SKRIPTA ZA UČENJE iz kolegija

TEHNOLOGIJA III prof. Slobodan Kralj

LITERATURA: [1] ... Kralj, Andrić: "Osnove zavarivačkih i srodnih postupaka"

[2] ... Lukačević: "Zavarivanje"

[3] ... Grbin, Kovačević, Živčić: "Elektrolučno zavarivanje u zaštiti plinova"

[4] ... Hrivnjak: "Zavarljivost čelika"

[5] ... Messler: "Joining of Materials and Structures"

[6] ... http://www.fortunecity.com/village/lind/247/weld_book/index_WELD.htm

[7] ... http://www.sfsb.hr/kth/zavar/index.html

[8] ... http://www.fsb.hr/zavkon

Tehnologija 3

1. DEFINICIJE POSTUPAKA SPAJANJA

ZAVARIVANJE

~ spajanje ili prevlačenje osnovnog materijala primjenom topline ili pritiska ili oboje, uz ili bez dodatnog materijala

~ ZONA SPOJA za vrijeme zavarivanja je dovedena u tekuće ili plastično stanje ~ SVOJSTVA SPOJA ovise o vrsti osnovnog i dodatnog materijala, te o postupku zavarivanja ~ spoj je NERASTAVLJIV

LEMLJENJE

~ spajanje materijala uz pomoć rastaljenog dodatnog materijala = LEMA ~ temperatura taljenja lema < temperatura taljenja osnovnog materijala ~ spoj se ostvaruje KVAŠENJEM (difuzijom i/ili adhezijom) osnovnih materijala bez njihovog taljenja

LIJEPLJENJE

~ spajanje osnovnih materijala pomoću organskih ili anorganskih ljepila pri sobnoj ili povišenoj temperaturi

~ spoj se ostvaruje ADHEZIJOM i rjeđe MEHANIČKIM SIDRENJEM NAŠTRCAVANJE (METALIZACIJA, NABRIZGAVANJE)

~ postupak nanošenja rastaljenih čestica dodatnog materijala na površinu radnog komada, tj. osnovnog materijala

~ ostvaruje se MEHANIČKIM SIDRENJEM TOPLINSKO REZANJE

~ postupci razdvajanja metala primjenom toplinske energije, bez mehaničkih reznih alata ~ dolazi do lokalnog izgaranja ili do taljenja i isparavanja metala, te uklanjanja nastalih produkata čime

nastaje REZ

Slika 1.1 - shema ostvarivanja spoja

1-1

Tehnologija 3

ZNAČAJKE RAZMATRANIH POSTUPAKA

~ funkcija ~ oblikovanje, projektiranje ~ sigurnost, ergonomija ~ izvođenje, montaža i kontrola ~ upotreba (eksploatacija) ~ održavanje ~ troškovi

1-2

Tehnologija 3

2. ZAVARIVANJE METALA

~ podjela postupaka: - prema vrsti energije potrebne za ostvarivanje spoja - prema vrsti izvora energije

~ izvori se razlikuju po: - količini unesene topline u osnovni materijal - maksimalnoj temperaturi - gustoći toplinskog toka (Slika 2.1)

Slika 2.1 – energetski nivoi

ZAVARIVANJE TALJENJEM, T

PLINSKO ZAVARIVANJE

ELEKTROLUČNO ZAVARIVANJE

ZAVARIVANJE ELEKTRONSKIM

MLAZOM

ZAVARIVANJE PLAZMOM

ZAVARIVANJE LASEROM

ELEKTROZAVARIVANJE POD TROSKOM, EPT

ALUMINOTERMIJSKO ZAVARIVANJE

LJEVAČKO ZAVARIVANJE

TALJIVOM ELEKTRODOM NETALJIVOM ELEKTRODOM

OBLOŽENOM ELEKTRODOM POD PRAŠKOM, EPP PRAŠKOM

PUNJENIM ŽICAMAPOD ZAŠTITOM

PLINOVA

RUČNO, REL

GRAVITACIJSKO i KONTAKTNO

POD LETVOM

INERTNI PLINOVI, TIG i MIG

AKTIVNI PLINOVI, MAG

Slika 2.2 – podjela postupaka zavarivanja taljenjem

2-1

Tehnologija 3

Slika 2.3 – podjela postupaka zavarivanja pritiskom (toplinsko-mehanička i mehanička energija)

2-2

Tehnologija 3

3. POSTUPCI ZAVARIVANJA

3.1 PLINSKO ZAVARIVANJE

~ spada u postupke zavarivanja TALJENJEM ~ izvor toplinske energije: KEMIJSKA ENERGIJA vezana u gorivu, koja se oslobađa izgaranjem u

PLINSKOM PLAMENU ~ goriva: plinovi - svaki gorivi plin može poslužiti za dobivanje plinskog plamena ako je prisutan

kisik ( 2O ) koji omogućava izgaranje

~ najčešći gorivi plinovi: ACETILEN, propan, butan, propan-butan, vodik ( 2H ), zemni plin ~ prednosti: - lijepo i pravilno oblikovan spoj

- rad je neovisan o električnoj energiji - postupak je upotrebljiv skoro za sve materijale, u svim položajima zavarivanja - jeftina oprema - lako održavanje opreme

~ mane: - opasnost od eksplozije - spor postupak - velike deformacije radnog komada - dugo vrijeme za uvježbavanje zavarivača

Slika 3.1 – shematski prikaz osnovnih sklopova i uređaja nužni za rad ako se plinovi osiguravaju iz boca

~ do POVRATA PLAMENA dolazi ako je brzina istjecanja plamena manja od brzine širenja plamena ~ kisik je najčešći uzrok eksplozija (gorenja) ~ bitni dijelovi su OSIGURAČI čija je funkcija sprečavanje povratnog udara plamena:

VODENI OSIGURAČ (Slika 3.2) - upotrebljava se u slučaju da se kao gorivi plin koristi acetilen koji se dovodi na radno

mjesto iz razvijača - prednosti: podnosi visoku temperaturu plamena - mane: jako nestabilan (ima svojstvo da lako eksplodira)

3-1

Tehnologija 3

3-2

SUHI OSIGURAČ (Slika 3.3) - upotrebljava se u slučaju rada kada se acetilen (gorivi plin) dovodi do radnog mjesta

iz boce (Slika 3.1) - napravljeni su od aluminijskih legura - sinterirani materijal propušta hladni plin ako dođe do povrata plamena - izrađuju se prešanjem pri povišenim temperaturama - suhi osigurač je preporučljivo zamijeniti poslije svakog povrata plamena

3.1.1 DOBIVANJE ACETILENA

~ iz kalcijevog karbonata, 3CaCO , dobiva se negašeno vapno, CaO , koje se u elektrolučnim pećima spaja s ugljenom, C , te se dobiva kalcijev karbid, 2CaC , koji u kontaktu s vodom daje acetilen,

2 2C H :

( )

3 2

2

2 2 2 22

32 129kJ mol

CaCO CaO COCaO C CaC COCaC H O Ca OH C H

→ ++ → +

+ → + +

~ svojstva acetilena: - miris na bijeli luk - lakši je od zraka - nestabilan pri povišenim tlakovima i temperaturama u plinovitom stanju (maksimalno

dopušteno: i ) 2,5barp = o340 K =67 CT ϑ= →- topiv u različitim otapalima (najbolje u acetonu) - u smjesi sa zrakom ili kisikom u širokom rasponu eksplozivan - nije otrovan - maksimalna temperatura plamena kod izgaranja u čistom kisiku:

o3500 K =3227 CT ϑ= →

Slika 3.2 – vodeni osigurač protiv povratnog udara plamena

Slika 3.3 – suhi osigurač protiv povratnog udara plamena

Tehnologija 3

3.1.1.1 Tipovi razvijača acetilena ovisno o načinu dovođenja karbida u dodir s vodom ~ KARBID PADA U VODU (Slika 3.4)

- kroz usipno grlo ubacuje se određena količina kalcijeva karbida, , koja pada na transportni mehanizam pomoću kojega se, nakon zatvaranja zapora (da bi se spriječio izlaz acetilena, , iz razvijača) ubacuju se komadi karbida u vodu koja se nalazi u posudi razvijača

2CaC

2 2C H

- s gornje strane posude nalazi se odvod sakupljenog acetilena, 2 2C H , a na dnu posude nepovratni ventil kojim se s vremena na vrijeme ispušta nataloženi "mulj" (gašeno vapno) kao ostatak nakon reakcije

Slika 3.4 – shematski prikaz razvijača acetilena gdje karbid pada u vodu

~ VODA KAPA NA KARBID (Slika 3.5) - u gornjem dijelu uređaja nalazi se posuda s vodom koja služi za reakciju koja se pomoću cijevi

na kojoj se nalazi ventil za regulaciju protoka dovodi do posude s pretincima koji sadrže određenu količinu kalcijevog karbida

- kako se potroši količina karbida u jednom pretincu, voda se prelijeva u slijedeći pretinac - tako razvijen acetilen odlazi kroz cijev u komoru s vodom, te u donji dio uređaja gdje se

nalazi odvod sakupljenog acetilena

Slika 3.5 – shematski prikaz razvijača acetilena gdje voda kapa na karbid

3-3

Tehnologija 3

~ URANJANJE KARBIDA U VODU (Slika 3.6) - u gornjem dijelu je posuda, koja se napuni grumenima kalcijevog karbida i uroni u srednji dio

posude razvijača - dubina uranjanja se regulira pomoću poluge sa zupcima - kada je određena količina karbida potrošena, košara se spušta za jedan zubac u vodu i tako

sve dok se na aktivira sva količina karbida

Slika 3.6 – shematski prikaz razvijača acetilena gdje se karbid uranja u vodu

3.1.1.2 Acetilen u bocama

~ acetilen se kod nas standardno puni u čelične boce volumena 40 l , označene bijelom bojom

~ u punoj boci tlak je 15bara i nalazi se 6000 l acetilena ~ na izlazu iz boce se nalazi regulator tlaka koji snižava tlak acetilena

na vrijednost ispod 1,5bara (ako je na izlazu iz boce tlak veći može doći do stvaranja mjehurića plina i spajanja sa zrakom, što može prouzročiti eksploziju plina – dovoljno je 3% acetilena u smjesi sa zrakom da dođe do eksplozije)

~ boca sadrži i aceton u kojem se otapa acetilen, te poroznu masu koja regulira izdvajanje acetilena iz otopine

3.1.1.3 Kisik u bocama

~ kisik se kao i acetilen puni u čelične boce volumena 40 l , označene plavom bojom ~ u punoj boci tlak je 150bara i nalazi se 6000 l kisika ~ kod rukovanja s bocama za kisik treba paziti da su uvijek čiste – ne smije biti nečistoća i masti oko

regulacijskog ventila (masnoće su u doticaju s čistim kisikom samozapaljive)

3-4

Tehnologija 3

3-5

3.1.2 STRUKTURA I TEMPERATURA PLINSKOG PLAMENA

~ regulacionim ventilima na plameniku moguće je miješati acetilen i kisik u željenom omjeru ~ različitim omjerima plinova dobivaju se različite vrste plamena:

NEUTRALNI (NORMALNI) - 2 2 2: 1C H O = : 1- najčešće se primjenjuje

REDUCIRAJUĆI - ako u smjesi ima više acetilena nego što ga postojeća količina kisika može oksidirati

OKSIDIRAJUĆI - ako smjesa sadrži više kisika nego što je potrebno za potpuno sagorijevanje acetilena

~ zone u plamenu (Slika 3.7):

I. HLADNA ZONA: 2 2 2 2 22C H O C H O+ → + +

- temperature su preniske i dolazi do raspada acetilena

II. ŽIŽAK: 2 2 2 22 2C H O C H O CO+ + → + + +

- intenzivna svjetlost zbog izgaranja ugljika

III. REDUCIRAJUĆA ZONA: 2 22 2C H O CO CO H2+ + + → +

redukcija: 2 22CO FeO CO H O+ → +

2 2H FeO Fe H O+ → +

- nedostatak kisika pa kod metala dolazi do odvajanja kisika s njegove površine - maksimalna temperatura plamena, te tu treba doći područje koje se zavaruje

IV. OKSIDIRAJUĆA ZONA: 2 2 2 232 22

CO H O CO H O+ + → +

- prisutan je kisik iz okoliša

Slika 3.7 – struktura i temperatura plinskog plamena 2 2 2C H O+

Tehnologija 3

3.1.3 TEHNIKE RADA

~ plinsko zavarivanje je isključivo ručni postupak ~ zavarivač u jednoj tuci drži plamenik, a u drugoj šipku dodatnog materijala ~ zavarivač mora imati zaštitne naočale kroz koje prati oblikovanje taline nastale zagrijavanjem

osnovnog materijala plamenikom te po potrebi dodaje dodatni materijal ~ postoje dvije tehnike rada kod plinskog zavarivanja:

LIJEVA TEHNIKA (Slika 3.8) - žica je ispred plamenika - koristi se zavarivanje tanjih limova (do 3m ) m

DESNA TEHNIKA (Slika 3.8) - žica slijedi plamenik - koristi se za deblje limove - jače je provarivanje nego kod lijeve tehnike

Slika 3.8 – tehnika rada pri plinskom zavarivanju

3-6

Tehnologija 3

3.2 ELEKTROLUČNI POSTUPCI ZAVARIVANJA

3.2.1 OSNOVNE KARAKTERISTIKE

3.2.1.1 Električni luk ~ uspostavlja se između dvije elektrode – "elektroda" (dodatni materijal) i radni komad ~ to je intenzivno izbijanje u jako ioniziranoj smjesi plinova i para različitih materijala koje potječu

prvenstveno od metala elektrode, obloge, zaštitnih plinova ili praškova ~ ionizirani prostor u kojem se odvija pražnjenje naboja može se smatrati kao jedan vodič čija je

vodljivost ovisna o postojanju elektrona (iona) u njemu ~ prvotna ionizacija plinskog prostora nastaje na dva načina:

TERMIČKOM EMISIJOM - do izbijanja elektrona iz krutog tijela dolazi uslijed intenzivnog zagrijavanja i djelovanja električnog

polja u blizini katode - pretvorbom električne energije u toplinsku prilikom kratkog spoja vrha elektrode s radnim

komadom postiže se temperatura plinova 6000 8000 K÷ , te nastupa ionizacija molekula i atoma

EMISIJOM POLJA - jako električno polje izaziva ubrzavanje slučajnih nosilaca naboja koji se nađu u prostoru između

elektrode i radnog komada, koji nakon toga izazivaju ionizaciju daljnjih molekula i atoma čime se stvaraju uvjeti za provođenje struje

- zagrijavanjem sustava se prelazi u prvi slučaj

~ osnovni parametri: - napon - struja - dužina luka

~ osnovni parametri ovise o: - vrsti luka (ovisno o atmosferi) - vrsti struje (istosmjerna ili izmjenična) - za taljive ili netaljive elektrode

~ električni luk se po dužini može podijeliti u tri područja različita po dužini i procesima koji se u njima odvijaju (Slika 3.9):

a) na površini elektrode koja ima negativan naboj (KATODA) postoji točka (ograničeno područje) zagrijana na maksimalnu temperaturu i koja provodi cijelu struju elektrode = KATODNA MRLJA

b) u blizini katode se nalazi područje KATODNOG PADA NAPONA, dužine 410 mm− . Srednji dio luka je područje pada napona u stupu luka, dužine gotovo jednake dužini luka

≈

c) u blizini pozitivno nabijene elektrode (ANODE) nalazi se područje ANODNOG PADA NAPONA ( ). Najzagrijanije područje elektrode je AKTIVNA ANODNA MRLJA. 3 210 10 mm− −÷

3-7

Tehnologija 3

+

−

( )mml

( )VU

2 310 10 mm− −÷

3 410 10 mm− −÷

KU SU AU

U

-ukupni pad napona u električnom luku-katodni pad napona-pad napona u stupu električnog luka-anodni pad napona

K

S

A

UUUU

Slika 3.9 – prikaz padova napona u električnom luku

~ napon električnog luka je ravnomjerno raspoređen zbog postojanja volumenskog naboja u ioniziranom prostoru električnog luka

~ na granici katodnog prostora pozitivni ioni stvaraju volumenski naboj koji izaziva pad napona ~ u svom prostoru plazmenog stupa elektroni i ioni su raspoređeni jednako, nema prostornog naboja,

pa je energija elektrona potrebna da se svlada taj put proporcionalna duljini luka ~ gradijent polja je približno konstantan, a pad napona tj. utrošak energije proporcionalan duljini luka

3-8

Tehnologija 3

3.2.1.1.1 Statička karakteristika električnog luka

~ vrijedi za relativno spore promjene ~ u obliku karakteristike mogu se uočiti tri dijela:

UZ MALE GUSTOĆE STRUJE (električni luk male snage) - pad napona se smanjuje povećanjem struje jer se povećava površina presjeka luka, ima sve

više nosilaca naboja, te se povećava električna vodljivost U UOBIČAJENIM UVJETIMA ZAVARIVANJA

- električna vodljivost se malo mijenja, a površina poprečnog presjeka povećava se proporcionalan jačini struji, a time napon ne ovisi o jakosti struje

UZ VEĆE GUSTOĆE STRUJE

- katodna mrlja obuhvaća cijelu površinu elektrode - intenzitet povećanja poprečnog presjeka stupa luka smanjuje se s povećanjem struje - bitan utjecaj na promjenu poprečnih dimenzija imaju "zidovi" od relativno hladnog plina koji

okružuju plazmu stupa, što je naročito uočljivo kod primjene zaštitne atmosfere plinova - otpor stupa luka, tj. plazme mijenja se neznatno a gradijent polja i pad napona rastu s

povećanjem struje zavarivanja. Karakteristika luka u tim uvjetima postaje rastuća

~ položaj karakteristike luka u dijagramu ovisi o dužini električnog luka - za veću dužinu električnog luka, uz istu struju zavarivanja, potreban je veći napon za njegovo

održavanje, pa je krivulja pomaknuta prema gore (Slika 3.10)

Slika 3.10 – statičke karakteristike električnog luka

~ kod zavarivanja u zaštitnoj atmosferi plinova, položaj karakteristike ovisit će se i o vrsti zaštitnog plina (plinovi se razlikuju međusobno u energiji potrebnoj za njihovu ionizaciju). Što je niža energija za ionizaciju plina, karakteristika se pomiče prema dolje (Slika 3.11)

Slika 3.11 – utjecaj zaštitnog plina na položaj statičke karakteristike električnog luka

3-9

Tehnologija 3

~ u slučaju primjene obloženih elektroda materijal obloge raspadanjem unosi u sastav zaštitne atmosfere sastojke koje mogu povisiti ili sniziti potencijal ionizacije (Slika 3.12)

- bazične elektrode (B) u atmosferu unose komponente koje se teže ioniziraju - kisele elektrode (K) u atmosferu unose komponente koje se lakše ioniziraju

Slika 3.12 - utjecaj vrste obloge na položaj statičke karakteristike električnog luka

~ što je dužina luka veća to je podložniji vanjskim smetnjama (posljedice magnetskih polja) ~ KRUTOST ELEKTRIČNOG LUKA = sposobnost odupiranja vanjskim utjecajima i usmjeravanja u

željenom pravcu - kraći luk ima veću krutost

3.2.1.1.2 Utjecaj magnetskog polja na električni luk

~ magnetsko polje djeluje na vodič radijalnim silama prema unutrašnjosti ~ te sile su relativno male i ne mogu utjecati na kruti vodič, ali mogu na fleksibilni (plazma električnog

luka) ~ ako je polje ravnomjerno raspoređeno oko osi vodiča, rezultat djelovanja jednak je nuli, ali ako je

polje nejednake gustoće, sile koje su proporcionalne gustoći polja neće biti uravnotežene - rezultirajuća sila izaziva otklon električnog luka iz područja veće gustoće u područje

manje gustoće = MAGNETSKO PUHANJE (Slika 3.13) ~ nesimetričnost magnetskog polja može biti uzrokovana nepodesno razmještenim priključcima struje

ili nejednolikim rasporedom feromagnetskih masa u odnosu na tok struje

Slika 3.13 – primjeri magnetskog puhanja električnog luka

3-10

Tehnologija 3

3.2.1.2 Izvori struje za zavarivanje ~ potrebni su posebni izvori struje ~ električni luk za svoje održavanje treba relativno jaku struju (do nekoliko stotina A) pri niskom

naponu (nekoliko desetaka V) ~ IZVORI:

ISTOSMJERNE STRUJE - generatori - ispravljači

IZMJENIČNE STRUJE - transformatori - pretvarači frekvencije

~ karakteristične veličine izvora struje: - nominalna i maksimalna snaga - napon praznog hoda - dozvoljena struja i napon uz određenu intermitencu ( ) 60,80,100 %- mrežni napon napajanja - cosϕ - klasa izolacije

~ statička karakteristika: - dijagramski prikaz ovisnosti napona na stezaljkama izvora o opterećenju ( ( )U f I= ) - daje se za spore promjene struje opterećenja - potrošač (električni luk) se zamjenjuje promjenjivim otpornikom - oblik statičke karakteristike je različit ovisno o namjeni izvora struje (vrsti postupka) - vrste karakteristika:

RAVNO/BLAGO PADAJUĆA STRMO PADAJUĆA

- izbor karakteristike ovisi o vrsti regulacije duljine električnog luka: NAPONSKA REGULACIJA

- 0U = vrijednost napona praznog hoda (izvor radi, ali nije opterećen) - ta veličina je kompromis između pouzdanog uspostavljanja električnog luka i sigurnosti

zavarivača (napon je ograničen na 70 100 V÷ zbog sigurnosti)

STRUJNA REGULACIJA

- kI = struja kratkog spoj, tj. struja koja protječe u trenutku uspostavljanja električnog luka, kada vrhom elektrode dotičemo radni komad

Slika 3.15 – statička karakteristika jedne vrste

generatora

Slika 3.14– položene karakteristike su svojstvene pri MIG/MAG zavarivanju

Slika 3.17 – općeniti prikaz padajuće karakteristike

Slika 3.16 – padajuće statičke karakteristike

transformatora sa stepenastom regulacijom

3-11

Tehnologija 3

3.2.1.2.1 Rotacioni izvori

~ generatori istosmjerne struje su najstariji, najpouzdaniji i najsvestraniji izvori struje zavarivanja, no najskuplji su, održavanje im je najsloženije i imaju najslabiji koeficijent korisnog djelovanja

~ statičke karakteristike ovih izvora mogu biti svih oblika (padajuće, ravne, pa čak i uzlazne) a mogu se primijeniti praktički za sve postupke zavarivanja

~ generator može biti pokretan bilo kojom vrstom motora (elektromotor, motor s unutrašnjim sagorijevanjem), obično smještenim na istoj osovini s generatorom, ili pokretan preko nekog prijenosa (remenskog, zupčastog)

~ najčešća je primjena za REL zavarivanje, a pogodni su za rad u montažnim uvjetima ~ princip rada:

- vrtnjom rotora u magnetskom polju statora, u armaturi rotora se inducira struja koja se komutira u istosmjernu i odvodi u krug zavarivanja. Pri tome se struja vodi kroz zavojnice koje su tako namotane da je njihovo polje suprotstavljeno glavnom polju statora

- ako u zavarivačkom krugu teče jača struja, djelovanje zavojnica je jače, te se znatnije smanjuje izlazni napon; na taj način se osigurava padajuća karakteristika

Slika 3.18 – shematski prikaz generatora

3-12

Tehnologija 3

~ postoje različite izvedbe generatora (Slika 3.19, Slika 3.20, Slika 3.21), a glavni dijelovi su stator i rotor ~ stator nosi na sebi obično više pari magnetskih polova, a magnetska polja se ostvaruju pomoću

zavojnica ~ namotaji oko polova nazivaju se GLAVNI NAMOTAJI POLJA, a snabdijevaju se iz uzbude koja može

biti iz vanjskog izvora ili vlastita ~ izlaznim naponom upravlja se promjenjivim otpornikom u krugu uzbude ~ veći napon daje jače magnetsko polje, a to daje veći izlazni napon ~ regulacija struje zavarivanja može se izvesti na različite načine

Slika 3.19 – shema motor generatora s konstantnim naponom

Slika 3.20 – shema motor generatora s vanjskom uzbudom i razmagnetizirajućom zavojnicom

Slika 3.21 – shema motor generatora s vlastitom uzbudom i razmagnetizirajućom zavojnicom

3-13

Tehnologija 3

3.2.1.2.2 Ispravljači za zavarivanje

~ istosmjerna struja može se proizvesti i uređajima koji ispravljaju izmjeničnu struju, a to su ispravljači za zavarivanje koji se sastoje od dva osnovna sklopa:

- TRANSFORMATORSKI DIO - ISPRAVLJAČKI DIO

+ sklopovi za upravljanje i regulaciju struje

Slika 3.22 – shematski prikaz ispravljača za zavarivanje

~ ispravljanje se vrši pomoću ispravljačkih elemenata koji puštaju struju u samo jednom smjeru (vrlo veliki otpor u drugom smjeru) – danas se najviše koriste SILICIJSKE DIODE (mogu podnijeti velike jakosti struje)

~ GLATKOĆA (oblik izlazne ispravljene struje) ovisi o načinu spajanja ispravljačkog sklopa ~ razlikujemo POLUVALNO i PUNOVALNO ispravljanje koje se može primijeniti na JEDNOFAZNU ili

TROFAZNU mrežu ~ jednofazno poluvalno ispravljanje je nepogodno za zavarivanje, a i u slučaju jednofaznog

punovalnog ispravljanja potrebni su kondenzatori i prigušnice ~ najpovoljniji su trofazni izvori s punovalnim ispravljanjem jer daju gotovo konstantnu istosmjernu

struju s jednolikim opterećenjem mreže ~ regulacija struje u izlaznom krugu najčešće se izvodi:

pomoću pomične kotve izmjenom broja zavoja na transformatorskom dijelu pomicanjem namotaja na jezgri tiristorski tranzistorski

Slika 3.23 – osnovni načini ispravljanja izmjenične struje

3-14

Tehnologija 3

3-15

3.2.1.2.3 Invertori

~ omogućuju izradu snažnih uređaja malih izmjera i mase ~ izmjenična struja ispravlja se u PULZIRAJUĆU ISTOSMJERNU struju koja se dovodi na oscilator koji ju

pretvara u VISOKONAPONSKU IZMJENIČNU STRUJU VISOKE FREKVENCIJE ( ) 5 30 kHz÷

~ visokofrekventna struja opet se transformira na potreban napon za zavarivanje i ispravlja silicijskim diodama

~ glavna prednost ovih uređaja je u malim i laganim transformatorima (to manji što je viša frekvencija pretvorbe) – invertorski izvori danas dostižu samo 25 % težine konvencionalnih izvora iste snage

~ uređaji s većom frekvencijom tiši ali zahtijevaju skuplje elektroničke sklopove

3.2.1.2.4 Transformatori za zavarivanje

~ OBIČNI TRANSFORMATORI - konstrukcijom se nastoji postići neovisnost veličine napona u sekundarnom krugu opterećenja - teži se ravnoj karakteristici – za ručne postupke zavarivanja zbog loših dinamičkih karakteristika pri

promjeni duljine električnog luka

~ ZAVARIVAČKI TRANSFORMATORI - želi se osigurati pad napona pri porastu opterećenja odnosno struje zavarivanja - teži se padajućoj karakteristici – osigurava se ugradnjom prigušnice (predstavlja induktivni otpor)

~ transformator se sastoji od primarnog i sekundarnog namotaja namotanih na željeznu jezgru ~ broj zavoja i presjek vodiča u zavojima određen je da se na sekundaru dobije relativno nizak napon,

a presjek je dimenzioniran da propusti jaku struju zavarivanja

~ osnovna jednadžba transformatora: 1 2 1z

2 1 2

U IU I z

= =

~ zavarivački transformator mora imati mogućnost regulacije struje zavarivanja, koja može biti stepenasta ili kontinuirana, a postiže se na razne načine:

PROMJENOM BROJA ZAVOJA - mijenja se spajanjem određenih odcjepa bilo na primaru bilo na sekundaru - najčešće se radi o stepenastoj regulaciji

PRIGUŠNICOM U SEKUNDARNOM KRUGU (krugu zavarivanja) - prigušnica može biti izvedena s odcjepima, ali i s kontinuiranom promjenom broja zavoja

POMICANJEM NAMOTAJA (primara/sekundara) - jača se ili slabi induktivna sprega namotaja, a time se utječe na veličinu indukcije u sekundaru

PRIMJENOM POMIČNE KOTVE (Slika 3.24) - unutar jezgre mijenja se magnetski otpor kruga jezgre - pomicanjem kotve unutar jezgre mijenja se magnetski otpor kruga jezgre - kada je kotva podignuta, tada se sav magnetski tok 1Φ proizveden u primaru prenosi

feromagnetskom jezgrom kroz sekundar i indukcija u sekundaru je velika - jednostavna i učinkovita regulacija

Tehnologija 3

Slika 3.24 – regulacija struje zavarivanja primjenom pomične kotve

~ u sjecištu karakteristike električnog luka i izvora struje za zavarivanje nalazi se radna točka kojom su određeni parametri zavarivanja: struja i napon zavarivanja (Slika 3.25)

Slika 3.25 – radna točka određena sjecištem karakteristike električnog luka i izvora struje za zavarivanje

~ ovisnost napona zavarivanja i struje zavarivanja može se prikazati za REL zavarivanje izrazom:

z zU a b I= + ⋅

gdje ( ) predstavlja pad napona na anodi i katodi a (a 20 V= b 0,04 A= ) je konstanta

3-16

Tehnologija 3

3.2.1.3 Sile u električnom luku koje utječu na prijenos metala ~ rastaljeni dodatni materijal (taljiva elektroda) prenosi se u obliku kapljica na željeno mjesto

oblikujući zavareni spoj ~ neke od sila koje se pojavljuju kod prijenosa materijala su:

a) GRAVITACIJSKA SILA (Slika 3.26) - djeluje kod prijenosa materijala i ne može se izbjeći - u položenom položaju djeluje povoljno (prijenos metala u pravcu djelovanja sile teže) - u nadglavnom položaju ne može doći do prijenosa kapljice u zavar (masa kapljice je velika, ostale

sile su premalene) - u ostalim prisilnim položajima prijenos kapljice je manje-više nepovoljan

Slika 3.26 – utjecaj sile gravitacije na prijenos materijala

b) ELEKTROMAGNETSKE SILE (Slika 3.27) - pojavljuju se u električnom luku kod postupaka zavarivanja žičanom elektrodom i plinskom

zaštitom i najvažnije su za prijenos metala - oko vodiča kroz koji teče struja javlja se magnetsko polje čije su silnice raspoređene koncentrično

oko vodiča (te sile djeluju radijalno prema sredini vodiča i okomito na liniju toka struje) - kada linije toka struje divergiraju (u plazmenom stupu električnog luka ili u kapljici metala na

samom vrhu žičane elektrode), djelovanje je usmjereno okomito na linije toka struje - dvije komponente sile:

1F ... u aksijalnom pravcu; daje pogon otkinutoj kapljici usmjerujući ju prema radnom komadu

2F ... okomita na os vodiča koja izaziva lokalno sužavanje presjeka na rastaljenom vrhu elektrode (žice) oblikujući kapljicu

- ovisno o odnosima komponenti 1F i 2F , vrsti zaštitne atmosfere i djelovanju ostalih sila mogu se pojaviti razne kombinacije utjecaja i ponekad ta sila može biti nedovoljna da osigura odbacivanje kapljice prema radnom komadu

Slika 3.27 – djelovanje elektromagnetske sile na otkidanje kapljice (magnetsko štipanje – "pinch efekt")

3-17

Tehnologija 3

3-18

Tehnologija 3

3-19

c) SILE POVRŠINSKE NAPETOSTI (Slika 3.28)

ređenu masu

- velika površinska napetost zahtijeva veliku silu za njeno savladavanje – otkidanje kapi bit će teže i nastupit će tek kad dosegne od

- velika površinska napetost – korisna za podržavanje same taline zavara, osobito u prisilnim položajima, inače nepovoljna

Slika 3.28 – površinska napetost

d) SILE STRUJANJA I PRITISKA PLAZME LUKA (Slika 3.29) - strujanje plazme električnog luka djeluje na gibanje i usmje avanje kapljice dodatnog materijala - u blizini vrha

relektrode vlada određeni pritisak 1p , budući da sene dimenzije luka u blizini radnog komada, u tom dij

isti volumen plina plazme širi uslijed promje elu vlada niži pritisak

- ta razlika pritisaka povoljno djeluje na prijenos kapljica metala, utječući i na otkidanje i ubrzavanje

kapljice

Slika 3.29 – strujanje plazme

Tehnologija 3

3-20

e) (Slika 3.30) atmosfere luka ili postojeći u materijalu žice

rama rastvorljivost plinova u metalu je veća, a hlađenjem ona pada i

a raste tla čno razoriti kapljicu u više dijelova - istrujavanje plinova po reaktivnom principu ubrzava kapljicu, ali je smjer djelovanja ove sile

nepredvidiv (izlazak plinova na slučajnim mjestima) - ako je ta sila usmjerena prema zavaru onda je korisna, inače izaziva štrcanje izvan područja

zavarivanja

EKSPLOZIJSKE SILE - utjecaj na gibanje kapljica imaju i apsorbirani plinovi iz

u rastaljenoj metalnoj kapljici - pri povišenim temperatu

upijeni plinovi se moraju izlučiti - kako hlađenje počinje izvana stvarajući krutu opnu, plinovi se skupljaju u unutrašnjosti kapi - sa povećanjem količine plinov k i on može kona

Slika 3.30 – djelovanje plinova u rastaljenoj kapljici

f) SILE ZBOG DJELOVANJA PLINOVA OKO ELEKTRODE - u slučaju zaštitnih plinova koji struje oko žičane elektrode (MIG/MA ) javlja se izvjesno

INJEKCIJSKO DJELOVANJE

G

- kod obloženih elektroda, raspadanjem obloge stvaraju se plinovi koji zbog ljevkastog oblika kratera na vrhu elektrode stvaraju pritisak, koji radijalnom komponentom istiskuje rastaljeni metal, a aksijalnom potiskuje kapljicu prema radnom komadu

- to je najznačajnija sila za prijenos metala kod zavarivanja obloženim elektrodama

Slika 3.31 – strujanje zaštitnih plinova oko žičane elektrode Slika 3.32 – strujanje plinova iz

ektrode obloge el

Tehnologija 3

3-21

3.2.1.4 Prijenos metala pri zavarivanju

rijenos met3.2.1.4.1

~ karakterističan za postupke zavarivanja žičanim elektrodama u zaštitnoj atmosferi plinova ~ osciloskopski prikaz procesa

P ala premošćivanjem a) PRIJENOS METALA KRATKIM SPOJEVIMA

( ( ); ( )U f t I f t= = ):

1 - stanje kada je žičana elektroda udaljena od radnog komada, te u tom trenutku postoji električni luk: napon na luku ima zadanu vrijednost

2 - kada žičana elektroda dotakne radni komad, u električnom krugu nastaje kratki spoj – napon pada na nulu, struja počinje eksponencionalno rasti (brzina rasta je ograničena induktivnim otporima kruga)

3,4 - napon polako raste zbog povećanja otpora do kojeg dolazi jer povećanjem struje dolazi do pojačanog zagrijavanja vrha žice (efekt 2Q I R= ⋅ sve do taljenja) i povećava se "pinch-efekt" – dovodi do smanjenja presjeka žice (povećani otpor) i otkidanja zagrijanog vrha žice

5 - prekida se kratki spoj i uspostavlja se opet električni luk, a struja počinje eksponencionalno padati na nominalnu vrijednost

6,7 - skok napona je opet nešto veći od nominalnog zbog induktiviteta krugova i s vremenom se smanjuje na nominalnu vrijednost

~ sve ovo se zbiva dok se žičana elektroda jednolikom brzinom giba prema radnom komadu ~ kada žica premosti razmak nastao otkidanjem vrha, ponavlja se ciklus od točke 1 ~ broj ciklusa po sekundi varira u ovisnosti o promjeru žice i pri stabilnim parametrima ima

kratkih spojeva u sekundi

100 200÷

Tehnologija 3

3-22

b) PRIJENOS METALA MJEŠOVITIM LUKOM om, ali se povremeno pojavi jedan ili više kratkih

nje

~ tu se pojavljuje prijenos štrcajućim lukspojeva

~ nedostatak: neregularnost (pojava kratkih spojeva je slučajna i izaziva nepredvidivo štrcamaterijala), pa se takav prijenos izbjegava

Slika 3.33 – prijenos metala mješovitim lukom

Tehnologija 3

3-23

3.2.1.4.2 Prijenos metala slobodnim letom kapljice a) PRIJENOS METALA ŠTRCAJUĆIM LUKOM

~ karakteristično je da se prijenos vrši slobodnim letom malih kapljica kroz atmosferu luka

o u omadu prije nego vrh elektrode može dodirnuti radni

~ bno je ostvariti velike sile ("pinch-efekt") i oje utječu na

uočiti kada se ostvaruju uvjeti za prijenos štrcajućim lukom – ta veličina naziva se kritičnom strujom i ona je svojstvena za određene zaštitne plinove i njihovim se sastavom može utjecati na njenu veličinu

~ prednost: velika je produktivnost (velika količina rastaljenog materijala) – samo kod debljih materijala i to u položenom položaju

~ nedostaci: kod tanjih materijala postoji opasnost od prokapljivanja i u prisilnim položajima, do cijeđenja velike količine rastaljenog materijala zbog djelovanja gravitacijske sile

~ niti u jednom trenutku u vremenu održavanja luka elektroda ne dolazi u dodir s osnovnim materijalom – sile koje djeluju u električnom luku otkidaju kapi i usmjeruju ih (radijalnodnosu na elektrodu) prema radnom kkomad

potrebna je dosta velika energija – potrezagrijavanjem ili nekim drugim načinom smanjiti sile površinske napetosti kveličinu kapljice metala

~ kod postupaka zavarivanja u zaštitnoj atmosferi taljivom elektrodom jasno se može

KRI

Slika 3.34 – prijenos metala štrcajućim lukom (slobodnim letom kapljica)

Tehnologija 3

3-24

b) PRIJENOS METALA IMPULSNIM STRUJAMA (PULZIRAJUĆI LUK) ja od kritične struje koja bi dala nepravilan i neprihvatljiv

, dok je duljina trajanja i visina impulsa jake struje kapi po svakom impulsu

KA (najpovoljniji za upravljanje procesom prijenosa)

~ tako se osigurava prijenos štrcajućim lukom pri malim prosječnim vrijednostima struje

~ prosječna struja zavarivanja je manprijenos u grubim kapima, modulira se jačom strujom određene frekvencije, tako da struja varira između neke minimalne (osnovne) i maksimalne struje (struja impulsa)

~ osnovna struja održava električni lukprilagođena da premaši kritičnu struju i osigura odvajanje jedne

~ podjela impulsa ovisno o načinu proizvodnje: SINUSNOG OBLIKA (najjednostavnije ga je proizvesti) TROKUTASTOG OBLIKA . ČETVRTASTOG OBLI

Slika 3.35 – promjena struje u ovisnosti o vre enum pri impulsnom zavarivanju

- veličina osnovne struje - veličina impulsne struje - trajanje impulsa osnovne struje - trajanje impulsa jake struje - brzina dodavanja žice

~ danas, izbor parametara vrše SINERGETSKI STROJEVI (elektronički programirani uređaji koji za jednu izabranu vodeću veličinu biraju optimalnu kombinaciju ostalih parametara)

~ prednosti: - impulsni način prijenosa zadržava prednosti, a otklanja poteškoće koje ima štrcajući luk – može

ga se primijeniti u svim položajima, te za materijale osjetljive na količinu unesene topline - jednim promjerom žice moguće je zavariti širi raspon debljine materijala, jer je i za deblje žice

moguće namjestit male prosječne struje potrebne kod zavarivanja tanjih limova

~ podešavanje parametara je prilično složeno jer treba uskladiti pet parametara:

Tehnologija 3

3-25

3.2.1.5 Regulacija duljine električnog luka ~ da bi se ostvarila jednolika kvaliteta zavara (geometrija i mehanička svojstva), količina unesene

topline po jedinici dužine zavara mora biti jednolika – zato električni luk mora biti konstantne duljine i njegovo gibanje treba biti jednoliko

~ kod ručnog postupka zavarivanja (REL, TIG) za to se brine zavarivač ~ kod poluautomatskih i automatiziranih postupaka za održavanje

jednolike dužine električnog luka "brine" se automatska regulacija, dok je pomicanje izvora topline ostvareno ručno (poluatomatski postupci) ili mehanizirano (automatski postupci)

3.2.1.5.1 Unutarnja regulacija duljine električnog luka (strujna)

~ ostvaren akteristikama, bez dodatnih vanjskih uređaja

uirane elektrode (u obliku žice) vrši konstantnom brzinom

a je samom gradnjom izvora struje zavarivanja, tj. njegovim električnim kar

~ potrebni su izvori s RAVNOM ili BLAGO PADAJUĆOM KARAKTERISTIKOM

~ karakteristično je da se dodavanje kontinkoja odgovara tehnološkim parametrima postupka ( konstžv = )

~ u optimalnim radnim uvjetima (stabilan proces): ž tv v=

~ brzina t a žic ( valjenj e ) jednaka je brzini dodavanja, tj. upravo se rastali toliko žice (dodatnog materijal

t

a) koliko ga je dodano u jedinici vremena pri čemu je duljina luka konstantna

Slika 3.37 – dotur žice konstantnom brzinom, pri unutarnjoj regulaciji duljine električnog luka

Slika 3.36 – ručna regulacija duljine luka

Tehnologija 3

3-26

~ u slučaju pojave nekog poremećaja (deformacije liautomata), duljina električnog luka se skokovito promje

ma, pomaka ruke zavarivača, pomaka glave ni

i napon – karakteristika se pomiče e točke više ne odgovaraju prvobitno

- ako se duljina luka povećala, za njegovo održavanje potreban je većprema gore ( 2L ). U tom slučaju novi parametri ( 2 2,I U ) radnnamještenoj vrijednosti brzine žice – NERAVNOTEŽA

Slika 3.38 – promjena duljine električnog luka uvjetuje promjenu brzine taljenja žice

~ u slučaju duljine luka , brzina žice jednaka je brzini taljenjaL ( z tv v= ); struja ( ) i napon ( ) zavarivanja osiguravaju stabilan proces

~ taljenje žice ostvaruje se toplinskom energijom iz električnog luka (

zI zU

2Q I R t= ⋅ ⋅ ) ~ u slučaju kada se duljina luka skokovito promijeni s namještene vrijednosti:

- u luku je smanjena količina razvijene topline jer je struja zavarivanja smanjena za 2 zI I I−Δ = −

I−Δ , a

dodaje se više žice nego što se stigne rastaliti. Zato se vrh žice spušta prema radnom

đu vrha žice i radnog

komada se pov a dok se ne uspostavi odn

napon je malo narastao - zbog nedovoljne količine topline, brzina taljenja žice je manja od prethodno namještene, tj.

komadu i luk se skraćuje i to se događa sve dok postoji razlika između brzine žice ( žv )i

brzine taljenja ( tv )

1 zI I I+Δ = − - brzina taljenja ( tv ) je veća od brzine žice ( žv ), pa je razmak izme

ećav os ž tv v=

~ promjene u brzini taljenja zbog promjene struje zavarivanja dovoljno su brze ako ne treba taliti prevelike količine materijala, u protivnom se pojavljuje TOPLINSKA INERCIJA koja izaziva dugotrajne oscilacije oko radne točke

~ ovaj tip automatske regulacije uspješno se primjenjuje za promjere žica manji od 3 mm

Tehnologija 3

3-27

3.2.1.5.2 Vanjska regulacija duljine električnog luka (naponska)

~ mora postojati dodatni regulacioni uređaj izvan samog izvora struje ~ napon na električnom luku upravlja radom regulacionog sklo a p~ izvor struje zavarivanja ima STRMO PADAJUĆU KARAKTERISTIKU ~ električni krug sadrži elektromotor kao izvršni član, ujedno je i regulacioni krug ~ vrijednost brzine žice ) varira pod djelovanjem regulacionog kruga, tj.

~ za pravilno odvijanje procesa i tu mora biti ispunjen uvje

( žv konstžv ≠

t ž tv v=

Slika 3.39 – brzina dotura žice pri vanjskoj regulaciji zavisi o naponu električnog luka

~ u slučaju skokovite promjene duljine luka s veličine na uslijed poremećaja povećava se napon na luku

~ promjena napona na luku, tj, povećanje napona registrira se u regulacionom krugu i pozitivna razlika napona dovodi se na motor za dodavanje žice koji proporcionalno povećanju napona povećava i broj okretaja, odnosno brzinu žice. Time se žica kreće brže prema radnom komadu nego što se njen vrh tali, pa se dužina luka smanjuje

~ brže okretanje motora traje dok ne nestane razlika napona koja ubrzava motor

1L 2L

Slika 3.40 – promjena duljine električnog luka uvjetuje promjenu brzine taljenja žice

Tehnologija 3

3-28

~ ova regulacija bit će brža i osjetljivija što su promjene napona radne točke uslijed duljine luka veće

~ promjene struje zavarivanja uslijed promjene dužine električnog luka su razmjerno male, pa možemo smatrati da je brzina taljenja približno konstantna (

(to omogućava strma karakteristika)

konsttv ≈ )

Slika 3.41 – promjena duljine električnog luka uvjetuje velike promjene struje zavarivanja za slučaj ravne izvora karakteristike

Tehnologija 3

3-29

3.2.2 RUČNO ELEKTROLUČNO ZAVARIVANJE (REL)

Slika 3.42 – shematski prikaz REL zavarivanja

~ izvor struje: istosmjerni ili izmjenični ~ kod istosmjernog izvora elektroda može biti spojena na (+) ili (-) pol ~ karakteristika izvora mora biti STRMO PADAJUĆA ~ najčešće se primjenjuju OBLOŽENE ELEKTRODE (imaju metalnu jezgru u obliku žice na koju je

nanesena n~ rjeđe se koristi CJEVASTA ELEKTRODA (punjenje unutar cijevi koje ima funkciju obloge ili ima

emetalna obloga)

poseban sastav, npr. za tvrda navarivanja slojeva otpornih na trošenje)

Slika 3.43 – presjeci različitih tipova elektroda za REL zavarivanje

~ vodiči struje zavarivanja izrađeni su od snopova tankih bakrenih žica i izolirani gumom, plastičnim masama i tekstilnim vlaknima

~ izvedba snopom tankih žica omogućava savitljivost kablova – lakši rad ~ proračun vodiča uzima uz obzir struju i ukupnu dužinu (od radnog komada do držača elektrode):

... dozvoljena veličina pada napona u vodičimaG

A

l

U

ρ

~ dozvoljeni pad napona u strujnom krugu ima vrijednost do ~ ako u kablovima dolazi do većeg pada napona, javlja se njihovo povećano zagrijavanje i gubitak

energije – zahtjeva povećanje parametara na stroju – izaziva povećan utrošak energije ako je pad napona veći od dozvoljenog – treba odabrati veći presjek (standardizirani)

... poprečni presjek vodiča ... specifična vodljivost materijala vodiča ... ukupna dužina kablova ... struja zavarivanja

uk

zI

3 V

uk z

G

l IA

Uρ ⋅ ⋅

=

Tehnologija 3

3-30

Slika 3.44 – shematski prikaz procesa ručnog elektrolučnog (REL) zavarivanja

~ obloga elektrode, odnosno jezgra (ovisno o tipu elektrode) se pretvara u TROSKU koja prekriva i lice i korijen zavara kod zavarivanja

Slika 3.45 – prikaz duljine električnog luka ovisno o tipu obloge

Tehnologija 3

3-31

3.2.2.1 Obložene elektrode ~ sastav: MET

~ metalna jezg~ obloga: na metalnu jezgru je nanesena prešanjem ili umakanjem ~ sirovine z

STAB A: natrij, kalij : oksidi, rude (hematit, rutil, kvarc)

ST

ZA L luminij, silicij, mangan

~ npr. kod nel giranih čelika žica je približnog sastava kao i materijal koji se zavaruje

3.2.2.1.1 Funkcija obloge

ELEKTRIČ

ALNA JEZGRA + OBLOGA ra: šipka ili žica – ovisno o namjeni i vrsti elektrode

a oblogu elektrode prema funkciji obloge: ILIZACIJA ELEKTRIČNOG LUK

STVARANJE TROSKE

VARANJE PLINOVA: organske materije i karbonati EGIRANJE I DEZOKSIDACIJU: razne ferolegure, titan, a

egiranih i visokole

NA FUNKCIJA

~ treba~ u tu sv lektrode koje kod taljenja stvaraju

plinove s velikom sposobnošću ionizacije i na taj način čine dobru provodljivost električnoj ode i radnog komada

osigurati i dobro uspostaviti stabilan električni luk rhu se dodaju tvari (spojevi natrija i kalija) u oblogu e

struji između vrha elektr

FIZIKALNA FUNKCIJA

~ tr vanje aju i zaštititi kapljice u prijelazu i taline zavara od pr

~ sa ge regulira se apetost površine troske na te varaivanja

t elektrode za razne položaje zavarivanja og pojedinog sloja zavara

~ i povećav troske (povećanjem kiselosti, smanjuje

~ d štetnih plin a iz zraka (dušik, vodik, kisik) rolaska kapljice metala kroz električni luk, troska se omota oko kapi i štiti ju od

tnih plinova ~ da se stvori talina metala isto bno se stvara i troska koja pliva na talini i štiti ju od štetnih

hla enje

eba omogućiti i olakšati zavari u prisilnom položenaglog hlađenja stavom oblo viskozitet (prionjivost) i nmperaturama za

~ o viskozitetu triske ovisi upotrebljivos~ o napetosti površine troske ovisi oblik svak

povećanjem bazičnosti u oblo a se viskozitez tse viskozitet troske) obloga mora zaštititi talinu metala o ov

~ za vrijeme pšteka do

đplinova i osigurava polagano~ oko taline zavara iz obloge elektrode stvaraju se plinovi u obliku zavjese i tako štite talinu i

prijelaz kapi od štetnih plinova iz zraka

Tehnologija 3

3-32

METALURŠKA FUNKCIJA

~ nadoknađivanje legirajućih elemenata koji izgaraju u toku procesa zavarivanja odavati legirajući elementi u talinu i time poboljšati svojstva

željeznog praška koji prelazi u zavar i povećava

~ u oblog angan) koji u toku procesa , ...) koji

- u oblozi bazičnih elektroda,

i ulaze u sastav troske

A – kisele (oksid željeza) O – oksidne R – rutilne (srednje debljine obloge)

(debele obloge) S – drugi tipovi obloge

a) LEGIRANJE

~ iz obloge se mogu dzavarenog spoja

~ npr. obloge s visokim sadržajem produktivnost u zavarivanju

b) OTPLINJAVANJE

u se stavljaju dezoksidanti (titan, aluminij, silicij, mzavarivanja na sebe vežu kisik čime nastaju oksidi ( 2 2 3 2, , ,TiO Al O SiO MnOprelaze u trosku

~ u metalurškim reakcijama s kalcijevim fluoridomobično) vodik se veže i izlazi u trosku

( 2CaF

c) RAFINACIJA (ČIŠĆENJE)

~ uklanjanje sumpora i fosfora iz taline ~ kao dodaci, u oblogu se stavljaju kalcij oksid (CaO ) i mangan oksid ( MnO ) koji vežu

sumpor i fosfor, te tako vezan

3.2.2.1.2 ktroda

~ prema metalurškoj karakteristici obloge i vrsti:

Podjela obloženih ele

AR – kisele (rutilne) B – bazične RR – rutilneC – celulozne

~ prema debljini obloge: - tanko obložene elektrode ( 1,2 mmd < ) - srednje obložene elektrode (1,2 mm 1,4 mmd< < ) - debelo obložene elektrode ( 1,4 mmd > )

~ prema dimenzijama: - 2,5 mmelektrd = i 200; 300; 350 mmL = - 3, 25; 4; 5; 6; 8; 10 mmelektrd = i 350; 450 i višeL mm=

- visoko produktivne elektrode (u oblogu bazičnih i rutilnih elektroda dodaju se veće količine željeznog praška koji prelazi u zavareni spoj i mnogo brže ga ispunjava nego što je šlučaj s običnim elektrodama – veća produktivnost i manji gubici u rasprskavanju materijala)

- elektrode za određene uvjete rada (u rutilnu ili bazičnu oblogu se dodaju sastojci koji stvaraju povoljan viskozitet i površinsku napetost troske – za zavarivanje u vertikalnom položaju, odozgo dolje ili specijalne elektrode za zavarivanje korijenskog zavara)

~ prema namjeni: - elektrode za zavarivanje (nelegiranih, niskolegiranih, visokolegiranih čelika, sivog lijeva,

obojenih metala) - elektrode za navarivanje

~ prema posebnim tehnološkim uvjetima: - duboko penetrirajuće elektrode (obloge sadrže celulozne tvari koje utječu na to da dolazi do vrlo

jake penetracije)

Tehnologija 3

3-33

3.2.2.1.3 Značajke pojedinih vrsta obloga ZNAČAJKE BAZIČNIH ELEKTRODA

~ obloga se sastoji većim dijelom od vaptitanova dioksida, silikata i dezoksidanata

nenca, dolomita i magnezija te kalcijeva karbonata,

~ takav sa – zavareni spoj oslobođen je štetnih plinova

~ prednosti nemetalnih uključaka

čito izduženje i udarna žilavost

~ nedostaci

gled površine zavara

~ najčešće strujom na (+) polu ~ osjetljive g luka (slaba stabilnost) – moguća pojava poroznost u zavaru ~ obloga je vrlo higroskopna (vlaga uzrokuje po i elektrode i

zavarivati samo suhim elektrodama) ~ sušenje se vrši u posebnim pe u vremenu od minimalno

(jako vlažne ) ban je dobra uvježbanost zavarivača u držanju nagiba,

razmaka jegovu uspostavljanju i prekidanju

ZNAČAJKE RUTILNIH

stav troske veže kisik, vodik, sumpor i fosfori nemetalnih primjesa spoja: - nije sklon pukotinama

- manje je porozan i s manje - dobra mehanička svojstva, naro

spoja: - teže čišćenje troske - sklonost poroznosti u korijenu zavara

- nešto grublji iz

se mora zavarivati istosmjernom su na dužine električno

roznost u zavaru – treba sušit

ćima na temperaturi o200 C> 2 h : o250 420 C÷

~ za rad s bazičnim elektrodama potre ili dužine električnog luka, te u n

ELEKTRODA

~ spadaju ode ~ imaju dobra m~ može se raditi istosmjernoj (+ ili - polu) i izmjeničnoj struji ~ za sve položaje zavarivanja ~ zavareni spojevi su lijepog izgleda, troska se lako čisti ~ vrlo dobra stabilnost električnog luka – nisu sklone stvaranju pora pri povećanju dužine

električnog luka ~ nema prskanja ~ nisu pogodne za zavarivanje čelika onečišćenih sumporom ~ na mjestu segregacije može doći do toplih pukotina ~ sastav obloge utječe na istezljivost i žilavost metala zavara pa kod zavarivanja vrlo krutih

konstrukcija i debelih materijala može doći do pukotina uzrokovanih zaostalim naprezanjem ~ žilavost materijala na niskim temperaturama je slabija nego kod bazičnih elektroda

među češće upotrebljavane elektrehanička svojstva

Tehnologija 3

3-34

TEHNOLOŠKE ZNAČAJKE OSTALIH ELEKTRODA

- jezgra: nelegirani čelik, legiranje preko obloge - za zavarivanje čelika otpornih na povišene temperature, legiraju se s niskim postotkom

~ elektrode za zavarivanje visokole h čelika - bazične obloge (za istosmjernu struju) - s rutilnom oblogom koriste se za zavarivanje izmjeničnom strujom

~ elektr arivanje sivog lijeva - specijalna obloga - tri vrste metala jezgre:

1. - loša obradivost, pojava pukotina

- bolja obradivost, nema pukotina

3. - najkvalitetnije zavarivanje

~ elektrode za zavarivanje obojenih metala aluminija i legura:

koji uklanjaju okside aluminija

avarivanje bakra i legura: ce od bakra ili bakrenih legura

~ elektrode za zavarivanje nelegiranih čelika - bazične, rutilne i kisele obloge - jezgra: niskougljični čelik

~ elektrode za zavarivanje niskolegiranih čelika - bazične i rutilne obloge

kroma i molibdena, a za sitnozrnati čelik s niskim postotkom nikla

girani

- jezgra: odgovara sastavu visokolegiranog čelika

ode za zav

40 50 % 60 50 %Fe Ni÷ + ÷

2.

30 35 % 70 65 %Cu Ni÷ + ÷

98 %Ni >

- za zavarivanje jezgra od aluminija obloga na bazi soli halogenih elemenata (klor, fluor)

- za zobložene ži

Tehnologija 3

3-35

3.2.2.1.4 Tehnološke značajke elektrolučnih postupaka zavarivanja

upaka nužne za utrošenog materijala, te nekih parametara zavarivanja,

mo~ KO

~ odvijanje, djelotvornost, ekonomičnost i slične karakteristike elektrolučnih postproračun vremena rada, cijene i količine

gu se prikazati pomoću različitih koeficijenata EFICIJENT TALJENJA definira količinu istaljenog metala elektrode pri određenoj jakosti struje

[g AtGK = ]ht I t⋅

~ KOEFICIJENT GUBITAKA definira gubitak metala elektrode na rasprskavanje, isparavanje i oksidaciju

100 %t ngK

G= ⋅

t

ICIJENT ISKORIŠTENJA definir

G G−

~ KOEF a stupanj iskorištenja metala elektrode, a ovisi o količini željeznog praha u oblozi elektrode, tipu obloge i bazičnosti troske. Ovako definirani može biti

100 220 %÷ iK =

100 %ie

KG

= ⋅

nG

tK ... koeficijent taljenja

... koeficijent gubitaka gK

iK ... koeficijent iskorištenja

tG ... masa istaljenog metala (potrošenog dodatnog materijala)

nG ... masa nataljenog materijala (prenešenog metala na radni komad)

I

... jačina struje t ... vrijeme taljenja elektrode

eG ... masa jezgre elektrode

Tehnologija 3

3-36

3.2.2.1.5 Osnovna pravila u izboru elektrode

~ najvažniji izbor: prema svojstvima osnovnog materijala i zahtjeva na zavareni spoj

jstvima osnovnom materijala ego kod

ukrućenim konstrukcija ili fosforom i sumporom

la, krutih konstrukcija i većih sklonosti prema zakaljivanju prednost

pojev

M ČELICIMA

- redovito se bira visokolegirana austenitna elektroda ~ ZA ZAVARIVANJE SIVOG LIJEVA NA HLADNO

- najpogodnije su nikal-elektrode, zatim bakar-nikal-elektrode i željezo-nikal-elektrode - najslabije su bazične elektrode (iako se i s njima u određenim slučajevima može zavarivati)

~ ZA ZAVARIVANJE OBOJENIH METALA

- nema velikog izbora, pa se i ne može značajno pogriješiti ~ ZA NAVARIVANJE ČELIKA

- širok izbor odgovarajućih elektroda ~ IZBOR ELEKTRODE S OBZIROM NA TEHNOLOŠKA SVOJSTVA

- zavarivanje u prisilnim položajima: tanko i srednje obložene elektrode - zavarivanje korijena zavara na cjevovodima: celulozne elektrode

~ IZBOR STURJE I IZBOR ELEKTRODA

- transformatori: rutilne i kisele elektrode (za rad s izmjeničnom strujom) - ispravljači i pretvarači: sve vrste elektroda (za rad s istosmjernom strujom) - za visokolegirane elektrode se primjenjuje istosmjerna struja

~ PROMJER ELEKTRODE

- odabire se prema debljini osnovnog materijala (tako da se može izvršiti dobro provarivanje korijena zavara) i položaju zavarivanja, na osnovi iskustva

~ JAKOST STRUJE

- s obzirom na promjer, vrstu elektrode i položaje zavarivanja - prema preporukama proizvođača i prema iskustvu

~ IZBOR ELEKTRODE S OBZIROM NA EKONOMIČNOST

- promatra se koeficijent taljenja, koeficijent gubitaka i koeficijent iskorištenja elektrodes

~ ZA ZAVARIVANJE NELEGIRANIH ČELIKA

- prema mehaničkim svo- vlačna čvrstoća, istezljivost i žilavost metala zavara moraju biti jednake ili veće n

osnovnog materijala - za povećanu žilavost se odabire bazična elektroda - za zavarivanje debelih materijala i

onečišćenih čelika u pravilu se bira bazična elektroda ~ ZA ZAVARIVANJE NISKOLEGIRANIH ČELIKA

- prema mehaničkim svojstvima i kemijskom sastavu osnovnog materijala i to tako da metal zavara ima ta ili bolja svojstva

- kod debelih materijaimaju niskolegirane elektrode s bazičnom oblogom

ZA ZAVARIVANJE NELEGIRA~ NIH S NISKOLEGIRANIM ČELICIMA

- kod sučeljenih spojeva bira se elektroda koja odgovara manje-vrijednom materijalu, a kod kutnih s a bira se elektroda prema više-vrijednom materijalu

~ ZA ZAVARIVANJE VISOKOLEGIRANIH ČELIKA

- prema kemijskom sastavu i mehaničkim svojstvima osnovnog materijala, i to tako da metal zavara ima ista ili bolja navedena svojstva

~ ZA ZAVARIVANJE VISOKOLEGIRANIH ČELIKA S NISKOLEGIRANIM ILI NELEGIRANI

Tehnologija 3

3-37

3.2.2.1.6 Osnovna pravila u rukovanju elektrodama

~ prilikom prijenosa i transporta elektrode se ne smiju bacati

njske nepoznate elektrode ne smiju se upotrebljavati u zavarivanju

~ elektr tupa zraka, u nepoderanoj polietilenskoj vrećici ili limenoj zalem upotrebe sušiti; sve ostale treba, osobito pri zavarivanju konstrukcija koje z alitete spoja ako se z

visok zvuk; a se može

poruča proizvođač

primijetiti mali bijeli kristali (rezultat kemijsk ažni spojevi

~ moraju se uskladištiti u suhoj prostoriji koja se treba zagrijavati tako da unutrašnja temperatura uvijek bude veća od va

~ zahrđale, masne, oštećene ili ode dobro zatvorene od prisljenoj kutiji ne treba prije

kvahtijevaju visoku klasuavaruje u vlažn~ om prostoru, elektrode treba držati na suhom mjestu

~ bazične elektrode koje su duže od 4 sata u otvorenoj kutiji, smatraju se vlažnima ~ vlažne elektrode prepoznajemo po zvuku udara jedne elektrode o drugu (suhe = oštar i

vlažne = dubok zvuk); kod zavarivanja se čuju male eksplozije i pucketanje i vlagisparavati u vidu bijele pare

~ sušenje elektroda se vrši u posebnim pećima za sušenje s mogućnosti regulacije temperature sušenja koju pre

~ zavarivač bi na radnom mjestu trebao imati posebnu prijenosnu pećnicu u kojoj se održava temperatura ( o60 100 C÷ ) tako sa za vrijeme rada ne dođe do vlaženja elektrode

~ elektroda se ne smije uzimati masnim rukavicama (masnoća uzrokuje poroznost u zavarenom spoju)

~ ako su elektrode jako stare mogu se na površini oblogeih reakcija sastavnih dijelova obloge) – ne smiju se zavarivati v

Tehnologija 3

3-38

3.2.2.2 Priprema spojeva za zavarivanje ~ SPOJ = mjesto spajanja zavariva~ rubovi materija montaže ostvari

potreban oblik žlijeba ~ oblik žlijeba ov

- debljini - postupku - dostupnosti spo

~ SUČELJENI SPOJEV pravcu ili

~ KUTNI SPOJEVI

~ PREKLOPNI SPOJEV

~ da bi se omograzmak

~ kada je debljin i skošavaju da se omogući pristup električ

~ zaravnavanje na rubu ciznijeg održavanja zadanog razmaka među rubovima žlijeba

~ veličina skošenja kod V-s arivanja: - što je izvor topl- što je izvor topl ože biti veća

~ za deblje koma- zavarivanje se izvodi s ostatak) - postiže s- manje

~ ako se primjeni dvostruki U-spoj, još je veća ušteda na dodatnom materijalu ali je cijena izrade ovog žlijeba veća, pa se on primjenjuje samo kod većih debljina

njem dva ili više dijelova la prije zavarivanja moraju biti tako oblikovani da se prilikom

isi najviše o: materijala

zavarivanja ja

I = elementi se pozicioniraju tako da su njihove osi ili ravne u istom paralelne

= dijelovi su postavljeni tako da se njihove osi sijeku pod nekim kutem I = osi dijelova koji se spajaju se paralelno razmaknute

ućilo spajanje materijala po čitavoj debljini, samo s jedne strane, u žlijebu se ostavlja

a materijala veća, sam razmak nije dovoljan, već se rubovnog luka donjem rubu žlijeba

skošenja izvodi se radi pre

poja ovisi o postupku zavine koncentriraniji to kut otvora može biti manji ine jači debljina elementa koji se zavaruje m

de, kojima to pristup onemogućava, koristi se X-spoj (žlijeb) dvije strane (ned

e ušteda u količini utrošenog dodatnog materijala u odnosu na V-spoj su deformacije

Slika 3.46 – osnovne vrste spojeva za zavarivanje

Tehnologija 3

3-39

1. STRANICA ŽLIJEBA je bočna površina žlijeba – može biti: |, /, )

mjesto žlijeba – oštar ili odrezan

og dijela korijena žlijeba

jesto žlijeba

BA – kut pod kojim je pripremljen žlijeb 6'. KUT ZAKOŠENJA – polovina kuta otvora žlijeba

JAL – materijal dijelova koji se zavaruju

9. LICE ZAVARA –površina zavara (naličje = suprotno licu)

ZONA UTJECAJA TOPLINE (ZUT) – zona neistaljenog osnovnog materijala u kojoj je struktura izmijenjena zbog utjecaja topline

12. ŠIRINA ZAVARA – razmak rubova zavara

13. NADVIŠENJE ZAVARA – visina izbočine zavara iznad površine osnovnog materijala

14. BLAGI PRIJELAZ ZAVARA – blago prelaženje izbočine zavara u osnovni materijal

15. OŠTRI PRIJELAZ ZAVARA – strmo prelaženje

16. VISINA KUTNOG ZAVARA – "a"

17. SLOJ ZAVARA – jedan sloj dobiven pri jednom prolazu (višeslojno = više prolaza)

18. POKROVNI SLOJ – završni sloj zavara s lica ili s naličja

19. NAVAR – navareni metal na osnovni materijal

2. KORIJEN ŽLIJEBA je najuže 3. GRLO ŽLIJEBA – razmak u najužem mjestu žlijeba

4. VISINA GRLA ŽLIJEBA – visina ravn5. OTVOR ŽLIJEBA – najšire m6. KUT OTVORA ŽLIJE

7. OSNOVNI MATERI

8. KORIJEN ZAVARA –dio zavara u korijenu žlijeba

10. UVAR – dio osnovnog materijala istaljen pri zavarivanju

11.

Tehnologija 3

3-40

3.2.2.3 Položaji zavarivanja ~ najlakše je zavarivanje izvoditi u POLOŽENOM POLOŽAJU ~ u svim ostalim položajima znatno je složenije uravnotežiti sile u luku i djelovanje gravitacije na

talinu da bi se dobio najpogodniji oblik zavara ~ REL, TIG, MIG/MAG, PLINSKO ZAVARIVANJE – u svim položajima ~ EPP – ne izvodi se u vertikalnom ili nadglavnom položaju ~ EPT – izvodi se isključivo u vertikalnom položaju ~ PRINUDNI POLOŽAJI

- vertikalno, horizontalno-vertikalno, nadglavno - elektrodu treba postaviti tako da sile u luku podržavaju talinu i trosku za vrijeme rada i suprotstavljaju

se sili gravitacije ~ kutni spojevi se mogu izvoditi u svim prostornim položajima (za potpuno provarivanje po čitavoj

duljini potrebno je skošenje rubova)

Slika 3.47 – zavarivanje V-spoja u vodoravnom položaju (horizontalni, položeni položaj)

Tehnologija 3

3-41

Slika 3.48 – zavarivanje V-spoja u vertikalnom položaju

Slika 3.49 – zavarivanje V-spoja u zidnom položaju (horizontalno-vertikalni)

Slika 3.50 – zavarivanje V-spoja u nadglavnom položaju

Tehnologija 3

3-42

3.2.2.4 Parametri za zavarivanje ~ kod REL zavarivanja, operater bira samo jedan parametar na uređaju za zavarivanje, a to je STRUJA

ZAVARIVANJA ~ STRUJA ZAVARIVANJA

– ovisi o promjeru elektrode koja će se koristiti (ovisno o debljini materijala radnog komada, vrsti žice jezgre elektrode, te o položaju zavarivanja)

– pri zavarivanju običnim čeličnim obloženim elektrodama: ( )30 40I d= ÷ ⋅ – u slučaju zavarivanja u prisilnim položajima struja navedena u podacima proizvođača se

smanjuje za ~ NAPON ELEKTRIČNOG LUKA

– definirana i nepromjenjiva veličina:

15 20 %÷

20 40 VU = ÷ ~ DULJINA LUKA

– ovisi o promjeru elektrode i tipu obloge – rutilne, kisele i celulozne obloge: L d= – bazične obloge: (luk ima manju duljinu zbog teže ionizacije – posljedica obloge)

~ u slučaju da struja zavarivanja nije dobro postavljena (odabrana), oblik zavara se mijenja, kao i dubina penetracije

0,5L d= ⋅

Slika 3.51 – utjecaj struje zavarivanja na oblik navara (zavara)

~ mala struja zavarivanja = navar ima nadvišen oblik i uzak je; rastaljeni metal je relativno hladan, nema dobrog razlijevanja, a niti zagrijavanja osnovnog metala – mala penetracija

~ velika struja zavarivanja = protaljuje osnovni materijal – duboka penetracija; širok razliven navar jer postoji velika količina taline niske površinske napetosti (karakteristika zavara: uz rubove postoje ugorine)

~ odgovarajuća struja zavarivanja = navar (zavar) ima zadovoljavajuću penetraciju, malo nadvišenje i blage prijelaze na osnovni materijal

~ na oblik zavara još utječe i TEHNIKA RADA – jednolikost brzine zavarivanja, jednolikost širine poprečnog njihanja elektrode

Tehnologija 3

3-43

3.2.2.4.1 Utjecaj nagiba elektrode

~ elektrodu treba voditi okomito na talinu = najkraći luk – vrlo važno kod bazičnih elektroda (osjetljive na duljinu luka)

~ rutilne ili kisele elektrode dozvoljavaju otklon od okomite osi; ako je otklon veći, smanjuje se dubina penetracije jer se

~ osobito nepovoljan je negativan nagib jer jna još nezagrijan osnovni me

o15 20÷sile električnog luka rastavljaju u dvije komponente

edna komponenta sila luka gura rastaljeni metal i trosku tal gdje se oni miješaju i brzo skrućuju

Slika 3.52 – nagib elektrode pri zavarivanju

Slika 3.53 – prikaz utjecaja nagiba elektrode ovisno o obliku žlijeba i položaja zavarivanja

Tehnologija 3

3-44

3.2.2.5 Mehanizirani postupci zav da ~ u cilju pove rijante

postupaka1. GRAV

GRAVITATOR - uređaj kod kojeg obložena elektroda, većeg promjera ) i duljine

arivanja uz primjenu obloženih elektroćanja produktivnosti zavarivanja obloženim elektrodama, uvedene su neke va

koje obuhvaćaju: ITACIJSKO ZAVARIVANJE

( 5 8 mm÷( 700 900 mm÷ ) uhvaćena u kliještima za zavarivanje, oslonjena na oblogu, klizi po špici gravitatora dok se potpuno ne rastali i automatski prekine luk

- čovjek je potreban samo za ulaganje nove elektrode i uspostavljanje luka, a daljnji proces pomicanja elektrode odvija se uslijed djelovanja sile gravitacije

Slika 3.54 – gravitaciono zavarivanje

2. KONTAKTNO ZAVARIVANJE

- koriste se slične elektrode kao kod gravitacijskog zavarivanja, ali su obloge prilagođene zavarivanju pod znatno manjim nagibom elektrode

- uređaj se sastoji od magnetskih držača, te polužno-opružnog mehanizma s kliještima koji održava određeni nagib elektrode sve dok se ona ne rastali

- zavarivač umeće novu elektrodu, premješta uređaj na novi položaj i ponovo uspostavlja novi luk

Slika 3.55 – kontaktno zavarivanje

Tehnologija 3

3-45

3. ZAVARIVANJE POD LETVOM

se izvodi elektrodama položenim uzduž spoja prekrivenih bakrenom letvom

om letvom

- za sučeljene i kutne spojeve duljine do 2 m - zavarivanje - elektroda je na jednom kraju spojena na izvor struje, a na drugom se uspostavlja luk koji se

održava između radnog komada i elektrode, a pokriven je troskom i bakren

Slika 3.56 – zavarivanje pod letvom

Tehnologija 3

3-46

3.2.3 ELEKTROLUČNO ZAVARIVANJE POD PRAŠKOM (EPP)

~ elektrolučni postupak ~ električni luk se održava između kontinuirane taljive elektrode (žica) i radnog komada i on je u toku

procesa prekriven slojem praška i troske koja nastaje taljenjem dijela tog praška ~ prašak štiti rastaljeni metal od djelovanja okolne atmosfere, sprječava naglo hlađenje zavara i

oblikuje zavar ~ prašak ima utjecaja i na kemijski sastav metala zavara ~ u procesu ostvarivanja spoja sudjeluje veći postotak osnovnog materijala nego kod REL zavarivanja

Slika 3.57 – shema EPP zavarivanja

Slika 3.58 – proces taljenja metala pri EPP zavarivanju

~ priprema za zavarivanje se izvodi u ovisnosti o debljini osnovnog materijala: - -spoj za debljine do približno

- -spoj za debljine veće od

I 12 mm

Y 10 mm

Tehnologija 3

3-47

Slika 3.59 – izgled presjeka zavara pri EPP zavarivanju nakon skrućivanja taline

~ najčešće se primjenjuje MEHANIZIRANA varijanta postupka – mehanizirano je dodavanje elektrodne žice i pomicanje u smjeru zavarivanja

~ poluautomatski uređaji – ručno vođenje glave ~ namijenjena postupka: prvenstveno za zavarivanje i navarivanje debljih i duljih spojeva (u gradnji spremnika,

za čelične konstrukcije, brodogradnje, šavne cijevi većih promjera, navarivanje nehrđajućih čelika na nelegirani čelik, ...)

~ zavaruju se najčešć legirani čelici ~ primjena ovog postupka je ekonomična za zavarivanje spojeva dužih od , te za limove deblje

a tanjim (debljine od položaju ili u posebnim slučajevima u H-V (horizontalno-vertikalnom)

a)

e nelegirani i niskolegirani konstrukcijski čelici, te visoko0,5 m

od 10 mm ; primjenjiv je i n~ zav nom

2 mm )aruje se u polože

položaju (npr. gradnja plašta rezervoar

Slika 3.60 – primjena EPP zavarivanja u H-V položaju (npr. gradnja plašta rezervoara)

Tehnologija 3

3-48

~ elektroda (pobakrena za zavarivanje čelika): - žica punog presjeka promjera 2 6 mm÷ - traka (Slika 3.61)

Slika 3.61 – primjena elektrode u obliku trake za navarivanje

~ izbor zaštitnog praška ovisi o: - vrsti materijala - debljini lima, odnosno vrsti spoja - svojstvima površine lima - parametrima zavarivanja

~ po kemijskom sastavu praškovi su vrlo slični sastavu obloge kod obloženih elektroda i imaju istu funkciju

~ prema načinu proizvodnje razlikujemo: TALJENE – proizvode se taljenjem u elektrolučnim ili plinskim pećima pri temperaturi iznad

– rastaljena masa lijeva se u vodu gdje se talina skrućuje u obliku grumena koji se kasnije suše i drobe na potrebnu veličinu

– prednosti: nisu higroskopni za razliku od aglomeriranih (koje treba ih sušiti) – nedostaci: način proizvodnje – treba više energije i izaziva se prilično zagađenje okoline

AGLOMERIRANE – dobivaju se vezivanjem sitno mljevenih komponenti, a kao vezivo služi neka vrsta vodenog stakla

SINTERIRANE MIJEŠANE – sastoje se od dva ili više tipova prašaka

o1500 1600 C÷

Tehnologija 3

3-49

3.2.3.1 Utjecaj parametara na oblik zavara ~ parametri zavarivanja:

- napon na ku

d

- struja zavarivanja električnom lu

- brzina zavarivanja

ni oblik spoja ovisi o zajedničkom djelovanju tih parametara ~ konač~ promjena jednog parametra izaziva odmah i promjenu ostalih parametara ~ ostali parametri koji utječu na oblik zavara:

- slobodna duljina žice - mjesto priključka mase na radni koma- nagib radnog komada

Slika 3.62 – utjecaj parametara zavarivanja na oblik zavara

Tehnologija 3

3-50

3.2.3.2 Usporedba EPP zavarivanja s REL postupkom

-

~ prednosti: do 15 puta povećan učinak zbog bitno veće gustoće struje u elektrodi ( 240 50 (80) A mm÷ EPP;

210 15 A mm÷ REL) - manji utrošak dodatnog materijala, jer u ostvarivanju spoja više sudjeluje o

penetracije (kutni spojevi mogu biti manjih dimenzija i time sesnovni materijal zbog veće

smanjuju deformacije)

je manji utrošak električne energije jer je električni luk pokriven slojem praška koji sprječava

bna zaštita za oči = lakši rad, radnik se manje umara

čena kvaliteta zavara

žnih, ulazno-izlaznih

- manji otpad dodatnog materijala - specifično

radijacijske gubitke - električni luku je pokriven = nije potre- manje zagađivanje okolne atmosfere - povećana i ujedna

~ nedostaci: zbog velike taline i sporijeg- hlađenja veće je zrno u strukturi zavara, što uvjetuje lošiju žilavost spoja

- moguća veća sistematska greška zbog nemogućnosti praćenja luka - nije pogodan za sve položaje zavarivanja - nije prikladan za tanje limove i kraće zavare - osiguranje kvalitetnog početka i završetka zavara omogućeno je primjenom produ

pločica koje se nakon zavarivanja odstranjuju s konstrukcije

Tehnologija 3

3-51

3.2.3.3 Pod~ PODLOG

korijenskog sloja što je najkritičnija operacija – potrebno je uravnotežiti brojne sile koje djeluju na talinu uz zahtjev da se

a, bez prevelikog nadvišenja i ugorina

~ primjenom podloge ostvaruju se ekonomsko-tehnološke prednosti: - mogu z okretanja dijelova ili čitave konstrukcije (niži

troškovi- mogu prolazu, s jedne strane uz

kcijama gdje je druga strana spoja teško pr

- moguuk

- prim ipreme po

- topl lacija (nemetalne podloge) povoljno utječe na smanjenje kutnih deformacija spoja (izjednačuje se brzina hlađenja na licu i korijenu zavara)

3.2.3.3.1 aterijala

a) podloge koje nakon zavarivanja čine sastavni dio spoja i konstrukcije e i ulaze u metal zavara ili bivaju djelomično rastaljene i ostaju j (slučaj pri primjeni traka iz čeličnih materijala)

nih uz primjenu trakastih podloga je loša dinamička kao koncentratori naprezanja) – koriste se samo gdje

ezanja

ju, a poslije se uklanjaju s mjesta spoja za

ešće od bakra i može biti hlađena vodom legure, te podloge su od nehrđajućih čelika (bakrene bi

mogle izazvati koroziju)

II] PODLOGE IZ PRAŠKA ZA ZAVARIVANJE I OSTALIH PRAŠKASTIH MATERIJALA - prašak može biti:

rastresit rastresit omotan tkanjem povezan vezivom u želatinastu masu kompaktan

- nedostatak podloga iz rastresitog praška: primjena samo za vodoravni položaj - krute podloge iz briketiranog ili sinteriranog praška izrađuju se u više slojeva iz različitog

materijala gdje svaki ima posebna svojstva i ulogu – često kombinacija praška i bakra - fleksibilne podloge iz praška povezanog želatinastim vezivom imaju prednost da pri

postavljanju mogu pratiti zakrivljenost konstrukcije, ali nedostatak im je osjetljivost pri rukovanju (česta oštećenja površine)

loge pri zavarivanju prvog sloja E = profilirani dijelovi postavljeni uz spoj s donje strane žlijeba koji će biti zavarivan tako

da osiguravaju pravilno oblikovanje prvog tzv.

osigura potpuna penetracij

ćnost zavarivanja samo s jedne strane, be)

ćnost zavarivanja limova većih debljina samo u jednom upotrebu automata za zavarivanje

- mogućnost izvođenja kvalitetnog zavara na konstruistupačna

izostavljanja žlijebljenja i ponovnog zavarivanćnost ja - znatno utječe na vrijeme i upne troškove izrade

jenom podloga pojednostavljuje se priprema zavarenog spoja - tolerancije prstaju manje kritične

inska izo

- mogućnost rada s povećanim parametrima - manje slojeva i kraće vrijeme

Podjela prema vrsti mI] METALNE PODLOGE (dvije osnovne grupe)

- potpuno se talprivarene uz spo

- nedostatak spojeva izvedeizdržljivost (trake djelujunema dinamičkih napr

b) podloge koje pridržavaju talinu pri zavarivančelične materijale

- ta podloga je najč- za aluminij i aluminijske

Tehnologija 3

3-52

III] KERAMIČKE PODLOGE - s različitim oblicima utora i u različitim veličinama - mogu biti higroskopne (moguća pojava poroznosti u zavarenom spoju) ili otporne na

vlagu, ovisno o vrsti keramike i načinu proizvodnje

IV] PODLOGE IZ STAKLA - mogu biti:

KRUTE (obično prozorsko staklo) ELASTIČNE (iz staklenog tkanja u više slojeva)

- višeslojne podloge se često kombiniraju s drugim vatrootpornim materijalima (npr. praškom za zavarivanje, azbestom, keramikom)

- upotreba: uglavnom za tanje limove zbog manjeg toplinskog k teta staklenog tkanja (manja unesena količina topline i manja talina)

- lnost (prednost pri primjeni u terenskim uvjetima), ne postoji opasnost od provarivanja

- sistemi pričvršćivanja zahtijevaju minimalno vrijeme postavljanja (uklanjanja) nemetalnih podloga

~ pri zavarivanju specijalnih materijala potrebno je voditi brigu o mogućim metalurškim reakcijama ~ prema djelovanju na metal zavara podloge mogu biti:

AKTIVNE (djelujući na kemijski sastav zavara) NEUTRALNE . S DODACIM

3.2.3.3.2 Načini pričvršćivanja podloga

~ utječu na ukupnu ekonomičnost primjene ~ teži se primjeni što jednostavnijeg načina ~ u primjeni su slijedeći načini pričvršćivanja:

MEHANIČKO-PNEUMATSKE NAPRAVE (Slika 3.63) MAGNETSKI ILI VAKUUMSKI DRŽAČI (Slika 3.64) OPRUŽNE ŽICE (Slika 3.65) SAMOLJEPLJIVE TRAKE (Slika 3.66)

apaci

općenito nemetalne podloge su lagane za rukovanje, posjeduju određenu fleksibi

A METALA (radi povećanja učinka)

Slika 3.63 – načini pričvršćenja podloga

Tehnologija 3

3-53

Slika 3.64 – princip pričvršćivanja podloga magnetima ili vakuumskim držačima

Slika 3.65 – princip pričvršćivanja podloga opružnom žicom

Slika 3.66 – princip pričvršćivanja podloga samoljepljivom trakom

~ najčešće se primjenjuju keramičke podloge dužine

25 30 mm÷ na aluminijskoj foliji sa slojem ljepila kao elementom za pričvršćenje:

- ove podloge omogućuju prilagodljivost obliku radnog komada - postavljanje je kratkotrajno - dodatno osiguravaju korijensku stranu od utjecaja atmosfere - zahtijevaju umjereno čišćenje sloja površinskih oksida i nečistoća - ograničenje: nosivost podloge s obzirom na masu taline te otpornost ljepila na povišene temperature

(samoljepljive trake su otporne na temperature do ) o500 C≈

Tehnologija 3

3-54

~ MAGNETSKO PRIČVRŠĆENJE aterijale

enja:

tjeva znatno više magneta i pogodnija je za neravne površine

- magnetski držači mogu biti različitog geometrijskog oblika - nedostatak: - na povišenim temperaturama gube magnetizam

- izazivaju magnetsko puhanje luka

~ VAKUUMSKI STEZAČI - pogodni za sve vrste materijala (osobito aluminijske legure) - zahtijevaju dobro obrađenu površinu za nalijeganje vakuumskih elemenata

~ PRIČVRŠĆENJE OPRUŽNIM ŽICAMA - jednostavno rješenje za pričvršćenje keramičkih podloga koje moraju imati provrte za

umetanje žice – nije potrebna primjena nosivih okvira

~ MEHANIČKO PRIČVRŠĆAVANJE KLINOVIMA ILI VIJCIMA - dugotrajna operacija - rijetko se koristi

~ PNEUMATSKO PRIČVRŠĆENJE - jednostav- skupa izrada elemenata pa se koristi samo kod nepromjenjivih radnih mjesta u linijskoj

proizvodnji

~ oblici utora podloge ovise o namjeni podloge i vrsti postupka zavarivanja ~ prema primjenjivosti postoji bitna razlika između grupe metalnih podloga i ostalih grupa podloga

(nemetalne) ~ metalne podloge:

- teške, relativno skupe u izradi, nedovoljno prilagodljive zakrivljenim ili neravnim površinama - zahtijevaju primjenu dodatnih, skupih, glomaznih i složenih naprava - primjena: samo na nepromjenjivim radnim mjestima - ako se ne koriste dodatne naprave, podloge se pričvršćuju prihvatnim zavarivanjem (zahtjeva

dodatni rad na uklanjanju tragova njihove primjene)

~ keramičke podloge zbog svoje relativne jednostavnosti proizvodnje i rukovanja imaju najširu primjenu

- samo za feromagnetske m- jednostavna metoda, zahtjeva primjenu više ili manje fleksibilnih okvira u koje se stavljaju

elementi krutih keramičkih podloga ili podloga iz briketiranog praška za zavarivanje - načini pričvršć

s parom magnetskih držača poprijeko na spoj s jednim magnetom i opružnim držačem – zah

an i brz način

Tehnologija 3

3-55

3.2.4 T.I.G. ZAVARIVANJE

= Tungsten (wolfram) Inert Gas ~ elektrolučni postupak zavarivanja gdje se toplinom oslobođenom u električnom luku koji se

zavarivanja ni os aterijal, dodatni materijal, zagrijani vrh elektrode) se štiti od

uspostavlja između elektrode načinjene iz wolframa i radnog komada tali osnovni, a po potrebi i dodatni materijal

~ mjesto (rastalje novni mštetnog djelovanja okolne atmosfere inertnim plinovima

Slika 3.67 – eđaja za T

shematski prikaz kompletnog ur IG zavarivanje

Slika 3.68 – shematski prikaz TIG postupka

Tehnologija 3

3-56

~ wolframova elektroda služi isključivo za uspostavljanje i održavanje električnog luka

o opterećenje

ar

ntakta

- izrađuju se od čistog wolframa, ili češće od wolframa legiranog s malim dodacima (1 2 %÷ ) torijevog ili cirkonijevog oksida – olakšavaju uspostavljanje luka, stabiliziraju luk, osobito pri malim jakostima struje, smanjuju eroziju vrha elektrode, te povećavaju dozvoljeno strujn

- vrh elektrode mora biti brušenjem pripremljen na pravilan oblik ovisno o vrsti i veličini struje, te zahtjevima na zav

- 0,8 9,5 mmed = ÷ ; 200 mmL = - ne smije se taliti ("netaljiva") – uslijed erozije vrha, te njegovom prljanju u slučaju mehaničkog ko

s radnim komadom (brušenjem se mora ukloniti), ona se postupno troši (170 mm 30 h rada≈ )

Slika 3.69 – oblik vrha elektrode i veličina zagrijanosti vrha u ovisnosti o vrsti struje

VRSTA STRUJE ZAVARIVANI (OSNOVNI) MATERIJAL NAPOMENA

istosmjerna svi materijali osim aluminija i ih legura

mogućnost najvećeg opterećenja elektrode elektroda (-) pol magnezija i njihov

izmjenična ili

al

imp

uminij i magnezij moguće uklanjanje oksida s novnog materijala

ulsna i njihove legure površine os

istosmjerna posebni slučajevi vrlo malo dozvoljeno

opterećenje elektrode elektroda (+) pol

~ prednosti: terijala

- nem

- visoka kvaliteta zavara - nema troske, dima i isparavanja - raspon debljina okvirno - brzina dodavanja dodatno materijala je nezavisna o energiji električnog luka - mogućnost automatizacije

~ nedostaci: - neekonomičnost za veće debljine (mala količina nataljenog materijala) - otežan rad na otvorenom (vjetar!) - kvalitetna priprema spoja (geometrija, odmašćivanje) - čistoća površine - utjecaj ljudskog faktora: zavarivač - cijena plina (ako nisu optimizirani parametri!)

- primjenjiv za zavarivanje svih maa rasprskavanja kapljica

- zavarivanje u svim položajima - zavarivanje u radionici i na terenu

1 6 mm÷

Tehnologija 3

3-57

3.2.4.1 Zavarivanje aluminija potrebno je s njegove

) koja nastaje oksidiranjem aluminija

la

ture taljenja rezultirat će s

~ da bi bilo moguće kvalitetno provesti postupak zavarivanja aluminija površine ukloniti kožicu ( 2 3Al O

~ površinski oksid se formira brzo pa ga je teško u potpunosti ukloniti s površine prije samog postupka zavarivanja

~ problem je u tome što je temperatura taljenja oksida aluminija ( o2060 C ) veća nego čistog meta( o660 C ), dok su temperature taljenja oksida ostalih metala manje ili iste onima čistog metala

~ zagrijavanje aluminija bez uklonjenog površinskog oksida do temperarastaljenim "bazenom" aluminija zarobljenog ispod oksidirane površine

~ stoga se za uklanjanje površinskog oksida u postupku zavarivanja u zaštiti plinova koristi fenomen poznat pod imenom "KATODNO ČIŠĆENJE"

- kada je elektroda spojena na pozitivni pol izvora istosmjerne struje elektroni putuju s radnog komada prema elektrodi dok ioni putuju u suprotnom smjeru bombardirajući površinu radnog komada čime se površinski oksidni sloj razbija i disperzira omogućujući da se materijal kvalitetno zavari

- problem koji se javlja kod ovog načina zavarivanja je taj što se elektroda pregrijava jer se 2 3 topline generira na vrhu pozitivnog pola

sloj, a kada je negativan

3.2.4

- električni luk je uži i ima veću energij mogućava veće brzine zavarivanja - nedostatak je opasnost pojave vodikom uzrokovanih pukotina i poroznost kod aluminija

ARGON/HELIJ ) - helij utječ ćanje energije električnog luka, što omogućava veće brzine i bolju penetraciju - nedostatak je visoka cijena i poteškoće kod uspostavljanja električnog luka

ARGON + DUŠIK ) - zavarivanje austenitnih čelika, nikal legure

za zaštitu korijena se koriste zaštitni plinovi: DUŠIK, DUŠIK/VODIK, ARGON

- kompromis se može postići korištenjem izmjenične struje umjesto istosmjerne čime se proces podijelio na dva dijela. U trenutku kada je na elektrodi pozitivan pol razbija se oksidni onda se elektroda hladi

.2 Zaštitni plinovi ~ zadatak zaštitnog plina je da osigura prikladnu atmosferu, koja se da što lakše ionizirati, te štititi vrh

elektrode i talinu od kontaminacije kisikom i drugim plinovima iz okoline ~ vrste:

ARGON - najčešće korišteni zaštitni plin - čelici, nehrđajući čelici, aluminij, titan

ARGON/VODIK ( 2 5 %÷ ) - reducirajući efekt, bolji izgled zavara, ema površinske oksidacije n

u te o

( do 50 %e na pove

( 1 3 %÷duplex i

Tehnologija 3

3-58

3.2.4.3 Izvori struje ~ primjenjuju se ISTOSMJERNI, IZMJENIČNI i KOMBINIRANI izvori struje ~ izbor struje ovisi o vrsti zavarivanja:

- RUČNO – izvor treba imati strmo padajuću karakteristiku da se osigura približno konstantna struja

r je osigurana konstantna dužina luka

visokonaponskim visokofrekventnim generatorima

uge strane dolazi do uključivanja wolframa u osnovni materijal s nepovoljnim

rha elektrode i radnog komada mora

višta sigurnosti primjenjuje se onaj visoke frekvencije koji zbog SKIN-EFEKTA nije krug struje zavarivanja i osigurava uspostavljanje

taviti električni luk kratkim spojem na pomoćnom komadu grafita ili bakra a zatim

ičnom strujom, a zavareni spoj

način rada ima značajnim prednosti pri zavarivanju osjetljivih materijala te u prisilnim j o iti

zavarivanja neovisno o promjenama dužine luka uslijed pomicanja ruke zavarivača - MEHANIZIRANO – izvori s ravnom karakteristikom je

~ budući da se uspostavljanje električnog luka kratkim spojem kod TIG postupka izbjegava, izvori su dodatno opremljeni

~ kratak spoj wolframove elektrode i radnog komada, s jedne strane oštećuje vrh pa je stabilnost luka smanjena, a s drposljedicama po mehanička svojstva spoja

~ da bi se uspostavio električki luk bez kontakta između vpostojati vrlo visok napona koji će omogućiti početnu ionizaciju, a zbog nepoželjnosti visokog napona sa stanoopasan za radnika (paralelno je spojen u električnog luka)

~ moguće je usposse luk dok je još zagrijan vrh elektrode prenese na radni komad (izbjegava se)

~ IMPULSNO ZAVARIVANJE (Slika 3.70): - način zavarivanja kojim se jakost električne struje ritmički mijenja u dvije razine. U određenom

vremenskom intervalu ( zt ), čija dužina se može namjestiti, prolazi električna struja veće jakosti ( zI ) s Ikojom se tali i protaljuje, potom slijedi struja manje jakosti ( d ), opet u određenom vremenskom

intervalu ( dt ), koja dopušta skrućivanje pretaljenog mjesta ali ne i hlađenje. Tako se u određenim vremenskim razmacima ponavlja zavarivanje jačom i slabijom elektr

ljen je od niza točaka protaljivanja koje se preklapaju sastav- ovakav

položajima, jer se pogodnim trajanjem i amplitudom impulsa može osigurati taljenje materi ala, a d bmala talina koja se neće cijediti

- ovakav način rada je naročito prikladan za zavarivanje tankih limova

vrijeme

struja

dI

zI

z

dIzt

dtpulsna struja

... osnovna struja

... trajanje impulsne struje

... trajanje osnovne struje

I ... im

zt dt

Slika 3.70 – dijagram električne struje i vremena kod TIG impulsnog zavarivanja

Tehnologija 3

3-59

3.2.5 PLAZMA ZAVARIVANJE

~ razvilo se iz TIG postupka zavarivanja, kod oba postupka se koristi netaljiva wolframova elektroda i relativno je malo unošenje topline

~ kod zavarivanja plazmom elektroda je malo upuštena u sapnicu ~ plin pod tlakom izlazi kroz mali otvor na donjem dijelu sapnice, oko tog mlaza vrućeg plazmenog

plina postoji i drugi koncentrični omotač zaštitnog plina ~ osnovna prednost električnog luka kod plazma postupka je njegova paralelnost, tj. on se ne širi kao

kod TIG postupka ~ koncentrirani mlaz vrućih plazmenih plinova usmjeren na osnovni materijal tali ga oblikujući talinu

zavarenog spoja ~ plazmeni mlaz velike brzine osigurava bolji prijenos topline nego kod TIG zavarivanja istom

strujom, dajući veću brzinu zavarivanja uz veću penetraciju ~ postupak zavarivanja "TALJENJEM" se koristi kod zavarivanja vrlo tankih limova, višeslojnih i

kutnih spojeva ~ tehnika rada "PROTALJIVANJEM" (KEYHOLE)

- plazmeni mlaz protaljuje čitavu debljinu osnovnog materijala oblikujući otvor u materijalu oblika ključanice

- plazmeni plinovi koji struje nad otvorenom ključanicom pomažu u uklanjanju plinova koji bi pod drugim okolnostima bili zarobljeni u rastaljenom metalu i uzrokovali poroznost

- zavareni spoj nastaje uslijed sila površinske napetosti koje osiguravaju tečenje rastaljenog materijala oko otvora, zatvarajući ga iza izvora topline, kako on napreduje u smjeru zavarivanja (simetrična zona linije staljivanja zavarenog spoja umanjuje sklonost poprečnim deformacijama)

- primjenjuje se kada plazmeni obično za područja debljine od ovisn

- postupak je moguće izvesti u svim položajima, ručno ili mehanizirano

:

mlaz može proći po čitavoj debljini spoja,o sastavu osnovnog materijala i plazmenog plina 1, 5 12 mm÷ ,

~ izvor struje- u većini slučajeva istosmjerni sa strmo padajućom karakteristikom napona praznog hoda 0 80 VU =

~ plazma pištolj nalikuje na TIG pištolj, ali je složeniji jer osim kanala za plazmeni plin ima često i kanal za zaštitni plin, te obavezno sistem vodenog hlađenja (Slika 3.71)

lin: (argon) u količini od

~ prema načinu uspostavljanja električnog luka razlikujemo: - PRELAZNI LUK – između elektrode i radnog komada - NEPRELAZNI LUK – između elektrode i sapnice

~ plazmeni p Ar 0,5 2,5 l min÷ ~ plin za zaštitu plazmenog mlaza i mjesta zavarivanja od okolišne atmosfere: inertni plinovi (argon, helij ili

njihove mješavine, ponekad uz male dodatke nekih aktivnih plinova) protoka 5 15 l min÷ ~ primjena:

- male debljine - materijali osjetljivi na velike deformacije (CrNi ) - zavarivanje opreme za medicinu, procesnu industriju, precizni elementi za medicinu, ...

- zavarivanje šavnih cijevi od CrNi čelika- zavarivanje bakra

Tehnologija 3

3-60

Slika 3.71 – usporedba postupaka TIG i plazma

~ prednosti: - razmak i radnog komada nije kritična veličina iz čega proizlazi da je lakše dodavanje

mogućuje dubošto smanjuje kutne

igurava veću brzinu zavarivanja, a luk je stabilan

ja

li vrlo uski mora se koristiti

arivanja (već od - brzina zavarivanja - udaljenost sapnice od radnog k mada - protok plazmenog plina - protok zaštitnog plina

između pištolja dodatnog materijala, odnosno nemogućnost da elektroda dotakne dodatni materijal ili rastaljenu kupku također onemogućuje mogućnost onečišćenja metala zavara s volframom i čime je smanjena potreba za pripremom elektrode

- velika koncentracija energije u plazma mlazu o ku penetraciju, te potpuno protaljivanje u jednom prolazu. Zona utjecaja topline spoja je uska s paralelnim rubovima deformacije

- velika koncentracija energije os

~ nedostaci: - uske tolerancije pripreme spoja obzirom na prirodu luka plazma postupak zavarivan- plazma pištolj je mnogo osjetljiviji na oštećenja nego kod TIG postupka - i najmanji pištolji moraju imati vodeno hlađenje, a budući da su kana

pripremljena voda bez kamenca da ne dođe do začepljenja kanala - zahtijeva se vrlo točno održavanje razmaka između vrha elektrode i sapnice

~ parametri zavarivanja: - struja zav 0, 05 A )

o

Tehnologija 3

3-61

3.2.6 M.I.G./M.A.G. ZAVARIVANJE

~ električni luk se održava između t jive, bliku žice spojene na + pol istosmjernog izvor i radnog komada

~ proces se odvija u zaštitnoj atmosferi koju osiguravaju inertni plinovi ( ) = MIG, ili aktivni plinovi(

al kontinuirane elektrode u oa

,Ar He

2 , mješavineCO ) = MAG

Slika 3.72 – shema elektrolučnog zavarivanja taljivom metalnom elektrodom u zaštitnoj atmosferi plinova

~ pogonski sistem dodaje žicu konstantnom brzinom kroz cijevni paket i pištolj, u električni luk ~ žica = elektroda i dodatni materijal ~ postupak: - POLUAUTOMATSKI - mehanizirano dodavanje, ručno vođenje

- AUTOMATSKI - glava s pištoljem može biti pokretana nekim mehanizmom ili nepokretna (miče se radni komad)

~ kada se zavarivanje vrši na udaljenosti većoj od od izvora struje, obično se primjenjuje dodatni pogon za dodavanje žice u samom pištolju - " ULL" sistem čija je primjena nužna i na manjim udaljenostima kada se radi s tanjim žicama

5 mPUSH-P( 0,6 0,8 mmd = ÷ ) ili žicama od mekših materijala

(aluminij ili njegove legure) – on sprječava gužvanje žice unutar cijevnog vodiča ~ zaštitni plinovi št kolne atm zavarivanja se dovode

kroz posebnu sapnicu na pištolju ~ u slučaju primjene inertnog plina nema reakcije rastaljenog metala s plinom – koriste se za

zavarivanje osjetljivih materijala (aluminij, bakar i legure, titan, krom-nikal čelici ) ~ kod zavarivanja nelegiranih čelika – aktivni plinovi (čisti ili mješavina ) ~ u ovakvoj atmosferi dolazi do reakcije između i rastaljenog metala ~ je inertan pri nižim temperaturama, ali se iznad disocira u ugljični monoksid ( ) i

slobodni kisik koji reagira s rastaljenim metalom ~ može doći do ponovnog vezivanja čime se oslobađa toplina što za posljedicu ima veće

provarivanje: odlazi u atmosferu

ite rastaljeni metal od utjecaja o osfere, a na mjesto

2CO 2 2/ /Ar CO O

2CO

2CO o1600 C CO

2CO

2CO CO O→ + , COFe O FeO+ →

Tehnologija 3

3-62

~ štetno stvaranje oksida se sprječava legiranjem dodatne žice dezoSi O SiO+ →

ksidantima (silicij, mangan):

vezivanje slobodnog kisika

+ → +

lazi nešto više tih elemenata

2 2

Mn O MnO+ →

2 2C CO CO+ →

FeO C Fe COC O CO+ → CO odlazi u atmosferu – procesi dezoksidacije

~ zbog odgorijevanja silicija i mangana, tijekom zavarivanja u žici se nanego što je potrebno za dezoksidaciju – obično se silicij i mangan dodaju u omjeru 1: 2 ( 0,8 % Si ; 1,6 % Mn )

Slika 3.73 – kemijske reakcije pri zavarivanju čelika 2MAG-CO

Tehnologija 3

3-63

3.2.6.1 Žice za MIG/MAG zavarivanje ~ najčešće se koriste pune žice promjera 0,6 2,4 mm÷ ~ žice od čeličnih materijala su pobakrene ili pocinčane radi boljeg električnog kontakta i zaštite od

~ površi ve koji s

~ praško h presjeka (ovisno o načinu proizvodnje) koriste se uz plinsku zaštitnu ~ postoje žice koje same stvaraju zaštitnu atmosferu raspadanjem jezgre ~ prijenos metala s elektrode (žice) u talinu na radni komad obavlja se diskretnim komadićima metala

talini prilikom kratkog spoja elektrode i radnog komada

rakteristici luka razlikujemo četiri karakteristična načina prijenosa:

vrši se uz male struje zavarivanja i mali napon električnog luka - os varivanje tankih limova, korijenskog

sl

g luka

korozije na žice mora biti glatka, vrlo točnih dimenzija i žica mora biti uredno namotana na koluto

e postavljaju u uređaj za dodavanjem punjene žice raznovrsni

ili metalnim kapljicama ~ kapljice s vrha elektrode prenose se kroz električni luk slobodnim letom ili metalne kapljice s vrha

elektrode ostaju uronjene u~ dio metala pri zavarivanju prenese se na jedan, a dio na drugi način ~ prema ka

KRATKIM LUKOM ŠTRCAJUĆIM LUKOM MJEĐOVITIM LUKOM IMPULSNIM STRUJAMA

~ prijenos kratkim spojevimatvaruje se mala količina rastaljenog metala – pogodno za za

oja i zavarivanja u prisilnim položajima

~ štrcajući luk ostvaruje se uz jake struje zavarivanja i veliki napon električno- velika penetracija i velik unos topline – pogodno za zavarivanje predmeta velikih debljina, samo u

položenom položaju - produktivnost 5 7 kg h÷ žicom promjera 1, 2 mm

Slika 3.74 – presjeci praškom punjenih žica

Tehnologija 3

3-64

3.2.6.2 Uloga plinova pri zavarivanju ~ mjesto zavarivanja i kapljice rastaljenog metala za vrijeme leta kroz električni luk i talina moraju se

aštitnog plina ima veliki značaj za efikasnost zaštite mjesta zavarivanja od utjecaja okolne atmosfere

~ argon (najgušći inertni plin – 10x gušći od helija) i

zaštititi od djelovanja okolne atmosfere ~ utjecaj zaštitnih plinova odražava se na:

- električno-fizikalna svojstva električnog luka i time na prijenos metala s elektrode na radni komad - metalurške procese u talini zavara - tehnološke parametre

3.2.6.2.1 Utjecaj zaštitnih plinova na fizikalno-električna svojstva luka i način oblikovanja spoja

~ specifična gustoća z

2CO ( 13 gustoće argona) oblikuju dobar zaštitni

omotač ~ dušik, helij i vodik skloni su turbulentnom strujanju pri izlasku iz sapnice ~ kod helija je potreban veći protok za istu kvalitetu zaštite u položenom položaju (prikladan za

zavarivanje u nadglavnom položaju zbog manje gustoće) ~ toplinska vodljivost plinske atmosfere utječe na radijalne gubitke topline = utječe na oblik jezgre

luka i njegovu geometriju: - argon: niska toplinska vodljivost = uska zona jezgre luka - helij: šira toplinska vodljivost = šira zona jezgre luka

~ toplinska vodljivost se odražava i na oblik penetracije u osnovni materijal ~ procesi ionizacije, na svojstva električnog

luka ovisno o sistemu zaštitni p- TIG: struja zavarivanja se prenosi ionima i elektronima zaštitnog plina - MIG/MAG: plinska plazma se kontaminira metalnim parama, ovisno o temperaturi ključanja i

latentnoj toplini taljenja materijala koji se razmjerno lako ioniziraju i postaju osnovni nosioci naboja

~ pri rekombinaciji kada ionizirani plin u dodiru s hladnijim osnovnim metalnom vraća apsorbiranu energiju, zagrijavanje radnog komada je efikasnije nego s ioniziranim inertnim plinom

~ djelovanje zaštitnog plina ili mješavine plinova na rastaljeni metal može biti: NEUTRALNO

disocijacije i rekombinacije u plinskoj atmosferi utječu lin-elektroda:

OKSIDIRAJUĆE REDUCIRAJUĆE

Slika 3.75 – karakterističan oblik električnog luka i njegova geometrija

~ neke vrste zaštite zbog svojih fizikalno-toplinskih svojstava će dati veću ili manju penetraciju, veću ili manju širinu zavara, veće brzine zavarivanja, ili će utjecati na potrebu predgrijavanja radnog komada

Tehnologija 3

3-65

3.2.6.2.2 Tehnološki čimbenici pri automatiziranom i robotiziranom zavarivanju

~ izbor odgovarajuće plinske mješavine znatno utječe na optimalnost rješenja ~ kod automatiziranog i robotiziranog zavarivanja granice upravljanja su uže, tj. čovjek može točnije

kompenzirati netočnosti i nepredviđene poremećaje ~ izborom sastava zaštitne plinske mješavine moguće je u potrebnom omjeru kombinirati svojstva

pojedinih sastavnih dijelova tako da rezultirajuća mješavina ima optimalna svojstva za zadane uvjete ~ kod argonske zaštite osigurana je penetracija, ali zahtjeva točnu pripremu spoja i vođenje pištolja,

dok u atmosferi , penetracija je šira, čime se mogu pokriti netočnosti pripreme i vođenja pištolja, ali se zato dobiva nepovoljniji oblik zavara

~ kod izbora mješavine, u obzir treba uzeti npr. penetraciju, izgled zavara, skl nost pojedinim tipovima gr

2CO

oešaka, ...

Slika 3.76 – tipičan oblik penetracije zavarenog spoja ovisno o primijenjenoj zaštitnoj atmosferi

Slika 3.77 – utjecaj zaštitne atmosfere na zagrijavanje osnovnog materijala i penetraciju

~ u zaštitnoj atmosferi argona jednaku penetraciju na 6 mm debelom limu kao u zaštiti helija pri

no u robotskim i automatiziranim uređajima zbog sobnoj temperaturi, postiže se tek uz predgrijavanje od o400 C

~ predgrijavanje oduzima vrijeme, nije pogod toplinskog zračenja (rješenje: primjena odgovarajućeg zaštitnog plina) za kvalitetno zavarivanje neop~ hodno je osigurati određene količine zaštitnog plina – otežavajuću okolnost predstavlja strujanja zraka u zoni zavarivanja koje može ozbiljno narušiti zaštitnu atmosferu (s povećanom brzinom strujanja potrebna je veća količina zaštitnog plina)

~ veći udio gušćeg plina u mješavini osigurava njenu veću krutost, odnosno otpornost na poprečna strujanja zraka

Tehnologija 3

3-66

Slika 3.78 – utjecaj poprečnog strujanja na potrebnu količinu zaštitnog plina

Slika 3.79 – odnos struje zavarivanja i broja kapljica elektrodnog metala ~ različiti plinovi određuju i različite kritične struje kada se iz područja električnog luka s kratkim

spojevima prelazi u područje gdje se prijenos materijala u potpunosti vrši slobodnim letom kapljica ~ način prijenosa metala ima utjecaja na oblik zavara, kvalitetu površine, veličinu štrcanja, a posebno

time i na gubitke dodatnog materijala, potrebu za operacijom čišćenja površine nakon zavarivanja ~ ako su parametri zavarivanja u kritičnom području dobiva se neregularno štrcanje kapljica od kojih

mnoge završavaju na sapnici pištolja postepeno smanjujući izlazni otvor, čime se povećava otpor struji zaštitnog plina i izaziva se turbulencija izlazne struje u zaštitnoj atmosferi

~ izborom plinske mješavine prag kritične struje može se za zadane parametre pomaknuti izvan područja kritične struje – smanjenje prskanja

~ problem naljepljivanja važan je kod automatiziranih i robotiziranih postrojenja – potreba zastoja zbog čišćenja sapnice pištolja

~ čišćenje = propuhivanjem zraka kroz sapnicu ili se u robotskom programu predviđa "odlazak" ruke robota do posebnog alata za čišćenje i robot rotacijskim pokretima skida nakupljene kapljice

~ u slučaju komprimiranog zraka, on se uvodi u instalaciju zaštitnih plinova neposredno ispred pištolja, a pritom se i sapnica presvuče slojem sredstva protiv naljepljivanja kapljica

~ problem naljepljivanja kapljica na radni komad zahtjeva dodatnu operaciju čišćenja i smeta estetskom izgledu proizvoda

~ čišćenje traje duže od samog zavarivanja i skupo je ~ uštede: primjenom zaštitnih mješavina – mogu se postići veći učini, tj. kraće je vrijeme zavarivanja, te

manji troškovi dodatnog materijala (manje rasprskavanje)

Tehnologija 3

3-67

3.2.6.3 Karakteristike primjene i razvoja MIG/MAG impulsnog zavarivanja ~ mješavine plinova – svrha: poboljšanje načina prijenosa metala i svojstava zavarenog spoja ~ kisik se dodaje argonu i ugljičnom dioksidu jer bitno utječe na površinsku napetost kapljice,

odnosno osiguran je dobar prijenos metala u sitnim kapljicama ~ kod zavarivanja kratkim spojevima dolazi do znatnog štrcanja metala u trenutku kratkog spoja

između žice i taline zbog naglog porasta struje, bez obzira koje se mješavine ili koriste

2CO

Slika 3.80 – stupanj iskorištenja dodatnog materijala pri različitim postupcima zavarivanja

~ najveći gubitak materijala (štrcanje) je pri zavarivanju mješovitim lukom, kod kojeg se metal prenosi i kratkim spojevima i slobodnim letom kapljice i iznosi 3 6 %÷ pri primjeni 2CO , odnosno 2,5 3,5 %÷ primjenom mješavina

~ ako se pri MAG zavarivanju koristi zaštitna mješavina plinova = MAGM zavarivanje anju impulsnim~ pri zavariv MAGM postupkom prijenos metala je slobodnim letom kapljice bez

ratkih spojeva –elektromagnetskih s žajima zavarivanja

k može se postići jer je vrijednost maksimalne struje impulsa ( PI ) takva da, zbog ila na vrhu žice, kapljica biva otkinuta i izbačena prema talini u svim polo

Tehnologija 3

3-68

Slika 3.81 – vremenski tok struje i prijenos metala

~ danas korišteni izvori struje za MIG/MAGM impulsno zavarivanje su TYRISTORSKI i u novije vrijeme TRANZISTORSKI

~ TYRISTORSKI – impulsi su sinusoidalnog oblika, trajanja 1 7 ms÷ , najčešć (niže frekvencije samo pri automatskom zavarivanju, jer je pri poluautomatskom otežan rad zavarivaču zbog STROBOSKOPSKOG EFEKTA)

~ pri zavarivanju uz sinusoidalni oblik impulsa (TYRISTORSKI UREĐAJ) pravilan izvor stabilnih parametara je otežan

~ za svaku frekvenciju treba odabrati osnovnu struju ( ), maksimalnu struju impulsa ), vrijeme trajanja impulsa ( ), vrijeme trajanja osnovne struje ( ) – loš izbor parametara može utjecati na povećanje mogućnosti naljepljivanja, štrcanja metala, mali penetraciju, i sl.

~ TRANZISTORSKI – moguć je kontinuiran izbor bilo koje frekvencije, visine i širine impulsa, te osnovne struje

– jednostavnije je odabrati stabilne parametre zavarivanja uz uvjet da se postigne prijenos jedne kapljice za vrijeme svakog impulsa (prednost pred tyristorskim izvorima)

e -1100, 50 sf =

0I ( PI

Pt 0t

Slika 3.82 – promjena impulsne struje u zavisnosti o prosječnoj struji zavarivanja za različite tipove upravljanja

~ za veće struje pri tyristorskom upravljanju potrebna je veće osnovna struja, dok kod tranzistorskog

upravljanja to nije potrebno

Tehnologija 3

3-69

~ radi što jednostavnije regulacije parametara razvijeni su tzv. "jednog parametra automatski su određeni ostali parametri

ONE KNOB" sistemi – na osnovu

ju se na sistemu kontrole pomoću ostali

k kod samoregulacijske kontrole nema direktne "fizičke" veze između struje zavarivanja i

~ "SYNERGIC" sistem – sistem sinhrozirane energetske kontrole ~ synergic sistem i sistem samoregulacijskog upravljanja zasniva

jednog parametra ("gumba") – npr. za određenu jakost struje, odabiru se automatski parametri zavarivanja, npr. vrijeme trajanja impulsa i frekvencija

~ kod synergic MIG/MAGM postupka zavarivanja uređaj za pogon žice je direktno vezan sa izvorom struje, dopogona žice

Tehnologija 3

3-70

3.2.6.3.1 Primjena MAGM impulsnog zavarivanja za niskolegirane čelike

minij, bakar i njihovim legurama

im položajima

tala, u svim položajima

~ primjenom mješavina plinova i impulsne struje postiže se povoljniji prijenos metala, jednolik i a, ujednač iji kemijsk as

~ čišćenje = niži troškovi ine) – važno kod tanjih limova

istom žicom uspješno se zavaruju materijali različitih debljina (smanjen asortiman žica)

~ moguće ostvariti slobodan let kapljica ~ poboljšana je, i olakšana kontrola parametara, te odabir optimalnih parametara razvojem

"SYNERGIC" MIG/MAGM zavarivanja ~ razvoj strojeva usmjeren je prema primjeni tranzistorskih izvora struje (lakši izbor parametara

zavarivanja)

~ u praksi se primjenjuje na nelegirane konstrukcijske čelike, niskolegirane i mikrolegirane čelike, visokolegirane čelike, te na alu

~ najčešća primjena u proizvodnji automobila, izradi dizalica, kotlogradnje, izradi spremnika, ... ~ za zavarivanje tanjih i debelih limova u položenim i prisiln~ kod debelih limova u uskom žlijebu kod kojeg se postiže znatna ekonomičnost u odnosu na ostale

žljebove ~ postižu se glatki, estetski zavari bez štrcanja me

3.2.6.3.2 Prednosti impulsnog zavarivanja pred klasičnim MAG zavarivanjem

gladak izgled zavar en o-metalurški s tav zavara manje štrcanja = manji gubici materijala, nije potrebno

~ deformacije uslijed zavarivanja su manje (manji je unos topl~ moguće je zavarivanje uz manje struje uz primjenu žica većeg promjera – smanjenje grešaka u

zavaru (npr. manja količina unesenog vodika) ~ regulacijom parametara zavarivanja

Tehnologija 3

3-71

3.2.7 ELEKTROOTPORNO ZAVARIVANJE

ornog zavarivanja nema pojave električnog luka, a za oblikovanje spoja toplinsku i mehaničku energiju

~ otpor k brnuto u

~ specifični

~ elektrootporni postupci su oni kod kojih se metal zagrijava i tali toplinom koja nastaje uslijed otpora prolazom električne energije

~ prilikom elektrootppotrebno je primijeniti uz

ojim se vodič suprotstavlja prolasku struje proporcionalan je dužini vodiča, a oproporcionalan presjek

otpor (karakteristika svakog materijala): lR

Aρ ⋅

=

~ količina topline oslobođena u određenom otporu može se izračunati po Joulevom zakonu: 2Q R Idt Q I R t= → = ⋅∫ ⋅

uz pretpostavku: konst.I = , konst.R = (u stvarnosti nije konstantan jer se njegove vrijednosti mijenjaju porastom temperature vodiča)

~ ovi izrazi vrijede za homogeni vodič konstantnog presjeka ~ ako se vodič presječe na nekom mjestu, a zatim se ti dijelovi fizički dovedu u dodir, u strujnom

krugu se javlja novi, veći otpor. Uz postojeći otpor materijala vodiča, na mjestu dodira pojavit će se dodatni kontaktni otpor (Slika 3.83)

R

Slika 3.83 – na mjestu nehomogenosti javlja se različiti otpor od otpora homogenog vodiča

~ kontaktni otpor ovisi o:

- sili prianjanja dijelova - stanju površine - vrsti spoja (kod zavarivanja) - o vrsti dodatnog materijala ili lema (kod lemeljenja)

~ toplina nastala na mjek

stu kontakta: 2

kQ I R t= ⋅ ⋅

među zavarivanim limovima likovanju spoja zbog njihovog malog udjela u ukupnom otporu i

mova mora se uzeti u obzir kod procjena ili proračuna parametara, jer se toplina proizvedena na tom otporu odvodi rashladnom vodom koja struji kroz elektrode i praktički predstavlja gubitak

kod elektrootpornog zavarivanja primjenjuju se struje:

iskog električnog otpora metala

~ ključnu ulogu u procesu zavarivanja ima kR~ otpori materijala nisu važni u ob

njih možemo zanemariti ~ kontaktni otpor ( ) između elektroda i likR

~- vrlo visoke jakosti ( 100 300000 A÷ ) - niskog napona ( 0,5 25 V÷ ) – zbog relativno n- vrlo kratkog vremena prolaska ( 0, 05 nekoliko desetaka s÷ ) – ovisi o vrsti materijala i postupku

nja istosmjerne struje i ~ za zavarivanje se obično koristi izmjenična struja, jer je složena proizvodprekidača za toliku jakost struje

Tehnologija 3

3-72

3.2.7.1 Elektrootporno točkasto zavarivanje ~ toplina se razvija uslijed otpora protjecanju struje između dodirnih površina radnih komada koji su

je strane)

- struja prolazi istovremeno kroz više točaka tako da se dobiva više zavarenih mjesta

pritisnuti elektrodama izrađenih iz Cu -legura (dobra provodljivost struje, ali je mekan) ~ zavarivanje može biti:

JEDNOTOČKASTO - najrašireniji slučaj: jednotočkasto dvostrano zavarivanje (elektrode se nalaze s ob

VIŠETOČKASTO

Slika 3.84 – shematski prikaz elektrootpornog točkastog zavarivanja

Slika 3.85 – osnovni načini izvođenja točkastog zavarivanja

~ osnovni utjecajni čimbenici: - jakost struje zavarivanja (do ) - sila pritiska između elektroda - vrijeme trajanja prolaska struje

~ kako najveći otpor mora biti na mjestu spoja, elektrode koje provode struju moraju biti izrađene od

materijala koji je dobar vodič struje ( -legure) i - najmanji otpori jer ne želimo da nam se elektroda zalijepi za radni komad - najveći otpor; tu toplina mora biti najveća (blizu temperature taljenja)

~ elektrode treba stalno hladiti - zagrijavaju se zbog dodira s radnim komadom i zbog vlastitog otpora ~ postupak je prikladan za robotiziranje (zbog toga se često koristi u autoindustriji)

100000 A

Cu1kR 3kR

2kR

Tehnologija 3

3-73

3.2.7.2 Elektrootporno bradavičasto zavarivanje

jedan od komada koji se spajaju,

og kontaktnog otpora na mjestu dodira razvit će se dovoljna količina topline da se mjesta ični onima kod točkastog zavarivanja

ploča

~ postupak kod kojeg se zavaruje više točaka istodobno ~ lokaliziranje pritiska i razvijene topline osigurano je time da je

mjestimično unaprijed oblikovan izbočinama (bradavicama) ~ zbog velik

kontakta rastale, pa će se oblikovati spojevi sl~ elektrode imaju oblik

Slika 3.86 – shema bradavičastog zavarivanja

~ prednosti (u odnosu na točkasto zavarivanje): - manje trošenje elektroda (oblik ploča) - struja će prolaziti samo na mjesta gdje želimo ostvariti spoj - manje deformiranje površine radnog komada - manji parale- manja osjetljivo

- sve točke se zavaruju istovremeno pa je potrebna puno veća struja i sila sabijanja - potrebna dodatna operacija izrade bradavica

lni otpor st na nečistoće na kontaktnim površinama

~ nedostaci:

Tehnologija 3

3-74

3.2.7.3 Elektrootporno šavno zavarivanje ~ zasniva se na principu kao i točkasto zavarivanje, samo što tu točke slijede brzo jedna iz druge, s

određenim preklopom – to omogućuju elektrode u obliku diska ~ okretanjem diskova i upravljanjem trenutka propuštanja struje, moguće je regulirati gustoću točaka ~ primjena:

- brzina zavarivanja

- tamo gdje se zahtjeva nepropusnost spoja

~ osnovni parametri: - debljina limova - sila pritiska između elektroda (koluta) - širina elektroda

- jakost struje zavarivanja

Slika 3 vanja

~ modifikacija postupka: šavno zavarivanje sučeljenih spojeva uz primjenu dodatne trake (Slika 3.88)

.87 – shematski prikaz elektrootpornog šavnog zavari

Slika 3.88 – elektrootporno šavno zavarivanje sučeljenih spojeva

Tehnologija 3

3-75

3.2.7.4 Sučeljeno elektrootporno zavarivanje iskrenjem ~ kod sučeljenog zavarivanja iskrenjem primicanjem i odmicanjem pomične čeljusti, u kojoj se nalazi

stegnuti radni komad prema drugoj nepomičnoj čeljusti nastaju kratki spojevi i električni lukovi na

→ FAZA PREDGRIJAVANJA

uja zavarivanja, te nastaje intenzivno zagrijavanje i

materijal izbačen ~ nakon što se određena dužina krajeva radnih komada rastali i djelomično izgori, radni komadi se

međusobno sabijaju velikom silom, te oblikuju zavareni spoj → FAZA SABIJANJA

~ na nastanak topline osim zagrijavanja uslijed otpora utječe i toplina razvijena u električnim lukovima

dodirnoj površini, gdje je materijal izbočen a uslijed topline sučeljeni krajevi komada se zagrijavaju

~ kada su sučeljene površine i njihova okolina dovoljno predgrijane, radni komadi se završno primiču jedan prema drugome, protiče velika streksplozivno taljenje i isparavanje metala uz stvaranje električnih lukova na lokalitetima gdje je

Slika 3.89 – princip sučeljenog zavarivanja iskrenjem

Tehnologija 3

3-76

3.2.7.5 Sučeljeno elektrootporno zavarivanje pritiskom

i primicanjem čeljusti se dovode u kontakt uz

~ n zagrijavanja, a uslijed djelovanja sile sabijanjem z

~ sp će struje zavarivanja

~ izvodi se tako da dijelove koje želimo spojiti dovedemo u dodir po čitavom njihovom poprečnom presjeku

~ dijelovi se stisnu u čeljusti stroja (elektrode), istovremeno propuštanje struje zavarivanja

a kontaktnoj površini, uslijed otpora dolazi doagrijanog materijala i do oblikovanja spoja ojevi su kvalitetom slični točkastim spojevima, ali su ovdje potrebne puno ve

Slika 3.90 – princip sučeljenog zavarivanja pritiskom

Tehnologija 3

3-77

3.2.7.6 Visokofrekventno zavarivanje ~ obuhvaća grupu elektrootpornih postupaka koji koriste visokofrekventne struje u cilju

koncentriranja toplinske energije na željeno mjesto ~ varijante postupka (razlika u načinu dovođenja struje):

VISOKOFREKVENTNO ŠAVNO ZAVARIVANJE - struja se dovodi preko kliznih elektroda - struja se klizačem dovodi na rubove materijala prije njihovog dodira i teče duž rubova spoja do

e kojom se u radnom komadu stvara toplina - sila pritiska se ostvaruje pomoću pritisnih valjak

točke zavarivanja između valjaka-pritiskivača i natrag, do drugog klizača- zbog visoke frekvencije struja teče samo rubovima, do dubine od nekoliko desetaka milimetra, i

samo u tom području neposredno prije "zatvaranja" spoja materijal je zagrijan do plastičnog stanja, te primjenom pritiska nastaje spoj

VISOKOFREKVENTNO ZAVARIVANJE UZ PRITISAK - struja se dovodi putem indukcione zavojnic

a - primjena: za zavarivanje cijevi i profila i ostalih proizvoda rađenih iz kontinuirane trake

~ frekvencija: 10 500 Hz÷ ~ rubovi materijala moraju biti približno paralelni i čisti ~ proces je potpuno automatiziran i odvija se uz velike brzine ( do 150 m min ) ~ primjenjuje se za zavarivanje cijevi tankih stijenki

Slika 3.91 – šavno zavarivanje cijevi visokofrekventnim obuhvatnim induktorom

Tehnologija 3

3-78

3.2.8 ELEKTROLUČNO ZAVARIVANJE POD ZAŠTITOM TROSKE

~ postupak kod kojeg se toplina potrebna za taljenje osnovnog i dodatnog materijala, koji je najčešće u obliku kontinuirane žice koja se mehanizirano dodaje u talinu, ostvaruje pretvorbom električne energije na otporu koji njenom prolazu pruža talina rastaljene troske

~ toplina akumulirana u volumenu rastaljene troske zagrijane do približno vođenjem i cirkulacijom se predaje stijenkama osnovnog materijala taleći ga

~ zavareni spoj se oblikuje od rastaljenih rubova osnovnog materijala, te elektrodne žice ~ rastaljeni metal zbog veće gustoće tone na dno rastaljene troske gdje se hladi ~ oblikovanje zavara sa strane i sprečavanje bočnog iscurenja rastaljene troske i metalne taline

omogućeno je posebnim, vodom hlađenim papučama ~ razvijena količina topline proporcionalna je jačini struje zavarivanja i naponu u električnom krugu a

može se izrač

o2500 C

unati prema Joulovom zakonu: [ ]WsQ U I t= ⋅ ⋅

~ postupak ima primjenu za zavarivanje konstrukcijskih, nisko i visokolegiranih čelika i u određenim

o ) u jednom prolazu i slučajevima ima nekih tehnoloških i ekonomskih prednosti

~ postupak se može primijeniti za zavarivanje većih presjeka (d 22000 mmradnih komada debljine veće od 10 12 mm÷

~ za zavarivanje se mogu primijeniti izvori istosmjerne ili izmjenične struje s ravnom ili padajućom

karakteristikom

Slika 3.92 – shematski prikaz postupka zavarivanja pod zaštitom troske

đaja (Slika 3.92) postoji niz modifikacija a najčešća je ona s PRIMJENOM

- prednost što nema pokretnih dijelova (osim što se bakrene papuče moraju premjestiti kada je zavareni spoj završen) jer se dodavanje žice osigurava kroz vodilicu različitog presjeka (Slika 3.93)

- tom prilikom se i sama sapnica tali ulazeći svojim materijalom u sastav spoja, a prsteni načinjeni od praška tale se i ulaze u trosku nadoknađujući njen gubitak

- struja zavarivanja uglavnom teče kroz taljivu sapnicu a tek manji dio struje teče kroz žicu u rastaljenu trosku

- bitna karakteristika taljive sapnice je ograničenost struje zavarivanja koja ne smije biti iznad određene vrijednosti da se sapnica ne bi previše zagrijavala, a što bi zbog povećanog električnog otpora sapnice još više uvjetovalo povećanje temperature – ovo može utjecati na otpadanje obloge sa sapnice, na zapinjanje žice u sapnici, te na povećanje pada napona na sapnici

~ osim osnovne varijante ureTALJIVIH SAPNICA:

Tehnologija 3

3-79

Slika 3.93 – primjeri oblika taljivih sapnica i spojeva za EPT zavarivanje

~ prednosti: - veliki učinak taline, zbog veće dužine slobodnog kraja elektrodne žice ( ) i veće strujne

opteretivosti elektrode. Koeficijent rastaljivanja: 60 80 mm÷

18 22 g Ah÷

- utrošak praška, koji se taljenjem pretvara u trosku i štiti metal zavara od djelovanja atmosfere s gornje strane taline, puno je manji nego kod EPP postupka

- postupak je automatski - frekvencija pojava tehnoloških pogrešaka u odnosu na REL, MAG i EPP je manja - deformacije zavarenih spojeva su vrlo male - stupanj djelovanja do - priprema zavarenog sučeljenih spojeva pripremljeni u

– moguća je izvedba i kutnih spojeva i nekih specijalnih spojeva složenog poprečnog presjeka

od lijevanja) jedica sporog hlađenja

ure) – može se iti toplinskom obradom, ali je teško izvedivo zbog dimenzije i debljine konstrukcije

- velika količina taline - može se zavarivati samo u vertikalnom položaju, nagib šava do maksimalno

~ parametri koji bitno utječu na proces: - struja zavarivanja (vrsta, jakost, polaritet) - napon - vrsta troske (električna svojstva) - visina (dubina) troske - brzina zavarivanja - razmak među rubovima - doziranje praška

90 % spoja je jednostavna – uglavnom su rubovi kod

obliku I-spoja

~ nedostaci: - grubozrnata struktura zavarenog spoja (kristali slični kao k – posl- loša žilavost spoja (zbog strukt poprav

o10∼

Tehnologija 3

3-80

3.3

3.3.1 ZAVAR

ljenje materijala nastaje uslijed trenja prilikom

dio učvršćen u nosač dovede se u rotaciju, a zatim se određenom silom pritisne dodirnom plohama, gdje se ostvaruje zavareni spoj, prema drugom mirujućem komadu

~ zbog aksijalne sile i rotacije, nastaje trenje koje zagrijava oba dijela do plastičnog stanja, nakon čega se rotirajući dio zaustavlja kočnicom, a istovremeno se pojačanom silom vrši sabijanje rastaljenog metala i ostvaruje zavareni spoj (Slika 3.94)

OSTALI POSTUPCI ZAVARIVANJA

IVANJE TRENJEM

~ postupak spajanja gdje toplina potrebna za tarelativnog gibanja dodirnih ploha dijelova koje zavarujemo

~

FF

Slika 3.94 – osnovni princip zavarivanja trenjem

~ parametri postupka (Slika 3.95): broj okretaja uređaja:

pritisak na dodirnim plohama kod ostvarivanja trenja

-1500 3000 min÷

: 240 60 N mm÷

sabijanje se vrši uz pritisak: 2100 200 N mm÷

Slika 3.95 – vremenski tijek osnovnih parametara zavarivanja trenjem

~ postupak je primjenjiv za čelike (nisko i visokolegirane) te obojene metale (aluminij, bakar, nikl i njihove legure), a osobito je pogodan za zavarivanje raznorodnih metala

~ zavaruju se okrugli presjeci od 3,5 100 mm÷ a cijevi do promjera ~ postupak je obično mehaniziran ili potpuno automatiziran ~ numerički upravljani strojevi omogućuju zavarivanje i rotaciono nesimetričnih komada

250 mm

Tehnologija 3

~ prednosti: - kratko vrijeme zavarivanja - nepotreban dodatni materijal - visoka i ujednačena kvaliteta spojeva - jednostavno upravljanje parametrima zavarivanja - mogućnost spajanja raznorodnih metala - značajne uštede na strojnoj obradi (npr. izrada osovine različitih promjera)

Slika 3.96 – neke varijante zavarivanja odnosno navarivanja trenjem

3-81

Tehnologija 3

3-82

3.3.2 ZAVARIVANJE ULTRAZVUKOM

~ kod zavarivanja ultrazvukom radni komadi koje treba spojiti postavljaju se između pomičnog dijela uređaja, SONOTRODE (koji vibrira ultrazvučnom frekvencijom pretvarajući elektromagnetske oscilacije visoke frekvencije u mehaničke oscilacije na piezoelektričnom ili magnetostrikcijskom principu) i nepomičnog dijela, NAKOVNJA

~ sonotroda pritiskuje radne komade određenom, razmjerno malom silom ~ ultrazvučne vibracije sonotrode prenose se na gornji dio što dovodi do relativnog gibanja po

irne površine s radnim materijalom tako da se osigura dobra usmjerenost energije u spoj materijala, odnosno spriječi neželjeno klizanje materijala po nakovnju odnosno sonotrodi

~ uređaji za zavarivanje imaju snagu i do s radnim frekvencijama ~ postupak je namijenjen za zavarivanje:

- neželjeznih metala (aluminij, bakar i legure) - plastičnih masa - stakla - te kombinacije

~ ovim postupkom se zavaruju materijali debljine do oko

dodirnoj površini u odnosu na donji, nepomični dio ~ sonotroda i nakovanj imaju grube dod

2,5 kW 15 50 kHz÷

1 2 mm÷ , a pogodan je i za zavarivanje tankih žica i metalnih folija debljine čak (međusobno ili za deblje dijelove)

3.3.2.1 Zavarivanje metala ~ princip ultrazvučnog zavarivanja metala je baziran na interakciji pritiska sonnotrode i relativnog

gibanja dijelova koji se zavaruju ~ sonotroda je položena horizontalno i samim time emitira vibracije par o u odnosu na površinu

spoja materijala ~ postoje dva osnovna

- TOČKASTO

s površine radnih materijala te se tako omogućuje difuzija atoma materijala, odnosno rezultira zavarom -

0,005 mm

aleln

mehanizma ultrazvučnog zavarivanja metala:

- ŠAVNO (rotirajuća glava) ... za kontinuirano zavarivanje ~ pritisak je primijenjen okomito na površinu zavara te on uz prisustvo visokofrekventnih vibracija

uzrokuje uklanjanje nečistoća i oksida ( )0,35 0,5d tT T= ÷

Slika 3.97 – shematski prikaz ultrazvučnog zavarivanja metala

Tehnologija 3

3-83

3.3.2. 2 Zavarivanje plastičnih masa tima

materijali se tale lokalno i uslijed vertikalnih vibracija dolazi do

~ kod zavarivanja plastičnih masa razvija se toplina uslijed vibracija odnosno trenja na mjes spoja dva materijala koji se zavaruju

~ kao rezultat razvijene topline, difuzije atoma materijala i samim time do zavarivanja

~ sam postupak traje relativno kratko vrijeme ~ pretpostavka je da oba materijala imaju relativno bliske temperature tališta ~ zavar je kvalitetan i jednolik po presjeku jer prijenos je energije i razvijene unutrašnje topline

konstantan i limitiran na spojnu zonu

Slika 3.98 – shematski prikaz zavarivanja plastičnih masa

~ da bi se uspješno iskoristila ultrazvučna energija u zoni spoja, koristi se specijalna konstrukcija dodirnih točaka dijelova koji se zavaruju - postoje mnoge podvarijante dva osnovna oblika oblikovanja dodirnih točaka (Slika 3.99)

Slika 3.99 – oblikovanje usmjerivača energije kod radnih dijelova

Tehnologija 3

3-84

3.3.3 DIFUZIJSKO ZAVARIVANJE

~ postupak spajanja materijala pod djelovanjem pritiska uz povišenu temperaturu od ( )0,5 0,7 tT÷ , gdje je T temperatura taljenja t

~ postupak se odvija bez pojave tekuće faze, već se zagrijavanjem materijala omogućuje dadifundiraju iz jednog materijala u drugi čime se ostvaruje veza

atomi

~ odvija se u nekoliko međusobno zavisnih faza koje se odvijaju jedna iza druge ili istovremeno ~ površine materijala, mikroskopski gledano, nisu nikad sasvim glatke, znači da dva međusobno

pritisnuta dijela zapravo nisu u dodiru po čitavoj po arilo potrebno je osigurati plastično tečenje materijala, a to ovisi o:

inu konstanti rešetke metala, čime je preko granične površine

) a zagrijavanje

vršini. Da bi se to ostv

- početnoj hrapavosti površine - primijenjenom pritisku- temperaturi - vremenu

~ spoj se ostvaruje kada se razmak dodirnih ploha smanji na veličomogućeno kretanje elektrona

~ kod idealno zavarenog spoja ne vidi se linija spajanja niti mikroskopskim pregledom strukture ~ zagrijavanje se odvija u vakuumiranim komorama (vakuum od 4 310 10 mbar− −÷

radnih komada najčešće indukcionim putem ili nekim drugim načinom indirektnog elektrootpornog zagrijavanja (Slika 3.100)

4 310 10 mbar− −÷

( )0,5 0,7d tT T= ÷

Slika 3.100 – shematski prikaz uređaja za difuzijsko zavarivanje

~ primjena: - čelici svih vrsta - neželjezni materijali - kombinacije raznorodnih materijala loše zavarljivosti ~ područje debljina:

1 više od 100 mm÷

Tehnologija 3

3-85

3.3.4 ALUMINOTERMIJSKO ZAVARIVANJE

~ postupak gdje se spajanje materijala ostvaruje pomoću pregrijane taline koja nastaje kemijskom reakcijom između metalnog oksida i aluminija, sa ili bez primjene pritiska (Slika 3.101)

tala ~ dodatni materijal se osigurava iz rastaljenog me~ toplina zavarivanja se dobiva egzotermičkom reakcijom između željeznog oksida i aluminija:

( )2 33 2Fe Al+ 3 783 kJAl O Fe→ +

( )2 3 2Fe O Al Al+ → 2 3 2 760 kJO Fe+

( )3 4 2 33 8 4Fe O Al Al O+ → + 9 3012 kJFe ... najbitnija reakcija

~ ovom temperatura od oko , a pregrijana talina čelika koja pritom nast

~ za obavlj

reakcijom ostvaruje se o2500 Caje nalazi se u loncu iznad spoja

anje reakcije potrebno je 20 30 s÷ bez obzira na količinu materijala ~ talin o dva puta veću od temperature taljenja a je zagrijana na temperaturu gotov ( )2 tx T> , pa se

tale i rubovi osnovnog materijala, a enjem se oblikuje spoj

e

~ ci kalupa se odrežu s konstrukcije

aluminij/bakar)

hlađ~ postupak nalikuje na lijevanje ~ masa kojom se vrši zavarivanje: TERMITNA MASA – mehanička smjesa praškastog metalnog

aluminija i praškastog željeznog oksida, te po potrebi dodanih legirajućih elemenata ~ termitna smjesa počinje reagirati tek kad se postigne temperatura od 1300 C koja se osigurava

izgaranjem posebnog praška za paljenje

o

~ nastali aluminijski oksid ispliva na površinu taline kao troska i štiti rastaljeni metal od okolnatmosfere

~ lonac ima čep na dnu koji se oslobađa kada je stvorena i zagrijana cijela količina taline ~ priprema rubova je obično u obliku I-žlijeba, a razmak između rubova ovisi o veličini presjeka spoja

(obično se kreće u rasponu ÷ ) 20 30 mmnakon hlađenja kalup se razbija, a uljevci i oduš

~ primjena: - nanošenje slojeva otpornih na trošenje - zavarivanje odljevaka - zavarivanje konstrukcijskih čelika - zavarivanje neželjeznih materijala (npr. spoj

Slika 3.101 – princip aluminotermijskog zavarivanja

Tehnologija 3

3-86

3.3.5 ZAVARIVANJE ELEKTRONSKIM MLAZOM

om kinetičke energije mlaza

~ mlaz elektrona predstavlja jako koncentriran izvor energije ~ postupak se odvija u vakuumu ( ) ~ uređaj se sastoji od slijedećih dijelova:

- izvor elektrona - izvor struje i upravljački sklop - uređaj za pomicanje izvora elektrona ili radnog komada - vakuum komora s crpkama - sistem za praćenje procesa

~ izvor za dobivanje elektrona je vrlo sna je čak i do

~ spajanje materijala se provodi toplinom, proizvedenom pretvorbubrzanih elektrona prilikom udara o metal koji se zavaruje

~ postupak se može svrstati u postupke taljenja ~ ponekad se primjenjuje dodatni materijal, ali talina za oblikovanje spoja pretežno nastaje taljenjem

osnovnog materijala

410 mbar−

žan i njihovo ubrzanje 3 4 brzine svjetlosti ~ užarena wolframova nit emitira do rešetkaste anode ubrzavaju jakim

električnim poljem, nastalim zbog velike razlike potencijala (od nekoliko do više stotina kV) koje elektrode

ica, tj. elektromagnetskim poljem

~ osim toga pos avljanje pomakom mlaza u odnosu na radni komad je obično manja od

zrake, čega nema u vakuum mnogo efikasnije

moguće je zavarivanje do debljine

elektrone koji se od katode

vlada između ove dvije ~ nastali mlaz elektrona se fokusira pomoću fokusirajućih zavojn

nastalim unutar zavojnice kroz koju prolazi mlaz elektrona toje i zavojnice koje služe za upr

~ struja samog elektronskog mlaza 1 A ~ u postojećoj atmosferi elektroni se sudaraju s molekulama, što izaziva gubitak energije i rasipanje

u pa je zavarivanje ~ u uvjetima dubokog vakuuma dozvoljena je udaljenost od izlaznog otvora do radnog komada i do

650 mm , a 1 m ~ gustoća energije elektronskog mlaza može biti i do 210 MW mm ~ osnovna prednost zavarivanja je velika penetracija ~ osnovna mana je što je potrebna jako dobra priprema radnog komada ~ unos t a e

brojem na koji udaraj o r edinici vremena, tj. strujom elektronskog mlaza o naponu akceleracije

- promjerom mlaza, što ovisi o fokusiranju - brzinom zavarivanja

opline kod zavariv nja određen j s četiri varijable: - elektro u u p v šinu u j- brzinom elektrona u času sudara, što ovisi

( )410 mbar−

Slika 3.102 – shema zavarivanja mlazom elektrona

Tehnologija 3

3-87

3.3.6

ssion of Radiation

tj. elektromagnetskog zračenja koje ntroliranog prijelaza elektrona-atoma i molekula iz pobuđenog

stanj ne na rmalnu razinu

ZAVARIVANJE LASEROM

~ LASER = Light Amplification by Stimulated Emi (pojačavanje svjetlosti stimuliranom emisijom zračenja) ~ laserska zraka je koncentrirana zraka monokromatske svjetlosti,

nastaje prilikom "stimuliranog", koa, više energetske razi nižu, no

Slika 3.103 – shema rada lasera

~ svojstva litira se svjetlo samo jedne duljine

jeru u vidu snopa malog promjera (

aserske svjetlosti: - MONOKROMATIČNOST: em- USMJERENOST: sva svjetlost se emitira u jednom sm 1 mm< ) i

zanemarive divergencije - VELIKA GUSTOĆA SNAGE

- STABILNOST SNAGE: prostorna raspodjela i vremenski profil snage su krajnje selektivni i mogu se točno kontrolirati

- KOHERENTNOST: sve zrake su iste faze i valne duljine (time se osigurava minimalno rasipanje zrake)

~ vrste lasera: - laseri se razlikuju prema vrsti aktivnog laserskog materijala u kojem se događa pojačanje svjetlosti - karakteristika svakog lasera je valna duljina emitirane svjetlosti (λ ), koja je funkcija razlike energetskih

stanja atoma/molekula aktivnog medija - 2CO 10600 nmλ = , 45 kWP < - :Nd YAG 1064 nmλ = , 6 kWP <

- HeNe 632 nmλ = (vidljiva svjetlost)

Tabela 1 – usporedba lasera

2CO :Nd YAG

valna duljina 10,6 μm 1,06 μm

snaga 45 W 6 W

kvaliteta zrake bitno bolja lošija pumpanje električno optičko

iskoristivost 5 10 %÷ 2 3 %÷

gustoća snage 3 810 10 W cmq = ÷ 2

apsorpcija metali loša metali dobra vođenje zrake ogledalima optičkim vlaknima režim rada kontinuirani (cw) i impulsni impulsni i kontinuirani (cw) hlađenje potrebno potrebno

Tehnologija 3

3-88

~ vođenje laserske zrake: ZRCALIMA ( 2CO laseri) OPTIČKIM VLAKNIMA ( :Nd YAG laseri)

~ glavne razlike između zavarivanja taljenjem i protaljivanjem (Slika 3.104): ZAVARIVANJE TALJENJEM

- gustoća snage 6 210 W cm< - nema efekta protaljivanja - penetracija ovisi o dovođenju topline u radni komad - zavarivanje se provodi mehanizmom taljenja (kao i kod konvencionalnih postupaka zavarivanja) - zavari su široki i plosnati - omjer penetracije i širine zavara 1<

ZAVARIVANJE PROTALJIVANJEM - gustoća snage prelazi kritični prag od 6 210 W cm - dolazi do toplinskog zastoja, povećanja količine taline i dj čnog isparavanja materijala,

potiskivanja taline u stranu uslijed tl- po- krater omogućuje prodiranje laserskog snopa duboko u materijal čime se povećava apsorpcija

elomiaka metalnih para i nastanka kratera

većanjem gustoće snage raste tlak metalne pare, javlja se štrcanje taline

( 80 90 %÷ ) uslijed višestruke refleksije zračenja u krateru - oblik i dinamika kratera slična je ključanici ("keyhole") - uski i duboki zavari - omjer pene zavara iznosi tracije i širine 1 5÷

Slika 3.104 – tehnike laserskog zavarivanja, taljenjem i protaljivanjem

Tehnologija 3

3-89

~ pod pojmom INTERAKCIJE LASERSKOG SNOPA I OSNOVNOG MATERIJALA podrazumijevamo terijala, ovisno o

n dio zračenja reflektira, drugi dio ulazi u Slika 3.105)

pojavu kada se prilikom udara laserskog snopa na površinu osnovnog marefleksivnosti tog materijala i gustoći snage snopa jedamaterijal i apsorbira se, a treći prolazi kroz materijal i transmitira se (

Slika 3.105 – prikaz interakcije laserskog snopa i osnovnog materijala

la je ona koja dolazi od apsorbiranog zračenja, stoga se visoko , bakar, ...) otežano zavaruju laserom

~ toplina koja uzrokuje taljenje materijareflektivni materijali (aluminij

~ podešavanjem gustoće snage ( q ) postižemo: zagrijavanje ... 4 210 W cmq <

taljenje ... 5 610 10 W cmq = ÷ 2

nastanak ključanice ... 6 710 10 W cmq = ÷ 2

nastanak plazme ... 7 210 W cmq >

~ interakcija laserskog snopa i materijal ovisi o: - optičkim i termodinamičkim svojstvima osnovnog materijala - gustoći snage u točki interakcije - trajanjem interakcije - interakcijom laserskom snopa i plazme nastale ionizacijom metalnih para - dinamikom ključanice

~ procesni parametri: - snaga lasera

- brzina zavarivanja,

, ( )WP ( )cm minv

- plin za rezanje tlak: (vrsta - protok Ar , He , 2N ; ( )l min ; dovod – koaksijalno ili sa strane)

- promjer žarišta

- položaj žarišta u odnosu na površinu materijala (na površini, iznad, ispod) - promjer sapnice za rezanje ( )5 10 mm÷ - udaljenost sapnice za rezanje od radnog komada ( )5 12 mm÷

Tehnologija 3

3-90

~ prednosti: vnost (obično je dovoljan samo jedan prolaz)

- otreban dodatni materijal

mičan i kod proizvodnje malih serija

vrlo uske zavare

ki investicijski troškovi, visoki operativni troškovi) anje radnog komada

odavanje dodatnog materijala većih debljina

- velika brzina rada uz visoku produkti- rad s konstantnom, viskom i ujednačenom kvalitetom - vrlo nizak unos topline, zona utjecaja topline (ZUT) vrlo mala - nema toplinskih deformacija, nepotrebno jako pričvršćenje komada - zavarivanje je moguće u svim smjerovima i položajima - ne treba voditi računa o magnetskim poljima

nema kontakta s radnim komadom - u velikoj većini aplikacija nije p- visoka fleksibilnost, laserska zraka se može koristiti na više radnih stanica i ne samo za zavarivanje - ekono- visoki stupanj automatizacije - velika penetracija uz- nepotrebne naknadne obrade

nedostaci: ~ - skupoća tehnike (viso- zahtijeva precizno pozicionir- zahtjeva precizno vođenje snopa - mali stupanj iskorištenja - vrlo je teško riješiti d- problematično zavarivanje materijala

Tehnologija 3

3-91

3.3.7 ZAVARIVANJE EKSPLOZIJOM

~ ostvaruje se u hladnom stanju djelovanjem okomitog opterećenja u kombinaciji s tangencijalnim uslijed čega sila istiskuje površinski sloj oksidiranog materijala na dodirnim plohama koje je

~ nužan visoki pritisak između dijelova koje treba zavariti ostvaruje se detonacijskim izgaranjem eksplozivnog punjenja, koje potiskuje gornji dio, obično namješten pod kutem brzinom od

potrebno spojiti (u protivnom zavarivanje bi bilo onemogućeno)

o2 25÷100 1000 m s÷ prema donjem nepomičnom dijelu

~ pritisak u trenutku sudara iznosi 2100 10000 N mm÷ ~ da bi se omogućilo gibanje, neophodno je postojanje razmaka između dijelova, obično nekoliko

milimetara ~ u blizini sudara metalne površine se plastično deformiraju i dolazi do karakterističnog valovitog

oblika spojne površine ~ vanjski slojevi materijala s oksidnim slojem se u obliku mlaza izbacuju trenutačno s mjesta sudara

površine ~ postupak može poslužiti za:

- zavarivanje linijskog zavara iranje (najčešće)

~ metali i legure koji se zavaruju mo ost najmanje ~ plohe koje se zavaruju moraju biti čiste i odmašćene ~ paljenjem eksploziva, detonacija se širi velikom brzinom:

- zavarivanje točaka

- plat

~ postupak se primjenjuje za: - čelike (nelegirane, legirane) - neželjezne metale (aluminij, bakar, nikal, titan i legure)

~ postupak se često primjenjuje za izradu višeslojnih materijala koji se ne mogu zavariti taljenjem jer bi se tada dobili krti intermetalni spojevi – npr.: čelik + aluminij, čelik + titan, bakar + aluminij, ...

raju imati istezljiv 5 %

1000 7000 m s÷ ~ ispod zone detonacije radni komad se deformira kako ona putuje i zavaruje za donji dio

Slika 3.106 – princip zavarivanja eksplozijom

Tehnologija 3

3-92

3.3.8 ZAVARIVANJE PRITISKOM S MAGNETSKI UPRAVLJANIM LUKOM

ih spojeva, a najčešće se zavaruju cijevi

~ kod ovog postupka koristi se činjenica da se električni luk može otklanjati u željenom pravcu pomoću određenog magnetskog polja (definirane jakosti i smjera)

~ postupak je pogodan za zavarivanje uskih i prstenast

Slika 3.107 – princip postupka zavarivanja pritiskom s rotirajućim električnim lukom

~ varijante postupka: a) električni luk se uspostavlja između netaljive pomoćne elektrode i radnog komada a magnetsko polje

(radijalna komponenta) ga pokreće oko radnog komada (Slika 3.108). Ova varijanta ima manju primjenu

b) električni luk se uspostavlja između rubova cijevi ili sličnih komada (Slika 3.109). Rotaciono gibanje luka duž rubova ostvaruje se djelovanjem magnetskog luka. Radni komadi se stežu i centriraju u steznoj napravi, a zatim se dodirom uspostavlja luk koji sve većom brzinom počinje obilaziti radne komade po

grijavaju i tale. Nakon an blikuje spoj

~ zavarivanje se izvodi istosmjernom strujom ~ brzina putovanja električnog luka

sučeljenim površinama koje se zaprema drugom, te se na taj način o

određenog vremena dijelovi se pritisnu jed

( )30 150 m s÷ ovisi o: - jačini struje ( )200 2000 A÷

- jačini magnetskog polja ( )100 500 G÷

- zaštitnom plinu (najčešće se koristi

~ vrijeme zavarivanja: ~ sile sabijanja: ~ postupak je pogodan za zavarivanje niskolegiranih i nelegiranih čelika za područje debljina najčešće

do

2CO )

0,3 5 s÷ 0,5 40 kN÷

10 ak mm−

Slika 3.108 – zavarivanje s pomoćnom elektrodom

Slika 3.109 – zavarivanje pritiskom s rotirajućim električnim lukom

Tehnologija 3

3-93

3.3.9 23BHLADNO ZAVARIVANJE

~ postupak se temelji na principu difuzije metala koja se ovdje ostvaruje bez zagrijavanja, tj. u hladnom stanju uz primjenu mehaničke sile na spojnom mjestu uslijed koje se ostvaruje plastična deformacija, koja omogućuje difuziju čestica metala

~ za ovaj postupak spajanja su prikladni materijali koji imaju sposobnost velike plastične deformacije, kao što su: aluminij, bakar, titan, nikal, nehrđajući čelik, ...

~ spojevi su obično sučeljeni, točkasti ili preklopni ~ kod hladnog zavarivanja preklopnog spoja (Slika 3.110) djeluje se silom F na žigove koji utiskuju

materijal na mjestu spoja, tj. ostvaruju potrebnu plastičnu deformaciju. Tlačni prsteni sprječavaju plastično tečenje materijala izvan mjesta spoja

~ kod nastajanja spoja pri sučeljenom hladnom zavarivanju (Slika 3.111), silom F se izaziva sabijanje dijelova, a u alatu su predviđeni prostori za kontrolirano oblikovanje materijala koji plastično teče pri sabijanju

Slika 3.110 – hladno zavarivanje preklopnog spoja

Slika 3.111 – sučeljeno hladno zavarivanje

Tehnologija 3

4. NAVARIVANJE

~ postupak nanošenja dodatnog materijala na osnovni materijal uglavnom zbog poboljšanja nekih svojstava površine strojnog dijela ili alata (otpornost prema koroziji, tvrdoća, postizanje dimenzija istrošenog ili odlomljenog dijela, izgled)

~ navarivanje se radi postizanja posebnih svojstava površine upotrijebljenog osnovnog materijala primjenjuje i u izradi novog proizvoda

~ postupci, oprema, dodatni materijal su isti kao i kod procesa zavarivanja od kojeg se razlikuje samo po tome što se na podlogu nanosi metalni sloj a ne spajaju se dijelovi

~ navaruju se sve vrste materijala koji se zavaruju te raznorodni materijali ~ tijekom navarivanja dolazi do miješanja osnovnog i dodatnog materijala (Slika 4.1) ~ kemijski sastav navara je mješavina odgovarajućih udjela osnovnog i dodatnog materijala ~ kvaliteta navarenog sloja se u pravilu pogoršava miješanjem osnovnog s dodatnim materijalom ~ što je manja toplinska vodljivost osnovnog materijala tim je veće miješanje osnovnog s dodatnim

materijalom ~ što je specifična težina legirajućih elemenata u dodatnom materijalu veća, veće je njihovo slijeganje

u donje slojeve navara pa se ne preporučuje veliki nanos takvih legura u jednom sloju, nego u više slojeva

~ nastanak pukotina: - zbog različitost koeficijenata toplinskog rastezanja osnovnog i dodatnog materijala navara - prilikom navarivanja loše zavarljivog osnovnog materijala

~ rješavanje problema pojave pukotina može se riješiti navarivanjem PRIJELAZNOG SLOJA ili MEĐUSLOJA s najpovoljnijim dodatnim materijalom koji može nadoknaditi nedostatke osnovnog materijala

~ međuslojevi se navaruju u slučajevima: - kad postoje opasnosti od pukotine zbog razlike koeficijenata rastezanja između osnovnog i

dodatnog materijala - kod navarivanja čelika sklonog pukotinama - kod navarivanja nepoznatih čelika - kod navarivanja raznorodnih metala

1 20 %÷ 2 20 %÷20 35 %÷ 30 40 %÷

5 20 %÷

10 30 %÷

Slika 4.1 – prikaz udjela miješanja osnovnog i dodatnog materijala kod različitih postupaka navarivanja

4-1

Tehnologija 3

5. ZAVARIVANJU SRODNI POSTUPCI

5.1 TOPLINSKA REZANJA

~ postupci razdvajanja metala primjenom toplinske energije, bez mehaničkih reznih alata (Slika 5.1) ~ dolazi do lokalnog izgaranja ili do taljenja i isparavanja metala, te uklanjanja nastalih produkata čime

nastaje rez

Slika 5.1 – postupci toplinskog rezanja

5-1

Tehnologija 3

5.1.1 PLINSKO REZANJE (REZANJE KISIKOM, AUTOGENO REZANJE)

~ metal izgara u struji čistog kisika, pri temperaturama nižim od temperature taljenja ~ troska (oksidi metala) ispuhuje se mlazom kisika i nastaje rez

~ materijal na mjestu reza treba zagrijati na temperaturu zapaljenja ( o80 ; boja trešnje) i tek tada dovesti kisik u kojem će metal izgarati

0 900 C÷

~ zagrijavanje na temperaturu zapaljenja se vrši plamenom za predgrijavanje (smjesa acetilena, ili nekog drugog gorivog plina, i kisika) – onaj plamen kojim će se razbiti oksidi, odnosno plamena zona u kojoj je temperatura maksimalna

Slika 5.2 – shematski prikaz uređaja za plinsko ručno rezanje

Slika 5.3 - shematski prikaz procesa plinskog ručnog rezanja

~ rez je vrlo kvalitetan, hrapavost kakva se postiže grubom strojnom obradom ~ parametri: - odabir sapnice - tlak i čistoća kisika i gorivih plinova - brzina rezanja - razmak između sapnice i radnog komada

5-2

Tehnologija 3

~ uvjeti rezljivosti materijala: 1. p tT T< ... pT - temperatura predgrijavanja

- temperatura taljenja materijala koji se reže tT

2. ... - temperatura taljenja oksida to tT T< toT3. toplina nastala izgaranjem + toplina predgrijavanja moraju biti dovoljne za održavanje

temperature zapaljenja

~ primjena za nelegirane, niskolegirane, i niskouglične čelike ~ rezanje limova od oko 3,5mm pa do praktički neograničenih debljina ~ kod tanjih limova problem odvođenja topline što za posljedicu ima taljenje rubova pa se koriste

specijalne sapnice ~ rezanje raznih oblika, npr. priprema rubova za zavarivanje: I, V, X, U (Slika 5.4) ~ postupak pogodan za mehaniziranje (CNC, optičko ili magnetsko vođenje po šabloni)

Slika 5.4 – mogućnosti rezanja raznih oblika rubova

5.1.2 REZANJE ŠUPLJOM OBLOŽENOM ELEKTRODOM I KISIKOM (OXY-ARC)

~ uspostavlja se električni luk između šuplje obložene elektrode i radnog komada ~ luk ima sličan zadatak kao plamen za predgrijavanje kod plinskog rezanja, dok struja kisika

osigurava izgaranje radnog komada ~ za rezanje svih čeličnih materijala te neželjeznih metala u području debljina od 1 100 mm÷ ~ za izvođenje postupka potrebna su kliješta koja osim kabla za struju imaju i kanal za dovod kisika ~ kod rezanja, najprije se uz okomito držanje elektrode napravi početna rupa, a zatim se elektroda

vodi u smjeru reza pod kutem od oko o30 (Slika 5.5) ~ kvaliteta reza je prilično loša i ne može se usporediti s onom kod plinskog rezanja

Slika 5.5 – shematski prikaz rezanja šupljom elektrodom i kisikom

5-3

Tehnologija 3

5.1.3 REZANJE UGLJENOM ELEKTRODOM I STLAČENIM ZRAKOM (ARC-AIR)

~ električni luk između ugljene elektrode i radnog komada ~ toplina proizvedena u električnom luku tali, spaljuje i djelomično isparava metal radnog komada ~ elektroda je pobakrena ili obložena tankim bakrenim limom zbog boljeg električnog kontakta i čvrstoće, a sam materijal elektrode je smjesa ugljena i grafita

~ promjer elektrode je 4 20mm÷

~ izvor električne energije, ovisno o tipu ugljene elektrode, može biti istosmjeran (elektroda se spaja na + pol) ili izmjeničan

~ za odvijanje postupka koristi se stlačeni zrak, najčešće iz razvodne mreže u radionicama ili iz boca, uz tlak od 3 10 b ara÷

~ ovaj postupak se koristi za rezanje, ali češće za žljebljenje (uglavnom poluokrugli žlijebovi) ili otklanjanje grešaka u zavarenim spojevima

~ postupak je primjenjiv za sve električki vodljive materijale (čelici, sivi lijev, neželjezni metali) i to debljine od 1 100 mm÷

~ žljebljenje se može izvoditi ručno ili mehanizirano ~ kvaliteta reza je lošija nego kod plinskog rezanja

Slika 5.6 – shematski prikaz rezanja ugljenom elektrodom i komprimiranim zrakom

5-4

Tehnologija 3

5.1.4 REZANJE PLAZMOM

~ postupak koji se temelji isključivo na dovedenoj energiji izvana, tj. energijom termičke plazme, koja tali radni komad, a nastalu talinu izbacuje mlaz plinova koji se koriste za stvaranje plazme

~ plazmeni mlaz dobiva se tlačenjem određenog plina kroz električni luk ~ električni luk se uspostavlja između wolframove elektrode koja je spojena na "minus" ( )− pol

izvora struje i radnog komada ili sapnice pištolja samog uređaja ~ dvije vrste uređaja: a) pištolj s neprenesenim lukom (Slika 5.7)

b) pištolj s prenesenim lukom (Slika 5.8)

Slika 5.7 – shema plazma uređaja za rezanje (nepreneseni luk)

Slika 5.8 – shema plazma uređaja za rezanje (preneseni luk)

5-5

Tehnologija 3

~ električni luk je formiran obilno hlađenom sapnicom izrađenom od bakra, tj. luk se ne oblikuje slobodno (za razliku od TIG postupka)

~ temperatura u električnom luku (Slika 5.9) je vrlo visoka zbog koncentracije luka oblikom sapnice u usko područje

Slika 5.9 – prikaz raspodjele temperature u električnom luku

~ plinovi za stvaranje plazme: - Ar ... osigurava lagano uspostavljanje luka i njegovu stabilnost ... mali sadržaj energije ... skup - ... ispuhuje rastaljeni metal zbog većeg impulsa (gušći je) 2N ... zahtjeva veći napon ionizacije = veći sadržaj energije - H - mješavine plinova - zrak ... sve više se primjenjuje jer je najjeftiniji ... elektroda je od drugog materijala i oblika u tom slučaju

~ osnovni parametri koji utječu na rezanje: - struja - vrsta plamenog plina - brzina kretanja - udaljenost sapnice od radnog komada

~ plazma rezanje pod vodom sprečava deformacije i zagađenje okoline

5-6

Tehnologija 3

5.1.5 LASERSKO REZANJE

~ najveća je primjena lasera upravo za rezanje ~ rezati se mogu materijali koji apsorbiraju laserski snop, jer se apsorbirana energija pretvara u toplinu ~ princip rezanja: fokusirani snop prolazi kroz sapnicu promjera oko 1 mm . Položaj žarišta snopa se

nalazi na površini radnog komada ili malo ispod ( )mm . Udaljenost sapnice od radnog komada iznosi

0 0,5÷0,5 1 mm÷ . Mlaz plina iz sapnice sudjeluje u procesu

rezanja ispuhujući rastaljeni metal, te štiti optiku za fokusiranje od štrcanja i dima.

~ vrste rezanja: rezanje isparavanjem rezanje taljenjem rezanje izgaranjem

~ procesni parametri: - snaga lasera, ( )WP - brzina rezanja, 0,5 nekoliko desetaka m minv = ÷ - plin za rezanje tlak: ( )tlak: 2 8 bar÷

- promjer žarišta

- položaj žarišta u odnosu na površinu materijala

- promjer sapnice za rezanje ( )0,5 1,5 mm÷

- udaljenost sapnice za rezanje od radnog komada ( )0,3 1 mm÷

~ prednosti: - mogućnost rezanja različitih materijala - velike brzine rezanja - odlična kvaliteta reza - mali unos energije i male deformacije - male širine reza, samim time i mali gubici materijala - nema trošenja alata - jednostavna automatizacija procesa - nije štetno po okoliš

~ nedostaci: - skupoća tehnike - zahtijeva precizno pozicioniranje radnog komada - problematično rezanje većih debljina - zahtijeva precizno vođenje snopa - mali stupanj iskorištenja

~ plinovi za lasersko rezanje: Ar , He , 2CO , mješavine /Ar He , 2 2/O N ili druge

5.1.6 REZANJE ELEKTRONSKIM SNOPOM

~ od svih postupaka zavarivanja/rezanja ima najveću količinu unesene energije na radni komad po jedinici površine

~ karakteristike rezanja elektronskim snopom su slične onima kod laserskog rezanja ali u okvirima karakteristika uređaja za zavarivanje elektronskim snopom

5-7

Tehnologija 3

5.2 NAŠTRCAVANJE (METALIZACIJA, NABRIZGAVANJE)

~ postupak nanošenja rastaljenih čestica dodatnog materijala na površinu osnovnog materijala ~ svrha: - dobivanje posebnih svojstava površine (antikorozivnost, vatrootpornost, otpornost

trošenju, izolacijska svojstva, izgled površine, ...) - reparatura istrošenih dijelova (osovina, ležajnih površina) ~ spoj naštrcanog sloja i površine radnog komada ostvaruje se mehaničkim sidrenjem rastaljenih čestica na površini radnog komada uslijed hrapavosti površine, difuzijskim i adhezijskim vezama te mjestimičnim zavarivanjem

~ dodatni materijal može biti: - u obliku žice ili praška različite granulacije - po sastavu: metal različitih vrsta ( , Cr , tvrdi metali), keramika ili različite vrste oksida Ni

Slika 5.10 – sistematizacija postupaka naštrcavanja (naziv postupka; dodatni materijal; oblik dodatnog materijala)

5-8

Tehnologija 3

5.2.1 PLINSKO NAŠTRCAVANJE

~ toplinska energija plinskog plamena tali dodatni materijal a iznimno i površinu osnovnog materijala ~ čestice dodatnog materijala se primjenom komprimiranog zraka usitnjavaju i usmjeruju u mlazu

prema površini radnog komada, odnosno podloge (Slika 5.11) ~ dvije vrste uređaja: - oni koji koriste dodatni materijal u obliku PRAŠKA - oni koji koriste dodatni materijal u obliku ŽICE (metalizacija)

~ u oba slučaja dodatni materijal se uvodi u sapnicu s plinovima, a zatim se tokom leta kroz plamen tali. Usitnjavanje se vrši mlazom komprimiranog zraka koji ujedno pogoni čestice

~ udaljenost pištolja od radnog komada ovisi o vrsti praška i još nekim parametrima, a iznosi od 100 200 mm÷

~ debljina naštrcanog sloja treba biti u granicama od 0,3 3mm÷ , u protivnom zbog unutarnjih naprezanja može doći do odvajanja sloja od podloge

~ površina mora biti metalno čista i hrapava, ali se moraju izbjegavati oštri kutevi i rubovi

Slika 5.11 – shematski prikaz plinskog naštrcavanja

5-9

Tehnologija 3

5.2.2 ELEKTROLUČNO NAŠTRCAVANJE

~ primjenjuje se toplina električnog luka uspostavljenog između dvije taljive elektrode od materijala kojim se vrši naštrcavanje, te mlaz komprimiranog zraka koji usitnjuje i pogoni čestice prema radnom komadu

~ dvije taljive žičane elektrode dodaje mehanizirani dodavač približno pod međusobnim kutem od oko o30 , a između njih se održava električni luk

~ izvor energije za električni luk obično je istosmjerni uređaj s ravnom statičkom karakteristikom (lakše održavanje električnog luka)

~ za rad su potrebne struje od 300 500 A÷ a napon električnog luka se kreće od 25 35 V÷

Slika 5.12 – shematski prikaz elektrolučnog naštrcavanja

5-10

Tehnologija 3

5.2.3 PLAZMA NAŠTRCAVANJE

~ mlaz plinova pokreće čestice dodatnog materijala prema podlozi, a temperatura koja se postiže u plazmenom mlazu je mnogo veća nego u plinskom plameno ili električnom luku, što omogućava nanošenje slojeva od visokootpornih materijala

~ dodatni materijal se dovodi u sapnicu pištolja u praškastom obliku u struji nosećeg plina, plazma ih tali i baca prema površini radnog komada

~ tu se radi o inertnim plinovima i visokim temperaturama = dobra mehanička i metalurška svojstva (smanjena je poroznost nanešenog sloja – doseže 95% gustoće metala, a vlačna čvrstoća veze nanešenog sloja s osnovnim materijalom je poboljšana)

~ mogu se nanositi najtvrđi metali, keramika i metali s najvišim temperaturama taljenja ~ ponekad se primjenjuje postupak naštrcavanja s PRENESENIM lukom, što je kombinacija

naštrcavanja i navarivanja ~ električni luk se održava između wolframove elektrode i radnog komada kroz sapnicu ~ dodatni materijal se uvodi u sapnicu u obliku praška ili žice ~ ovim postupkom se nanose deblji slojevi, čija je površina jednolika i glatka, te imaju veću gustoću i

bolju metaluršku povezanost s podlogom ~ ograničen je izbor materijala za ovakvo nanošenje

Slika 5.13 – shematski prikaz plazma naštrcavanja (preneseni luk, nepreneseni luk)

5-11

Tehnologija 3

5-12

5.3 LEMLJENJE

~ postupak spajanja materijala pomoću rastaljenog dodatnog metala (lema) ~ temperatura taljenja lema je niža od temperature taljenja osnovnog materijala ~ osnovni materijal je kvašen lemom, bez da se sam tali ~ prednosti: - ne tali se osnovni materijal pa nema strukturnih promjena

- vrlo lako se spajaju raznorodni metali - brz postupak - deformacije su minimalne - nije potrebna nikakva mehanička obrada lemljenog spoja

~ mane: - osjetljiva priprema - loša dinamička svojstva spoja zbog heterogenosti

~ podjela: a) prema kriteriju radne temperature: MEKO LEMLJENJE

- temperatura taljenja lema ispod o450 C- bitna električnost ili nepropusnost

TVRDO LEMLJENJE - temperatura taljenja lema iznad o450 C- čvrstoća spoja slična čvrstoći kod zavarivanja

b) prema obliku spoja: LEMLJENJE U ZAZORU (kapilarno lemljenje) (Slika 5.14)

- između površina spoja postoji razmak koji mora biti jednolik između svih površina i manji od 0,5mm

LEMLJENJE U ŽLJEBU (zavarivačko lemljenje) (Slika 5.15) - naziv "zavarivačko" posljedica je sličnosti s pripremom za zavarivanje, ali

proces formiranja spoja ostaje isti kao i kod kapilarnog lemljenja

c) prema vrsti zaštitne atmosfere: zrak, vakuum, zaštitni plin

d) prema načinu zagrijavanja plinski, indukcijski, u peći, ...

e) prema načinu uklanjanja oksida za vrijeme lemljenja talilo, reducirajući plin, vakuum, ...

~

Slika 5.14 - lemljenje u zazoru Slika 5.15 - lemljenje u žlijebu

Tehnologija 3

5-13

lemljeni spoj se ostvaruje na osnovu slijedećih pojava: kvašenje površine osnovnog materijala adhezijske sile difuzija mehaničko sidrenje

~ da bi došlo do KVAŠENJA krute faze (osnovnog materijala) tekućom (rastaljeni lem) potrebna je energija koja se dovodi toplinom, te je kvašenje to bolje to je temperatura viša – 1. uvjet

~ površinske veze metala moraju biti slobodne (nema oksida, prevlaka, nečistoća) – 2. uvjet ~ adhezivne sile između lema i osnovnog materijala moraju savladati kohezijske sile samoga lema,

zato se površina mora čistiti mehanički i kemijski prije lemljenja ~ kemijsko čišćenje, za vrijeme lemljenja, vrši se pomoću TALILA koje rastvara površinski sloj i

reducira oksidni sloj, te štiti površinu od daljnje oksidacije ~ kapilarno djelovanje lema ovisi o čistoći površine i širini razmaka ~ kvašenje se definira kutem na mjestu spoja lema i osnovnog materijala (Slika 5.16):

o30β < ... dobro kvašenje o30 80β< < o ... otežano kvašenje

o80β > ... loše kvašenje

Slika 5.16 – definiranje pojma kvašenja ~ smjer djelovanja sila površinske napetosti (Slika 5.17):

1,2F ... sila površinske napetosti između osnovnog materijala i lema

2,3F ... sila površinske napetosti između lema i atmosfere u kojoj se lemi

1,3F ... sila površinske napetosti između osnovnog materijala i atmosfere u kojoj se lemi

Slika 5.17 – sile na granicama medija ~ da bi kvašenje bilo uspješno moraju biti zadovoljeni slijedeći uvjeti:

1,3 1,2 2,3 cosF F F β≥ + ⋅ i o30β <

Tehnologija 3

5.3.1 PLINSKO LEMLJENJE

~ oprema kao kod plinskog zavarivanja (Slika 5.18) ~ može se izvoditi kao lemljenje u zazoru ili kao lemljenje u žlijebu (slično zavarivanju) ~ plinski plamen treba biti "meki" i malo reducirajući ~ TALILO (snizuje temperaturu oksidacije i gura okside van) se dodaje na radni komad ili u šipku lema

prije lemljenja ili u tijeku samog izvođenja ~ zagrijavanje radnog komada treba biti jednoliko i izvedeno brzo, a lemljenje treba izvršiti dok

djeluje talilo (do 3 minute) ~ postupak se primjenjuje i u masovnoj i u pojedinačnoj proizvodnji, te gotovo za sve vrste materijala

Slika 5.18 – shema plinskog lemljenja

5.3.2 MEHANIZIRANO PLINSKO LEMLJENJE

~ lem se uskom rasporu sam širi uslijed kapilarnog tlaka, pa predmontirani sklop treba samo zagrijati do temperature lemljenja

~ ako se na mjesto unaprijed doda i talilo i lem, lemljenje se može obaviti potpuno mehanizirano, za više spojeva istovremeno (serijska proizvodnja)

~ primjer (Slika 5.19): - pokretna traka nosi radne komade uz plamenike koji zagrijavaju radne komade na temperaturu lemljenja

- brzina trake ovisi o vrsti lema, obliku spoja i dimenzijama radnog komada

Slika 5.19 – shematski prikaz mehaniziranog plinskog lemljenja

5-14

Tehnologija 3

5.3.3 LEMLJENJE U PEĆIMA SA ZAŠTITNOM ATMOSFEROM

~ zagrijavanje predmontiranih predmeta s već umetnutim lemom vrši se tako da traka putuje kroz peć u kojoj je zaštitna atmosfera (Slika 5.20)

~ dužina peći 5 6m ÷~ koriste se bakar i srebrni limovi, bez primjene talila ~ nužno je bolje mehaničko čišćenje zbog ograničenog djelovanja zaštitne atmosfere ~ debljine stijenki spojeva su od 1 10 mm÷

~ temperatura u peći kod lemljenja bakrenim lemom iznosi o1150 C~ vrijeme lemljenja obično traje od 5 30 min÷

Slika 5.20 – lemljenje u pećima

5-15

Tehnologija 3

5.3.4 INDUKCIJSKO LEMLJENJE

~ kod ovog postupka spajanja toplina potreban za zagrijavanje lemnog mjesta ostvaruje se uslijed otpora električnoj struji induciranoj u samim dijelovima koji se leme

~ radni komadi se postavljaju u elektromagnetsko polje koje stvara zavojnica i koja je prilagođena oblikom dijelovima koji se leme

~ sami elementi nisu dijelovi strujnog kruga ~ izvor energije proizvodi izmjeničnu struju frekvencije:

motor-generatori: 5 10kHz÷

oscilatori s iskrištem 20 300kHz÷

oscilatori s poluvodičkim elementima 200kHz 50 MHz÷

~ visokofrekventni izvori daju površinsko zagrijavanje zbog skin efekta ~ što je frekvencija niža dubina zagrijavanja je veća ~ vrijeme zagrijavanja mora biti dovoljno dugo da omogući lemu da proteče cijelom površinom ~ prednost postupka je brzina zagrijavanja, a nedostatak nejednolikost zagrijavanja ~ postupak je vrlo pogodan za masovnu proizvodnju ~ lem se obično unaprijed postavlja na mjesto spoja u obliku predoblikovanih komada ~ lemljenje se vrši sa ili bez primjene talila, pa i u vakuumu

Slika 5.21 – uređaj za indukcijsko lemljenje

5-16

Tehnologija 3

5-17

5.3.5 ELEKTROOTPORNO LEMLJENJE

~ toplina potreban za zagrijavanje spoja stvara se uslijed otpora prolasku struje kroz dijelove koji se leme, tj. oni su dio strujnog kruga

~ elektrode koje dovode struju su od grafita ili bakra ~ koristi se izmjenična struja velike jakosti i malog napona ~ postupak se koristi za maloserijsku proizvodnju ~ postupak je ograničen na oblike spojeva gdje se lem može unaprijed postaviti na mjesto spoja

5.3.6 LEMLJENJE URANJANJEM

~ ovaj način lemljenja se uglavnom primjenjuje za meko lemljenje ~ kod tvrdog lemljenja problem je održavanje ujednačenog kemijskog sastava taline ~ ako se primjenjuje tvrdo lemljenje onda se primjenjuje za radne komade manjih dimenzija ~ meko lemljenje se primjenjuje u serijskoj i masovnoj proizvodnji, gdje su radni komadi mase 1kg<

Slika 5.24 – shematski prikaz procesa lemljenja uranjanjem

Slika 5.23 – elektrootporno lemljenje direktnim zagrijavanjem

Slika 5.22 – elektrootporno lemljenje indirektnim zagrijavanjem

Tehnologija 3

5.3.7 DIFUZIJSKO LEMLJENJE

~ u osnovi se ne razlikuje od difuzijskog zavarivanja ~ postupak se primjenjuje za materijale s lošom lemljivošću, koje je teško ili nemoguće zalemiti

drugim postupcima ~ primjenjuju se specijalni lemovi za vakuumsku tehnologiju kod kojih ne dolazi do isparavanja

Slika 5.25 – shematski prikaz difuzijskog lemljenja

5.3.8 LEMLJENJE ZRAČENJEM

~ zbog relativno male energije postupak je prikladan za male dijelove u serijskoj proizvodnji ~ najčešće vrste spojeva: žica-žica, žica-lim ~ izvor ili niz izvora može emitirati svjetlosno ili infracrveno zračenje različitih učinaka ~ postupak se primjenjuje samo u posebnim slučajevima, bilo da se radi o posebnoj namjeni ili o

materijalima koji su osjetljivi na zagrijavanje

Slika 5.26 – shematski prikaz postupka lemljenja zračenjem

5-18

Tehnologija 3

5.3.9 EGZOTERMNO LEMLJENJE

~ nisu potrebni uređaji već se termoreakcijskom masom obloži izradak s umetnutim lemom i inicira se termokemijska reakcija upaljačem, šibicom, putem baterije ili plinskim plamenom (Slika 5.27)

~ postupak je primjenjiv za pojedinačnu proizvodnju, za manje i srednje velike dijelove s teško pristupačnim mjestima (cjevovodi, avio-industrija, ...)

~ moguće je lemiti sve vrste metala (prednost oni s manjom toplinskom vodljivošću) ~ lemovi u obliku: žice, folije ili praška ~ izolacija se može koristiti za smanjenje toplinskih gubitaka ~ vrlo često se termoreakcijska masa koristi kao i lem (kod mekog lemljenja)

Slika 5.27 – shematski prikaz egzotermnog lemljenja

5.3.10 ELEKTROLUČNO LEMLJENJE

~ tehnika identična plinskom ručnom lemljenju samo što je energija plinskog plamena zamijenjena toplinskom električnog luka

~ električni luk se uspostavlja između dvije pobakrene grafitne elektrode (Slika 5.28) ~ postupak se najčešće koristi za tvrdi lem, vrlo rijetko meki ~ radni komadi trebaju biti manjih dimenzija ~ postupak nije prikladan za industrijsku proizvodnju pa se obično primjenjuje u manjim radionicama

i u kućnoj radinost

Slika 5.28 – shematski prikaz elektrolučnog lemljenja

5-19

Tehnologija 3

5.3.11 LEMLJENJE LEMILIMA

~ najšira primjena ~ pojedinačni spojevi u elektrotehnici i limarskim radionicama ~ samo za meko lemljenje ~ LEMILA mogu biti grijana električki ili plinski (Slika 5.29) ~ površina spoja i lemnih šiljaka moraju biti očišćeni mehanički ili kemijski ~ lemovi u obliku šipke

Slika 5.29 – shematski prikaz lemljenja lemilima

5.3.12 ULTRAZVUČNO LEMLJENJE

~ lemilo oblikovano za primjenu ultrazvuka ~ ultrazvuk čisti i zagrijava površinu ~ lemni šiljci raznih oblika

5-20

Tehnologija 3

6. STRUKTURNE PROMJENE I GREŠKE HOMOGENOSTI

6.1 UTJECAJNI ČIMBENICI NA STRUKTURNE PROMJENE

BRZINA ZAGRIJAVANJA

MAKSIMALNA TEMPERATURA ZAGRIJAVANJA maxT

VRIJEME PROVEDENO NA maxT (difuzija ili ne) BRZINA HLAĐENJA – ovisi o:

▪ temperaturi okoline ▪ količini unesene topline

Q U I η= ⋅ ⋅ ... toplina koju proizvodi električni luk

z

Qqv

= ... specifična toplina – količina unesene topline po duljini zavara

▪ obliku izratka ▪ kretanju taline

6-1

Tehnologija 3

~ 0 - talina

- nema zakaljivanja jer C , Si i Mn izgaraju (velika brzina hlađenja 350 400 K minhlv = ÷ )

~ 1 - talina + krutina - linija staljivanja - struktura = krupno zrno + iglice ili martenzit

~ 2 - zona pregrijanja - struktura = krupno zrno + iglice ili neke međustrukture (bainit) ili martenzit kod debljih

komada - velike brzine ohlađivanja pa može doći do zakaljivanja

~ 3 - zona normalizacije - temperatura o1050 C>- niže temperature sitnije zrno, više temperature grublje zrno - feritno-perlitna struktura

~ 4 - zona nepotpune prekristalizacije - otapaju se samo perlitni uključci, dok ferit ostaje nepromijenjen - lamele perlita teže kuglastom obliku

~ 5 - zona rekristalizacije - mijenja se oblik – usmjereno zrno u neusmjereno rekristalizirano - ne mijenja se struktura

~ 6 - zona plavog loma - nema promjene oblika ni strukture - može doći do izlučivanja nitrida na granicama zrna = PLAVI LOM

6-2

Tehnologija 3

~ višeslojno zavarivanje je bolje jer svaki slijedeći sloj odžari prethodni i poboljšava se struktura ~ kod zavarivanja zakaljivih materijale je moguća pojava martenzita, što nastojimo izbjeći ~ udio martenzita u strukturi materijala nakon zavarivanja bi trebalo biti 30 %< ~ pomoću TTT dijagrama možemo:

- donijeti ocjenu sklonosti otvrdnjavanju - približno odrediti kritičnu brzinu hlađenja - iz položaja krivulje martenzit start ( SM ) možemo odrediti temperaturu predgrijavanja, koja

mora biti viša od SM - ako je poznata krivulja hlađenja može se odrediti maksimalna tvrdoća i time odrediti sklonost

nastajanju pukotina

500 470 300 230 180 160

25

50

20

[ ]KT

A

SM

FP

B

3CA

1CA

[ ]logt t

udio pojedinih komponenata

30% Mt

110− 010 110 210 310

~ vrijeme hlađenja između o ( 800/500t ) mora biti veće od vremena ohlađivanja kod kojeg se u strukturi javlja 30 % martenzita ( 30% Mt ) radi sprječavanja nastanka pukotina (ukoliko je to vrijeme manje moramo ići na dodatnu toplinsku obradu)

800 500 C÷

6-3

Tehnologija 3

6-4

6.1.1 REAKCIJE TALINE S PLINOVIMA

~ rastaljeni metal (kapi metala, kupka) otapa u sebi veće količine kisika, vodika i dušika pa dolazi do međusobnih reakcija plin-metal, koje bitno utječu na svojstva i kvalitetu zavarenog spoja

~ metali i pri sobnim temperaturama sadrže male količine plinova (rezidualni kisik, vodik i dušik) ~ dodatno, kao izvori plinova pri zavarivanju mogu se navesti:

- NEČISTOĆE OSNOVNOG I DODATNOG MATERIJALA kao što su: ugljikovodici, oksidi, hidroksidi i drugi organski i anorganski materijali, koji se pri visokim temperaturama raspadaju i oslobađaju plinove

- ATMOSFERA koja okružuje rastaljene kapi i kupku metala ( 2O , 2H , 2N , 2CO , 2H O )

6.1.1.1 Utjecaj kisika, 2O

~ kisik je posebno opasan jer svi elementi imaju afinitet prema kisiku ~ kisik je uvijek, u većoj ili manjoj količini, prisutan u rastaljenom metalu ~ oksidacija štetno djeluje na sva mehanička svojstva materijala, gotovo da ju se ne može izbjeći ~ reakcije oksidacije:

- KISIK IZ ATMOSFERE ( )2O

+ →2 24 25 3

Fe O Fe O3

- ATOMARNI KISIK IZ ATMOSFERE ( )O

+ 2 32 13 3

Fe O Fe O ... smjer reakcije ovisi o parcijalnim tlakovima

- POVRŠINSKI OKSIDI

+ →3 4 4Fe O Fe FeO

+ →2 3 3Fe O Fe FeO

~ prisutnost oksida: - pospješuje stvaranje grubozrnate strukture - povećava sklonost toplim pukotinama - povećava mogućnost stvaranja pora - pogoršava mehanička svojstva, a najviše KV (udarna radnja loma - istezljivost)

HV

σm

σσ

0 ,2

5

m

p

AKVHV

5Aσ

0 ,2p

KV

0,20,1 2% O

Tehnologija 3

6-5

~ potrebno je spriječiti reakciju kisika s ugljikom iz 3Fe C , jer može uzrokovati poroznost i razugljičenje, a to se čini dodavanjem u oblogu elektrode ili u žicu za zavarivanje elemenata koji imaju veliki afinitet prema kisiku: Al , Si , Mn , Ti , Zr

~ reakcije dodatnih elemenata:

22Si O SiO+ →

2 32 3Al O Al O+ →

Mn O MnO+ →

~ produkti dezoksidacije su troska ili nemetalni mikrouključci u strukturi zone taljenja ( ZT ) ~ Ti , Al i Zr su jaki dezoksidanti, oko 5 puta jači od Mn ili Si ~ ako ovi produkti ostanu u metalu, a ne isplivaju u obliku troske, tada se oni u strukturi skrutnutog

metala nalaze u obliku fino raspršenih nemetalnih mikrouključaka, koji bitno ne utječu na svojstvo zavara, pa su daleko manje štetni od poroznosti

~ ipak, previsoki sadržaj dezoksidanata Al i Si u čeliku smanjuje njegovu žilavost i istezljivost, posebno pri niskim temperaturama

6.1.1.2 Utjecaj vodika, 2H

~ dimenzija atoma je vrlo mala i može prodrijeti u svaki metal ~ nije ustanovljen utjecaj na mehanička svojstva ~ postoji direktna veza između količine vodika i pojave pukotina (mikro i makro) ~ najčešća pojava su pore ~ javlja se i zakašnjeli lom – materijal puca pri nekom manjem naprezanju nakon određenog vremena

(nakon 48 h se smatra da je H difundirao i da nakon toga neće doći do pukotine)

~ pri sobnoj temperaturi ne veže se sa Fe , ali pri porastu temperature (iznad o300 C ) se povećava topivost i rastvorljivost u zavarenom spoju

~ vodik iz zavara dijelom ide u atmosferu, a dijelom u ZUT (zonu utjecaja topline) ~ pri velikoj brzini hlađenja stvara se puno pukotina jer vodik ne stigne difundirati u atmosferu ~ vodik u zavaru stvara velika naprezanja – tlak može doseći i 510 bara ~ vodik dolazi disocijacijom vode:

2 22 2H O H O→ + 2 ~ vodik iz zavara se nakuplja na granicama zrna i spaja se u molekule

Tehnologija 3

6.1.1.3 Utjecaj dušika, 2N

~ veća rastvorljivost nego kod vodika – kod o910 C može se rastvoriti 320 cm dušika u Fe ~ stvaraju se nitridi koji zbog kojih dolazi do:

σ

5

m

HVAKV

KV

5A

HV

σm

0,1 0, 2 2% N

- povišenja čvrstoće

- povišenja granice razvlačenja

- povećane krhkosti - pada žilavosti (smanjena udarna radnja

loma i istezljivost)

~ reakcije željeza s dušikom:

+ →2 2122

Fe N Fe N

+ →2 4142

Fe N Fe N

~ da bi se spriječile reakcije željeza s dušikom dodaju se elementi koji imaju veći afinitet prema dušiku čiji spojevi isplivaju s troskom:

( ), ,Al V Ti

+ →22 2Al N AlN

+ →22 2V N VN

+ →22 2Ti N TiN

~ u dodatnom materijalu mora biti < 0,01 % N

6-6

Tehnologija 3

6.2 GREŠKE HOMOGENOSTI

~ greške homogenost prema obliku dijelimo na: - PLOSNATE GREŠKE

pukotine ▪ mikro pukotine ( 0,3 mm< ) ▪ makro pukotine

greške vezivanja ▪ hladno naljepljivanje (najčešće se javlja kod zavarivanja odozgo prema dolje i ne može se

otkriti prozračivanjem, već samo ultrazvukom)

- PROSTORNE GREŠKE

pore (najčešće kod MIG zavarivanja aluminija) uključine

▪ troska (kod MIG zavarivanja kratkim spojevima mogu biti i komadići elektrode) ▪ različiti spojevi loših mehaničkih svojstava

~ vrste pukotina: - VRUĆE PUKOTINE

nastaju kod pojave lako taljivih faza ( o ) i dolazi do segregacije metala zavara 800 500 C÷

- HLADNE PUKOTINE

najčešći je uzrok vodik ( o ) 300 250 C÷

- PUKOTINE USLJED ŽARENJA

- LAMELARNE PUKOTINE

nastaju uslijed loših svojstava materijala i kod naprezanja u smjeru normale (posebno se vrši kontrola sklonosti lamelarnim pukotinama konstrukcija na hladnom)

6.2.1 VRUĆE PUKOTINE

~ nastaju na temperaturi oko o800 C kod skrućivanja čelika ~ razlog je različita temperatura i deformabilnost pojedinih dijelova zavara, što može uzrokovati

segregaciju metala zavara ~ takve pukotine mogu nastati i među kemijski različitih područja ~ da bi ih spriječili moramo imati manji unos topline i ne predgrijavati, te bi trebalo povećati brzinu

hlađenja

6.2.2 HLADNE PUKOTINE

~ nastaju na temperaturama manjim od o300 C ~ podjednako nastaju u ZUT-u i u metalu zavara ~ uzroci:

visoke vršne temperature i porast zrna u ZUT-u visoki sadržaj vodika visoki sadržaj martenzita (pomak SM i fM krivulja prema višim temperaturama)

velika brzina hlađenja zaostala naprezanja

6-7

Tehnologija 3

~ sprječavanje: smanjivanje krutosti konstrukcije (teško ostvarivo) smanjivanje sadržaja vodika (teško ostvarivo) omogućiti bolju difuziju vodika – postiže se većim unosom topline i sporijim hlađenjem smanjivanjem brzine hlađenja – to se može postići predgrijavanjem konstrukcije

6.2.2.1 Metode određivanja temperature predgrijavanja

~ predgrijavanje podrazumijeva zagrijavanje područja zavarivanja iznad temeperature okoline, na propisanu temperaturu, prije početka zavarivanja, te održavanje te temperature za vrijeme zavarivanja

~ predgrijavanje je primarno unošenje topline u zavar, a kasnije se izvorom zavarivanja (npr. električnim lukom) sekundarno unosi toplina u zavar, pa su konačni efekti rezultat primarnog i sekundarnog unošenja topline

~ najčešće se predgrijavanje vrši u cilju izbjegavanja hladnih pukotina, jer se predgrijavanjem postižu efekti suprotni onima koji uzrouju hladne pukotine

~ predgrijavanjem se postižu ovi efekti: - SMANJENJE BRZINE HLAĐENJA ZONE UTJECAJA TOPLINE ( ZUT ) I ZONE TALJENJA ( ZT )

smanjenjem brzine hlađenja smanjuje se količina tvrdih faza – zakaljene martenzitne ili nekih manje tvrdih struktura

- OMOGUĆAVANJE IZLASKA (EFUZIJE) DIFUZIJSKOG VODIKA atomarni difuzijski vodik lakše difundira kroz metalnu kristalnu rešetku pri višim temperaturama, jer je srednji razmak između atoma metala veći

- MANJA SU ZAOSTALA NAPREZANJA

budući da je područje zavarivanja na višoj temperaturi, ono je produženo za lΔ , pa će stezanje sredine zavara nakon hlađenja biti manje nego ako nije bilo predgrijavanja, pa će i rezultirajuća zaostala naprezanja biti manja

ako se pretpostavi da se može izdvojiti zavar od okolnih limova, tada bi on nakon hlađenja bio kreći od okoline (HLADNO). Budući da je vezan za okolinu, rezultat su zaostala naprezanja na vlak u sredini zavarenog spoja i naprezanja na tlak u susjednim zonama. Predgrijavanjem se hladna okolina također istegne, pa će se pri hlađenju skraćivati zajedno sa sredinom zavara, ali za manju veličinu, što za posljedicu ima manje zaostale napetosti uz predgrijavanje

6-8

Tehnologija 3

6-9

6.2.2.1.1 Seferijan metoda

~ preporuča se za niskolegirane čelike ~ temperatura predgrijavanja ovisi o:

kemijskom sastavu materijala debljini lima koji se predgrijava

o350 0, 25, Cp ukT C= ⋅ −

uk ekv dC C C= + ... ukupni kemijski ekvivalent ugljika - formula koja nam govori kako pojedini elementi utječu na zakaljivost

(sve je svedeno na utjecaj ugljika)

( )360 40 20 28360ekv

C Mn Cr NiC

+ + + +=

Mo

ekvC

... kemijski ekvivalent ugljika

0,005dC s= ⋅ ⋅ ... debljinski ekvivalent ugljika s ... debljina lima

( )1 0,005uk ekvC C s= ⋅ + ⋅

6.2.2.1.2 BWRA metoda (British Welding Research Asociation)

~ na veličinu temperature predgrijavanja utječu: kemijski sastav čelika tip spoja (sučeljeni, kutni, križni) i dimenzije komada koji se zavaruje vrsta obloge i promjer elektrode

~ pokazatelj zavarljivosti čelika: - indeks zavarljivosti: iz tablice , , , , , ,A B C D E F G →- određuje se pomoću vrijednosti ekvivalentnog ugljika i vrste obloge elektrode

, %20 15 10ekvMn Ni Cr Mo VC C + +

= + + +

~ broj termičke strogosti (BTS): - tip spoja (sučeljeni, kutni, križni) - broj pravaca odvođenja topline iz mjesta polaganja zavara (KOT) - dimenzije limova koji se predgrijavaju (zavaruju)

6

SR SRa KOT a KOTBTSJD⋅ ⋅

= =

... srednja vrijednost debljine limova koji se zavaruju SRa JD ... jedinstvena debljina ( 6 mmJD = )

sučeljeni → 2KOT = kutni → 3KOT = križni → 4KOT =

~ minimalnu temperaturu predgrijavanja očitamo iz tablice na osnovu slijedećih podataka: - BTS-a - indeksa zavarljivosti - promjera elektrode

Tehnologija 3

6.2.2.1.3 Ito - Bessyo metoda

~ metoda za ocjenu sklonosti hladnim pukotinama visokočvrstih materijala ~ faktori koji utječu na sklonost hladnim pukotinama:

kemijski sastav materijala debljina lima koji se predgrijava količina difundiranog ugljika u materijalu zavara

o

0 1440 392, CpT P= ⋅ − ... minimalna temperatura predgrijavanja

, %60 600p ekvH dP C= + + ... parametar pukotine

5 , %20 15 60 10 30ekv

Mn Cr Cu Mo Ni V SiC C B+ += + + + + + +

0, 2 0,5ekvC = ÷ ... ekvivalent ugljika 30 5 cm 100gH = ÷ ... koncentracija difuzijskog vodika u materijalu zavara

0 60 mmd = ÷ ... debljina materijala

6.2.2.1.4 IIW metoda (International Institute of Welding)

, %6 5 15ekv

Mn Cr Mo V Ni CuC C + + += + + +

~ kod običnih čelika se smatra da ako je: 0,4ekvC < ne treba predgrijavati 0,4ekv treba predgrijavati (sklonost pojavi hladnih pukotina) C >

6-10

Tehnologija 3

6.2.3 PUKOTINE USLIJED ODŽARIVANJA

~ kod grijanja i hlađenja komada uslijed temperaturnih naprezanja, nastalih zbog nejednolike progrijanosti, može doći do pojave pukotina

ZT

t

3,3 8,1 10 2G Cr Mo V CΔ = + + + −

0GΔ > ... materijal je sklon vrućim pukotinama

6.2.4 LAMELARNE PUKOTINE

~ javljaju se samo kod naprezanja okomitih na površinu lima ~ ako prilikom valjanja ima nečistoća u materijalu one se razvaljaju u obliku filma i na tim mjestima

materijal ima lošija mehanička svojstva ~ to se rješava tako da se materijal zagrijava i nečistoće poprime formu kuglica ili posebnim

tehnologijama zavarivanja

F F

F

6-11

Tehnologija 3

7. ZAVARLJIVOST METALA

7.1 UTJECAJNI ČIMBENICI NA ZAVARLJIVOST

ZAVARLJIVOST ELEMENATA

SIGURNOST ZAVARENOG

SPOJA-------------------------KONSTRUKCIJA

MATERIJAL-------------------------

PODOBNOSTZA

ZAVARIVANJE

MOGUĆNOST ZAVARIVANJA

-------------------------TEHNOLOGIJA

~ nemoguće je utjecajne čimbenike promatrati odvojeno ~ MATERIJAL će ovisit o: - kemijskom sastavu materijala

- metalurškim svojstvima (načinu preradbe) - mehaničkim svojstvima (fizikalna svojstva)

~ KONSTRUKCIJA će ovisit o: - obliku i dimenziji konstrukcije (složen, jednostavan, ...) - vrsti i veličini naprezanja (jednoosno, dvoosno, troosno) - eksploatacijskim uvjetima (temperatura, agresivnost medija, dinamičko

opterećenje, ...)

~ TEHNOLOGIJA će ovisit o: - pripremi za zavarivanje - mogućnosti izvođenja - naknadnoj obradi

7-1

Tehnologija 3

7.2 ISPITIVANJA ZAVARLJIVOSTI

7.2.1 ISPITIVANJE SKLONOSTI POVEĆANJU TVRDOĆE

~ na temelju kemijskog sastava materijala zaključujemo o mogućnosti povećanja tvrdoće:

max 90 1050 47 75 30 31HV C Si Mn Ni Cr= + + + + +

~ ako je: max 250HV < ... materijal nije sklon otvrdnuću i bit će dobro zavarljiv

max 350 ... loša zavarljivost HV >

~ maksimalno dozvoljena tvrdoća je max 350HV < (tada još nema pukotina) ~ tvrdoća se ispituje 2 mm ispod površine

2 mm

HV

maxHV

. .O MHV

7.2.2 ISPITIVANJE SKLONOSTI STARENJU

~ najčešća proba je ISPITIVANJE RADNJE LOMA (Charpy-ev bat) ~ materijal 2 je bolji od materijala 1 jer ima nižu temperaturu prelaska iz krhkog u žilavo stanje

KV

T

2 1

PT PT

7-2

Tehnologija 3

7.2.3 ISPITIVANJE SKLONOSTI KRHKOM LOMU

~ KRHKI LOM - pojava kad se pukotina širi nekontrolirano pri naprezanjima manjim od onih kod kojih se očekuje pucanje

~ često se javlja kod višeosno napregnutog materijala

7.2.3.1 Charpy-ev bat

~ jednostavan za provedbu, ali zbog male epruvete loše ispituje sklonost krhkom lomu ~ nismo u stanju s epruvetom simulirati troosno naprezanje ~ ako je tanja epruveta ispitivanje se radi na nižoj temperaturi ~ važno je gdje se vadi epruveta iz zavarenog spoja (kritična je zona staljivanja)

1 3 s2 3 s

s

zarez okomit na površinu lima

7.2.3.2 Padajući bat

~ navar se prereže bez da se oštećuje osnovni materijal ~ epruvetu se prije ispitivanja treba pothladiti na neku temperaturu i tražimo kritičnu temperaturu kod

koje materijal prelazi u krhko stanje, odnosno ispod koje će doći do puknuća epruvete ~ niža temperatura = manja sklonost prema krhkom lomu

1600, 3700 mmh =

50, 90 mm130, 350 mm

16, 19, 25 mm

7-3

Tehnologija 3

7.2.3.3 Kommerel metoda

~ može se raditi na običnoj kidalici ~ metoda je idealna za limove debljine 50 mms > ~ na ploči se napravi utor i navari se navar duljine c ~ ploča se zatim okrene, postavi na valjke i polako tlači (savija) silom F ~ javljaju se pukotine u materijalu navara koje prelaze u osnovni materijal ~ kad se pojavi pukotina (bude duboka 10 mm ) u osnovnom materijal, izmjeri se kut α pod kojim se

pukotina proširila iz navar i to nam je pokazatelj sklonosti krhkom lomu ~ što je veća debljina lima s to je manji kut α

F

s

ab

cnavar

6 8 mm÷

o180 α−

s

α

7.2.3.4 Robertson metoda

~ priređenu epruvetu pothladimo tekućim dušikom s vrha, bočno ju opteretimo konstantnim iznosom duž cijelog boka, udarimo ju batom i gledamo gdje će se zaustaviti pukotina

~ mjesto gdje se zaustavi pukotina je krajnja temperatura pri kojoj će se početi javljati pukotine

7-4

Tehnologija 3

7.2.4 ISPITIVANJE SKLONOSTI NASTAJANJU HLADNIH PUKOTINA

7.2.4.1 Tekken proba

~ prvo se zavare pomoćni zavari, a tek onda ispitni zavar ~ pomoćnim zavarima ploča je ukrućena, time je onemogućeno istezanje i stezanje ~ epruveta se ostavi 48 h da stoji i zatim se ispituje ~ ispitivanja se vrše prvo nerazornim metodama ispitivanja, a ako se ništa ne ustanovi razornim

ispitivanjem, zavar se reže na 3 ili 5 mjesta, rade se izbrusci i promatraju mikroskopom u potrazi za pukotinama (gleda se da li je došlo do pukotine koja se širi iz ZUT-a prema zavaru)

~ u ovisnosti o duljini i visini pukotina zaključujemo o sklonosti prema hladnim pukotinama

20060 60

150

s

2s

o60A A−

B B−

A B

7.2.4.2 Implant test

~ ispituje se materijal umetka ~ umetak se zavari i kad temperatura padne ispod o350 C optereti se silom na istezanje ~ navoj na zavarenom dijelu umetka služi zato da imamo koncentratore naprezanja (zarezno

djelovanje) ~ promatra se kod kojeg naprezanja dolazi do loma i vrijeme pod naprezanjem ~ ako izdrži 48 h materijal nije sklon hladnim pukotinama ~ može se odrediti kod koje temperature predgrijanja neće doći do hladnih pukotina ~ utjecajni parametri su: vodik, naprezanje i vrijeme

F10M

2010

6 9φ ÷

7013

0÷

7-5

Tehnologija 3

7.2.5 ISPITIVANJE SKLONOSTI NASTAJANJU VRUĆIH PUKOTINA

7.2.5.1 Focke Wulf metoda 100~ kvalitetna metoda za ispitivanje tanjih limova ( 7 mms < ) ~ zagrijava se u smjerovima prikazanim na slici i gledamo da li se pojavljuju

pukotine

7.2.5.2 Fisco test

~ metoda je prikladna za ispitivanje osnovnog i dodatnog materijala ~ ploča se stegne vijcima (moment ključem, odozgo 200 kN , a sa strane 60 kN ) ~ razmak a može biti različit: 0 6 mma (ako je 0 mma= ÷ = radi se bez umetka od bakra) ~ vijci ukrućuju ploču ~ ploča se vadi nakon hlađenja i ako nije došlo do pucanja prereže se ~ u većini slučajeva neće doći do pucanja već samo do stvaranja inicijalnih pukotina ~ boja pukotina ovisi o temperaturi na kojoj je došlo do pucanja

- HLADNE PUKOTINE ... o350 C< , svijetlo plave boje

- VRUĆE PUKOTINE ... o , su crvenkasto smeđe 700 800 C> ÷

~ što je razmak a veći to je proba stroža, razmak a je najčešće jednak promjeru elektrode

( ) 100 %p

z

lf a

l= ⋅∑∑

... funkcija sklonosti pukotinama

( ) 25 %f a < ... materijal nije sklon hladnim pukotinama

( ) 25 60 %f a = ÷ ... materijal je sklon hladnim ili toplim pukotinama

( ) 60 %f a > ... dodatni materijal ne odgovara osnovnom materijalu

a

505

7÷

100

200 1pl zl 2pl

bakreni umetak da ne dođe do zavarivanja za ploču

7-6

Tehnologija 3

7.2.5.3 Varestant test

~ prema poprečnim pukotinama ispitujemo i dodatni i osnovni materijal, odnosno njihovu prikladnost

~ zagrijemo navarivanjem i savijamo ~ što je manji radijus to je proba stroža

električni lukelektrični luk smjer gibanja

elektrode

ZA POPREČNE PUKOTINE

ZA UZDUŽNE PUKOTINE

rF F

F

7-7

Tehnologija 3

7.2.6 ISPITIVANJE SKLONOSTI LAMELARNIM PUKOTINAMA

7.2.6.1 Det Norske Veritas

~ ispitivanja lamelarnih pukotina su važna kad su naprezanja u smjeru normale na površinu lima i pri niskim temperaturama

~ mjeri se kontrakcija na 6 epruveta ~ stupanj suženja 5A bi trebao biti 5 20 %A ≥~ ukoliko je 516 % 20 %A≤ ≤ ponavljamo ispitivanje ~ za posebnu otpornost lamelarnim pukotinama 5 30 %A ≥

ds

20l

s=

+

F

F

60s>

7-8

Tehnologija 3

8. NAPETOSTI I DEFORMACIJE PRI ZAVARIVANJU

~ za vrijeme i nakon zavarivanja, termičkog rezanja ili žlijebljenja javljaju se zaostala naprezanja i deformacije (zbog pojmovnog razlikovanja zaostala naprezanja od zavarivanja nazivaju se i zaostale napetosti)

~ zaostale napetosti kod zavarivanja su posljedica lokalnog zagrijavanja ~ nepovoljni utjecaji zaostalih naprezanja i zaostalih deformacija:

zbrajanjem radnih i zaostalih naprezanja smanjuje se nosivost konstrukcije kod debelostijenih konstrukcija naprezanja su troosna što povećava sklonost krhkom lomu i olakšava inicijaciju i propagaciju pukotina (posebno su nepovoljne vlačne zaostale napetosti)

visoka razina vlačnih napetosti i zbroj radnih i zaostalih naprezanja povećava sklonost pojavi pukotina zbog korozije uz naprezanje kao i drugim vrstama korozije (bitno se smanjuje i dinamička nosivost pri visokim vlačnim naprezanjima)

deformacije, koje predstavljaju odstupanja od teorijskog oblika (pravac, ravnina, kružnica, valjak, kugla) uzrokuju dodatna naprezanja na savijanje, smanjuju stabilnost konstrukcije, pa je pouzdanost deformiranih elemenata smanjena (stezanja i deformacije se ne mogu izbjeći, ali se mogu spriječiti prevelika odstupanja od teorijskog oblika)

8.1 UZROK I MEHANIZAM NASTAJANJA NAPETOSTI I DEFORMACIJA

~ lokalno unošenje topline je uzrok napetostima i deformacijama ~ kada se pri zagrijavanju ili hlađenju javljaju naprezanja u bilo kojoj zoni preko eR granice

razvlačenja dolazi do trajnih deformacija, tada će se nakon potpunog hlađenja u tom dijelu javiti napetosti

~ napetosti se javljaju i u hladno deformiranim predmetima, pri toplinskim obradama u odljevcima i otkivcima, pri svakom lokalnom grijanju na temperature kada materijal prelazi u plastično stanje

~ i brušenje sa jakim lokalnim zagrijavanjem rezultirat će vlačne napetosti

Q

l

lΔ

l l TαΔ = ⋅ ⋅ Δ

8-1

Tehnologija 3

8.2 VRSTE ZAOSTALIH NAPREZANJA

~ podjela prema dimenzijama u kojima ih promatramo: 1. VRSTE - makro dimenzija, područja preko 1 mm 2. VRSTE - mikro dimenzija 0,01 1 mm÷

- npr. unutar kristalnih zrna, između lamela i lamela ferita u strukturi perlita (ove dvije faze imaju različit koeficijent linearnog toplinskog istezanja, pa će između njih postojati naprezanja)

3Fe C

3. VRSTE - submikroskopskih dimenzija, zbog nepravilnosti kristalne rešetke 6 210 10 mm− −÷

~ podjela prema smjeru djelovanja: xσ - u smjeru osi zavara yσ - poprečno na smjer zavara

zσ - okomito na debljinu zavara (u smjeru debljine lima)

8.3 VRSTE ZAOSTALIH DEFORMACIJA

PODUŽNE - stezanje u smjeru dužine zavara ( x os) POPREČNE - stezanja poprečna na zavar ( y os) PO DEBLJINI - stezanja po debljini (visini) zavara (z os), obično ih se zanemaruje KUTNE DEFORMACIJE . SAVIJANJA PO DUŽINI . TORZIJSKE DEFORMACIJE - npr. kod I nosača

8-2

Tehnologija 3

8.4 MJERE ZA SMANJENJE NAPETOSTI I DEFORMACIJA PRIJE ZAVARIVANJA

~ nije moguće potpuno spriječiti odnosno otkloniti napetosti i deformacije, ali postoje razne mjere za smanjenje njihovih iznosa

~ mjere koje se koriste za smanjenje deformacija, ali ujedno smanjuju i razinu napetosti su: smanjenje količine depozita

- presjeka i debljine zavara, dužine i broja zavara, broja prolaza i unosa topline - ove mjere smanjuju količinu lokalno unesene topline

KORIŠTENJE STEZNIH NAPRAVA - ako se učvrste limovi onda se onemogući slobodno stezanje, što će bitno smanjiti kutne

deformacije STAVLJANJE IZVAN PRAVOG POLOŽAJA

- kada se zna kolika su stezanja ili kutne deformacije nakon zavarivanja, može se postaviti za tu vrijednost izvan pravog položaja, da bi deformacije dovele nakon zavarivanja predmete u željeni položaj

PREDSAVIJANJE - moguće je u suprotnom smjeru od kutnih deformacija deformirati

(npr. predsaviti lamele I nosača prije zavarivanja)

SLIJED ZAVARIVANJA - zavarivanje od jednog kraja predmeta do drugog kraja je najjednostavnije, ali daje

najveća naprezanja i deformacije na kraju zavara, zato se primjenjuju različite tehnike pri polaganju pojedinih prolaza:

▪ u jednom smjeru (nepovoljno) ▪ povratni korak (rakov korak) ▪ na preskok ▪ u blokovima ▪ kaskadno

8-3

Tehnologija 3

8.5 TOPLINSKE OBRADE ZAVARENIH SPOJEVA U CILJU UKLANJANJA NAPETOSTI I DEFORMACIJA NAKON ZAVARIVANJA

~ glavni parametri toplinske obrade zavarenih spojeva su: TEMPERATURA PROGRIJAVANJA, ST - ovisi o izabranoj toplinskoj obradi

VRIJEME PROGRIJAVANJA, St - preporučuje se na osnovu izabrane temperature

BRZINA ZAGRIJAVANJA - posebno je važna u niskotemperaturnom području radi mogućih pukotina zbog prevelikog temperaturnog gradijenta

- 5000 min mmgrv = , uz uvjet o50 250 C hgrv< <

BRZINA HLAĐENJA - bitna je jer može doći do pojave pukotina ukoliko je brzina prevelika - 6500 min mhlv = , uz uvjet o50 250 C hhlv< <

~ ŽARENJE ZA REDUKCIJU ZAOSTALIH NAPREZANJA (NAPETOSTI)

- izvodi se ugrijavanjem na dovoljno visoku temperaturu kako bi se razgradile napetosti, te dovoljno sporim ohlađivanjem, kako se ne bi stvorile nove toplinske napetosti

- budući da se ovakvim žarenjem ne želi utjecati na strukturu materijala, odnosno na mehanička svojstva, odabire se temperatura žarenja ispod temperature 1A

- ugrijavanje do temperature žarenja mora biti sporo, jer bi se inače u jezgri grijanog materijala mogle stvoriti visoke vlačne napetosti, koje se ne bi stigle razgraditi, pa postoji mogućnost nastajanja unutrašnje napukline. Zato se preporučuje proizvod staviti u hladnu peć te ga onda zajedno s peći ugrijavati do željene temperature žarenja, ako ne temperatura peći ne bi smjela biti iznad o400 C

o, Cϑ

t

1Ao550 680 C÷

hlvgrvST

8-4

Tehnologija 3

9. METODE NERAZORNIH ISPITIVANJA

~ njima pratimo kvalitetu spoja u proizvodnji a isto tako i tijekom eksploatacije u svrhu pronalaženja volumnih ili planarnih nepravilnosti nastalih uslijed tehnoloških ili eksploatacijskih uvjeta

~ njihovim djelovanjem se ne utječe na svojstva zavarenog spoja ~ detekcija nepravilnosti se temelji na određenom odzivu od nepravilnosti ~ ovisno o primijenjenom fizikalnom principu i ispitnim parametrima (npr. osjetljivost, razlučivost)

može se govoriti i o odzivu materijala (strukture) ~ postupak se sastoji od dva koraka:

- dobivanja indikacija - tumačenja i ocjenjivanja indikacija

~ na njihovu pouzdanost utječu: - ispitno osoblje - ispitna oprema i sredstva (referentni uzorci, etaloni) - ispitni postupak / ispitni parametri / tehnologija - ispitni objekt (oblik, dimenzije, materijal)

~ vrste postupaka: 1. VIZUALNA KONTROLA 2. METODE PROZRAČIVANJA 3. METODE PROZVUČIVANJA 4. MAGNETSKA / ELEKTOROMAGNETSKA METODA 5. PENETRANTSKA METODA 6. TERMOGRAFIJA

7. OSTALE METODE: kontrola istjecanjem halogenih plinova, kontrola zrakom i sapnicom, hidrostatska kontrola, vakuumska kontrola nepropusnosti

9-1

Tehnologija 3

9.1 VIZUALNA KONTROLA

~ jedina od svih metoda nerazorne kontrole koja može uopćiti i predvidjeti mjesto i uzrok nastajanja pogreške te predvidjeti donošenje odluke u svim fazama nastajanja zavarenog spoja

~ osnovni instrument je ljudsko oko (uz pomoć znanja i iskustva) ~ za pomoć oku koristimo brojna tehnička pomagala:

a) pomagalo za površine (povećala, boroskop, videoskop) b) pomagala za mjere (mjerne trake, pomična mjerila, dubinomjer) c) pomagala za električno mjerenje (amper kliješta, mjerači polja, mjerači temperature) d) ostala pomagala (termokrede, termometri, manometri, mjerači vlage)

9.2 METODE PROZRAČIVANJA

~ ova metode koriste svojstva Χ i Γ zraka koje prodiru kroz sve materijale ~ prema zahtjevima EN normi primjenjuju se za debljine čelika do 40 mm≈ ~ treba se kloniti zadržavanja na mjestima ispitivanja ovim metodama ~ Χ zrake daju kvalitetnije radiograme od Γ zraka ~ Γ zrake imaju veću prodornost nego Χ zrake, te se u pravilu primjenjuju za prozračivanje većih

debljina objekata (prema EN normama npr. za čelike 20 mm> ) ~ najčešći izvor Χ zraka su rendgeni ili linearni akceleratori ~ prolazeći kroz materijal ovo zračenje u ovisnosti o određenim svojstvima materijala i njegovoj

debljini, ostaje istog smjera ali biva više-manje prigušeno zbog absorpcije materijala ~ nailaskom na nehomogenosti mijenja se absorpcija energije u ispitivanom materijalu i na izlasku će

biti drugačije vrijednosti negoli u materijalu u kojem nema grešaka ~ najrašireniji oblik korištenja ove metode je u tehnici FILMSKA RADIOGRAFIJA

9.2.1 FILMSKA RADIOGRAFIJA

~ prednosti: - mogućnost dobivanja trajnog dokumenta o pronađenim pogreškama (mogućnost usporedbe

rezultata kroz određeni vremenski period) - zadovoljavajuća osjetljivost u otkrivanju pogrešaka - pouzdano se mogu otkriti pogreške veličine 1,5 2 %÷ debljine materijala - mogućnost da se pod određenim uvjetima (panoramska ekspozicija) snimi velika dužina

zavarenog spoja

~ ograničenja: - potreba pristupa predmetu s obje strane - potreba skupe zaštite od zračenja - visoka cijena ulaganja i visoki troškovi održavanja - ograničenje debljine ispitivanog materijala kapacitetom uređaja – izvora - zbog visoke cijene korištenje radiografije ograničeno je na kontrolu proizvoda veće pojedinačne

vrijednosti

9-2

Tehnologija 3

9.3 METODE PROZVUČIVANJA

~ odašiljanje zvučnih valova određenog spektra frekvencija kroz neki materijal ~ danas se pod time podrazumijeva pronalaženje grešaka u materijalu pomoću ultrazvuka ~ ULTRAZVUK su elektromehanički titraji nekog medija frekvencijom iznad područja čujnosti ~ područje čujnosti: 20 Hz 20 kHz÷~ područje ultrazvuka: 20 kHz> ~ frekvencija kojom se ispituje materijal: 1 5 MHz÷ ~ valovi: - LONGITUDINALNI

- TRANSVERZALNI - u tekućinama i krutinama - brzina transverzalnih valova ovisi o mehaničkim svojstvima materijala

~ različite strukture različito prigušuju signale ~ prigušenje je vezano uz frekvencije – što je veća frekvencija, manje je prigušenje ~ grubozrnata mikrostruktura zadaje probleme ~ važan čimbenik u kretanju ultrazvuka kroz materijal je tzv. AKUSTIČKA IMPENDANCIJA (dinamički

otpor medija) ~ ultrazvučni val nailazeći na razdjelnu plohu (vanjsku stjenku, pogrešku) zbog velike razlike

akustičnih impendancija metala i zraka, znatnim će se dijelom "odbiti" natrag u metal (uz određene pretvorbe) otkrivajući time da je naišao na prepreku – razdjelnu plohu

~ ultrazvukom ne određujemo pogreške u izravnom smislu nego njime određujemo veličinu, položaj i orijentaciju "reflektora" tj. razdjelne plohe, materijala i pogreške

~ poznavanjem brzine prostiranja zvuka u materijalu možemo jednostavno odrediti udaljenost reflektora od izvora i prijemnika (ultrazvučne glave) i time položaj pogreške u odnosu na izvor

~ visina odjeka daje podatak o veličini reflektora, a neizravno i o veličini pogreške ~ u defektoskopiji zavarenih konstrukcija najčešće se koristi tzv. TEHNIKA "IMPULS-ODJEK" ~ za odašiljanje i prijem ultrazvučnih impulsa u kontroli zavarenih spojeva najčešće se koriste tzv.

KOSE ili KUTNE GLAVE različitih kuteva upada impulsa, priključene na aparaturu koja je izvor impulsa te obrađuje podatke primljenih reflektiranih impulsa

0 5 10

2BE1BE

greška

greška

sonda

Slika 9.1 – shematski prikaz ispitivanja pomoću ultrazvuka

9-3

Tehnologija 3

~ prednosti: - područje debljina ispitivanog predmeta je neograničeno - potreban je pristup predmetu kontrole samo s jedne strane - provođenje kontrole je bezopasno i ne zahtjeva zaštitna sredstva - uređaji i pribor su maleni i lagani te lako prenosivi - osjetljivost metode je relativno visoka, pronalaženje (ali ne i utvrđivanje) pogrešaka relativno je

jednostavna - metoda je vrlo pogodna za uređaj za elektroničku obradu podataka, tako da otvara brojne

mogućnosti za analizu i pohranjivanje podataka - metoda je relativno neosjetljiva na uvjete okoline (temperatura, vlaga, vjetrovitost)

~ nedostaci: - osim detaljno pisanog izvještaja (koji se sastavlja nakon kontrole) metoda ne ostavlja nikakav

izravni i vjerodostojni trag za naknadne provjere, naročito u usporedbi s radiografijom - interpretacija nalaza kontrole je vrlo ovisna o znanju, iskustvu i savjesnosti ispitivača - pouzdano određivanje pogrešaka moguće je jedino pristupom pogrešci s više strana, što često

nije moguće - školovanje i uvježbavanje operatera je dugotrajno i skupo - složeniji oblici konstrukcije (rešetkasta konstrukcija, kutni zavari) mogu biti vrlo nepogodni za

provedbu ove metode

~ praktično je koristiti ovu metodu u kombinaciji s radiografijom tako da se ultrazvukom smo utvrdi postojanje greške a potom se ona radiografski snimi i ocjeni

9-4

Tehnologija 3

9-5

9.4 MAGNETSKA / ELEKTROMAGNETSKA METODA

~ najraširenija metoda u upotrebi ~ dijeli se na dvije skupine:

- kontrola feromanetskih materijala - kontrola neferomagnetskih metala i nemetala

~ opis metode: postoji li u nekom predmetu diskontinuitet (u obliku pukotine, zareza, oštrog prijelaza, ...), a kroz njega prolazi magnetski tok, to će u zavisnosti o veličini i položaju ovako izazvane "prepreke" doći do ogiba i koncentracije magnetskih silnica, te će zavisno o oštrini ogiba stvoriti na površini pregledavanog predmeta nejednako rasijano magnetsko polje

~ ovom metodom ćemo najlakše otkriti pogreške tipa pukotine, zareza i većih uključaka, naročito onih uz ili u blizini površine pregleda

~ prije kontrole površinu treba dobro očistiti od troske i okujine te očetkati i obrusiti oštrije neravnine ~ poslije kontrole potrebno je ukloniti svaki trag praška, vodene ili uljne suspenzije

Slika 9.2 – shematski prikaz ispitivanja pomoću magnetskih čestica

~ prednosti: - jednostavnost postupka - relativno jeftini uređaji - relativna neosjetljivost na složenost oblika kontroliranog predmeta

~ nedostaci: - mogu se odrediti pogreške ali se ne mogu dimenzionirati - učinkovitost opada s porastom dubine pogreške

~ ČESTICE - prah feromagnetskih materijala od kojih očekujemo odziv na magnetsku pobudu - nemagnetični su austenit, aluminij, dok je titan magnetičan - što su sitnije čestice time je bolja detekcija ( 0,1 10 μm÷ ) - najčešće se koristi prah 3 4Fe O veličine 1μm - ako se želi detektirati veća pukotina, potrebne su i veće čestice - prašak se taloži na mjestima s jače izraženim magnetskim poljem, koji na

magnetiziranom predmetu stvara na mjestu iznad pogreške i koje prati konturu pogreške - da bi se bolje vidjele silnice, površina materijala se može premazati tankim slojem

kontrastne boje - čestice mogu biti obojene ili fluorescentne

Tehnologija 3

9-6

~ tehnike rada: - naštrcavanje suspenzije praha u vodi ili lakim uljima

bitno za detekciju pukotina tj.

b) SUHA - riste na hrapavijim površinama ili pri povišenim temperaturama

~ tehnike uporabA

izmjenične ili istosmjerne struje niskog napona i visoke jakosti

krenje

đuje čestice i one su dinamičnije penetracije magnetskih silnica a

- ISTOSMJERN

bina prodiranja magnetskih silnica pa je time i bolja detekcija

b) TEHNIKA POSRE

im materijalima jer koristi namagnetizirane "jarmove"

~ da bi se us na potrebno je da ona presijeca magnetske silnice (Slika 9.3) jer u

području vrijednosti kuta od (Slika 9.4) polje ispitivanja ograničeno

a) MOKRA - mokre čestice imaju bolju mobilnost što je jako

nepravilnosti (uljne su bolje od vodenih)

posipanje čestica - suhe čestice se ko

e magnetskih čestica: a) TEHNIKA STRUJNOG PROLAZ

- provodi se propuštanjem kroz kontrolirani presjek

- vodič se u tom slučaju ponaša kao magnet, tj. oko njega se stvara magnetsko polje - veliki nedostatak je što na mjestima dodira "pipalica" s materijalom teško izbjeći is

i lokalno oštećivanje materijala - IZMJENIČNA STRUJA

- bolje pobu- javlja se skin-efekt zbog kojeg nema duboke

time ni jake detekcije pogrešaka

A STRUJA - veća je du

pogrešaka (nema skin-efekta) - radi bolje unutrašnje detekcije bolje je koristiti istosmjernu struju DNE MAGNETIZACIJE

- moguće je samo na feromagnetskkoji položeni na mjesto kontrole zatvaraju s materijalom magnetski krug i time magnetiziraju materijal

pješno detektirala pukotisuprotnom ako je pukotina usporedna s magnetskim silnicama ona neće narušiti magnetski tok te neće biti detektirana

~ detekcija je moguća u o o0 60÷~ kada ispitujemo neku šipku uvijek je potrebno pomicati se po njoj jer je~ za magnetizaciju velikog valjka, šupljeg, možemo koristiti centralni vodič kojim ispitujemo valjak

zavareni spoj

S

N

o60

Slika 9.3 – shematski prikaz kontrole zavarenog spoja magnetskom metodom

Slika 9.4 – shematski prikaz područja detekcije pogreške

magnetskom metodom

Tehnologija 3

9.5 PENETRANTSKA METODA

~ PENETRANTI su tekućine, pretežno bazirane na lakim uljima, koje imaju svojstvo da prodru i u najmanje šupljine na nekoj površini ispunjavajući ih

~ koraci primjene: - priprema površine – čišćenje - nanošenje penetranta - odstranjivanje viška penetranta s površine - nanošenje razvijača – razvijanje - završno čišćenje

~ postupak: - na dobro očišćenu i odmašćenu površinu komada koji kontroliramo nanesemo tanki sloj penetranta

naštrcavanjem, premazivanje kistom ili uranjanjem predmeta - nastupa vrijeme penetracije koje je ovisno o stanju površine i temperaturi u pravilu nekoliko minuta - nakon toga u zavisnosti o tipu penetranta pogodnim sredstvom uklonimo s površine višak penetranta i

površinu osušimo - penetrant koji je zapunio šupljine pod površinom zaostat će u njima - slijedi postupak nanošenja "razvijača" najčešće naštrcavanjem - nakon vremena razvijanja (upijanja penetranta u razvijač) površina je spremna za pregled

~ prema načinu nanošenja i uklanjanja s površine razlikujemo: - vodoisperive penetrante - penetrante s naknadnim emulgiranjem

~ prema načinu pregleda nalaza razlikujemo: - obojene penetrante za dnevno svjetlo - flouroscentne penetrante za ultraljubičasto svjetlo

~ prednosti: - jednostavnost pripreme - niska cijena (ako površina ne traži veću pripremu) - nije potrebna visoka stručnost operatera - dobra mogućnost dokumentiranja nalaza fotografiranjem - sposobnost primjene na svim materijalima

~ nedostaci: - velika ovisnost kvalitete nalaza o stanju površine - upotrebljivost samo u ograničenom temperaturnom opsegu - nepogodnost od primjene na otvorenom bez zaštite od atmosferilija - sposobnost otkrivanja samo onih pogrešaka koje imaju izravnu vezu s kontroliranom površinom - nemogućnost primjene na površini koja je prethodno bila obojana

9-7

Tehnologija 3

9.6 TERMOGRAFIJA

~ beskontaktna metoda mjerenja temperature i njezine raspodjele na površini tijela ~ temelji se na mjerenju intenziteta infracrvenog zračenja s promatrane površine ~ rezultat termografskog mjerenja je termogram, koji u sivim tonovima ili nekom kodu boja daje sliku

temperaturne raspodjele na površini promatranog objekta ~ temperaturna raspodjela posredno daje informaciju o različitim stanjima same površine ili je pak

odraz strukture i unutrašnjeg stanja promatranog objekta ~ termografski se sustav sastoji od termografske kamere i jedinice za obradu termograma (osobno

računalo) ~ služi za ispitivanje npr.: električnih sklopova i instalacija, te saćastih struktura na zrakoplovima ~ prednosti:

- beskontaktno mjerenje - brz odziv - relativno jednostavna interpretacija termografa - široke mogućnosti primjene

~ nedostaci: - utjecaj atmosfere i svojstava tijela na rezultat mjerenja - teško provediva toplinska stimulacija velikih objekata - mogućnost promatranja samo površinskih efekata - za kvalitativnu i kvantitativnu analizu termograma potrebno je osposobiti kadrove koji za traženu

primjenu moraju ovladati termografskim sustavom i poznavati problematiku koja se rješava

9-8

Tehnologija 3

10. SPAJANJE MATERIJALA LIJEPLJENJEM

~ jedan od najstarijih načina spajanja, ali jedna od "najmlađih" tehnologija

Slika 10.1 – lijepljeni spoj ~ prednosti:

- nema termičkog djelovanja na spoj (ne dolazi do promjene strukture) - nema deformacija - mogućnost spajanja raznorodnih materijala - mogućnost spajanja vrlo tankih dijelova - mogućnost lijepljenja konstrukcija složenih oblika iz raznorodnih materijala raznih debljina - manja težina (u usporedbi sa zakovicama) - visoka dinamička izdržljivost - dobro prigušivanje vibracija

~ mane: - temperaturna postojanost - čvrstoća spoja je mala, 230 80 N mm÷ - zahtjeva se priprema površine - slaba otpornost na odljepljivanje - kontrola spoja (spoj treba potrgati, pa izmjeriti silu što nije pogodno) - slaba otpornost na ljuštenje, sklonost puzanju - zahtjevni proračun na čvrstoću - ograničene mogućnosti popravka

~ primjena: - zrakoplovna industrija (masovna upotreba ljepila) - građevinarstvo - automobilska industrija - u optici - medicina - izrada obuće

~ podjela ljepila se može vršiti s različitih gledišta: - prema mehanizmu povezivanja - prema kemijskom sastavu - prema reakciji i polimernoj strukturi - prema primjeni - prema broju komponenti (dvokomponentna ljepila – dvije komponente koje tek kad se izmiješaju

dolazi do kemijske reakcije i nastaje ljepilo)

~ konstrukcijska ljepila – postižu velike čvrstoće, imaju dobru žilavost ~ epoksidna ljepila ~ cijanofix

10-1

Tehnologija 3

~ ljepilo se može nanositi slijedećim postupcima: - ručno - pištoljem sa spremnikom - valjcima

~ prije nanošenja ljepila potrebno je kvalitetno pripremiti površinu materijala koji se lijepi ~ postupci pripreme površine za lijepljenje:

- čišćenje i odmašćivanje (brušenjem, četkanjem, otapalima) - mehanička priprema površine (brušenjem, četkanjem, pjeskarenjem) - termička priprema površine (obrada plamenom) - električna priprema površine (obrada koronom, niskotlačnom plazmom) - kemijska priprema površine (obrada reaktivnim plinovima – obrada ozonom, fluoriranje) - elektrokemijska priprema površine (samo za metale – anodizacija, ...) - priprema zračenjem (obrada γ -, UV-, laserskim ili elektronskim zračenjem) - oblaganjem drugim materijalom

10.1 SILE U LIJEPLJENOM SPOJU

~ pod ukupnim povezujućim silama u lijepljenom sloju podrazumijevaju se one koje djeluju u rubnom sloju (sile između materijala i ljepila) i u sloju ljepila (sile unutar ljepila)

10.1.1 ADHEZIJA

~ definira se kao stanje u kojem se dvije površine drže zajedno međusobnim djelovanjem privlačnih sila zbog interakcije molekula, atoma i iona na obje površine

~ adhezijske sile određuju čvrstoću rubnog sloja ~ MEHANIZMI ADHEZIJE se razlikuju ovisno o vrsti ljepila i površine za lijepljenje ~ adhezija između dvije površine može uključivati:

KEMIJSKO POVEZIVANJE

– direktno povezivanje molekula dvaju materijala, kovalentnim ili ionskim vezama FIZIKALNO POVEZIVANJE

– mehaničko sidrenje (Slika 10.2) ... javlja se kada površina na koju je nanešeno ljepilo sadrži pore po kojima se ljepilo

može raspršiti ... ljepilo se tada "usidri" za površinu lijepljenja ... ima vrlo važnu ulogu kod lijepljenja poroznih materijala (drvo, tekstil, papir) ... metalne površine se prije lijepljenja mehanički obrađuju (brušenje, četkanje,

pjeskarenje) zbog povećanja mehaničkog sidrenja (hrapavost od 10 ) 150 μm÷

Slika 10.2 – mehaničko sidrenje – difuzija

... ljepilo može difundirati u površinu koja se lijepi

... iznos difuzije ovisi o afinitetu različitih molekula jednih prema drugima

... bitno se razlikuje od mehaničkog sidrenja jer se odvija na razini molekula

10-2

Tehnologija 3

– elektrostatičko privlačenje ... sile privlačenja javljaju se uslijed privlačenja elektrona ljepila i površine koja se lijepi ... kada se sloj ljepila nanese npr. na metalnu površinu, elektroni prodiru sa metala u

polimer te formiraju električni privlačujući sloj

– adsorpcija ... proces gdje molekula ljepila biva privučena od površine za lijepljenje

– kvašenje (Slika 10.3) ... ljepilo mora ostvariti puni kontakt s obje površine i raspršivanjem duž cijele

površine mora ostvariti kvašenje površine ... ljepilo mora biti naneseno u tekućem stanju pod pritiskom koje pospješuje

prodiranje ljepila u sve neravnine površine i mora razgraditi sve nečistoće sa površine da ne bi došlo do stvaranja slabog granično sloja

... kad je , tekućina se slobodno raspršuje preko površine, te je potpuno kvasi o0β =

... potpuno kvašenje nastupa kada su privlačne sile između molekula tekućine i površine veće nego one između istovrsnih molekula tekućine ( ) adh kohF F>

... da bi kvašenje bilo uspješno mora vrijediti: 1,3 1,2 2,3 cosF F F β≥ + ⋅

Slika 10.3 – sile površinske napetosti na granicama medija

10.1.2 KOHEZIJA

~ kohezijske sile određuju čvrstoću sloja ljepila ~ pod kohezijom ili unutrašnjom čvrstoćom podrazumijevamo djelovanje privlačnih sila između

istovrsnih atoma odnosno molekula istog materijala ~ kohezijska čvrstoća ovisi o materijalu i temperaturi ~ najveću kohezijsku čvrstoću posjeduju metali, a najmanju tekućine i plinovi

10-3

Tehnologija 3

10-4

10.2 KONSTRUKCIJSKO OBLIKOVANJE LIJEPLJENOG SPOJA

~ osnovni zahtjev koji se postavlja na lijepljene spojeve jest da oni moraju prenijeti sile koje su istog reda veličine kao i čvrstoća lijepljenih dijelova

10.2.1 OSIGURAVANJE DOVOLJNE POVRŠINE ZA LIJEPLJENJE

~ ovaj zahtjev počiva na vrlo malim čvrstoćama sloja ljepila u usporedbi s čvrstoćom metalnih dijelova za lijepljenje

~ povećanjem površine za lijepljenje postiže se sposobnost lijepljenog sloja da podnese narinuta opterećenja

~ zahtjev za povećanjem površine lijepljenja implicira primjenu preklopnih površina (Slika 10.4) kod kojih je moguća jednostavna promjena površine za lijepljenje

Slika 10.4 – jednostruki preklopni spoj

FF

MAXτ

Slika 10.5 – raspodjela naprezanja kod jednostrukog preklopnog spoja

Tehnologija 3

10.2.2 IZBJEGAVANJE OPTEREĆENJA (NAPREZANJA) NA ODLJEPLJIVANJE

~ kod jednostrukih preklopnih spojeva čvrstoća lijepljenog spoja je ograničena naprezanjem koje se stvara na rubovima preklapanja

~ ta se naprezanja se moraju smanjiti u čim većoj mjeri ili u potpunosti izbjeći

F

Slika 10.6 – odljepljivanje u lijepljenom spoju

~ konstrukcijske mogućnosti za izbjegavanje odljepljivanja (Slika 10.7, Slika 10.8, Slika 10.9, Slika 10.10):

Slika 10.7 – konstrukcijsko izbjegavanje odljepljivanja zakovicom

Slika 10.8 – konstrukcijsko izbjegavanje odljepljivanja savijanjem ruba

Slika 10.9 – konstrukcijsko izbjegavanje odljepljivanja povećanjem krutosti

Slika 10.10 – konstrukcijsko izbjegavanje odljepljivanja povećanjem površine

10-5

Tehnologija 3

10.2.3 DIZAJNIRANJE SPOJA

~ posebnu pažnju potrebno je posvetiti izbjegavanju koncentracije naprezanja kao i spoznaji da opterećenje treba prenijeti na što veću površinu

~ opterećenja na odljepljivanje (Slika 10.11) je najveći neprijatelj lijepljenih spojeva ~ gdje god je moguće ljepilo bi trebalo opteretiti na smik, tako da se izbjegne odljepljivanje

maxσ

Slika 10.11 – raspodjela naprezanja u lijepljenom sloju opterećenom na ljuštenje

~ rješavanje problema povećanja čvrstoće spoja kod narinutih opterećenja kod odljepljivanja: u nekim slučajevima bez obzira što postoji velika lijepljena površina, samo mali dio te

površine je pod opterećenjem, tako da su lokalna opterećenja vrlo velika te se pukotina javlja pri niskim opterećenjima (Slika 10.12)

jedno od rješenja problema je korištenje žilavih ljepila, ona omogućuju prijenos opterećenja na veću površinu (Slika 10.13)

upotrebom pričvršćivaća čvrstoća se može povećati i do 10 puta (Slika 10.14)

F

F

vlak

tlak

F

F

vlak

tlak

Slika 10.12 Slika 10.13

F

F

Slika 10.14

10-6

Tehnologija 3

11. NORME IZ PODRUČJA ZAVARIVANJA

~ EN 287 ... norme za provjeru (atestiranje) zavarivača (zavarivanje taljenjem) EN 287-1 ... zavarivanje čelika EN 287-2 ... zavarivanje aluminija i aluminijskih legura

- definirani su standardni uzorci za zavarivanje - atest vrijedi na rok od 2 godine uz konstantan rad (bez pauze više od 6 mjeseci) - ukoliko je sve u redu, zavarivač dobiva atest na još 2 godine bez provjere

~ EN 288 ... specifikacija i kvalifikacija postupaka zavarivanja za metalne materijale EN 288-1 ... opća pravila za zavarivanje taljenjem EN 288-2 ... specifikacija za elektrolučne postupke zavarivanja EN 288-3 ... ispitivanje postupaka zavarivanja za elektrolučno zavarivanje čelika EN 288-4 ... ispitivanje postupaka zavarivanja za elektrolučno zavarivanje aluminija i aluminijskih legura EN 288-5 ... odobravanje uz uporabu odobrenih dodatnih materijala za elektrolučno zavarivanje EN 288-6 ... odobravanje povezano s prijašnjim iskustvima EN 288-7 ... odobravanje prema standardnom zavarivačkom postupku za elektrolučno zavarivanje EN 288-8 ... odobravanje pri pokusnom zavarivanju EN 288-9 ... ispitivanje postupka zavarivanja za sučeljeno zavarivanje magistralnih cjevovoda na gradilištu, kopnu i u podmorju EN 288-10 ... elektronski mlaz EN 288-11 ... laser

~ EN 439 ... dodatni i potrošni materijali – zaštitni plinovi za elektrolučno zavarivanje i rezanje ~ EN 440 ... žice za elektrolučno zavarivanje metalnom taljivom elektrodom u zaštitnoj atmosferi plinova ~ EN 499 ... dodatni materijali za zavarivanje – obložene elektrode za ručno elektrolučno zavarivanje nelegiranih i sitnozrnatih čelika - razvrstavanje ~ EN 719 ... koordinacija zavarivanja – zadaci i odgovornosti – norma definira što treba znati osoba koja koordinira zavarivanje u poduzeću, dakle priprema, koordinacija i kontrola

- definira zadatke i odgovornosti koordinatora zavarivanja - potrebna osnovna tehnička predznanja odgovarajućeg nivoa (strojarstvo, brodogradnja,

elektrotehnika, metalurgija, građevinarstvo) - EWE (europski inženjer za zavarivanje)

EWT (europski tehnolog za zavarivanje) EWS (europski specijalist za zavarivanje) EWP (europski praktičar za zavarivanje)

- zadaća EWE koordinatora: propisivanje tehnologije, koordinacija, nadzor, kontrola

11-1

Tehnologija 3

~ EN 729 ... zahtjev za kvalitetu zavarivanja – zavarivanje taljenjem metalnih materijala – upute za odabir i uporabu

EN 729-1 ... upute za odabir i uporabu – sveobuhvatni zahtjevi za kvalitetom EN 729-2 ... strogi zahtjevi za kvalitetom EN 729-3 ... standardni zahtjevi za kvalitetom EN 729-4 ... minimalni zahtjevi za kvalitetom

~ EN 756 ... dodatni materijal za zavarivanje pod praškom (EPP), žice i kombinacije žica ~ EN 759 ... tehnički uvjeti isporuke za dodatne materijale za zavarivanje čelika ~ EN 760 ... prašci za EPP ~ EN 9692 ... zavarivanje i srodni procesi – priprema spoja

EN 9692-2 ... zavarivanje čelika pod praškom EN 9692-3 ... MIG i TIG zavarivanje aluminija i aluminijskih legura

499 42 4 3 2 5EN E B H−

11-2