Specijalisticki Rad Primer 2

САДРЖАЈ: 1. УВОД .................................................................................................................................... 1

2. АЛУМИНИЈУМ И ЛЕГУРЕ АЛУМИНИЈУМА ................................................................. 3

2.1. Класификација легуре алуминијума .............................................................................. 4

2.2. Заварљивост алуминијума и његових легура ................................................................ 8

2.3. Захтеви за заварљивост и заварене спојеве ................................................................... 9

2.4. Потешкоће при заваривању ........................................................................................... 9

2.4.1. Прслине ................................................................................................................... 9

2.4.2. Порозност .............................................................................................................. 11

2.5.Температура предгревања ............................................................................................. 12

2.6. Механичке особине завареног споја ............................................................................ 12

3. ПОСТУПЦИ ЗАВАРИВАЊА АЛУМИНИЈУМА ............................................................. 16

3.1. Основи заваривања у заштитним гасовима ................................................................. 16

3.2. ТИГ (WIG) поступак - Аргонско заваривање ............................................................. 16

3.3. МИГ поступак - (Метал - Инертан Гас) ...................................................................... 18

3.4. Заштитни гасови ........................................................................................................... 20

4. ОПРЕМА И АПАРАТУРА ЗА ЗАВАРИВАЊЕ АЛУМИНИЈУМА У ЗАШТИТИ ИНЕРТНИХ ГАСОВА ........................................................................................................... 22

4.1. Опрема за ТИГ поступак заваривања .......................................................................... 22

4.1.1. Врсте извора струје ............................................................................................... 23

4.1.2. Горионик и нетопљиве електроде ........................................................................ 24

4.1.3. Додатни материјал-жицe за заваривање ............................................................... 28

4.2. Опрема за МИГ поступак заваривања ......................................................................... 29

4.2.1. Извори струје и довод жице.................................................................................. 30

4.2.2. Жица за заваривање .............................................................................................. 33

5. НАЧИН, ВЕШТИНА И ТЕХНИКА ЗАВАРИВАЊА АЛУМИНИЈУМА У ЗАШТИТИ ИНЕРТНИХ ГАСОВА ........................................................................................................... 34

5.1. Припрема жљебова ...................................................................................................... 34

5.2. Технологија заваривања ТИГ поступком .................................................................... 34

5.2.1. Техника заваривања .............................................................................................. 38

5.2.2. Заштита кореног пролаза ...................................................................................... 39

5.2.3. Модификоване варијанте ТИГ заваривања .......................................................... 43

5.3. Технологија заваривања МИГ поступком ................................................................... 44

5.3.1. Техника заваривања .............................................................................................. 48

5.3.2. Пренос додатног материјала ................................................................................. 51

6. ЗАКЉУЧАК ........................................................................................................................ 55

ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................................ 57

www.prekucavanje.wordpress.com


1. УВОД Заваривање је процес израде нераздвојивог споја успостављањем међуатомских

веза између делова који се заварују, при коме се појединачно или комбиновано користи топлотна и механичка енергија, а по потреби и додатни материјал. Заваривањем је могуће спајање метала са металом, неметала са неметалом и метала са неметалом, али се у практичном смислу подразумева спајање метала са металом.

Данас се сматра да је 98 поступака заваривања освојено и примењено у пракси, укључујући лемљење, као што је дефинисано у стандарду ISO 4063 (EN 24063). Поступци заваривања могу да се поделе на поступке топљењем и поступке притиском, при чему у прву групу спадају они поступци код којих се процес спајања одвија топљењем и очвршћавањем на месту споја, а у другу групу они поступци код којих се процес спајања одвија без топљења. Осим тога, поступци заваривања се често деле према извору енергије: електрична (лук, отпор, сноп), хемијска (пламен, експлозив, термити), механичка (притисак, трење, ултразвук) и остале (нпр. светлост).

Табела 1.1. Класификација поступака заваривања[7]

Електролучно заваривање Заваривање у чврстом стању

111 обложеном електродом - Е 41 ултразвуком

114 пуњеном жицом 42 трењем

12 под прашком - EПП 43 ковачко

13 топљивом електродном жицом у заштити гасa 44 експлозијом

131 заштита у инертном гасу - МИГ 45 дифузијом

135 заштита у активном гасу - МАГ 48 на хладно

14 нетопљивом електродом у заштити гаса Други поступци заваривања

141 инертни гас - ТИГ 71 алуминотермитско

15 плазмом 72 електрично под троском - ЕПТ

185 магнетно електролучно ротирајућим луком 74 индукционо

Електроотпорно заваривање 751 ласером

21 тачкасто 76 електронским снопом

22 шавно Тврдо лемљење

23 брадавичасто 913 у пећи

24 сучеоно варничењем 914 уроњавањем у соли

25 сучеоно збијањем 916 индукционо

Гасно заваривање Меко лемљење

311 окси-ацетиленским пламеном Заваривачко лемљење



Основни проблем при спајању метала и легура је заварљивост (лемљивост и лепљивост), укључујући и склоност ка настајању прслина услед структурних преображаја и образовања нових фаза услед дејства спољних напрезања односно сопствених напона изазваних технолошким процесом. Технологију заваривања у односу на друге технологије прате знатно већи сопствени напани и деформације, нарочито при заваривању делова већих дебљина и примене различитих додатних материјала.

Основни проблеми заварљивости метала и легура своде се на њихова својства која се траже после заваривања. Коначна својства за дати материјал зависе од процеса и појава који настају у основним зонама завареног споја:

- у шаву, где се материјал потпуно топи и меша са додатним материјалом а затим очвршћава, - у прелазној зони - зони стапања - полуистопљеног материјала, - у зони утицаја топлоте (ЗУТ), где се основни материјал мења услед загревања и хлађења у чврстом агрегатном стању.

За заваривање алуминијума и његових легура, у заштити инертних гасова, користе

се методе заваривања ТИГ и МИГ.

ТИГ поступак се одвија у заштити инертног гаса. Електрични лук се одржава између нетопљиве волфрамске електроде и основног материјала. Лук је веома интензиван и лако се њиме управља. Заштитни гас аргон штити електрични лук и зону заваривања од утицаја атмосфере. Додатни материјал се додаје са стране ручно или са специјалном хладном жицом. Алуминијум, магнезијум, као и њихове легуре се заварују искључиво наизменичном струјом. Ово је због тога што, при полупериоди струје када је основни материјал катода, долази до разарања тешкотопљиве опне оксида и чишћења површине основног материјала. Са модерним инверторским изворима струје могуће је заваривање шпицастим волфрам-електродама.

Код МИГ поступка, електрични лук се одржава између топиве жичане електроде и

основног материјала. Заштитни гас штити електрични лук од утицаја ваздуха, а руковање је једноставно. Поступак је примењив за разне врсте челика, ливеног гвожђа, бакра и његових легура, алуминијума и његових, итд. Добијају се квалитетни спојеви врло добре чврстоће. Заштитини гас: чисти аргон или аргон са малим примесама.



2. АЛУМИНИЈУМ И ЛЕГУРЕ АЛУМИНИЈУМА

Постојање алуминијума (Al) је дефинисао Хемфри Дејви (Sir Humphrey Davy) у првој деценији XIX века, а као метал је изолован 1825 године од стране Ханса Кристијана Оерстедa (Hans Christian Oersted). Наредних 30 година је почела ограничена комерцијална производња, све до 1886 када је добијање алуминијума из своје руде боксита, постао заиста одржив индустријски процес.

Метод екстракције су истовремено измислили Паул Хероулт (Paul Heroult) у

Француској и Чарлс М. Хал (Charles M. Hall) у САД-у, а основа овог процеса је и данас у употреби. Због своје реактивне природе алуминијум се не налази као чист метал у природи, али је присутан у земљиној кори у облику више од стотину различитих једињења. Најважнији је боксит. По распрострањености у Земљиној кори, алуминијум је трећи елемент, одмах иза кисеоника и силицијума.

Екстракција је процес који се састоји од две одвојене фазе, прва је одвајање

алуминијум оксида, Аl2О3 из руде, други је електролитичко разлагање глинице на 950 °C до 1000 °C у криолит (Na3AlF6). То даје алуминијум, који садр жи око 5-10% нечистоћа попут силицијума (Si) и гвожђа (Fe), који се затим процесом пречишћавања, било електролитичким процесом или техникама топљења, добија метал са 99,9% чистоће.

Слика 2.1. Шематски приказ процеса производње алуминијума

На крају двадесетог века, велики део алуминијума је добијен из отпадака тј.

рециклирањем отпадака и остатака. Овај извор даје скоро 2 милиона тона алуминијумских легура годишње у Европи (укључујући и Велику Британију).



После железа, алуминијум је највише коришћен метал. Различитости примене ова два метала заснивају се на изразитим разликама њихових особина (Табела 2.1). Посебно значајне особине за примену алуминијума су:

• добра електрична и топлотна проводљивост, • добра ливкост, • добра заварљивост и лемљивост, • добра способност обликовања, • задовољавајућа корозиона отпорност, • добри декоративни ефекти.

Табела 2.1. Упоредне особине алуминијума и железа[3]

Особине Аl Fe Атомска тежина (g/mol) 26,98 55,84 Кристална решетка пов.ц.к. прост.ц.к. Густина (g/cm3) 2,70 7,87 Модул еластичности E (MPa) 67·103 210·103 Коефицијент трења (1/K) 24·10-6 12·10-6 Rp0,2 (MPa) ≈ 10 ≈ 100 Rm (MPa) ≈ 50 ≈ 200 Специфична топлота (J/kg·K) ≈ 890 ≈ 460 Топлота топљења (J/g) ≈ 390 ≈ 272 Тачка топљења (°C) 660 1536 Топлотна проводљивост (W/m·K) 235 75 Електрична проводљивост (m/Ω·mm2) 38 10 Оксиди Al2O3 FeO/Fe2O3/Fe3O4 Температуре топљења оксида (°C) 2050 1400/1455/1600

Алуминијум има релативно ниску чврстоћу, која зависи од чистоће. Са порастом

нечистоћа чврстоћа се повећава, али само до одређене границе. Повећање ниске чврстоће алуминијума могуће је:

• легирањем, • хладном деформацијом, • термичком обрадом и • комбинацијом ових могућности.

2.1. Класификација легуре алуминијума

Алуминијумски материјали су већином легуре алуминијума са једним или више од главних пет легирајућих елемената: Cu, Mg, Zn, Si i Mn (слика 2.2.), и мањим учешћем Fe, Cr, Ti, а у новије време Sc (скандијума). За посебно легирање додају се легирајући елементи: Ni, Co, Ag, Li, V, Zr, Sn, Pb, Cd и Bi, и у траговима: Be, B и Na.

Означавање легура је приказано у табели 2.2. Бројчане ознаке метала-легирног елемента су према АА Aluninium Association, које се користе у Америци, Канади, литератури, а словне ознаке према ИСО.

Табела 2.2. Означавање легура алуминијума[3] Al Cu Mn Si Mg Mg, Si Zn друго

1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx



У односу на врсту и степен легираности, као и начин производње, разлијују се легуре за ливење и легуре за пластичну прераду (гњечење). Граница између легура за ливење и легура за гњечење није јасно повучена. Неке легуре за гњечење погодне су и за ливење.

Одливци од легура за ливење се производе ливењем у пешчаним и кокилним калупима, и ливењем под притиском. Легуре за гњечење се производе ливењем у инготе који се хладном или топлом деформацијом, ковањем, ваљањем или извлачењем обрађују у одговарајуће полупроизводе: отковке, лимове, траке, вучене профиле итд.

Табела 2.3. Врсте легура и њихов хемијски састав [3]

Легура Mg Mn Si Fe Ti Cu Zn Cr

Al 99.0 0,05 0,05 0,5 0,5 0,05 0,05 0,10 -

Al 99.5 0,05 0,05 0,25 0,4 0,05 0,05 0,07 -

Al Mn 0.5 Mg 0.5 0,2-0,8 0,3-0,8 0,6 0,7 0,1 0,3 0,4 0,2

Al Mn Mg 0,8-1,3 1,0-1,5 0,3 0,7 - 0,25 0,25 -

Al Mg2 Mn0.3 (DIN) 1,7-2,4 0,1-0,5 0,4 0,5 0,15 0,15 0,15 0,15

Al Mg 2 Mn 0.8 1,5-2,5 0,5-1,1 0,4 0,5 0,1 0,1 0,2 0,3

Al Mg 2.5 Cr 2,2-2,8 0,1 0,25 0,4 - 0,1 0,1 0,15-0,35

Al Mg 4.5 Mn 4,0-4,9 0,4-1,0 0,4 0,4 0,15 0,1 0,25 0,05-0,25

Легуре се још класификују у термички необрадиве и термички обрадиве. Термички

неоградиве легуре ојачавају растварањем легирајућих елемената у чврстом раствору и пластичном прерадом (деформационо ојачање), док термички обрадиве легуре ојачавају таложењем легирајућих елемената из презасићеног чврстог раствора (таложно ојачање).

Слика 2.2. Уобичајени системи легура алуминијума



Поступци прераде легура алуминијума су: • ваљање (у врућем или хладном стању), • пресовање или истискивање (у врућем стању), • ковање (у врућем или хладном стању), • вучење (у хладном стању), • извлачење (у хладном стању) • ливење.

Једна од првих легура је била алуминијум-бакар. Ова легура је откривена 1910

године, и као таква је нашла примену у ваздухопловној индустрији. С обзиром да су се временом развијале и друге легуре, могу да се пореде по физичким карактеристикама и са челицима. Подстицај развоју алуминијумових легура су били светски ратови, посебно други светски рат, када је алуминијум постао главни материјал у авионској индустрији. Такође је у овом периоду учињен велики напредак у примени алуминијума и његових легура , као и напредак у развоју заваривања алуминијума у заштити инертног гаса процесима МИГ (Metal Inert Gas) и ТИГ (Tungsten Inert Gas).

Ово је омогућило добијање заварених спојева високе чврстоће без потребе за

агресивним топитељима. По завршетку другог светског рата, постојао је проблем у војној индустрији која је имала вишак капацитета и тражила је свеже тржиште где би се њени производи продавали. Постојала је потреба за јефтиним, приступачним складиштењем, што је резултирало производњу монтажних алуминијумских бунгалова, направљених од прерађених остатака војних авиона. Истовремено посуђе, друмска возила, бродови и разне компоненте су биле израђиване од легура алуминијума. Западна Европа производи преко 3 милиона тона примарног алуминијума (из руде) и скоро 2 милиона тона секундарне или из рециклираног алуминијума годишње. Такође, годишњи увоз око 2 милиона тона алуминијума доводи до резултата од 17 kg годишње по глави становника.

Алуминијум сада чини око 80% тежине цивилног ваздухопловства и 40% од

тежине појединих аутомобила. Интензивно се користи у изградњи бродова, чамаца и разних других делова. Такође се користи и у железничкој индустрији, у индустрији намештаја, производњи цевовода и посуда под притиском, зграда, цивилној и војној инфраструктури и у индустрији амбалаже где се преко 400 000 тона годишње користи као фолија. Једина употреба, коју је тешко рационализовати у погледу опште перцепције алуминијума као релативно слаб и мекан метал, је његова употреба у изради борбених оклопних возила, где комбинација мале тежине и балистичке перформансе чини идеалан материјал за брза извиђачка возила.

Овај широки спектар употребе даје неке индикације о великом броју легура који је

доступан дизајнерима. Он такође даје индикацију тешкоће са којима се суочавају инжењери. Уз све већу софистицираност процеса, материјала и спецификације, инжењери морају да имају широко и свеобухватно знање о металургији и процесу заваривања.

Значајно велики број, већином двокомпонентих и трокомпонентних легура

алуминијума, примењеним процесом прераде и додатне обраде, постиже релативно



задовољавајућу чврстоћу у односу на масу, што пружа могућност за њихову примену као конструкционих материјала.

Због специфичних својстава, и поред веће производне цене у односу на челик,

алуминијумски материјали нашли су широку примену у електроиндустрији, за машине, апарат и транспортна средства, за конструкције у грађевинарству, за производе широке потрошње у домаћинству и за паковање. Такође, пораст примене је у хемијској индустрији, у изради уређаја, цевовода, резервоара и посуда. У последњој деценији прошлога века посебно је повећана примена у аутомобилској индустрији (путнички аутомобили и комерцијална возила).

Механичке карактеристике појединих алуминијумских легура дате су у табели 2.4.

Табела 2.4. Механичке карактеристике легура алуминијума [6]

Ознака легуре Стање Дебљина mm

Rm N/mm2

Rp0.2 N/mm2 A5 % HB

Al 99.5 01/02 24 18

0,1-80 0,3-6 0,3-3

65-95 110-150 ≥ 150

20-55 90-145 > 130

40 9 3

20 35 45

AlMn 01/02 24 18

0,3-80 0,3-6 0,3-4

900130 140-180 > 185

35-80 110-170 > 165

28 10 3

28 45 60

AlMg1

01/02 24 26 18

0,3-80 0,3-6 0,3-5 0,3-4

105-140 154-185 165-205 > 190

35-90 110-175 > 130 > 170

27 8 6 3

32 47 55 58

AlMg2.5

01/02 24 26 18

0,3-80 0,3-6 0,3-5 0,3-4

170-215 230-270 250-290 > 270

70-130 150-240 > 180 > 240

20 10 6 3

50 73 80 85

AlMg2.7Mn 01/02 22 24

0,3-80 0,3-6 0,3-5

215-260 245-305 270-325

100-180 180-270 200-290

17 10 9

55 80 85

AlMg4Mn 01/02 22 24

0,3-80 0,3-5 0,3-4

240-300 275-330 300-360

100-190 190-280 230-320

18 12 8

65 80 90

AlMg4.5Mn 01/02 22 24

0,3-80 0,3-5 0,3-4

275-350 310-380 345-405

125-190 205-310 270-340

17 12 6

75 85 100

AlMgSiMn 07 41 51

1,0-80 1,0-5 1,0-10

90-150 205-280 275-325

35-85 110-180 200-250

25 18 12

35 70 80

AlCu3.5Mg0.5 07 41

2,0-12 1,0-10

< 215 395-450

< 140 260-320

14 13

50 110

AlCu4Mg1.5 07 41

1,0-12 1,0-10

< 220 440-520

< 140 290-380

13 13

55 120

AlZn4Mg1 63 1,0-10 350-410 275-350 10 105



2.2. Заварљивост алуминијума и његових легура

Алуминијум и његове легуре се могу заваривати свим уобичајеним поступцима заваривања топљењем. Способност заваривања за различите поступке битно зависи од садржаја легирајућих елемената. Она је одређена мером утицајних фактора и склоношћу ка настајању грешака у подручју завареног споја.

На заварљивост алуминијума утичу разни чиниоци, који изискују примену сло-

женије технологије заваривања у поређењу са челицима. Најважнији утицај на заварљивост имају:

1. Велики афинитет алуминијума према кисеонику, који гради тешкотопљиви

оксид Аl2О3, са температуром топљења (2030°C), знатно вишом од температуре топљења основног материјала (658°C). Запреминска маса Аl2О3 износи 3,96 g/cm3, што је знатно више од основног материјала. Овај оксид се налази на површини у облику превлаке и спречава металуршке везе основног и додатног метала. После чишћења површине, оксидни слој се поново врло брзо ствара на температури околине. У току једног сата ствара се слој дебљине 80µm после чега је оксидација спора (скоро се зауставља). Аl2О3 упија влагу. Дисоцијацијом воде на 550-650°C везује се Мg за водоник и ствара се порозности.

2. Велики коефицијент линеарног ширења омогућава појаву великих деформација и напрезања, које су често изроци појаве прслина при заваривању. Стога треба бирати поступак заваривања којим ће се уносити минимална количина топлоте у основни метал.

3. Осетљивост неких Аl-легура при загревању на излучивање (преципитације) у ЗУТ утиче на снижавање механичких својстава и отпорност према корозији комплетног завареног споја.

4. Велика растворљивост гасова у алуминијуму отежава понекад остваривање шавова без пора.

5. Алуминијум при загревању не мења боју што отежава визуелно праћење температуре топљења.

Од поступака топљењем најчешће се користи ТИГ и МИГ. За одређене захтеве

заваривања користи се електронски сноп и заваривање ласером. Од поступака заваривања притиском најчешће је заступљено електроотпорно заваривање. У новије време у примени су и заваривање хладним притиском, трењем, ултразвучно и дифузионо заваривање. Заварљивост може да се оцени на основу:

- отпорности материјала шава и основног материјала у ЗУТ према појави хладних и топлих прслина

- отпорности материјала шава према појави порозности и оксидних укључака



- механичких својстава материјала шава и завареног споја као целине у односу на основни материјал

- отпорности заварених спојева према појави корозије у експлоатационим условима.

2.3. Захтеви за заварљивост и заварене спојеве

Основни захтев за алуминијумски материјал за заваривање је да не сме имати склоности ка настајању прслина. Општи захтеви за заварени спој се односе на захтевану чврстоћу, потребну деформабилност, довољну корозиону отпорност и што је могуће бољи ефекат обојености током анодизације. Поре или укључци се могу прихватити у ограниченом обиму, само ако се испоштују претходни захтеви.

Термички отврднути и хладно ојачани алуминијумски материјали имају снижене

вредности чврстоће у ЗУТ. Због тога се, за заварене спојеве конструкција од алуминијумских материјала, не може рачунати на вредности чврстоће основних материјала. Конструктивно, заварени спојеви могу да буду у оквиру подручја са нижим оптерећењем.

Треба напоменути да опште призната правила за захтеване вредности

деформабилности још не постоје. Често се поставља захтев за одређеном минималном вредношћу издужења или савијања, на шта веома утиче порозност. Проблем је што се и у шаву и у ЗУТ деформабилност оштро мења.

Сви алуминијумски материјали, посебно они са повишеном чврстоћом, код

статичких и динамичких напрезања су веома осетљиви на зарез. Осетљивост на зарез, посебно код статичких напрезања, сразмерно је већа него код челика. Зато се зарези у завареним конструкцијама апсолутно морају избегавати.

2.4. Потешкоће при заваривању

Као склоност настајању прслина при заваривању означава се раздвајање материјала у металу шава у ЗУТ. Образовање прслина у завареним спојевима може се умањити применом одговарајућих мера предвиђених технологијом заваривања. Највећу могућност пружа избор додатних материјала.

2.4.1. Прслине

Топле прслине

Прслине настају у материјалу шава, у коме се одвија кристализација, у периоду када ови напони делују на материјал шава који још није потпуно очврснуо. Ако материјал

настају у материјалу шава. Узрок ове појаве су запреминске појаве у процесу кристализације због којих долази до напрезања у металу. Коефицијент запреминског ширења се при прелазу из течног у чврсто стање нагло мења при чему настају прслине. Услед промене коефицијента запреминског ширења долази до појаве затезних напона и деформација.



шава успе да очврсне, прслине се не јављају. На склоност ка образовању топлих прслина велики утицај има присуство легирајућег елемента.Тако се легурама типа AlMg додаје 1-1,2% Мn и 0,08-0,12% Тi чиме се проценат топлих прслина смањује са 20-30% на 3-5%. Легуре AlMg имају максималну склоност према појави кристализационих прслина ако се ради о AlMg4.

Проблем може да се реши и додатним материјалом са већим садржајем Мg. Када се у основном материјалу налази 5-6% Мg, ретко долази до појаве кристализационих прслина (укупне грешке у завареном споју не прелазе 10 - 15%).

Степен хладне деформације основног материјала нема битног утицаја на појаву

топлих прслина. Највећу склоност према образовњу топлих прслина имају легуре које садрже 0,2-1,5% Мg; 0,2-2% Si. Да би се избегле топле прслине треба користити додатни материјал са 4-6% Si, али тада шавови имају смањену површину која не може да се повећа накнадном термичком обрадом. Применом додатног материјала AlMg, за заваривање наведеног основног материјала могу да се избегну топле прслине у материјалу шава, али се оне јављају у ЗУТ.

При заваривању хладно отврдњавајућих самозакаљивих легура типа AlZnMg

применом додатног материјала истог састава као основног материјала долази до појаве великих прслина. Применом додатног материјала са 5% Мg који садржи мале количине Мn и Cr смањује се склоност ка образовања ових прслина у знатној мери.

Зависно од механизма настајања и локације, разликују се два типа топлих (врућих)

прслина: солидификационе и ликвационе прслине. Солидификационе прслине су кристализацијске, а образују се код очвршћавања и хлађења метала шава и зоне стапања. Ликвационе прслине су полигонизационе, и образују се у ЗУТ. Код алуминијумских материјала постоји повезаност између склоности ка настајању солидификационих прслина и интервала топљења легуре одређеног хемијског састава (слика 2.3.).

Слика 2.3. Различити типови очвршћавања легура алуминијума,

а) Чисти алуминијум. Нема критичног температурног интервала; очврсли кристали алуминијума се чврсто повезују после очвршћавања; тенденција стварања пора.

б) Мали еутектикум. Критични температурни интервал; тенденција „врућих суза“ јер је маса чврста, али није повезана.

в) Значајан еутектикум; нема критичног температурног интервала; нема тенденције настајања прслина, јер чврсти кристали алуминијума пливају у еутектикуму, али постоји ризик од скупљања по границама зрна.



Ликвацијске прслине се углавном јављају у ЗУТ и узроковане су топљењем или ликвацијом еутектичких фаза или конституената са ниском тачком топљења (тачке топљења испод тачке топљења главнине материјала), уз истовремено појављивање термичких напона.

Утицај садржаја легирајућих елемената на склоност настајању прслина у неким

бинарним легурама истраживана је од стране више аутора. Веома ниску склоност настајању врућих прслина имају легуре са 1% Mn, док је највећа склоност високочврстих AlZnMg легура.

У табели 2.5. дати су подаци за легуре и садржај легирајућих елемената који их чине максимално осетљивим на прслине. Садржај тих елемената смањује осетљивост легуре на прслине.

Табела 2.5. Легуре посебно осетљиве на прслине [3]

Легура Елемент осетљивости AlSi Si

AlMg Mg AlMgSi Mg, Si

Велике тешкоће при примени легуре AlZnMg изазива накнадна појава хладних

прслина

2.4.2. Порозност

, три-четири месеца после заваривања. Као резултат напона и затежућих оптерећења, чији збир прелази Rp0,2, јавља се пластична деформација и извесни пораст Rp0,2 материјала шава и ЗУТ-а. До пораста вредности Rp0,2 долази услед отврдњавања и старења.

Допунски пораст напона је у вези са структурним распоредом чврстог растопа. За

хладну порозност карактеристичан је почетни период (кристална грађа метала, а посебно грађа по кристалима зрна). Са порастом односа Zn/Мn повећава се склоност ка хладним прслинама. Склоност према хладној порозности расте са повећањем садржаја легирајућих елемената.

Главни узрочник појаве пора у материјалу шава и ЗУТ је издвојени H2 који се раствара у течном стању. Поре се при заваривању стварају још у течном стању пре кристализације материјала шава при наглом смањењу растворљивости H2. Склоност метала према образовању пора није само последица пораста растворљивости H2 при прелазу метала из течног у чврсто стање, већ је од значаја и градијент растворљивости H2 у течном металу, посебно у зони блиској температури топљења. Порастом градијента растворљивости расте склоност метала према образовању пора. Извори H2 су при дисоцијацији влаге која се налази у оксиду Аl2О3 на металу који се заварује или на жици (додатном материјал).

H2 може потицати и од различитих нечистоћа на површини страница жљеба или на

жици. Код легура типа АlМg јавља се велика порозност материјала шава и ЗУТ. Количина



пора расте с повећањем садржаја Мg у легури. Узрочник појаве порозности у овим ле-гурама приписује се δ фази (Аl3Мg2) која се појављује при брзом хлађењу, садржи око 36,5% Мg, а топи се на приближно 448°C. Утврђено је да влага реагује највиши са Мg из δ фазе по формули:

Аl3Мg2+2H2О= 2МgО+3Аl+2H2.

Дисоцијација водене паре се одиграва на температури 550-620°C. При разлагању водене паре већ на температури 550°C и δ фаза је у течном стању, када долази до њене интензивне оксидације и до растварања H2 који ствара порозност унутар шава. Врло је ве-роватно да при високим температурама осим H2 порозност могу да изазову лако топљиви елементи као што су Zn и Мg. У порама, које су створиле паре ових метала, после хлађења настаје вакум. Поре које настају при заваривању имају сферни облик. Оне као концентратори напона имају мањи утицај од прслина.

Међутим, ако је заробљен H2, у порама може бити врло висок притисак (500 бара)

тако да уз додатна оптерећења на месту поре може доћи до појаве прслина. Повећана порозност може да смањи корозиону отпорност шава. Порозност се може смањити применом мешавине гаса са повећањем % Hе.

Код МИГ поступка заваривања струјно оптерећење жице је јако велико, због чега

метал испарава и ствара порозност, не само у материјалу шава, него и у ЗУТ-у. Овај поступак се тешко остварује без порозности. Код ТИГ заваривања користи се мања енергија па се може извести без порозности.

2.5.Температура предгревања

Топлотна проводљивост легура алуминијума је више од четири пута већа него код челика. Због тога, иако је температура топљења легура алуминијума ниска, висока топлотна проводљивост доводи до губитака топлоте унете заваривањем, и тражи велике количине доведене почетне топлоте. Због свега тога, а и због склоности оксида да апсор-бују влагу, литературни подаци за предгревање су веома различити. Неки аутори ([2]) препоручују да изнад 8 mm дебљине треба предгревати на 100-200°C. Упоређујући узорке заварене са предгревањем или без њега установљен је знатно виши квалитет шава код предгрејаних узорака и знатно бржи рад (стабилнији лук и лепши изглед шава).

2.6. Механичке особине завареног споја

Механичке особине зависе од легирајућих елемената и примеса. У завареним спојевима термички необрађених легура система АlМn коефицијент чврстоће износи 0,9-1. Код АlМg легура, до смањења чврстоће долази у мањој мери. Најмању чврстоћу има материјал шава (0,8-1), што зависи од квалитета легуре, употребљенег додатног материјала и поступка заваривања (ТИГ - виши коефицијент, МИГ - нижи коефицијент) - важи за све спојеве.



Знатно већи проблеми су када треба остварити заварене спојеве који имају једнаке механичке особине као основни материјал, код термички обрадивих легура. У овим случајевима материјал шава и ЗУТ подвргавају се термичкој обради: каљењу, отпуштању, рекристализацији. Мерењем тврдоће у завареним спојевима легура АlМgSi, АlCuМn и АlZnМg констатоване су предности легура АlZnМg над АlМgSi и АlCuМn као и АlCuМn над АlМgSi. [1]

Табела 2.6. Распон механичких карактеристика алуминијумских легура[6]

У зависности од температуре термичке обраде и њеног трајања, Rm заварених

спојева на легури АlМgSi се смањује и износи 50-80% од вредности Rm које има основни материјал. Rm заварених спојева термички обрађених АlCuМn легура износи 50-70% од Rm основног материјала.

Суштинско повећање Rm може да се постигне поновним каљењем читавог

завареног споја и топлим отврдњавањем завареног споја (вештачким старењем). Овакву термичку обраду читавог завареног споја није лако извести, често због великих габарита конструкције, а такође је тешко остварљива и на конструкцијама које имају толерисане геометријске мере. Ако се за легуре типа АlМgSi, ради избегавања прслина у материјалу шава, користи хетерогени додатни материјал, термичком обрадом није могуће постићи Rm коју има основни материјал.



Слика 2.4. Промена затезне чврстоће Rm (σm), релативног издужења (δ) и сужења

попречног пресека (ψ) алуминијума у зависности од температуре

Самозакаљиве легуре типа АlZnМg после заваривања достижу нормалну чврстоћу након три месеца. Такве легуре после заваривања могу бити подвргнуте и топлом отврдњавању па је тада Rm завареног споја једнака Rm основног материјала.

Слика 2.5. Промене у ЗУТ-у

Обично треба узимати у обзир да ЗУТ и материјал шава имају ниже вредности механичких особина у односу на основни материјал. За основни материјал дебљине 10 mm ЗУТ се простире по 20 mm сa једне и са друге стране од подужне осе шава. Ако је правац заваривања управан на правац деловања силе, ЗУТ је најслабије место на конструкцији. При конструисању о овоме треба водити рачуна.



Слика 2.6. Зоне завареног споја на хладно деформисаном алуминијуму (чист алуминијум или

легура)

На месту завареног споја због ливачке структуре чвстоћа је најмања, као у меко жареном стању. Ово слабљење је разлог да се у авио индустрији још увек много користе заковани спојеви и сворњаци слични заковицама направљени од титан легуре. За такав случај би се могло рачунати са коефицијентом слабљења завареног споја око 0,6 због механичког слабљења (омекшања) завара.

Ливачка структура се може поправити применом додатног материјала са одређеним % Sc, Zr, Ti ...



3. ПОСТУПЦИ ЗАВАРИВАЊА АЛУМИНИЈУМА

3.1. Основи заваривања у заштитним гасовима

Као заштитни гасови примењују се аргон, хелијум (у Америци), CО2, и мешавина гасова (CО2 + Аr; Аr + CО2 + О2; Аr + H2; Аr + N2). Предност у односу на РЕЛ јесте могућност механизације, аутоматизације и роботизације. Штавише, прва примена индустријских робота почела је у области МАГ-заваривања. Сви поступци заваривања у заштитним гасовима сврставају се у електролучне, а наведени гасови доводе се у зону споја да заштите метално купатило, капљицу додатног материјала и завар од штетног деловања гасова из ваздуха.

Слика 3.1. Поступци заваривања у заштитној атмосфери

У зависности од врсте електроде или електродне жице као и примењеног

заштитног гаса разликују се: ТИГ, МАГ и МИГ – заваривање (слика 3.1.).

3.2. ТИГ (WIG) поступак

Електролучно заваривање нетопљивом електродом у заштити гаса је поступак спајања метала топљењем и очвршћавањем дела основног метала и додатног метала (жица за заваривање - ако се користи), при чему се као заштита користи инертан гас (активни гасови не долазе у обзир јер би изазвали оксидацију врха електроде).

Назив ТИГ је скраћеница од Tungsten-Inertan Gas, према називу за волфрам у англосаксонским земљама. Специфичност овог поступка јесте у томе што се електрични



лук одржава између нетопљиве волфрамске електроде и основног материјала (слика 3.2.). Рубни шавови добијају се стапањем посувраћених страница завариваних лимова, а остали шавови уз помоћ додатног материјала (шипке, s < 6 mm). ТИГ се може механизовати помоћу посебних аутомата за довођење додатне жице пречника до 2,5 mm.

Аргонски се спајају сви заварљиви метали, али се због високе цене ТИГ-ом највише заварују високолегирани челици, нежелезни метали и њихове легуре, а нарочито алуминијум и његове легуре (катодно чишћење Аl2О3). Електрични лук се код савремених уређаја успоставља помоћу високофреквентних јонизатора, тј. посебног извора струје високог напона. Лук се може успоставити и додиром врха електроде и основног материјала, али се тиме прља електрода и убрзава њено трошење.

Слика 3.2. Шема ТИГ заваривања (1.додатни материјал, 2.волфрамова електрода, 3.аргон)

Основне карактеристике аргонског заваривања су:

• заваривање је могуће у свим положајима за дебљине до 10 mm,

• параметри заваривања су: јачина струје I = 10÷600 А; напон лука U = 10÷30 V;

• брзина заваривања Vz = 6÷50 m/h и више,

• струја заваривања: једносмерна директног поларитета за челик и наизменична за Аl и његове легуре,

• спољна карактеристика извора: стрмопадајућа (константна струја).

• Заштитни гас аргон испоручује се у челичним боцама запремине 40 l под притиском 150÷200 бара.

У данашње време примена ТИГ поступка је знатно већа, највише због врхунског квалитета споја, који се постиже бољом контролом унесене топлоте и додатног метала захваљујући раздвајању улога додатног метала и електроде. Заваривање ТИГ поступком је могуће и без додатног метала, што је посебно важно код танких лимова. Иако је у основи ручни поступак, ТИГ може да се аутоматизује, како у смислу довођења жице, тако и у смислу вођења електроде. У односу на Е поступак основне предности ТИГ поступка су боља заштита металне купке, непостојање троске (не губи се време на замену електроде и скидање троске код вишепролазног заваривања), могућност коришћења жица мањег пречника, односно већих густина струје.



Предности ТИГ поступка посебно долазе до изражаја код танких лимова,

материјала као што су обојени метали и нерђајући челици, као и корених пролаза одговорних спојева. Сa друге стране, ТИГ поступак није конкуретан осталим електролучним поступцима када је у питању економичност заваривања дебелих и/или дугачких лимова од обичних конструкционих челика. Производност ТИГ поступка може да се повећа применом варијанте са загрejаном жицом.

Предности ТИГ поступка су:

врхунски квалитет споја, без грешака,

нема распрскавања - додатни метал се топи у металној купки, не преноси се кроз лук,

могућа примена и без додатног материјала,

одлична контрола (облика) корена,

прецизна контрола параметара заваривања,

применљив на велики број основних метала,

добра контрола извора топлоте и начина увођења додатног материјала,

нема троске,

било који положај заваривања.

Мане ТИГ поступка су:

– релативно мала топлотна моћ и продуктивност,

– захтева се посебна обученост заваривача,

– тешкоће у заштити завареног споја при заваривању на отвореном.

3.3. МИГ поступак - (Метал - Инертан Гас)

Електролучно заваривање топљивом електродном жицом у заштити гаса је поступак спајања метала топљењем и очвршћавањем дела основног метала и додатног метала (електродна жица) при чему се за заштиту растопљеног метала користе инертни гасови или њихове мешавине.

МИГ поступак је сличан МАГ-у, са тим што се користи други заштитни гас – аргон, хелијум или мешавина гасова који се понашају као инертан гас, и другачији пиштољ. Највише се примењује за заваривање легираних челика и нежелезних метала дебљине до 20 mm, помоћу жице пречника 1÷2.5 mm.



Слика 3.3. Извођење МИГ поступка заваривања

Основне карактеристике МИГ поступка заваривања су:

• заваривање је могуће у свим положајима,

• параметри заваривања: I = 150÷500 А; U = 20÷30 V; Vz = 6÷90 m/h,

• проток аргона: q = 20 l/min, струјање - ламинарно,

• спољна карактеристика извора: равна (пад 2 V на 100 А),

• струја заваривања: једносмерна обрнутог поларитета.

МИГ поступком се успешно заварују алуминијум и његове легуре из следећих разлога: није потребна употреба топитеља, применом једносмерне струје позитивне електроде (Е+) долази до катодног чишћења (разарања) оксидног слоја на основном металу, омогућују се веће брзине заваривања, ужа је зона утицаја топлоте, односно мање деформације и релативно кратка обука заваривача.

Предности поступка су:

универзална примена са тачке гледишта основног материјала,

велика брзина топљења,

велика брзина заваривања,

релативно једноставна обука заваривача (за нелегиране и нисколегиране челике),

једноставна механизација поступка,

применљив у принудним положајима,

мали инвестициони трошкови (за стандардну варијанту). Мане поступка су:

– опасност од грешака у почетку заваривања,



– опасност од грешака при спором заваривању, због истицања течног метала испред електричног лука,

– релативно компликована обука заваривача (за високолегиране челике и обојене метале),

– тешкоће при заваривању на отвореном (струјање ваздуха).

3.4. Заштитни гасови

Као заштитни гасови најчешће се користе: аргон, хелијум, угљен-диоксид, азот, кисеоник и водоник (у мањим количинама) у мешавинама. Најчешће коришћени заштитни гасови, према ЕN 439 и њихове мешавине приказани су табели 3.1. заједно са подацима о понашању, примени и својствима. За заштиту металне купке при заваривању алуминијума и његових легура користе се по правилу инертни гасови, аргон или хелијум, или њихове мешавине.

Табела 3.1. Заштитни гасови и њихова примена према ЕN439[6]

Гас нелегирани или нисколегирани

челици

нерђајући челици Аl Cu Ni ОМ осетљив

на гасове

Аr X X X X X X Аr + H2

X

X

Hе

X X

X Hе-Аr (25-75)

X X

X

Hе-Аr (50-50) X X X заштита кореног

пролаза Форминг гас-

Аr/Hе Форминг гас -

Аr/Hе-Аr Аr Аr Аr Hе

Аргон је инертан гас, без боје, мириса и укуса. Иако није отрован, треба имати у

виду да Аr у затвореној просторији може да смањи концентрацију кисеоника. Аргон је стандардизован, где је прописан квалитет, употреба, метода испитивања и начин испоруке. Аргон се производи у четири квалитета, зависно од чистоће: А (најмање 99,999% Аr), B (99,99% Аr), C (99,96% Аr) и D (85% Аr).

За заваривање се користи Аr квалитета C, а за специјалне случајеве квалитета B.

Аргон се испоручује у челичним боцама означеним жутом бојом, запремине 40 l и притиска до 200 бара, при чему у боцу стаје 6 Nm3, односно 10 kg аргона. Боце са Аr се не празне до краја, већ се увек оставља довољан надпритисак да се спречи продирање ваздуха у боцу.

Основне предности аргона у односу на хелијум су: већа јонизациона енергија, што

омогућава лакше успостављање и одржавање електричног лука, мањи градијент напона (6 V) у струјном луку, што обезбеђује незнатну промену напона при промени дужине лука, израженији ефекат чишћења оксида, мања осетљивост на струјање околног ваздуха, нижа цена и сигурнији рад.



Предност хелијума је већа топлотна моћ лука, што је битно код заваривања метала

велике топлотне проводности, посебно код већих дебљина. Додатни проблем код примене хелијума је његова мала густина (неколико пута мања од ваздуха, док је густина аргона већа од густине ваздуха), па је за одржавање заштитног омотача потребан два до три пута већи проток гаса. Зато се у пракси највише примењује аргон, а срећу се и мешавине аргона са хелијумом (веће дебљине и/или материјали веће топлотне проводности) или са водоником (нерђајући челик).

Утицај заштитних гасова на параметре заваривања, приказани су у табели 3.2. Табела 3.2. Утицај заштитних гасова на параметре заваривања[6]

Гас Успостављање Стабилност Ширина Дубина Брзина

лука лука шава уваривања заваривања

Аr 3 3 3 2 2 Аr/Hе 3 3 2 2 3

Hе 1 1 1 3 3 Hе/Аr(25/75) 2 2 3 2 3 Hе/Аr(50/50) 1 1 2 3 3

1 - мали утицај; 2 - средњи утицај; 3 - велики утицај



4. ОПРЕМА И АПАРАТУРА ЗА ЗАВАРИВАЊЕ АЛУМИНИЈУМА У ЗАШТИТИ ИНЕРТНИХ ГАСОВА

4.1. Опрема за ТИГ поступак заваривања

Шема уређаја за заваривање ТИГ поступком је приказана на слици 4.1. а на слици 4.2. је приказан изглед апарата. Његови елементи су:

1.Прикључак на ел. мрежу 8.Боца за инертни гас 2.Извор струје 9.Редукциони вентил 3.Водови електричне енергије 10.Мерач притиска гаса 4.Комад који се заварује 11.Инсталације за инертни гас 5.Пиштољ 12.Довод воде у систем за хлађење 6.Нетопљива електрода 13.Одвод воде из система за хлађење 7.Додатна жица за заваривање 14.Високофреквентни генератор

Слика 4.1. Шема апарата и опреме за ТИГ поступак

Слика 4.2. Изглед апарата за ТИГ поступак; Hybrid (лево) и Walter (десно)



4.1.1. Врсте извора струје Извор струје је по правилу стрмопадајуће статичке карактеристика, као код Е

поступка, да би случајна промена дужине лука што мање утицала на јачину струје. Ако се напаја наизменичном струјом, уређај треба да производи симетричне, односно уравнотежене таласе струје.

Врсте извора струје:

- једносмерна струја (ЈС) и/или наизменична струја (НС), - ЈС се користи за све основне метала, осим за Аl, Мg и остале метале са тврдим

оксидима за које се користи НС, - стрмопадајућа статичка карактеристика, - новији извори струје: транзисторски или тиристорски, омогућавају заваривање у

циклусу (стартовање, пулсирање јачине струје и заустављање лука), - ЈС извори су обично са трофазном струјом - униформно оптерећење електричне

мреже, - НС извор обично има и ЈС, - старији извори НС са једнофазном струјом - несиметрично оптерећење електричне

мреже, - новији извори НС мање масе (мањи трансформатор ) - са транзисторима

(инвертори).

Код ТИГ поступка се најчешће користе наизменична струја (НС) и једносмерна струја директне поларности (ЈСДП - минус пол на електроди). Утицај врсте струје на облик шава изведен ТИГ поступком је приказан на слика 4.3. Једносмерна струја директне поларности даје најужи и најдубљи шав, слика 4.3.а). Топлота при заваривању се распоређује приближно 1/3 на електроду, а 2/3 на основни материјал. Јонизоване честице су усмерене од материјала ка електроди, а електрони од електроде ка основном материјалу, тако да се не добија ефект површинског чишћења тешкотопљивих оксида, као што је то случај код једносмерне струје индиректне поларности (ЈСИП), слика 4.4.а). Зато се једносмерном струјом директне поларности заварују метали код којих ефекат чишћења није потребан (челици, никл, бакар и њихове легуре).

а) б) в)

Слика 4.3. Облик шава у зависности од врсте струје: а) ЈСДП; б) ЈСИП; в) НС

Индиректна поларност даје најшири и најплићи шав, слика 4.3.б). Топлота при

заваривању се распоређује супротно претходном случају, односно 2/3 на електроду, а 1/3 на основни материјал, што је нерационално, даје нестабилан лук и прегрејава електроду и



горионик. Иако једносмерна струја индиректне поларности, захваљујући кретању електрона од основног материјала ка електроди, производи ефекат површинског чишћења тешкотопљивих оксида, с'обзиром на наведене недостатке њена практична примена је безначајна, а за заваривање алуминијума и његових легура се користи наизменична струја.

Наизменична струја даје шав ширине и дубине измеђа два поларитета једносмерне

струје, слика 4.3.в). С обзиром на природу наизменичне струје (промена поларитета 50 пута у секунди) електрични лук је нестабилан. Да би се ова мана наизменичне струје свела на најмању меру примењује се високофреквентни ВФ генератор. Недостатак је и несиметрија струје. Ради се о различитим способностима алуминијума и волфрама да емитују електроне, услед чега се повећава негативна полупериода на рачун позитивне, јер се више електрона емитује са волфрамове електроде када је она на (-) полу, слика 4.4.б).

а) б)

Слика 4.4. а) Ефекат катодног чишћења; б) Асиметрични и симетрични облик периоде НС

Прва последица ове несиметрије је скоро једносмерно дејство електричног лука,

што условљава прекомерно загрејавање заваривачког трансформатора, а друга последица је значајно смањење ефекта катодног чишћења. Да би се ово спречило, у струјно коло се уводи кондензаторска батерија, везана редно са луком, која има задатак да повећава позитивне полупериоде, тј. да успоставља симетрију таласа струје, слика 4.4.б). Тиме се уједно и повећава ефекат чишћења, што омогућава примену наизменичне струје за заваривање алуминијума и његових легура. Зато су новији трансформатори за ТИГ поступак по правилу снабдевени и ВФ генератором и кондензаторском батеријом.

4.1.2. Горионик и нетопљиве електроде

Горионик за заваривање треба да има довољан струјни капацитет да се не би прегрејавао, а по правилу се хлади, ваздухом или водом. Саставни део горионика је млазница, чији облик битно утиче на ефикасност заштите. Млазница треба да има такав облик да истицање заштитног гаса буде без турбуленције, а да при томе буде што удаљенија од места заваривања, да би заваривач имао бољи преглед.



Слика 4.5. Горионик за ТИГ поступак (водом хлађени)

Користе се три основна облика млазнице: конусни, цилиндрични и профилисани,

слика 4.6. Најбоља заштита се постиже профилисаним млазницама. На ефикасност заштите утиче и довод гаса до млазнице, слика 4.7., који се изводи са одбојником или без њега. Као што се са слике 4.7. види, одбојник врло повољно утиче на ширину заштитне зоне, односно ефикасност заштите.

а) б) в)

Слика 4.6. Конструктивни облици млазница; а)конусна, б)цилиндрична, в)профилисана

Слика 4.7. Утицај довода гаса до излаза из млазнице на ширину заштитне зоне

Црева за довод заштитног гаса треба да буду од специјалног пластичног материјала уколико се користи Hе, чији су атоми толико мали да кроз обично гумено црево дифундују у околину. Осим наведеног, уређај за ТИГ заваривање има и елементе за регулисање јачине струје, успостављање лука без додира врха електроде о радни комад, аутоматско отварање и затварање протока аргона и расхладне воде, ВФ генератор и кондензаторску батерију, а у случају ТИГ заваривања са загрeјаном жицом постоји и додатни елемент за електроотпорно загрeвање жице.

Нетопљиве електроде за ТИГ заваривање израђују се од чистог волфрама, легуре волфрама и торијума и легуре волфрама и цирконијума. Електроде од чистог волфрама се користе првенствено за заваривање наизменичном струјом, која се примењује при заваривању алуминијума и његових легура. Електроде легиране торијумом (0,5 до 2% Тh) се могу оптеретити јачом струјом и тиме се смањује опасност од делимичног топљења



врха електроде. Легиране електроде се користе за заваривање једносмерном струјом негативног поларитета (Е-), мада могу да раде и са наизменичном струјом дајући при томе боље почетно и накнадно успостављање лука. Електроде легиране са цирконијумом (до 0,4% Zr) налазе посебну примену при заваривању наизменичном струјом алуминијума, јер цирконијум помаже да се одржи стабилан облик врха електроде.

Пречници електрода су стандардизовани у распону од 0,25 до 6,4 mm (0,25; 0,51; 1,00; 1,6; 2,4; 3,2; 4,00; 4,8; 6,4), а електроде се означавају посебном бојом (зелена - од чистог волфрама, жута - са 1% торијума, црвена - са 2% торијума, плава - са 0,5% торијума и смеђа - са 0,4% цирконијума). Извучени крај електроде одговара приближно пречнику млазнице, а крај је зашиљен најчешће у облику конуса.

Слика 4.8. Горионик за ТИГ заваривање

За ручни ТИГ поступак постоје четири врсте електрода: а)Електроде од чистог волфрама (W) – температура топљења 3410°C, које се производе синтеровањем прашка волфрама, чистоће мин. 99,5%, јер већи удeо нечистоћа проузрокује брзо трошење електроде. б)Електроде од волфрама са додатком 0,9 до 4,2% оксида торијума (W-Тh), који омогућава лакше емитовање електрона, што обезбеђује лакше успостављање и одржавање струјног лука и боље подношење струјних оптерећења. Осим тога, овим електродама се повећава стабилност лука на температурама, нижим и до 1000°C у односу на електроде од чистог волфрама, чиме се избегава делимично растапање електроде и обезбеђује знатно дужи радни век. На слици 4.9. је приказана зависност густине струје од температуре за W и W-Тh електроде.

Слика 4.9. Зависност густине струје од температуре код W и W-Тh електроде



в)Волфрамове електроде са 0,3 до 0,9% цирконијум оксида. По својствима и цени ове електроде су између две претходно наведене групе. Примењују се само код наизменичне струје, односно за заваривање алуминијума и лаких легура. г)Волфрамове електроде са 0,9 до 1,2% лантан оксида. Користе се за плазма заваривање, јер имају дужи век од осталих варијанти.

У табели 4.1. су приказане наведене врсте нетопљивих електрода, заједно са системом

означавања према стандарду ЕN 26848 и основним каракетристикама. - Кодификација по хемијском саставу:

прво слово = симбол главне компоненте друго слово = почетно слово оксида + број (садржај оксида x 10)

- Услови испоруке: - пречници : 0.5; 1.0; 1.6; 2; 2.5; 3.2; 4; 5; 6; 8; 10 (mm) - дужине: 50; 75; 100, 175 (mm) - праволинијске (строго) - квалитет (без прслина, пора, укључака).

Табела 4 .1 Нетопљиве електроде[6] Материјал (додаци - %) Симбол Боја Примедбе

Волфрам < 0,2 WP Зелена Добра стабилност код НС.

Проблеми при стартовању код ЈС.

Волфрам са торијум оксидом

0,3-0,5 ТhО2 0,8-1,2 ТhО2

1,7-2,2 ТhО2

2,8-3,2 ТhО2 3,8-4,2 ТhО2

WТ4 WТ 10 WТ 20 WТ 30 WТ 40

Плава

Жута

Црвена

Љубичаста

Наранџаста

Повећањем садржаја ТhО2

повећава се век, дозвољена јачина струје и поправља

стартовање.

Тh је радиоактиван!

Волфрам са цирконијум

оксидом

0,15-0,5 ZrО2 0,7-0,9 ZrО2

WZ 4 WZ 8

Смеђа

Бела

Смањени укључци волфрама у металу шава (користи се за

нуклеарне посуде). Волфрам са

лантан оксидом

0,9-1,2 LaО2 WL 10 Црна Дужи век од WТ

електрода (за плазма заваривање)

Не само врста материјала, већ и облик врха електроде битно утиче на стабилност

лука и дубину уваривања. Постоје два основна облика врха електроде: конусни (а) и сферни (б). У првом случају густина струје је знатно већа, па је струјни лук концентрисан, слика 4.10.а). У другом случају јачина струје је мала, лук није концентрисан, па се добија знатно мања дубина уваривања, а већа ширина шава, слика 4.10.б). Конусни облик се користи са ЈС, а сферни са НС, слика 4.11.



а) б)

Слика 4.10. Утицај облика врха електроде на облик шава: а)конусни, б)сферни

Слика 4.11. Конусни облик (ЈС) и сферни облик за (НС)

4.1.3. Додатни материјал-жицe за заваривање

За заваривање алуминијума и његових легура се користе жице и шипке, табела 4.2. Њихово означавање је дефинисано на следећи начин: назив производа, d(xL), ознака легуре, стање легуре, где је d пречник, а L дужина жице (шипке) у mm. Пример означавања је:

Жица 2,0 С.АlМg3.20 за вучену жицу пречника 2 mm, израђену од легуре АlМg3. Шипке за заваривање алуминијума и алуминијумских легура морају да буду

обојене на једном крају, са чела, једном или двема бојама, табела 4.2. Примена жица и шипки за заваривање алуминијума и алуминијумских легура је такође дата у табели 4.2.

Табела 4.2. Жице и шипке за заваривање алуминијума и алуминијумских легура[6]

ознака боја примена (основни материјал)

S.Аl99,8 плава-смеђа Аl99,8; Аl99,7 S.Аl99,5 плава Аl99,5; Аl99; АlМn1 S.АlMn1 љубичаста АlМn1 S.АlМg3 зелена АlМg2; АlМg3; АlМg5 S.АlМg5 зелена-смеђа АlМg3; АlМg5 S.АlSi12 смеђа Аl-Si легуре са Si>8%



4.2. Опрема за МИГ поступак заваривања

Шема уређаја за заваривање МИГ поступком је приказана на слици 4.12. а на слици 4.13. је приказан изглед апарата. Његови елементи су:

1.Извор једносмерне струје 8.Боца за гас 2.Каблови 9.Редукциони вентил 3.Комади који се спајају 10.Грејач 4.Пиштољ 11.Мерач протока гаса 5.Жица 12.Доводне цеви за инертни гас 6.Чаура 13.Електрични лук 7.Котур 14.Довод воде

15.Одвод воде

Слика 4.12. Шема апарата и опреме за МИГ поступак

Уређај за заваривање се састоји од компоненти: извор струје, уређај за дотур

(довод) жице, електрични каблови и горионик, командни систем за заштитне гасове, расхладни систем, општи командни систем, боца са заштитним гасом.

Слика 4.13. Изглед апарата за МИГ поступак



Горионик се састоји од контактне вођице, млазнице за заштитни гас и елемената за фиксирање, слика 4.14. Током рада, температура може да достигне 700оC (чак и пр и краткотрајном заваривању), услед чега се на гасној млазници лепи троска. Да би се то спречило, посебно код већих јачина струје, користе се горионици хлађени водом. При томе треба водити рачуна о следећем:

- гасови богати Аr термички више оптерећују горионик у односу на CО2 ,

- пречник контактне вођице да буде већи за 0,2 mm (за челик), тј. 0,5 mm (за

Аl) од пречника жице,

- контактне вођице треба да буду од Е-Cu, CuCr или CuCrZr. Замена

контактне вођице због хабања при замени котура жице (≈15 kg) се сматра

нормалном. Избор материјала контактне вођице зависи од примене - Е-Cu

има најбољу електропроводност, али се брзо хабају, док је ситуација

обрнута код поменутих легура,

- ако треба смањити трење између контактне вођице и жице да би се обезбедило несметано клизање, односно дотур жице, препоручује се коришћење тефлонског уметка,

- дужина пакета црева (каблови за струју, гас и расхладну воду) треба да буде што мања.

Слика 4.14. Пиштољ за МИГ заваривање

4.2.1. Извори струје и довод жице

За електролучно заваривање топљивом електродном жицом у заштити гаса користе се извори струје са равном или благопадајућом спољном статичком карактеристиком да би се искористио ефект саморегулације дужине лука, слика 4.15. Ако се дужина лука повећа тако да се карактеристике лука мењају од 1 до 3, слика 4.15., значајно се смањује јачина струје, што је на слици 4.15. означено са I1 до I3. Услед смањења јачине струје готово тренутно се смањује брзина топљења електродне жице, а тиме и дужина лука. Са друге стране, ако се дужина лука смањи (карактеристике лука 3-1, слика 4.15.), јачина струје расте од I3 до I1, па се дужина лука повећава. Према томе дужина лука се враћа на почетну вредност, што се назива ефектом саморегулације.



Слика 4.15. Ефекaт саморегулације

Слика 4.16. Утицај пригушнице на јачину струје

Осим наведене статичке карактеристике, извори струје за МИГ поступак треба да

обезбеде и бољe динамичкe карактеристике у односу на изворе струје за Е поступак, посебно у случају краткоспојеног преноса додатног материјала. Тако нпр. да би се успорила промена јачине струје после кратког споја у струјно коло се убацује индукциони калем, који производи ефекaт приказан на слици 4.16., чиме се поправља квалитет заварених спојева.

За електролучно заваривање топљивом електродом у заштити гаса по правилу се

користи једносмерна струја индиректне поларности (+ пол на жици) јер даје стабилан лук, равномеран пренос додатног материјала (по потреби пренос у млазу, чак и при коришћењу активних заштитних гасова) са малим губицима услед распрскавања и добре карактеристике споја у широком опсегу јачине струје. Директна поларност се користи уколико је неопходно добити што мање уваривање, нпр. код танких лимова, али се њена примена избегава због смањене стабилности лука. Наизменична струја се не користи због значајно смањене стабилности лука.



Довод жице обезбеђује посебан уређај, слика 4.17. Постоје различити системи

довођења жице, слика 4.18. Кабински систем се примењује код непокретног радног места, јер су и котур жице и погонски механизам смештени у кућиште извора струје, слика 4.18.а). Код универзалног система цео уређај за довод жице се налази ван кућишта, што омогућава рад на променљивим радним местима и на великим радним комадима, слика 4.18.б). Тандемски уређај има два погонска механизма, један у кућишту извора струје директно до котура жице, а други у близини радног места, слика 4.18.в), што такође омогућава рад на променљивим радним местима и на великим и неприступачним радним комадима.

Уређај типа "push-pull" такође има два погонска механизма, један у кућишту као

код тандемског уређаја, док је други погон у горионику, тако да вуче ("pull") жицу уместо да је гура ("push"), слика 4.18.г). Овај уређај је погодан за заваривање на неприступачним местима, где би котур жице сметао, а тражи се поуздано вођење жице на веће удаљености. Уобичајене радне даљине појединих система су назначене на слици 4.18. а-г.

Слика 4.17. Шема довођења жице:

1 - котур са жицом, 2 - излазна вођица, 3 - ваљци за усмеравање жице, 4 - погонски ваљци, 5 - притисни ваљак, 6 - улазна вођица

Од посебног значаја код пуњене жице и других "мекших" жица (обојени метали) је примена погонског механизма са 4 точкића, уместо 2, јер се тиме обезбеђује дотур жице мањим притиском, равномерно распоређеним на 2 пара точкића. Такође је битан облик површине точкића на који жица належе - док је код "тврдих" жица уобичајени профил "V", дотле код "меких" жица ова површина мора да буде профилисана, нпр. у облику "U".

Треба имати у виду да је правилан избор контактне вођице и механизма за дотур

жице од пресудног значаја за квалитетно МИГ заваривање, посебно када се користи пуњена жица или пуна жица од обoјених метала и легура алуминијума.



Слика 4.18. Системи довођења жице: а) кабински, б) универзални, в) тандемски, г) " push-pull"

4.2.2. Жица за заваривање

Електродне жице се производе у котуровима масе 1 - 100 kg у низу пречника од 0,8 до 1,6 mm са кораком 0,4 mm, а изузетно 2,4 и 3,2 mm, при чему се жице мањег пречника (до 1,2 mm) обично користе за пренос крупним капима, а жице већег пречника (преко 1,2 mm) за пренос у млазу и импулсни пренос. У индустрији моторних возила се користи још и жица Ø0,9.

У случају заваривања челика електродна жица треба да има повећан садржај Si и

Мn у циљу дезоксидације метала шава и надокнаде сагорелих елемената у основном материјалу. У циљу спречавања настанка порозности у металу шава и закаљења, садржај угљеника је ограничен на 0,12%. При избору додатног материјала треба узети у обзир хемијски састав и механичка својства основног материјала, стање и чистоћу основног материјала, положај заваривања и облик преноса додатног материјала. Електродне жице за заваривање и наваривање стандардизоване су по ЕN 440.

Слика 4.19. Жица за МИГ заваривање



5. НАЧИН, ВЕШТИНА И ТЕХНИКА ЗАВАРИВАЊА АЛУМИНИЈУМА У ЗАШТИТИ ИНЕРТНИХ ГАСОВА

5.1. Припрема жљебова

Обрада алуминијумских легура условљена је њиховом малом тврдоћом и великом топлотном проводљивошћу, што омогућава брзине резања и до 10 пута веће него код челика. За припрему спојева за ТИГ и МИГ заваривања могу се користити одредбе ДИН 8552. Жљебови се обликују на рендисаљци, глодалици или стругу, уз припрему на машинама за ручну обраду дрвета (столарске тестере са видиа плочицама). Алати од челика треба да буду добро каљени да не би остављали трагове гвожђа на страницама жљеба. Употреба тоцила или абразивних дискова се углавном не препоручује. Резање плазмом је дозвољено и користи се за припрему комада из табли. Жљебљење треба извести пнеуматским резачем или глодањем. Површине и припремљене ивице треба да буду савесно очишћене металним четкама (првенствено ротационим четкама од нерђајућег челика) увек непосредно пре заваривања. Само одмашћивање није довољно. Ако на завршном споју нису дозвољене огреботине од четкања може се уместо њега употребити одговарајуће хемијско чишћење (што је погодно за серијску производњу). Припремљене површине треба да буду заварене што пре после обраде, да би се спречило случајно загађење или значајна оксидација и то у ширини од 50 mm. Четке од нерђајућег челика треба да су са пречником жице 0,2-0,5 mm, а монтирају се на пнеуматски алат 8000 - 10000 о/min. Очишћена места обрисати алкохолом како би се одстраниле остале нечистоће. Ако се не уклони оксид Аl2О3 са површине жљеба и додатног материјала, он се укључује у шав и уноси хидроскопску влагу која утиче на стварање пора. Трошкови чишћења чине знатни део производне цене.

5.2. Технологија заваривања ТИГ поступком

Слика 5.1. Шематски приказ ТИГ постпупка



Основни параметри заваривања ТИГ поступком су врста и пречник електроде, врста и пречник жице, брзина заваривања, врста и јачина струје, као и састав и проток заштитног гаса. Утицај пречника жице, брзине заваривања и јачине струје је практично исти као код других електролучних поступака.

Међусобна зависност пречника електроде, јачине и врсте струје и врсте електроде

може да се утврди на основу података из табеле 5.1. Избор наведених параметара заваривања за алуминијум и његове легуре је дат у табели 5.2.

Табeла 5.1. Зависност јачине и врсте струје од врсте и пречника електроде[9]

пречник електроде,

mm

I (А), ЈСДП

I (А), ЈСИП I (А НС (симетрична)

све електроде

све електроде

W електроде

W-Тh, W-Zr

W-Тh (0,5%)

1,6 70-150 10-20 30-80 60-120 30-120 2,4 150-250 15-30 60-130 100-180 60-180 3,2 250-400 25-40 100-180 160-250 100-250 4,0 400-500 40-55 160-240 200-320 160-320 4,8 500-750 55-80 190-300 290-390 190-390 6,4 750-1000 80-125 250-400 340-525 250-525 скраћенице: ЈСДП - једносмерна струја директне поларности, ЈСИП - једносмерна струја индиректне поларности, НС - наизменична струја

Табела 5.2. Параметри заваривања алуминијума и легура ТИГ поступком[9] Дебљина комада (mm)

Број пролаза

Пречник жице (mm)

Проток аргона (l/min)

Јачина струје (А)

Температура предгрeвања

(°C) Хоризонт. Вертикал. Надглавно

1 1 2 7 60 50 40

2 1 2 до 3 7 80 80 75 - 3 1 3 8 140 135 130 - 4 1 до 2 3 до 4 9 180 170 160 - 6 2 3 до 4 10 280 240 230 - 8 2 4 до 5 12 320 270 260 150

10 2-3 5 14 360 280 270 200 12 3 6 16 420 330 280 200 15 5 6 16 450 - - 250 20 7 6 до 8 20-25 450 - - 350 30 9 8 20-25 450 - - 350

Као заштитни гас се користи аргон, хелијум или смеша аргона и хелијума. Аргон се више користи код нас и у Европи, а хелијум у Америци. Проток заштитних гасова се бира у зависности од врсте и дебљине завариваних делова, положаја заваривања, врсте споја и тсл. Количина заштитног гаса при ТИГ заваривању у заштити аргона се креће у опсегу од 6,5 до 30 l/min односно нешто више када је реч о хелијуму.



При заваривању ТИГ поступком најчешће је у примени једносмерна струја директног поларитета (негативна електрода Е-) чиме се остварује уже купатило, већа дубина уваривања и ужа зона утицаја топлоте. Заваривање једносмерном струјом, са негативном електродом, примењује се за легиране челике, нерђајуће челике, титан и бакар (али не и за легуре Cu које садрже Аl). Једносмерна струја позитивне електроде (Е+) се примењује при заваривању танких лимова од алуминијума, магнезијума, титана да би се остварио ефекат катодног чишћења.

Наизменична струја се примењује при заваривању алуминијума, магнезијума и неких ватроотпорних метала. При ТИГ заваривању легура алуминијума може се појавити порозност метала шава. Томе је узрок влага, површински оксид Аl2О3 и нечистоће алуминијума. Зато се тражи чишћење зоне заваривања и околине (око 30 mm) стругачем ("шабером") или металном четком.

Додатни материјал се бира у зависности од основног материјала и испоручује се у облику жица и шипки при ручном заваривању, или намотан на котуру при аутоматском заваривању. Понекад се као додатни материјал за ТИГ заваривање може користити и парче или трака узета из основног материјала. У принципу додатни материјал за ТИГ заваривање као и техника заваривања се бира као и при гасном заваривању.

Жице морају бити чисте као и опрема којом се заварује, без трагова оксида, масти,

уља и сл. Понекад се захтева извођење операције заваривања са тзв. "белим рукавицама" (при заваривању космичке опреме, делова нуклеарних реактора и тсл.).

Слика 5.2. Заваривање ТИГ поступком

ТИГ заваривање је могуће изводити у свим положајима. Тањи материјали се заварују без посебне припреме ивица извођењем тзв. прирубних, угаоних или I спојева, док се у случају веће дебљине, ивице посебно припремају слично као и при заваривању у заштити CО2. Најчешће су коришћени спојеви са V - жлебом за s=3,2÷12,7 mm, односно X - жлебом за s > 12,7 mm.



Слика 5.3. Положаји горионика и додатног материјала при извођењу различитих спојева

У табелама 5.3. и 5.4. дате су препоруке за избор режима заваривања алуминијума једносмерном и наизменичном струјом.

Табела 5.3. Препоруке за избор основних параметара ТИГ заваривања алуминијума једносмерном струјом позитивног поларитета [6]

Дебљина материјала

Врста споја

Струја заварив.*

Радни напон

Пречник електроде

Проток заштитног

гаса**

Брзина заварив.

Пречник додатног

материјала


mm - А V mm l/min l/min mm -

0,25 Прирубни спој

10÷15 10 0,5 9,5÷23,7 1,32 без 1

0,25÷0,51 I 15÷30 10 0,5 9,5÷23,7 1,32 0,5 1 ... ... ... ... ... ... ... ... ...

19,1÷25,4 X 300÷450 10 4,8 11,8÷28,3 0,13 6,4 2

> 25,4 X 550÷570 10 6,4 18,8÷28,3 0,13 6,4 2

* - При ручном извођењу заваривања бирати мање, а при аутоматском веће вредности јачине струје, ** - Најбоље је установити оптимални проток пробама.

Табела 5.4. Препоруке за избор основних параметара ТИГ заваривања алуминијума наизменичном струјом [6]

Дебљина материјала

Врста споја

Размак у корену жлеба

Положај заварив.*

Јачина струје

Пречник електроде

Проток заштитног

гаса

Брзина заварив.

Пречник додатног

материјала


mm - mm - А mm l/min m/min mm -

1,6 I I

1,6 1,6

H,V,HV О

70÷100 65÷75

1,6÷2,4 1,6

9,5 12

0,20÷0,25 0,20÷0,25

2,4 2,4

1 1

... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

* - Х - хоризонтални, В - вертикални, ХВ - хоризонтално-вертикални, О - изнад главе



5.2.1. Техника заваривања

Техника ручног заваривања ТИГ поступком захтева посебну пажњу, нарочито успостављање и прекидање лука и руковање електродом и жицом за заваривање. Лук може да се успостави на три начина: додиром и одмицањем електроде, помоћу варнице из додатног уређаја (најчешће ВФ генератор), и применом помоћног лука који се успоставља између електроде и млазнице, а затим преноси на основни материјал.

Најчешће се примењује ВФ генератор, а први начин се избегава, јер значајно

оштећује врх електроде. Пошто се лук успостави, горионик се креће у малим круговима да би се образовала течна метална купка, слика 5.4.а, уз постепено нагињање у односу на вертикалу до 15° код ручног заваривање, слика 5.4.б, док код аутоматског заваривања горионик по правилу остаје у вертикалном положају.

Затим се у металну купку додаје жица под углом од 15°, слика 5.4.в. Пре померања

горионика (електроде) до предње ивице металне купке, слика 5.4.д, жицу треба удаљити, слика 5.4.г. Понављањем овог поступка добија се непрекидни шав.

Лук се најефикасније прекида искључивањем струје, јер би нагло одмицање

електроде довело до оксидације метала шава. За положаје који нису хоризонтални правилно држање горионика је приказано на слици 5.5.

Слика 5.4. Техника ручног заваривања ТИГ поступком



Слика 5.5. Техника ручног заваривања ТИГ поступком у принудним положајима

Непоштовање прописане технологије и технике заваривања изазива појаву грешака. Најчешћи узроци грешака су: предугачак лук, превелик угао горионика, померен горионик из осе споја, извлачење растопљеног врха додатног материјала (жице) из зоне заштите растопа и сл. Најчешће грешке при раду приказане су на слици 5.6.

Слика 5.6. Непоштовање прописане технике заваривања и одговарајуће грешке

5.2.2. Заштита кореног пролаза

За врхунски квалитет завареног споја потребна је додатна заштита кореног пролаза

са друге стране. Заштита корена обично се вр ши ар гоно м или фор минг гасом (Аr+1-30%H2 или N2+1-30%H2). Уређаји за заштиту корена су приказани на слици 5.7., а при



заваривању кореног пролаза цеви на слици 5.8. При заваривању кореног пролаза код реактивних материјала све зоне основног материјала које се загрeјавају на температуру преко 300°C морају додатно да се штите, нпр. комором са контролисаном атмосфером (Аr), слика 5.9.

Слика 5.7. Системи заштите корена

Слика 5.8. Систем заштите кореног пролаза при заваривању цеви

Слика 5.9. Систем заштите кореног пролаза при заваривању реактивних материјала



Међу најчешће грешке при заваривању спадају оксидни укључци који негативно утичу на механичке особине завареног споја. У табели 5.5. је дат преглед најчешћих узрока појаве оксидних укључака.

Табела 5.5.Оксидни укључци и узроци њихове појаве [3] Оксидни укључци Узроци

Неочишћен жљеб Сувише велики жљеб - приступ ваздуха са супротне стране Недовољан отвор жљеба Недовољна струја заваривања Предугачак лук Шипка додатног метала сувише уроњена у купку

Оксиди не могу да се уклоне у правцу корена

Ефекат катодног чишћења недовољан (не препоручује се за заваривање Аl)

Сувише велика дебљина за I спој

Недовољна јачина струје заваривања Превелика брзина заваривања

Нема контакта између два радна комада Недовољна јачина струје заваривања, предугачак лук.

Заваривање корена захтева посебну обуку заваривача јер је корен зона са највише

потенцијалних грешака. Типичне грешке у корену су приказане у табели 5.6.



Табела 5.6. Типичне грешке ТИГ заваривања кореног пролаза[3]

Сувише мали угао отвора жљеба

Смакнуте ивице радних комада

Сувише велики или сувише мали зазор у корену Несиметрични зазор

Оксидација кисеоником из ваздуха

Сувише велики притисак заштитног гаса у корену

Сувише дугачак лук

Нетопљива електрода са нечистоћама

Сувише велика јачина струје

(сувише мала брзина заваривања)

W – електроде



Слика 5.10. Изглед сучеоно и угаоно завареног споја

5.2.3. Модификоване варијанте ТИГ заваривања

Постоје многобројне варијанте модификованог ТИГ поступка, од којих се најчешће користе импулсно заваривање, заваривање у уском жљебу, орбитално заваривање цеви, заваривање са загрејаном жицом, тачкасто заваривање, заваривање са двоструком заштитом, АТИГ поступак.

Импулсно ТИГ заваривање омогућава оптимално коришћење енергије, јер се јачина

струје значајно повећава само у кратком периоду времена када се растопљени врх додатног метала одваја и преноси у металну купку. Импулсно ТИГ заваривање је веома погодно за аутоматско (орбитално) заваривање цеви.

Слика 5.11. Сучеоно спајање цеви ТИГ поступком

Сучеоно спајање цеви ТИГ поступком захтева и специјални извор струје за

импулсно заваривање. Пулсирање струје почиње са успостављањем лука, али уређај не ротира око цеви све док пулсирајућа струја не постигне р адни ниво. У тој фази се попуњава жљеб до потпуног проваривања, а затим уређај почиње да ротира око цеви. Пре гашења лука, јачина струје се смањује, симетрично почетној фази заваривања, а уређај се креће све док се не постигне потпуно преклапање почетка шава.



ТИГ тачкасто заваривање, такође названо ТИГ закивање, омогућава добијање споја преклапањем, без претходне перфорације радних комада. Поступак је веома једноставан и не захтева велику вештину оператера, веома је продуктиван и може да се аутоматизује. Лук није видљив, па оператер не мора да штити очи током заваривања. Поступак је применљив на нисколегиране челике, алуминијум, дебљине 0,5 до 2 mm. Време заваривања је 0,5 до 5 s.

ТИГ заваривање са загрејаном жицом захтева грeјач, који електричним отпором предгрeва жицу за заваривање, што омогућава брже топљење додатног материјала и већу продуктивност поступка, слика 5.12.

Слика 5.12. Заваривање загрејаном жицом

АТИГ поступак је поступак развијен на институту за заваривање "Патон" (Кијев- Украјина). Поступак је исти као класични ТИГ поступак, са тим да се ивице жљеба пре заваривања премажу активационим топитељом који омогућава значајно већу дубину проваривања и ситнозрнасту структуру материјала шава. Активациони топитељи наносе се спрејом, фломастером намењеним за наношење топитеља, четкицом или на други погодан начин. Повећана дубина проваривања омогућава сучеоно заваривање лимова са равним „I" жљебом, без зазора, без додатног материјала, за дебљине 10 до 12 mm. Поступак је знатно економичнији од класичног ТИГ поступка.[6]

5.3. Технологија заваривања МИГ поступком

Слика 5.13. Шематски приказ МИГ постпупка



Основни параметри електролучног заваривања топљивом електродном жицом у заштити инертног гаса су врста и јачина струје, напон лука, брзина дотура жице, пречник жице, дужина слободног дела и нагиб жице за заваривање, положај заваривања, врста и проток заштитног гаса.

Врста и јачина струје имају значајан утицај на димензије шава. При осталим

константним параметрима, зависност брзине топљења електродне жице и јачине струје је линеарна за мање вредности јачине струје, а при већим вредностима јачине струје, посебно код мањих пречника жице, зависност постаје нелинеарна, слика 5.14. Узрок томе је загревање слободног краја жице електричним отпором. Као код Е поступка, за константну брзину довођења, жице већег пречника захтевају јачу струју, тако да је код МИГ поступка нелинеарност те зависности израженија. Тако је нпр. за брзину довођења жице од 5 m/min потребна јачина струје 85 А за пречник жице 0,8 mm, односно 325 А за пречник жице 1,6 mm.

Слика 5.14. Зависност брзине довођења електродне жице Vž и јачине струје I

Слободни крај жице мора да буде у одређеним границама јер његова превелика

дужина условљава вишак додатног материјала и недовољну количину топлоте за његово топљење, што даје плитко уваривање и неповољан облик шава, а сa друге стране, смањењем његове дужине лук постаје нестабилан. Треба уочити да се са повећањем дужине слободног краја жице повећава њен електрични отпор и степен загрeјавања, па је слабија струја потребна за топљење жице. Искуство показује да је за краткоспојени пренос потребан слободни крај дужине 6 до 12,5 mm, а за остале начине преноса 12,5 до 25 mm.

Осим слободног краја жице, и одстојање млазнице за гас од основног материјала

битно утиче на заваривање.Oдстојање млазнице треба да буде што мања да би заштита гасом била што ефикаснија, а сa друге стране, сувише мало одстојање излаже млазницу превеликој топлоти и смањује заваривачу могућност визуелне контроле зоне заваривања. Слободни крај жице, као и одстојање вођице и млазнице од основног материјала су приказани на слици 5.15.



Слика 5.15. Карактеристични положаји слободног краја жице и млазнице за гас

У зависности од јачине струје разликују се три међусобно зависна положаја слободног краја жице и млазнице за гас: – слободни крај жице мањи од одстојања млазнице, за јачине струје 50-150 А, слика 5.16.а – слободни крај жице једнак одстојања млазнице, за јачине струје 150-350 А, слика 5.16.б – слободни крај жице већи од одстојања млазнице, за јачине струје изнад 350 А, слика 5.16.в.

У целини гледано, са повећањем јачине струје значајно се повећава слободни крај жице, а у мањој мери и удаљеност млазнице.

Слика 5.16. Карактеристични положаји слободног краја жице и млазнице за гас

Напон лука утиче битно на квалитет завареног споја, јер променом његове вредности може да се утиче на начин преноса додатног материјала и у мањој мери на димензије шава. Утицај напона на пренос додатног метала је приказан у табели 5.7.

Табела 5.7. Типичне вредности напона лука за заваривање у заштити гаса[3] Метал Напон (V)

Пренос крупним капима пречник

електроде 1,6 mm

Краткоспојени пренос пречник електроде 0,8

mm

Аr Hе 25% Аr- 75% Hе

Аr-О2 1-5%О2 Аr

Аr-О2 1-5%О2

Алуминијум 25 30 29 - 19 -



Брзина заваривања се бира првенствено у зависности од јачине струје пропорционално њеној вредности, да би се одржала задана вредност погонске енергије и положаја заваривања (мања брзина заваривања за принудне положаје, под условом да је и јачина струје мања).

Положај горионика има велики утицај на облик шава. Тако нпр. нагиб електродне

жице у односу на вертикалу битно мења облик шава од широког и плитког (нагиб у смеру заваривања, тј. техника заваривања унапред) до уског и дубоког (нагиб супр отан смеру заваривања, тј. техника заваривања уназад), слика 5.17.

Максимална дубина уваривања се постиже техником заваривања уназад. Осим

тога, техника заваривања уназад даје стабилнији лук, мању порозност шава и мање распрскавање додатног материјала. Сa друге стране, руковање гориоником и контрола металне купке су једноставнији при заваривању унапријед, које стога има предност код танких лимова и корeних завара.

Према пречнику електродне жице бира се јачина струје, јер је у случају недовољне

јачине струје, односно превеликог пречника електродне жице њено топљење недовољно, а у обрнутом случају типичне појаве су распрскавање, порозност и неправилна геометрија шава. Према томе, густина струје, дефинисана као количник јачине струје и пречника електроде, одређује димензије шава на следећи начин: већа дубина уваривања и мања ширина шава се добија већом густином струје (или већа јачина струје за исти пречник или мањи пречник за исту јачину струје). Пренос додатног материјала у млазу и крупним капима се по правилу примењују за заваривање у хоризонталном положају, док се краткоспојени и пулсирајући пренос користе у свим положајима.

За заваривање у вертикалном и надглавном положају користе се жице мањег

пречника, као и краткоспојени или пулсирајући пренос додатног материјала, јер се тиме појачавају дејства електродинамичке силе и површинског напона, што омогућава савлађивање дејства гравитације.

Слика 5.17. Утицај нагиба горионика на облик шава

Осим врсте заштитних гасова битан је и утицај њиховог протока који зависи од

врсте споја, положаја и брзине заваривања, облика и димензија жљеба, јачине струје, напона лука и пречника жице. При одређивању потрошње заштитног гаса, треба имати у



виду да у случају недовољне количине околни гасови могу да продру у металну купку, а у случају превелике количине и брзине струјања настаје турбуленција са истим последицама.

При заваривању у заштити гаса треба имати у виду струјање околног ваздуха, које

не сме да буде такво да омета дејство заштитног гаса. Посебно при раду на отвореном потребно је предвидети довољно добар заклон од ветра и принудног струјања ваздуха.

5.3.1. Техника заваривања

Кретање врха жице код вишепролазног заваривања у хоризонталном положају је приказано на слици 5.18., тако што је корени пролаз означен на слици са а, пролаз попуне на слици означен са б, а покривни пролаз је означен са в. Горионик се по правилу води техником уназад, нагнут до 2 5 ° у односу на вер тикалу, сем код танких лимова, када се користи техника унапред.

Слика 5.18. Кретање врха жице при хоризонталном заваривању - сучеони спој

Када се заваривање заврши и искључи струја, горионик се држи над металном купком још 5-10 s, да би се обезбедила заштита метала шава. Код одговорних конструкција лук треба прекинути на помоћној излазној плочици, а не на металу шава. Грешке при МИГ заваривању су дате у табели 5.8. и приказане на слици 5.19.



ђ) е) Слика 5.19. Грешке при МИГ заваривању

Како при заваривању алуминијума и његових легура постоје одређене тешкоће, као

и при заваривању других лаких легура то се треба придржавати следећег:

- пре заваривања уклонити слојеве оксида са страница жлеба и осталих површина на минималном растојању 30÷40 mm. Пре наношења следећег слоја неопходно је очистити површину претходног слоја, - чишћење изводити искључиво четком од нерђајућег челика или одговарајућим стругачем. На површинама радног комада не смеју се правити дубоки зарези јер они могу бити жариште корозије, - припоје изводити према прописаном редоследу и на одговарајућем растојању.



Табела 5.8. Грешке при МИГ заваривању[3] Грешка Узрок Технолошка грешка Слика

Нед

овољ

но в

езив

ање

а. Погрешна припрема жљеба мали угао отвора мали отвор или велика висина отвора велико смакнуће страна

а

б. Тешко успостављање лука нису коришћене технолошке пробе лоша припрема страница недовољно преклапање завара

б

в. Мала снага лука мали напон или мала јачина струје велика брзина заваривања велика слободна дужина жице

в

г. Истицање металне купке испред лука

снага лука и запремина купке велики мала брзина заваривања угао нагиба жице велики

г

д. Погрешан положај електроде велика слободна дужина контактна млазница велика погрешан редослед полагања завара

д

Пор

озно

ст

а. Горионик дефектан велика слободна дужина контактна млазница деформисана цурење у расхладном цреву контантна млазница запрљана

ђ

б. Погрешан положај пиштоља велики угао велико растојање млазница-радни комад

е

в. Брзо струјање ваздуха

г. Магнетно скретање лука

д. Погрешна комбинација гас-жица висок садржај C, низак садржај Si и Мn (жица) висок садржај О2 (гас) или влаге

ђ. Запрљане површине страница

Заје

д. велика снага лука

велика брзина заваривања недовољно њихање жице погрешан положај пиштоља

МИГ поступком се заварују успешно материјали углавном дебљи од 3 mm у свим положајима. Употребљава се најчешће електродна жица пречника 1,6 mm, а за материјале дебље од 8 mm треба применити још и предгревање. У табели 5.9. дају се оријентациони подаци за МИГс1

1 заваривање у инертном гасу топљивом жичаном електродом, са краткоспојеним преносом додатног материјала (Short-Arc)

заваривање алуминијума.



Табела 5.9. Оријентациони подаци за МИГс заваривање алуминијума [3]

Дебљина Тип споја


Струја заваривања Пречник

електроде Брзина

заварив.

Потрошња аргона Напомена

(Температура предгревања)

H1) V1) О1) H1) V1) О1)

mm - А mm m/min l/min

3

сучеони 1 140 - - 1,6 0,8÷1,0 13 - -

преклопни 1 140 - - 1,6 - 13 - - -

угаони 1 140 - - 1,6 - 13 - -

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

сучеони 2÷3 370÷390 250 250 2,4 0,3÷0,4 20 25 25

20 преклопни 2÷3 380÷400 380÷400 240÷270 2,4 - 20 25 25 250°C

угаони 2÷3 380÷400 380÷400 240÷270 2,4 - 20 25 25

1) Х, В, О - хоризонталан, вертикалан и положај заваривања изнад главе, респективно

Пре увођења МИГ поступка за заваривање легура алуминијума коришћен је оксиацетиленски, РЕЛ и ТИГ поступак. Тешкође везане за примену гасног и РЕЛ заваривања превазиђене су проналаском ТИГ поступка, али су остали проблеми тешко приступачних угаоних шавова и недовољно концентрисане топлоте ТИГ-а за дебеле пресеке. Готово све су тешкоће превазиђене применом МИГ поступка нарочито за извођење угаоних шавова који чине знатан део спојева у завареним конструкцијама.

5.3.2. Пренос додатног материјала

Основни начини преноса додатног материјала су пренос у млазу, краткоспојени пренос и пренос у крупним капима, слика 5.20. Осим њих, у новије време је развијен читав низ нових начина преноса додатног материјала, од којих је најпознатији импулсни, ротирајући, СТТ пренос.

Слика 5.20. Начини преноса додатног материјала: а) пренос у млазу; б) пренос крупним

капима у дугом луку: б1 - формирање капи, б2-ексцентрично потиснута кап; ц) краткоспојени пренос: ц1-формирање капи, ц2-пренос капи



Пренос у млазу је могуће постићи струјом јачине веће од неке граничне вредности, и то првенствено у заштити Аr (или Hе), јер се у заштити CО2 додатни материјал распрскава (код челика је потребно бар 80% Аr у смеши, а код нежељезних материјала чист Аr). Пренос у млазу је погодан за заваривање дебљих лимова, јер користи велике јачине струје.

Краткоспојени пренос се постиже применом најмањих јачина струје и најмањих пречника жице. На овај начин се добијају завари малог пресека, који се брзо хладе, што је погодно за спајање танких лимова. Осим тога, краткоспојени пренос је погодан за спајање већих отвора жљеба, и за спојеве код којих се захтевају што мање деформације, јер се оваквим луком уноси мала количина топлоте.

Пренос у крупним капима је по свим карактеристикама између претходна два.

Овакав пренос додатног материјала се јавља првенствено при употреби CО2, а јачина струје и напон лука чине "међуобласт" у односу на претходна два начина преноса. Квалитет споја је по правилу лошији због недовољног уваривања.

Највећи утицај на начин преноса додатног материјала имају параметри струје

(врста и јачина, карактеристика извора), заштитни гас, састав додатног материјала и слободна дужина електродне жице. Повећањем јачине струје пренос додатног материјала се мења од краткоспојеног до преноса у млазу, али само са Аr као заштитним гасом. При том треба имати у виду да струја сувише велике јачине, у комбинацији са повећаном дужином слободног краја електродне жице, може да произведе ротацију растопљеног додатног материјала и његово скретање ван металне купке сл. 60, што ограничава избор јачине струје.

Слика 5.21. Утицај јачине струје I и слободне дужине електродне жице на начин преноса

У случају заштите Аr, пр енос у млазу може да се постигне довољном јачином струје, која зависи од пречника електродне жице. Утицај јачине струје је сличан и код осталих заштитних гасова, али зависи и од других фактора. Од свих заштитних гасова само Аr, при довољној јачини струје, гарантује пренос у млазу.

Хелијум, иако инертан као и Аr, по правилу даје пренос у крупним капима,

независно од јачине и врсте струје. Са друге стране, Hе обезбеђује већу дубину уваривања од Аr, а пренос у млазу може да се постигне додавањем бар 20% Аr, што уједно знатно смањује експлозивност Hе и даје значајну практичну примену оваквим мешавинама.



Осим ова три начина преноса додатног метала, све већу примену има импулсни пренос, који по квалитету може да достигне ТИГ заваривање. Основна одлика овог начина преноса је могућност регулисања величине капи у зависности од учесталости (фреквенције) капања. Лук је без кратког споја и остварује се импулсном струјом из помоћног извора. Учесталост импулса, а тиме и број капи у одређеном временском периоду, може да се подешава. Искуство је показало да оптимална учесталост импулса одговара учесталости градске мреже од 50 Hz, а у пракси се користе учесталости у опсегу 20-120 Hz.

Извор струје треба да обезбеди два нивоа јачине струје, основни ниво, који треба да

буде довољно низак да онемогући пренос у млазу, и пулсирајући ниво слика 5.22., који је знатно изнад нивоа потребног за пренос. Зато се у једном циклусу пренесе само једна кап, а како је могуће подесити временски период циклуса и јачину струје, тиме је омогућено добијање потребног квалитета споја.

Користећи описани принцип у новије време је развијено неколико модификованих

варијанти импулсног преноса, посебно у случају примене инверторског извора струје, који постају доминантни у примени МИГ поступка, јер дају најбољи квалитет завареног споја.

sl i k a

Слика 5.22. Карактеристика струје пулсирајућег преноса

Примена начина преноса додатног материјала (врсте лука):

• Кратак лук - танки лимови, принудни положаји, корени пролаз при малој јачини струје. Пренос метала кроз лук - у кратком споју са малим бројем капи, слика 5.23. Фреквенција кратког споја 20 до 120 Hz.



Слика 5.23. Кратак спој са малим бројем капи

• Средњи лук - за лимове средње дебљине - у мешавинама на бази Ар, средња јачина струје. Пренос у великим капима, али са мањим распрскавањем него код дугог лука у CО2. Препорука: избегавати!

• Дуги лук - за дебеле плоче, велике јачине струје, заштита CО2. Пренос у великим капима, са распрскавањем. Препорука: избегавати!

• Лук са преносом у млазу слика 5.24.а - за дебеле лимове, велике јачине струје , Аr или мешавина на бази Аr. Пренос у ситним капљицама (млаз), без кратког споја, врло мало распрскавање.

• Ротирајући лук слика 5.24.б- врло велике дебљине, врло велике јачине струје, спец. мешавине Аr и Hе.

• Импулсни лук слика 5.24.в - опште, за сваку јачину струје, мешавина на бази Аr (не може CО2). Пренос метала без кратког споја, контролисана величина капи и учесталост. Најмање могуће распрскавање.

Слика 5.24. а.Пренос у млазу б. Ротирајући лук в. Импулсни лук



6. ЗАКЉУЧАК

У раду су на прегледан начин приказане основне ознаке алуминија и легура као и

додатних материјала. Основне поделе и проблеми заваривања и заварљивости приказани су кроз основне чињенице. Такође су приказани начини заваривања алуминијума и његових легура у заштити инертних гасова. Објашњени су поступци, опрема, техника и технологија заваривања.

Због алуминијумових особина, као што су мала густина и велика отпорност на

корозију, његове легуре су нашле многе примене и користе се за производњу широке групе производа. Алуминијум и његове легуре користе се у разним гранама индустрије (ваздухопловство, производња аутомобила и камиона, вагона и бродова, израда ракета, сателита и свемирских станица итд).

ТИГ поступак заваривања има широку примену и сматра се најуниверзалнијим

поступком (обзиром на опсег материјала на које се може применити): код производних заваривања, наваривања и репаратурног заваривања алуминијских легура и других нерђајућих материјала и легура. Примењује се за заваривање лимова и цеви дебљине већ од 0,6 mm до 6 mm (максимално 10 mm у више пролаза - за веће дебљине је неекономичан). Иако је ТИГ изворно ручни поступак могућа је његова механизација. При томе се слично као за МИГ поступак користи уређај за дотур додатног материјала жице, као и извор струје заваривања са равном статичком карактеристиком.

Предности и недостаци ТИГ заваривања.

Највеће предности ТИГ заваривања су висок квалитет заварених спојева, који се могу извести на готово сваком заварљивом металу или легури. Друга предност ТИГ-a је да се попуњавајући материјал може додавати у растоп независно од струјног лука. Са другим методама лучног заваривања количина додавајућег материјала је зависна од контроле струјног лука. ТИГ заваривање даје веома прецизан вар, варни шав је високог квалитета, пошто се заваривање изводи са ниском струјом идеално је за тање материјале и фолије. Затим, у ТИГ-у је разбацивање материјала мало, нема шљаке и варни шав је релативно лако очистити.

Недостаци ТИГ заваривања су спор нанос материјала. У ТИГ поступку заваривања

нагласак је на прецизности и перфектном изгледу вара, што значи нижу заваривачку струју и више времена за заваривање. Заваривач мора да научи да координира покрете пиштоља-пламеника у једној руци и попуњавајућег материјала у другој и истовремено контролише заваривачку струју ножном педалом.

МИГ заваривање је поступак заваривања, којим се врло ефикасно може

заваривати и алуминијум. Могућност квалитетног заваривања, велики број специјализираних варијанти и одличне могућности аутоматизације чине га данас водећим



поступком заваривања у производњи. Познавање основних карактеристика материјала, потпуно поштовање припремних процедура као и одабир и примена добре технологије заваривања, гарантује квалитет и економичност производње одређене конструкције.

Предности и недостаци МИГ заваривања

Предности МИГ заваривања је висока продуктивност, јер заваривач не мора да зауставља заваривање да би променио електроду или да би чистио заварени спој и скидао шљаку. Такође, посупак је лак за учење, а заварени спој добро изгледа па према томе скоро да није потребно чишћење. Овим поступком је могуће заваривање нерђајућих челика, ниско-угљеничних челика, алуминијума. Заваривање се може вршити у свим позицијама.

Недостаци су то што захтева боцу заштитног гаса, цена коштања потрошивих делова је велика (контактни врх, дизна, калем жице). Лоше заварује на офарбаним, зарђалим и прљавим површинама. Овај поступак није добар за дебеле материјале, јер нема довољан продор течног метала.

МИГ и ТИГ поступци су основни поступци заваривања алуминијума у заштити инертног гаса, а и најраширенији су у пракси. Данас се развија и користи заваривање плазмом, електроотпорно, али су, на пример, у ваздухопловству заковични спојеви и даље незаменљиви са аспекта чврстоће, замора и механике лома.

Лагане металне конструкције у грађевинарству данас се не могу замислити без

алуминијума. Прехрамбена индустрија је такође важан корисник овог метала, јер је познато да он не уништава витамине у намирницама. Огледала највећих телескопа прекривена су танким слојем алумијума, а произведена је и специјална тканина прекривена алуминијумом, која зими греје а лети хлади, у зависности од тога како је окренута. Пеноалуминијум је материјал добијен специјалним поступком - веома је чврст и пет пута лакши од воде. Синтетички алуминијум оксид корунд, због своје велике тврдоће, употребљава се за брушење, сечење и полирање. Пошто је изванредан електро и топлотни изолатор, примењује се и у електротехници.



ЛИТЕРАТУРА

[1] Mathers,G. The welding of aluminium and its alloys, Cambridge England, 2002

[2] А.И.Акулов, Инжењерско технички приручник-Заваривање, Рад, Београд, 1980

[3] Јовановић,М., Адамовић,М., Букић Лазић, Технологија заваривања,Крагујевац,

1996

[4] Рудан,М., МИГ заваривање танких алуминијских лимова, Оптимус, Пула, 2008

[5] Вручинић,Г., Заваривање и заварљивост алуминија и легура, Загреб, 2008

[6] Милотић,М., Приручник зазавариваче, Добој, 2008

[7] Кудумовић,Џ., Заваривање и термичка обрада

[8] Мајсторовић, А., Јовановић, М.,Основи заваривања, лемљења и лепљења,Научна

књига, Београд 1995

[9] Кастелец-Мацура, С., Заваривање и заварене конструкције, предавања 2012

[10] Модуо 2-Материјали и њихово понашање, Гоша Институт, IWE курс

[11] Курс за интернационалне инжењере и технолоте заваривања, Завод за

заваривање А.Д., 2004

[12] http://www.beometal.co.rs/sirovine

[13] http://www.grf.bg.ac.rs/mm/files/learnmat/67LMK-P6.pdf

[14] http://www.zavarivanje.net

[15] http://hr.wikipedia.org/wiki/Zavarivanje



http://www.zavarivanje.net/�

Documents

Specijalisticki Rad Primer 2