NEDŽAD KARIĆ 17.06.2015 god.pdf

7/23/2019 NEDAD KARI 17.06.2015 god.pdf

1/92

UNIVERZITET U TUZLI

Filozofski fakultet

Studijski odsjek : Tehniki odgoj i informatika

II ciklus studija

Ispitivanje i analiza termikih ciklusa kod zavarivanja

Zavrni - magistarski rad

Mentor : Dr. sc. Samir Butkovi, docent Student : Kari Nedad

Tuzla , maj 2015 god.


2/92

Rezime

U uvodnom dijelu ovoga rada je definisan postupak zavarivanja metala sa objanjenjem nekih osnovnih

pojmova zavarivanja topljenjem, prenosa toplote kod zavarivanja, promjene strukture osnovnog i

dodatnog materijala zavarenog spoja, podjela postupaka zavarivanja u zavisnosti od vrste upotrijebljene

energije, zatim je opisano gasno i elektroluno zavarivanje pri emu su opisani neki od postupaka

elektrolunog zavarivanja kao to su REL , TIG , MIG , MAG , EPP postupak. Na kraju uvodnog dijelarada je ukratko dato objanjenje vezano za problem istraivanja i istraivake hipoteze te ispitivanje,

mjerenje, kontrolu i greke zavarenih spojeva kao i propisane higijensko tehnike mjere zatite kod

gasnog i elektrolunog zavarivanja. U eksperimentalnom dijelu ovog rada je prikazano navarivanje

gornje granine povrine u jednom prolazu pri automatskom MIG postupku zavarivanja na etiri

eline ploe priblino istih dimenzija oznaene planom eksperimenta. Ploe predviene planom

eksperimenta su od austenitnog nehrajueg elika tipa 18/8 i obinog ugljeninog elika. Navarivanje

elinih ploa predvienim planom eksperimentaje izvreno sa potpuno istim parametrima zavarivanja

odnosno veom i manjom unesenom pogonskom energijom u osnovni materijal od strane pokretnog

toplotnog izvora . Koritenjem odgovarajue raunarske opreme su dobijene odgovarajue krive

termikog ciklusa zavarivanja u ispitivanim takama svake od navedenih elinih ploa posebno. Na

kraju eksperimentalnog dijela je izvrena analiza dobijenih rezultata tabelarnim prikazom.

Kljune rijei:zavarivanje, prenos toplote, termiki ciklus zavarivanja, termopar,

maksimalna temperatura, brzina hlaenja, vrijeme hlaenja


3/92

Resume

In the introductory part of this work is defined by a process of welding metal with an explanation of some basic

concepts of fusion welding, heat welding and changes in the structure of base metal and weld materials,

welding processes depending on the type of energy used, then described the gas and arc welding in What are

some of the methods of arc welding such as stick, TIG, MIG, MAG, SAW process. At the end of the

introductory section is a brief explanation regarding the research problem and research hypothesis testing,measurement, control and fault welds as prescribed hygienic and technical protection measures at the gas and

arc welding. In the experimental part of this work is shown welded on the upper boundary surface in a single

pass with automatic MIG welding process on four steel plate approximately the same size marked plan the

experiment. The plates in the plan of the experiment are of austenitic stainless steel type 18/8 and plain carbon

steel. Repair welding of steel plates as planned experiment was carried out with exactly the same welding

parameters or greater and less drive energy entered into the base material by a moving heat source. By using the

appropriate computer equipment obtained the appropriate curves of the thermal welding cycle in the test points

of each of these steel plates in particular. At the end of the experimental part is an analysis of the results chart

presentation.

Key words: welding, heat transfer, thermal cycle of welding, thermocouple,

maximum temperature, coooling rate, cooling time


4/92

Sadraj

1. UVOD ............................................................................................................................................................... 1

1.1. Stanje materijala pri zavarivanju .............................................................................................................. 1

1.2. Osnovni pojmovi zavarivanja topljenjem ................................................................................................. 2

1.3. Prenos toplote kod zavarivanja ................................................................................................................. 4

1.3.1. Konvektivni nain prenosa toplote.................................................................................................... 5

1.3.2. Prenos toplote zraenjem .................................................................................................................... 6

1.3.3. Povrinska razmjena toplote sa okolinom ......................................................................................... 7

1.3.4. Provoenje toplote ............................................................................................................................... 7

1.3.5. Sheme prorauna toplotnih procesa kod zavarivanja elektrinim lukom...................................... 9

1.3.6. Metode iznalaenja temperaturnog polja kod zavarivanja............................................................. 10

1.4. Strukture zavarenih spojeva .................................................................................................................... 10

1.5. Podjela postupaka zavarivanja ............................................................................................................... 15

1.6. Gasno zavarivanje .................................................................................................................................... 15

1.6.1. Gasni plamen ....................................................................................................................................... 15

1.6.2. Naini zavarivanja ............................................................................................................................... 18

1.6.3. Dodatni materijal za gasno zavarivanje ( ica ).............................................................................. 20

1.6.4. Topitelji za gasno zavarivanje .......................................................................................................... 20

1.7. Runo elektroluno zavarivanje obloenim elektrodama - REL postupak .......................................... 21

1.7.1. Elektrini luk....................................................................................................................................... 21

1.7.2. Oprema za runo elektroluno zavarivanje obloenim elektrodama ............................................. 24

1.7.3. Elektrode - Dodatni materijal .............................................................................................................. 25

1.8. Elektroluno zavarivanje u zatitnoj atmosferi inertnog gasa - TIG postupak .................................. 26

1.9. Elektroluno zavarivanje u zatitnoj atmosferi inertnog gasa - MIG postupak ................................. 29

1.10. Elektroluno zavarivanje u zatitnoj atmosferi aktivnog gasa - MAG postupak ........................... 36

1.11. Elektroluno zavarivanje pod zatitom praha - EPP postupak .......................................................... 39

1.12. Ispitivanje, mjerenje i kontrola zavarenih spojeva ............................................................................. 42

1.13. Greke u zavarenim spojevima ............................................................................................................. 43

1.14. Higijensko tehnike zatitne mjere ....................................................................................................... 43

1.15. Problem istraivanja ............................................................................................................................... 44

1.16. Predmet istraivanja ............................................................................................................................... 45

1.17. Cilj istraivanja ....................................................................................................................................... 46

1.18. Istraivake hipoteze .............................................................................................................................. 46

1.19. Metode istraivanja ................................................................................................................................ 46

1.20. Oekivani nauni i/ili struni doprinosi teoriji i praksi.................................................................... 46

2. EKSPERIMENTALNI RAD ......................................................................................................................... 47

2.1. Toplotni procesi pri zavarivanju ............................................................................................................. 47

2.1.1. Eksperimentalno odreivanje temperaturnog ciklusa...................................................................... 49

2.2. Opis koritenih materijala ....................................................................................................................... 50

2.2.1. Ugljenini elik.................................................................................................................................. 50


5/92

2.2.2. Nehrajui elik................................................................................................................................. 51

2.3. Opis koritene opreme za mjerenje i zavarivanje ................................................................................ 54

2.4. Probni dio eksperimentalnog rada .......................................................................................................... 55

2.5. Finalni dio eksperimentalnog rada ......................................................................................................... 57

2.5.1. Austenitni nehrajui elik tipa 18/8 sa oznakom uzorka E1 ( elik AISI 304L ) ................... 58

2.5.2. Niskougljenini elik sa oznakom uzorka E2 ................................................................................ 61

2.5.3. Niskougljenini elik sa oznakom uzorka E3 ................................................................................ 62

2.5.4. Austenitni nehrajui elik tipa 18/8 sa oznakom uzorka E4 ( elik AISI 304L ) .................. 63

2.5.5. Konaan izgled dobijenog ava niskougljeninih i nehrajuih elinih uzoraka...................... 65

2.6. Raunsko odreivanje maksimalne temperature zavarivanja Tmax , brzinehlaenja Vh i vremenahlaenja t8/5 ugljeninog i nehrajueg elika .......................................................................................... 67

2.6.1. Navarivanje austenitnog nehrajueg elika tipa 18/8 ili elika AISI 304L sa oznakom E1dimenzija 20cm x 14,8cm x 0,5cm ................................................................................................................ 69

2.6.2. Navarivanje austenitnog nehrajueg elika tipa 18/8 ili elika AISI 304L sa oznakom E4dimenzija 20,2cm x 14,8cm x 0,5cm ............................................................................................................ 70

2.6.3. Navarivanje niskougljeninog elika sa 0,1% C sa oznakom E2 dimenzija 20cm x 15cm x0,5cm .............................................................................................................................................................. 72

2.6.4. Navarivanje niskougljeninog elika sa 0,1% Csa oznakom E3 dimenzija 20cm x 14,8cm x0,5cm .............................................................................................................................................................. 73

3. REZULTATI I DISKUSIJA .......................................................................................................................... 76

4. ZAKLJUAK................................................................................................................................................. 81

5. LITERATURA ................................................................................................................................................ 83

6. PRILOG ........................................................................................................................................................... 84

6.1. Popis tabela ............................................................................................................................................... 84

6.2. Popis dijagrama ........................................................................................................................................ 84

6.3. Popis slika ................................................................................................................................................. 85


6/92

1

1. UVOD

1.1. Stanje materijala pri zavarivanju

U mainstvu se koriste razni razdvojivi i nerazdvojivi spojevi. Razdvojivi spojevi se dobijaju spajanjem

zakovicama, zavrtnjima , itd. dok se nerazdvojivi spojevi dobijaju zavarivanjem, lemljenjem, lijepljenjem.

Danas se zavarivanje i lemljenje upotrebljava za spajanje metala sa metalima, nemetala sa nemetalima

kao i metala sa nemetalima.

Pri zavarivanju je potrebno atome spojenih povrina materijala dovesti na takvo rastojanje na kojem se

oni nalaze u samom metalu tj. kada meu njima djeluju sile meusobnog privlaenja. To je mogue

pri rastojanju atoma oko 4 x 10-7 mm i ostvaruje se jedino pri slijedeim uslovima :

- primjenom velikih pritisaka bez zagrijavanja ;

- zagrijavanjem i istovremenim djelovanjem umjerenih pritisaka ;

- zagrijavanjem materijala na mjestu spajanja do topljenja bez primjene pritiska ;Za razne materijale odnos temperature i pritiska pri zagrijavanju je razliit. Koliinski taj odnos

temperature i pritiska pri zavarivanju istog gvoa pod uslovom sasvim istih povrina spajanja je

prikazan dijagramom.

Slika 1.1.1 Zavisnost temperature i pritiska pri zavarivanju istog gvoa;[10]

Za temperature manje od T1 radi dobijanja kvalitetnog zavarenog spoja potrebni su vrlo veliki pritisci.

Zavarivanje je praktino teko mogue i ta oblast se naziva o b l a s t o g r a n i e n o g z a v a r i v

a nj a ( I ).

Izmeu temperatura T1 i T2 za zavarivanje je potreban odgovarajui pritisak koji se smanjuje sa

poveanjem temperature a ta oblast se naziva o b l a s t z a v a r i v a nj a p r i t i s k o m ( II ).

Pri veim temperaturama od T2 nije potreban nikakav pritisak a materijal se nalazi u rastopljenom

stanju te se ta oblast naziva o b l a s t z a v a r i v a nj a t o p lj e nj e m ( III ).


7/92

2

1.2. Osnovni pojmovi zavarivanja topljenjem

Zavarivanje je postupak spajanja dva ista ili slina materijala sa ili bez dodatnog materijala u

nerastavljivu vezu tako da spoj ima osobine koje odgovaraju namjeni konstrukcije. Pri ovom postupku

spajanja materijala se tei da kvalitet spojenog mjesta bude priblino jednak kvalitetu materijala koji se

zavaruje.

Navarivanje predstavlja nanoenje dodatnog materijala topljenjem po odreenoj povrini radi poveanja

zapremine ili zatite od korozije ihabanja osnovnog materijala ili postizanja nekih posebnih osobina i sl.

Slika 1.2.1 Navar, zavar i osnovni materijal; [3]

1 - navar, 2 - zavar, 3 - osnovni materijal

Osnovni materijalje materijal od kojeg su izraeni dijelovi koje treba spojiti zavarivanjem. Najpoznatiji

metalni materijali sa kojima se susreemo u zavarivakoj praksi su elici , aluminijum (Al) i njegove

legure , bakar(Cu) i njegove legure, hrom (Cr),nikl (Ni),mangan (Mn),molibden (Mo),kobalt (Co), volfram

(W), titan (Ti), vanadijum (V) i magnezijum (Mg). Najpoznatiji nemetalni materijali sa kojima se

susreemo u zavarivakoj praksi su ugljenik (C), silicijum (Si), sumpor (S), fosfor (P), vodonik (H),

kiseonik (O) i azot (N).

lijebje prostor izmeu dijelova osnovnog materijala na kojima je izvrena odreena priprema a koji

se u procesu zavarivanja popunjava dodatnim materijalom. Ponekad je mogue zavarivanje i bez

prethodne pripreme za zavarivanje lijeba ali se to uglavnom radi samo na materijalima malih

debljina.

Slika 1.2.2 Osnovni tipovi lijebova za zavarivanje; [3]

s - razmak u korijenu lijeba, - ugao otvora lijeba, R -irina otvora lijeba,

h -zatupljenje korijena lijeba ( grlo )


8/92

3

Zavar je ovrsnuti rastopljeni materijal nastao topljenjem osnovnog i dodatnog materijala samo u

jednom prolazu procesa zavarivanja. Ako je rije o navarivanju on se naziva navar. Zavar koji se

izvodi u vrhu lijeba se naziva korijenski zavar a posljednji izvedeni zavar na otvoru lijeba se

naziva zavar lica ava. Ostali zavari u avu se nazivaju ispuna.

Slika 1.2.3 Zavarivanje i navarivanje;[1]

1 -zavar lica ava, 2 - zavari, 3 - korijenski zavar, 4 - zavareni spoj, 5 - navari

av je ovrsnuti rastopljeni materijal koji je nastao prilikom topljenja osnovnog i dodatnog materijala

pri zavarivanju u jednom ili vie zavara odnosno koji ini kompaktnu cjelinu svih zavara. Da bi se

rastopljene ivice mogle spojiti obino se u pripremi za zavarivanje treba stvoriti korito u kojem e se

rastop zadrati i ovrsnuti.

Predgrijavanjeje zagrijavanje osnovnog materijala prije poetka zavarivanja ( pa i u toku zavarivanja )

sa ciljem sprjeavanja nastajanja neravnotenih ( zakaljenih ) struktura u zavarivanom materijalu.

Dodatni materi jal je obino materijal oblika ice ili elektrode za zavarivanje koji prije zavarivanja ne

pripada dijelovima koje treba spojiti nego se za vrijeme procesa zavarivanja ovaj dodatni materijal topi

i uestvuje u ostvarivanju ava.U dodatni materijal se ubrajaju jo i razliiti zatitni gasovi, specijalni

prakovi kao i razni topitelji koji ne uestvuju u formiranju ava nego samo potpomau njegovo

formiranje.

Zavareni spoj je cjelina ostvarena zavarivanjem koja obuhvata dodirne dijelove zavarenog osnovnog

materijala koji je sastavljen od jednog ili vie avova iji oblik zavisi od meusobnog poloaja

zavarivanih elemenata. Na slijedeoj slici su date osnovne vrste zavarenih spojeva.

Slika 1.2.4 Vrste zavarenih spojeva; [1]

a -sueoni, b - preklopni, c - rubni ili L, d - ugaoni ili kutni ili T, e - krstasti ili unakrsni


9/92

4

Sueoni i rubni zavareni spoj imaju po jedan av, preklopni i ugaoni spoj po dva ava, dok krstasti

zavareni spoj sadri etiri ava.Uvar je zapremina osnovnog materijala na kojoj je izvreno pretapanje

osnovnog materijala i njegovo mijeanje sa istopljenim dodatnim materijalom.

Slika 1.2.5 Elementi zavarenog i navarenog spoja; [11]

1 - osnovni materijal, 2 - korijenski zavar, 3 - tjemeni av ili zavar lica ava, 4 - uvar,

5 - ZUT, 6 - lice ava, 7 - dubina uvara, 8 -irina ava, 9 - nadvienje lica ava,

10 - debljina navara, 11 - nadvienje korijena, 12 - debljina ugaonog avaZavarivaka kupka predstavlja osnovni i dodatni materijal u istopljenom stanju na trenutnom mjestu

zavarivanja.

ZUT- zona uticaja toplote je ono podruje na osnovnom materijalu oko ava koje je pretrpjelo manju

ili veu strukturnu transformaciju zbog toplotnog dejstva prilikom zavarivanja.

Zavarljivost je sposobnost materijala da se moe zavariti to znai da materijal treba da ispunjava

slijedee uslove:

- da nema greaka koje se inae javljaju prilikom izrade ava (operativna zavarljivost)

- av i njegova okolina imaju traene osobine ( metalurka zavarljivost )

- ako avovi zadovoljavaju traene osobine konstrukcije trebalo bi da se ponaaju dobro u eksploataciji

( kontruktivna zavarljivost )

Ako se materijal moe zavariti bez ikakvih potekoa kae se da ima dobru zavarljivost. Ako su

potrebne posebne mjere prilikom zavarivanja ( predgrijavanje, naknadna termika obrada i sl. ) kae se

da je takav materijal oteano zavarljiv. Ako se i pored svih posebnih mjera ne moe dobiti dovoljan

kvalitet zavarenog spoja tada za takav osnovni materijal kaemo da je loe zavarljiv upotrijebljenom

tehnologijom zavarivanja. Materijal smatramo zavarljivim ako odreenim postupkom zavarivanja

postiemo homogen zavareni spoj koji zadovoljava postavljene eksplatacione uslove.

Zavariva je kvalifikovani radnik koji se bavi zavarivanjem.

1.3. Prenos toplote kod zavarivanja

Proces zavarivanja metala topljenjem odvija se u uslovima brzih temperaturnih promjena u veoma

irokom dijapazonu. Temperatura osnovnog materijala pri zavarivanju se kree od -30o (kod zavarivanja na

mrazu) do 3000C (isparavanje metala). U ovom temperaturnom intervalu dolazi do slijedeih procesa:

- zagrijavanja osnovnog i dodatnog metala ; - topljenja osnovnog i dodatnog metala ;


10/92

5

- metalurke reakcije u kupki ; - strukturne promjene u osnovnom i dodatnom metalu ;

Da bi mogli kontrolisati i regulisati ove procese, potrebno je znati uticaj svih parametara zavarivanja kao i

uticaj izvora toplote koji prouzrokuju temperaturne promjene u metalu.Toplotni osnovi zavarivanja su

nauna disciplina koja prouava izvore toplote, zagrijavanje i hlaenja metala i njihov uticaj na navedene

procese. Toplotni osnovi zagrijavanja zasnivaju se na osnovnim zakonima termodinamike i prenosa toplote

ukljuujui tu i mnogobrojne eksperimentalno dobijene podatke.Teorija prenosa toplote kod zavarivanja nam

slui kao jedno od sredstava istraivanja i upravljanja procesom zavarivanja. Izvori toplote koji se primjenjuju

kod zavarivanja topljenjem karakteriu se visokom koncentracijom toplote, koja je potrebna za brzo

zagrijavanje i topljenje metala. Izvor toplote ima zadatak da istopi krajeve metala i dodatni materijal te na taj

nain stvori kupku rastopljenog metala ijim hlaenjem dobijamo vrsti homogen spoj po mogunosti pribline

strukture kao i osnovni materijal. Proces zagrijavanja metala zavisi od:

- toplote koju unese izvor ;

- rasprostiranja toplote u kupki rastopljenog metala (usljed prisilne konvekcije zbog duhanja luka) ;

- rasprostiranja toplote u masi nerastopljenog metala (usljed provoenja) ;

- gubitka toplote kroz povrinu metala u okolinu usljed zraenja i konvekcije i usljed dodira sa tvrdim tijelima ;

Procesi rasprostiranja toplote u nerastopljenom metalu su od posebnog interesa te ih je potrebno paljivo

prouiti i klasificirati u zavisnosti od vrste zavarenog spoja. Za. proraun temperaturnog polja u zoni

nerastopljenog metala luk se moe smatrati koncentrisanim pokretnim, takastim linijskim ili ravnim izvorom

toplote to zavisi od oblika tijela koje zagrijavamo. Primjenjujui teoriju koncentrisanih izvora kod

zavarivanja, prua nam se mogunost da prouimo mnoge pojave koje se deavaju u oblasti niskth temperatura

(800-1000) i ustanovimo puteve za njihovu regulaciju. Na ovaj nain moemo pratiti strukturne promjene kod

hlaenja u slojevima koji su udaljeni od luka ali koji se nalaze u toplotno uplivisanoj zoni, ili pak

temperaturne deformacije koje dovode do sopstvenog naprezanja i do stvaranja pukotina. Pomou teorije

koncentrisanih izvora moemo sa velikom tanou pratiti efekat pretopljavanja osnovnog metala kao efekat

zagrijavanja i topljenja dodatnog metala. Moemo takoer pratiti prvobitnu kristalizaciju rastopljenog metala i

strukturne promjene kod hlaenja, kao i strukturne promjene kod zagrijavanja i hlaenja osnovnog materijala

oko ava a takoer i difuzno dejstvo izmeu osnovnog i rastopljenog metala. Iz ovog kratkog uvoda vidimo da

je prenos toplote kod zagrijavanja jedna kompleksna disciplina zasnovana na osnovnim zakonima fizike i

termodinamike iji je zadatak da nas upozna sa toplotnim efektima kod zavarivanja u cilju praenja sutine

procesa zavarivanja i iznalaenja metoda za njegovo poboljanje. Kod zavarivanja prenos toplote se vri

pomou tri osnovna mehanizma prenosa toplote: provoenja, konvekcije i zraenja.

1.3.1. Konvektivni nain prenosa toplote

U procesu zavarivanja prenos toplote konvekcijom se moe zapaziti u kupki rastopljenog metala. Tu imamo

sluaj prisilne konvekcije usljed duhanja elektrinog luka.U problemu zavarivanja mnogo vei znaaj i ma

konvektivni tok sa povrine osnovnog materijala u okolinu. Pretpostavljajui da se zagrijavanje odvija u


11/92

6

mirnom zraku temperature to, tada se izmeu povrine osnovnog materijala i okolnog zraka uspostavlja

slobodna konvekcija. Putem konvekcije znatan dio toplote predaje se iz osnovnog materijala u okolinu.U

tehnici najvei znaaj ima problem prelaza toplote sa vrste povrine na fluid koji okruuje tu povrinu, ili sa

fluida na povrinu koja okruuje fluid. Kod ovog problema interesuje nas specifini toplotni tok sa povrine

vrstog tijela u fluidnu okolinu. Ako sa toznaimo temperaturu vrste povrine, a sa to temperaturu okolnog

fluida onda e specifini toplotni tokpo Njutnovom zakonu biti jednak :

Koeficijent zavisi od:- oblika i dimenzija povrine koja predaje toplotu i od njezinog poloaja u prostoru ;

- fizikih osobina povrine koje predaju toplotu ;

- osobina fluidne okoline (gustine, viskoznosti, toplotne provodljivosti koje opet zavise od temperature) ;- temperaturne razlike ;

Koeficijent konvekcije k obino se izraunava empirijskim formulama i grafikonima koji su dobijeni

pomou karakteristinih bezdimenzionalnih brojeva posmatranog procesa.

1.3.2. Prenos toplote zraenjem

Zraenje je prenos toplote elektromagnetnim talasima. Ono je svojstveno samo zagrijanim tijelima.Sutina zraenja je pretvaranje neke energije u energiju zraenja. Zrake koje zrai neko tijelo sastoje

se od zraka proizvedenih u samom tijelu; od zraka koje su dole sa nekog drugog tijela i odbile se od

povrine posmatranog tijela i od zraka koje su takoer dole sa nekog drugog tijela i prole kroz

posmatrano tijelo oslabivi pri tome. Toplotni zraci se kreu kroz prozrane sredine brzinom svjetlosti i

ako na svom putu naiu na neka neprozrana tijela apsorbuju se u njima u vidu toplote. Na taj nain

se izmeu izvora toplote i tijela koje prima tu toplotu uspostavlja prenos toplote zraenjem koji je

povezan sa dvostrukim preobraajem. Prvo se toplotna energija pretvara u energiju zraenja, a zatimobratno. Sa gledita prenosa toplote najvaniji je problem zraenja izmeu dvaju vrstih povrina koje

su meusobno vidljive. Specifini tok zraenja tijela koje je zagrijano do t0 , preko njegove povrine,po Stefan-Boltzmanovom zakonu, proporcionalan je etvrtom stepenu apsolutne temperature povrine tijela.

Prilikom zavarivanja povrina metala se zagrije do prilino visokih temperatura od nekoliko stotina K

dok povrina rastopljenog metala ima jo veu temperaturu. Poto je specifini tok zraenja proporcionalan

sa etvrtim stepenom apsolutne temperature, to e on u procesu zavarivanja imati znatnu vrijednost utoliko

veu ukoliko je vea temperatura povrine koja zrai. Izmeu zagrijane povrine metala koji se


12/92

7

zavaruje i okoline se uspostavlja prenos toplote zraenjem. Specifini toplotni tok koji zagrijana

povrina preda okolini je jednaka :

Koeficijent zavisi od stanja povrine.1.3.3. Povrinska razmjena toplote sa okolinom

U procesu zavarivanja razmjena toplote osnovnog materijala sa okolinom ima veli ki znaaj utoliko vei

ukoliko je vea povrina preko koje se vri ta razmjena i ukoliko je vea temperatura. Toplota koju izvor

preda osnovnom materijalu poveava unutranju energiju osnovnog materijala. Ukoliko proces zavarivanja

due traje utoliko izvor preda veu koliinu toplote osnovnom materijalu i tako poveav a njegovu

unutranju energiju. Znai ukupna povrinska razmjena toplote sa okolinom obavlja se putem zraenja i

konvekcije. Mehanizmi ova dva procesa su potpuno razliiti a poto su specifini toplotni tokovi u oba sluajanormalni na povrinu to se njihove vrijednosti sabiraju.

predstavlja koeficijent ukupne povrinske razmjene toplote i ravan je zbiru koeficijenata konvekcije izraenja. On karakterie sposobnost povrine vrstog tijela da predaje tolotu u okolinu i raste zajedno sa

porastom temperature povrine tijela koje razmjenjuje toplotu sa okolinom a u zavisnosti od promjene

komponentalnih koeficijenata aKi. Koeficijent aRbrzo raste sa porastom temperature to je i razumljivo jerje qR funkcija etvrtog stepena apsolutne temperature. Koeficijent za ravne povrine u mirnom zraku sepoveava sa poveanjem temperature; u poetku raste veoma brzo. a zatim sporije teei nekoj graninoj

vrijednosti. Kod niih temperatura vei dio toplote se preda konvekcijom i porastom temperature znaaj

zraenja je sve vei. Kod temperature povrine 800C oko 80% povrinske razmjene toplote se obavi

zraenjem, a 20% konvekcijom.

1.3.4. Provoenje toplote

Zavarivanje kao i druge vidove lokalne toplotne obrade karakterie neravnomjerna i nestacioama

raspodjela temperature. Takva raspodjela je nestabilna i tokom vremena dolazi do izjednaavanja

temperatura pri emu topliji dijelovi predaju toplotu hladnijim dijelovima saglasno drugom zakonu

termodinamike. Provoenje je najcjelishodnije pratiti u vrstim tijelima i u daljim izlaganjima ograniit

emo se na provoenje u metalima. Sa stanovita inenjerske prakse problem nas za sada interesuje

samo fenomenoloki tj. interesuju nas samo makroskopske pojave koje se mogu registrovati


13/92

8

instrumentima. Da bi se shvatio problem i znaaj provoenja toplote u metalima neophodno se upoznati

sa nekim elementarnim stvarima iz oblasti prenosa toplote.

Temperaturno polje

Predstavlja skup svih temperatura u datom momentu u svim takama prostora. Temperatumo polje se

opisuje jednainama koje se odnose na odreeni sistem prostornih koordinata ( pravougli, cilindrini,

sferni ).

Temperaturu u datom trenutku dobijamo uvrtavajui koordinate take iju temperaturu traimo u

jednaini temperaturnog polja. Kada se temperatura ne mijenja sa vremenom tada za takvo

temperaturno polje kaemo da je stacionarno. Ako se temperatura mijenja tokom vremena tj. ako je

t=t(x,y,z,) onda imamo nestacionarno temperaturno polje. Temperaturno polje je zgodno predstaviti

izotermama i izotermikim povrinama. Izotermika povrina predstavlja geometrijsko mjesto taaka

tijela koje imaju jednaku temperaturu.

Zakon provoenja toplote

U neravnomjernom zagrijanom tijelu temperatura se izjednaava tokom vremena pri emu dolazi do prenosa

toplote od slojeva sa viom na slojeve sa niom temperaturom. Ukoliko se temperatura mijenja po datom

pravcu to onda i izvjesna koliina toplote protie u tom pravcu. Kvantitativni zakon provoenja toplote dao je

Fourier kao generalizaciju njegovog eksperimentalnog ispitivanja. Koliina toplote dQ koja prelazi usljed

provoenja u vremenu d kroz element izotermike povrine dF je srazmjerna padu temperature u

pravcu normale na izotermiku povrinu dF i vremenu d.

Pad temperature u datom pravcu je ravan gradijentu temperature u tom pravcu i uzima se sa

negativnim znakom jer se u pravcu prostiranja toplote smanjuje temperatura i je negativan.

dQ - elementarna koliina toplote [J ]

dF - elementarna povrina [m2]

- koeficijent proporcionalnosti koji se inae zove koeficijent provoenja toplote Koeficijent provoenja toplote predstavlja fiziku osobinu materijala i zavisi od vrste materijala a

karakterie sposobnost materijala da provodi toplotu. Specifini toplotni fluks predstavlja koliinu toplote

koja proe kroz jedinicu povrine u jedinici vremena.


14/92

9

1.3.5. Sheme prorauna toplotnih procesa kod zavarivanja elektrinim lukom

Za proraun procesa zagrijavanja i hlaenja metala kod

zavarivanja elektrinim lukom neophodno je izabratiodgovarajuu shemu prorauna koja nam uprotava

proraun izdvajajui osnovne karakteristike posmatranog

procesa i odbacujui karakteristike drugostepenog znaaja.

Naini provoenja toplote u metalu su veoma razliiti to

zavisi uglavnom od:

- dimenzija i oblika komada koji se zavaruje.

- fizikih osobina metala,

- uslova razmjene toplote sa okolinom.

- od toplotne snage luka,

- karaktera njegovog toplotnog fluksa na povrini metala,

- karakteristika njegovog premjetanja.

Racionalan izbor sheme ne samo da uprotava raun nego i

praenje osnovnih uticajnih parametara za taj proces.

Temperaturno polje zavisi od karaktera raspodjele toplote

oko izvora. U blizini luka temperatumo polje u bilo kom

tijelu ima prostoran oblik. U oblastima udaljenim od luka

temperaturno polje prima oblik u zavisnosti od dimenzija predmeta.

U masivnim predmetima temperaturno polje je prostorno, u limovima ravno a u ipkama linearno. Za

oblasti koje nisu suvie blizu elektrinom luku elektrini luk se moe raunati kao koncentrisani izvor toplote.

Vrstu koncentrisanog izvora usvajamo u zavisnosti od dimenzija predmeta. Kod zavarivanja tj. navarivanja na

masivne komade ili debele limove, luk se rauna kao takasti koncentrisani izvor u centru zagrijavanja. Kod

zavarivanja limova elektrini luk se rauna kao linijski koncentrisani izvor, a kod sueonog zavarivanja ipki

kao ravni koncentrisani izvor toplote. S obzirom na karakter i brzinu kretanja neprekidno djelujui elektrini

luk moe da bude nepomian ili da se kree nekom brzinom.

a) nepomian izvor moemo smatrati kod sueonog zavarivanja ipki ;

b) pokretni izvor toplote predstavlja sluaj kad se koncentrisani izvor premjeta pravolinijski i ravnomjerno

konstantnom brzinom. Pretpostavka o stalnoj brzini kretanja luka sasvim dobro se poklapa sa praksom;

c) brzohodni izvor karaktene odnos q/v jer q i vtee u beskonanost ali njihov odnos ostaje konstantan.

Slika 1.3.5.1. Sheme izvora toplote ujednodimenzionalnom, dvodimenzionalnom i

trodimenzionalnom tijelu; [1]


15/92

10

Zagrijana oblast je veoma uska i moe se smatrati da se toplota iri normalno na pravac kretanja

izvora to znatno uprotava proraun.Greka ovog uprotavanja je manja to je brzina vea i to je

posmatrana zona blia osi kretanja. Ove sheme nam omoguuju da lake rijeimo temperatumo polje za

veinu problema koji se sreu u zavarivakoj praksi.

1.3.6. Metode iznalaenja temperaturnog polja kod zavarivanja

Za rjeenje temperaturnog polja postoji vie metoda meu kojima emo pomenuti samo one koje se najee

sreu u inenjerskoj praksi.

Analitike metode se sastoje u izboru jednaine procesa koja zadovoljava diferencijalnu jednainu provoenja i

granine uslove. Kod analitikih metoda mogunost rjeavanja postoji samo za one procese koji se opisuju

linearnim diferencijalnim jednainama i imaju linearne granine uslove tj. toplotne i fizike osobine materijala

, p. c i koeficijent prelaza toplote u okolinu ne zavise od temperature.Uzimanje u obzir zavisnosti koeficijenta i fizikih osobina metala od temperature dovodi nas donelinearnih diferencijalnih jednaina i nelinearnih graninih uslova tj. dovodi nas do nemogunosti

primjene analitike metode.

Za proraun procesa zagrijavanja i hlaenja kod zavarivanja izabiraju se konstantne vrijednosti

koeficijenta , p, c koje odgovaraju nekoj srednjoj temperaturi procesa. U temperaturnom intervalu od

temperature okolnog zraka do temperaturi topljenja metala znatno se mijenjaju fiziki koeficijenti, a naroito

koeficijent predaje toplote u okolinu .Srednja temperatura na osnovu koje odabiremo koeficijente rauna se poreenjem raunskih i eksperimentalnih

mjerenja. Za proraun temperature pri zavarivanju ugljeninih elika treba uzimati koeficijente , p, c koji

odgovaraju srednjoj temperaturi 200- 400C.

Za proraun procesa provoenja uporedo sa analitikim koristi se i numeriki metod. Za razliku od analitikog

metoda kojim dolazimo do opeg rjeenja numeriki metod rjeava pojedinane probleme. One svode

rjeavanje diferencijalne jednaine na niz prostih aritmetikih operacija. Rjeavanje diferencijalne jednaine

provoenja numerikom metodom konanih razlika daje nam oiglednu predstavu o procesu izjednaavanja

temperatura. Ovaj metod je pogodan za zadatak ije je rjeenje, s obzirom na sloenost problema, teko ili

nemogue. Ovim metodama trai se i rjesenje u pojedinim unaprijed odabranim takama, a metod je pogodan i

zbog mogunosti primjene raunarskih maina koje nam skrauju vrijeme raunanja.

1.4. Strukture zavarenih spojeva

Promjene strukture osnovnog materijala pri zavarivanju nastaju usljed zagrijavanja toplotnim izvorom

odnosno gasnim plamenom ili elektrinim lukom tj. elektricitetom. Ako se npr. uzme zavarivanje

niskougljeninog elika koji se najvie upotrebljava u zavarenim konstrukcijama tada se na dobrom

metalografskom uzorku presjeka ava mogu tano vidjeti odvojene strukturne zone.


16/92

11

O s n o v n i m a t e r i j a l se u procesu zavarivanja zagrijava a djelimino i topi usljed toplotnih

efekata gasnog plamena i elektrinog luka. to je vea temperatura zagrijavanja pri zavarivanju to e

promjene u osnovnom materijalu biti vee. U oblasti ZUT gdje temperatura ne prelazi 720C osnovni

materijal e zadrati svoje osobine koje je imao i prije zavarivanja.

M a t e r i j a l a v a ine materijal elektrode i dio otopljenog osnovnog materijala. Pri runom

elektrolunom postupku zavarivanja u materijal ava prelazi oko 10% osnovnog materijala dok je kod

elektrolunog zavarivanja pod zatitom praha sa icom prenika od 4 mm do 5 mm u materijal ava

prelazi od 50% pa i vie osnovnog materijala. Praak ine materijali , dezoksidatori i topitelji , koji tite

materijal ava od oksidacije i azota iz atmosfere, rastvaraju postojeu oksidnu skramu i udaljuju u

vidu ljake tetne primjese iz ava.

a v n i k r a t e r se stvara kretanjem toplotnog izvora odnosno elektrinog luka to je prikazano na

slici 7. Po liniji ABC kratera ava se ostvaruje proces topljenja osnovnog materijala a po liniji CDA

kristalizacija ili ovravanja materijala ava. Materijal ava se razlikuje po sastavu, strukturi i

osobinama od dodatnog i osnovnog materijala. Pod pojmom kristalizacije ili ovravanja materijala se

podrazumijeva prelazak materijala iz tenog agregatnog stanja u vrsto ( kristalno ) agregatno stanje.

Slika 1.4.1 Pokretni toplotni izvor ( elektrini luk ); [10]

Tean materijal u krateru se nalazi u stanju stalnog kretanja i mijeanja. Pritiskom elektrinog luka

rastopina ava se pritiskuje u suprotnom smijeru od smijera kretanja elektrinog luka. Vrijeme trajanja

tenog stanja materijala u avu zavisi od naina i brzine zavarivanja npr. :-pri runom zavarivanju elektrinom energijom od 150 A i brzinom zavarivanja od 3 m/h to vrijeme

iznosi 24 s ;

-pri runom zavarivanju elektrinom energijom od 200 A i brzinom zavarivanja od 11 m/h to vrijeme

iznosi 6,5 s ;

- pri automatskom elektrinomzavarivanju pod zatitnim prahom sa brzinom zavarivanja od 50 m/h ovo

vrijeme iznosi 4,4 s ;

Kristalizacija materijala ava poinje na povrinama hlaenja oko centra kristalizacije koji se stvaraju u

procesu ovravanja materijala ava. Poetak kristalizacije se javlja po granicama djelimino otopljenih


17/92

12

zrna osnovnog materijala. Od tih poetnih centara se stvaraju nova zrna djelimino sastavljena od

materijala ava a djelimino od osnovnog materijala. Dalja kristalizacija se odvija sjedinjavanjem novih

kristala avnog materijala.to je hlaenje bre kristali e biti manji usljed obrazovanja veeg broja

centara kristalizacije. Pri sporom hlaenju dobiemo krupnozrnastu strukturu jer se sporim hlaenjem

obrazuje manji broj centara kristalizacije i mogunosti za rast kristala su vee. Primjese i neistoe

koje se nalaze u rastopljenom materijalu ava imaju niu temperaturu ovravanja i pri ovravanju

se rasporeuju meu zrna smanjujui vrstou i plastinost ava.Pri automatskom zavarivanju pod

zatitnim prahom se ivice osnovnog materijala otapaju dublje nego pri runom zavarivanju a materijal

ava ima tzv. dendritnu strukturu. Sastav materijala ava je odreen koliinskim uestvovanjem

osnovnog i dodatnog materijala pri njegovom obrazovanju tj. veliinom povrine topljenja osnovnog

materijala i veliine povrine dodatnog materijala. Zrna materijala ava e po obliku i usmjerenosti biti

drugaija od zrna osnovnog materijala koja su uvijek usmjerena u smijeru valjanja. Ako su materijal

ava ili njemu susjedni osnovni materijal u toku procesa zavarivanja bili jako pregrijani pri hlaenju

e se obrazovati isprepletena igliasta struktura nazvana Vidmantetenova struktura. Ovako pregrijan

materijal e imati manju vrstou i povienu krtost.

P r e l a z n a z o n a topljenja je zona izmeu osnovnog materijala i materijala ava. U ovoj zoni se

osnovni materijal i materijal ava mijeaju u rastopljenom stanju. Ako su pri hlaenju zrna osnovnog

materijala i materijala ava dobro srasle dobijamo najbolju vrstou. Prelazna zona je vrlo uska i esto

puta posmatrana mikroskopski se vidi kao granica ava. Meutim ponekad se dosta jasno vidi granica

izmeu zrna osnovnog materijala i materijala ava. Ponekad se na granici izmeu osnovnog materijala i

materijala ava stvaraju skrame oksida. Takav av je umanjene vrstoe zbog veze osnovnog materijala

sa materijalom ava.

Poslije prelazne zone , lijevo i desno od ava , se nalazi zona osnovnog materijala nepromijenjenog

hemijskog sastava. Meutim ova zona se jako zagrijava pri zavarivanju pa se njegova struktura kao i

veliina zrna jako mijenjaju. Ovaj dio osnovnog materijala lijevo i desno od ava koji je usljed zavarivanja

pretrpio izvjesne strukturne promjene toplotnim dejstvom gasnog plamena ili elektrinog luka se naziva

z o n a u t i c a j a t o p l o t e ( ZUT ).

irina ZUT-a uglavnom zavisi od jaine elektrine energije, brzine zavarivanja i uslova odvoenjatoplote sa mjesta zavarivanja. O strukturnim promjenama u ZUT-u je teko govoriti uopteno za sve

elike ali mogu biti pojedinano date osnovne karakteristike ZUT-a za niskougljenine, zakaljive i

visokolegirane elike.

Dakle neizbjena pojava pri zavarivanju je toplota ijim se unoenjem mijenjaju osobine materijala

kako u samom avu tako i u zonama oko ava. Na slijedeoj slici koja se odnosi na elik sa 0,2% C

je prikazan popreni presjek odnosno struktura spoja zavarenog topljenjem bez predgrijavanja i

naknadne termike obrade.


18/92

13

Slika 1.4.2 Uticaj zavarivanja na strukturu osnovnog materijala, zonu uticaja toplote i materijala ava:

makrografija sueonog zavarenog spoja koja prikazuje strukturu materijala u oznaenim

mjestima ( Primjer niskougljeninog elika sa 0,2% C ); [10]

Zone 1 i 2 su pri zavarivanju rastopljene. Zona 1 je lijeb ispunjen dodatnim materijalom sa izraenom

tapiastom strukturom tzv. dendritno-austenitna zrna. Ako se av izvodi sa vie zavara onda gornji

slojevi vre rekristalizaciju donjih slojeva to je povoljno. Obino materijal ava usljed dodatnog

legiranja ima bolje mehanike osobine nego osnovni materijal. Zona 2 predstavlja osnovni materijal koji

je rastopljen prilikom zavarivanja i izmijean sa dodatnim materijalom. Zona 3 je smjetena uz samu

zonu topljenja i ima tipinu Vidmantetenovu strukturu kod koje su zrna veoma porasla usljed dueg

zadravanja u blizini solidusa i naglog hlaenja poslije toga pa su nastale karakteristine izluevine

ferita. Zona 4 je zagrijana pa su upravo zbog toga velika zrna. Ovdje je dolo do potpune

transformacije perlita i ferita u austenit. U zoni 5 toplota je izazvala prekristalizaciju ali je prilikom

hlaenja struktura ostala sitnozrnasta. Zona 6 je zagrijana samo toliko da je zapoeto razlaganje perlitai obrazovanje globularnog perlita. Zona 7 nije pretrpjela nikakve toplotne uticaje.

Evidentna raznolikost strukturnih zona se moe odstraniti tzv. normalizacijom tj. zagrijavanjem cijelog

komada na odreenu temperaturu ija vrijednost zavisi od vrste materijala a za konstrukcione elike

iznosi izmeu 800 i 900 C. Stepen raznolikosti tj. heterogenosti strukturnih zona zavisi pored unesene

koliine toplote ija vrijednost zavisi od vrste i reima zavarivanja i od hemijskog sastava osnovnog

materijala. Najveu ulogu pri zavarivanju ima ugljenik ( C ) pa se sadraj ugljenika kod konstrukcionih

elika ograniava od 0,2% C do 0,24% C. Kao mjerilo pojave kaljenih struktura ( tvrdih, krtih, savlastitim naponima ) se uzima tzv. ekvivalent ugljenika ( CE )


19/92

14

Ako ekvivalent ugljenika ima vrijednost do 0,50 smatra se da je taj elik povoljan za zavarivanje

odnosno elik je zavarljiv. Prema tome najobiniji elik .0361 sa hemijskim sastavom: C = 0,14% ; Mn

= 0,5% ; CE = 0,25 je neosjetljiv prema kaljenju dok je kvalitetniji elik .0561 sa C = 0,20% ; Mn =

1,5% i CE = 0,45 na granici zakaljivosti. Sklonost materijala prema kaljenju zavisi i od debljinekomada koji se zavaruje. Ako je komad deblji vee je odvoenje toplote a brzine hlaenja mogu

dostii kritine vrijednosti pa su i efekti kaljenja vei. Pored toga kod debljih komada je vea

mogunost pojave unutranjih naprezanja u sve tri ose dok kod tanjih komada imamo pojavu

unutranjih naprezanja u dvije ose. Pri zavarivanju se mogu javiti izvjesni defekti na koje posebno treba

obratiti panju kao to su tople pukotine avova, hladne pukotine avova, riblje oi, pukotine ispod

zavara, poroznost, sklonost krtom lomu, itd.

Prema tome mali sadraj ugljenika kod niskougljeninih elika ( C < 0,25% ) omoguava dobru

zavarljivost odnosno malu naklonost ka stvaranju neravnotenih struktura u ZUT -u. Pad zavarljivosti

odnosno nastanak zakaljivih struktura nastaje sa porastom sadraja ugljenika preko 0,25%. Upravo zbog

toga niskougljenini nelegirani elici( C < 0,25% ) za razliku od srednjeugljeninih ( C = 0,25 - 0,6% ) i

visokougljeninih ( C = 0,6 - 0,9% ) elika ne zahtijevaju predgrijavanje u procesu zavarivanja.

Sa poveanjem sadraja ugljenika u eliku ( C > 0,3% ) kao i stepena legiranja elika se dakle

poveava sklonost ka nastanku neravnotenih struktura u ZUT-u i takve elike nazivamo zakaljivi

elici. Pravilan izbor tehnolokih parametara zavarivanja treba da pored ostalog osigura i takvu brzinu

hlaenja koja ne izaziva neravnotene strukture ve ilav i plastian zavaren spoj. U protivnom

zakaljen i krhak ZUT e dovesti do stvaranja unutranjih napona koji ne mogu biti kompenzirani

plastinom deformacijom samog materijala a to e izazvati lom. Pored toga zbog razliitih specifinih

zapremina pojedinih struktura dolazi do tzv. strukturnih napona koji rastu sa poveanjem debljine

zavarivanog elementa. Opasnost nastanka pukotina se smanjuje razdvajanjem zapremina krhke strukture

koritenjem plastinih dodatnih materijala. U tome je smisao koritenja austenitnog dodatnog materijala

za zavarivanje zakaljivih elika. Osnovno sredstvo za izbjegavanje nepovoljnih struktura u ZUT-u kod

visokougljeninih i niskolegiranih zakaljivih elika je smanjenje brzine brzine hlaenja to se postie

predgrijavanjem. Krhkost martenzitne strukture raste sa porastom procenta ugljenika a naklonost ka

zakaljivanju sa optim porastom koliine legirajuih elemenata. Uticaj legirajuih elemenata na

zavarljivost se izraava preko ekvivalenta ugljenika ( CE ).

Zavarljivost visokolegiranih elika je veoma raznolika. Dok se neke vrste jedva mogu zavarivati dotle

se druge bez problema mogu spajati zavarivanjem tako da se uopteni opis ZUT-a visokolegiranih

elika ne moe dati ve se moe analizirati od jedne vrste do druge vrste. Od velikog broja vrsta

visokolegiranih elika u zavarenim konstrukcijama se najee koristi grupacija Cr-Ni nehrajuihaustenitnih elika. Struktura ZUT-a austenitnih elika ne pokazuje znatna odstupanja od strukture


20/92

15

osnovnog materijala osim izvjesnog porasta kristalnih zrna. est je sluaj zavarivanja austenitnog elika

sa ugljeninim ( feritno -perlitnim ) elikom i tada dolazi do karakteristinog oblikovanja ZUT-a. Naime

kao posljedica difuzije ugljenika na strani ugljeninog elika se javlja razugljenisani sloj a na strani

austenitnog elika naugljenisani sloj to utie na mehanike osobine ZUT-a kod oba materijala.

1.5. Podjela postupaka zavarivanja

Postoji vie podjela postupaka zavarivanja ali je najprihvatljivija podjela u zavisnosti od vrsteupotrijebljene energije pa se na osnovu ovoga razlikuje :

I GRUPA - Zavarivanje topljenjem primjenom toplotne energije ;

II GRUPA - Zavarivanje pritiskom primjenom mehanike energije ;

U I GRUPU - zavarivanje topljenjem spadaju :

- Elektroluno zavarivanje i to :

a. sa obloenim elektrodama ; b. u zatitnoj atmosferi inertnog gasa ( TIG i MIG ) ;

c. u zatinoj atmosferi aktivnog gasa ( MAG ) ; d. pod zatitom praka ( EPP ) ;

- Gasno zavarivanje ;- Aluminotermijsko zavarivanje ;- Elektrozavarivanje pod troskom ;

- Zavarivanje plazmom ; - Zavarivanje laserom ; - Zavarivanje elektronskim snopom ;

U II GRUPU - zavarivanje pritiskom spadaju :

- Elektrootporno zavarivanje ;

a) preklopno - takasto, bradaviasto i avno ; b) sueono - varnienjem i zbijanjem ;

- Kovako zavarivanje ; - Zavarivanje trenjem ; - Zavarivanje na hladno ; - Zavarivanje ultrazvukom ;

- Zavarivanje eksplozijom ; - Difuziono zavarivanje ;

Svaki od ovih postupaka zavarivanja ima svoje prednosti kao i utvreno polje primjene u kojem

postie najpovoljinje tehnike uslove u pogledu kvaliteta zavarenog spoja odnosno koritene tehnologije

zavarivanja tj. najpovoljnije ekonomske uslove.

1.6. Gasno zavarivanje

Poelo se primjenjivati poetkom 19 vijeka. Gasno zavarivanje predstavlja postupak spajanja materijala

pomou gasnog plamena topljenjem sa ili bez dodatnog materijala. Zavareni spoj se ostvaruje

topljenjem osnovnog materijala ili topljenjem osnovnog i dodatnog materijala i kasnijim zajednikim

ovravanjem. Zagrijavanje se vri gasnim plamenom.

1.6.1. Gasni plamen

Zavarivaki gasni plamen se dobije procesom sagorijevanja smjee kiseonika i gasa. Za gasno

zavarivanje materijala se upotrebljavaju gasovi kao to su acetilen ( C2H2), metan ili zemni gas ( CH4),

propan ( C3H8), butan ( C4H10), propan butan, itd. Od navedenih gasova najee se upotrebljava acetilen.

Na slijedeoj slici je dat izgled gasnog plamena kada je odnos acetilena ( C2H2) kao gorivog gasa i

kiseonika ( O2) u optimalnom odnosu od 1,1 do 1,3.


21/92

16

Slika 1.6.1.1 Struktura i temperature gasnog plamena; [3]

I -iak ili jedro plamena, II -jezgro plamena ili redukujua zona, III - omota ili oksidirajua zona

Slika 1.6.1.2 Oblici gasnog plamena acetilena; [3]

a) normalni ili neutralni b) redukujui c) oksidirajuiU normalnom gasnom plamenu acetilena koji se inae najee koristi se mogu uoiti etiri

karakteristine zone. Prva zona predstavlja zagrijanu smjeu acetilena i kiseonika koja se zagrijava

odmah po izlasku iz gorionika na temperaturu od 400C do 500C i izrazito je plave boje. Druga zona

predstavlja jezgro plamena koja nastaje nepotpunim sagorijevanjem acetilena, bijele je boje a

temperatura jezgra iznosi oko 1500C.Trea zona je ispunjena nepotpuno sagorjelim vodonikom i

ugljenmonoksidom, ima maksimalnu temperaturu oko 3200C i ona se uglavnom koristi za zavarivanje.

U etvrtoj zoni proizvodi sagorijevanja gasa i kiseonika dalje naknadno sagorijevaju uz prisustvo

kiseonika iz okolnog vazduha.


22/92

17

Gasni plamen acetilena se definie na osnovu odnosa izmeu zapremine kiseonika VO2 i zapremineacetilena VC2H2u gorioniku. Ako je VO2 1 13 VC2H2to znai da je ista koliina oba gasa ili

je kiseonika vie za 30% tada se dobija tzv. neutralan ili normalan plamen acetilena. U ovom odnosu

dolazi do potpunog sagorijevanja acetilena u kisiku pa ovaj oblik plamena daje vee temperature od

drugih oblika plamena i najvie se koristi.

Ako je VO2 VC2H2dobija se oksidirajui plamen acetilena koji sadri znatno vie kiseonika negoacetilena to se u plamenu manifestuje smanjenjem jezgre plamena. Ovakav plamen sa vikom kisika se

moe koristiti i za gasno rezanje metala gdje viak kisika pospjeuje sagorijevanje rezanog metala.

Pogodan je za zavarivanje mesinga jer umanjuje isparavanje cinka iz rastopa ava.

Ako je VO2 VC2H2dobija se redukujui plamen acetilena koji sadri vie acetilena nego kisika i tadase vidno poveava bijelosvijetlee jezgro plamena koje nije kao kod normalnog plamena otroogranieno konusom jezgre. Ovakav plamen se koristi za zavarivanje metala i legura koje imaju

izuzetan afinitet prema kisiku kao to su aluminijum i magnezijum zbog toga to je u plamenu

prisutan znaajan nedostatak kisika pa nema bojazni od njegove reakcije sa metalnim rastopom.

Meutim zbog nepotpunog sagorijevanja ovakav plamen ima kao produkt sagorijevanja i isti ugljenik

( C ) pa se ne moe koristiti za zavarivanje elika jer bi difuzija ugljenika u metal prouzrokovala

smanjenje plastinosti i ilavosti zavarenog spoja.

Maksimalna temperatura plamena obino iznosi od 3100C do 3200C i nalazi se nekoliko milimetara

tj. 25 mm od vrha plavog plamena odnosno prve zone u kojoj se nalazi smjea acetilena i kiseonika

a koja se koristi za zavarivanje. Oksidirajui plamen acetilena raspolae najboljim osobinama za

zavarivanje. Ostali gasovi kao to su metan, propan, butan, itd. pri sagorijevanju sa kiseonikom obrazuju

odreenu koliinu CO2 i H2O i obezbjeuju temperaturu gasnog plamena od 2700C do 2900C.

Rastojanje izmeu gorionika i predmeta koji se zavaruje je prikazano na slici.

Slika 1.6.1.3 Rastojanje izmeu gorionika i predmeta koji se zavaruje; [3]

a - vrlo blizu, b - optimalno rastojanje, c - daleko

Optimalno rastojanje predstavlja rastojanje od samo nekoliko milimetara od vrha gasnog plamena i

radnog komada.


23/92

18

1.6.2. Naini zavarivanja

Slika 1.6.2.1 Shema gasnog postupka zavarivanja; [3]

1 - osnovni materijal, 2 - gasni plamen, 3 - gorionik, 4 - gorivi gas + kiseonik, 5 - dodatni materijal

Pri gasnom zavarivanju gorionik se kree uzdu kratera ava pri emu je ugao nagiba gorionika ( )

prema povrini predmeta zavisan od debljine predmeta koji se zavaruje to je prikazano na slijedeoj

slici.

Slika 1.6.2.2 Nagib gorionika; [10]

U zavisnosti od poloaja gorionika, dodatnog materijala ( ice ) i pravca zavarivanja razlikuju se dva

naina gasnog zavarivanja i to :

- zavarivanje ulijevo ; - zavarivanje udesno ;

U oba sluaja se moraju potovati slijedea pravila :

- za vrijeme zavarivanja vrh ice odnosno dodatnog materijala mora stalno biti u zoni plamena koja

ga titi od oksidacije ;

- na kraju ava gorionik se ne smije naglo odvojiti od rastopljenog materijala ;

- uvijek kada se prekine av plamen mora da se vrati unazad od 10 mm do 15 mm kako bi se

osiguralo potpuno topljenje kraja prethodnog ava ;


24/92


25/92

20

Neto je tea obuka i savlaivanje tehnike zavarivanja udesno od tehnike zavarivanja ulijevo.Ovim

nainom zavarivanja se zavaruju sueoni i ugaoni spojevi u horizontalnom i horizontalno-vertikalnom

poloaju a rjee u nadglavnom poloaju. Veoma vanu ulogu kod zavarivanja ulijevo i zavarivanja

udesno ima kretanje vrha mlaznice gorionika.

Slika 1.6.2.5 Linije kretanja gorionika; [3]

a - pri zavarivanju tankih limova, b i c - pri zavarivanju materijala debljine od 4 mm do 10 mm,

d - kretanje koje se ne preporuuje pri gasnom zavarivanju

1.6.3. Dodatni materijal za gasno zavarivanje ( ica )

Gasno zavarivanje se izvodi sa dodatnim materijalom ili bez dodatnog materijala ako se radi o

materijalima manje debljine kao to su npr. tanki limovi. Dodatni materijali u obliku ice treba da

budu priblino istog sastava kao i osnovni materijal koji se zavaruje. Za eline ice standardom se

daju vrste i oznake, sadraj sumpora (S) i sadraj fosfora (P), spoljanji izgled, dimenzije i tolerancije,

ponaanje pri topljenju, vrste i nain ispitivanja kao i nain na koji se isporuuju, pakuju i uvaju ove

eline ice.ice moraju biti glatke i iste odnosno bez oksida, masti, boja i drugih neistoa. eline

ice se zatiuju tankim slojem bakra. ica za gasno zavarivanje se bira prema vrsti osnovnog

materijala odnosno prema preporukama proizvoaa. Dodatni materijal treba da se lahko spaja sa

osnovnim materijalom a nastala troska mora lahko da isplivava na povrinu.

1.6.4. Topitelji za gasno zavarivanje

Dodaju se radi prevoenja oksida u lahko topljivu trosku koja kao laka isplivava na povrinu ava.

Pri zavarivanju livenog gvoa, mesinga, bronzi i aluminijuma se koriste topitelji u obliku praha i pasti.

Topitelji se ne koriste kod elika osim pri zavarivanju nehrajuih elika. Vrsta topitelja se bira u

zavisnosti od neistoe u materijalu koji se zavaruje i u zavisnosti od oksida koji se stvaraju pri

zavarivanju. Kao topitelji se najee koriste boraks, borna kiselina, kvarcni pijesak, natrijum karbonat,

usitnjeno staklo. Ako se kao topitelj koristi pasta onda se pastom premazuje mjesto zavarivanja. Kada

se kao topitelj koristi prah onda se zagrijana ica umae u prah a za vee presjeke prah se kaikom

nasipa na mjesto zavarivanja.


26/92

21

1.7. Runo elektroluno zavarivanje obloenim elektrodama - REL postupak

Runo elektroluno zavarivanje nalazi svoju masovnu primjenu prilikom spajanja metala. Pri zavarivanju

obloenim elektrodama elektrini luk se uspostavlja izmeu elektrode i dijela kojeg treba zavariti.

Elektroda se sastoji od:

- metalnog jezgra koje je obino cilindrinog oblika

- omotaa koji se naziva oblogaElektroda istovremeno slui i kao provodnik elektrine energije i kao dodatni materijal.

Slika 1.7.1 Princip zavarivanja obloenom elektrodom; [3]

1 - metalno jezgro elektrode, 2 - obloga elektrode, 3 - kapi istopljene metalne jezgre elektrode ( rastop ),

4 - osnovni materijal, 5 - metalna zavarivaka kupka, 6 - ovrsnuta zavarivaka kupka ( zavar ),

7 - ovrsnuta troska, 8 - tena troska, 9 -zatitni gasovi,

10 - kapi istopljene obloge elektrode ( rastopljena obloga )

Za vrijeme topljenja obloge elektrode se obrazuje troska koja titi rastopljeni materijal. Osim toga

obloga elektrode doprinosi uspostavljanju i stabilnosti odravanja elektrinog luka.

1.7.1. Elektrini luk

Predstavlja elektrino pranjenje u gasovima koje se odvija izmeu elektrode i radnog komada. U

elektrinom luku se elektrina energija pretvara u toplotnu energiju uz stvaranje visokih temperatura i

to do 5000C potrebnih za topljenje radnih komada koje treba spojiti procesom zavarivanja. Elektriniluk ima slijedee karakteristike:

- elektrini luk dobro provodi elektrinu energiju ;

- elektrini luk posjeduje odreeni elektrini otpor ;

- elektrini luk je toplotno provodljiv ;

- elektrini luk razvija visoke temperature ( oko 4000C ) ;

- elektrini luk oko sebe stvara vlastito magnetno polje ;

- elektrini luk posjeduje odreenu duinu ;

- elektrini luk zrai infracrvene, svjetlosne i ultraljubiaste zrake;


27/92

22

- na elektrinom luku vlada odreeni elektrini napon zbog pada napona izmeu vrha elektrode i

radnog komada ;

- elektrini luk izaziva pritisak na rastop materijala koji se zavaruje ;

- u elektrinom luku se nalaze gasovi ;

Na slijedeoj slici je prikazan elektrini luk koji je uspostavljen izmeu elektrode ( katoda ) i radnog

komada ( anoda +).

Slika 1.7.1.1 Elektrini luk;[11]

1 - elektroda, 2 - radni komad, 3 - izvor istosmjerne struje, 4 - elektrini luk,

5 - smjer kretanja elektrona, 6 - smjer kretanja jona, L - duina luka[ mm ], UL - napon luka [ V ]

Prolazom elektrine energije u elektrinom luku se stvara odreena koliina toplote koja zavisi od

jaine elektrine energije koja protie kroz elektrini luk i napona koji vlada u elektrinom luku. Jedan

dio toplote se iskoritava na zagrijavanje elektrode i radnog komada a preostali dio toplote se izgubi

u okolni prostor. Uspostavljanje elektrinog luka moe biti izvedeno na vie naina ali se najeeprimjenjuje:

Uspostavljanje elektrinog luka kontaktom

Kada su elektroda i radni komad udaljeni a prikljuen je izvor struje tada imamo tzv. prazni hod.

Kada vrh elektrode dotakne radni komad tada kroz mali presjek protie velika elektrina energija a na

dodirnom mjestu se stvara visoka temperatura. Podizanjem elektrode od radnog komada metal isparava i

dolazi do jonizacije prostora i uspostavljanja elektrinog luka. Kada se elektrini luk uspostavi na

odreenu duinu dobija se jo bolja jonizacija i stabilniji elektrini luk. Elektrini luk istosmjerne i naizmjenine elektrine energije

Elektrini luk istosmjerne elektrine energije se dobija ako se izmeu elektrode i radnog komada

prikljui izvor istosmjerne elektrine energije procesa zavarivanja ( generator ili ispravlja ). Moe biti

direktnog ili indirektnog polariteta. Kada se elektroda prikljui na negativni pol izvora elektrine

energije tada se radi o direktnom polaritetu. Da li e elektroda biti prikljuena na negativni ili pozitivni

pol izvora elektrine energije zavisi od vrste elektrode, postupaka zavarivanja ili primjenjene tehnike

zavarivanja. Obino se odabere takav polaritet da se dobije stabilniji elektrini luk. U elektrinom luku

istosmjerne elektrine energije, elektrina energija uvijek tee u istom smjeru i ne dolazi do promjene


28/92

23

polariteta a elektrini luk se lahko odrava. Na katodi () se uoava pojava tzv. katodne mrlje a na

tom mjestu je suen elektrini luk dok je na anodi (+ ) elektrini luk jo manje suen. Anoda odnosno

pozitivna elektroda se vie zagrijava u odnosu na katodu.

Elektrini luk naizmjenine elektrine energije se dobija ako se izmeu elektrode i radnog komada

prikljui izvor naizmjenine elektrine energije ( transformator, pretvara frekvencije ). U ovom sluaju se

stalno mijenja polaritet elektrode i radnog komada to izaziva oteano zavarivanje. Da bi se poveala

stabilnost zavarivanja, izvori naizmjenine elektrine energije imaju vee napone praznog hoda a

elektrode imaju takvu oblogu koja u sebi sadri sastojke kojima dobijamo bolju jonizaciju lunog

prostora. Kod ovog elektrinog luka naizmjenine elektrine energije katodna mrlja mijenja svoje mjesto

elektroda - radni komad.

Napon elektrinog luka zavisi od debljine i vrste obloge elektrode kojom zavarujemo. Prilikom

zavarivanja obloenim elektrodama napon je u granicama od 18 V do 30 V.

Skretanje elektrinog luka

Skretanje elektrinog luka ili puhanje elektrinog luka se uglavnom pojavljuje pri zavarivanju

istosmjernom elektrinom energijom a zanemarljivo je kod zavarivanja naizmjeninom elektrinom

energijom. Ovo skretanje elektrinog luka moe da bude toliko veliko da se poslije nekoliko povijanja

elektrini luk ugasi. Skretanje elektrinog luka ometa zavarivanje jer nastaje naljepljivanje kao

posljedica nemirnog elektrinog luka. Materijal se ne moe dovoljno rastopiti sa nemirnim elektrinim

lukom pa pored naljepljivanja nastaje i odnoenje kapljica elektrode u okolni prost or odnosno nastaje

rasprskavanje. Skretanje elektrinog luka se moe umanjiti primjenom jedne od slijedeih mjera :

- smanjenjem jaine elektrine energije i odravanjem male duine elektrinog luka ;

-premjetanjem suprotnog pola tako da suprotni pol prati kretanje elektrode u toku zavarivanja ;

- postavljanjem stezaljke kabla mase to je mogue blie mjestu zavarivanja ;

- rasporedom stezaljki kablova odnosno mase

- ako to elektroda omoguuje izvriti prelazak na naizmjeninu struju ;

- kosim dranjem elektrode kojim se sprjeava skretanje elektrinog luka na ivicama ;

Prilikom zavarivanja ugaonih avova stezaljka kabla ( masa ) mora biti postavljena na donjem limu jer

je time i elektrini luk automatski skrenut u sam ugao a zavarivanje je olakano. Kada se vri zavarivanje materijala tada dolazi do prelaza rastopljenog materijala elektrode u rastop na

radni komad kroz elektrini luk. Nain prelaza rastopljenog materijala u osnovni materijal utie na

oblik, mehanika svojstva i metalurki sastav zavarenog spoja. Prelaz rastopljenog materijala je povezan

sa djelovanjem sila koje se stvaraju u elektrinom luku pri zavarivanju i koje omoguuju taj prelaz.

Bez uticaja ovih sila ne bi bilo mogue zavarivati u prinudnim poloajima kao to su vertikalni, zidni

i iznad glave. Stvaranje rastopljenog materijala odnosno kapljica na vrhu elektrode i odvajanje kapljica

su omogueni djelovanjem elektrodinamikih sila, sile gravitacije odnosno zemljine tee, sila povrinskognapona tenog metala, eksplozionih sila, sila nastalih usljed strujanja gasa, itd.


29/92

24

1.7.2. Oprema za runo elektroluno zavarivanje obloenim elektrodama

Opremu kojom se izvodi REL postupak zavarivanja obloenim elektrodama ine :

-prikljuni kabal kojipredstavlja vezu ureaja za zavarivanje za dra elektrode;

- dra elektrode ;- obloena elektroda ; -prikljuak za masu ( stezaljka kabla ) ;

- osnovni materijal koji ustvari predstavlja materijal koji se zavaruje ;

- kabal koji vee ureaj za zavarivanje sa masom ; - ureaj za zavarivanje ;

Slika 1.7.2.1 Oprema za izvoenje REL postupka zavarivanja; [11]

1 -prikljuni kabal, 2 - dra elektrode, 3 - obloena elektroda, 4 -prikljuak za masu,

5 - osnovni materijal, 6 - kabal, 7 - ureaj za zavarivanje

Zavarivaki kablovi su provodnici elektrine energije od izvora elektrine energije do mjestazavarivanja. Kablovi su izraeni od tankih bakarnih ica upletenih u ue i obloenih odnosno

izolovanih gumom. Postoje dva zavarivaka kabla. Na jednom je dra elektrode a na drugom stezaljke

za spajanje sa osnovnim materijalom. Na drugom kraju provodnika su bakarne stopice ili drugi

prikljuci kojim se provodnici privruju na izvor elektrine energije. Duina provodnika se odreuje

prema potrebi. U radionici je duina obino do 15 metara. Za produenje kablova se mogu upotrijebiti

samo potpuno izolovani utikai odnosno spojevi. Veliina presjeka provodnika se oznaava u mm.

Proizvode se u standardnim veliinama: 35 mm2

, 50 mm2

, 70 mm2

, 95 mm2

, 120 mm2

i 150 mm2

.

Presjek provodnika se bira na osnovu jaine elektrine energije kojom se u prosjeku najvie zavaruje i

na osnovu duine provodnika. Spoj kabla sa draem, stezaljkom i stopicama ( prikljukom na izvor )

mora biti besprijekoran inae na tom mjestu dolazi do otpora prilikom proticanja elektrine energije i

zagrijavanja to uzrokuje otapanje izolacije i oteenje bakarnih ica. Kablovi su skupi pa ih upravo

zbog toga treba uvati od oteenja.

Dra elektrode slui za dranje elektrode za vrijeme zavarivanja odnosno topljenja elektrode.

Konstruisan je tako da na jednoj strani vrsto prihvata i stee elektrodu a na drugoj strani je vrstospojen sa kablom za ureaj za zavarivanje. Zavarivanje nekvalitetnim, slabo odravanim i istroenim


30/92

25

draem elektrode uslovljava povremeno slabiju elektrinu energiju i nestabilan elektrini luk to

prouzrokuje greke u zavarivanju. Kvalitetan dra elektrode je skup pa ga treba uvati i odravati.

Osnovno odravanje zahtijeva povremeno ienje od oksida na mjestu spoja elektroda, pregled i

popravljanje spoja sa kablom, podmazivanje navoja grafitom i treba paziti da se ne oteti izolacija.

Dobrim odravanjem se drau elektrode produuje vijek trajanja i do est puta.

Prikljuak za masu slui za spajanje zavarivakog kabla za radni komad. Izraen je tako da se moe

vrsto stegnuti za radni komad koji se zavaruje i tako osigurati dobar spoj i prelaz elektrine energije.

Najbolji tipovi prikljuaka za masu su oni koji se mogu jednostavno premjestiti i privrstiti a da

osiguraju dobar spoj odnosno kontakt. Ukoliko se vri zavarivanje radnog komada sa nekvalitetnim

prikljukom za masu odnosno sa slabim spojem za radni komad dobija se neujednaen prelaz

elektrine energije a time i nestabilan elektrini luk to prouzrokuje greke u zavaru. Prikljuak za

masu treba povremeno istiti od oksida na spojevima i nadgledati i popravljati spoj prikljuka sa

kablom.

1.7.3. Elektrode - Dodatni materijal

Danas se za runo elektroluno zavarivanje upotrebljavaju obloene elektrode dok se gole elektrode

vie praktino ne upotrebljavaju. Obloga obloene elektrode moe biti tanka, srednja i debela. Tanka

obloga iznosi nekoliko desetih dijelova milimetra i ini od 1% do 5% teine elektrodne ice. Debela

obloga je sloj debljine od 1mm do 3mm i ini od 15% do 30% teine elektrodne ice a nekad i vie.

Obloge elektrode imaju viestruki zadatak i to:

- obloge dovode u stub elektrinog luka gasove koji pomau jonizaciju ;

- obloge zaklanjaju elektrini luk i rastop zatitnim gasom od uticaja vazduha a sagorijevanje odnosno

oksidaciju svode na najmanju moguu mjeru ;

- obloge rastopu dovode dodatni materijal koji je potreban za reakcije i legiranje tako da se gubitak

sagorijevanja nadoknadi ili se postie dopunsko legiranje ;

- obloge rastop pokrivaju troskom koja zadrava toplotu, sprjeava prodiranje vazduha i usporava

ovravanje tako da neistoe i gasni ukljuci mogu da izau na povrinu rastopa ;

Vazduni stub izmeu elektrinog luka i osnovnog materijala je slab provodnik pa se golom icom i

naizmjeninom elektrinom energijom teko zavaruje a i prilikom zavarivanja istosmjernom elektrinomenergijom elektrini luk je nestabilan i kree se lijevo-desno pa se upravo zbog toga i upotrebljavaju

obloene elektrode. Pod uticajem temperature elektrinog luka obloga elektrode se topi i isparava.

Troska- Veoma vaan zadatak obloge elektrode je stvaranje takve troske koja e omoguiti uzajamno

dejstvo izmeu nje i rastopa. Troska treba da rastvori nastale metalne okside, izvri dezoksidaciju ( da

vee kiseonik ) i ienje od sumpora, fosfora i azota.Na teljivost rastopa znatno utie kiseonik pa

ak i u malim koliinama pa prema tome i na upotrebljivost elektrode u prinudnim poloajima.

Poveanjem sadraja kiseonika sniavaju se mehaniki kvaliteti ava a to poveanje utie i na nainprelaska kapljica sa elektrode u rastop.


31/92

26

Podjela elektrodaje izvrena prema:

- tipu obloge na oksidne, kisele, rutilne, bazine i celulozne ;

- namjeni na elektrode za zavarivanje, elektrode za navarivanje i elektrode za lijebljenje i rezanje ;

-posebnim tehnolokim osobinama na duboko penetrirajue elektrode, elektrode prilagoene posebnim

uslovima rada i visoko produktivne elektrode ;

- debljini obloge na tanko obloene elektrode, srednje obloene elektrode i debelo obloene elektrode ;

- vrsti osnovnog materijala za koji su namijenjene na elektrode za zavarivanje nelegiranih i

niskolegiranih elika, elektrode za zavarivanje visokolegiranih elika, elektrode za zavarivanje sivog liva

i elektrode za zavarivanje obojenih metala.

Oznake elektroda prema razliitim standardima najee sadre: tip obloge, mehanike osobine metala

zavara koji se dobija topljenjem elektroda, vrstu i polaritet elektrine energije, poloaj zavarivanja.

Zahvaljujui ovim podacima korisniku je lake da izabere odgovarajue elektrode za materijal koji eli

da zavari ili da ih uporedi sa elektrodama razliitih proizvoaa. Elektrode se biraju prema osnovnom

materijalu odnosno prema osobinama osnovnog materijala i zahtjevima zavarenog spoja. Prilikom

prenosa i transporta elektrode se ne smiju bacati posebo kada se izvade kartonske kutije iz sanduka ili

posebnog pakovanja. Sve elektrode izuzev elektrode sa celuloznom oblogom se moraju uvati na suhom

mjestu. Na svaki nain se mora sprijeiti prodiranje vlage u oblogu elektrode jer se time lahko moe

promijeniti njen hemijski sastav pa obloga elektrode nee imati one osobine koje su potrebne za

uspjeno zavarivanje. Ako se obloga elektrode ovlai elektrode treba suiti prije upotrebe. U oblozi

elektrode ima vlage ako pri zavarivanje elektrini luk mnogo prti. Elektroda se ne smije uzimati

masnim rukavicama jer masnoa na elektrodi prouzrokuje poroznost zavarenog spoja. Kao posljedica

upotrebe previe ovlaenih elektroda nastaju mnoge potekoe kako pri samom zavarivanju tako i u

kvalitetu izvedenog ava. Kada se pone sa procesom zavarivanja posmatra se topljenje elektrode. Kod

vlanih elektroda se uju male eksplozije i pucketanja. Obloene elektrode vremenom ostare. Sa takvim

elektrodama se ne smiju zavarivati vlani spojevi.

1.8. Elektroluno zavarivanje u zatitnoj atmosferi inertnog gasa - TIG postupakPrvi put je primijenjen 1942 godine u SAD u avioindustriji pri zavarivanju magnezijuma u zatitnoj

atmosferi helijuma. U SAD postupak ima oznaku GTAW Gas Tungsten Atc Welding a njegova

meunarodna oznaka je TIG Tungsten Inert Gas. Kod TIG postupka zavarivanja je kao toplotni izvor

upotrijebljen elektrini luk izmeu volframove netopljive elektrode i radnog komada koji se zavaruje u

atmosferi argona ili helijuma.


32/92

27

Slika 1.8.1 Princip TIG postupka zavarivanja; [11]

1 - radni komad ili osnovni materijal, 2 - dodatni materijal, 3 - prolaz gasa, 4 -pitolj,5 - elektrini provodnik, 6 - netopljiva volframova elektroda, 7 -zatitni gas,

8 - elektrini luk, 9 - ovrsli metal ava, 10 - rastopljeni metal

Osobine TIG postupka zavarivanja su:

- koncentrisan izvor toplote ; - avovi su visokog kvaliteta ; - nema oslobaanja gasova i pare ;

- postupak nije tako brz ; -postoji mogunost zavarivanja veine metala i legura ;

- neznatno troenje volframove elektrode ; -dobra zatita zavara; - obuka zavarivaa je sloenija ;

Napajanjem elektrinog luka istosmjernom elektrinom energijom direktnog polariteta ( znak na

elektrodi ) se dobija duboko rastapanje to je poeljno za zavarivanje za razliku od indirektnog

polariteta ( znak + na elektrodi ) kod koga je zanemareno rastapanje.

Slika 1.8.2 Razlika izmeu direktnog i indirektnog polariteta kod TIG postupka zavarivanja; [11]

a - direktan polaritet, b - indirektan polaritet

Sa istosmjernom elektrinom energijom direktnog polariteta se zavaruju materijali koji ne zahtijevaju

ienje povrine za zavarivanje od oksida. To su najee visokolegirani elici ( austenitni ) i obojeni

metali kao to su nikal, bakar i njihove legure, titan i cirkonijum. Oprema za zavarivanje je prikazanana slijedeoj slici.


33/92

28

Slika 1.8.3 Oprema za TIG postupak zavarivanja; [11]

1 -pitolj sa netopljivom volframovom elektrodom, 2 - komandni ormar,

3 - ureaj za regulaciju protoka, 4 - ureaj za regulaciju pritiska,

5 - boca za argon ili helijum, 6 - ventil za zatitni gas,7 - osnovni materijal,

8 -generatori istosmjerne elektrine energije ili trofazni transformatori sa ispravljakom grupom,

9 - dodatni materijal

Napajanje elektrinog luka naizmjeninom elektrinom energijom se obino vri jednofaznim

transformatorima kao izvorom naizmjenine elektrine energije. Osnovna oprema je ista kao i kod TIG

zavarivanja istosmjernom elektrinom energijom. Magnezijum, aluminijum i njihove legure se iskljuivo

zavaruju naizmjeninom elektrinom energijom.I nertni gas koji se upotrijebljava pri TIG zavarivanju je argon, helijum ili mjeavina argona i helijuma.

Vie se koristi argon. Prilikom upotrebe i argon i helijum moraju biti izuzetno isti ( 99,99% ).

Dodavanje vodonika u argon ili helijum poveava napon elektrinog luka za jednu istu duinu. Gasoviti

argon se isporuuje u elinim bocama pod pritiskom. Teni argon se skladiti i transportuje u dobro

izolovanim rezervoarima poslije ega se prilikom potronje prvo preljeva u specijalne rezervoare iz

kojih se preko isparivaa prevodi u gasovito agregatno stanje i centralnim razvodom dovodi do

potroakih mjesta.Izvoenje zavarivanja se vri tako to poslije izvrenog spajanja zavariva svojim radom nastoji da

obezbijedi ravnomjerno stapanje stranica lijeba radnog komada po cijeloj debljini i popuni lijeb u

jednom ili vie prolaza zavisno od debljine. TIG zavarivanje je znatno sloenije ali je po operativnoj

tehnici slino gasnom zavarivanju. Da bi zavariva mogao izvoditi to kvalitetnije zavarene spojeve

neophodno je da obezbijedi sebi dobre uslove za rad a po mogunosti da sjedi i da ima dovoljno

prostora za voenje gorionika i dodavanje ice. Gorionik se dri malo pod nagibom od 10 do 20 u

odnosu na vertikalu a usmjeren je u pravcu kretanja. Elektrini luk pri tome pokriva rastopljeno

kupatilo i omoguava neprekidno pomijeranje gorionika.


34/92

29

TIG postupkom zavarivanja se mogu izvoditi zavareni spojevi u svim poloajima zavarivanja s time da

ovo itekako zavisi od obuenosti zavarivaa.Ovim postupkom se obino zavaruju limovi od minimalno

0,8 mm do maksimalno 6 mm debljine sa i bez dodatnog materijala. Mogue je takoe pomou TIG

postupka zavarivati i materijale vee debljine od 6 mm ali su one uglavnom rezervisane za MIG

postupak zavarivanja. TIG je takoe pogodan za zavarivanje cijevi. Gorionik se moe fiksirati za cijev i

kretanjem gorionika oko obima cijevi se vri zavarivanje. Osim toga to TIG postupak moe biti i

mehanizovan postoje isto tako i automatski ureaji kojim se zavaruju rupe na ploama izmjenjivaa

toplote pomou TIG postupka.

TIG postupak se primjenjuje u proizvodnji i montai zavarenih metalnih konstrukcija. Posebno je naao

primjenu u zavarivanju metala i legura koji imaju veliki afinitet prema kiseoniku odnosno oksidaciji u

rastopljenom stanju. Ovdje prije svega spadaju visokolegirani elici legirani sa hromom i molibdenom,

aluminijum i njegove legure, magnezijum i njegove legure, bakar i njegove legure, titan, cirkonijum i dr.

Pored spomenutih materijala ovaj postupak se koristi najvie u montai raznih cjevovoda u

kotlogradnji, petrohemijskoj industriji odnosno uglavnom na onim mjestima gdje se zahtijeva vrlo visok

kvalitet.

1.9. Elektroluno zavarivanje u zatitnoj atmosferi inertnog gasa - MIG postupak

Ovaj postupak zavarivanja se pojavio u SAD izmeu 1948 godine i 1951 godine gdje je poznat po

skraenici GMAW Gas Metal Arc Welding. Njegova meunarodna oznaka je MIG Metal Inert Gas.

MIG postupak predstavlja tehniku zavarivanja elektrinim lukom u atmosferi inertnog gasa u kojoj je

uspostavljen elektrini luk izmeu materijala koji se zavaruje i topljive gole ice.

Slika 1.9.1 Princip MIG postupka zavarivanja; [11]

1 - elektroda ( topljiva gola ica), 2 -zatitni gas, 3 - elektrini provodnik, 4 - kontaktna voica,

5 - mlaznica, 6 - elektrini luk, 7 - rastopljeni metal, 8 - radni komad ili osnovni materijal,

9 - ovrsli metal ava


35/92

30

Osnovna karakteristika MIG postupka zavarivanja se sastoji u upotrebi poveane jaine elektrine

energije u ianoj elektrodi u iznosu od I 100A/mm2. Ova karakteristika kombinovana sa protokom

zatitnog inertnog gasa, jednom topljivom icom i odgovarajuom elektrinom energijom s kojom se

vri zavarivanje omoguuje prelaz metala u elektrini luk u obliku finih kapljica koje se odv ajaju sa

vrha ice prema radnom komadu koji se zavaruje. Elektrini luk je stabilan i pravilno usmjeren. Dakle

kod ove vrste zavarivanja elektroda se kao dodatni materijal topi u atmosferi inertnog gasa tako da se

osnovna karakteristika ovakvog naina zavarivanja sastoji u primjeni istosmjerne elektrine energije

velike gustoe sa elektrodom vezanom za pozitivan pol izvora elektrine energije.Gustoa elektrine

energije za zavarivanje iznosi za :

- aluminijum od 100 do 500 A/mm2presjeka ice ;

- obini i nehrajui elik od 100 do 200 A/mm2;

- bakar od 150 do 250 A/mm2;

Velika gustoa elektrine energije osigurava pravilan proces zavarivanja i dobar kvalitet ava. Ako je

gustoa elektrine energije mala dolazi do padanja krupnih kapljica elektrode u krater ava to ima za

posljedicu u uslovima zatitnog gasa stvaranje poroznog ava sa nedovoljnim provarom osnovnog

materijala i njegovom razbrizgavanju. Meutim pri znatnom dejstvu elektromagnetnih sila male kapljice

se slivaju u struju te takav prenos elektrodnog materijala osigurava duboko provarivanje osnovnog

materijala i formiranja kompaktnog ava sa ravnom i istom povrinom dok e razbrizgavanje biti u

doputenim granicama. Zbog visoke gustoe elektrine energije se upotrebljavaju elektrode malih

prenika od 0,6 mm do 3 mm sa velikom brzinom njenog dovoenja.

Kao zatitni gas se koristi argon. Mogue je dodati i druge gasove sa argonom ali u manjem procentu.

Za magnezijum, aluminijum, bakar i njihove legure se upotrebljava ist argon odnosno 99,99% argona.

Ako se MIG postupkom zavaruje aluminijum vee debljine u jednom ili dva prolaza tada se kao

zatitni gas upotrebljava smjesa argona i helijuma. Npr. za nehrajue elike zatitni gas = argon + 1%

kiseonika, za elike uopteno zatitni gas = argon + (35)% kiseonika, itd. U principu svi metali i legure

koji su zavarljivi TIG postupkom zavarivanja su takoe zavarljivi i MIG postupkom zavarivanja.

Prednosti MIG postupka zavarivanja su:

- elektrini luk je vidljiv i mogue ga je regulisati pa je zbog toga i lake kontrolisati teno kupatilo ;- samo kod lahkih legura je mogue zavarivanje u svim poloajima dok za ostale metale postupak nije

upotrebljiv u horizontalnom poloaju i horizontalno vertikalnom ( zidnom ) poloaju zavarivanja ;

- zavarivanje je bez praha pa nema prisustva klasinih neistoa a samim time ni ienja pogotovu

kod zavarivanja u vie prolaza ;

- elektrini luk se lahko uspostavlja prilikom zavarivanja pa nema zaustavljanja npr. za ienje a

dovod dodatnog materijala odnosno ice je konstantan ;

- postupak moe biti upotrijebljen kao poluautomatski i automatski ;- avovi su visokog kvaliteta ;


36/92

31

- zbog toga to se uvijek moe izvoditi zavarivanje u vie prolaza dijapazon zavarljivih debljina je

vrlo irok a jedino ekonomska opravdanost odreuje ovu veliinu ;

Praktino MIG postupak je optimalno upotrebljiv do debljine od 4 mm kod runog a 1,5 mm kod

automatskog zavarivanja. Na pravilno izvrenje ovog postupka zavarivanja utie vie faktore koji se

uglavnom odnose na elektrini luk i tehniku zavarivanja samog zavarivaa.Faktori elektrinog luka su:

- elektrina energija zavarivanja ( priroda, intenzitet, polaritet )

- elektroda ( topljiva gola ica)

- zatitni gas

Kada se govori o elektrinoj energiji kojom se vri zavarivanje kod MIG postupka se upotrebljava

jedino istosmjerna elektrina energija. U istom argonu ili helijumu elektrini luk se razliito ponaa

prema polaritetu i jaini elektrine energije tako da ovdje razlikujemo slijedee sluajeve :

1. SLUAJ KADA JE ICA POVEZANA NA POZITIVAN POL ( indirektan polaritet )

Slika 1.9.2 Indirektni polaritet kod MIG zavarivanja; [11]

a - argon + kiseonik, b - argon, c - helijum + argon, d - helijumAko je jaina elektrine energije zanemarljiva odnosno mala tada se prelaz kapljice sa vrha ice u

osnovni materijal ostvaruje velikim kapljicama i u kratkom spoju ( od 2 do 3 kapljice u sekundi ).

Prelazak kapljice je ostvaren u obliku finih, sitnih kapljica koje se kreu prema radnom komadu koji

se zavaruje a to svakako zavisi od prirode i prenika ice.Ovdje pod dejstvom sila nastaje pojava

suavanja kapljice.

Slika 1.9.3 Topljenje ice kod MIG zavarivanja; [11]

1 - mlaznica, 2 -ica ( topljiva elektroda ), 3 - kapljica, 4 -spoljanja zona, 5 - centralna zona


37/92

32

Posebnom kamerom velikih brzina odnosno analizom snimljenih kapljica je mogue ustanoviti stvarne

putanje kapljica ice kao i poveanje ubrzanja kapljica ice sa poveanjem jaine elektrine energije.

Ovo ubrzanje kapljica ice je veoma vano jer moe biti i preko dvadeset puta bre od ubrzanja sile

zemljine tee. Elektrini luk je stabilan i penetracija je dobra. Vrh ice je pravilno raspodijeljen po

cijeloj povrini anodne mrlje.

2. SLUAJ KADA JE ICA POVEZANA NA NEGATIVAN POL ( direktan polaritet )

Slika 1.9.4 Direktni polaritet kod MIG zavarivanja; [11]

a - argon + kiseonik, b - argon, d - helijum

Elektrini luk je povijen i nestabilan sa formiranjem velikih kapljica rastopljenog metala na vrhu ice.

Veliina ovih kapljica moe biti i ak deset puta vea od prenika ice. Tom prilikom brzina topljenja

ice raste, penetracija je vrlo mala i mogua je povrinska oksidacija radnog komada. Ovdje sva

elektrina energija polazi prema katodnoj mrlji odnosno jednoj maloj povrini A2 u odnosu na

povrinu A1presjeka ice. Aksijalna sila F je u ovom sluaju usmjerena od katodne mrlje prema ici.

Slika 1.9.5 Suavanje kapljice pod dejstvom sila tzv. pinch effect; [11]

Kod direktnog polariteta imamo mnogo veu brzinu topljenja ice nego kod indirektnog polariteta ali

je elektrini luk nestabilan. Brzina topljenja ice je itekako vana za stabilnost elektrinog luka. Tako

poevi sa dodavanjem kiseonika u iznosu od 5% argonu elektrini luk postaje stabilan i prelaz metala

ice se ostvaruje malim kapljicama. Poveanje procenta kiseonika u zatitnom gasu utie na smanjenje

mehanikih karakteristika, penetracija je slaba a elektrini luk je slabo voen. Na osnovu ovoga se

zakljuuje da se pri MIG zavarivanju iskljuivo upotrebljava indirektan polaritet.Brzina topljenja ice je u funkciji svoga zagrijavanja odnosno toplotne snage koja je topi.


38/92

33

Slika 1.9.6

Documents

NEDŽAD KARIĆ 17.06.2015 god.pdf