,_Bestanddeelnr_256-0994.jpg)
Plinsko zavarivanje, autogeno zavarivanje ili zavarivanje plinskim plamenom spada u grupu zavarivanja taljenjem, gdje se osnovni materijal topi toplinom plamena, koji nastaje izgaranjem gorivog plina (acetilen, propan, butan, vodik) s čistim kisikom ili kisikom iz zraka. Najtopliji plamen daje izgaranje acetilena s čistim kisikom (temperatura je 3 160 ºC), uz oslobađanje ugljikovog dioksida (CO2) i vodene pare (H2O). Plinsko zavarivanje se izvodi s dodatnim materijalom, ali ponekad i bez njega. To je jedan od najstarijih načina zavarivanja i najsvestranijih postupaka zavarivanja, ali u zadnje vrijeme je sve manje zastupljen. Uglavnom se danas koristi za zavarivanje čeličnih cijevi i cijevi od sivog lijeva, a koristi se i za popravke. Oprema relativno nije skupa, plamen je više raspršen od električnog luka, uzrokujući sporije hlađenje, koje vodi većim zaostalim naprezanjima i deformacijama. Sličan postupak je plinsko rezanje, uz dodatno dovođenje čistog kisika. Kisik-acetilen plamen ima vrlo veliku industrijsku primjenu kod tvrdog lemljenja, toplinskog rezanja i lokanih toplinskih obrada. [1]
Oprema za plinsko zavarivanje sastoji se iz boce acetilena, boce kisika, redukcijskih ventila, cijevi za zavarivanje, plamenika i dodatnog materijala. Zavarivanje plinskim plamenom koristi se za zavarivanje čelika, sivog lijeva, bakra, aluminija i njihovih legura. Postupak zavarivanja je jednostavan, oprema jeftina, ali je brzina zavarivanja mala, dok upaljivost i eksplozivnost rada povećava opasnost pri radu. [2]
Oprema za plinsko zavarivanje
Oprema za plinsko zavarivanje sastoji se iz boce acetilena, boce kisika, redukcijskih ventila, cijevi za zavarivanje, plamenika i dodatnog materijala. Plinski plamen se primjenjuje za zavarivanje, navarivanje, tvrdo lemljenje, nabrizgavanje, ravnanje, rezanje, površinsko čišćenje i duge vrste površinske obrade materijala. Za zavarivanje se koristi acetilen (kao gorivi plin) i kisik (kao plin koji podržava gorenje). [3]
Boca kisika
Za zavarivanje i rezanje, kisik se isporučuje u plavim bocama pod tlakom od 150 bara. Gorivi materijali oslobađaju veću količinu topline kada sagorjevaju u čistom kisiku, a ne na zraku. Kisik se dobiva frakcijskom destilacijom zraka (rjeđe elektrolizom vode jer je skuplji postupak). Osnovni princip frakcijske destilacije je da se zrak prvo pretvara u tekuće stanje (što se postiže tlačenjem na 40 bara i pothlađivanjem na –200 ºC). Ako se tekući zrak potom zagrije, isparit će dušik koji ključa pri –196 ºC, tako da u aparaturi za frakcijsku destilaciju ostaje samo kisik (koji ključa pri –183 ºC). Specifična masa kisika pri temperaturi 20 ºC i tlaku 1,013 bara je 1,43 kg/m3. Približna količina kisika ili volumen kisika (Vkisika, m3) u boci računa se pomoću sljedeće formule:
Koeficijent stlačenja kisika pri temperaturi 15 ºC je 1,078 10-5. Volumen boce je 0,04 m3. Tako na primjer u punoj boci ima kisika:
- Vkisika = 0,04 ˑ 15 106 ˑ 1,078 10-5 = 6,468 m3.
Kada se prazni boca kisika, mora se ostaviti određena količina kisika u boci da se izbjegne prodor zraka i vlage u bocu (minimalno očitanje na regulacijskom ventilu – manometru je 0,5 bara). Kod rukovanja sa bocama za kisik treba paziti da su uvijek čiste (ne smije biti nečistoća i masti oko regulacijskog ventila), a otvaranje i zatvaranje boce mora biti pažljivo – najviše do pola okreta ventila za otvaranje i zatvaranje boce).
Pravila pri radu s bocama za kisik
Pravila pri radu s bocama za kisik su:
- boce ne smiju biti izložene udarcima, jer to može izazvati eksploziju;
- boce se ne smiju nikada ostaviti izložene Sunčevim zrakama ili drugim izvorima topline, kao ni niskim temperaturama;
- priključci na bocama se ne smiju podmazivati mastima, jer može doći do zapaljenja;
- boce moraju stajati okomito naslonjene na svoje stope i osigurane od pada;
- prijevoz boca izvodi se kolicima.
Boca acetilena
Acetilen ili etin se isporučuje u bijelim bocama pod tlakom od 15 bara. Vrlo je nestabilan i eksplozivan u smjesi sa zrakom ili kisikom. S povećavanjem tlaka eksplozivnost acetilena raste, tako da je dovoljno 3% acetilena u smjesi sa zrakom da dođe do eksplozije. Isto tako pri zavarivanju ili rezanju bakra (Cu) ili srebra (Ag) dolazi do reakcije acetilena i spomenutih elemenata, te nastaju spojevi koji su eksplozivni pri udarcima ili povišenim temperaturama. Iz navedenih razloga potrebno je pridržavati se pravila koja vrijede za rukovanje s bocama acetilena i kisika u proizvodnji, transportu i skladištenju. Acetilen je plin iz grupe nezasićenih ugljikovodika, bezbojan je i neotrovan plin karakterističnog mirisa. Otapa se u vodi u omjeru 1 : 1, a u acetonu 1 : 25 pri atmosferskom tlaku i temperaturi 20 ºC. Rastvorljivost acetilena u acetonu raste s porastom tlaka, a opada sa porastom temperature. U bocu za acetilen, koja je volumena 40 litara, pri tlaku od 15 bara i temparaturi 20 ºC stane 6 m3 acetilena. Na izlazu iz boce postavlja se regulator tlaka (manometar) koji snižava tlak acetilena na vrijednosti ispod 1,5 bara (ako je na izlazu iz boce tlak acetilena prelazi 1,5 bar može doći do stvaranja mjehurića plina i spajanja sa zrakom, što može prouzročiti eksploziju plina). Približna količina plina u boci ili volumen acetilena (Vacetilena, m3) može se odrediti pomoću sljedeće formule:
- Vacetilena = 0,35 x volumen boce (m3) x rastvorljivost acetilena u acetonu pri 15 ºC x tlak u boci (Pa) x 10-5
Koeficijent rastvorljivost acetilena u acetonu pri 15 ºC je 23. Volumen boce je 0,04 m3. Tako je na primjer sadržaj acetilena u punoj boci:
- Vacetilena = 0,35 ˑ 0,004 ˑ 23 ˑ15 ˑ 105 ˑ 10-5 = 4,8 m3
Pri pražnjenu boce brzina istjecanja acetilena, odnosno protok acetilena mora biti manji od 1 m3/h, da ne bi došlo do isparavanja acetona iz boce i smrzavanja redukcijskog ventila (manometra). Isto tako, boca se ne smije potpuno isprazniti, već se mora ostaviti određena količina acetilena koja odgovara tlaku na manometu od 1 do 1,5 bara, ovisno o vanjskoj temperaturi. Plamen acetilena i čistog kisika daje maksimalnu temperaturu od 3160 ºC, dok plamen butana i propana s čistim kisikom daje maksimalnu temperaturu 2830 ºC, odnosno 2850 ºC. [4]
Pravila pri radu s bocama za acetilen
Pravila pri radu s bocama za acetilen su:
- na radnom mjestu boca uvijek mora stajati u uspravnom položaju;
- boce se ne smiju nikada ostaviti izložene Sunčevim zrakama ili drugim izvorima topline;
- potrošnja acetilena iz jedne boce ne smije biti veća od 1 000 litara na sat, a sadržaj acetilena se ne smije potrošiti do kraja;
- boce treba čuvati od visokih i niskih temperatura. [5]
Redukcijski ventili
Podrobniji članak o temi: Tlačni ventilRedukcijski ventili služe da se visoko tlak iz boce smanji na potrebni radni tlak. Kada se otvori ventil na boci, na manometru visokog tlaka se mjeri tlak u boci. Okretanjem podešavajućeg vijka steže se opruga, koja pritišće gumenu membranu, pri čemu se otvara ventil. Plin dolazi u međukomoru sve dok ne dobije određeni tlak, kada membrana povlači za sobom ventil. Tlak na izlazu se mjeri se mjeri manometrom radnog tlaka.
Kada se otvori plamenik, tlak u međukomori opada, opruga potiskuje membranu i ventil ostaje otvoren sve dok se ponovno ne uspostavi ravnotežno stanje. Ako je sila potisnog stanja veća, veći je i radni tlak, i zbog toga postoji vijak za podešavanje, pomoću kojega se podešava željena vrijednost radnog tlaka. Redukcijski ventili su tako podešeni da radni tlak bude do 2 bara.
Gumena crijeva za dovođenje plinova
Acetilen i kisik se dovode do plamenika s gumenim crijevima. Crijeva se izrađuju od gume armirane platnom i mogu se savijati. Dužina crijeva ne smije biti manja od 3 do 5 metara, da bi se izbjeglo savijanje. Crijeva ne smiju biti nagažena ili pritisnuta, kao ni doći u dodir sa zapaljivim materijalima, iskrama i zagrijanim predmetima. Za acetilen se koriste crijeva crvene boje, a za kisik crijeva plave boje.
Plamenici
Podrobniji članak o temi: PlamenikPlamenici služe za pravilno miješanje gorivog plina (na primjer acetilena) i kisika te podešavanje njihovog izgaranja odgovarajućim plamenom. Prema tlaku plinova koji se koriste pri zavarivanju postoje niskotlačni i visokotlačni plamenici.
Niskotlačni plamenici
Niskotlačni plamenici se napajaju acetilenom niskog tlaka (od 0,01 do 0,03 bara) i kisikom visokog tlaka (od 1 do 3 bara). Sastoji se od držača i promjenjivih mlaznica, koje se određuju prema debljini predmeta koji se zavaruju. Mlaznica sprovodi smjesu acetilena i kisika do mjesta izgaranja. Izrađena je od mjedi, a na kraju završava sa žižkom koji je izrađen od bakra. Otvaranjem ventila za kisik, a zatim ventila za acetilen, kisik ide kroz cijev koja ide sredinom komore za miješanje plina, a acetilen struji vanjskom cijevi i kroz male otvore, koji služe kao osigurači od udara plamena, dolazi u konus za usisavanje, gdje kisik iz injektora povlači acetilen usisavajući. Pri paljenju plamena najprije se otvori ventil za kisik, a zatim dovodi acetilen u nešto većoj količini i smjesa se zapali. Plamen se podešava postupnim smanjenjem dovoda acetilena. Pri gašenju plamena najprije se prekida dovod acetilena, a zatim dovod kisika.
Visokotlačni plamenici
Visokotlačni plamenici se koriste kada se za zavarivanje koriste acetilen visokog tlaka (od 0,5 do 0,7 bara), prvenstveno u serijskoj proizvodnji, jer omogućava stalnu potrošnju. Kisik i gorivi plin dovode se kroz cijev u komoru za miješanje, i odvode kroz mlaznicu do žižka. Pri paljenju plamena najprije se zapali gorivi plin, pa se onda podešava plamen dovođenjem kisika, a pri gašenju plamena prvo se zatvara dovod kisika, a zatim gorivog plina (acetilena).
Plamen acetilen – kisik
Plamen za zavarivanje regulira se na mlaznici, pri čemu se acetilen i kisik mješaju u određenom omjeru. Izgaranje smjese, neposredno ispred žižka je nepotpuno. Plinovima koji se tom prilikom razvijaju (ugljični monoksid i vodik) potrebna je za njihovo izgaranje u potpunosti još veća količina kisika. Taj kisik oni uzimaju iz okolnog zraka. Zbog toga se pri takvom izgaranju u neposrednoj zoni plamena stvara jedna zona bez kisika, a koja ima reducirajuća svojstva i zove se zona zavarivanja. U toj zoni, na udaljenosti od 2 do 4 milimetra ispred jezgre plamena, vlada najviša temperatura od oko 3 200 ˚C. Zona plašta plamena je zona u kojoj se nalaze produkti izgaranja, to jest plinovi nastali primarnom reakcijom (ugljični monoksid i vodik), nastavljaju izgaranje uz pomoć kisika iz zraka. Postoje 3 vrste plamena:
- neutralni plamen nastaje pri odnosu acetilena i kisika u smjesi s odnosom 1:1. Jezgra plamena ima bijelu boju. Ovim plamenom ne može se zavarivati mjed i sivi lijev.
- redukcijski plamen nastaje kada u gorivoj smjesi ima više acetilena. Višak acetilena razbija jezgru i daje joj zelenkastu boju. Ovaj plamen nosi sa sobom čestice slobodnog ugljika koje tako dolaze u varove, zbog čega oni postaju suviše tvrdi. Ovim plamenom se može zavarivati sivi lijev.
- oksidirajući plamen nastaje kada u gorivoj smjesi ima više kisika. Jezgra plamena postaje kraća i plavkaste boje. U zavar dolazi prevelika količina kisika i on postaje krhak. Ovim plamenom se može zavarivati mjed.
Žice za zavarivanje i navarivanje koriste se kao dodatni materijal pri zavarivanju i navarivanju, pri čemu svojstva dodatnog materijala moraju biti ista ili slična svojstvu materijala koji se zavaruju. Za zavarivanje mekog čelika koriste se šipke od mekog čelika promjera od 1 do 8 mm i duljine od 500 do 1000 mm. Za zavarivanje limova debljine od 5 mm koriste se žice čiji je promjer jednak debljini lima. Šipke i žice za zavarivanje čelika su, zbog sprječavanja korozije, zaštićene bakrenim prevlakama. Za zavarivanje lijevanog čelika koriste se žice od lijevanog čelika s povećanim postotkom ugljika i silicija. Za zavarivanje bakra koriste se žice koje imaju najmanje 98% bakra i od 0,5 do 1,5% kositra ili do 1,2% srebra, a ostatak čine nikal, silicij, fosfor i drugo. Za zavarivanje mjedi i bronce koriste se legure bakra i kositra (za broncu), ili specijalnim žicama (za mjed). Za zavarivanje aluminija koriste se žice od čistog aluminija, a za zavarivanje aluminijskih legura koriste se žice koje pripadaju tom tipu legura.
Praškovi i paste za zavarivanje
Praškovi i paste imaju zadatak očistiti oksidirani sloj s površine koja se zavariva i spriječi ponovnu oksidaciju za vrijeme zavarivanja. Meki čelik i čelični lijev zavarivaju se bez praška, dok se specijalni čelici, lijevano željezo, bakar i njegove legure, aluminij i njegove legure zavaruju se uz upotrebu praška i paste. Izbor praška i paste za zavarivanje ovisi o vrsti materijala koji se zavariva, a mogu se koristiti: boraks, vodeno staklo, borna kiselina, silicijev dioksid i drugo. Paste se nanose četkom tako da se premažu bridovi pripremljnih utora i žica za zavarivanje.
Izvori
- ↑ [1] "Termini i definicije kod zavarivanja", Dr.sc. Ivan Samardžić, izv. prof., Strojarski fakultet u Slavonskom Brodu, 2012.
- ↑ "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.
- ↑ "Zavarivanje I", izv. prof. dr. sc. Duško Pavletić, dipl. ing., Tehnički fakultet Rijeka, 2011.
- ↑ [2] "Osnovni postupci zavarivanja", www.ram-rijeka.com, 2012.
- ↑ Mijo Matošević: "Tehnologija obrade i montaže", udžbenik za I razred strojarske struke, Um d.o.o., 2005.