodii se potpuno rastereuju od natega preko zateznih

stezaljki. Uz to postoji dinamiko mehaniko optereenje zbog eolskih vibracija.

Normalne izvedbe zateznih stezaljki se predviaju za rad na temperaturama od 80 C.

Postoje izvedbe za rad na povienim temperaturama. Zagrijavanje se deava zbog

pojave Jouleove topline. Stezaljka mora imati dovoljnu vrstou da bi podnijela ta

optereenja.

Elektrino optereenje. Ono je visoko i proizlazi iz osnovne funkcije

elektroenergetskih mrea. Odreuje dobre elektrine karakteristike materijala izrade

stezaljki i adekvatno oblikovanje radi prijenosa elektrine struje.

Rad pod visokim naponom. Postoji opasnost od pojave korone, tj. lokalnog iskrenja

koje se oituje u oteenju materijala, elektrinim gubicima i smetnjama u cijelom

spektru frekvencija, od radio interferencije, preko bunog rada, do vidljivih elektrinih

izboja. Pravilnim oblikovanjem treba sprijeiti gomilanje elektrinih naboja.

Kemijsko optereenje. Stezaljke rade elektriki i mehaniki optereene izloene

oneienom zraku i izloene su cijelom spektru atmosferskih utjecaja. Moraju imati

dobru postojanost materijala.

Duktilnost. Kompresijske stezaljke se ugrauju preanjem pomou specijalnih alata.

Zbog toga, osim adekvatne vrstoe, moraju biti dovoljno duktilne kako ne bi

oteavale ionako skupu montau na terenu.



Slika 8. Model zatezne kompresijske stezaljke, izometrijski prikaz

Slika 9. Model zatezne kompresijske stezaljke, izometrijski prikaz s vidljivim sakrivenim linijama



Slika 10. Prikaz dijelova zatezne kompresijske stezaljke

Tablica 2. Dijelovi zatezne kompresijske stezaljke

Poz. Naziv Kom. 1 Tijelo kompresijske stezaljke 1 2 Prikljuna stezaljka 1 3 Vilica s tijelom 1 4 Vijak (ISO 898-1) 1 5 Matica 1 6 Rascjepka 1 7 Vijak 4 8 Matica 4 9 Podlona ploica 8

10 Elastina podloka 4 11 ep za cijev 3 12 ep za cijev 2 13 Blok zakovica 1

Slika 8, Slika 9, Slika 10 i Tablica 2 prikazuju izgled i dijelove aluminijske zatezne

kompresijske stezaljke za aluminijsko ue s elinom jezgrom.

MIG zavarivanje


3. MIG ZAVARIVANJE

Prema HRN EN ISO 4063:2012 oznaka postupka MIG zavarivanja je 131.

MIG (Metal Inert Gas) postupak zavarivanja koristi toplinu iz elektrinog luka za taljenje

potrone elektrode i osnovnog materijala izratka za zavarivanje. Ono se vri pod zatitom

inertnog plina. Jaka struja uzrokuje taljenje vrha elektrode, koji se prenosi na izradak.

Elektroda je ica koja se automatski dodaje s namotaja u elektrini luk kontroliranom brzinom

i istovremeno ima ulogu dodatnog materijala. Brzina dodavanja ice je osnovni parametar

MIG zavarivanja.

Za optimalni postupak zavarivanja bitno je pravilno odabrati parametre zavarivanja. Osim

brzine dodavanja ice, tipini parametri za MIG zavarivanje su napon i protok zatitnog plina.

Slika 11. Osnovne znaajke procesa MIG zavarivanja [4]

Elektrini luk se uspostavlja izmeu radnog komada i ice koja se kontinuirano dodaje s

koluta sustavom za dobavu ice pomou valjia koji guraju icu kroz cjevicu u savitljivi

kabel na ijem kraju se nalazi pitolj za zavarivanje. Energija za elektrini luk se osigurava

pomou izvora struje za zavarivanje. Struja se prenosi na elektrodu pomou kontaktne

cjevice u pitolju za zavarivanje, (Slika 11). Ona je u veini sluajeva spojena na pozitivni

pol izvora struje. Tada se radni komad spaja na negativni pol, te se prilikom uspostavljanja

MIG zavarivanje


elektrinog luka zatvara strujni krug.

ica malog promjera, veliine izmeu 0,6 i 2,4 mm se dobavlja pomou sustava za dodavanje

ice brzinom od nekoliko metara u minuti. Koritenjem izvora s ravnom karakteristikom se

automatski regulira duljina duljina elektrinog luka, u zavisnosti od namjetenog napona

zavarivanja.

Zatitni plin titi elektrodu, elektrini luk i rastaljeni metal od utjecaja okoline atmosfere.

Zatitni plin struji kroz sapnicu koja okruuje kontaktnu cjevicu. Kod MIG zavarivanja

koristi se inertni plin, koji ne sudjeluje u procesima koji se odvijaju u rastaljenom metalu

zavara.

Runo MIG zavarivanje se naziva poluautomatskim postupkom jer se ica dodaje

automatski, dok zavariva runo vodi pitolj za zavarivanje.

Zavariva utjee na sljedee parametre prije i tokom zavarivanja:

Bira vrstu zatitnog plina, vrstu i promjer ice, napon i struju preko brzine dodavanja

ice

Kontinuirano regulira varijable procesa gledajui talinu i sluajui zvuk koji proizvodi

elektrini luk

Odrava pitolj za zavarivanje u tonom poloaju precizno i stabilno, to je osnovno

za dobivanje dobrog zavara konstantne kvalitete

MIG zavarivanje se esto automatizira mehaniziranjem voenja pitolja za zavarivanje.

Meutim, kako je ve spomenuto, to nije jedini zadatak zavarivaa. Posljedino, uloga

automatizacije je reproduciranje vjetina iskusnog zavarivaa u smislu pozicioniranja pitolja

za zavarivanje i kontroliranja parametara zavarivanja. Meu ostalim, to podrazumijeva

promatranje procesa u toku i podeavanje ili prilagoavanje parametara u skladu sa eljenim

rezultatima. Kljunu ulogu u ostvarivanju tog zadatka imaju senzori, odnosno njihove

informacije koje se koriste kao povratna veza u procesu.

Stabilnost procesa MIG zavarivanja je vrlo osjetljiva u odnosu na glavne parametre

zavarivanja, posebno jakost struje, napon, brzinu dodavanja ice, slobodnu duljinu ice, vrstu

i protok zatitnog plina i induktivitet. Mala promjena udaljenosti pitolja i izratka moe

uzrokovati znatnu varijaciju struje i napona, koji odreuju nain prijenosa materijala i tako

utjeu na kvalitetu zavara. Ako elektrini luk nije stabilan, mogu se javiti greke zavara kao

to su loa penetracija, ugorine ili veliko trcanje materijala.

Najznaajnije prednosti MIG zavarivanja su visoka produktivnost i mogunost zavarivanja uz

relativno mali unos topline u radni komad, u kombinaciji s olakanom mogunou

MIG zavarivanje


automatizacije.

MIG zavarivanje je fleksibilna metoda te ima irok spektar primjena u zavarivanju [5]:

limova debljine od 0.5 mm na dalje. Mogunost odabira parametara za nizak unos

topline omoguuju minimiziranje deformacija. Nasuprot tome, kod zavarivanja

debelih materijala moe se postii visoka produktivnost.

zavarivanja svih uobiajenih konstrukcijskih materijala,

spajanja prevuenih metala,

zavarivanje u svim poloajima.

Nedostaci MIG zavarivanja su:

sloenija oprema u odnosu na REL postupak, to je ini skupljom i manje

portabilnom,

oteano koritenje na otvorenom prostoru, treba zatiti mjesto zavarivanja od propuha

kako ne bi otpuhnuo zatitni plin,

dimenzije pitolja za zavarivanje mogu uzrokovati smanjenu mogunost pristupa

zavaru.

MIG zavarivanje


3.1 Naini prijenosa metala kod MIG zavarivanja

Vana znaajka MIG postupka zavarivanja je mogunost odabira naina prijenosa metala

izborom odgovarajuih parametara zavarivanja.

MIG postupkom se moe ostvariti prijenos materijala na etiri naina: kratkim spojevima,

mjeovitim prijenosom i trcajuim lukom, te impulsni nain prijenosa metala, umjetno

stvoreni razvojem novih i modernih izvora struje koji omoguavaju osciliranje jakosti struje

u kratkom vremenskom periodu. Nain prijenosa metala je, meu ostalim funkcija struje i

napona zavarivanja.

Slika 12. Oscilogrami struje i napona za razliite naine prijenosa metala [6]

Slika 13. Naini prijenosa metala ovisno o struji zavarivanja [6]

Slika 12 prikazuje ovisnost napona o vremenu i struje o vremenu kod razliitih vrsta prijenosa

metala. Slika 13 prikazuje veliinu kapljice u odnosu na struju zavarivanja, odnosno nain

prijenosa metala, od prijenosa kratkih spojeva, preko mjeovitog i trcajueg luka, do

vrtlonog luka za velike struje zavarivanja.

MIG zavarivanje


Slika 14. Odnos struje zavarivanja i promjera ice [7]

Slika 14 prikazuje najee naine prijenosa metala za odreene debljine ice za zavarivanje s

naznaenim tipinim rasponima struje zavarivanja.

3.1.1 Prijenos kratkim spojevima

Kod zavarivanja kratkim spojevima je struja, dakle i unos topline manji nego kod trcajueg

luka. Zbog toga se mogu zavarivati tanji materijali. Meutim, smanjuje se koliina nataljenog

metala, tj. proizvodnost.

Okvirni parametri za prijenos kratkim spojevima su napon luka 13 V do 21 V, jakost struje

zavarivanja 50 A do 170 A. [4]

Izvor struje je upravljan naponom, to znai kako izvor kontinuirano mijenja jakost struje

kako bi odrao konstantni napon na izlazu.

Ciklus kratkih spojeva poinje s uspostavljanjem elektrinog luka izmeu vrha ice i izratka.

ica se tali i na vrhu se stvara mala kapljica. Taj dio ciklusa se naziva vrijeme luka.

Za vremena kratkog spoja, kapljica na vrhu ice dodiruje talinu zavara. U tom trenutku

elektrini luk se gasi i napon pada praktiki na nulu, dok struja raste na maksimalnu

vrijednost. Zbog toga se stvara suenje na talini koja ini most izmeu ice i taline zavara. Na

kraju se komadi taline odvaja s vrha ice i prenosi se u talinu zavara gravitacijskom silom i

tzv. pinch efektom. Nakon toga se ponovno uspostavlja elektrini luk i proces se ponavlja.

MIG zavarivanje


Eksperimentalno je odreeno kako stabilnost prijenosa metala nastupa kad se frekvencija

kratkih spojeva izjednai s frekvencijom oscilacije taline zavara, koja je pak uglavnom

odreena irinom zavara. [6] Dakle, za proces optimalne stabilnosti, uestalost kratkih

spojeva treba biti sinkronizirana s oscilacijama taline zavara, to u praksi iznosi 50 100 Hz.

3.1.2 Prijenos trcajuim lukom

Kod ovog naina prijenosa materijala, kapljice metala su manje ili jednake od promjera ice.

Unos topline je velik, stoga zavar ima dobru penetraciju. S druge strane, zbog toga nastaje

veliko podruje taline kod zavarivanja, to je oteano kontrolirati. Nemodificiran nain je

prikladan za poloeni i horizontalni poloaj zavarivanja i deblje osnovne materijale.

Okvirni parametri za prijenos trcajuim lukom su napon luka 25 V do 40 V, jakost struje

zavarivanja obino 200 A do 600 A. [4]

Standardni izvori struje nemaju ravnu karakteristiku ve blago padajuu, tj. napon blago pada

poveanjem struje. Time je postignut luk konstantne duljine tokom zavarivanja, tzv.

samoprilagoavajui luk. Kada se udaljenost od izratka do kontaktne vodilice povea, duljina

luka se takoer povea. Treba naglasiti kako se zbog takve karakteristike izvora, pri maloj

promjeni napona, struja znaajno promijeni. Smanjenjem struje dolazi do sporijeg taljenja

ice, to rezultira automatskom prilagodbom duljine luka prema stabilnoj radnoj toci.

Smanjenje duljine luka ima suprotan uinak. To upuuje na to kako se promjena udaljenosti

izmeu kontaktne vodilice i izratka gotovo u potpunosti odraava u promjeni duljine

slobodnog kraja ice.

Promjenom struje se ne mijenja samo nain prijenosa metala. Ona takoer utjee na irinu i

dubinu penetracije zavara, brzinu taljenja ice i stabilnost elektrinog luka. Prema tome,

poeljna je konstantna i stabilna srednja vrijednost struje. Kao to je ve naglaeno, struju nije

lako kontrolirati jer male promjene napona rezultiraju velikim promjenama struje zbog

karakteristike izvora struje.

MIG zavarivanje


3.1.3 Impulsno MIG zavarivanje

Slika 15. Izgled oscilograma impulsne struje [6]

Slika 15 ilustrira promjenu struje zavarivanja u dvije razine tokom vremena, princip na kojem

se osniva impulsno zavarivanje. Vrijednost Ip predstavlja vrnu struju, Ib osnovnu struju, te Tp

i Tb vremena vrne, odnosno osnovne struje.

Prednost ovog procesa je to su srednja struja, a posljedino i unos topline, manji nego kod

zavarivanja trcajuim lukom. Zahvaljujui tome se mogu zavarivati i tanji materijali.

Istovremeno, moe se postii koliina nataljenog metala kao i kod trcajueg luka.

Parametre je mogue bolje definirati prema zavaru koji se izrauje, odnosno osnovnom

materijalu, u odnosu na ostale naine prijenosa metala. Obino se koriste naponi 18 V do 25

V i neto nie srednje struje od onih koje bi koristili za zavarivanje trcajuim lukom za istu

icu.

Osnovna struja, odnosno struja dranja se koristi kao parametar za ograniavanje unosa

topline. Ona mora biti dovoljno visoka da se odri stabilan luk, a opet ne previsoka kako ne bi

elektrini luk lutao po osnovnom materijalu. Odreuje ju empirijski koeficijent K1. Za

vrijeme vrne struje elektroda se tali i po jedna kapljica se prenosi u zavar. Glavna sila koja

ostvaruje prijenos metala je elektromagnetska sila, dok gravitacijska sila ima u tome

sekundarnu ulogu. Pri tome je kriterij za odvajanje jedne kapljice slijedei [6]:

= 2

Pri tome je K2 konstanta ovisna o materijalu, a n2. [6]

Treba izbjegavati mjeoviti prijenos metala, tj. promjer kuglice mora biti manji od promjera

ice. Priblini volumen kuglice se moe izraunati jednadbom [6]:

= 3( + )

MIG zavarivanje


Pri tome je K3 konstanta, A povrina poprenog presjeka ice u mm2. Brzina dodavanja ice

Wf mora odgovarati brzini taljenja ice Wb kako bi se osigurala konstantna duljina elektrinog

luka.

Kako bi se izbjegle ugorine i greke dobave ice, srednja struja zavarivanja treba biti:

= +

+

Brzina taljenja ice je odreena izrazom:

= 4 + 5 2

Pri tome su K4 i K5 empirijske konstante vezane uz koriteni materijal i dimenzije. Prvi izraz

opisuje taljenje zbog topline vrha ice, a drugi Jouleovo zagrijavanje slobodnog kraja ice (le)

zbog struje zavarivanja.

3.1.4 Sinergijsko upravljanje

Izbor optimalnih parametara impulsnog zavarivanja (Wf, Ip, Ib, Tp i Tb) metodom pokuaja i

pogreaka je dugotrajan proces. Stoga proizvoai izvora struje zavarivanja koriste

sinergijsko upravljanje kako bi korisniku pojednostavili izbor parametara. Zavariva bira

samo jedan parametar, npr. brzinu dodavanja ice, a ostale parametre stroj odreuje

automatski na optimalne vrijednosti.

Kriteriji optimalnosti su [6]:

1. Stabilnost elektrinog luka: osnovna struja mora biti dovoljno jaka za osiguravanje

stabilnog luka,

2. Prijenos metala: osiguravanje prijenosa metala

3. Duljina luka: mora se odravati konstantna duljina elektrinog luka.

Prijenos trcajuim lukom se osigurava moduliranjem struje na razne naine uz odravanje

odreene vrijednosti srednje struje.

Duljina elektrinog luka (la) se procjenjuje mjerenjem napona zavara [6]:

= 5 + 4

Pri tome je K5 funkcija struje, a 4 empirijska konstanta.

Promjena duljine elektrinog luka uzrokuje promjenu napona luka, koji se mjeri kako bi se

procijenila duljina elektrinog luka. Tako se moe izgraditi regulacijski sustav koji odrava

duljinu luka konstantnom.

MIG zavarivanje


Brzina taljenja ice se moe regulirati promjenom srednje struje zavarivanja. Tako se moe

uskladiti brzina taljenja ice s brzinom dodavanja ice u cilju odravanja konstantne duljine

elektrinog luka.

Parametri za mjerenje i praenje kod impulsnog MIG procesa su prednamjetene vrijednosti

procesa: Ip, Ib, Up, Ub, Tp, Tb. Mjerni sustav takoer mora detektirati neprihvatljive varijacije

parametara zavarivanja koji mogu dovesti do greke u zavaru.

3.2 Oprema za MIG zavarivanje

Slika 16. Oprema za MIG zavarivanje

Slika 16 prikazuje osnovnu opremu za MIG zavarivanje:

1. kolut ice (dodatni materijal i elektroda),

2. sustav za dobavu ice,

3. elektromagnetski ventil za plin,

4. fleksibilni kabelski paket,

5. pitolj za zavarivanje,

6. izvor struje za zavarivanje i upravljaki sustav,

7. spremnik zatitnog plina,

8. regulacijski ventil za zatitni plin.

MIG zavarivanje


3.3 Izvor struje za zavarivanje

Osnovni zadatak izvora struje za zavarivanje je osigurati struju odreene jaine i napona koji

e omoguavati stabilan elektrini luk i njegovo lako uspostavljanje.

U procesu zavarivanja se koristi elektrina struja visokih jakosti i relativno niskih napona. U

komercijalnoj elektroenergetskoj mrei, koja se najee koristi za elektroluno zavarivanje je

odnos veliina jakosti struje i napona upravo obrnut. Zbog toga se mora koristiti ureaj za

pretvorbu tih odnosa.

Za MIG zavarivanje se u pravilu koristi istosmjerna struja s elektrodom spojenom na plus pol.

Pri tome je vaan i odnos struje i napona zavarivanja, koji se naziva statika karakteristika

izvora struje za zavarivanje.

Za stabilan proces, u optimalnim radnim uvjetima, treba biti ispunjen uvjet:

=

Brzina taljenja ice () je jednaka brzini dodavanja ice (), koja je odreena tehnolokim

parametrima zavarivanja i konstantna, odnosno elektrinim lukom se rastali onoliko ice

koliko je se dodaje. U protivnom se dobije nestabilan elektrini luk i nejednolika kvaliteta

zavara.

U veini sluajeva, za MIG zavarivanje se koriste izvori s ravnom karakteristikom. [7]

Slika 17. Blago padajua karakteristika izvora struje za zavarivanje [7]

Slika 17 shematski prikazuje blago padajuu karakteristiku izvora struje. Takav odnos

omoguuje veliku promjenu struje zavarivanja pri maloj promjeni napona elektrinog luka.

Takva karakteristika se naziva i ravna statika karakteristika, pad napona od 2-5 V / 100 A se

smatra normalnim. [5]

MIG zavarivanje


Takva karakteristika je osnova za unutarnju regulaciju duljine elektrinog luka. Poto je

brzina dodavanja ice () konstantna, ako doe do poremeaja zbog pomaka ruke

zavarivaa, deformacije lima itd., duljina luka se naglo promjeni, to znai da se napon luka

naglo promjeni i u tom trenutku nastaje neravnotea. Ravna ili blago padajua karakteristika

izvora automatski uzrokuje promjenu struje zavarivanja koja ima za posljedicu promjenu

brzine taljenja ice i primicanje ili odmicanje ice od taline, prilikom ega se mijenja napon

elektrinog luka, potom struja i brzina taljenja ice, te se ponovno uspostavlja ravnotea.

Slika 18. Padajua karakteristika karakteristika izvora struje zavarivanja [7]

Za MIG zavarivanje aluminija se vrlo rijetko koristi i strmo padajua karakteristika izvora,

koja je uobiajena kod REL (111) i TIG (141) postupaka zavarivanja. [7]

Velike razlike napona elektrinog luka uzrokuju tek male razlike struje zavarivanja.

Posljedino, promjene unosa topline su manje nego kod ravne karakteristike, to daje

ravnomjerniju penetraciju zavara.

MIG zavarivanje


3.3.1 Sustav za dobavu ice za zavarivanje

Slika 19. Ureaj za dodavanje ice i kolut ice [5]

Dodatni materijal za MIG zavarivanje je u obliku ice i kontinuirano se dodaje pomou

sustava za dobavu ice. Brzina dodavanja mora biti promjenjiva jer je osnovni parametar MIG

zavarivanja. Za razliku od npr. sustava za dodavanje ice koji se koristi kod TIG zavarivanja,

za MIG postupak je ica ujedno i elektroda za zavarivanje, tj. dio je zavarivakog strujnog

kruga.

ica se gura kroz fleksibilnu cjevicu koja je do pet metara duljine- Pri tome se mora

osigurati vrlo brz start i zaustavljanje dodavanja, koje pak mora biti im ravnomjernije, jer

varijacije brzine dodavanja direktno utjeu na kvalitetu zavara.

MIG zavarivanje


Slika 20. Sustav dobave ice za MIG zavarivanje s etiri kotaia [7]

Prema nainu dobave, sustavi za dobavu ice mogu biti (Slika 21):

push sustav ica se gura najee kroz teflonsku ili spiralnu elinu cjevicu

pomou dva ili etiri kotaia, od kojih su jedan ili dva kotaia pogonjena

reguliranim istosmjernim elektromotorom. Kotaii imaju utore u obliku slova U, V ili

su nazubljeni (Slika 22), to ovisi o vrsti materijala ice, a dimenzije im ovise o

promjeru ice.

Koristi se za dobavu ice promjera 1.2 2.4 mm na udaljenosti do 5 m.

push-pull sustav sastoji se sustava kotaia koji gura icu kroz vodilicu do

kotaia koji se nalaze u pitolju za zavarivanje koji istu icu vue, a pogoni ih

elektrini ili pneumatski motor. Tako se odrava napetost ice.

Ovakav sustav je skup i ini pitolj za zavarivanje glomaznim, ali ima prednosti kod

koritenja ica manjih promjera, oko 0.8 mm, kod dobave ice na veu udaljenost, npr.

u brodogradilitima, te kod zavarivanja aluminija.

MIG zavarivanje


Slika 21. "Push" i "push-pull" nain dobave ice za zavarivanje [5]

Slika 22. Kotaii za dobavu ice: s U-utorom, V-utorom i nazubljenim utorom [8]

MIG zavarivanje


3.3.2 Pitolj za zavarivanje

Pitolj za zavarivanje s fleksibilnim kabelom je vaan dio opreme za zavarivanje. Dovodi

dodatni materijal odnosno icu za zavarivanje, struju i zatitni plin u zavarivaki elektrini

luk. Mora istovremeno biti vrst, robustan i lagan i malen kako bi omoguio rad u

ogranienom prostoru.

Izvedbe predviene za struje zavarivanja preko 300 A su hlaene vodom, sustavom koji moe

biti zaseban ili integriran u izvor struje za zavarivanje.

Slika 23. Pitolj za MIG zavarivanje [7]

Slika 23 prikazuje sastavne dijelove tipinog pitolja za MIG zavarivanje [7]:

A. ergonomski oblikovana drka,

B. kontaktna vodilica,

C. plinska sapnica,

D. difuzor plina,

E. konektor energetskog kabela,

F. uvodnica fleksibilnog kabela koji sadri plinsku cijev, energetski kabel, upravljaki

kabel i cjevicu za dobavu ice za zavarivanje,

G. prekida,

H. zamjenjiva vodilica,

I. prilagodljiv vrat.

Kontaktna vodilica i plinska sapnica se smatraju potronim materijalom, stoga je olakana

njihova izmjena.

MIG zavarivanje


3.3.3 Sustav za upravljanje protokom zatitnog plina

Glavni dijelovi sustava za upravljanje protokom zatitnog plina su:

Redukcijski ventil s mjeraem protoka montira se na bocu za zatitnim plinom.

Regulator protoka omoguuje namjetanje protoka plina koji je tehnoloki parametar

zavarivanja.

Elektromagnetski ventil upravljan je upravljakom jedinicom regulatora brzine

dodavanja ice, odnosno upravljakom logikom izvora struje za zavarivanje. Ovisno o

podeenom nainu rada izvora struje, moe otvoriti dotok plina tokom dobave ice, ali

moe zapoeti dobavu plina i prije i/ili je nastaviti malo nakon zavarivanja.

Slika 24. Redukcijski ventil s mjeraem protoka zatitnog plina

MIG zavarivanje


3.4 Potroni materijal za MIG zavarivanje

3.4.1 Dodatni materijal ice za MIG zavarivanje

MIG/MAG postupkom se mogu zavarivati nelegirani, niskolegirani i nehrajui elici,

aluminij, bakar, bakrene legure, nikal, niklove legure, itd. debljine od 0.5 mm do vrlo velikih

debljina. Za svaku vrstu materijala je potrebna odgovarajua ica, koja obino ima slian

kemijski sastav kao osnovni materijal.

ice su u katalozima proizvoaa dodatnih materijala za zavarivanje prikazane prema

meunarodnim i nacionalnim standardima. Kvaliteta namotaja ice na kolut mora biti takva

da se ica pri zavarivanju pravilno i jednako odmata s koluta. Povrina ice mora biti glatka,

tonih dimenzija i uredno namotana na kolute postavljene na ureaj za dodavanje ice.

ica za zavarivanje se isporuuje u kolutima standardnih dimenzija do 15 kg dodatnog

materijala ili u bubnjevima do 1000 kg za visokoproduktivno, automatizirano i robotizirano

zavarivanje.

Slika 25. Kolut ice za zavarivanje [8]

Tablica 3. Standardni koluti za zavarivanje [8]

Oznaka Vanjski promjer (mm) irina (mm) Promjer utora (mm) Masa ice (kg)

D100 100 45 16,5 1

D200 200 55 50,5 5

D300 300 103 51,5 15

MIG zavarivanje


Slika 26. Bubnjevi ice za automatizirano zavarivanje, 250 kg do 1000 kg

ice za zavarivanje mogu biti:

pune ice,

prakom punjene ice.

Tablica 4. Standardni promjeri punih i prakom punjenih ica za zavarivanje [8]

Vanjski

promjer

(mm)

Pune ice 0,6 0,8 1,0 1,2 1,6 2,0 2,4

Prakom punjene

ice

0,8 1,0 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2

3.4.1.1 Puna ica

Izrauje se u promjerima od 0,6 2,4 mm iz materijala koji odgovaraju osnovnom materijalu.

Moraju biti iste povrine i bez greaka u materijalu. Zbog boljeg kontakta se prevlae s

tankim slojem bakra. Bakreni sloj se ne smije odvajati od ice kako ne bi ometao sustav za

dobavu ice. Za maksimalnu pouzdanost, npr. kod naprednog robotiziranog zavarivanja,

koriste se ice koje nisu pobakrene.

Struja za zavarivanje se prenosi na elektrodu preko kontaktne cjevice. Radi poboljanja

kontaktne sile i definiranja toke kontakta, ica je zakrivljena, u obliku zavojnice promjera

400 1200 mm, (Slika 25)

MIG zavarivanje


Slika 27. Provjera promjera i visine zavojnice ice za zavarivanje [5]

3.4.1.2 Prakom punjena ica

Prakom punjene ice se sastoje od metalnog omotaa punjenog prakom za zavarivanje ili

metalnim prahom.

Udio prakom punjenih ica u masi depozita zavara ostvarenih MIG/MAG postupkom je

2002. bio 24 % u SAD, 34 % u Japanu i samo 10 % u Europi. [5]

Prednosti prakom punjenih ica su:

Vea koliina nataljenog materijala,

dobra bona penetracija

mogunost legiranja zavara djelovanjem praka,

zavarivanje u svim poloajima,

mogunost koritenja bez zatitnog plina.

Glavni nedostatak prakom punjenih ica je znaajno via cijena od punih ica i mogui

dodatni problemi kod dodavanja ice.

Slika 28. Presjeci prakom punjenih ica [9]

MIG zavarivanje


Prema nainu upotrebe, prakom punjene ice mogu biti:

predviene za koritenje sa zatitnim plinovima, najee CO2 ili Ar/CO2 mjeavine,

za koritenje bez dodatnih zatitnih plinova zatitni plin se razvija iz praka, slino

kao kod REL zavarivanja.

3.4.2 Zatitni plinovi

Zatitni plinovi prvenstveno slue za zatitu rastaljenog metala zavara i rastaljenih kapljica

koje se prenose kroz elektrini luk od tetnog utjecaja atmosfere. Uz to utjeu na sam proces

zavarivanja.

Kod MIG zavarivanja se koriste inertni plinovi (Metal Inert Gas) ili mjeavine. Openito,

postoji velik broj mjeavina plinova koje ovise o primjeni.

Glavne funkcije zatitnih plinova su:

zatita procesa i materijala od okoline atmosfere (zraka) sprjeavanje otapanja

prvenstveno kisika i duika iz zraka u zavaru, zatita povrine taline i materijala od

oksidacije i nastanka poroznosti,

utjecaj na proces zavarivanja preko utjecaja na stabilnost luka, produktivnost,

pouzdanost, kvalitetu i radni okoli.

imbenici procesa zavarivanja koje zatitni plinovi poboljavaju:

uspostavljanje elektrinog luka,

stabilnost elektrinog luka,

koliina nataljenog metala,

kvaenje izmeu krutog materijala i taline zavara,

dubina i oblik penetracije,

trcanje materijala.

Svojstva zatitnih plinova vana za primjenu u zavarivanja su:

potencijal ionizacije,

toplinska vodljivost,

kemijska reaktivnost zatitnog plina s talinom.

Kod MIG zavarivanja kao zatitni plinovi se koriste inertni plinovi argon (Ar) i helij (He), te

njihove mjeavine

MIG zavarivanje


3.4.2.1 Svojstva individualnih zatitnih plinova

Argon (Ar)

inertan plin,

moe se koristiti za zavarivanje svih metala,

mogue je postii visoku istou,

glavna je komponenta veine mjeavina,

laka ionizacija to ima za posljedicu dobru uspostavu elektrinog luka,

relativno niska toplinska vodljivost nizak napon elektrinog luka, mali unos topline,

prstolik oblik penetracije u kombinaciji s niskim unosom topline moe uzrokovati

poroznost i neprovar (Slika 29).

Helij (He)

inertan plin,

visoka cijena primjena za specijalne namjene,

moe se koristiti za zavarivanje svih metala,

oteana ionizacija loa uspostava elektrinog luka,

znatno via toplinska vodljivost od argona,

znatno vii napon elektrinog luka nego od argona,

ira i dublja penetracija; manje koncentriran elektrini luk,

lake izbjegavanje poroznosti i toplih pukotina,

bolje kvaenje povrine manje nadvienje zavara i manja opasnost od ugorina,

nie gustoe od argona mora se koristiti vei protok.

Slika 29. Utjecaj zatitnog plina na penetraciju zavara kod MIG zavarivanja aluminija [5]

MIG zavarivanje


Ugljini dioksid (CO2)

aktivan plin (na sobnoj temperaturi stabilan), koristi se za MAG zavarivanje,

koristi se sam ili u kombinaciji s argonom,

jeftin i dostupan,

vei napon elektrinog luka, vea toplinska vodljivost, iri zavar nego koritenjem

argona.

Kisik (O2)

koristi se samo kao manjinska komponenta zatitnog plina,

moe se koristiti kao oksidacijski element za stabilizaciju elektrinog luka, kao

alternativa ugljinom dioksidu,

smanjuje povrinski napetost kapljica metala u elektrinom luku i taline tenija

talina, ljepi oblik zavara, ali oteano zavarivanje u prisilnim poloajima.

Duik (N2)

koristi se kao komponenta kod zavarivanja austenitnih i dupleks nehrajuih elika,

maks. 5 %, za kompenzaciju odgorenog duika, odnosno kao element za formiranje

austenita,

isti duik se moe koristiti za zavarivanje bakra,

za zatitu korijenskog zavara kod TIG zavarivanja.

Vodik (H2)

komponenta plina za zavarivanje austenitnih metala (austenitnih elika, nikla i legura

nikla), maks. 5 %,

potreban je vei napon za uspostavu elektrinog luka,

omoguava koritenje vee brzine zavarivanja,

reducira okside i daje vrlo istu povrinu,

visok rizik od poroznosti koristi se samo za zavarivanje u jednom prolazu.

3.4.2.2 Mjeavine zatitnih plinova za zavarivanje aluminija

Za zavarivanje aluminija se najee koristi argon.

Zbog visoke toplinske vodljivosti aluminija, korisno je poveati unos topline zatitnog plina.

Zbog toga se argonu dodaje helij, do 80 %. Preko toga je ometena sposobnost uspostave

elektrinog luka. Helij proiruje elektrini luk i poboljava oblik zavara, omoguuje veu

MIG zavarivanje


brzinu zavarivanja, smanjuje poroznost.

Vodik se nikako ne smije koristiti jer izrazito jako utjee na poroznost aluminija. Iz istog

razloga se mora ukloniti vlaga, ijoj apsorpciji je sklon aluminijski povrinski oksid.

Kod zavarivanja aluminija se ponekad koristi mala koliina, do 0,1 %, plinova za poboljanje

stabilnosti elektrinog luka. Osim spomenutih oksidacijskih plinova, ugljik dioksida (CO2) i

kisika (O2), u tu svrhu se koriste i duik (N2) te duikov monoksid (NO). [5]

3.5 Parametri MIG zavarivanja

Proces MIG zavarivanja zavisi o vie tehnolokih parametara: [5]

promjeru ice,

naponu zavarivanja,

brzini dodavanja ice i struji zavarivanja,

brzini zavarivanja,

induktivitetu (dinamikim svojstvima struje zavarivanja),

duljini slobodnog kraja ice,

zatitnom plinu i protoku,

uzorku njihanja pitolja,

nainu prijenosa metala u elektrinom luku.

Veinu tih parametara treba meusobno uskladiti za optimalan proces zavarivanja. Iskusnom

zavarivau ne treba mnogo vremena kako bi za odreenu situaciju pronaao radnu toku

procesa zavarivanja unutar tolerancija, meutim za optimizaciju automatiziranog procesa

zavarivanja treba uloiti vie truda i vremena.

3.5.1 Promjer ice

Promjer ice se bira prema struji zavarivanja, meutim za odreeni promjer postoji puno iri i

preklapajui izbor struja zavarivanja nego kod REL postupka. Prijenos metala je uglaeniji

kad se koristi ica manjeg promjera.

Kod zavarivanja aluminija, zbog mekane ice se odabiru vei promjeri.

MIG zavarivanje


3.5.2 Napon zavarivanja

Napon zavarivanja je direktno proporcionalan duljini elektrinog luka. Poveanjem napona

dobiva se iri zavar, dok preveliki napon uzrokuje ugorine.

Kod zavarivanja kratkim spojevima se primjeuje obrnuto proporcionalni odnos napona

zavarivanja i frekvencije kratkih spojeva. Poveanjem napona se smanjuje frekvencija kratkih

spojeva uz vee kapljice i vie trcanja materijala. Prevelikim smanjenjem napona se oteava

uspostavljanje elektrinog luka i poveava rizik od udaranja ice u zavar.

Napon zavarivanja je vaan parametar kod zavarivanja tankih limova kratkim spojevima jer

omoguava zavarivanje velikim brzinama bez pregaranja materijala. Za takav postupak treba

izabrati nizak napon ali dovoljno visok da frekvencija kratkih spojeva ne bude preniska i da

ne ugrozi stabilnost elektrinog luka.

Kod dinamiki optereenih kutnih zavara se oekuje nizak profil zavara s blagim prijelazima

na rubovima. Takvi zavari se postiu ispravnim odabirom napona zavarivanja. [5]

Kod vieslojnog zavarivanja, ako je visina zavara prevelika moe doi do nedovoljnog

provara i naljepljivanja slijedeih slojeva. Poveanjem napona se moe optimizirati oblik

presjeka pojedinih gusjenica zavara. [5]

3.5.3 Brzina dodavanja ice i struja zavarivanja

Struja zavarivanja je openito glavni parametar kod elektrolunog zavarivanja i bira se prema

debljini osnovnog materijala i brzini zavarivanja s obzirom na zahtijevanu kvalitetu zavara.

Kod postupka MIG zavarivanja struja se namjeta indirektno, preko brzine dodavanja ice i

odabira njenog promjera na izvoru struje za zavarivanje.

3.5.4 Brzina zavarivanja

Brzina zavarivanja direktno utjee na produktivnost zavarivanja.

Openito vea brzina zavarivanja uzrokuje ui zavar. Prevelika brzina smanjuje toleranciju

varijacije svih ostalih parametara zavarivanja. [5]

Razvijene su specijalne tehnike koje poveavaju toleranciju na varijacije parametara za

koritenje kod visokoproduktivnog zavarivanja.

MIG zavarivanje


3.5.5 Induktivitet

Induktivitet elektrinog kruga izvora za zavarivanje je tehnoloki parametar koji utjee na

brzinu promjene karakteristike struje za zavarivanje prilikom promjene duljine elektrinog

luka. Utjee na brzinu poveanja i smanjenja struje i ima znaajan utjecaj na kvalitetu zavara.

Mali induktivitet omoguava brzu promjenu struje. Uzrokuje koncentriran elektrini luk, ali

poveava trcanje.

Poveanjem induktiviteta smanjuje se brzina promjene struje. Dobiva se neto iti zavar i

meki zvuk prilikom zavarivanja. Preveliki induktivitet uzrokuje nestabilan elektrini luk

uz sklonost udaranja ice u zavar.

Efekt induktiviteta se u nekoj mjeri moe zamijeniti strmijom statikom karakteristikom

izvora.

U inverterskim izvorima struje, dinamika svojstva se upravljaju elektronikim upravljakim

sklopom.

Induktivitet se namjeta na izvoru struje prema promjeru ice za zavarivanje.

Najvei utjecaj induktiviteta na svojstva postupka zavarivanja se primjeuje kod zavarivanja

kratkim spojevima.

3.5.6 Duljina slobodnog kraja ice

Slika 30. Slobodan kraj ice [5]

Slika 30 prikazuje lako mjerljivu udaljenost vrha kontaktne cjevice do povrine izratka (3) i

povezanost te veliine s duljinom slobodnog kraja ice (2). Iskustveno se za tu udaljenost

uzima vrijednost promjera ice pomnoena s faktorom 10 15. [5]

MIG zavarivanje


Ako je slobodni kraj ice prekratak, elektrini luk e utjecati na navarivanje ice na kontaktnu

cjevicu i sapnicu. To uzrokuje oneienje plinske sapnice i vrtloenje zatitnog plina to

dovodi do djelominoj izloenosti mjesta zavarivanja okolinom zraku.

Prekratki slobodni kraj ice poveava mogunost udaranja ice u zavar, pogotovo prilikom

poetka zavarivanja.

Duljina slobodnog kraja ice ima utjecaj i na struju zavarivanja i oblik zavara. Ako se povea,

struja zavarivanja i unos topline se smanjuju, dok koliina nataljenog materijala ostaje ista.

Takva kombinacija smanjuje penetraciju i daje vii profil zavara, (Slika 31). Ako se to ne

deava namjerno, moe doi do naljepljivanja.

Slika 31. Utjecaj duljine slobodnog kraja ice na oblik zavara [10]

U pravilu, duljinu slobodnog kraja ice bi trebalo odravati konstantnom tokom zavarivanja.

Ako se kontrolirano koristi, moe posluiti za poveanje koliine nataljenog metala zavara.

3.5.7 Izbor zatitnog plina i protoka

Za MIG zavarivanje se koriste inertni plinovi, najee razmjerno pristupaan argon (Ar) i

njegove mjeavine s helijem (He). Helij povisuje vrijednost unosa topline, to je korisno kod

zavarivanja dobro vodljivog debelostjenog aluminija i bakra. Zatitni plinovi su detaljnije

elaborirani u poglavlju 3.4.2.

Protok zatitnog plina ima vaan utjecaj na kvalitetu zavara. Kod preniske brzine protoka,

zatita od utjecaja atmosfere nije dovoljna. Kod prevelikog protoka, javlja se turbulentno

strujanje, koje uvlai kisik i duik u elektrini luk. U oba sluaja se stvaraju oksidi i

poroznost.

MIG zavarivanje


Izbor brzine protoka zatitnog plina ovisi o mnogo imbenika. Neki od njih su [5]:

gustoa zatitnog plina,

veliina plinske sapnice,

udaljenost sapnice od izratka,

vrsta metala,

vrsta spoja i poloaj zavarivanja,

koliina metalnih para,

parametri zavarivanja (trcajui luk, kratki spojevi,..),

brzina strujanja okolinog zraka.

Preporuena brzina protoka za mjeavine argona za zavarivanje kratkim spojevima je 10-15

l/min, za zavarivanje trcajuim lukom 15-25 l/min. Kod koritenja veih plinskih sapnica je

potrebno poveati protok zatitnog plina. Orijentaciona vrijednost brzine protoka argona u

l/min je brojana vrijednost unutarnjeg promjera plinske sapnice u mm, npr. 15 l/min za

sapnicu promjera 15 mm.

Helij zahtijeva vei protok zbog manje gustoe.

Za zavarivanje aluminija potreban je vei protok zatitnog plina nego kod elika.

3.5.8 Uzorak njihanja pitolja

Njihanje pitolja se ponekad koristi za popunjavanje irokih priprema za zavarivanje ili za

proirivanje zadnjeg prolaza vieprolaznog zavara.

esto se koristi u vertikalnom poloaju zavarivanja radi bolje kontrole nad talinom.

Gibanje se moe vriti s jedne strane na drugu, ponekad u kombinaciji s gibanjem naprijed-

natrag uz mogunost pauze na svakoj strani. [5]

Kod robotiziranog zavarivanja tehnika njihanja se moe koristiti u kombinaciji s

elektrolunim senzorom za voenje pitolja uzdu pripreme za zavarivanje.

MIG zavarivanje


Slika 32. Shematski prikaz raznih naina voenja pitolja njihanjem [11]

3.5.9 Nain prijenosa metala impulsnim zavarivanjem

Impulsno dodavanje ice niskim frekvencijama omoguuje metalu da se djelomino skruti

izmeu impulsa. Za vrijeme impulsa visoke struje se osigurava penetracija i popunjavanje

zazora uz kontrolirane srednje vrijednosti zavarivakih parametara koje mogu biti dovoljno

niske za zavarivanje u prisilnim poloajima i za zavarivanje tankih materijala

Impulsno zavarivanje je detaljnije opisano u poglavlju 3.1.3.

3.6 Tehnike zavarivanja

Na kvalitetu zavarenog spoja, osim optimalnih parametara, vaan utjecaj ima i tehnika

zavarivanja koja je odreena meusobnim poloajem pitolja za zavarivanje i izratka.

Kod MIG zavarivanja postoje tri osnovne tehnike:

Desna (engl. backhand) tehnika

Lijeva (engl. forehand) tehnika

Okomita tehnika

Prilikom zavarivanja lijevom tehnikom, pitolj se usmjeruje u suprotnom smjeru od ve

ostvarenog zavara. Takvom tehnikom se dobiva plii i iri zavar. Mogue je postii veu

brzinu zavarivanja. Sm

Documents

DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/2337/1/04_07_2013_diplomski_nino_cvetkovic.pdf · 3.6 Tehnike zavarivanja ... Na osnovi toga je izrađen program i određeni su