Zavarivanje
Zavarivanje je spajanje dvaju ili više, istorodnih ili raznorodnih materijala, taljenjem ili pritiskom, sa ili bez dodavanja dodatnog materijala, na način da se dobije homogeni zavareni spoj. Zavarivanje je u drukčije od lemljenja, a to je spajanje taljenjem legure s nižim talištem od materijala predmeta koji se spajaju.
Različiti izvori energije se mogu koristiti za zavarivanje, kao što je mlaz vrućih plinova (plinski plamen ili mlaz plazme), električni luk, tok nabijenih čestica (mlaz elektrona ili iona u vakuumu), tokovi zračenja (laser), električna struja (elektrootporno zavarivanje), trenje, ultrazvuk i sl. Zavarivanje se može obavljati u radionici, na otvorenom prostoru, u vodi ili u svemiru.
Sve do kraja 19. stoljeća, jedino je bilo poznato kovačko zavarivanje, s kojim su kovači stoljećima spajali željezo i čelik grijanjem i udaranjem čekića. Elektrolučno zavarivanje i plinsko zavarivanje kisikom su bili među prvim postupcima koji su se razvili u 20. stoljeću. Nakon toga su se razvili mnogi procesi, ali među najzastupljenijim je postalo ručno elektrolučno zavarivanje.[1]
Povijest zavarivanja
Podrobniji članak o temi: Povijest zavarivanjaPovijest spajanja metala je započelo prije nekoliko tisuća godina, u brončano doba i u željezno doba, na prostorima današnje Europe i Bliskog istoka. Razvilo se kao sastavni dio vještina kovača, zlatara i ljevača pri izradi oruđa za rad, oružja, posuda, nakita i građevina.
U srednjem vijeku se razvilo kovačko zavarivanje, gdje su se dva dijela koja su se spajala, na kovačkoj vatri, doveli do bijelog usijanja i ako je bilo potrebno, posipali bi se određenim prahom ili pijeskom za “čišćenje”. Čekićanjem spoja istiskivali bi se s dodirnih površina rastaljeni oksidi ili troska, te se sučeljavaju čiste metalne površine, kada počinju djelovati međuatomske sile dvaju dijelova i dolazi do čvrstog spoja. Najbolji mačevi iz čelika u srednjem vijeku bili su rađeni iz niskougljičnog čelika (do 0,4% ugljika), a na njihove rubove su kovački zavarivane (udarcima čekića u toplom stanju) trake od visokougljičnog čelika (od 1,0 do 2,1% C), koje su uz određenu toplinsku obradu davale tvrde i oštre bridove. Mačevi, vrhovi strijela i koplja, noževi i drugo, kod kojih su primjenjivali kovačko zavarivanje, bili su poznati u Grčkoj, Franačkoj državi, Kini, Japanu, Indoneziji, te u Siriji. Poznata je bila tehnika spajanja traka iz različitih vrsta željeznih materijala kovanjem kao “damasciranje” (od Damask, Sirija), a u cilju postizanja posebnih dobrih svojstava za mačeve i puške.
1802. ruski znanstvenik Vasilij Petrov istražuje električni luk za opću namjenu i predlaže primjenu za zavarivanje.[2] 1882. ruski znanstvenik Nikolaj Benardos prvi koristi električni luk između ugljene elektrode i metala, uz dodavanje žice u metalnu kupku. 1888. ruski znanstvenik Nikolaj Slavjanov je predložio postupak elektrolučnog zavarivanja metalnom elektrodom. 1895. počinje se koristiti aluminotermijsko zavarivanje tračnica i za popravak odljevaka. U isto vrijeme prvi puta se zavaruje plinskim plamenikom, koji je koristio kisik i vodik. Kasnije se razvija plinsko zavarivanje kisik-acetilenskim (O2 + C2H2) plamenom.
1907. švedski znanstvenik prvi patentira i primjenjuje obloženu elektrodu. Obložena elektroda se proizvodila uranjanjem gole žice u otopinu minerala, a od 1936. obloga se nanosi isprešavanjem ili ekstrudiranjem. Od 1925. počinje zavarivanje u zaštitnoj atmosferi vodika, a kasnije se prešlo na argon i helij. Od 1930. primjenjuje se automatsko zavarivanje pod praškom u brodogradnji SAD-a.[3]
Pred, a posebno poslije Drugog svjetskog rata, počinje razvoj i primjena zavarivanja u zaštitnom plinu - zavarivanje TIG postupkom. Zavarivanje MIG postupkom se počinje primjenjivati 1948., a od 1953. u Sovjetskom Savezu se prvi puta primjenjuje zavarivanje MAG postupkom s CO2 zaštitnim aktivnim plinom. Hladno zavarivanje pod pritiskom se primjenjuje od 1948.
Iza 1950. se razvijaju mnogi novi postupci kao što su: zavarivanje pod troskom (1951.), zavarivanje trenjem (1956.), zavarivanje snopom elektrona (1957.), zavarivanje ultrazvukom (1960.), zavarivanje laserom (1960.), zavarivanje plazmom (1961.) i drugi.[4]
Prvo zavarivanje i toplinsko rezanje u svemiru izveli su 1969. u sovjetskom svemirskom brodu Sojuz 6. 1932. u Rusiji, Konstantin Khrenov je prvi uspješno primjenio podvodno elektrolučno zavarivanje.
Postupci zavarivanja
Podrobniji članak o temi: Popis postupaka zavarivanjaUobičajena osnovna podjela postupaka zavarivanja je na postupke zavarivanja uz djelovanje pritiska i postupke zavarivanja taljenjem. Zavarivanje uz djelovanje pritiska je spajanje metalnih dijelova pritiskom, bez ili uz lokalno ograničeno zagrijavanje, uglavnom bez korištenja dodatnog materijala. Zavarivanje taljenjem je spajanje metalnih dijelova u rastaljenom stanju na mjestu spajanja, s korištenjem ili bez dodatnog materijala, bez djelovanja pritiska ili udaraca.
Postupci zavarivanja taljenjem
Zavarivanje taljenjem je spajanje metalnih dijelova u rastaljenom stanju na mjestu spajanja, s korištenjem ili bez dodatnog materijala, bez djelovanja pritiska ili udaraca. U tu grupu spadaju: ljevačko zavarivanje, termitno zavarivanje (aluminotermijsko zavarivanje), zavarivanje plinskim plamenom ili plinsko zavarivanje, zavarivanje pod troskom, zavarivanje električnim lukom ili elektrolučno zavarivanje (ručno elektrolučno zavarivanje, zavarivanje MIG postupkom, zavarivanje MAG postukom, zavarivanje pod praškom, zavarivanje TIG postupkom, polumehanizirano zavarivanje s obloženim elektrodama), magnetsko zavarivanje ili zavarivanje magnetski pokretanim električnim lukom, zavarivanje plazmatskim lukom ili zavarivanje plazmom, zavarivanje elektronskim snopom, zavarivanje laserskim snopom, ultrazvučno zavarivanje, zavarivanje snopom svjetlosnog zračenja i drugo.
Elektrolučno zavarivanje
Podrobniji članak o temi: Elektrolučno zavarivanjeElektrolučno zavarivanje jedan je od najčešće upotrebljavanih načina zavarivanja u praksi. Izvor energije za zavarivanje je električni luk. Dio koji se zavaruje obično je plosnat, dok je elektroda štapičasta. Ako se elektroda ne tali (ugljena, volframova), zavarivati se može bez dodavanja ili s dodavanjem materijala. Pri zavarivanju taljivom elektrodom, ona je ujedno dodatni materijal (obično istorodan s osnovnim materijalom koji se zavaruje).
Elektrode za zavarivanje mogu biti gole (ugljeni ili metalni štap, žica ili traka), obložene (metalna jezgra, a obloga mineralni materijal) ili punjene (mineralna jezgra i metalna obloga) ili nekih drugih oblika. Dodatni materijali i elektrode za elektrolučno zavarivanje (i druge načine zavarivanja) su standardizirani za pojedine načine zavarivanja i prema vrsti osnovnog materijala. Priprema, odnosno oblici dodirnih površina koje se zavaruju i njihovih rubova, je standardizirana za pojedine načine zavarivanja i prema vrsti osnovnog materijala.
Ručno elektrolučno zavarivanje
Podrobniji članak o temi: Ručno elektrolučno zavarivanjeRučno elektrolučno zavarivanje (kratica: REL), točnije izraženo ručno elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom (engl. Manual Metal Arc Welding – MMA) ili elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom (engl. Shielded Metal Arc Welding – SMAW) je postupak koji se najviše koristi. Električna struja se koristi da pokrene električni luk, između osnovnog materijala i potrošnih elektroda, čija obloga stvara zaštitu zavara od oksidacije i zagađivanja stvaranjem ugljikovog dioksida (CO2). Elektroda služi i kao dodatni materijal za stvaranje zavara. Postupak je vrlo raznovrstan i može se obaviti s relativno jeftinom opremom, tako da se koristi u radionicama i na otvorenim gradilištima. Zavarivač može postati dovoljno iskusan i sa skromnijom obukom, a vješt majstor postaje sa iskustvom. Vrijeme zavarivanja je relativno sporo, jer se elektrode moraju često zamjenjivati i troska se mora čistiti nakon svakog zavara. Taj postupak je uglavnom ograničen na čelične proizvode, iako specijalne elektrode postoje i za lijevano željezo, nikal, aluminij, bakar i ostale metale. [5]
Plinsko zavarivanje
Podrobniji članak o temi: Plinsko zavarivanjePlinsko 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. [6]
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. [7]
Postupci zavarivanja pritiskom
Zavarivanje pritiskom je spajanje metalnih dijelova pritiskom, bez ili uz lokalno ograničeno zagrijavanje, uglavnom bez korištenja dodatnog materijala. U tu grupu spadaju: kovačko zavarivanje, elektrootporno zavarivanje, točkasto elektrootporno zavarivanje, bradavičasto elektrootporno zavarivanje, šavno elektrootporno zavarivanje, sučeljeno vodootporno zavarivanje, elektrootporno zavarivanje ogorijevanjem ili iskrenjem, elektroindukcijsko zavarivanje, eksplozijsko zavarivanje, difuzijsko zavarivanje, zavarivanje trenjem, hladno zavarivanje pritiskom i drugo.
Kovačko zavarivanje
Podrobniji članak o temi: Kovačko zavarivanjeKovačko zavarivanje je najstarija vrsta zavarivanja metala, kada se krajevi dva dijela koje želimo zavariti (spojiti) zagriju u kovačkoj vatri do bijelog usijanja i ako je potrebno pospu određenim prahom (pijeskom) za “čišćenje". Čekićanjem spoja istiskuju se s dodirnih površina rastaljeni oksidi ili troska, te se sučeljavaju čiste metalne površine kada počinju djelovati međuatomske sile dvaju dijelova i dolazi do čvrstog zavarenog spoja. [8]
Najbolji mačevi iz čelika u srednjem vijeku bili su rađeni iz niskougljičnog čelika, a na njihove rubove su kovački zavarivane (udarcima čekića u toplom stanju) oštrice (trake) od visokougljičnog čelika (1,0 – 2,1% C), koje su uz određenu toplinsku obradu davale tvrde, čvrste i oštre bridove. Mačevi, vrhovi strijela i koplja, bodeži i drugo oružje kod kojih su primjenjivali kovačko zavarivanje bili su poznati u Grčkoj, Franačkoj državi, Kini, Japanu, Indoneziji, te u Siriji. Poznata je tehnika spajanja traka iz različitih vrsta željeznih materijala kovanjem kao "damasciranje" (od Damask - Sirija), a u cilju postizanja posebnih dobrih svojstava za mačeve i puške. I za današnji stadij razvoja tehnike ova tehnologija izrade dijelova iz kompozitnih materijala kovačkim zavarivanjem je interesantna. [9]
Elektrootporno zavarivanje
Podrobniji članak o temi: Elektrootporno zavarivanjeElektrootporno zavarivanje (engl. Electric Resistance Welding – ERW) je način zavarivanja električnom energijom gdje se uvijek koristi pritisak i toplina, koja nastaje zbog velikog električnog otpora na mjestu dodira zavarivanih dijelova. To je tzv. Jouleova toplina, za koju vrijedi:
- Q = J2 ˑ R ˑ t (J)
gdje je: J – jakost električne struje zavarivanja, R – električni otpor na mjestu dodira zavarivanih dijelova, t – trajanje zavarivanja. Koristi se uglavnom izmjenična struja niskog napona, vrlo velike jakosti i kratkog trajanja.
Samo pri sučeljnom elektrootpornom zavarivanju dolazi do zavara u čvrstom stanju, bez rastaljivanja, dok pri svim drugim načinima elektrootpornog zavarivanja dolazi i do taljenja metala. Velika je prednost ovog postupka da je čist, brz i bez dodatnog materijala. Koristi se naročito u industriji vozila (automobili, bicikli, motocikli, zrakoplovi, tračnička vozila, nuklearna i ratna tehnika), vojnoj industriji, građevinarstvu, prehrambenoj industriji, industriji bijele tehnike i drugo. Spajaju se tanki limovi, do najviše 6 mm. Podesan je za proces masovne proizvodnje, uz mogućnost jednostavnog mehaniziranja i robotiziranja.
Vrste zavarenih spojeva
Žlijeb čine obrađeni ili neobrađeni, najčešće, rubni dijelovi osnovnog metala, na mjestu pripremljenom za njihovo spajanje, odnosno izvodenje zavarivanja. Oblik i dimenzije žlijeba mogu biti različiti, a odabir odgovarajućeg oblika žlijeba ovisit će o debljini materijala koje treba zavariti, primijenjenom postupku zavarivanja, položaju zavarivanja, vrsti i namjeni spoja, i drugo. Iako se u praksi susreće i upotrebljava više različitih oblika žljebova, gotovo svi žljebovi imaju neke zajedničke elemente.
Priprema žljebova za zavarivanje može se izvoditi mehaničkom obradom ili rezanjem različitim postupcima. Kod mehaničke obrade, priprema rubova izvodi se posebnim strojevima i prikladnim alatom, npr. noževima, diskovima, škarama i dr., koji daju traženi oblik rubova zavarivanih dijelova. U praksi se najčešće koristi rezanje plinskim plamenom, a zastupljeni su, također i, postupci rezanja plazmatskim lukom, laserskim snopom, te elektrolučno rezanje ugljenom ili šupljom čeličnom elektrodom, uz dovođenje stlačenog zraka. Kod rezanja plinskim plamenom, primjenjuje se poseban plamenik za rezanje i odgovarajuća mješavina plinova, najčešće kisika i acetilena (ili butane). Samo rezanje i priprema rubova može se izvoditi ručno ili strojno. [10]
Sučeljni spoj
Sučeljni spoj nastaje zavarivanjem dijelova čiji se krajevi sučeljavaju i međusobno zatvaraju kut koji može biti izmedu 160º i 200º, a najčešće je 180º. Dimenzioniranje sučeljnog spoja ne predstavlja poseban problem, jer je debljina tj. dimenzija šava određena debljinom osnovnog metala. S velikom pažnjom moraju biti pripremljeni rubovi spoja, da bi se omogućilo dobro protaljivanje uz minimalne deformacije i naprezanja u spojevima. Jednostavno se provjerava i rendgenski snima, a zavarivanje se može izvoditi s jedne strane ili dvostrano.
Preklopni spoj
Priprema spoja preklapanjem rubova je jednostavna i ne zahtijeva posebice točno podešavanje dijelova koji se spajaju. Preklopni spoj zavaren s obje strane može biti podvrgnut znatno većim opterećenjima od spoja zavarenog samo s jedne strane.
Kutni spoj
Kutni spoj može biti izveden zavarivanjem samo s jedne strane ili s obje strane, a predstavlja prikladno rješenje i za zavarivanje relativno debljih dijelova. Izvedba kutnog spoja moguća je bez skošavanja stranice ruba zavarivanog elementa, a isto tako s jednostranim ili dvostranim skošenjem. Kutni spoj s jednostranim skošenjem obično se koristi kod spajanja limova debljine do 12 mm, kada se zavarivanje izvodi samo s jedne strane, dok su kutni spojevi s dvostranim skošenjem primjereni za debljine do 40 mm, pa i više.
Križni spoj
Poseban oblik kutnog spoja predstavlja križni spoj, koji ima sve elemente zajedničke s jednostavnim kutnim spojem, a osnovna mu je značajka da ima jedan kontinuirani element, dok se drugi prekida i nastavlja s druge strane spoja. Križni spoj najčešće se koristi kod većih metalnih konstrukcija, npr. brodova i raznih kutijastih konstrukcija s unutrašnjim uzdužnim i poprečnim elementima.
Kutni rubni spoj
Kutni rubni spojevi nalaze svoju primjenu, najčešće, u sklopovima pojedinih strojnih dijelova, kućišta, kutijastih konstrukcija, i slično.
Prirubni spoj
Prirubni spojevi prvenstveno se koriste za tanke limove, do najviše 4 mm debljine, te za manje opterećene spojeve. Kod takvog se rješenja spajanja, posebnim prirubljivanjem limova, dobiva ukupna širina polja za polaganje zavara jednaka dvostrukoj debljini spajanih dijelova, a to predstavlja znatno olakšanje zavarivaču pri vođenju izvora topline i kontroliranju taline.
Kvaliteta zavarivanja
Mnogo različitih faktora utječe na čvrstoću zavara i materijala oko njega, uključujući odabir procesa zavarivanja, količinu i koncentraciju ulazne topline, zavarljivost osnovnog materijala, dodatni materijal elektrode, vrsta obloge, geometrija zavarenog spoja i konačno o međudjelovanju svih tih faktora. Da bi ispitali kvalitetu zavara, postoje kontrola bez razaranja (KBR) i kontrola s razaranjem (KSR). Greške kod zavarivanja mogu biti pukotine, deformacije, plinski uključci (poroznost), nedostatak provara, nemetalni uključci, zarezi, površinski i podpovršinski lamelarni prekidi. Postoje standardi koji vode zavarivače da izbjegavaju tu vrstu grešaka, kao ISO 5187 i DIN EN 25 817.
Zona utjecaja topline
Zona utjecaja topline (kratica: ZUT) je dio osnovnog materijala, koji se nalazi neposredno uz rastaljenu zonu, a gdje dolazi do promjene kristalne strukture i mehaničkih svojstava zbog topline unesene zavarivanjem. Izrazite promjene strukture za nelegirani čelik su iznad 723 ºC, pogotovo ako nisu dovoljno sporo hlađene. Za poboljšane čelike, koji se kale i popuštaju pri relativno niskim temperaturama, bilo kakvo grijanje iznad otprilike 300 ºC, uzrokovati će bitne promjene svojstava. Zona utjecaja topline ovisi o unosu topline i obično je 2 do 8 mm.
Količina unesene topline igra vrlo važnu ulogu u zavarivanju, pa recimo plinsko zavarivanje kisikom i acetilenom je vrlo nepovoljno, jer se previše unosi topline, dok lasersko zavarivanje unosi vrlo malu količinu topline. Elektrolučno zavarivanje je negdje između ova dva postupka i količina unesene topline se može izračunati:
- [math]\displaystyle{ Q = \left(\frac{U \times I \times 60}{S \times 1000} \right) \times \mathit{Efficiency} }[/math]
gdje je: Q - unos topline (kJ/mm), U - napon (V), I = jačina struje (A) i S - brzina zavarivanja (mm/min). Stupanj iskorištenja ovisi o vrsti postupka, pa je za elektrolučno zavarivanje sa obloženom elektrodom (engl. SMAW) 0,75, za MIG zavarivanje (engl. GMAW) 0,9, a za TIG postupak 0,8. [11][12]
Zavarljivost
Zavarljivost je jedan ključni pojam u zavarivačkoj tehnologiji, a odnosi se kako na osnovni i dodatni materijal, tako i na zavarivani proizvod ili strukturu, parametre, režim i postupak zavarivanja. To je, zapravo, jedno vrlo složeno svojstvo i nije ga jednostavno točno odrediti. Zavarljivost je sposobnost materijala, da se pri određenim povoljnim uvjetima zavarivanja ostvari kontinuirani zavareni spoj, koji će svojstvima udovoljiti predviđenim uvjetima i vijeku primjene. Na zavarljivost metala utječu: kemijski sastav (poglavito udio legirnih elemenata i mogućih nečistoća), dimenzije dijelova koji se zavaruju, vrsta dodatnog materijala, priprema spoja za zavarivanje, i drugo.
Pojednostavljeno, može se uzeti da je zavarljivost svojstvo zavarivanog metala koje pokazuje da se određenim postupkom zavarivanja može ostvariti homogeni spoj, koji će udovoljiti predvidenim uvjetima i vijeku uporabe zavarenog proizvoda ili strukture. Nema opće zavarljivosti nekog metala. Ona se mora utvrditi za svaki pojedini postupak zavarivanja, dodatni materijal, vrstu spoja, predviđenu namjenu proizvoda ili strukture, odnosno za svaki slučaj zavarivanja posebice.
Homogenost se zavarenog spoja može narušiti, prije svega, pojavom pukotina, nemetalnih uključaka i poroznosti, pa se zavarljivost metala često ocjenjuje na temelju sklonosti pojavi pukotina. Zahtjevi za dobro zavarljive čelike su: zadovoljavajuća žilavost osnovnog metala; kemijski sastav mora biti takav da nakon hlađenja ne dolazi do porasta krhkosti; što manje ugljika jer ugljik utječe na porast zakaljivosti, tvrdoće i krhkosti; samo čelici dobiveni u zatvorenim pećima (Siemens-Martinov postupak).
Greške u zavarenim spojevima
Svaki tehnološki postupaknosi stalnu opasnost od nastajanja određenih grešaka. S obzirom na veliki broj utjecajnih čimbenika na kvalitetu zavarenih spojeva, na tu je opasnost potrebno obratiti posebnu pozornost kako pri izradi zavarene konstrukcije, tako i u njenoj primjeni. Postoje različite klasifikacije grešaka u zavarenim spojevima, a jedna od njih je sljedeća (EN 26520): greške u zavarenim spojevima koje mogu nastati u izradi i greške u zavarenim spojevima koje mogu nastati u eksploataciji.
Greške u zavarenim spojevima koje nastaju u izradi mogu se podijeliti s obzirom na:
- Uzrok nastajanja grešake: konstrukcijske greške, metalurške greške i tehnološke greške;
- Vrstu grešake: plinski uključci, uključci u čvrstom stanju, naljepljivanje, nedostatak provara, pukotine i greške oblika i dimenzija;
- Greške položaja: unutrašnje greške, površinske i podpovršinske greške i greške po cijelom presjeku;
- Greške po obliku: kompaktne greške, izdužene greške, oštre greške (jako izraženo zarezno djelovanja), zaobljene greške (manje izraženo zarezno djelovanje), ravninske greške (može se zanemariti treća dimenzija greške) i prostorne greške (uzimaju se u obzir sve tri dimenzije greške);
- Greške po veličini: male greške, greške srednje veličine i velike greške;
- Greške po brojnosti: pojedinačne greške, učestale greške i gnijezdo grešaka.
Navarivanje je postupak nanošenja dodatnog materijala zavarivanjem na površinu radnog predmeta radi postizanja željenih svojstava, mjera i oblika. Navarivanje se obično provodi u vodoravnom položaju, rjeđi su slučajevi nekih drugih položaja. Zbog velikih količina topline, plinova izgaranja te rasprskavanja, potrebno je predvidjeti odgovarajuće mjere zaštite na radu. Gotovo svi klasični postupci zavarivanja mogu biti primijenjeni u svrhu navarivanja.
Tvrdo navarivanje je nanošenja tvrdog materijala otpornog na trošenje (habanje) postupkom zavarivanja. Procjenjuje se da od ukupnog neželjenog trošenja (habanja) materijala u industrijskim procesima, na abraziju otpada 40%, udarno trošenje 25%, trošenje metal na metal 10%, koroziju 5%, visokotemperaturno trošenje 5% i ostale vidove trošenja oko 5%. Materijali koji se najčešće tvrdo navaruju su ugljični čelici i nisko legirani čelici s niskim sadržajem ugljika.
Oprema za zavarivanje
Izvor struje za zavarivanje
Izvor struje za zavarivanje ili napajanje za zavarivanje su takvi uređaji koji daju na mjestu zavarivanja električnu struju sa karakteristikama pogodnim za zavarivanje. Najčešće se koristi napajanje sa konstantnom jačinom struje i drugi tip, napajanje sa konstantnim naponom. Kod elektrolučnog zavarivanja, dužina električnog luka je u direktnoj vezi sa naponom, dok je sa jačinom struje direktno povezan unos topline na zavarenom spoju.
Napajanje sa konstantnom jačinom struje se često koristi za ručne postupke zavarivanja, kao što je TIG postupak i elektrolučno zavarivanje sa obloženom elektrodom. To je važno, jer je vrlo teško održavati elektrodu mirno, a time se razmak i napon mijenjaju. Napajanje sa konstantnim naponom se češće koristi za automatske postupke, kao što je elektrolučno zavarivanje taljivom žicom u zaštiti aktivnog ili inertnog plinom (MIG ili MAG). Kod tih procesa dužina električnog luka se održava konstantnim, mijenjajući jačinu struje po potrebi. Na primjer, ako je žica i osnovni materijal preblizu, pojača se jačina struje, pa se dio žice istopi, i time vraća prvobitni razmak.
Vrsta električne struje kod elektrolučnog zavarivanja isto igra vrlo važnu ulogu. Procesi sa potrošnim elektrodama, kao što je elektrolučno zavarivanje sa obloženom elektrodom, uglavnom koristi istosmjernu struju, ali elektroda može biti pozitivno ili negativno nabijena. Kod zavarivanja, pozitivno nabijena anoda će imati veću koncentraciju zagrijavanja i zavar će biti dublji. Ako je elektroda pozitivno nabijena, onda će to rezultirati u plićem zavaru. Postupci sa stalnim elektrodama, kao što je TIG postupak, može koristiti istosmjernu ili izmjeničnu struju. Kod istosmjerne struje, zavar će biti dublji ili plići, ovisno ako je elektroda pozitivna ili negativna. Izmjenična struja će stvoriti srednje dubok zavar. Nedostatak izmjenične struje da se električni luk mora stalno ponovo paliti, kada jačina struje bude nula, u svakom ciklusu, riješen je sa specijalnim uređajima koji stvaraju kvadratni val, umjesto normalnog sinusnog vala.
Elektrode za zavarivanje
Elektrode za zavarivanje mogu biti gole (ugljeni ili metalni štap, žica ili traka), obložene (metalna jezgra, a obloga mineralni materijal) ili punjene (mineralna jezgra i metalna obloga) ili nekih drugih oblika. Dodatni materijali i elektrode za elektrolučno zavarivanje (i druge načine zavarivanja) su standardizirani za pojedine načine zavarivanja i prema vrsti osnovnog materijala. Priprema, odnosno oblici dodirnih površina koje se zavaruju (zavareni spoj) i njihovih rubova, je standardizirana za pojedine načine zavarivanja i prema vrsti osnovnog materijala.
Neuobičajeni uvjeti
Osim u radionicama, zavarivanje se može izvesti i pod vodom i u vakuumu (svemir). Na otvorenim prostorima gradilišta, najviše se koristi ručno elektrolučno zavarivanje, jer se procesi sa zaštitnim plinom ne mogu primijeniti, zbog nepredvidljivih atmosferskih utjecaja. Elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom se također koristi za podvodno zavarivanje. Prvo zavarivanje u svemiru izveli su 1969. sovjetski astronauti, koji su testirali elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom, zavarivanje plazmom i zavarivanje sa elektronskim mlazom.
Zaštita na radu pri zavarivanju
Zavarivanje bez odgovarajućih mjera zaštite, može biti opasno i nezdravo. Danas se s novim tehnologijama i odgovarajućom zaštitom, taj rizik dosta smanjio. Da bi se smanjio utjecaj plamena i električnog luka, zavarivači moraju nositi zaštitnu odjeću i opremu, kao što su maske, rukavice, zaštitna odjeća. Zbog visokog intenziteta ultraljubičastog i infracrvenog zračenja, i mogućeg oštećenja očiju (upala rožnice i opekotine na mrežnici oka), maske i naočale trebaju biti opremljeni sa specijalnim staklima. Često se i mjesta zavarivanja trebaju prekriti sa zaštitnim zavjesama i pregradama, posebno od polivinil klorida, da se zaštite ostali radnici koji ne zavaruju.
Mjesta zavarivanja sadrže značajnu količinu metalnih čestica promjera nekoliko μm, i što su čestice manje, to su opasnije za zdravlje (male čestice mogu proći kroz krvno-moždanu pregradu). Uz to dolazi do stvaranja i ozona. Posebno su opasne pare koje sadrže kadmij. Kod Cr-Ni čelika, posebno je opasna visoka koncentracija šesterovalentnog kroma Cr (VI), koji je kancerogena tvar. Kod MAG postupka prisutna je velika količina ugljičnog monoksida CO i ugljičnog dioksida CO2. Kod rada sa pocinčanim materijalima, potreban je oprez zbog zagađenja sa cinkovim oksidom ZnO. Manganske pare, čak i u manjim koncentracijama (<0.2 mg/m3), mogu dovesti do neuroloških problema i oštećenja pluća, jetre, bubrega i centralnog nervnog sistema.[13] Zbog toga se preporučuje vrlo dobra ventilacija radnog mjesta, a u težim situacijama i aparati za disanje. Bitno je dobro se zaštititi i od električnog udara, koji nastaje zbog loše izolacije, skučenog vlažnog prostora, visokonaponskih uređaja. [14]
Cijena i trendovi
Kao industrijski proces, cijena koštanja zavarivanja je bitna za odluku o proizvodnom procesu. Na konačnu cijenu koštanja, dosta bitnih čimbenika utječe, kao cijena opreme, cijena rada, materijala, energije. Cijena opreme je dosta različita od ručnog elektrolučnog zavarivanja koje je najjeftinije, do laserskog zavarivanja i zavarivanja elektronskim mlazom, koje su najskuplji procesi. Automatizacija i robotizacija zavarivanja će se primijeniti samo kod najproduktivnije proizvodnje.
Izvori
- ↑ [1] "Povijest zavarivanja", Dr.sc. Ivan Samardžić, izv. prof., Strojarski fakultet u Slavonskom Brodu, 2012.
- ↑ "Historical essay on the 200 years of the development of natural sciences in Russia"
- ↑ Cary and Helzer, p 7
- ↑ [2] "Diffusion Bonding of Materials" Kazakov N.F., 1985., publisher=University of Cambridge
- ↑ [3] "Termini i definicije kod zavarivanja", Dr.sc. Ivan Samardžić, izv. prof., Strojarski fakultet u Slavonskom Brodu, 2012.
- ↑ [4] "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.
- ↑ [5] "Povijesni razvitak materijala", www.riteh.uniri.hr, 2011.
- ↑ "Tehnička enciklopedija", glavni urednik Hrvoje Požar, Grafički zavod Hrvatske, 1987.
- ↑ "Zavarivanje I", izv. prof. dr. sc. Duško Pavletić, dipl. ing., Tehnički fakultet Rijeka, 2011.
- ↑ Lincoln Electric, p 6.1-5–6.1–6
- ↑ Kalpakjian and Schmid, pp 821–22
- ↑ Welding and Manganese: Potential Neurologic Effects. National Institute for Occupational Safety and Health. March 30, 2009.
- ↑ [6] Sveučiliste u Zagrebu, Strojarski fakultet, 2011.
Poveznice
Vanjske poveznice
- zavarivanje. Hrvatska tehnička enciklopedija - portal hrvatske tehničke baštine