VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA STRUKOVNIH STUDIJA

NOVI BEOGRAD

SEMINARSKI RAD

Gasno zavarivanje

Predmet: Zavarivanje i spajanje materijala

Profesor: Student:

Zoran Karastojković Miloš Jovičić

19 c/12

Beograd

SADRŽAJ

Strana

Uvod...........................................................................................................................................3

1.Osnovni pojmovi o zavarivanju.........................................................................................4-5

2.Gasno zavarivanje..................................................................................................................6

1.1.Vrste plamena.........................................................................................................7-8 1.2. Komponente gasnog zavarivanja..............................................................................9 1.1.1. Acetilen...........................................................................................................9 1.1.2. Kiseonik........................................................................................................10 1.1.3. Redekcioni ventili.........................................................................................11 1.1.4. Sistemi za sprovođenje gasa.........................................................................12

1.3. Dodatni materijal....................................................................................................13 1.4. Pripreme za zavarivanje.........................................................................................13 1.5. Gorionici za zavarivanje..................................................................................13 -14

2. Zaključak.............................................................................................................................15

Literatura.................................................................................................................................16

3

UVOD

Zavarivanje je spajanje dva ili više istorodnih metala topljenjem, sa ili bez dodavanja dodatnog materijala, na način da se dobije homogen zavareni spoj (zavareni spoj bez grešaka sa zahtjevanim mehaničkim i ostalim svojstvima).

Navarivanje je nanošenje dodatnog materijala po površini, topljenjem, radi povećanja volumena, ili radi zaštite od korozije i habanja.

Žlijeb je prostor između dijelova pripremljenih za zavarivanje. Zavar je očvrsnuti rastopljeni materijal nastao topljenjem osnovnog i

dodatnog materijala u jednom prolazu.

Zavarljivost je sposobnost metala da se može spajati zavarivanjem;

Operativna zavarljivost – mogućnost ostvarenja materijalnog kontinuiteta, Metalurška zavarljivost – dobijanje šava zahtijevanog kvaliteta, Konstruktivna zavarljivost – sposobnost šava da se pod opterećenjem

ponaša kao osnovni materijal,

TEHNOLIGIJA ZAVARIVANJA

Zavarivanje je postupak ne razdvojnog spajanja metala, koji su omekšani ili istopljeni na mestu spajanja, uz primenu pritiska ili bez njega. Sa obzirom na izvor toplote moguce je izdvojiti cetiri osnovna postupka zavarivanja.

• gasno• elektrolučno• elektrootporno• aluminotermisko

Pored navedenih, sve više se uvode i noviji postupci kao zavarivanje:

• pod troskom• trenjem• ultrazvukom• difuzijom u vakumu• elektronskim snopom u vakumu

Danas se ipak najviše koristi postupci elektrolučnog i gasnog zavarivanja.

4

1. Osnovni pojmovi u zavarivanju

Zavarivanje je proces spajanja dva ili više metalna dela istog ili približno istog hemijskog sastava. Spajanjem se dobija nerazdvojiva veza. Zavarivanje se izvodi pod dejstvom toplote, uz dodavanje ili ponekad bez dodavanja dodatnog materijala i uz primenu pritiska ili bez njega

Pri zavarivanju vrši se lokalno zagrevanje ivice metalnih delova koje treba spojiti (zavariti).

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

Slika 1. Osnovnih pojmova kod zavarivanja

Zavarivanjem je moguće spajanje metala sa metalom, nemetala sa nemetalom i metala sa nemetalom, ali se u praktičnom smislu podrazumijeva spajanje metala sa metalom.

5

Šav se obrezuje očvršćavanjem mešavine istopljenog osnovnog i dodatog materijala, a u nekim slučajevima samo osnovnog materijala. Zonu uticaja toplotečine slojevi osnovnog materijala, naslonjenog na materijal šava u kome se usled toplote unete u procesu topljenja dešavaju strukturne promene.

Osnovni elementi sučeonog šava

Slika 2. Osnovni elementi sučeonog šava

Pre zavarivanja potrebno je ivice osnovnog materijala pripremiti u zavisnosti od debljine materijala. Ovom pripremom obrazuje se žlijeb. Oblici dimenzije žlebova propisani su standardima.Žleb se može ispuniti jednim prolazom ili pomocu više prolaza.

6

2. Gasno zavarivanje

Gasno zavarivanje je postupak spajanja topljenjem osnovnog ili osnovnog i dodatnog materijala , a kasnije zajedničkim očvršćavanjem ostvaruje se spoj.

Gasno zavarivanje se najčešće koristi za spajanje tankih limova od nisko

ugljeničnih cevi, profila, livenih gvožđa, bakra i njegovih legura,aluminijuma i njegovih legura. Toplota potrebna za topljenje osnovnog i dodatnog materijala dobija se sagorijevanjem smese acetilena i kiseonika.

Slika 3. Osnovni položaji pri zavarivanju:

a – horizontalan ili položen;

b – horizontalno – vertikalan;

c – vertikalan;

d – iznad glave;

e – kos.

Po načinu ostvarivanja kontakta među karbida i vode, postoje tri vrste razvijača , odnosno postupka za sabijanje acetilena: razvijači se padom vode na karbid, razvijači se padom karbida u vodu i kontaktni razvijači. Razvijači sa

7

padom vode se,prvenstveno, koriste u manjim i srednjim radionicama. U većim radionicama se uglavnom koriste razvijači sa dom karbida u vodi.

1.1. Vrste plamena

Pri gasnom zavarivanju koristi se plamen nastao sagorijevanjem smeše acetalina i kiseonika. Ovaj plamen za kratko vreme postiže visoku temperaturu od 3200oC. Na slici 5.22 prikazan je plamen smeše acetalina i kiseonika koji se sastoji iz: - jezgra plamena; - omotača plamena. Jezgro plamena je najsvetliji deo plamena, oblika konusa u kojoj se odvia reakcija sagorijevanja.

Dužina jezgra, kada je plamen dobro regulisan, iznosi oko 3 mm od 5 mm.Na kraju jezgra plamena postiže se temperatura od. Zona je deo plamena gde se sagorijevanje nastavlja uz utrošak kiseonika iz vazduha. Boja ove zone je plavičasta. Ova zona se koristi pri zavarivanju. Površine delova koje zavarujemo drže se u zoni zavarivanja na 4 do 6 mm od jezgra plamena. Omotač plamena čine konačni proizvodi sagorijevanja.

Boja ove zone je prljavobele. Duž ove zone temperatura pada ispod 1200o, što je dovoljno da se obezbedi usporeno hlađenje materijala šava ili predgrijavanje delova. U zavisnosti od odnosa kiseonika i acetalina, razliku ju se tri vrste plamena: neutralni, oksidirajući, i redukujući.

8

Slika 4. Šematski izgled plamena

Neutralni plamen se dobija pri odnosu O2 : C2H2 = 1,1 - 1,2. Ovaj plamen se najviše koristi pri zavarivanju, jer se dobija najbolji kvalitet zavarenog spoja.

Oksidujuči plamen nastaje pri višku kiseonika u smeči. Ovaj tip karakteriče kratko jezgro plemena, plavičasta boja i šuštanje. Višak kiseonika reaguje sa rastopljenim metalom, stvara okside koji u obliku uključaka ostaju u materijalu šava i čine ga poraznim, sa znatno smanjenim mehaničkim svojstvima.

Redukujući plamen nastaje pri višku acitelena u smeši. Ovaj plamen ima izdužen svetleći konus napravljenog oblika pri vrhu. Pri sagorijevanju pojavljuje se višak ugljenika koji prelaze u materijal šava povećavajući sadržaj ugljenika u njemu, čime ga čini kritim. Vrsta plamena bira se prema vrsti osnovnog materijala koji se zavaruje.

Podešavanje plamena vrši se pomoću ventila na gorijoniku. Prvo se malo otvori ventil za kiseonik, a zatim potpuni ventil za acetelin. Onda se postepeno povećava protok kiseonika, sve dok se ne dobije željezni plamen.

a) Oksidirajući plamen

b) Neutralni plamen

9

c) Redukujući plamen

1.2. Komponente gasnog zavarivanja

1.1.1. Acetilen

Acetilen dobijen u razvijačima može razvoditi cevima do radnih mesta. U radionicama ili na otvorenom gradilištima koristi se acetelin iz čeličnih boca, u kojima se nalazi pod pritiskom u koju se zatim uvodi acetelin.Ovako uskladišten acetelin naziva se „disugas“.

Zapremina boce je oko 40 litara, a može da primi 6m3 acetelina, pod pritiskom od 15 bara. Prednost ovakvog ovakvog načina korišćenja acetelina je smanjenja opasnosti od eksplozije i povećanja mogućnosti transporta.Radi bezbednosti, kao i da bi se izbeglo obrazovanje opasnih gasnih mešavina, boca sa acetalinom obojena je belom bojo.

Acetilen je otkriven 1836. od strane Edmunda Dejvija koji ga je okarakterisao kao "novo ugljenikovo jedinjenje vodonika". Ponovo je otkriven 1860. od strane francuskog hemičara Marsolena Bertoloa koji mu je dao ime "acetilen". Nobelovac Gustaf Dalen je oslepljen u eksploziji acetilena.

Materijali za industrijsko dobijanje acetilena su kalcijum-karbonat (krečnjak) i ugalj. Kalcijum-karbonat se prvo prevede u kalcijum-oksid a ugalj u koks, pa naposletku se oni jedine da bi nagradili kalcijum-karbid i ugljen-monoksid:

CaO + 3C → CaC2 + CO

10

Kalcijum-karbid (ili kalcijum-acetilid) i voda se mešaju različitim metodama da bi nagradili acetilen i kalcijum-hidroksid. Ovu reakciju je otkrio Fridrih Veler 1862. godine.

CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2

Sinteza kalcijum-karbida zahteva jako visoke temperature, oko 2000 stepena Celezijusa, pa se reakcija odigrava u električnom kazanu. Ova reakcija je odigrala važnu ulogu u revoluciji kasnih 1800-tih godina oko masivnog hidroenergetskog projekta na Nijagarinim vodopadima.

Reakcije

* Iznad 400 °C (673 K) počinje piroliza acetilena, što je podosta nisko za ugljovodonike. Glavni proizvodi su dimer vinil-acetilen (C4H4) i benzen. Na temperaturama iznad 900 °C, (1173 K), glavni proizvod je čađ.

1.1.2. Kiseonik

Kiseonik (O2) se skladišti i transportuje u čeličnim bocama pod pritiskom od 150 bara. Zapremina boce je oko 40 litara i može da se uskladišti oko 6,468 m2 kiseonika. Boca sa kiseonikom obeležena je plavom bojom.

Od boca acetilen i kiseonik se odvode, prekoredukcionih ventila i gumenih creva (sistem za sprovođenje gasova) do gorionika. Redukcioni ventil – Na boce sa acetilenom i kiseonikom postavljaju se redukcioni ventil čija je svrha da obezbedi izraz gasa iz boce do potrošača pod konstanim pritiskom, kao i da redukuje pritisak gasa u boci na radni pritisak.

Kiseonik (O, latinski oxygenium) je nemetal iz VIA.[1] On je najrasprostranjeniji element na Zemlji - količina kiseonika u zemljinoj kori iznosi 45%. On takođe čini i 20,8% atmosfere zemlje.

Osobine kiseonika

Pod normalnim uslovima je u gasovitom agregatnom stanju. Neophodan za opstanak živih bića. Snažan oksidans. U tečno stanje prelazi na -183°C (1.013 bara) podržava gorenje, bez boje, ukusa i mirisa. Kiseonik u čistom obliku se javlja u vidu molekula O2 i njegove Alotropske modifikacije, ozona O3.[2]

Primena

11

* U procesima sagorevanja radi postizanja viših temperatura.

* U metaloprerađivačkoj industriji i metalurgiji za sečenje i zavarivanje, za intenziviranje tehnoloških procesa.

* U industriji nemetala za postizanje viših temperatura.

Postupak sa gasom

Upotreba kiseonika pod pritiskom i upotreba tečnog kiseonika podležu posebnim propisima i merama zaštite.

Nije dozvoljen kontakt kiseonika sa organskim materijalima. Za tečni kiseonik se preporučuju austenitni čelici, aluminijum i legure, bakar i legure. Dozvoljena upotreba fluornih polimera (teflon). Za gasoviti kiseonik je pod određenim uslovima dozvoljena primena ugljeničnih lako legiranih čelika i legura bakra i aluminijuma.

1.1.3. Redukcioni Ventil

Redukcioni ventil – na boce sa acetilenom i kiseonikom postavljaju se redukcioni ventil čija je svrha da obezbedi izraz gasa iz boce do potrošača pod konstanim pritiskom, kao i da redukuje pritisak gasa u boci na radni pritisak.

Redukcioni ventili imaju dva manomenta. Prvi manomentar pokazuje visoki pritisak kiseonika ili acetilena koji vlada u boci, a drugi manometar pokazuje niski pritisak gasova koji napustaju redukcijoni ventil pod kodstantnim pritiskom podešenim na vrednost potrebnu za zavarivanje.

Redukcioni ventili na boci:

12

Slika 5. Boca i redukcioni ventil

Na svom izlazu svi cilindri imaju ventil (glavni ventil) koji ima samo dve funkcije: da otvara i zatvara izlaz gasova, a opremljene su i dodatnim, finijim ventilima za kontrolu protoka gasa.

Sve boce moraju imati jasne oznake o tome koji gas sadrže. Boce za različite gasove imaju i različite izlazne otvore.

1.1.4. Sistemi za sprovođenje gasova

Od čeličnih boca,preko redukcionog ventila do gorionika za zavarivanje, gasovi struje kroz gumena creva dovoljne dužine da zavarivač može da obavi sve pokrete potrebne pri zavarivanju.

Gumena creva su obojena kako nebui došlo do zamene i to: crveno crevo je za sprovođenje acitelena, a plavo ili crveno za kiseonik. Formiranje plamena određenih karakteristika, kao i za rukovanje plamenom

Telo je deo gorionika u kome se reguliše protok acetilina i kiseonika, kiseonika do mesta sagorevanja. Plamenci za zavarivaenje izrađuju se u osam veličina, u zavisnosti od debljine materijala koje se zavaruje.

13

Slika 6. Čelične boce za acetilen i kiseonik

1.3. Dodatni materijal

Gasno zavarivanje se uglavnom izvodi sa dodatnim materijalom, a kada se zavaruju tanki limovi bez njega kao dodatni materijal koristi se metalna žica dužine 50-100 cm. Hemijski sastav dodatnog materijala zavisi od vrste osnovnog materijala i, po pravilu, treba da bude jednak njegovom sastavu.

U procesu zavarivanja mora zadržati svoja mehanička svojstva, pa čak i da poboljsa mehanička svojstvazavarenog spoja u odnosu na dodatni materijal. Prečnik žice dodatnog materijala zavisi od debljine osnovnog materijala. Žice za zavarivanje moraju biti čvrste, bez oksida, masti, boje i drugih nečistoća.

1.4. Priprema materijala za zavarivanje

Pre nego što se pristupi procesu zavarivanja, moraju se pripremiti ivice osnovnog materijala, kao i njegovo postavljanje u odgovarajuci položaj. Priprema ivice vrši se po debljini osnovnog materijala.

Obrada ivica se može vršiti mašinski ( glodalice, rendisaljke), a mogu se rezati i gasnim plamenom. Ivice moraju biti dobro očišćene od masti, oksida, a za to se koriste turpije, sekači, metalne ćetke, brusilice i rastvarači.

14

Da bi se ostvario kvalitetan zavareni spoj, djelovi se moraju dovesti na propisani rastojanje, koje se u toku procesa zavarivanja ne sme menjati. Za ovo se koriste razni pomočni alati.

1.5. Gorionici za zavarivanje

Slika 7. Gorenje acetilena u vazduhu nije pogodno za zavarivanje.

Slika 8. Redukujući plamen, metal šava ključa i nije čist.

15

Slika 9. Neutralan plamen, pogodan za većinu zavarivanja.

Slika 10. Oksidirajući plamen, metal šava pjeni, varniči i sagorijeva.

Zaključak

Propisivanje tehnologije gasnog zavarivanja uključuje i izbor i nagib gorionika, izbor žice za zavarivanjem kao i izbor tehnike i parametara zavarivanja (veličina mlaznice, prečnik žice, brzina zavarivanja, potrošnja acetilena, kiseonika

i žice za zavarivanje).

Smjernice za izbor osnovnih parametara za tehnike zavarivanja čelika unaprijed (horizontalan položaj, ugaoni i sučeoni spoj, uključujući varijantu bez dodatnog metala) i za tehniku zavarivanja čelika unazad su date u tabelama. Podatci o potrošnji gasova i žice i vremenu zavarivanja su dati u odnosu 1 m šava.

16

Od boca acetilen i kiseonik se odvode, prekoredukcionih ventila i gumenih creva (sistem za sprovođenje gasova) do gorionika. Redukcioni ventil na boce sa acetilenom i kiseonikom postavljaju se redukcioni ventil čija je svrha da obezbedi izraz gasa iz boce do potrošača pod konstanim pritiskom, kao i da redukuje pritisak gasa u boci na radni pritisak.

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

Literatura

1. P. Stanković: Mašinska obrada 1, Naučna knjiga, Beograd, 1967.

2. M. Rakin: Zavarivanje i srodni postupci, Tehnička knjiga, Beograd, 1967.

3. J. Stanić: Teorija obrade metala, Mašinski fakultet, Beograd, 1986.

4. S. Arsovski: Proizvodni sistemi, Naučna knjiga, Beograd, 1984.

5. Internet

17

18