Proces proizvodnje u fabrici - grf.bg.ac.rs · Elektrolučno zavarivanje pod zaštitnim prahom (EPP) Žica za zavarivanje (5) prečnika 0,5-10 mm je neobložena (gola) i odmotava

Proces proizvodnje u fabrici

5.1 Zavarivanje

►Prilikom zavarivanja toplota igra jednu od najznačajnijih uloga.

► Količina unesene toplote utiče na: 1. količinu istopljenog dodatnog i osnovnog

materijala, 2. razvoj temperature u osnovnom materijalu, 3. vreme zadržavanja materijala u šavu i oko šava

iznad određenih kritičnih temperatura, 4. kao i brzina hlađenja. ► Ovi parametri su dominantni u pogledu strukturnih

promena koje se odvijaju u materijalu i od kojih zavisi kvalitet izvedenog spoja.

►Kako izvori toplote mogu da budu različiti, to postupci zavarivanja, najprirodnije, mogu da se podele prema izvorima toplotne energije.

► Za postupke zavarivanja koji se primenjuju u

građevinskim konstrukcijama pri zavarivanju čeličnih i aluminijumskih konstrukcija koriste se:

1. elektrotermički izvori toplote, 2. termohemijski izvori toplote, 3. mehanički izvori toplote i 4. ostali (različiti) izvori toplote.

►Šematski prikaz različitih postupaka zavarivanja koji su karakteristični za metalne konstrukcije u građevinarstvu dat je na slici u vidu blok dijagrama. Najvažniji postupci zavarivanja su uokvireni debljim linijama.

Šematski prikaz različitih postupaka

zavarivanja

►Primena određenog postupka zavarivanja zavisi od: 1. vrste konstrukcije, 2. vrste materijala koji se zavaruje, 3. debljine elemenata, 4. veličine i vrste naprezanja, 5. zahtevanog kvaliteta spoja, 6. obima zavarivačkih radova, 7. dužine šavova, 8. mesta izvođenja zavarivačkih radova (u radionici

ili na gradilištu), 9. položaja zavarivanja i 10. ekonomskih pokazatelja.


5.2 Tehnološki postupci zavarivanja

Postupci zavarivanja sa eletktrotermičkim izvorima toplote

►Pri zavarivanju metalnih konstrukcija u građevinarstvu najčećše se primenjuju postupci koji se zasnivaju na elektrotermičkim izvorima toplote.

► Kao izvori električne energije najčešće se koriste: 1. električni luk, 2. električni otpor i 3. drugi različiti elektrotermički izvori. ► Postupci zavarivanja na bazi električnog luka

(elektrolučno zavarivanje) imaju najveću primenu u građevinarstvu i srodnim granama.

►Prikaz najvažnijih elektrolučnih postupaka zavarivanja, sa njihovim osnovnim karakteristikama dat je u tabeli.

►Pored postupaka navedenih u tabeli, elektrolučno zavarivanje se uspešno primenjuje i za zavarivanje čepova.

► Od postupaka zavarivanja koji se zasnivaju na električnom otporu (elektrootpono zavarivanje) treba istaći zavarivanje varničenjem i tačkasto zavarivanje.

Pregled uobičajenih postupaka elektrolučnog zavarivanja

Elektrolučno zavarivanje sa obloženom elektrodom ►Visoka temperatura, potrebna za topljenje dodatnog i

osnovnog materijala, postiže se uspostavljanjem električnog luka između topljive elektrode i osnovnog materijala (slika).

► Katoda (-) se vezuje za elektrodu, a anoda (+) za osnovni materijal.

Šema ručnog elektrolučnog zavarivanja

Elektrolučno zavarivanje sa obloženom elektrodom ►Približavanjem elektrode osnovnom materijalu na

određeno, blisko rastojanje uspostavlja se električni luk u kome se razvija temperatura od 3000 °C - 4000 °C usled koje se topi elektroda i rastapa deo osnovnog materijala.

► Istopljeno jezgro elektrode ispunjava žljeb u osnovnom materijalu, a istopljena obloga elektrode obrazuje zaštitni sloj u vidu troske.

Šema ručnog elektrolučnog zavarivanja

Aparature za zavarivanje obloženom elektrodom

Elektrolučno zavarivanje sa obloženom elektrodom

►Obloga elekrode ima višestruku ulogu pri zavarivanju: ▪ da dovede u električni luk gasove koji pomažu

jonizaciju i stabilizuju električni luk, ▪ da oslobađanjem gasova zaštiti električni luk od

atmosferskih uticaja, odnosno od gasova iz vazduha i na taj način smanji oksidaciju i spreči prodor azota i kiseonika u rastop,

▪ da rastop prekrije troskom koja zadržava toplotu i

usporava očvršćavanje rastopa, ▪ da u rastop uvede legirajuće elemente.

Obložene elektrode


Elektrolučno zavarivanje sa obloženom elektrodom ►Elektrolučno zavarivanje (E) je našlo široku primenu u svim

onim slučajevima gde nije ekonomski i tehnički opravdano da se primene automatski i poluautomatski postupci.

► Primenjuje se za sve položaje zavarivanja, a najbolji rezultati se postižu pri horizontalnom položaju.

► Debljine limova koji mogu da se zavaruju ovim postupkom se kreću od 3-50 mm.

► Otvori žljebova se svode na najmanju meru kako bi se smanjila količina dodatnog materijala i količina unesene toplote.

► Kvalitet šavova izvedenih ovim postupkom zavisi od: 1. vrste elektrode, 2. kvalifikovanosti i sposobnosti radnika koji izvodi

zavarivačke radove, 3. položaja zavarivanja, 4. tehničkih karakteristika opreme, 5. uslova pri izvođenju zavarivačkih radova.

Elektrolučno zavarivanje sa obloženom elektrodom ►Prilikom zavarivanja razvija se visoka temperatura, uz

zračenje električnog luka. Oslobađaju se gasovi i nastaju jaki ultraljubičasti zraci opasni za ljudsko zdravlje. Zbog toga je za zavarivanje neophodna posebna zaštitna oprema (slika).

Oprema za ručno elektrolučno zavarivanje


Zaštitne maske i naočare za zavarivanje

Zaštitne rukavice za zavarivanje


►Ručno elektrolučno zavarivanje ima nekoliko bitnih nedostataka, kao što su:

▪ mali učinak zavarivanja kod dugačkih i debelih

šavova, ▪ slab propust gustine struje (A/mm2) kroz žicu

elektrode zbog njenog usijavanja, usled čega može doći do otpadanja obloge elektrode.

Elektrolučno zavarivanje pod zaštitnim prahom (EPP) ►Nedostaci koji se javljaju kod elektrolučnog zavarivanja sa

obloženom elektrodom otklonjeni su primenom EPP-postupka (slika).

► Izvor struje (2) je priključen na mrežu (1) i kablovima (3) je vezan za osnovni materijal (12) i čauru kroz koju prolazi žica za zavarivanje (7).

Šema EPP - postupaka zavarivanja

Elektrolučno zavarivanje pod zaštitnim prahom (EPP) ► Žica za zavarivanje (5) prečnika 0,5-10 mm je neobložena (gola)

i odmotava se sa kotura (4). ► Električna energija prolazi kroz žicu samo na delu ispod čaure

(7), gde se i uspostavlja električni luk. Napon u spoju iznosi 30-70 V, a jačina struje od 100 A do 4500 A.

► Žljeb ispred luka se, iz posebnog rezervoara (9), zasipa zrnastim prahom (8) koji se, zajedno sa žicom topi u električnom luku.

► U istopljenoj masi se odvijaju sve metalurške reakcije. Iz rastopa se stvara šav (10) i troska (11).

Šema EPP - postupaka zavarivanja

► Neistopljeni deo praha se skuplja usisavanjem i može ponovo da se koristi.

► Ohlađena troska se lako uklanja udarcima čekića. Na taj način se dobija šav sa glatkim licem, ali sa malim nečistoćama.

► Uređaj za EPP zavarivanje se kreće po posebno postavljenim vođicama, a brzina zavarivanja se kreće od 0,15-4,0 m/min.

► Za razliku od ručnog elektrolučnog zavarivanja sa obloženom elektrodom, ovde je dodatni materijal u vidu žice čijim topljenjem se formira šav, a zaštitni prah preuzima ulogu obloge elektrode.

► Zavarivanje je moguće samo u radioničkim uslovima i to u horizontalnom položaju. Zbog toga se složeni elementi (npr. nosači) postavljaju u uređaje za okretanje, tako da se svi šavovi mogu izvesti u horizontalnom (položenom) položaju.

Elektrolučno zavarivanje pod zaštitnim prahom (EPP)

Šav pre uklanjanja troske

Šav nakon uklanjanja troske


Postrojenje za EPP - postupak zavarivanja


► Ovaj postupak zavarivanja je poluautomatski. ► Doturanje žice je automatsko, a brzina kretanja mehanizma i

parametri električne energije (V i A) se međusobno usklađuju od strane operatera. Na taj način se dobija vrlo produktivan postupak čija primena je racionalna u sledećim slučajevima:

▪ pri izradi pravih i dugih šavova, na primer kod limenih nosača ili ortotropnih ploča;

▪ pri zavarivanju debelih limova (do 80 mm) kod kojih je neophodno da se deponuje velika količina dodatnog materijala. Jednim prelazom može da se izvede zavar debljine 30-40 mm;

▪ pri izradi I-šavova kod debelih limova (do 40 mm) čime se postiže ušteda, jer otpada potreba za obradom ivica elementa koji se spajaju (nije potreban žljeb);

▪ kada se zahteva velika brzina zavarivanja, na primer u serijskoj proizvodnji zavarenih profila ili drugih elemenata konstrukcije.


► Ovaj postupak zavarivanja je razvijen iz sličnih razloga kao i EPP-postupak i sa njim ima suštinske sličnosti.

► Razlika se ogleda u načinu zaštite šava od okolnog vazduha i postizanju metalurških efekata u rastopu.

► Šematski prikaz ovog postupka dat je na slici. Izvor jednosmerne struje (1) je kablovima (2) vezan za osnovni materijal i čauru kroz koju prolazi žica za zavarivanje (6).

Elektrolučno zavarivanje elektrodnom žicom u zaštitnoj atmosferi inertnog gasa (MIG)

Šema MIG - postupka zavarivanja

► Žica (5) je neobložena i odmotava se sa kotura (7). ► Električna energija prolazi kroz žicu samo na delu ispod čaure (6) gde

ona prolazi kroz specijalni pištolj (4). ► Na izlazu iz pištolja, a u kontaktu sa osnovnim materijalom uspostavlja se

električni luk (13). Pre uspostavljanja električnog luka kroz pištolj se propušta inertni gas koji dolazi iz boce (8) kroz dovodne cevi (12).

► Sprečavanje velikog zagrevanja pištolja se postiže hlađenjem vodom. Dovod (14) i odvod (15) vode se obično vrši preko vodovodne mreže.


Šema MIG - postupka zavarivanja

►Napon u spoju iznosi 15-40 V, a jačina struje do 700 A. ► Usled velike gustine struje, do 250 A/mm2, na vrhu žice se

javljaju fine kapljice istopljenog metala koje padaju i ispunjavaju žljeb. Kako se radi o neobloženoj (goloj) elektrodi, odnosno žici ona u sebi mora da sadrži elemente za dezoksidaciju i metalurška poboljšanja zavara. Na taj način se dobija šav sa glatkim licem.

► Ovaj postupak zavarivanja (MIG) može da se izvodi: ▪ ručno, ▪ poluautomatski i ▪ automatski.


Aparati za zavarivanje MIG postupkom

►Izvođenje zavarivanja je u svim položajima jednostavno, a sam postupak je, za razliku od drugih postupaka zavarivanja, vrlo čist (slika).

► Primenjuje se, uglavnom za zavarivanje niskolegiranih (nerđajućih) čelika u brodogradnji, automobilskoj industriji, opremi za domaćinstvo, cevovodima, a naročito je pogodan za zavarivanje Al-legura.


MIG - postupak zavarivanja

Pištolji za zavarivanje MIG postupkom

►Uloga gasa je da zaštiti mesto zavarivanja i elektrodnu žicu i spreči kontakt rastopa i atmosferskog vazduha.

► Kao gas se najčešće koristi čist argon, a moguća je

upotreba i mešavine argona sa CO2, O2 ili N2 u veoma malim količinama. Izbor zavisi od vrste metala koji se zavaruje i brzine topljenja žice za zavarivanje.



Izgled šava u zavisnosti od pravca izvođenja

► Dobre karakteristike MIG-postupka, pre svega visok kapacitet topljenja, su inicirale istraživanja za pronalaženje mogućnosti primene drugih gasova za zaštitnu atmosferu pri zavarivanju.

► Postepeno su uvođene mešavine argona sa ugljendioksidom (CO2) ili kiseonikom da bi se konačno usavršio postupak sa čistim CO2 kao aktivnim gasom.

► Postupak zavarivanja i oprema su isti kao i za MIG-postupak (slika). Razlika je samo u tome što se u boci (8) umesto inertnog gasa - argona nalazi aktivni gas CO2.

Elektrolučno zavarivanje elektrodnom žicom u zaštitnoj atmosferi aktivnog gasa (MAG)

Šema MAG - postupka zavarivanja

►Ovim postupkom mogu da se zavaruju samo niskougljenični i niskolegirani čelici, a ne mogu legure neželeznih metala.

► Ukoliko se primenjuje samo gas CO2 tada se taj postupak označava sa MAG-C, a ukoliko se primenjuje mešavina tada se označava sa MAG-M.

► Postupak MAG-C spada u najekonomičnije postupke zavarivanja, zbog dobre efikasnosti pri zavarivanju i niskoj ceni aktivnog gasa CO2. Primenjuje se kako za tanke tako i za debele limove. Ispunjavanje žljeba je brzo i homogeno, uvarivanje dobro, a zbog velike kapljice, mogu da se premoste i veći zazori u žljebu.

► Produktivnost ovog postupka je 2-3 puta veća nego kod ručnog elektrolučnog postupka sa obloženom elektrodom, ali je izgled lica šava nešto lošiji.

Elektrolučno zavarivanje elektrodnom žicom u zaštitnoj atmosferi aktivnog gasa (MAG)

► Šematski prikaz zavarivanja TIG-postupkom je dat na slici. ► Električni luk se uspostavlja između netopljive elektrode od

tungstena ili volframa (6), prečnika 1,6-5,4 mm, i komada koji se zavaruje (4).

► Elektroda se nalazi u pištolju (5) u koji se dovode električna energija (3), inertni gas iz boce (8) i voda za hlađenje (12 i 13).

Elektrolučno zavarivanje netopljivom elektrodom u zaštitnoj atmosferi inertnog gasa (TIG)

Šema TIG - postupka zavarivanja

► Izvor struje (2) je priključen na mrežu (1) i ukoliko se zavaruje naizmeničnom strujom ima dodatni visokofrekventni generator (14).

► Kao dodatni materijal koristi se žica za zavarivanje (7) koja se dovodi u električni luk, topi i ispunjava žljeb. Pre topljenja dodatne žice u električni luk se dovodi inertni gas, najčešće argon ili helijum, koji ima zaštitnu funkciju.


Šema TIG - postupka zavarivanja


Oprema za TIG zavarivanje

►Ovaj postupak se primenjuje za zavarivanje Al-legura naizmeničnom strujom i čelika jednosmernom strujom.

► Zbog dobre izolacije rastopa od okolne atmosfere, mogu

da se zavaruju, pored visokolegiranih (nerđajućih) čelika i niskougljenični (nelegirani) i niskolegirajući čelici. Zbog toga je ovaj postupak našao veliku primenu u hemijskoj, avio i nuklearnoj industriji.

► Dobijeni šavovi su homogeni, dobrog izgleda i bez

uključaka. Koreni zavari se dobro izvode. ► Moguće je zavarivanje i tankih limova debljine 1-4 mm.



Šavovi izvedeni TIG postupkom

►Čepovi imaju veliku primenu u građevinarstvu i to: 1.kod spregnutih konstrukcija u ▪ visokogradnji i ▪ mostogradnji 2. za zanatske radove (npr. za pričvršćivanje

različitih vrsta izolacija i krovne i fasadne obloge) ► Takođe se koriste i u drugim granama industrije: ▪ brodogradnji, ▪ mašinogradnji, itd.

Elektrolučno zavarivanje čepova

►Pri elektrolučnom zavarivanju čepova električni luk se uspostavlja između komada koji se zavaruju (slika).

► Iz ispravljača za jednosmernu struju anoda je vezana za osnovni materijal (6), a katoda (2) preko komandne kutije (3) za pištolj (8) u koji se stavlja čep (7) koji se zavaruje.



►Nakon postavljanja čepa iznad keramičkog prstena (9) i izbora parametara za zavarivanje (4) pritiska se prekidač (5) čime se uspostavlja električni luk između vrha čepa i osnovnog materijala.

► Luk traje od 0,5-1,5 sekundi čime se istopi dovoljno materijala čepa tako da on uranja u rastop. Nakon tog vremena uređaj se automatski isključuje (10) i pištolj se odvaja od čepa.




Postupak ugradnje čepova

Različite vrste čepova


Aparatura za elektrolučno zavarivanje čepova


Aparatura i ‘‘pištolji’’ za elektrolučno zavarivanje čepova

►Keramički prsten ima funkciju da: ▪ spreči prskanje rastopa, ▪ zaštiti rastop od okolnog vazduha, da ▪ oblikuje venac oko čepa i ▪ omogući postepeno hlađenje zavara (slika b). ► Nakon hlađenja keramički prsten se razbija čekićem.



►Ispitivanje kvaliteta izvedenog spoja se sprovodi tako što se svaki dvadeseti čep povija za ugao 60°, udarcima čekića u glavu čepa (slika c).

► Ovim postupkom se zavaruju čepovi od čelika prečnika do 25 mm i čepovi od Al-legura prečnika do 12 mm. Pri zavarivanju čepova od Al-legura pištolj mora da ima dodatni uređaj za zaštitni gas, argon.



►Zavarivanje varničenjem spada u elektootporne postupke zavarivanja i primenjuje se za izradu sučeonih spojeva štapastih proizvoda punog poprečnog preseka.

► Ovaj postupak zavarivanja ne zahteva dodatni materijal već se spoj ostvaruje mešanjem rastopljenih delova elemenata koji se spajaju. Visoka temperatura u spoju se postiže stvaranjem električnog otpora između dodirnih površina delova koji se zavaruju (slika).

Elektrootporno zavarivanje varničenjem

Zavarivanje varničenjem

►Naizmenična struja velike jačine, 20-50 kA, se dovodi iz transformatora (3) koji je preko ignitorskog upravljanja (2) vezan za mrežu (1). Komadi koji se zavaruju (6) su vezani za nepokretnu (5) i za podužno pokretnu čeljust (4), do kojih dolazi naizmenična struja.

► Proces zavarivanja započinje međusobnim približavanjem komada čime se uspostavlja tok struje samo na kontaktu neravnih delova. Usled velikog zagrevanja tih delova, oni se pregrevaju i izbacuju se iz kontakta u vidu eksplozije.



►Postupak se ponavlja sve dok se ne uspostavi kontakt preko cele površine. Tada se zagreva cela površina, a stvoreni oksidi i nečistoća se izbacuju varničenjem.

► U dodirnim površinama, metal se nalazi na granici tečnog stanja, ali bez rastopa. U toj fazi vrši se zbijanje delova udarom čime se jedan deo metala istiskuje iz spoja (7). Ovaj deo se nakon zavarivanja mehanički uklanja.

► Dobijeni šav je debljine 0,3-1 mm i ima krupnozrnu strukturu.



►Ovim postupkom mogu da se zavaruju profili od čelika i Al-legura.

► Postupak može da se primenjuje i za zavarivanje: ▪ armature od glatkog i rebrastog betonskog čelika, ▪ ankera, ▪ cevi, ▪ manjih profila i šina, ▪ ugaonih spojeva kod prozora i vrata itd.


► Ovaj postupak, takođe, spada u postupke sa toplotnom energijom na osnovu elekričnog otpora.

► Može da se primenjuje samo za preklopne spojeve. U suštini je veoma sličan zavarivanju varničenjem. Osnovna razlika je u tome što se u čeljustima nalaze netopljive elektrode (4 i 5) između kojih se postavljaju preklopljeni limovi (3).

► Uspostavljanjem kontakta i pritiskom čeljusti stvara se tačkasti spoj između limova. Ukoliko se želi kontinualan spoj tada se umesto šipkastih elektroda upotrebljavaju kružni bakarni diskovi.

Elektrootporno tačkasto zavarivanje

Tačkasto zavarivanje

► Ovaj postupak je našao primenu za spajanje tankih čeličnih limova i limova od Allegura u vagonogradnji, automobilskoj industriji, industriji aparata za široku potrošnju i dr.

►Jedan od najčešće primenjivanih postupaka zavarivanja na bazi različitih (ostalih) elektrotermičkih izvora toplote je zavarivanje pod troskom.

►Ovaj postupak je razvijen za zavarivanje šavova velike visine i debljine (>50 mm). Potreba za ovakvim šavovima se javlja u mašinstvu, hemijskoj industriji, brodogradnji, nuklearnj industriji itd.

► Postupak predstavlja kombinaciju EPP-postupka i postupaka zasnovanih na električnom otporu.

Električno zavarivanje pod troskom

Šematski prikaz električnog zavarivanja pod troskom

Gasno zavarivanje (G) ►Gasno zavarivanje spada u grupu postupaka sa

termohemijskim izvorom. ► Izvor toplote potreban za topljenje dodatnog materijala je

plamen koji nastaje sagorevanjem mešavine gasova. Najčešće se kao mešavina gasova koristi mešavina kiseonika i acetilena, pa se postupak zavarivanja sa ovim gasovima naziv oksiacetilensko zavarivanje. Šematski prikaz oksiacetilenskog postupka zavarivanja dat je na slici.

Šema gasnog zavarivanja

Gasno zavarivanje (G) ►Acetilen (C2H2) i kiseonik (O2) se nalaze u posebnim čeličnim bocama (1 i 2). Pomoću gumenih, savitljivih cevi (3) ovi gasovi se dovode do gorionika.

► Podešavanjem smeše pomoću redukcionih ventila (4) dobija se mešavina ovih gasova koja zapaljena sagoreva u gorioniku (5) i razvija temperaturu od 3000-3500 °C. Usled tako visoke temperature topi se žica za zavarivanje (6) koja ispunjava žljeb u osnovnom materijalu (7).

Šema gasnog zavarivanja

Gasno zavarivanje (G) ►Čelične boce (slika a) su najčešće prečnika 200 mm i

sastoje se od tela boce debljine 5-8 mm (1), cilindričnog navoja (2), sigurnosnog ventila (3), izlaznog ventila (4), kape (5), konusnog cevnog navoja (6) i grlića boce (7). Gorionici za zavarivanje i gasno rezanje su prikazani na slici b. Gorionik za zavarivanje se sastoji od tela (1), priključaka za acetilen (2) i kiseonik (3), redukcionih ventila (4 i 5) i plamenog kljuna (12).

Oprema za gasno (oksiacetilensko) zavarivanje

Gasno zavarivanje (G)

Kompletne aparature za gasno (oksiacetilensko) zavarivanje


Creva za dovođenje gasa

Regulatori dotoka gasa

Gasno zavarivanje (G) ►Pored odgovarajućeg doterivanja mešavine gasova

potrebno je poznavati i mesto u plamenu koje je pogodno za topljenje žice. Raspored temperature u plamenu je prikazan na slici.

►Oblast zavarivanja treba da se nalazi neposredno posle jezgra plamena.

Raspored temperature u plamenu

►Gasno zavarivanje se koristi za zavarivanje tankih limova debljna manjih od 4 mm i šupljih profila (cevi) debljina do 6-8 mm, neželeznih metala i odlivaka.

► Za zavarivanje većih debljina ovaj postupak nije ekonomičan. ► Koristi se za zavarivanje sučeonih spojeva, dok je kod

ugaonih spojeva teško fiksirati zonu zavarivanja u uglu. ► Pored zavarivanja ista oprema može da se koristi i za: ▪ rezanje delova metala, ▪ zagrevanje metala za obradu kovanjem i savijanjem, ▪ ispravljanje iskrivljenih delova konstrukcije usled

zavarivanja, ▪ čišćenje konstrukcije od rđe, boje i masnoće itd. ► U zavisnosti od debljine elemenata koji se zavaruju, postoje

dve tehnike zavarivanja: zavarivanje ulevo i udesno.


► Zavarivanje ulevo (slika a) se primenjuje za tanje elemente. Istopljena kapljica se pod dejstvom plamena potiskuje ispred već formiranog zavara da ne bi došlo do nagomilavanja u masi zavara. Žica za zavarivanje se nalazi ispred gorionika, odnosno u pravcu napredovanja.

► Zavarivanje udesno (slika b) se primenjuje za deblje elemente. Osnovni materijal se predgreva gorionikom kako bi došlo do njegovog rastapanja i mešanja sa dodatnim materijalom. Istopljena kapljica se potiskuje ka izvedenom šavu, a elektrodna žica se nalazi iza gorionika, suprotno pravcu napredovanja.


Tehnike gasnog zavarivanja: a) u levo; b) u desno


5.3 Dodatni materijali za zavarivanje

►Dodatni materijali za zavarivanje su metalni materijali čijim topljenjem se ispunjava žljeb šava, vrši mešanje sa istopljenim osnovnim metalom i čijim očvršćavanjem se formira odgovarajući šav.

►Ukoliko dodatni materijal osim topljenja i formiranja šava služi i za provod električne energije i uspostavljanje električnog luka sa osnovnim metalom tada se on naziva elektrodom.

►U zavisnosti od oblika i strukture, elektrode mogu da budu: obložene, neobložene (gole), punjene, ili u vidu pune elektrodne žice. ►Ako dodatni materijal ima samo funkciju topljenja i popunjavanja

žljeba pri visokim temperaturama nastalim usled već uspostavljenog električnog luka ili plamena, on se naziva prema svom obliku:

žica, šipka, štap, prah itd.

Opšte

►Obložene elektrode (slika) se koriste pri ručnom elektrolučnom zavarivanju. One se sastoje od: metalnog jezgra (1) i obloge ili plašta (2).

►Jezgro elektrode je uglavnom od metalne žice. Izbor metala zavisi od kvaliteta osnovnog materijala, pa elektrode mogu da budu od čelika, bakra itd.

►Prečnik jezgra elektrode (d) zavisi od debljine šava koji se izvodi i najčešće iznosi: 2, 2,5, 3,2, 4 ili 5 mm, a dužina elektrode ( l ) je uglavnm 200, 300, 350 ili 450 mm.

Obložene elektrode

Obložena elektroda

►Obloga ili plašt je smeša praha mineralnog i metalnog porekla koja je u obliku koncentričnog plašta vezana za jezgro elektrode vodenim staklom (so silicijumove kiseline i natrijuma).

► Ona treba da bude ravnomerna, da dobro prijanja uz jezgro i da se pri normalnom rukovanju ne oštećuje.

► Obloga se ne postavlja na kraju elektrode koji se povezuje u strujno kolo (na dužini !1 =16-25 mm) kako bi se omogućio strujni kontakt.

► Drugi kraj elektrode je oblikovan tako da omogućava brzo uspostavjanje električnog luka.

► Debljina obloge se iskazuje preko odnosa prečnika elektrode (D) i prečnika njenog jezgra (d), odnosno parametra f=D/d.

► U zavisnisti od vrednosti ovog parametra razlikuju se elektrode: ▪ sa tankom (f ≤ 1,2) oblogom, ▪ srednjom (1,2 < f ≤ 1,4) oblogom i ▪ debelom (f > 1,4) oblogom.

Obložene elektrode

Obložene elektrode

►Obložena elektoda treba da ispunjava sledeće osnovne zahteve:

▪ lako uspostavljanje električnog luka i obezbeđenje njegove stabilnosti tokom topljenja,

▪ lako ponovno uspostavljanje luka pri njegovom prekidu, ▪ ravnomerno topljenje jezgra i obloge u toku zavarivanja, ▪ dobro ispunjenje žljeba i formiranje šava, ▪ dobro uvarivanje osnovnog materijala i izvođenje

korenog zavara, ▪ dobijanje šava određenog kvaliteta bez grešaka , ▪ zavarivanje u svim položajima, ▪ visoka produktivnost zavarivanja, ▪ lako odvajanje troske sa ohlađenog šava, ▪ lako skladištenje na suvom mestu bez promene

osobina, ▪ da ne razvija gasove i isparenja koji su opasni po

zdravlje zavarivača i okoline.

Obložene elektrode

►Obloga elektrode ima višestruku funkciju u procesu zavarivanja (slika):

a) Vrši jonizaciju gasa u stubu luka. b) Stvara zaštitnu atmosferu oko luka i rastopa. c) Stvara trosku iznad žljeba ispunjenog rastopom. Ona treba da

spreči naglo hlađenje šava i omogući normalne metalurške procese u ZUT-u. Usporavanjem očvršćavanja rastopa eliminiše se stvaranje mnogih grešaka u šavu, jer nečistoće i gasovi imaju vremena da izađu iz rasropa.

d) Legira rastop dodatnog i osnovnog metala. Dodaci pored legiranja rastopa vrše i njegovu dezoksidaciju i denitrizaciju. Uglavnom se koriste mangan, titan, aluminijum, silicijumi dr.

Obložene elektrode

Pojave u električnom luku

► Obloge elektroda se dele prema hemijskom sastavu troske i metalurškom karakteru. Taj karakter se određuje prema oksidu gvožđa. Postoje sledeći tipovi obloga:

▪ Kisele - kiseli materijali su oksidi silicijuma, titana i mangana. Ove elektrode imaju povećanu brzinu topljenja. U nepovoljnim položajima zavarivanja daju šav osetljiv na tople prsline. Koriste se za zavarivanje čelika sa povećanim sadržajem ugljenika i sumpora;

▪ Kiselo-rutilne - pored kiselih materijala dodaje se i titan-dioksid (TiO2) ili rutil. Troska je tečnija pa su povoljnije od kiselih za zavarivanje u nepovoljnim položajima;

▪ Rutilne - glavni dodatak je rutil. Ove elektrode daju stabilan luk, dobar izgled šava, nisu osetljive na stvaranje prslina i pogodne su za zavarivanje u nepovoljnim položajima;

▪ Bazne - bazni dodaci su oksidi kalcijuma, mangana i aluminijuma, karbonati kalcijuma, magnezijuma i kalijuma i dr. Troska je gusta i lako ispliva na površinu rastopa. Ove elektrode daju šav koji nije osetljiv na prsline, mogu da se izvode debeli šavovi i koriste se za zavarivanje u nepovoljnim položajima. Obloga je higroskopna, pa, pre upotrebe, elektrode treba osušiti;

Obložene elektrode

▪ Celulozne - one sadrže velike količine organskih materija čijim sagorevanjem se dobija zaštitni gas, a mala količina troske. Jonizacija je dobra i dobija se luk koji omogućava duboko uvarivanje. Pogodne su za zavarivanje u nepovoljnim položajima;

▪ Oksidne - dodatak čine oksidi gvožđa i mangana.

Koriste se za izvođenje šavova manjih debljina, jer luk daje malu dubinu uvarivanja. Daju najbolji izgled šava.

Obložene elektrode

►Označavanje obloženih elektroda za ručno elektrolučno zavarivanje je definisano standardom JUS C.H3.011.

► Označavanje elektroda se vrši prema njihovim mehaničkim karakteristikama. Najvažnije mehaničke karakteristike elektroda za zavarivanje su:

1. čvrstoća na zatezanje (fu), 2. izduženje pri lomu (δ5) i 3. žilavost koja se definiše energijom udara. ► U pomenutom standardu date su oznake elektroda sa

odgovarajućim vrednostima najvažnijih karakteristika (tabela).

Obložene elektrode

Obložene elektrode

Osnovne oznake i najvažnije mehaničke karakteristike obloženih elektroda

►Pored osnovnih oznaka koje su prikazane u tabeli, za preciznije definisanje karakteristika elektroda, primenjuju se i dodatne oznake kojima se definišu: tip obloge, sadržaj vodonika itd.

►Elektrodne žice su kontinualne elektrode namenjene za poluautomatske i automatske postupke zavarivanja.

►One mogu da budu: punjene ili pune. ▪ Punjene elekrodne žice (slika) su slične obloženim

elektrodama. Oblogu čini metalni cilindar (1), a jezgro (2) je od metalnog i mineralnog praha. Prave se od hladno valjane trake čiji kvalitet odgovara osnovnom materijalu, koja se savija poprečno i ispunjava prahom pre zatvaranja. Uobičajeni prečniči su: 1,2; 1,6; 2,4; 3,2; 4 i 5 mm.

▪ Pune elektrodne žice (slika) se izrađuju u obliku hladno vučene ili hladno valjane žice punog poprečnog preseka. Isporučuju se namotane u koturove. Najčešće se koriste za MIG, MAG i EPP postupak zavarivanja. Vrstu hemijskog sastava definiše vrsta osnovnog metala. Žica je presvučena tankim slojem bakra, radi zaštite od korozije.

Elektrodne žice

Elektrodne žice

Punjene elektrodne žice

Elektrodne žice

Pune elektrodne žice


5.4 Greške u šavovima

►Zavarivanje je postupak kojim se omogućava kontinuiranje dva ili više elemenata u spoju.

►Tom prilikom dolazi do metalurških, hemijskih i fizičkih

promena u elementima. ► Kako se radi o vrlo kompleksnom tehnološkom postupku,

na koji utiču mnogi faktori, prilikom zavarivanja mogu da nastanu određene greške. Najvažniji elementi koji utiču na pojavu grešaka u šavovima su:

1. vrsta i hemijski sastav materijala koji se zavaruje, 2. vrsta tehnološkog postupka i primenjena oprema, 3. vrsta dodatnog materijala, 4. kvalifikovanost radnika koji izvodi zavarivanje, 5. uslovi pod kojim se izvodi zavarivanje i dr.

Vrste grešaka u šavovima

►Greške u šavovima mogu da se svrstaju u dve grupe: ▪ dimenzionalne greške ili greške oblika i ▪ strukturne greške ili greške kompaktnosti. ►U dimenzionalne greške spadaju: 1. nedovoljno ispunjavanje žljeba (slika a,d),


2. preveliko nadvišenje šava (slika b,e),

3. neprovaren koren šava (slika 2.122 b,e),


4. prokapine na mestu korena šava (slika 2.122 c),

5. oštar prelaz između šava i osnovnog materijala (slika b,d,e),


6. zarez na ivici šava (slika 2.122 c,e,g),

7. denivelacija elemenata u žljebu (slika f),


8. krateri na početku i kraju šava (slika g),

►U greške kompaktnosti spadaju: 10a. gasne pore (slika 2.122 h),

Vrste grešaka u šavovima 9. rupičavost površine šava (slika g,h).

10c. mehuri u lancu (slika h),

Vrste grešaka u šavovima 10b. rasuti mehuri (slika g,h),

12. greške provarivanja korena (slika k),

Vrste grešaka u šavovima 11. nedovoljno uranjanje rastopa u osnovni materijal -

nalepljivanje (slika h,k),

14. podužne i poprečne prsline u unutrašnjosti šava (slika c,h,k) ili na licu šava (slika e,h).

Vrste grešaka u šavovima 13. uključci troske (slika f,k),

►Stepen rizika usled grešaka nastalih pri zavarivanju metalnih konstrukcija zavisi od: vrste greške, vrste naprezanja i karaktera opterećenja.

►Nisu sve greške podjednako opasne. Ukoliko se pravci grešaka poklapaju sa pravcem toka sila one su manje opasne od grešaka upravnih na tok sila, kao što su na primer podužne i poprečne prsline, neprovaren koren, nedovoljna visina šava i nadvišenje.

► Sa stanovišta vrste naprezanja najnepovoljnije je zatezanje.

► U pogledu vrste naprezanja dinamički opterećene konstrukcije su znatno podložnije negativnim uticajima usled grešaka u šavovima. Kod statički napregnutih konstrukcija mnoge greške u šavovima nisu opasne, sem onih koje direkno ugrožavaju nosivost spoja.


►Dozvoljena odstupanja dimenzija šavova su ograničena Propisima za toleranciju mera i oblika kod nosećih čeličnih konstrukcija.

►Od izvođača zavarivačkih radova se traži izvođenje šavova sa dimenzijama datim u tehničkoj dokumentaciji i to bez smanjenja dimezija šavova.

►Međunarodni institut za zavarivanje je izvršio klasifikaciju svih grešaka u šavovima i svrstao ih u šest grupa. Osnovne oznake su:

▪ 100 prsline, ▪ 200 poroznost i druge šupljine, ▪ 300 uključci, ▪ 400 nalepljivanje i neprovaren koren, ▪ 500 greške oblika i ▪ 600 ostale greške.



5.5 Kontrola kvaliteta zavarenih spojeva

►Šav ima funkciju da spoji delove konstrukcije u jedinstvenu konstruktivnu celinu kako bi ona bila sposobna da prenese odgovarajuća opterećenja ili ispuni drugu poverenu joj funkciju.

► Obim i vrsta kontrole kvaliteta šavova zavisi od

intenziteta i vrste naprezanja šava, kao i od značaja tog šava za celu konstrukciju.

► Neekonomično je i nepotrebno sve šavove podvrći strogoj

kontroli. Čak i svaka otkrivena greška u šavu ne znači da je treba otkloniti ili ublažiti.

Opšte

►Pre pristupanja kontroli kvaliteta izvedenog šava neophodno je znati sledeće činjenice:

▪ kojim tehnološkim postupkom je izvedeno zavarivanje

i nivo stručnosti radnika, ▪ vrstu materijala, njegove karakteristike, debljinu

elemenata i ponašanje pri zavarivanju, ▪ tip i značaj konstrukcije, ▪ značaj pojedinih šavova u konstrukciji (statički ili

konstruktivni šav), ▪ način naprezanja konstrukcije (statičko ili dinamičko), ▪ vrstu naprezanja (zatezanje ili pritisak) i intenzitet

naprezanja, ▪ radna temperatura konstrukcije.

Opšte

► Međunarodni institut za zavarivanje je napravio katalog referentnih radiografija (etalona) sa klasifikacijom grešaka.

►Otkrivene greške se upoređuju sa ovim etalonima i na taj način se vrši njihova klasifikacija.

►Problem ne predstavlja otkrivanje greške, već odluka šta raditi sa utvrđenom greškom. Teško je numerički i eksplicitno tvrditi koliki je rizik loma i rušenja konstrukcije usled otkrivene greške. Problem je vrlo kompleksan i zadire u oblast Mehanike loma.

► Među mnogobrojnim metodama kontrole kvaliteta šavova, najznačajnije su sledeće metode kontrole bez razaranja:

1. vizuelna kontrola, 2. radiografska kontrola, 3. ultrazvučna kontrola, 4. magnetska ili elektromagnetska kontrola, 5. penetracijska kontrola.

Opšte

► Vizuelna kontrola se obavlja detaljnim pregledom šava, od strane kvalifikovanog lica, a u smislu provere kvaliteta izvođenja, potrebnih dimenzija šavova, postojanja neravnina, zareza, kratera, neprovarenog korena, površinskih pora i naprslina.

► Ovu kontrolu izvode iskusni i obučeni stručnjaci i ona

predstavlja glavnu kontrolu za sve vrste šavova.

Vizuelna kontrola

► Tom prilikom mogu da se koriste i određena pomagala za utvrđivanje dimenzija žljeba i izvedenog šava:

▪ za merenje dimenzija i oblika žljeba (slika a), ▪ za merenje zazora između elemenata (slika b), ▪ za merenje upravnosti elemenata koji se zavaruju (slika c), ▪ za merenje dimenzije ugaonog šava (slika d) i ▪ za merenje nadvišenja sučeonog šava (slika e).

Vizuelna kontrola

Uređaj za merenje dimenzija šava

► Radiografska kontrola (Re) se sastoji u snimanju šava radiografskim putem i može da se vrši u radionici i na montaži.

► Uređaj za snimanje (slika) je prenosiv i sastoji se od: ▪ komandnog ormana, ▪ proizvođača visokog napona, ▪ visokonaponskih kablova, ▪ rendgenske cevi, ▪ uređaja za hlađenje i ▪ stalka.

Radiografska kontrola

Rendgen uređaj za radiografsku kontrolu

► Postupak kontrole (slika) se sastoji u postavljanju filma sa osetljivom emulzijom (5) sa jedne strane zavarenog spoja (4). Film se nalazi u posebnoj foliji (6), najčešće od olova, kako bi se pojačala ekspozicija fotoemulzije i sprečilo rasipanje rendgenskih zraka. Sa druge strane spoja postavlja se lokalizacija šava (3) kroz koju prolaze rendgenski ili gama zraci iz rendgenske cevi (1), kroz blendu (2).


Šematski prikaz radiografske kontrole

► Postupak se zasniva na činjenici da materijali, u zavisnosti od svoje gustine i debljine, apsorbuju različitu količinu rendgenskih ili gama zraka koji kroz njih prolaze.

► Ukoliko zrak prolazi kroz poru ili prslinu on se manje

apsorbuje, pa izaziva jače eksponiranje fotoemulzije. Na radiogramu su ta mesta tamnija od ostalih "zdravih" delova šava.

► Pored rendgenskih zraka koriste se i izotopi koji emituju

gama zrake. Najčeće se primenjuje iridijum, a ređe kobalt, i cezijum.

► Danas se postupci kontrole sa izotopima mnogo više

koriste za kontrole na montaži, jer ne koriste struju, a oprema je laka za manipulaciju.


► Radiografska metoda je vrlo precizna i često se koristi za kontrolu značajnih šavova.

► Na dobijenom radiogramu mogu da se otkriju opasne

strukturne greške kao što su uključci troske, gasni mehuri i prsline.

► Postupak je vrlo precizan, jer se otkrivaju greške

dimenzija do 2% od debljine prozračenog materijala. ► Radiografija se primenjuje za debljine elemenata do 50

mm, a za veće debljine primenjuju se izotopi (na primer kobalt) i ultrazvučna kontrola.


► Kontrolisani šav dobija radiogram kao dokument koji sadrži oznaku snimka, broj filma, oznaku mesta šava u konstrukciji i debljinu materijala.

► Dobijeni radiogram se upoređuje sa etalonima iz kataloga grešaka i konstatuje se vrsta i intenzitet greške. Na slici su prikazana tri referentna radiograma šavova iz pomenutog kataloga.


Radiogram sučeonog V-šava bez grešaka


Radiogram sučeonog V-šava sa uključcima troske i podužnim prslinama

Radiogram sučeonog V-šava sa gasnim mehurima, uključcima troske i nepotpunom penetracijom korena šava


Snimak šava sa jasno uočljivim greškama

► Ultrazvučna kontrola je metoda ispitivanja bez razaranja pomoću koje mogu da se odrede vrsta, mesto i veličina grešaka kompaktnosti u šavovima.

► Za ispitivanje se koriste ultrazvučni talasi sa visokom frekvencijom (0,5-15 MHz). Brzina prostiranja ultrazvučnih talasa kroz određenu sredinu zavisi od:

1. zapreminske mase materijala (γ), 2. dinamičkog modula elastičnosti (Ed) i 3. dinamičkog Puasonovog koeficijenta (νd). ► Dakle, brzina prostiranja ultrazvučnih talasa je konstantna

za određene vrste materijala i iznosi: ▪ za čelik v=5850 m/s i ▪ za aluminijum v=6300 m/s. ► Ovi podaci važe za kompaktne, neoštećene materijale.

Ukoliko na putu ultrazvuk naiđe na metalni diskontinuitet, odnosno na grešku u šavu, on se odbija ili produžava dalje oslabljenim intenzitetom, u zavisnosti od talasne dužine (λ).

Ultrazvučna kontrola

►Generalno se razlikuju dve metode ispitivanja, odnosno kontrole šavova, koje se zasnivaju na merenju brzine longitudinalnih ultrazvučnih talasa:

1. metoda prozvučavanja (slika a), 2. eho metoda (slika b).


Šematski prikaz ultrazvučnih metoda kontole kvaliteta šavova: a) metoda prozvučavanja; b) eho-metoda

► Metoda prozvučavanja se zasniva na merenju intenziteta talasa poslatog preko predajnika (odašiljača) i intenziteta primljenog talasa, registrovanog pomoću prijemnika. Ukoliko postoji razlika u intezitetu poslatih i primljenih ultrazvučnih talasa, znači da su oni na svom putu naišli na materijalni diskontinuitet, odnosno grešku.

► Eho metoda se zasniva na osobini ultrazvučnih talasa

da se pri nailasku na površinu (ivicu) metala reflektuju (slično svetlosnim zracima) pod uglom koji je jednak upadnom uglu i bez značajnijih gubitaka intenziteta. Kod ove metode upoređuju se intenziteti poslatog i primljenog talasa. Odašiljanje i prijem talasa vrši se pomoću primopredajne glave.


►Ultrazvučna kontrola je najbrža kontrola kvaliteta šavova, na osnovu koje se može lako uočiti slika promene impulsa ultrazvučnih talasa na indikatoru (displeju).

► Ipak to nije dovoljan dokument da bi se utvrdilo mesto,

oblik, vrsta i veličina greške. U praksi se najčešće ceo šav pregleda ultrazvukom, a onda se registrovana slaba mesta kontrolišu skupljom, radiografskom metodom.

► Na taj način se dobija pouzdan dokument o grešci koji

se upoređuje sa etalonom.


►Danas se, međutim, koriste ultrazvučni uređaji najnovije generacije koji, pored elektronskih displeja sa mogućnostima prezentacije različitih vrsta podataka, imaju i mogućnost grafičkog zapisa rezultata ispitivanja, pa mogu precizno da se definišu lokacija, veličina i tip greške, a grafički zapis ostaje kao trajni dokument o izvršenoj kontroli. Jedan takav uređej prikazan je na slici.


Savremeni uređaj za ultrazvučnu kontrolu

Savremeni uređaj za ultrazvučnu kontrolu



Sprovođenje ultrazvučne kontrole

►Ostale metode kontrole kvaliteta šavova se primenjuju u specijalnim slučajevima i nisu tako kompletne i pouzdane kao prethodne dve (radiografska i ultrazvučna).

►Elektromagnetska metoda sa zasniva na promenama u

megnetnom polju koje nastaju usled grešaka u šavovima. ► Služi za otkrivanje grešaka kompaktnosti (prsline,

poroznost, uključci troske) do dubine od 3-6 mm. ► Ova metoda je jednostavna, postupak kontrole je relativno

jeftin, a uređaji laki za rukovanje. Međutim, pomoću elektromagnetske (magnetske) metode može se utvrditi samo postojanje površinskih i podpovršinskih grešaka, ali ne i njihov tačan položaj i dimenzije.


► Penetracijska metoda je metoda koja se zasniva na sposobnosti tečnosti velike površinske aktivnosti (penetranti) da se uvlači u vrlo uske prsline (npr. na površinama u zonama oko šavova).

► Nakon određenog vremena (2-30 min) ispitivano mesto se

premazuje razvijačem koji služi da penetrat učini vidnim (najčešće fluorescentnim), pa se greške mogu uočiti vizuelnom kontrolom pod takozvanom "crnom" svetlošću. Takođe se koristi za otkrivanje strukturnih, površinskih grešaka.


Documents

Proces proizvodnje u fabrici - grf.bg.ac.rs · Elektrolučno zavarivanje pod zaštitnim prahom (EPP) Žica za zavarivanje (5) prečnika 0,5-10 mm je neobložena (gola) i odmotava