ZAVARIVANJE Zavarivanje spajanje dva ili vie istovrsnih ili

ZAVARIVANJE Zavarivanje – spajanje dva ili više istovrsnih ili raznovrsnih materijala topljenjem ili pritiskom sa ili bez dodavanja materijala

ZAVARLJIVOST MATERIJALA Zavarljivost materijala je sposobnost zavarivanja materijala. Metal smatramo zavarljivim onda kada primenjujući određeni postupak zavarivanja, dobijamo kontinualni, homogeni zavareni spoj koji zadovoljava predviđene zahteve i koji ima zahtevana mehanička i druga potrebna svojstva. Zavarljivost može biti: Dobra ako se može zavarivati bez specijalnih predradnji i mera opreza. Slaba ako su potrebne specijalne predradnje i mere opreza, na primer predgrejavanje zbog mogućnosti nastanka pukotina. Jako slaba zavarljivost, ako su potrebne takve predradnje i mere opreza da praktično nije moguće izvesti zavarivanje koje bi bilo ekonomski prihvatljivo.

PODELA • Zavarivanje topljenjem • Gasno • Elektrolučno • Zavarivanje pritiskom • Materijal se spaja u čvrstom ili omekšanom stanju pomoću udarca ili pritiska • Kovačko zavarivanje • Elektrootporno zavarivanje

Podela postupaka zavarivanja Zavarivanje topljenjem Elekrolučno Aluminotermitsko EPT Elektro pod troskom Elektronskim mlazom Laserom Plazmom Elektrolučno Plinsko: Kiseonik acetilen Kiseonik propan Kiseonik vodonik Zavarivanje pritiskom Kovačko Gasno Difuziono Hladno Elektrootporno Eksplozijom Aluminotermitsko Trenjem MPL-Magnetnim pokretnim lukom VF-visokofrekventom strujom Elektrolučno Infracrvenim zračenjem

Zavarivanje je interdisciplinarna tehnologija - Poznavanje materijalima i metalurgije (metalurgija zavarivanja) - Termodinamika (temperaturna polja pri zavarivanju) - Elektrotehnika (izvori struje, električni luk, spajanje različitih senzora) - Hemija (metalurški i drugi procesi koji se odvijaju pri zavarivanju) - Informatika (ekspertni sastavi, proračuni, baze podataka i sl. )

Opseg zavarivanja • Na postrojenjima velikih termoelektrana ili na nuklearnim elektranama, rafinerijama nafte ima po 10. 000 do 100. 000 zavarenih spojeva cevi pod pritiskom • Na primeru jednog tankera nosivosti 82. 000 t izgrađenog u našem brodogradilištu zavaruje se: 261. 6 km ugaonih spojeva i 11. 6 km sučeonih spojeva • Dovoljno je da samo jedan zavar otkaže (lom, pukotina, poroznost, propuštanje. . . ), pa da dođe do skupog zastoja ili u nepovoljnijem slučaju do katastrofalnog oštećenja s teškim posledicama za ljude, imovinu i biološku okolinu.

Gasno zavarivanje • Gasno zavarivanje je jedan od najstarijih i najsvestranijih postupaka zavarivanja. • Kod ovog postupka toplotna energija dovija se sagorevanjem gorivih gasova u kiseoniku. • Plamen koji nastaje koristi se za omekšavanje rubova metala i eventualno dodatnog materijala u šipkastom obliku. • Od gorivih gasova najčešće se koristi acetilen (C 2 H 2), a mogu se koristiti i vodonik, propan, butan, metan, gradski plin, i dr. • Kod zavarivanja plamenom koristi se mešavina kiseonika i gorivog gasa najčešće u promeru 1: 1. • Uz dodatno dovođenje čistog kiseonika plamenom je moguće i rezanje metala.

• Oprema za gasno zavarivanje sastoji se iz boce acetilena, boce kiseonika, redukcijskih ventila, cevi za zavarivanje, plamenika i dodatnog materijala. • Acetilen i kiseonik mešaju se u plameniku, pale se i sagorevanjem stvaraju temperaturu u plamenu od 3100 °C. • Zavarivanje gasnim plamenom koristi se za zavarivanje, čelika, sivog liva, bakra, aluminijuma i njihovih legura. • Postupak zavarivanja je jednostavan, oprema jeftina, ali je brzina zavarivanja mala, a upaljivost i eksplozivnost rada povećava opasnost pri radu.

• Na primer, postupci zavarivanje plamenom tankih limova sada su zamenjene s MIG/MAG postupcima zavarivanja. • Zavarivanje plamenom se najviše koristi za montažne i instalacijske radove: zavarivanje cevi, cilindara i dr. • Na primer; za zavarivanje cevnih sistema od nelegiranih čelika te postupci reparacija livenog gvožđa. • Kiseonik-acetilen plamen ima vrlo veliku industrijsku primenu kod lemljenja, toplotnog rezanja i lokanih toplotnih obrada.

Plamenik

Tri područja plamena: žižak (jezgro), zavarivačka zona i vanjska zona (omotač plamena) Prilikom sagorevanja acetilena u zavarivačkom plamenu stvara se uglen dioksid i vodena para C 2 H 2 + 2, 5 02 → 2 CO 2 + H 2 O Temperatura plamena, ºC 3200 2000 1200 1100 300 PLAMENIK ŽIŽAK 3 -5 mm ZAVARIVAČKA ZONA (ca. 3. 100 ºC) VANJSKA ZONA

Oprema: Plinske boce, gumeno crevo, garnitura plamenika 1) BOCA KISEONIKA (opseg visoki pritisak 150 -300 bara) 2) BOCA ACETILENA (pritisak 18 bara) 3) REDUKCIJSKI VENTIL 4) REGULATOR PLAMENA

Ručno elektrolučno zavarivanje obloženim elektrodama (REL) • Postupak je jednostavan za rukovanje. • Primenjuje se za zavarivanje i navarivanje svih vrsta metala istosmernom ili izmeničnom strujom. • Električni luk se uspostavlja između vrha elektrode i radnog komada, a postupak je ručni, što znači da je neophodan zavarivač.

REL (Ručno Elektrolučno) zavarivanje eng. MMA – Manual Metal Arc Welding Elektroda Držač elektrode Obloga Elektroda Provodnici Radni komad Gasovi sagorevanja Zavar Troska Žica El. luk Osnovni Kupka metal

Prednosti • jeftina oprema, • širok spektar elektroda, • koristi se za sve konstrukcijske čelike, Cu, Ni, Ti i dr. , • za sve debljine zavara (od 1 mm do 100 mm), • izvodljivo je višeslojno zavarivanje, • zavarivanje u svim položajima.

Mane • postupak se obavlja ručno (mogućnost greške), • puno dimova (potrebna ventilacija), • stvaranje troske (opasnost troska u zavaru), • otpad – moraju se ukloniti, • prekidi i uspostavljanje luka – moguće pogreške.

Funkcija obloge • Električna funkcija – važna jer utiče na stabilnost el. luka, • Fizička funkcija – utiče na zaštitu jezgra od vazduha (gasovi štite jezgro elektrode), • Metalurška funkcija – u oblozi se nalaze komponente koje vrše legiranje metala zavara te utiču na deoksidaciju jezgra.

OBLOGA SVOJSTVA BAZNA - daje dobru žilavost i čvrstoću - traži posebnu opremu za zavarivača - zavaruje se isključivo na (+) polu - visina luka je jednaka ½ promera elektrode - na sebe veže kiseonik, vodonik, sumpor i fosfor RUTILNA - stabilan el. Luk - može se raditi i na istosmernoj i naizmeničnoj struji - estetski lep var - lako se rukuje s njom - nešto lošija mehanička svojstva KISELA - ista svojstva kao i bazična CELULOZNA - razvili su je Amerikanci pre 50. godina - specifična obloga

Zavarivanje topljivom elektrodom u zaštitnoj gasnoj atmosferi (MIG i MAG) Električni se luk, kod zavarivanja s topljivom elektrodom u zaštitnoj gasnoj atmosferi uspostavlja i održava između vrha topljive metalne elektrode, odnosno žice i zavarenog metala. Električni luk stvara potrebnu toplotu i osigurava topljenje dodatnog metala i spajanih rubova osnovnog metala u okruženju zaštitnog gasa (najčešće CO 2).

• Kada se kao zaštitni gasovi koriste neutralni ili inertni gasovi, npr. Argon, ovaj postupak naziva MIG (Metal Inert Gas). • Kada se kao zaštitni gas koriste aktivni gasovi, najčešće CO 2 i njegove mešavine s drugim gasovima, onda se postupak naziva MAG (Metal Active Gas). Sapnica Topljiva elektroda Zaštitni gas Kupka Osnovni metal Vođica El. luk Zavar

• Metalna elektroda u obliku žice namotane na kolut potiskuje se pomoću potisnog mehanizma kroz pištolj za zavarivanje do mesta topljenja gde se u električnom luku topi i prenosi u rastopljeni metal. • Inertni plin štiti topitelja od štetnog utecaja kiseonika i azota iz vazduha. • Vođenje i upravljanje zavarivačkog pištolja je ručno, ali može biti i potpuno automatizovano. • Promeri žica i parametri zavarivanja MIG ili MAG postupkom odabiraju se prema debljini zavarenih delova i položaja zavarivanja. • Najčešće se koristi žica punog preseka promera 0, 6 do 2, 4 mm koja je zbog boljeg električnog kontakta i zaštite od korozije obložena bakrom. • Ovaj postupak se najčešće koristi za zavarivanje obojenih metala, visokolegiranih čelika i drugih metala koji se rado vežu s kiseonikom kao i zavarivanje tankih limova.

Prednosti MIG/MAG postupka: • brzine zavarivanja (do 1 m/min) • mogu se zavarivati tanki, srednji i debeli komadi • za sve vrste metala • u svim položajima zavarivanja • postupak se može automatizovati i robotizovati Mane MIG/MAG postupka • skupa oprema • velika opreznost oko zaštite zbog gasa • treba se zavarivati s 2 ruke • opasnost od nalepljivanja šljake

Zavarivanje s netopljivom elektrodom u zaštitnoj gasnoj atmosferi (TIG) • Postupak se temelji na uspostavljanju i održavanju električnog luka između Wolfram-ove netopljive elektrode i radnog komada uz zaštitu neutralnog ili inertnog gasa. • Ovaj postupak se naziva TIG zavarivanje (Tungsten Inert Gas).

• Mali intenzivan električni luk nastao iz usmerene elektrode idealan je za visoko kvalitetno i precizno zavarivanje. • Toplota električnog luka topi i spaja rubne delove osnovnog metala, a ako je potrebno sa strane se dovodi i dodatni materijal. • Postupak se može izvesti u bilo kojem radnom položaju i na radne komade debljine manjeg od milimetra. • Glavne prednosti ovog tipa zavarivanja su izrazita pravilnost depozita i mogućnost prenosa dodanog materijala u kupku bez značajnog gubitka elemenata od kojih se sastoji. • Za zavarivanje aluminijuma, magnezijuma i njihovih legura koristi se naizmenična struja, a za ostale metale se koristi istosmerna struja s minus polom na elektrodi. • TIG postupak je razvijen za zavarivanje magnezijuma i njegovih legura, a danas se koristi za zavarivanje različitih metala od aluminijuma, titana, nerđajućih čelika, tankih čeličnih limova i drugih metala i legura.

• Kao zaštitni gas koristi se Argon ili Helijum koji ima svrhu da stvori zaštitnu atmosferu koja se može što lakše jonizovati i štiti vrh elektrode od kontaminacije kiseonikom i drugim gasovima iz okoline. Smer zavarivanja Zaštitni gas Šipka dodatnog metala Osnovni metal Volframova netopiva elektroda Elek. luk Zavar Kupka

Prednosti: • luk je vrlo stabilan (osigurava visokokvalitetno zavarivanje), • zavareni spojevi su homogeni, dobre estetike i dobrih mehaničkih svojstava, • koristi se za zahtevne materijale (nerđajući čelici, Al, Ti, Cu, itd), • zavarivanje daje najkvalitetniji zavar. Mane: • mala brzina zavarivanja (10 – 15 cm u min), • ograničeno za tanke materijale (do 6 mm), • oprema je vrlo skupa, • skup je gas (argon), • skup je wolfram, • radi oksidacije je nužna sekundarna zaštita.

Zavarivanje plazmenim lukom • Plazma je gas koji je zagrejan do ekstremno visokih temperatura (50. 000 °C) te joniziran tako da postane električki vodljiv. • U procesu zavarivanja plazmom koristi se plazma za prienos električnog luka do obratka. • Intenzivnom toplotom luka metal koji se zavaruje se topi i spaja.

• Netopiva volframova elektroda spojena je na (–) pol izvora istosmerne struje i nalazi se u središnjem delu bakarne šapnice. • Upravljački luk se inicira između elektrode plamenika i vrha šapnice, koji se zatim prenosi na metal koji se zavaruje. Kao plazmeni gas se najčeće koristi argon. • U plameniku se također koristi i sekundarni gas argon, argon/vodonik ili helijum, koji pomaže u zaštiti od oksidacije tapive kupke zavara. • Zavarivanje plazmenim lukom se koristi za gotovo sve metale, a naročito se zavaruju visoko legiranih i nerđajućih čelici, nikl, titan, aluminijum, bakar i njihove legure. • Debljine metala nisu manje od 3 -4 mm. • Metal se može spajati bez dodatnog materijala, ali ako je potrebno on se može dodati izravno u luk. • Prednosti korištenja ove metode su veća brzina rada i raznovrsnost upotrebe, boljeg kvaliteta reza i zavara.

Prednosti: • razmak između pištolja i radnog komada nije kritična veličina, • velika koncentracija energije u mlazu plazme omogućava duboku penetraciju, te potpuno progorevanje u jednom prolazu. • Zona uticaja toplote spoja je uska s paralelnim rubovima što smanjuje ugaone deformacije, • velika koncentracija energije osigurava veću brzinu zavarivanja uz stabilan luk, • visok kvalitet spojeva. Mane: • plazma pištolj je mnogo osetljiviji na oštećenja nego kod TIG postupka, • pištolji moraju imati vodeno hlađenje, • zahteva se vrlo točno održavanje razmaka između vrha elektrode i šapnice.

Električni luk _ Elektroda (katoda) Ketanje iona a b Pad napona na katodi - ioni - elektroni Padručje plazme Ketanje elektrona c Pad napona na anodi + Radni komad (anoda) • Električni luk je završni deo strujnog kruga kod kojeg električna struja prolazi vazdušni prostor između elektrode i radnog komada. • Zbog toga što vazduh ne provodi struju zračni prostor mora biti joniziran.

• Iz sigurnosnih razloga maksimalni napon kod elektrolučnog zavarivanja je 120 V za istosmernu struju i 80 V za naizmeničnu struju. • Ovi naponi su premali za nastajanje električnog luka, koji zahteva napone od 5. 000 V/mm u zračnom razmaku. • Zbog velike jačine struje (200 – 1. 000 A) dodirne površine se zagrevaju. • Na radnom komadu, koji je vezan na pozitivan pol, nastaje takođe užarena fleka. • Ako se elektroda zatim podigne nekoliko milimetara od radnog komada užarena fleka elektrode počinje emitovati elektrone koji se u obliku oblaka sakupljaju oko vrha elektrode.