REL Postupak Zavarivanja

Strana 1

1. Uvod:

S obzirom na jednostavno rukovanje i relativno nisku cijenu uređaja i dodatnog materijala s jedne, a dobar kvalitet spoja s druge strane, ručno elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom, REL zavarivanje, je donedavno primjenjivano više od svih ostalih postupaka zavarivanja zajedno.Njegovoj širokoj primjeni doprinose još i činjenica da su ograničenja u vezi sa oblikom predmeta i vrstom materijala koji se zavaruje, kao i položajima zavarivanja, manja od svih ostalih postupaka zavarivanja.S druge strane, zbog nedostataka REL postupka u novije vrijeme se umjesto njega sve češće koriste ostali elektrolučni postupci.

Termička obrada i zavarivanje Seminarski rad br. 1 Duronjić Branimir 8221

Strana 2

2. Ručno elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom

Ručno elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom (REL) je postupak spajanja metala topljenjem obložene elektrode i dijela osnovnog metala u električnom luku koji se uspostavlja i održava između radnog komada (osnovnog metala) i elektrode, sl. 1. Topljenjem jezgra elektrode obezbjeđuje se dodatni materijal za popunu žlijeba, a topljenjem, sagorijevanjem i isparavanjem obloge obezbjeđuje se zaštita metalne kupke od okolnih gasova i vazduha. Istopljeni sastojci obloge se miješaju sa rastopljenim metalom prije nego što isplivaju na površinu jer imaju manju gustinu od metalne kupke i očvrsnu u obliku troske. Troska štiti metal šava od uticaja okoline i usporava njegovo hlađenje, a poslije zavarivanja se uklanja specijalnim čekićem.

Slika 1. Šematski prikaz REL postupka zavarivanja

3.Vrste i izvori struje, uređaji i oprema za REL postupak

Uređaj za REL postupak se sastoji od izvora struje, dovodnih i odvodnih kablova, držača elektrode, stezaljke za masu, a u dodatnu opremu spadaju zaštitna odjeća i maska zavarivača, te njegov ručni alat.

Slika 2. Uređaji i oprema za REL postupak zavarivanja


Strana 3

Za REL postupak koriste se obije vrste struje, jednosmjerna i naizmjenična, pri čemu izbor prvenstveno zavisi od vrste obloge i obično je preporučen od strane proizvođača elektrode. U svakom slučaju koristi se izvor sa strmopadajućom statičkom karakteristikom, koji obezbjeđuje malu promjenu jačine struje pri slučajnoj promjeni dužine luka, koja je neminovna kod ručnog zavarivanja.

Na sl. 3 je pokazano kako se mijenja jačina struje (Ir1 i Ir2) i napon (Ur1 i Ur2) pri povećanju dužine luka (l1 na l2). Kao što se vidi sa slike, promjena napona je značajna, dok je promjena jačine struje mala. Kako promjena napona ne utiče bitno na ostale parametre zavarivanja, strmopadajućom karakteristikom je obezbjeđeno dovoljno kvalitetno zavarivanje, jer se parametri procesa koji najviše zavise od jačine struje održavaju u uskim granicama.

Slika 3. Promjena radne tačke kod strmopadajuće karakteristike

Pri izboru vrste struje treba voditi računa o sljedećem:- Pad napona. Manji pad napona se dobija primjenom naizmjenične struje (NS), što ječini pogodnijom u slučaju zavarivanja na većim rastojanjima od izvora struje.- Male jačine struje. Kod elektroda manjeg prečnika, odnosno pri korišćenju manjihjačina struje, jednosmjerna struja (JS) daje stabilniji luk.- Uspostavljanje luka. Po pravilu lakše je sa JS, posebno kod elektroda manjeg prečnika.- Dužina luka. Zavarivanje kraćim lukom je lakše JS. Ovo je bitno, osim kod oblogasa željeznim praškom.- Skretanje luka. Može da bude značajan problem kod JS.- Položaj zavarivanja. Za prinudne položaje bolja je JS, jer može da koristi manje jačine struje.- Debljina osnovnog materijala. Zavarivanje tankih limova može da bude problematično sa NS zbog smanjene stabilnosti luka pri korišćenju struja manje jačine.


Strana 4

4. Dodatni materijal i načini njegovog prenosa - obložena elektroda Elektroda za REL postupak zavarivanja ima metalno jezgro, koje je obloženo sem na slobodnom kraju, sl. 4. Jezgro obložene elektrode kao dio strujnog kola prenosi struju (slobodni kraj je povezan držačem elektrode za izvor struje), a istovremeno služi kao dodatni materijal. Osnovne uloge obloge elektrode su: - zaštita zone zavarivanja od okolnog kiseonika, azota i vodonika; - stabilizacija i jonizacija električnog luka; - usporavanje hlađenja metala šava; - prečišćavanje i legiranje metala šava; - omogućavanje zavarivanja u prinudnim položajima.

Slika 4. Obložena elektroda (d - prečnik, l1 - slobodni kraj, L - dužina, D - prečnik obloge)

Prema sastavu, obloga je u metalurškom smislu kisela, kiselo-rutilna, bazna, celulozna, oksidna i rutilna. Osim navedenih postoje i specijalne vrste obloge. Hemijski sastav i osobine ovih obloga su dati u tab. 1. Prema odnosu ukupnog prečnika (uključujući oblogu, sl. 4) D, i prečnika jezgra, d, elektrode se dijele na tanko obložene (D/d< 1,2), srednje obložene (1,2<D/d<1,4) i debelo obložene (D/d>1,4).

Tabela 1. Hemijski sastav i osobine različitih obloga čeličnih elektroda

Obloga Hemijski sastav Osobine

kisela oksidi Fe i Mn, alumosilikati, feromangan

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

rutilna rutil, alumosilikati, ferolegure

lijep izgled i dobre mehaničke osobine šava

kiselo-rutilna kao kisela, uz dodatak rutila

kombinacija osobina kisele i rutilne obloge

bazna karbonati, fluoridi, oksidi, hematit

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

celulozna celulozna vlakna, rutil, silikati, dezoksidatori

svi položaji, visok sadržaj H, koreni zavari cjevovoda

oksidna oksid Fe i Mn, kvarc, alumosilikati

lijep izgled i loše mehaničke osobine metala šava


Strana 5

5. Vrste materijala koje se mogu zavarivati REL postupkom

REL se najčešće koristi za zavarivanje ugljeničnih čelika, nisko i visoko legiranih čelika, nehrđajućeg čelika, livenog gvožđa, dok je nešto manje popularan za zavarivanje obojenih materijala gdje se može koristiti za zavarivanje nikla, bakra i njihovih legura i u rijetkim slučajevima aluminijuma. Debljina materijala koji se zavaraju ograničena je prije svega vještinom zavarivača i dostupnom opremom, ali rijetko iznosi ispod 1,5 mm. Ne postoji jasna gornja granica debljine materijala jer se uz pravilnu pripremu spoja i primjenu višestrukih prolaza, mogu spojiti materijali praktično neograničene debljine.

6. Parametri zavarivanja

Osnovni parametri REL postupka zavarivanja su:a) vrsta i prečnik elektrode; b) jačina, vrsta i polaritet struje zavarivanja; c) dužina električnog luka;d) nagib elektrode; e) brzina zavarivanja; f) tehnika vođenja elektrode (njihanje); g) vrsta i kvalitet pripreme za zavarivanje.

a) Na izbor vrste elektrode najvažniji uticaj imaju osobine osnovnog materijala koji se zavaruje, a izbor se vrši prema mehaničkim osobinama i hemijskom sastavu materijala.Uvidom u ateste navedenog dodatnog materijala i iz pregleda osobina osnovnog materijala mora se obezbijediti da mehaničke osobine šava budu bolje od osobina osnovnog materijala.

Slika 5. Primjer deklaracije elektrode ( Elektroda Zagreb )


Strana 6

Prečnik elektrode u najvećoj mjeri zavisi od debljine osnovnog materijala koji se zavaruje i položaja zavarivanja. Prečnici elektroda su standardizovani prema sljedećem nizu: 2; 2,5; 3,25; 4; 5; 6; 8 i 10 mm, a biraju se tako da se uzima najveći prečnik koji veličina žlijeba dozvoljava. U slučaju višeprolaznog zavarivanja, za korjen šava se koriste elektrode prečnika (2,5÷4) mm, a za popunu žlijeba se koriste elektrode većeg prečnika, zavisno od debljine osnovnog materijala.

Slika 6. Zavisnost oblika šava od prečnika elektrode

b) Jačina struje je najuticajniji parametar pri REL zavarivanju. Nakon izbora položaja zavarivanja, vrste i prečnika elektrode vrši se izbor jačine struje. Povećanje prečnika elektrode povećava i jačinu struje zavarivanja. Kao osnovna smjernica za izbor jačine struje pri zavarivanju ugljeničnih i niskolegiranih čelika u horizontalnom položaju mogu da se koriste iskustveni izrazi:

Iz=(20÷25)⋅de, de<4 mm; Iz=(35÷50)⋅de, de=4÷ 5 mm; Iz=(15+6⋅de)⋅de, de>5 mm

gdje je de -prečnik elektrode (mm), a Iz -jačina struje (A).Pri zavarivanju u prinudnim položajima jačina struje se smanjuje do 20%, dok se za visokoproduktivne elektrode koristi jača struja.

Izbor jačine struje utiče na oblik šava i mehaničke osobine zavarenog spoja – povećanje jačine struje povećava dubinu uvarivanja (penetraciju) i nadvišenje šava.

Slika 7. Zavisnost oblika šava od jačine električne struje

c) Optimalna dužina električnog luka je udaljenost kraja elektrode od zavarivanog materijala i zavisi od vrste elektrode. Povećanje dužine luka povećava toplotnu energiju u jedinici vremena, što uzrokuje veću brzinu topljenja elektrode i zbog toga slabije zagrijavanje materijala što dovodi do manje penetracije. Prekratak luk dovodi do povećane turbulencije kupke što može uzrokovati pojavu uključaka troske i greške naljepljivanja, dok predugačak luk uzrokuje slabiju zaštitu kupke, gubitak materijala zbog rasprskavanja.


Strana 7

Iz tograzloga potrebno je odrediti optimalnu dužinu luka, prema sledećim preporukama: l=(0,9÷1,1)⋅de (sučeoni spojevi ugljeničnih i niskolegiranih čelika)

l=(0,8÷0,9)⋅de (ugaoni spojevi ugljeničnih i niskolegiranih čelika)

l=(0,8÷0,9)⋅de (sučeoni spojevi visokolegiranih čelika)

l=(0,7÷0,8)⋅de (ugaoni spojevi visokolegiranih čelika)

Slika 8. Zavisnost oblika šava od dužine luka

d) Nagib elektrode utiče na penetraciju (dubinu uvara) i na dužinu električnog luka, znači da više nagnuta elektroda uzrokuje povećanje električnog luka i smanjenje penetracije. REL zavarivanje se izvodi sa nagibom elektroda od 70-90°.

Slika 9. Uticaj nagiba elektrode na oblik šava

e) Brzina zavarivanja zavisi od oblika i dimenzija spoja, vrste materijala i elektrode. Prevelika brzina zavarivanja smanjuje penetraciju i pojačava nadvišenje zavara, dok premala brzina zavarivanja dovodi do pojave uključaka troske u zavaru.

Slika 10. Uticaj brzine zavarivanja na oblik šava


Strana 8

f) Tehnika vođenja elektrode (njihanje elektrode), tj. popunjavanje žlijeba njenim poprečnim kretanjem (a ne samo podužnim).

Slika 11. Prikaz osnovnih načina njihanja elektrode

g) U pripremi osnovnog materijala najvažnije je oblikovanje žlijeba, a ponekad je potrebno i čišćenje okolnih površina do metalnog sjaja. Pri izboru oblika i dimenzija žleba, osim o debljini osnovnog materijala, treba da se vodi računa o pristupačnosti korijenu, sprečavanju pojave prokapljina, deformacijama zavarenog spoja i što manjem utrošku dodatnog materijala.

Tabela 2. Oblici najčešće korišćenih žljebova i odgovarajućih šavova

7. Čuvanje i skladištenje elektroda

Proizvođač je obavezan da elektrode tako pakuje da su zaštićene od atmosferskoguticaja. Na svakom paketu moraju biti označeni podaci o vrsti, dimenzijama i broju šarže,kao i znak proizvođača. Ovi paketi se moraju uskladištiti tako da su zaštićeni odatmosfeskog uticaja, posebno vlage, a takođe mora da bude osigurano da ne dođe dooštećenja obloge i zamjene pojedinih vrsta elektrode.Elektrode koje su dobro zatvorene u pakete ili u zalemljene limene kutije (spriječeno


Strana 9

pristustvo vazduha) ne treba naknadilo sušiti. Ostale elektrode prije upotrebe treba sušiti,naročito ako se zahtjeva povišen kvalitet zavarenih spojeva. To se posebno odnosi nabazične elektrode koje su veoma higroskopne. Već nakon 4 sata neke vrste bazičnihelektroda u otvorenoj kutiji se mogu smatrati vlažnim i treba ih naknadno sušiti.

Sušenje elektroda se obavlja u posebnim pećima za sušenje sa mogućnošću regulacijetemperature. Sem toga svaki zavarivač bi morao na radnom mestu da ima posebnu priručnupeć-sušionik za održavanje temperature, najčešće izmedju 60-90⁰C, kako bi se spriječilovlaženje elektroda za vrijeme rada.

Slika 12. a) Peć za sušenje elektroda b) Priručna peć-sušionik

Temperatura i vrijeme sušenja zavisi od vrste elektrode.Rutilne i kisele elektrode po pravilu ne treba sušiti, sem u slučajevima primjetnihznakova vlažnosti. Tada ih treba sušiti na temperaturi l20 ⁰C u trajanju 2 časa.Bazične elektode i pored dobrog skladištenja treba u većini slučajeva sušiti, a naročitoako se zavaruju mikrolegirani čelici ili debeli limovi neumirenog čelika. Ove elektrode sesuše po pravilu na temperaturi 300 do 350 ⁰C u trajanju od najmanje 2 časa. Na temperaturiod 350 ⁰C elektrode mogu da se drže najduže 10 časova, jer bi inače došlo do oksidacije


Strana 10

obloge. Elektrode sa bazičnom oblogom za zavarivanje čelika napona tečenja manjeg od 360MPa mogu da se suše i na temparaturi od 250 ⁰C. Ovako osušene elektrode mogu da se prijeupotrebe ohlade do temperature 150 do 200 ⁰C i odlože u peć za jednodnevnu upotrebu iliručne sušionike.Elektrode za visokolegirane čelike treba sušiti na temperaturi između 200 i 250 ⁰C utrajanju 3 časa. Preporučuje se postepeno zagrijavanje i hlađenje.

Vlažne elektrode se lako prepoznaju i prema zvuku pri udaru jedna o drugu: suveelektrode daju oštar i visok zvuk, a vlažne dubok. Pri zavarivanju vlažnim elektrodama čujuse male eksplozije i pucketanja, a sa površine može da se primjeti isparavanje vlage.Sušenje elektrode rutilnog tipa, u nedostatku drugog načina, može da se obavi ineposredno prije zavarivanja uključivanjem elektrode u kratak spoj.Obložene elektrode vremenom stare, što može da se primjeti po malim bjelim kristalimana oblozi. Ovo je rezultat hemijskih reakcija sastojaka iz obloge. Ovakve elektrode ne smijuda se koriste. Konačno, treba paziti da se koriste samo elektrode bez mehaničkog oštećenjaili zamašćenja obloge.

8. Karakteristični problemi kod elektrolučnog zavarivanja

Amperaža suviše niska

Rezultat je uzak i visok varni šav, primjetno uzak varni šav i slab prodor zavara u radne dijelove. Sa niskom amperažom teško je startovati strujni luk i teško je voditi zavar jer luk skreće sa jedne strane ivice ka drugoj.


Strana 11

Amperaža suviše visoka

Šav je širok, ravan i nepravilan, duboki krateri se formiraju na kraju zavara a trosku je teško skinuti. Neki zavarivači nakon što su nepotrebno povećali amperažu vode zavar brže da bi time kompenzovali prejaku amperažu i rizik progorevanja. Ovo ne bi smjeli da rade, jer to može izazvati pojavu troske unutar samog šava zbog bržeg hladjenja zavara.Prevelika brzina vođenja elektrode

Prevelika brzina vodjenja elektrode uzrokuje tanak slab šav. Ivice šava su kao izduženo trouglaste, nepravilne, čak i ako se poveća amperaža da se kompenzuje prevelika brzina vodjenja varnog šava, grebeni šava biće izduženi.

Mala brzina vođenja elektrode

Mala brzina vodjenja zavara daje širok i uzdignut šav. Oblik šava nije ravnomjeran pošto se zavarivački rastop često uvećava i pretvara u krater.

Kratak strujni luk

Kratak strujni luk, takav da je ponekad vrh elektrode pokriven troskom prouzrokuje neravnu površinu na mestima gde je rastop guran elektrodom,a šav će imati slabu snagu.


Strana 12

Predugačak strujni luk

Predug razmak izmedju elektrode i radnog dijela povećaće voltažu, karakteriše ga širok šav sa velikim razbacivanjem materijala. To takođe čini luk nestabilnim i biće teško skinuti šljaku sa rubova zavara.Lučno zavarivanje je konstantan strujni proces ali dužina luka ima efekat na voltažu. Smanjenje luka uzrokuje smanjenje voltaže. Povećanje dužine luka povećaće voltažu.

Izgled ispravno izvedenog zavara

9. Zaključak

REL zavarivanje i danas ima važno mjesto u proizvodnji zavarenih konstrukcija i pokazuje se kao tehnologično rješenje ako je riječ o izvođenju kraćih zavara, o pojedinačnoj i maloserijskoj proizvodnji, reparaturnom zavarivanju, zavarivanju u otežanim uslovima rada itd. Mala pripremno-završna vremena, jednostavna oprema, univerzalnost postupka te veliki spektar dodatnog materijala daju potpunu opravdanost izbora REL zavarivanja u većini industriskih zahtjeva.


Strana 13

Prednosti REL postupka zavarivanja: - širok spektar dodatnih materijala;- mala cijena opreme za zavarivanje u odnosu na MIG/MAG i EP postupke zavarivanja; - pogodan za manja proizvodna i reparaturna zavarivanja; - mogućnost zavarivanja u svim položajima; - pogodan za izvođenje terenskih radova; - jednostavno rukovanje opremom; - dobra mehanička svojstva zavarenih spojeva.

Nedostaci REL postupka zavarivanja: - mala brzina zavarivanja i niska produktivnost u odnosu na MIG/MAG i EP postupke zavarivanja - kvaliteta zavarenog spoja značajno zavisi od vještine zavarivača; - vrijeme obuke zavarivača je relativno dugo; - neizbježan otpad elektrode (''ćik'' – 8-10%); - gubitak materijala zbog prskanja; - gubitak vremena zbog čišćenja troske; - nastajanje štetnih plinova i jakog bljeskanja prilikom zavarivanja; - dugotrajan rad ostavlja štetne posljedice na zdravlje zavarivača.

10. Korištena pisana literatura i drugi izvori:

-Priručnik za zavarivače - Mr Milan Milotić, Doboj 2008.

-Mašinski materijali II deo, izdanje Mašinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu, 2000-Sedmak, A., Šijački-Žeravčić, V., Milosavljević, A., Đorđević, V., Vukićević, M.

-https://en.wikipedia.org/wiki/Shielded_metal_arc_welding (12.07.2015.)


https://en.wikipedia.org/wiki/Shielded_metal_arc_welding

Strana 14

-http://lager.hr/wp-content/uploads/2012/04/elektrode.pdf (12.07.2015.)

-http://www.millerwelds.com/resources/articles/smaw-stick-arc-welding-tips-techniques/ (14.06.2015.)

-http://www.vizijadanas.com/elektrolucno_zavarivanje.html (13.06.2015.)

-http://www.thefabricator.com/article/arcwelding/smaw-a-welders-guide---advice-and-troubleshooting-tips-for-beginners (10.07.2015.)


http://www.thefabricator.com/article/arcwelding/smaw-a-welders-guide---advice-and-troubleshooting-tips-for-beginners

http://www.thefabricator.com/article/arcwelding/smaw-a-welders-guide---advice-and-troubleshooting-tips-for-beginners

http://www.vizijadanas.com/elektrolucno_zavarivanje.html

http://www.millerwelds.com/resources/articles/smaw-stick-arc-welding-tips-techniques/

http://lager.hr/wp-content/uploads/2012/04/elektrode.pdf

Documents

REL Postupak Zavarivanja