[ A VRAM MAJSTOROVIC [
MILORAD JOVANOVIC
OSNOVI ZAVARIVANJA LEMLJENJA I LEPLJENJA PETO lZDANJE
•
-~,!~~ B E O G RA D.I995.
IDr Avram MajslOrovic I Dr Milorad Jovanovic OSNOVI ZA VARlVANJA. LEMUENJA 1 LEPUENJ A
Izdavat IP •.Nautna Jrnjiga" Beograd. Uzun-Mirkova 5
Receozenti
Dr Vladislav 2ukic Dr SYelislavJoyitic
Za izdavata glavni i odgovomi w-ednik
Dr Blaio Peroyic
Tehnitl::i w-ednik
MUojo DrinjiJkoyic
•
TITa! 1.000 primeraka
ISBN 86-2343109-X Stamp.: Stamp.rsko-izd.v.~ko prcduzctc ,Bok.r' - Bor
SAD R
~
A J Str.
PREDGOVOR UVOD
1
I, OSNOVNI TEHNOLOSKI PARAMETR I ZAVARIVANJA
3
1. OSNOVI SPAJANJA ZAVARIVANJEH
3
1. 1. OSNOVN I POJMOVI U TEH NIC I ZAVARIVANJA 1.1 . 1. Zavareni spojevi i
6
~av ovi
8
1.1.2. Elementi sava
13
1. 2. PRIPREMA DELOVA ZA ZAVARIVANJE
13
1.3 . KLASIFIKACIJA NACINA ZAVAR IVANJ A 1. 4. IZBOR POSTUPKA ZA VARIVAIiJA
16 18
1.4 . 1. Oznacavanje postupk a zavari vanja na crteHma 1.4 . 2 .
02J\a~avanje
raturi po
20 postupka z avarivanja u lite UDK
2 . IZBOR OSNOVNOG MATERIJALA
Z~
SPAJi
2. 1. OCENA ZA VARLJIVOSTI OSNOVNOG 2.1 . 1 . Pojam i definicija zavar1jivosti 2.1.2. Hetode za ispitivanje zavarljivosti 1. Ra~ unske me tode 2. prakticne metode 3. IZVORI TOPLOTE ZA ZAVARIVANJE
3. 1. KARAKTERISTIXE T OPLOTNIH IZVORA 3.2 . VRSTE TOPLOTNIH IZVORA 3.2.1. Gasni plamen 3 . 2.2 . Elektri ~ ni luk 3 . 2 . 3. Elektricni otpor 3.2.4. Mlaz plazme 3.2.5. Laserski zrak 3 . 2.6. Elektronski snop 3.2 . 7. Egzotermicke reakcije 3.2 . 8. Mehanicko trenje i pritisak 4. TCPLO'INI BIIANS PRI ZAVARIVl\NJU
20
.WNJEM
22
A
26 26 30 30 39
42 42 43 43 44
52 52 53 54 54 55 55
Str. 4.1. Prostiranje toplote i
temperatursko polje
55
4.1.1. Eksperimentalno odredjivanje temperaturskog ciklusa 4.1.2.
60
Analiti~ki prora~un
temperaturskog polja
62
1. Nepokretan trenutan toplotni ·izvor
67
2. Pokretan i
67
nepokretan trajan izvor toplote
3. Odredjivanje
brzlne
hladjenja
69
2. METALURSKI PROCESI I PROMENE PRI ZAVARIVANJU
72
1. TOPLJENJE METAIA I OBRAZOVANJE f,AVA
72
1.1. TOPLJENJE OSNOVNOG METALA 1.2. TOPLJENJE DODATNoa MATERIJALA 1.3. HEMIJSKE REAKCIJE U RASTOPU
72
1.3.1. Isparavanje
77
1.3.2. Apsorpcija gasova 1.3.3.
Pre~iA~avanje
74 77
u Aavovima
78
(rafinaclja) metala §ava
83
1.3.4. Legiranje metalaa §ava
84
1.3.5. Uticaj difuzije u procesu zavarlvanja
84
1.4 . OBRAZOVANJE SA VA I PROMENE PRI
O~VRSt1A
VAIIJU
86
1.4.1. Pojava 1 vrste prslina u zavarenim spojevima 89 1.~.
STRUKTURNE PROMENE PRI ZAVARIVANJU
1.5.1. Promene u viAefaznim metalima 1.5.2. Promene u jednofaznim metalima 1.5.3.
Termi~ka
obrada zavarenlh spojeva
97 97 102 103
2. NAPONSKO I DEFORMACICllO STANJE U ZAVARENIM
,, ..
SPOJEVIMA
105
2.1. SOPSTVENI NAPONI I DEFORMACIJE
105
2.1.1. Termi~kl naponi i deformacije
107
2.1.2. Strukturni naponl
113
2.2. MERE ZA SMANJENJE SOPSTVENIH NAPONA I DEFORMACIJA 2.3. MERE ZA OTKLANJANJE DEFORMACIJA ISMANJENJE NAPONA
114 116
Str.
3, POSTUPCI ZAVARIVANJA I TERMl tKOG SEtENJAMETALA 1. TEHNOLOGIJA ZAVARIVANJA METALA 'rOPLJENJEM
1.1. CA S /IO - PL AMENO ZAVAR I VA NJE
118 118
1.1.1. GasQv1 za zavari v anje
119 119
1.1.2 . Plamen za zava ri v anje
123
1.1.3. Dodatni materijal i
topitelji z a z avariva-
nje
12 6
1.1.4. Priprema osnovnog materijala i
t e hnika
gasnog zavari vanj a 1.1.5. Zavarivanje
128
razli~itih
metala i
legura
1.2. RUtNO EL EXTROLUtNO ZA VARI VANJE 1. 2.1. Priprema osno vnog
materijala i
137
tehnika
zavarivanja 1.2.2. Zavarivanje
14 3 razli~itih
1.3. ELEXT ROL UtNO ZA VA RIVANJE 1.3.1.
Zavariva~ki
130
metala i
legura
POD PRAS XOM
14 8
153
automat za EPP zavarivanje
154
1.3.2. Dodatni materijal za EPP zavarivanje
155
1.3.3. Metalur§ke reakcije
158
pri EPP zavari v anju
1.3.4. Tehnika EPP zavarivanja
159
1. 4. ZAVARIVANJE POD TROSXOM
162
1.4.1.
Zavariva~ki
uredjaj za zavarivanje pod 163
troskom
1.4.2. Dodatni materijal za zavari v anje p o d 164
troskorn 1.4.3. Tehnika iz v odjenja zavarivdnj a p o d tros k om
1.5. ZA VARIVANJ E NE TOPL JIVOM ELEXTRO DOM U INER TNO M CASU (TIC )
165
1.5.1. Uredjaji za TIG zavar i van je
16 6 16 7
1.5.2. Dodatni materijal za TIG zav ari v anj e
168
1.5.3. Tehnologija i
169
tehnika TIG za v ari v anja
1.5.4. TIG zavarlvanje
razli ~ itih
metala i
legu ra
176
1.6. ZA VARIVA NJE TOPLJ IVOM EL EXT RODNOM t I COM U IN ERT NOM GASU
179
1.6.1. Dodatni materijal za MIG zavari v anje
180
1.7. ZAVARI VAN JE TOPLJ I VO M ELE KTR OD NOM tICOM U ZA STITI UCLJEN DI OX SIDA ( MAC)
181
1.7.1.
Zavariva~ki
uredjaji za MAG zavarivanje
183
1. 1.2. Dodatni materijali za MAG zavarivanje
184
1.7.3. Metalur§ ke reakc i je pri MAG-zavarivanju
185
1.7.4. Tehnika MAG za varivanja
187
Str.
1.8.2. Dodatni materijal za zavarivanje plazmom 1.8.3. Tehnlka zavarivanja plazmom
189 190 191 192
ZAVARIVANJE ELEKTRI~NIM OTPOROM
193
1. B.
ZAVARIVANJE PLAZMOM
1.8.1. Uredjaji za zavarlvanje plazmom
2.
194 2.1.1. Uredjajl za tatkasto zavarlvanje 194 2.1.2. Elektrode za tackasto zavarlvanje 195 2.1.3. Tehnika i tehnologija tackastog zavarivanja 198 2.1. TAtKASTO ZA VARIVANJE
2.2.
SAVNO ZAVARII'ANJE
211
2.1.1. Tehnlka i tehnologlja §avnog zavarivanja
213
2.3. RELJEFNO ZAVARIVANJE
217
2.4.
218
SUtEONO ZAVARIVA NJE ELEKTRltNIM OTPOROM
2. 4.1. Suceono zavarlvanje zbljanjem 2.4.2.
Su~eono
zavarivanje
varni~enjem
3. OSTALI POSTUPCI ZAVARIVANJA
220
3.1.
ZA VARIVANJE TRENJEM
220
3. 2.
ZAVARIVANJE ULTRAZVUKOM
3. 3.
ZAVARIVANJE ELEKTRONSKIM SNOPOM
3.4.
ZA VARIVANJE LASERSKIM ZRACIMA
225 227 229
3. 5.
ZA VARIVANJE SVETLOSNIM ZRACIMA
230
3. 6.
ZA VARIVAIIJE DIFUZIJOM
231
3.7.
INDUKCIONO ZAVARIVANJE
232
3.B.
ZAVARIVANJE VRTLOZNIM
3.9. TERMITNO ZAVARIVANJE
232 233
3 . 10.
236
LUKOM
ZA VARIVANJE EKSPLO ZIJOM
3.11. HLADNO ZAVARIVANJE
237
3.12. KOVAtKO ZAVARIVANJE
239 239
3.13. ARK-ATOM ZAVARIVANJE 4 . TERMI~O SECENJE METAloA
5.
218 219
241
4.1.
GASNO PLAMENO SEtENJE
242
4.2.
ELEKTROLUtNO SEtENJE
246 247
ZAVARIVANJE I SE~NJE POD VODOM
5 . 1.
GASNO PLAMENO ZAVARIVANJE I SEtENJE POD
248
VODOM 5.2.
ELEKTROLUtNO ZAVARIVANJE I
SEtENJE POD VODOM
5.3. OSTALI POSTUPCI SEtENJA POD VODOM
249 250
St r .
4. NAVARIVANJE METALA 4.1.
25 1
PREGLED MET ODA NAVARIVANJA
2 55
4.1.1. Gasno nava ri vanje
2 55
4.1.2 . Ruc no ele ktro luUno navari vanje obl ozenim elektrodama 4.1.3 . Navari v anje u a tmosferi zastitn i h g as ova 4. 1.4. Navari v anje pla ~Gm
25 6 25 6 257
4 . 1.5. Navari v anje p o d pras k o m i t r o sk om
25 7
S. LEMLJENJE I LEPLJENJE 1.1. TOPITELJI ZA LENLJENJE
259 25 9 262
1. 2 . LENOVI
263
1. LEMLJENJE
1. 3.
2 65 265
VRS T E LENLJENJA
1. 3.1 . Lemljenje 1emili com
266 268
1.3.2. Gasno l e mlj e nje 1.3.3. Elektrootpors k o
lemljen j e
1.3.4. Lemljenje u pe 6 ima
269
1.3.5. Indukciono lemljenje
2 71 272
1.3.6. Lemljenje potapanjem 1. 4.
LEML J ENJE RAZL I tI T IH METALA I
1. 5.
ZAVARIVAG'KO LEMLJEIIJE tELIKA I
L£GURA
27 4
LIVENOG
GVO'tDJA
278
VRSTE LEMLJENIII SPOJEVA
2 .1.
PODELA LEPKO VA
28 0 282 28 3
2. 2.
VRSTE L EPLJENIII SPOJEVA
284
1. 6 .
2. LEPLJENJE
2 . 3 . TE HNO L OGIJ A LEP LJENJA
6. KDNTRDLA I DeENA KVALITETA LAVARENIH SPDJEVA 1. ZADACI I PODELA KONTROLE 2. GREljKE U ZAVARENIM SPOJEVllI!A 2 . 1 . DOPUST ENE GRESKE U ZAVARENIM SPOJEVIMA
285 287 287 28 9 291
3. KRTI LOM LIT ERA T U R A
29 7
Uv0 D Intenzlvan razvoj prolzvodnlh slstema, a posebno tehnlke 1 njenlh dlsclpllna,kao 1 pctreba lzrade nerazdvojlvlh 1 hermetlckih spojeva uz odgovaraju6u pouzdanost 1 ekonomicnost dovodl do sve ve6e prlmene zavarlvanja 1 srodnlh tehnlka. Usavr~avanje
postupaka zavarlvanja, lemljenja 1 lepljenja
razllcltlh proxzvoda od cellka, obojenlh 1 drugih metala i
legura,
kao 1 nemetalnih materljala, uz prlmenu mehanizovanlh 111 potpuno automatlzovanlh procesa, doprinosl pove6anju kvallteta, proizvodnosti 1 ekonomicnostl, odnosno pojevtlnjuje prolzvodnju. Spomenutlm postupclma spajanja mogu se povezlvati u nerazdvojlve spojeve ne sarno metall, ve6 1 kerarnlckl
materljal~plastic
ne rnase, staklo i drugi materlja11 koji se pr1menjuju u
ma~1nstvu,
gradjevinarstv u, elektronlci, rUdarstvu, ltd.
Zavarenl spojevl su razllclto optere6enl u radnlm uslovlma, povl~enlm
npr. mogu biti lz10zeni vlsokim prltlsclma,
temperatura-
rna, dinamicklm optere6enjlma, raznlm agresivnim sredinama, brzim promenama temperature i naprezanja 1 sl. Uvodjenjem zavar1vanja, umesto starih metala, postize se
u~teda
tehnologij~
spajanja
u vremenu i materijalu. Tako je, na prl-
mer,zavarena konstrukcija lak§a od zakovane i do 20%, a od livene i do 50%, a vreme potrebno za izvodjenje odgovaraju6e konstrukclje cesto je i deset puta kra6e. Navedeni primer ukazuje na savremene teznje pri izboru raclonalnog postupka izrade metalnih konstrukcija. Treba naglasltl da se prlmenom postupaka nerazdvojl vog spajanja metala, u komblnacljama sa drug 1m tehnologljama izrade (llvenjem, kovanjem, presovanjem) mogu proizvesti veorna slo~eni delaY!,
§to je do sada bl10 veoma te§ko 111 neekonomicno. ~lroke mogu6nost1 1 perspektlvu pruza u budu6nostl prlmena
novlh metoda zavar1vanja koje se zasnivaju na kori§6enju solame energije, laserskih zraka, energije atoma; tu su jo§ i mogu6nosti zavar1vanja u vakuumu i bestezinskom stanju, §to se za sada 1zvod1 sarno u eksper1mentalne svrhe pr1 vas1onsk1m 1straz1vanj1ma. Neki izvori toplote za
zavarivanje
kao npr. plazma, laser-
ski zrak 1 dr. sve vl§e se kor1ste 1 za druge
tehnolo~ke
procese
- 2 kao
§to
su
se~enje,
termil::ka obrada, povrAinsko legiranje, rreta-
11zaclja ltd. Zbog toga uredjajl za zavarlvanje p1azmom, 1asersk1m zraclma 1 s1. clne osnovu tzv.
f1ekslbl1ne tehnologlje kojl-
rna se veoma lake rroife preci sa jednog proizvodnog programa na drugi. Prema tome, pr1mena razllcltlh tehnologlja spajanja u svlm
oblastima tehnlke, a posebno u maslnstvu, obavezuje projektante, konstruktore 1 lzvodjace da sve v1§e
pa~nje
posvecuju 1 metalur§-
k1m problemlma oslm tehnolo§kih. Zbog toga se metalurg1ja zavarivanja mora razfuatratl zajedno sa tehnologijom,
naro~ito
pri
spajanju raznovrsnlh cellka 1 drugih metalnlh materljala, 1 pr1 tome korlstltl dosada§nja saznanja a spajanju materljala 1 re§avanju aktuelnih konstruktlvnlh problema. Osnovnl problem pr1 spajanju metala 1 legura je zavarlj1vast (lemlj1vost 1 leplj1vost), ukljucujuc1 1 sklonost ka nastajanju prslina usled strukturnih
preobra~aja
i
obrazovanja novih
faza 111 usled dejstva spoljn1h naprezanja odnosno sopstven1h napona izazvanih tehnoloskim prooesom. Tehnologiju zavarlvanja U
odnosu na druge tehnologlje prate znatno veei sopstveni napani
1 deformacije, naro2:ito pri zavarlvanju delova veeih debljina i pr1mene razl1c1tih dodatnih mater1jala. Razmatrane pojave 1 ut1cajn1 faktor1 na kval1tet 1 pouzdanost zavarenih, lemljen1h 1 lepljen1h spojeva pr1padaju os nov-
n1m tehnolosko-metalursklm saznanjima koja se lzlazu juc1m poglavlj1ma.
U
odgovara-
OSNOVNI TEHNOLOSKI PARAMETRI ZAVARIVANJA
1
OSNOVI SPAJANJA ZAVARIVANJEM
Prema osnovnim koncepcijarna spajanja elemenata konstrukclje, posebno zavarivanjem,
uo~ava
se da je eksploataclona sigurnost
zavarene konstrukcije prema lomu ad opterecenja jedan ad jih zahteva pri njenom projektovanju,konstruisanju i
najva~ni
izradi.
I pored pravilno predvidjenih i primenjenih konstruktivnosigurnosnih mera u praksi ipak dolazi do lomova, sto usmerava na dalja nova istrazlvanja i nosno ispitivanja uslova i
prou~avanja
kriterijuma sigurnosti, od-
uzroka nastajanja lorna, kao i mera po-
trebnih za dobijanje proizvoda trazenog kvaliteta. Kako nema tehnicki i ekonomski idealnog resenja, to se pri izradi neke zavarene konstrukcije (elementa) tezi optimizaciji i racionalizaciji zavarenog prolzvoda, odnosno tezi se podesnom 1%-
boru: 1. elemenata - konstrukcije 2. materijala 3. tehnologije. Istrazivanje i prucavanje ova tri cinioca proizvodnog sistema zasniva se na utvrdjivanju: - sposobnosti spajanja, odnosno da 11 se razmatrani materi-
jal moze spojiti odredjenim postupkom i dodatnim materijalom, a da se pri tome bltno ne promene svojstva spaja-
nog materijala;
- 4 _ sigurnosti izvedenog spoja, odnos no da 11 au k on s trukt lvna re§enja i zavareni spoje v i tako iz v edeni da obezbedjuju otpornost u toku radal _ mogu6nosti spa j anj a , tj. da 1i se mo ~e 'ostv ariti spa jan je odredjenim postupkom u datim p'roiz v odnim us1ovima. Za prakti~no ostvarivanje projektnog zahte v a odgov oran je: _ konstruktor, za konstruktivna re§enja
uk1ju~uju6i
i
i z bor
materij a1a l
_
proizvodja~,
za
tra~ena
Bv ojstva osnovnog 1 dodatnog ma-
terij a1a l - tehno1og zavarivanja, za razradu tehno1o~kog procesa i njegovo izvodjenje.
Pri tome se te!i
opt~lnom
izboru i
ostvarivanju parame-
tara proizvodnog sistema, ~ ija se interakcija mo ~ e prikazati ~e mom
I MATERIJAL
~~
TEHNOLOGIJA
Na prikazanoj §emi, asnovni faktor - konstru koi j u .
~ine
I
konstruk-
I
--' tivni i dimenzijski deta1ji, materijaZ - karakterUu fizi l::ko-he-
'~mjjska svojstva bitna za zavarivanje i t ehn oZ ogiju ; tehno1oski, tehni~ki i ekonomski faktori.
"
- odredjuju
.'
Tra!eni kvalitet proizvoda, sigurnost i pouzdanost ' proiz-
voda u radu kao i
ekonomi~nost
njegove proizvodnje
mo gu se ostva-
riti same prollcAvanjem svih cinilaca vezanih za: - projoktov anje,
- lzradu 1 - eksp1oateciju.
S obzlrom na medjuzavlsnost ovlh clnl1aca, s v aka promena jednog od njih us1ov1java va6u i1i manju promenu i osta1ih, §to
se na kraju odra!ava na
tehnl~ko-funkclonalne,
pa i na ekonomsko-
proizvodne pakazabelje zavarene konstrukclje. Iz izlo!enog se mo!e zapaziti da je za izradu elementa konstrukcije, odnosno prolzvoda, bitan i
zahtev za optimalnu re-
allzaclju zavarl v anja, kako sa druAtveno-ekonomskog tako 1 sa ~
tehno1o§kog i eksp1oatacionog
*'
stanovi~ta
(sl. 1).
Pouzdanost - sigurnost za odredjeno vreme rada.
- 5 -
USLOv/
/'<"
~
-5-
-Z0
~
.--0 ..". :>;.
"0,.
c:: V,
" "
~
0
~
"-
0
,""
o~
¢
15"-,Iq ~§2
-
'UlI)
:r:<=
~
USLQVI
51. 1. Prlkaz projektnog zahteva za optlma1hu rea11zaclju zavarlvanja Iz prlkaza na s1 . 1 se mo!e uo~ltl da projektnl zahtev u t l~e na lzbor ~inl1aca prl reallzacljl prolzvoda , a kada se onl ostvare p rolzvod '::e bltl "tehno1og1~an" odnosno prl1agodjen jednostavnoj 1 ekonom1~noj prolzvodnjl. Kako au
tehn1~ko-ekon o mska
svojstva zavarenih elemenata
konstrukclje povezana sa kva11tetom 1 funkcljom odabrane vrs te materlja1a 1 tehno1og1jom, to je krlterljum za n jlhov optlma1an lzbor Zasnovan na ponaAanju materlja1a prl lzvod j enju tehno1o~kog postupka 1 prl eksploatacljl. Zavarene konstrukclje lzradjuju se od raz11~ltlh vrsta materljala,. pa je veoma teAko navesti sve kvalltativne karakterlst1ke ko je pokazuju pogodno st materlja1a za zavarlvanjeia1l se mo!e lsta'::1 da se prvenstveno kor1ste kvant1tat1vne procene odredjene mehan1~ke osobine, npr. gran1ee te~enja, !11avosti, tvrdoc::e 1 s1. Promena vrste materljala us1ov1java 1 1zmenu tehnolog1je Z4varlvanja, a u toku procesa dolazl do spontane promene svojstva
mater1jala %bog strukturnih 1 druglh promena (prema K1rkenda1u: tehno1og1ja + struktura + svojstva), pa se nastoj1 da zavarlvanl
- 6 -
materijal ima dobru zavarljivost i da daje §av i spoj sa potrebnlm svojstv~a za odredjene uslove eksploatacije (pogodnost za
date svrhe). Tehnologija zavarivanja se bira prema vrsti i abliku e1ementa konstrukclje, kao i
vrsti zavarivanog materijala, i povezu-
je se sa rezultatima analize uticajnih parametara koji dovode do spontane i I i dlrigovane promene svojstava osnovnog materijala eke sava. Stoga nedovoljno poznavanje problematike zavarivanja maze dovest! do pojave gresaka zavarenog spoja .1 opasnih havarija za vrerne eksploatacije, sto se sa aspekta slgur,nostl i ekonomicnostl
. .'
u svakom slucaju mora spreciti.
U najve6em broju slucajeva za izradu ugljeni~ni
se koriste tzv.
~elici
povi§ene
i legirani ~vrsto6e
~elici,
(ja~ine),
zav~renih
proizvoda
a 'u poslednje vreme i kao i drugi metali. Za
njihova spajanje u savremenoj tehnici razvijenl BU brojni nacini 1 postupci, uz sve ve6u primenu automatizacije eime se povecava odr~ava tra~enl
1
kvalitet, proizvodnost i ekonomicnost. Zbog to-
ga se danas u svetu primenjuju 74 metoda zavarivanja, a u na§oj
zemlji oko 15, i sve vi§e potiskuju raniji postupci spajanja metalnih i nemetalnih materijala (npr. zakivanje). Zavareni spojevi u poredjenju sa zakovanim obezbedjuju vecu ravnornernost osobi-
na spoja,
ekonomi~nije
~i vek rada .Medjutlm,
izvodjenje, sigurniju eksploataciju i
za izvodjenje zavarenih proizvoda tra~i se
veca strucnost izvodjaca radova,a posebno je pojacan zahtev .
du~a
"
"Kontrolu pripreme i lzvoojenja zavarjvacklh radova. lsto tako su veorna o§tri zahtevi u pogledu kontrole kvaliteta i pouzdanosti zavarene konstrukcije.
1.1
OSNOVNI POJMOVI U TEHNICI ZAVARIVANJA Prou~avanjem
metala utvrdjeno je da se oni odlikuju odre-
djenom unutra§njom polikrista~1 tnom gradjom tj. strukturom. Unutra§nja gradja metala (legure) uslovljena je rasporedom atoma kao i prisustvom 1 raspadelom strukturnih faza . Vrste medjuatom-
skih veza u ~vrstim metalima uti~u na njihove fizi~ke, hemijske i m.hani~ke osobine. Veli~ina energije medjuatomskih veza zavisi od
hUmijskog sAstava lequre kao i ad vrste kristalne re§etke. UnutraAnji ato~ u ~vrstom telu uravnote!eni su delovanjern okolnih atoma, dok au atom! na spoljnim povr§inama neuravnote~eni, jer
se grani~e sa vazduhom iIi drugim sredinama (sl. 2). Dovodjenjem ' spoljne energije menja se atanje posmatranog sistema, a promena se ispaljava u vecim amplitudama oscilovanja atoma,posebno na gra-
n l~ n im p ovr~lnama.
U
rno~e
dovoljno ve l ike
7 -
slu~aju
kada su spoljne energetske p obude
d o ti do savladjiv anja tzv. energetske ba-
rijere 1 obrazovanja metalne veze, kao posledica aktlvacije vazajedn1~kog
lentnih elektrona 1 form1ranja
•
•
•
r.
E
p
-
elektronskog oblaka .
povr§inska enerija
c. Eu n
[,-111.- C.-Ilt
N
-
unutra§nja
-
energ1ja pay. energ. atoma unut . energ. atoma
51. 2 . Prikaz energetskog stanja atoma Stoga proizilazi da se spajanje zavarlvanjem
r 1t1 sarno istovremen1rn delovanjern dva faktora: pr1b l 1~avanjern
os tva-
rno~e
(1) medjusobn1rn kol1~1ne
delova (sl. 3a);(2) dovodjen jem potrebne
energij e npr . prit1ska (51 . 3b).
~
::t ~
.>-r
<.-<.
a.
rI-!: .1: il,
f'p
Fp
~
b.&&~~~Qfi
5 1. 3. Faze obrazovanja spoja Ukol 1ko se dopunski dove de toplotna energija delo v i se zagrevaju 1 ornek§avaju a povetava se njihova
plasti~nost,
pobo-
ljAavaju d1fuzioni procesi pa time raste i rnogutnost da povr§in ski atomi lakAe savladaju energetsku barijeru . Iz ovoga proizi l azi da se sa
fizi~ k e t a~ke
glediAta spajanje zavarivanjem
rno~e
ostvariti delovanjern p ri t iska , dovodje n jem toplote 1 kombinovano . II
I II
I
-
II -
o9ranl~ena
mogutnost zavarivanja ,
zavarivanje pritiskom uz zagrevanje,
II I - zava,ivanje topljenjern, IV - nedovo l jan pritisak i temperatura
IV
Uslovi za obrazovanje zavarenog
o 51.4. Prikaz grani~n1h parametara zavarivanja
spoja rnogu se prikazati i pornotu d1jag -rama pritisak -
temperatura (51. 4) .
Za svaki metal se mogu konstruisati ova-
kvi dijagrami i odrediti grani~ne vrednosti i i temperature potrebnih za ostvarenje spoja .
podru~ja
pritiska
- 8 Prema pojavama koje uslovljavaju obrazovanje zav are nog
Bpoja razllkuju Be: - zavarlvanje topljenjem, 1 - zavarlvanje prltlskom. Z a v a r 1 v a nj e t o p Ij e nj e m
je proees neraz-
dvojlvog spajanja zavarlvanih delova prl temperaturama n a mestu spajanja vl§lm od temperature topljenja, uz prlmenu dodatnog materljala 111 bez njega. Z a v a r 1 v a nj e nja primenom
mehanl~kog
p r 1 t 15k 0 m
dejstva s11e,
stati~kog
je proees spajadlnami~kog
ill
ka-
raktera.
U praksl ovl procest spajanja nlsu uvek jasno razgrani~e nl. Ako se kod pojedinlh metoda dopunjuju - spajan j e spada u postupke t e r m o-m e han i ~ k 0 9 z a v a r 1 v a nj a. lato take u
nj u
ubrajaju se:
kalna
terml~ka
pro c e s e terml~ko
s rod n e
z a v a r 1 v a-
rezanje, zlebljenje, navarlvanje, 10-
obrada, rnetallzaclja a takodje 1 lemljenje 1 lep-
Ijenje. 1.1.1 Zavarenl spojevi i !avovl Z a v are n i s p 0 j (51. 5) je dec nerazdvojlvog spoja izveden zavarivanjem cd elemenata zavarivanog materijala~ Zapa!a se da se zavareni spoj sastojl 1z
n 0 q mat e r 1 j a 1 a se spajaju zavarivanjem.
§
a v a
i
0
S
n
0
v-
od kojeg su lzradjenl elementl kojl
1. osnovnl materijal 2. §av 3. zona uticaja toplote
4. zona stapanja 51. 5.
5u~eono
zavarenl spoj
§ a v
(111 v a r) je deo zavarenog spoja kojl se obrazuje o~vrA~lvanjem rastopa rne§avlne lstopljenog osnovnog 1 dod at n 0 9 mat e r 1 j a 1 a na rnestu spoja. U neklm slu~ajevlma, ~pr. prl zavarlvanju tanklh limov8, §av se obrazuje BArno stapanjem 1 o~vrA~avanjem lvlea osnovnog rnaterljala. Dod a t n 1 mat e r 1 j a 1 je dec metalnog materljala-elektroda 111 11ce - kojl se prl zavarivanju topljenjem dodaje u latopljenom atanju u met a 1 n 0 k u p a t 1 1 0, radl
-
~
-
~ emu
ispunjenja mesta spoja, pri
se me§a i
rastopom osnovnog Inate ri :ia l a obrazujuci Met a 1 n
k u pat i
0
1
oc vr ~6 ava
met a 1
zajedno sa
s
a v a.
je lok a lno istopljeni i
0
udublj e ni dec os n ovnog ma terijala na :uestu spa j anj a u kame je jednovremeno unet i Met a 1
umesan ideo istopljenog dodiltnOg materijala. S a v a
je o c v r sla me s a v ina ra stopa metalnog
kupatlla . Z 0 n a ~ava
i
5 t a p a nj a
je grani c na po v rs l na izmedju
zone utica j a lvplote .
Z 0 n aut i c a j a
t op l o t e
(skraceno
Z U T)
je deo osnovnog rnaterijala, uz say , u k a me je do s io do hemijskofizickih i nju.
struk turnih promena usle d toplote unete pri zavariva -
~irina
zone uticaja toplote,za da t i materijal , zavisi o d
ukupne kollcine unete top lotne ener gi je i
nj e ne k on c entra ci je .
Pri metalografsKom ispitivanju ZUT-a vid l ji ve su r a zl i k.e u struk.turi pojedin ih obl asti ave zone prema u da ljc n ; u a d o se Zona stapanja i
s
a v n a
z
0
n a
ZUT p onekad se skupa n d zi va j u
(iI i
a k. 0 1 o -
zona ok.o sava ) .
~ava
Izgled nek o g
~ava .
u:;}o v l j en j e p re t ho dnom pripremom stra -
nice elernenta cd osnovnog mate rijaIa , o dno sno vrsLom zIeba i
teh-
noloskog postupka zavarivanja, .§to je U odgo vara j1lcim poglavljima objasnjeno. Zavareni spoje v i odnosno s avovi, sa konstruktivne tack.e qlediSta i
naeina izvodjenja moqu biti:
l. prema vrsti spoja (s!. 6)
k lop n i i
k r s t a
(b) , T 5
t i
5
s P P
j
0 0
j
( c) ,
i
-
5
U
IS e o n i
v i C n i
r
b.
d. 51. 6. Vrste zavarenih spojeva
p
.t"
u b n i
(e) •
a.
c. .
iIi
( a) ,
e.
e( d)
-
10 -
Ugaoni sav se kori s ti za i z vodjenje p reklopn ih, ugaon ih, T- i
krstastlh
2. pre ma p o l oza ju u pro5 to ru §av mo ze b1 t i
(51. 7) -
z 0 n tal a n
0
h 0 r i
t al a n
(c) i
s p o j eva.
u
i Ii
p o l o 1 e n (a ), h
ve r t i ka ln o j
i z n a d
9 1 a v e
ra v n i
(11i nadg l avn i )
(b) ,
r i
z·~
n-
v e rtikal a n
(d) •
a. HO l'iz onta l an
p oZ.oia j
Vel'tikalni HO l' i?ontal.no polozaj v e l,tihiLni po z. ozaj
lIadg l a v ni poloiaj
5 1. 7. Pro sto rni polo za ji §ava Najvl se je u pri men1 i n ajlakse se iz v o di polo ~ aju .
t a lnom
~a v ov i
u os tal irn
po l o~a ji ma
say u hori zon -
se i zvode k ada je
to uslovljeno tehnoloskim razlozima i z a n j i ho va i z v odjenje t ra !i
se
ve~ a
stru~ n os t
za v arivac a.
3. prema kontinuitetu §av mo ze biti (51. 8) - n e p r e k i d a n (a) ili i s prekidan (b, c i d). Kod obo5trano i 5prekidanlh savova razllkuju se uporedn o (c ) i
n a i zmeni~ no
is prek i dan
hv (d) . Navedani s avovi se p r i me nju j u za spa j an j e de lo va vece
duHne.
b.
a.
r
r=-~ ww
W!1l
a.
d.
S 1. 8. Prikaz kon t lnulteta §ava 4. prema broju za vara , odno s no s loj eva, §av ( 51 . 9) mo~e
biti : j e d n 0 p r o 1 a z a n (a) ak o je iz vede n jedni m zavarom 1
il1
v 1 A e pro 1 a z a n (b) ak o j e l zve de n s a v l §e z a va r a ,
v 1
§
e s 1 0
1 a n (c)
~k o je i zvede n s a v i§e s lo j e va .
-
11 -
~av
se prakticno maze izvesti
popunjavanjem
~1eba
jednlm po-
tezom 111 sa vise poteza sto
a.
zavisi od duzine sava i popre-
~----'
cnog preseka zIeba , metoda zavarivanja 1 51 . Ocvrsnut materijal sava pri jednom prol azu zove s e zavar; pry! zavar , oz-
nacen brojem (1) na s1. 9.b. zove se koreni , a poslednji
(6) pok rivni zavar . Aka se zleb ispunjava poprecnim kldcenjem vrha e l ektrode izmcdju
zidova Zleba dobija se vise s10jni say, ( s 1. 9. c) , pri ce c.
mu hrojevi 1, 2 , 3 i 4 Qznacavaju s l ojeve.
Vgaoni savovi (s 1 . 10) ta-
kodje se rnogu izvesti sa jednirn
51 . 9. Vrs te savova: j ednoprola zni, viseprol azni i vises10 jni
(a) i I i vise zavara: U 'lormalnom
po 1 o~aju
(b) i u koritas -
tom po l ozaju (c) .
c,
a.
S1. 10. I zvodjenj e ugaonih savova u normalnom polo-
zaju (a , b) i u koritu (c) 5. prema dejs t vu spo1 jne g optere6en ja sav (sl . 11) bit i
p o p r e can
mo~e
- upravan na pravac dejstva sile (a),
pod u za n - para1e1an pravcu dejstva si l e (b ) , i k 0 s pod nekim ug10m u odnos u n a prava c sile (c) i k 0 m bin 0 van (d ) Pored navedenih termina koji se cesta srecu u literaturi, koriste se 1 termini prema JUS C.T3 . 001. Tu se daje izraz
c
n i bv
podu~ni
urnesto poprec n i say i
b
0
C n i
u gao n 1
umesto
e o-
- 12 -
c.
b.
a.
d.
51. 11. Prikaz savova prema de j stvu sile
(51.
6 . Prema obliku povr s in e §a v ova i
mogu bi t i n
i
5 pUp
c
e ~;
(a),
r a v n i
(b)
i
1 2) , a ni
u d
tl
1j
b
e-
(c)
c.
b.
SI. 12. Prikaz ugaonih savova prema ob li k u njlhove povrsine
Ravn!
savovi se najvise i z v ode , dok se ispupteni dopus-
taju sarno za statlcka opterece nja jer p ri dinamickom opterecenju stvaraju veliku koncentraciju naponu, a iz vode se uz vee! utrosak dodatnog materijala. Udubljeni
ugaoni savov i najpogodniji . su za
promenljiva opteretenja zbog povoljnij eg taka naponskih I1ni ja sila. U pogledu dirnenzija, ugaoni say treba da 1ma a
=
0,7 b,
odnosnokatetub = 1,4 a . • ) 7. Prerna nameni say maze biti j
r a d n i
iii
v e z u-
u ~ i, zavlsno od toga da Ii prenosi spoljne opterecenje koje
deluje na spoj i i i
slu~i
sarno za povezivanje elemenata u zavare-
hoj konstrukciji.
8. Prerna ja~ini savovi se svrstavaju u
k 1 a se
c v r-
s t 0 ~ e, a prema kornpaktn osti iIi narneni savovi mogu biti za -
ptiv"i tj.
hermeti~ni.
Klasa ~vrsto~e sava pokazuje da say i zavareni spoj
05 i -
guravaju prenos odredjenog opterece nj a sa jednog spojnog e l ement~ na drug!, pri ~ernu se ne tra ~i uvek i
*) Po JUS-u: nosivi odnosno spojni
hermeticnost (npr.
tackas to
-
13 -
zavareni spoj). Nasuprot tome, brojni au primeri §avova k o ji pored tra!ene
~vrstoce
moraju da obezbede dobru hermeticnos t
sudovi za f luide). 9. P r i p 0 j i
(npr ~
su kratki zavari (§avovil od nekoliko
millmetara, Kojima se pripa jaju element! pre zavarivanja radl monta~e, du~ina,
sprecavanja de formacij a i krivljenja itd., a njihov broj, rastojanje i
raspored se odredjuju prema tehnoloskim uslo-
virna. 1.1.2 Element! gava Osnovni elementi sava prikazani su na sl .
13. na prlmeru
8llceono zava renog spoja. Izgled sava zavisi od prethodne pripre1
1 - lice §ava
,1
2 - k o ren
3 - nadvisenje 4 - Sirina 5 - uvar
s
2
51. 13 . Elementi §ava me stranioe
~leba,
kao i vrste i
tipa zIeba, tehnoloskog postupka zavarivanja
debljine osnovnog materijala.
Na crtezima savovi se oznacavaju prema nasern standardu
JU5.C.T3 . 011/80, sto je predme t detaljnijeg razmatranja u oblastima konstruisanja i projektovanja zavarenih rnetalnih konstrukci-
ja. 1. 2
PRIPREMA DELOVA ZA ZAVARIVANJE
Posle odgovaraju6e
tehnolo~ke
abrade elementa za zavari-
vanje (postupcima termicke i maAinske izrade, obrade deformisanjem, rezanjem i
51.)
potrebna je priprema stranica n a mestirna
za Bpajanje . Navedena priprema je u skladu sa konstruktlvnim crte!i ma i
tehnolo§kim preporukama, kojima se, pored ostalog, mo-
raju uzeti u obzir 1 Bopstveni naponi 1 deformacije koji nastaju u toku zavarivanja.
Naro~itu pa~nju
treba posvetiti pripremi stra·
nica jer ona odredjuje oblik i dimenzije samog sava. Tipovi §avova mogu biti razl icit i i za iZabran postupak zavarivanja daju se u tehnickim propisima u zavisnosti od de bljine zavarivanog materijala i
vrste SpOj4; u normama se odredj uje na~in izrade z l eba
- 14 prema vrsti spoja: 5ucean!, ugaoni . Prema stan dardu JUS.C.T3 . 030
preporueuje se ob1ik i dimenzije ~leba za zavari v anje ee1ika topljenjem. Iz spomenutog standarda ovde se na v ade najce ~6e prime -
njivani
~lebovi
i daju njihove karakteristike.
1.
~
V -
1 e b - ob1ika i dirnenzija kao na 91. 14, pre-
porueuje se za e e1iene 1imove deb1jine do 16 mm . a =
a
'\ /Y \
h = I - 3 mm
\/
= 2 -
51
.d
51. 14. Izgled i dimen zije
Dimenzije
Z 1 e b a
V - Heba
~leba:
z a t u p Ij e nj e
9 rIa
mm
4
k
0
u gao r e n a
51 biraju s e,
0
t
v
~
r a
0
Z 1 e b a
h,
1 e b a 5 i
0 ,
r ina
u datim granlcama, prema deb-
1jlni materlja1a 1 postupku zavarlvanja. Izvodjenjem zavarlvanja u
V -zlebu c esto se dobijaju
§avovi sa greskom pozna tom pod nazivom
§ka §ava se jo§ vi§e ispo1java kod
u 9 10m pro~arenost
(l~lebltl)
s
ran i c e
t
korena
n ~ provar e n
~lebova
koren. Ova gre-
sa re1ativno ve1ikim
Z 1 e bay. Kada se trazi potpuna
V -sava, potrebno je koren! zavar odstraniti
sve do materlja1a kojl nema gre§aka 1 lzvestl naknad-
no zavarivanje sa suprotne, tj. korenske strane . 2.
X - ~ 1 e b - obl1ka i dimenzija prema 51. 15 • . pri-
menjuje se za 1imove debljine 15 - 40 rom, eime se
posti~e
bo1je
a
= 50
a
.h = 0 -
.<:t=='" 51. 15. Izg1ed 1 dimenulje
-
9
1
= 2 -
70
0
3 mm 4 mm
X - Heba
uvarlvanje, u§teda u materijalu 1 rnanja ugaona deformacija, nego kod V - i1eba.
- 15 3.
K
-z
1 e b- prlkazan na sl. 16, obleno se korlstl
za lzvodjenje ugaonlh i T - spojeva, ad mate rl jala debljih ad
h ;
Sl.16. Izgled i 15 mm te se
dimenzije
K - zle ba
postize potpuno u varivanje i
maclje. Kod sueeonlh spo jeva ~aju
0
smanjuju ugaone de for-
K - z leb se prlmenjuje sarno u slu-
zavarivanj a u horizontalno-vert ik a lnom p o lo z aju, takodje za
materljale deblje ad 15 mm.
Pored navedenih vrsta z l ebova
primenjuju se , za sllceone
spojeve, jo§ 1 Hebovl: I, U, 1/2 V, J, dupl1-U, •.• prl osnova za izbor da se odg o va rajutim o blikom i
~emu
je
dimenzijama sava
doblje zavarenl spoj kojl o dgovara za date svrhe. Na primer, I- sav se izvodi na materijalima male debljine Mo~e
i bez dodatnog materijala.
se zavarivati sa ra2makom izmedju
elemenata ili b e z razmaka, sa prirnenom podlo s ke ili bez nje, kao 1
j e d nos t r a n 1 m
t ran 1 m ~
(za debljine do 4 mm) 111
a bas -
zavarlvanjern (za debljlne do 8 mm).
i e b a v 1-U ill
l1move (10-15 mm) umesto dodatnog materijala i
d u P 1 1-U se prlmenjuju za deblje
V - Heba. Tlme se smanjuje potro§nja
skracuje vreme zava rivanja, j e r je llpr.
povr§1na duplog U 1 X - z Ieba aka dva puta rnanja ad povrSlne U 1 V -
zieba. Osirn toga, kad obostranog zavarivanja deformacije su
manje, §to proizilazi 1z tehnoloskog procesa, a ne posebno p re -
duzetih rnera. Sa povr§lne stranica zIeba 1 njlhove bl1 ze okollne potre: '. bno je pre zavarivanja odstraniti vlagu, rdju, kovarinu, boju,
'.
tnasno6u 1 druge neelsto6e. Uspeh izvedenog zavarivanja, izmedju ostalog zavisi i cd elsto6e stranlca z leba 1 njihove okol1ne,
jer navedene
materije mogu izazvati pojavu niza gre§aka u zavarenom spoju. Povr~lne
sl.
u ~lebu 1 okolinl koje treba ~ls tltl prikazane su na
17. ~lrlna (1) oe l§6ene p ovr§lne mo ra lznosltl najrnanje
!O rnrn prl REL* p05tupk~ 1 30 rom kod EP P" ·)REL-ru~no elektrolu~no zavarivanje,
**)EPP-zavarivanje pod pra§kom
- postupka. Pristupae -
-
16 -
ne
c::J1
po v r ~ in e
n1 ~k i
I
DO
se me h a -
( ~ eli ~ n i m ~e tk am a,
peskare n j em ) a ne p r i s tupa t na mesta, npr . k a d r epa-
r ...,,
- --'-,
DO
~ is te
raturnih rado vd, gasnim plameno m.
-D-l.-
S1. 17. povr§ine koje t r eba
~ ~stiti
1. 3 KLASIFl KACI JA NA t I NA ZA VA R I VANJA
Zavarivanje, kao tehnologija spajanja dva i li vi §e e l e rnenata u jedinstvenu celinu razl ic itim postupcima, nepre ki dno s e razvija i sve vl§e primenjuje zbog niza tehnicko-ekonomskih prednesti U OdnOBU n~ druge metode spajanja. Ve~ spomenuta c injeni c a da je danas U industrijskl razvijenim zernljama u primeni znatno ve~i broj nacina zavarivanja nego kad nas, ukazuje da je potrebno sve viAe uvoditi i u na§oj lndustriji ovaj nacin izrade metaln i h konstrukcija. Primena raznih nacina zavarivanja U odnosu na Bve
.
os tale proizvodne procese (livenje, kovanje, presovanje, dubok o izvla~enje, rezanje, itd.) dosti~e 25%, sto potvrdjuje ulogu i opravdanost uvodjenja zavarivanja u savremenoj industriji. Ranije je spomenuto da je za medjusobno spajanje materijala potrebna neka vrs ta i koli~ina energije, pod ~ijirn uticajern moze nastati odredjeno kretanje i preme ~ tanje naelektrisani h cestica, odnosno ohrazovanje zajedni~kih veza na grani~nirn pov r §inarna spajanja. Bez obzira na vrstu energije koja se koristi (hernijska, mehanicka, toplotna), uvek je potrebno da kolicina dovedene energije hude veta od energije aktivacije atoma, jer sa njihovorn pobudom nastaju uslovi za rnedjusobno spajanje elemenata . Zboq brojnih na~ina i postupaka zavarivanja postoji ve6i broj moqu6ih klasifikacija, prema:
-
na me n!
17 -
(z a varivanje , nava riva n je);
_ stepenu mehanizaclje
(ruc no , mehanizovano, autornatizo-
V3£lO );
_ ag r ega tn om stanju (topljenjem , pritiskom ); _ vrsti elektroda
(top l jivom, netopljivom , golom , obloze-
nom, sa jezgr om , ltd,) ;
_ za~t i ti
rast o pa (bez za ~ti tn e a tmosfe r e i l i u za~ttt noj
atrno sfer! - inertnog, akt i vnog gasa); _ stanju e l ektrlcnog luka (sa o t vorenim , pokrivenim luk~m ,
i td. ) I - v r sti e~ergjje. Me todska pode l a zavariva n ja prerna v r sti pr lme n jen e energlje d ata je u t ab . l. Tabl i ca 1 . Klasif!ka cij a nae i na z ava r iva nja prema vrs ti energije
v r sta e nergije
Gorivo u c vr s t om i tee norn s ta n j u
'"
.><
...,"
on
~ Gor iv o u g a sovi-
'"
tom s t a n j u
'" ...,"
J ed nosmerna ili
>0
k
nal zm eni ~ na
Naein zava r lvanja
Izvor t op l ote kovaeka vat r a ,
kov a tko,
eksploz iv ,
e ksp l ozijorn
termi t na r eakci j a
term i t n o
gasno pl ameno: topp l amen C H + 02 2 2 lj e n j em i pr ! ti s kom H2 +0 i o sta.' 2 lih qorivi h q as ova REL, EPP , TI G, MI G, MAG Elektri c n:l l u k . r astopa pod tro s kom El ektr ie n i e lektrootpors ko otpor : evr :~og mp h
str uja
+'
.><
...."
'"
1,
e l e ktrons k i s na p u vakuumu
e lektr onsk im
svet l os ni zrac i
la ser om
-" >0
...,
"
Pr itisak
unu t r a~ nje
"
.
Tre n je
povr §ins ko trenje
"
Ul tra z vuk
.<:
:<:
..
...." +' on 0
Solarn a El . ma g . zr a ~enje Zr a/!enj e D~u lova
lzvore
m " h~nl l' k "
s nopo m
hl ad no ko v a eko, ' ekso lo zi1om
tre n je
. r ~n ;
tre nj e m e
sve t l ost volframsko vlakno u i nertn om gasu
ul t r azv u ~ no
sunceva
u razvoju
ha l oge no -kvar cne l ampe
topl o ta i t r e n je se svr stava ju u
unutra~nje
toplot ne
-
18 -
U praks1 se ponekad primenjuje medjusobno kombinovanj e n ave denih vrsta energlje, odnosno na~ina 1 izvodjenja zav arl v anja sa
gledi§ta mehan1zaeije, tako da data podela n1je o§tro uslovlj e na; to znaei da se neki naein mo~e svrstati 1 u drugu grupu.
1.4
I ZBOR POSTUPKA ZAVARIVANJ A Pri izboru postupka zavarivanja potrebno je vi Ae fakt o ra uze-
t1 u obzir:
_ kval1tet 1 dimenzije zavarivanog materijala sa 5vim nj ego-
vim osobinama koje karakteri§u njegova f1zieko-tehnolo§ka svoj s t va (~vrsto6.u,
plasti~nost,
zavarljivost, ltd.);
- kolil:in ,u ' i kvalitet prolzvoda kao i ekonomi~nost za v a renog proizvoda, - karakteristlke lzvora energije, odnosno
raspolo ~ l vu
opre mu
za izvodjenje radova,kao 1 potrebno vreme izrade;
- velil:inu zavarene konstrukclje odnosno elementa.l uticaja
~to
je od
na izbor mesta zavarivanja - u radionic! ili na te r enu;
krupnogabaritni delay! i konstrukcije zavaruju se pomo6u rucnih
.
.
ili poluautomatizovan1h prenosnih uredjaja. Elementi i konstrukeije malih dimenzija mogu se zavarivati, zavisno od broja k omada,sa
automatizovanim uredjajima ili rueno, - cenu uredjaja, koja se iskazuje orijentaclono
pomo~u
re-
lat1vnih pakazatelja dat1h u tab. 2. Tabliea 2. Relativni pokazatelji eene zavarivaekih uredjaja
•
Postupak zavarivanja
Oznaka post.
Indeks cene uredj •
Stepen mehanlzaDodatnl cije:A-automatskl materijal R-rueno,A/2 poluaut .
• Rueno elekt-
REL
1
Elektrol ueno pod pra§kom
EPP
10
Elektrieno, pod troskom
EPT
> 20
rolu~no
R
elektroda
A,A/2
prah + z 1ea
A
prah + ziea gas (Ar, He) sa Heom 11i bez nje
Elektrolueno netoplj1vom elektrodom u inertDom gasu
TIG
> 2
R
lsto kao gore same sa impulsnim lukom
TIG
6-10
A
+
A
gas, obi~no bez Bee
-
19
-
Nastavak tabl1ce 2 : Elek tro 1 ucno to pIjivom elektrodorn u inertnom gasu
gas + Hca
~lIG
1,5-5
Elektrootporsko: - tackasto
EOT
1,5-15
R + A
-
savno
Eoll
0,5-10
R + A
- 8uceono
EOS
0,5-10
A + A
- reIjefno
EOR
1,5-15
A + A
- varnicenjem
EOV
- zbijanjem
EOZ
Gasno- plameno
GPZ
>0,2
R + A
gas sa zicom ili bez nje
Al-termi tsko
AIT
>0,2
R + A
Al -
Mikroplazma
MPZ
>2
R
Elek tronskim snopom
ZES
10-50
A
Difuzni
DZ
> 10
A
~-50
Cena dodatnog materijaia
mo~e
A
A/2 ,
R
+ A
+ A
termit
gas obi~no bez zj.ce
da cini znatan dec rashoda ·
pri izvodjenju zavarene konstrukcije pa treba, kada je to mogute, dati prednost postupcima koji ne
tra~e
dodatni materijal, pri
cemu pored oblika i debijine zavarivanog deia uticu pristupacpoIo~aj
nost i
zavarivanja. Stega se preporucuju slede6i
postu~~
ci zavarivanja prema debijini materijaIa: zavarivanje:
debljina materijala,mm
- ul trazvucno
do 1
- mikroplazmom
0,25-2
- laserom, 2kW
do 3
-
tackasto i
~avno
0,25 - 5
- plazmom
0,5-8
- gasno-plameno
0 , 5-4(4-8)
- laserom (20 kW)
0,5-15
- MIG (kratkim lukom)
0,5-4(4-15)
- MIG (normainim lukom)
2-8 (8 - 50)
- elektronskim snopom (5 kW)
do 30
• •
•
(25 kW)
1 -
75
•
(75 kW)
5 -
300
- TIG
do 4 (4-10)
- MAG
15 - 45
- 20 -
2 -5
REL
( 5 - 150)
- EPT
25 - 450
- EPP - AIT
5 - 2 5 (25-300) > 10
(al- termi tsko )
Date vrednosti odnose s e n a jednos lojho zavar i vanj e , a vre dn os t u zagr a dama na vi§ eslojn o Ozna~avanje
1.4.1
zavarivanj~ .
postupaka zavarivanja na
Radi jednostavnog i brzog
ozna~ava_n ja
za v ari v a~kog leml j e~
lemljenja i
na
crte~ima
meto da zava rl vanj a,
crte ~ ima,
standardom
JUS.C.T3.012/BO se utvrdjuju oznake brojevima , prema slede6em:
- oznaka:
1 -
elektrolucno zavarivanje
2 - elektrootporsko z a va rivanj e 3 - gasno z a var ivanje
4 - zavarivanje u cvrstom stanju - p rltl skom 7 - drug1 pos t up c1 9 - lemljenje. Stan dardizovano oznac a v anje p o j ed ln ih postupaka zava ri va-
nja se
b11 ~ e
odre djuje pr1dodavanjem jo s j ednog , dva 111 tr1
broja kojl se odnase na postupke, odnosno pc dgrupe. Na - prlme r , slede6e oznake se odnose na:
11
zavarivanje elek trolucno bez zah1tnog gasa
12 -
• •
121 -
•
122 -
•
oblo!enom elektrodorn (REL) pod zast1tn1m slojem (EPP) EPP sa dodatnom ! lcom • EPP sa trakom
21
•
elektrootporsko tackasto (EOT)
22 -
•
111-
•
~avno
" (EOS)
Na sll~an na~ in na crte ! lma se o zn a~ava ju i oatal! postupci zavarivanja § to je detaljno obja §njeno u spomenutom standardu . 1.4.2
Ozna~a vanje POBtupaka zavarivanja u liberat ur! po UDK
Qznaka - univerzalne decimalne klasifikacij e
(UDK) sastoji
se od odredjene kombinac1je arapsk1h brojeva koj1 da ju 1nformaclje iz 8vlh podru~ja znanja i
slu!e za laka pronala!enje potreb-
nih poda taka, i pored nepoznavanja stra nih jezlka.
UDX je podatak .un1verzaln1h pojmova sredjenih po n amenskoj povezanostl predmeta , a nazivA se declmalnim jer U svojim ozna-
- 21 kama primenjuje declma l nu podelu. Sva svrstavaju se u 10 grupa i
ozna ~a vaju
postoj~ca
saznanja po UDK,
celim brojevima 0 do 9,
prema slede6em redosledu:
o-
Op~ta
biologija . Bib liotekars tvo
1 - Filozofija 2 - Religija. Teologija. 3 - Specijalne nauke
4 - Nauka
0
jezicima. Fi l ologija
5 - Matematika. Prirodne nauke.
6 - Primenjene n auke . Medlcina. Tehnika 7 - Umetnost. Umetni~ki zanati, Fotogra f ija. Muzika. Igre. Sportovi
8 - Nauka
0
knjizevno sti. Beletristika
9 - Geografija. Biografija . Is to rija.
SVaka od ovih g rup a deli se na daljih novih 10 grupa. Na ovaj nacin se mo!e nexi pojam
ra §~ laniti
do na jrnanjeg detalja .
Na sledecem primeru prikazano je konkre tllO obe le z avanje pojrna - elektrolucno zavar ivanje topljivom metalnom elektrodom u
za s titnom gas u argonu:
UDK 621.791.7 5 3.9 3 gde je: 6 - grupa: Primenjene nauke . Hedicina. T e h n i 62 - podgrupe: I n
z
621 - M a § i ns t v
e nj e r
t v o . Tehnika.
5
0
621.7 - fabrike . Radionice. P o s t up c i
62 1. 79 - R a z 1 i
~
621 .7 91 - Z a v a r i
6 21. 79 1.7
]. t i
0
Elektrolu~no
b r a de
1 slieni postupci
v a nj e
621 .79 1.7 5 - E 1 e k t r
0
postupc i o brade
E 1 e k t ri c n
621.791.7 5 3 -
k a.
zavarivan j e
0
c
1 u
n
zavarivanje
0
zavarivan je
e 1 e k t rod
0
met a 1 nom
m
621. 79 1.753. 9 - ELZ t opljivom metalnom elektrodom u
z a § t i t n om gas u 62 1.791. 753.93 - ELZ t opljivom me talnom e l ektrodom u za~titnom
Na
sll~an na ~ ln ozna~av aju
gas u
a r 9
s e saznanja i
0
n u.
za druge metode,
postupke i pojave i 91., primenom glavnih i pomocnih brojeva s tim Ato ce za poru~uje
u~ i
pojam oznaka po UDK biti
du~a.
Stoga ge pre-
da se sa podelom ide sarno do min imalnog broja decimala,
koji zadovo1java odredjenu namenu, a po potrebi rnogu se uzeti u
- 22 -
obz1r 1 dodatB1 brojev1 koj1 blUe odredjuju potr.e ban pojam 1 . s'aznanje. Ovde nlje mogu6e, zbog op §irnosti, detaljno navesti
ove oznake
metoda, postupaka 1 pojmova~ oblasti zavarivanja,
all se detaljnije informaclje megu na61 u blbli o tekama .
2
IZBOR OSNOVNOG MATERIJALA ZA SPAJANJE ZAVARI VANJEM
Odgovaraju61 po~tupak i tehnologija za vari v anj a bira s e prema materijalu i vrsti konstrukcij e koja se zavaruje. Odnosno , rnaterijal za izradu clcmenta l1i k on s trukcije bira konstruktor,
1z postoje6eg velikog asartimana materijala razli~ltih kvaliteta, sa cl1jem da se dobrim izborom odgovaraju6eg materijala i postupka zavarlvanja ostvari pouzdan zavareni spoj koji se mo ! e trajno eksploatisati u datirn radnim uslovima. Ovaj po deflnlciji jednostavan zadatak je u su~tinl vrlo kompleksan, jer zahteva sveobuhvatna tehnlcka saznanja, §to se u savremenlm uslovima slolenih poslova mo l e ostvariti "timsklm radom" strucnjaka razlicitlh specijalnostl. Stoga su inzenjeri zavarivanja, koj1 rade na zavarivanju 111 srodnlm tehn1kama, pri izradi gotovo sv1h zavaren1h konstrukcija i njihov1h elemenata, ad najkrupn1j1h do on1h najmanjih, odgovorni u pogledu koncepc!je, prolzvodnje 1 ekonoroike - jer zavar1vanje kao postupak spajanja !ma presudan utlcaj na pona~anje i cvrstoeu konstrukc1j a pr1 eksploatac1j1 . Osnovn1 zahtev koj1 se pr1 zavar1vanju mora ispuniti u cilju dob1janja kvalitetn1h spojeva je stoga dobro poznav anje problemat1ke ad strane 1nlenjera, jer u suprotnom dolazi do neprav11nog 1zbora materijala uz pojave gre §aka i lorna, do pojava pogresn!h lokacija zavarenih savova na mestirna velikih lokalnih promenljlvlh optere6enja, kao i do tesko6a aka izvodjenja iIi nemogu~nostl lzvodjenja konstrukcije. Ako se ova problematika nedov oljno poznaje 111 n~va~ ava dobijaju se neekonomi c ni i nepouzdani zavarenl prolzvadi. U tom slucaju su potre bne spore 1 skupe popravke koje us lovl j avaju zakas l1 jenje u Is porucl 1 mog u dovest! do havarlj e u rad nim us lov lma. Veliki broj postupaka zavar1vanja omogu6uje ekonornicno 1 sigurno spajanje, budu61 da se danas mogu koristltl razli c iti mater1ja11 - raz11~1t1h hemijsk1h sastava, mehan1~ko-tehnolo§k1h ~yo~stava, struktura i zavarlj1vosti, sto Bve utlce na ni vo teh-
-
23 -
nologije u masinskaj prolzvodnji. Odnosno,danas se mogu
spaja~i
delovi ma~ina i konstrukeija svih debljlna 1 konflguraelja - od
najsitnijih do gigantsklh, primenom mehanizov anih, polu- ill
potpuno automatizovanih procesa zavarivanja, §to dovod! do povecanja proizvodnosti rada, kvaliteta , ekonomicnosti i pojevtinjenja proizvodnje. Usavr~avanje
postupaka zavarivanja omogu6ava spajanje raz-
nih vrs t a celika, obojenlh i taL~lh
drugih meta la i
legura, kao i
ne me-
materijala. Navedeni rnaterijali se sve vise koriste u
tronici, baznoj i
energetici~
elek-
preradjivackoj hemiji, vazduhoplovstvu, raket-
noj tehnici itd •• gde su
izlo~eni
razlicitim radnirn uslovima npr.
visokirn temperaturama, pritisclma, brzinama, razlicitim agresivnlm sredinama, produktima sagorevanja, hrzim promenama temperature i naprezanja, itd. Primena
odgovaraju~eg
materijala uz
odgovaraju~e
spajanje
obezbedjuje n jihovu postojanost u radnim uslovima, tako da 1m se svojstva ne menjaju pri radu. Prema navedenom, od izbora osnovnog materljala u velikoj me ri zavisi uspeh i zrade znaeaja da pri nog odabranog
zavar~ne
koris~enju
konstrukcije. Takodje je od
zavarivanja,kao naeina spajanja osnov-
materija l~moze
doei pri proceslrna spajanja do lz-
mene mehaniekih, hemijskih i dr. svojstava, zbog eega se pri izboru postupka rukovodl time da osnovni materijal mora da ostvari tra~ena
svojstva posle zavarlvanja bazirajuti to na dobroj zavar-
ljivosti i ekonomienosti. Stoga se pri izboru tezl da se u stedi najvise na rnaterijalu,pa se usvajaju najlaksi delavi i sa najrnanje otpada pri njihovoj izradi, a koji te za date radne uslove i optereeenje bltl najboljl. U najvecem broju slueajeva ovaj zahtev ispunjavaju, kao $to je vee lstaknuto, ugljenlcnl cellel (111 ~L), au slucaju toplotnlh 1 hemljsklh dejstava biraju se leglranl cellel ill druge legure. Pozna to je da se srnanjenje
te~ine
za predvidjeno opterete-
nje moze postiel: - pogodnim konstruktivnim resenjem koje te obezbediti najravnomernija opterecenja 5vih elemenata; - korlscenjern odgovarajuteg rnaterijala, kao i poboljsanjern njegovih osobina odgovarajucorn tehnoloskom obradom npr. terrniekom obradom, defo rmacijom i 51 .
- 14 -
Pri izboru rnaterijala
npr. cellka, pored ekonomske opravdanosti ,
treba uzetl U obzir cinioce k oje rada
za samu konstrukciju i us love
nije laka kvalitn tivno proceniti. I pored toga cini oc i kao:
- temperatura eksploatacije, - debljina os novnog materijala, - stepen znacaja elementa, vrsta opterecenja 1 nap onsk o stanje, moraju 5e uvek uzeti U obzir. Jer, npr. niska ra dn a t empe ratur a , veca de bljina e lementa i povecani radni zahtevi , udarna d inami ck a opterecenja, a posebno prome na napona ad jednoosn og na dvoosno u prisustvu koncentratora nap ona, uslovljavaju da konst r uktor mora uzeti U obzir ave utlcaje. Xao ~to je napomenuto
te~nja
ka smanjenju tezine k o n strlik-
cije izborom odgo va rajuce g rnaterijala i p os tupka abrade u zavisnost! od nabavne cene materijala i cene naknadne obrade, dopr in e la je razvoju novih vrsta materijala
p o vi~ene
c vrstoce , medju ko -
jlma veliku primenu nalaze c eliei povi§ene cvr stoee. Karakteristicno za ove ce like je da se u odnosu na ug l jen icne odlikuju povecanim svo jstvima cvrstoce i pored ni skog sa dr za ja ugljenika (C
(0
~z
=Re / v)
•
i
Xed proracuna pomoeu dopu§tenlh napona k oe ficijent sigurnosti v za~ lsi od karaktera optere6enja, debljine limova , vrs t e cellka itd. Ovo je dosta upro sce n prorac un je r se ne uzimaju u obzlr brojnl radni uslovi konstrukcije. Tac nljl metod prora ~ una konstrukcije koji uzlma u obzir radne uslove, jednorodnost materijala i dr.,jeste metod prorac una
- 25 prema granicnim stanjima. Polazna jednaclna z a ovaj proracun je F
....!. <
gde je: F
mR
So - racunska sila, So - povrs ina pres eka ; R - racunska
r
cvrstoca -
jac ~ na
ma t e rijala, m - koefi c ijent radnih uslova.
Koeficijento m m uzima s e u obzir ste pen zna cajnos ti konstrukcije, krutost delova, mbgucnost dopunskih deforma cija pri eksploataciji, itd. Uglavnom se pro racun po dopustenim n aponima primenjuje u rnasinstvu, a po granicnim sta njima pri projekto vanju gradjevinskih konstrukcija. Medjutim, k ao s to je
po~nato,
u praksi dolazi do
lomova elemenata , odnosno zavarenih konstrukcija, i pored svih predvidjenih i primenjenih konstruktivno-sigurnosnih mera, s to ukazuje da usvojeni krlterijumi ocene sigurnosti nisu uve k bili potpunl. Sa tog gledista se ispitivanja znac ajni h zavarenih konstrukcija usmeravaju ka proucavanju slucajeva i prslina i
uslo va nastajanja
njihovog rasprostiranja do potpunog lorna kao zavrsne
faze dekohezije i deformacije pri od redjenlm u slovima. Neminovno je da zahtev za proizvodima trazenog k vali teta n amece s ve odre djenije us l o ve za ispitivanja i
proizvodnju,
je r se konstruisanje
zasniva i na odredjivanju i poznavanju karakteri stika materijala odnosno naponskog stanja; a posebno na utvrdjivanju uzroka i
tre -
nutka nastanka prslina i njenog daljeg sirenja. Ova pitanja proucavaju se u posebnoj naucnoj disciplini koja se naziva Mehani ka
lorna. Obimna i raznovrsna proizvo dnja r a zlicitih za va rlji v ih ma -
terijala prosirila je mogucnost povoljnog izbora osnovnog materijal a kojl obezb edjuju pouzdanost konstrukclje; to s u grupe legura , npr. ugljenicnih i legiranih celika
le g iranih ce lika ili u po s lednje vreme mikro-
povi~ene
c v rstoce (jacine) kao i nekih ne zelez-
nih legura. Mogu6nost da se odgovarajucorn termi c k orn obradom poboljsava-
ju svojstva ovih materijala jo§ vi§e pro § iruje njih ov u primenu. Za pravilan izbor osnovnog materij a la pozvan je i odgovo ran konstruktor, a za xvalltet proizvodjac. Tehnoloska razr ada post upka zavarivanja 1 njegova prlmena su u domenu tehnologa za zavarivanje, odnosno rtikovodioca proizvodnje 1 strucno (atestiranih) zavariva~a.
proverenih
- 26 Z.l
oeENA ZAVAR[,JIVOSTI OSNOVIIOG MA TERIJALA
2.1.1
pojam i
definiclja zavarljivosti
Zavarljivost je kompleksna tehnolo§ka karakteristlka materijala kojom 5e uglavnom izra~avu uticaj procesa zavarlvanja na
zavareni spoj i njegovo u toplotnom i
pona~anje
~a
vreme i posle zavari vanja
deformacionom s mislu. Stoga 5e mo~e reel da p o jam
zavarljivosti od=edjuje relatlvnu sposobnost materijala da stva-
ra zavarene spojeve odabranom tehnologijom zavarivanja i da izvedeni spojevi udovoljavaju trazenim zahtevima i radnim uslovirna. To znac! da, npr. pri REL zavarivanju, materijal zavarljiv ovim postupkorn mora obrazovati spoj cija su trazena svojstva pribllzTra~ena
svojstva
svode 5e na ispunjavanje odredjenih zahteva u vezi sa
mehani~
no jednaka svojstvima zavarivanog materijala. kim, strukturnim i
hemijskim osabinarna metala s a va i
zone aka
sava. S obzirom na k ompleksnost zavarljivosti, definicije i ocene, podela na
u~e
p o jrnove
olak~ava
proucavanje i
ocenu pogadnos-
t1 rnaterija1a za odredjene zavarene konstrukcije. Prema tome,
- met a 1 u r viSi
s
k a
z a v a r Ij i
v
0
s
t
materijala za-
od nlza faktora: hemijskog sastava, strukture, nacina pro-
lzvodnje materijala, sadrzaja gasova i nemetalnih uk1jucaka itd . Prl tome ova zavarljivost obuhvata sve metalur s ke promene u materi~~u
nastale dejstvom toplote unete pri zav arlvanju. U t o ku
procesa zavarivanja maze do6i do nedopustenog snizenja mehani c klh i tehnoloskih svojstava spoja, narocito u zon1 oko sava, sto zna~i
da kod materijala rdjave zavarljivosti mogu nastatl znatne
promene hemijskog sastava, prsline, tvrde i krte strukturne kompenente 1 sl., Bve zavisno od dato g slucaja. Utvrdjeno je da su metali i
legure nezavarljivi sa meta-
lurskog aspekta kada se njihovi sastavni hernijski element! medjusobno ne rastvaraju u ~vrstom stanju ve6 obrazuju t vrda 1 krta hemijska jedinjenja. Nasuprot tome, zavarljlvl
BU
svi h o mogeni metalnl materija-
11 kojl stvaraju cvrste rastvore i neeutektlcke l1i eutektic ke sme~, odnosno sv! materijali koji poseduju metalur s ku zavarlji-
yost mogu se uspe§no zavariti prlmenom odgovaraju6eg metoda, po_ stupka i
tehnologije zavarlvanja.
-
_ K
0
n
5
t
r u k t i
27 -
v n a
a a v a r Ij i
v
0
5
t
pokazuje
uticaj niza pararnetara na re§enja zavarenih elemenata konstrukcije, npr. debljine, vrste, broja i rasporeda spoja, velicine ~a vova i njihove raspodele, ltd., koje konstruktor postavlja projektnlm zahtevom za datu konstrukclju zavisno od n aei na opteretenja
i drugih radnih uslova. - T e h n 0 1 0 ~ k a z a v a r Ij i v 0 5 t obuhvata uticaj tehnoloskih parametara na zavareni spoj , npr. dodatnog mate rijala, naeina i postvpka zavarivanj a, linijske energije zavarivanja, brzine hladjenja, ltd. Pri tom se ceni da Ii se tehnoloski postupak izvodi bez teskoea iIi se moraju primeniti posebne mere (predgrevanje, zarenje , rad u spe cij alnim atmosferama), a oeena se daje prema preduzetlm merama i postignutirn svojstvima spoja. Sa operativnog aspckta koji se odnesi na pona§anje nekog materijala u toku zavarivanja iIi navarivanja, oni se ocenjuju sa "dobro zavarljivim" kada je §av ~ist i homoge n, tj. kada se osnovni i dodatni materijal spajaju u homogenu leguru, a pri tom se tope bez te sko6a, bez prskanja i pojave prslina, gas nih mehurova i drugih gre~aka. Ne~istoce na stranicama ~ l eba - prljavstine, masti i ulja, kovarine i 51. - pogorsavaju operativnu zavarl jivost pa je neophodno da se one odstrane pre zavarivanja. Opsta zavarljivost stoga predstavlja g10balnu ocenu pojed1na~no objasnjenih pojrnova zavarljivosti pri cemu se uzima u obzir ve~i broj faktora za ocenu kvali te ta - osnovni i dodatni materija1j zavarivacki rad, karakter naprezanja u savovima i u blizini koncentratora napona, keji su promenljivi od slucaja do slucaja. Pri proceni sklonosti spoja ka krtom lomu, vazan kriterijum jeste da Ii je spoj spesoban da sve velike sopstvene napone smanji do neke kriticne vrednosti putem plas ticnog deformisanja . Osnovni problemi zavarljivosti metala i legura s vode se na njihova svojstva koja se tra ~e pes Ie zavarivanja. Konac na svoj stva za dati materijal zavise cd procesa i pojava koji nastaju u osnovnim zonama zavarenog spoja:
- u §avu , gde se materijal potpuno topl 1 materijalom a zatim o~vr scava ,
me~a
sa dodatnim
- u prelaznoj zonl - zoni stapanja - poluistopljenog materljala, - u zonl uticaja toplote (ZUT), gde se osnovnl materljal menja usled zaqrevanja i hladjenja u cvrstom agreqdtnom stanju.
- 28 -
Mnogl procesl i promene koje nastaju U ovim zonama neposredno 5e ne mogu zapazlti, vet se 0 njima sud! sarno ispitivanjem ve6 izvedenih spojeva, odnosno ocenjuje 5e sklonost ma terijala ka obrazovanju prslina, sklonost prema krtom lornu, starenju i 51. lz
lz1o~en og
5e
mo ~ e
zaklju~lti
da jc prl zavarivanju
odredjenog materijala potrebno utvrditi: _ kako se materljal pona§a za vreme zavarivanja usvojenlm tehnolo§klm postupkom, _ kako se zavareni spoj pona§a u najnepovoljnijim
~slo-
virna zavarivanja. To zna~i da se cd zavarivanog materijala
tra~i
dobra '
zavarljivost 1 pauzdanost spoja, odnosno da su zavari kompaktnl i spojevi neprekidnl a §av i njegova oKollna dovoljno jaki i plasticn! da lzdrfe 1 sva naprezanja u procesu zavarivanja, tj. da poseduju odgovaraju6u tehnolo~ku ~vrstocu i da izdrze nepre dvidjena prenaprezanja u toku rada. Obrazovanje odredjene vrste strukture u zavarenom spoju uslovljeno je kinetikom kristalizacije i preobra!ajlma unutra ~ nje gradje sve zavisno od uslova zavarivanja, he mijskog sastava osnovnog i dodatnog materijala 1 stanja rastopa. Stoga za neke materijale (liv, bakar), metalur ~ka za varIjivost ne odredjuje u potpunostl mogu6nost dobijanja zavarenih spojeva koji 6e udovoljiti zahtevu globalne zavarljivosti. Iz razloga §to se metal §ava i zona oko §ava, i pored dobre metalur§ke zavarljivosti, mogu znatno razlikovati od osnovnog materijala i §to mogu imati veoma nepovoljne osoblne. Zato ce i pri zadovoljavajucoj metalur§koj zavarljivosti, tek,tehnolo§ka zavarljivost karakterisati spoaobnost osnovnog materijala da se sa odabranom tehnologijom ostvare trazena svojatva i kompaktan spoj. To dokazuje da se metali koji imaju dobru metalur§ku zavarljivost mogu zavariti lzborom odgovaraju6eq na~lna i postupka, t~. ~ehnologije. Iz do sada poznatih saznanja za ocenu 1 defi~iciju zavarljlvosti zapaza se da nema unlformnih i eksplicltnlh def1nlcija, ovoq za praksu vatnog svojstva. Mote se zato,kao primer, navesti najrasprostranjen1ja definic1ja zavarljivost1 Medjunarodne organlzacije za zavarivanje (Doc.IIS-II~-22-59) koja 91a51: RHetaln1 materijal se smatra, na odredjen na~in zavarIjiv, ako pomo6u zavarivanja, pri korl§6enju odgovarajuce tehnlke spajanja, nastaju jedinstveni metalni spojevi, koji lspunja-
-
29 -
vaju zahteve, koji se postavljaju za svojstva lokalnih §avova i njih ov uticaj na cvrstocu konstrukcije" . Glabalni smisaa ave definiclje 1 drugih definlcija je da au nepotpune i nedovoljne za praksu §to upucuje na dalja istra~ivanja
zavarljivosti posebno sa aspekta pouzdanosti. To je ra -
zumljiva, jer je zavarljivost kompleksan poj a m i svojstvo zavlsno cd materijala i njegovog pona§anja u toku i posle zavarlvanja a takodje i ad tehnolo§kog postupka zavarivanja , kao i ad vrste zavarene konstrukcije. Iz navedenog se
zapa~a
da za ocenu
zavarljivo s ti treba uvek uzimati u obzir uz a jamnu vezu (1) k a n s t r u k c i j e (krutost, debljina, vrsta spaja) , (2) mat e r i j a 1 a (pagodnast za zavarivanje) i (3) t e h n a log 1 j e
/
(mogucnost zavarivanja). Zbog povezanosti ovih cini-
laca proizvodnog sistema nije uvek nuguce zavarljivost oceniti sarno jednom vrstorn praktitnih proba zavarljivosti, pa se za teli ke uvode dopunski p 0 k a z a t e Ij 1 koji se odnose na : - s truktunu , - kompaktnost , - mchani6ka svojst.va U praksi su uobltajena dva pri stupa za ocenu zavarljivo sti: - procena zadovoljavajucih vrednosti pokazatelja zavarIjlvosti za ispltlvani oblik s poja, materljal i nacin zavarlvanja (testiranje rnaterijala); - izbor uslova i druglh mera prl zavarivanju da bi se realizovali zadovoljavajucl rezultati (potvrda tehnologlje) .. Ovim pristupima odredjuju se pojedinl vidovi zavarljivost i i donose ocene 0 pogodnos t ima i mogucnostlma zavarivanja lspitivanog mate rljala sa odabranom tehnologijom. Najva~niji kriterljum za ocenu zavarljivostl je neprekldnost, tj. metalni kontinuitet zavarenog spoja , koji mo~e biti naru~en prisustvom prslina odredjene veli6ine i rasporeda (0 cemu se detaljno razmatra U delu 2). Prema mehanizmu nastajanja prsline mogu biti: - v r u c e (tople), - h l a d n e, - lam e 1 a r n e, - p r 5 1 i n e ! a r e nj a . Pored navedenog kriterijurna homogenosti bltan je i kriterljurn ocene mehanlckih osobina:
-
t
v r
d 0
e
6
30 -
z a v are n
0
g
jucH ZUT) , - s v 0 j s t v a ~ v r s t 0 6 e - u d a r n e ! i 1 a 'v 0 S t 1.
8 P 0
j
a
(uklju~u
1
vrednosti tvrdo6e i zatezne ~vr8to6e,kao medjusobno 11nearne zavisne vell~1ne,kori8te se kao jednostavan pokazatelj zavarljlvosti jer njihovo povetanje ukazuje na smanjenje plasti~nos ti i udarne
~ilavost1.
Udarna !llavost najosetljivlje ukazuje na promene tehno-
logije i/i11 relima zavarivanja, koje se naro~ito ispoljavaju u ZUT-u, pa se kao krlterljum naj~e§6e usvaja ocena zavarljivosti ispitivanjem lilavosti (npr. proba eabelke). 2.1.2
Metoda za ispitivanja za varljivosti U
praktl~nim
. uslovima nema "ldealne zavarljivostl·, tj.
ne IIJQ!@ se nljednom metodorn zavarlvanja dobitl spoj
potpuno
istlh svojstava u ~avu, ZUT-u i osnovnom materljalu. Kako se atvarna zavarljivost razlikuje cd Idealne, usled razlike U 8VOjStVima prouzrokovane procesom zavarlvanja, to se krlterljumi za ocenu zavarljlvostl evade na procenjivanje potrebnih vrednosti usvojenih pokazatelja zavarljivostl. Prema nek1m preporukama polazna osnova za procenu zavarljivoat1 je ispltivanje oat1ovnog materijalal na osnovu dobljenlh rezultata odredjuju se i eventualno potrebne mere za pobolj!anje zavarljlvost1. U ovu svrhu koriste se: 1. raZ::unske metode, 2. prak ti~ne probe. Podaci potrebni ZA ocenu zavarljlvosti navedenim metodame. au: - bemijski sastav materijala (~elika), - debljina, tip 1 ponekad krutoat zavarenog spoja - naZ::in zAvarivanja. 1.R4~un8ke
i
metode
Procena zavarljivosti prema hemijskom sastavu Z::elika je orljentaclona metoda koja se zAsnlva na lzra~unavanju tzv. h em 1 j a k 0 g e k v 1 v a l e n t n 0 9 u q Ij e n 1 k a CE , koj 1 lakazuje poznatu ~lnjenic_u da se sa pove~anjem aadr!aja uqIjenika pogorAava zavarljlvost. Pri tome se uticaj netoq hemijakeg elementa aadrlanoq u Z::ellku,na zavarljlvoB~lzra l ava koeflci-
-
31 -
jentom ekvivalentnosti U odnosu na ugljenLk . Taka 5e za zakal jive ugljeni~ke eel ike CE
izra~unava
pomo6u izraza
iz kojeg se zapaza da pove6anje sadrz aja uglje nik a utice na pogorsanje zavarljivosti cetiri puta vise ad pr.:ltecih ele men ata 51 i Mn . Za ugljenicne celike sa dodacima mangana i ostalim e1e mentima Cr i Mo , koji povecavaju sklonost ka zakaljlvanju a pogorsavaj u zavarljivost, koristi 5e izraz
U formulama za CE hernijski s imbol! pojedinih elemenata ozra~avaj u
njihove procentualne sadrzaje u
Povezujuci
zavarl j ~vo s t i
~eliku.
(Z) sa prokaljivoscu (P) kao
reciprocnim svojstvima (Z = IIp) i poznavajuci faktore koji pove cavaju prokaljivost 1 smanjuju kriticnu brzinu h l adjenja (v ) kr or ij entaciono 5e maze suditi 0 uticaju tih faktora na zavarljivost (s1. 18). Promena zavarljivosti, u zavisnosti od kvalitativno-kvantltativnog sastava materi j ala i n j 1hovog uticaja srazmerno ugIjeniku , proucavana je od strane brojnih autora, pa se u 11teraturi mo~e naci veliki broj
p
%e , l
jednac ina za izracunavanje CE i ocenu zavarl jivos ti. U praks1 se najvi~e koristi formula
leg . el ., v z ' ' . .
( MIZ - a) :
51. 18 . Odnos zavar1jivosti i proka1jivosti CE = C + Mn + Cr + Mo + V
r
Prou~ava n jem
5
HV
max min
Ni + Cu
IS
%
u ticaja CE na tvrdocu u ZUT- u ustanovljena je kore -
lacion a ve za HV
+
- 2UO
~
12~OC~
~
1200CE - 260
i
-
32 -
koja vall u qranlcama 0,2 < CE < p,6, jer za vc~e vrednostl CE zav18nostvl~e nije linearna. Uz velika upro§6enja, zanemarlvanjem nlza utlcajnlh faktora, mole se prihvatlti da je ~ellk zavarljiv ako kona~na tvrdo~a u ZUT-u ne predje JSO HV, jer se smatra da se do eve vrednosti oe formira martenzlt. Ova granl~na tvrdo6a odgovara vrednosti CE 0,45 pa se usvaja da su ~ellci SA CE < 0,45\ zavarljlvl bez pr1mene posebnih mera, dok 8U ~ell g
c1 sa CE > 0,45\ uslovno zavarljivi (uz primenu pose bnih mera)
l1i nezavarljlvl. Na sll~nom prlnclpu pojedini autori ocenjuju zavarljl-
vost ~ellka poviAene ja~lne prlmenom p a r a met a r s k 1 h j e d n a ~ 1 n A, koje pored uticaja hemdjskih elemenata uvode 1 uticaj debljlne, dlfundovanog vodonika 1 krutostl spoja na poqorJanje zavarljivost1. Tako au japanskl autorl Jta 1 Bessya uvell parametarake jedna~1ne u obliku: P
C -
CE
+
a
~
+ H
~
1
+ H
~
pr1 l!emu je: CE -
C + S1 + Mn + Cu + Ni + Mo +
11i
~
~
~
T!f
V
T!f+
+
sa
hem. ekvlvalentnl ugljenlk;
CE -
• - deblj1na l1ma u mml H - aadr!aj difundovanoq vodonika u em 3 na 100 9 metala lava; K = 69.a - intenzltet krutost1 u N/mm, samo za debele 11move, B < 150 mm. Oaim navedenih parametarakih jedna~lna u l1teratur1 se mo!e na61 1 8lede6a jednal!1na Mus1p16enka 1 K08atkina: P
CE
G
C + ~ + 51 + Ni + Cr + Me
•
7t
llf
;-
V
.+14
P + Cu + 7 + 0,0024.8 TI
Predqrevanje, r&d! apre~avanja pojave prsl1na, preporu~u je se ako au vrednoat1 lzra~unate prema parametaraklm jedna~1nama
PC' PW' PCE va6e od 0,3. 5adr!aj vodonlka, tvrd~a, debljina 1 krutost ut1~u na pojavu hladnih pral1na, pa ae %bog madjuaobne Interakc1je ne mofe odreditl mak.1malna dozvoljena tvrdo6a ZUT-a a da ae ne uzme u obzlr aadrlaj dlfuzoog vodonika. Zbog toga ae za ~elike povllene
- 33 cvrstoce, kad kojih se pararnetarske jednaclne uglavnorn i primenjuju, vrednost maksimalne tvrdoce povezuje sa
sadr~ajem
difun-
dovanog vodonika prema sledecem:
3 za H cm /100g
Sadr~aj
(po
dopusta se HV
20
350
10-20
375
5-10
400
1-5
450 metal~
vodonika u
~ava
odredjuje se propisanlrn metodama
JUS. C. H3. 0 18/ 82 glicerJ.nskim testom) ili se mo~e usvoJ i ti
prema odgovarajucern
tehnolo~kom
Za ugljenicne i
postupku (v. tab. 9
).
niskolegirane celike moze se ocekivana
maksimalna tvrd06a u ZUT-u izracunati pomocu njihovog hemijskog
sastava:
HV
= 90 + 1050C + 47Si + 75Mn + 30Ni + 31Cr.
max
Novijim istrazlvanjima uveden je poseban izraz A(C)
za
korekciju uticaja legirajucih elemenata zavisno od sadrzaja ug-
Ijenika u celiku:
CEN = C + A(C)"CE' gde je A( C ) dato tablicom: C% A(C)
do 0,08
0,08
0,12
0,16
0,20
0,500
0,584 0,750 0,916 0,980
0,26 0,988
, a CE lzratom:
CE'= ~ + ~ + Cu + Ni + Cr+Mo+V+Nb + 5B H
0
Em
5
Jednacina za CEN daje mogucnost odredjivanja temperature predgrevanja sa vecom
tacno~6u
nego jednacine za CE i parametars-
ke jednatine za Pi tj, PC' Pw, PeE" Statistitko m obradom eksperimentalnih rezultata doslo se 1 do jednacine obllka,
CEK = 2C +3 eE' + 0,05 Na osnovu
prakti ~ nih
ispitivanja preporutuje se jednatina
za CE ked telika sa C > 0,17 %, a kombinovana jednatina CEN za t elike sa C
<
0,17%.
jedna~ina
CEK iIi
- 34 Iz navedenih i u
veli~inama
~to
drugih formula za CE
zapa1a se razl i k a
koeflcijenata uticaja pojedinlh hemijs k lh eleme nata, razli~itih
je posledica
individualnih pristupa i ekspe rirne n-
talnih provera.
2.1.3
Prora~un
temperature
~elika,
Ve6ina
predgrev~~ ja
posebno celiei pov! §ene
c ~ rsto6 e ,
s k lon a
je pojavi hladnih prsllna, pa mere da se to spree ! obuhva ta j u prlmenu takvih tehnologija zavarivanja
ko j e iskljuc uju trans f o r-
maclonu krtost. Hladne praline se pojavljuju aka u ZUT-u nastan e martenzitna l1i donja beinitna struktura i
lstovremeno se po jave
velike kolicine difundovanog vodonika 1 sopstvenl napani. Ova po slednja faktora uslovljena su mo~e
te se na njih ne da se
spre~i
konstruktivno-tehnolo~kim re ~ e nj ima,
znatnije uticatl. Stoga, os taje mogu6 nos t
pojava strukture ka1jenja pri transforma ci j i,
§to se ug1avnom postl!e pove6anjem 1inijske energlje z avari va nj a 111 predgrevanjem; to zna~i smanjenjem brzlne hladjenja u oblas ti najmanje stabl!nostl austenlta.
Met prora~un
0
S e fer 1 jan a
d
se najvlse korl s ti za
potrebne temperature predgrevanja prema lzr a zu
T = 350
Vlel- 0,25
°e
gde je:
lei = lel h + leis - ukupni ekvivalentni ugljeni k , lel h - heroijski ekvivalentni ugljenik odredjen iz f ormule :
360lelh
=
360e + 40 (Mn+er) + 20Ni + 28Mo
leis - ekvivalentni ugljenik debljine po formuli leis = 0,005.slel h odnosno lei ~ lelh(l + 0,005.s) Met
0
d
Prora~un
\.
temperature predgrevanja po metodi BWRA (danas znatno je sl~!eniji. Polazl se od he mijs k o g
sABtaV& ~el1ka, faktora oblika spoja- broja BTS elektrolu~noq
zavarlvanja. Hemijski sastav ekvlvalentnim uqljenlkom CE:
CE
a
u mrn od red j e n
B W R A (British Welding Research As s o c iati o n).
The Welding Institute) nog
5
C + Mn + N1 + Cr +'Mo+V
:!n"
'I;
10
,
i
parame t a r a r u ~ -
~ ellka
lzr a!ava se
Prora~unatim
35 ~eklvanom
vrednostima CE i
sadr!aju vodonika (zava-
rlvanje bazl~nim 111 rutl1nim elektrodama) prldodaju se poka
Pokazatelji zavarljivosti
Eklrivalen. ugljenik CE
a
C + Mn + Ni + CrHlo+V ~
IT
10
za zavarlvanje rutil-
za zavarlvanje
nom elektrodom
nom elektrodom
do CE - 0,20 0,21 do 0,23 0,24 do 0,27 0,28 do 0,32 0,33 do 0,38 0,39 do 0,45 ve6e od 0,45
do CE - 0,25
Pokazatelj zavarljivosti
bazl~-
A
0,26 So 0,30
B
0,31 do 0,35 0,36 do 0,40 0,41 do 0,45
C 0
E F
0,46 do 0,50 vete od 0,50
G
Faktor obl1ka spoja izrafen brojem termi ~ ke strogoeti (BTS) zavisl od broja smerova odvodjenja toplote. Kao osnova za prora~un uzlma se jedlnlca debljlne 6 mm. Su~eonlm spojevima debljine 6 rom odgovara BTS a 2 (dva Bmera odvodjenja toplote), ugaonim 3, krstastim 4 .
Ako je debljlna lima s1 veta od 6 mm, onda Be BTS za oni spoj
ra~una
BTS -
po izrazu
B1 r.2
Ako Be BpOj lzvod1 9d limova 8 2 ), onda se BTS za ugaoni spoj
BTS -
Bu~e
raz11~it1h
ra~una
debljina (B
1
i
po lzrazu
1 B1 B2 r(r+ r-).3
Izra~unate
vrednostl po gornjlm formulama zaokru!uju
88
na prvi ve~l ceo broj. Primer! raznih vrsta spojeva sa odqovara-
jut1m vrednostlrna BTS dat1 BU u tab11c1 4 , iz koje se vld1 da za e.4720, npr. debljlne 6 rom, BTS mo!e bit1 2, 3 111 4, pa se
dalje prema tab. 5 odredjuje temperatura predgrevanja.
Tablica 4,
36 -
BTS za razne vrs.te s .p oj eV.A
Vrsta spoj a
Deb~j .1na
lima mm
BTS
OVa smera o d v odjenja
toplote
k~!- W-~ 1
1~~11(q ~NI )
6 i
6
2
6 i
12
3 4 4 8 12
6 i 18 12 i 12 24 i 24 24 i 48
••
Tri smera odvodjenj a toplote
6 i
•
ra1
6
3
12 l. 12
6
24 i
24
12
6 i 6 12 i 12
4 8
24 i 24
16
f ~
-
-
'"
~
\
eetiri smera odvodjenja toplote
8
-
- ~
6 + 12 + 1 2 + 1 2
7
j 8
3
Minima lna t emperatur a p redgr evanj a pr ema BWRA d a t a je u zav lano a t l ad br o ja t ermi~ke a t rogostl , poka7.a t e lj a z avarl j i v o s ti i
p r el! nilta elektroda (t a blica
5 ).
Tablica 5.
37 -
Temperatura pred2,revanja
Broj termi~ke strogosti Pokazatelj (BTSl zavarljlvosti
2.
3.
Minlmalna temperatura predgrev anja zavarlvanih komada Pre~nik elektroda u nun 3,2 4 5 8 6 (oCl (oCl (oCl (oCl (oCl
D
0
E F
50 125
0 25
C
0 75 100 150
0 25 100
0 25
50 100 125 175
25 75 125
0 75
0
50 100 150 175 225
25 100 125 175
25 75 125
0 75
0
25 75 125 175 200 225
25 75 125 150 200
25 75 125 175
0 50 12 5
25 50
75 125 150 200 225 250
25 75 125 175 200 225
25 75 125 175 200
0 75 100 150
0 50 125
75 125 175 200 225 250
25 75 150 175 200 250
0 50 125 175 200 225
0 50 125 150 200
25 50 100 150
75 125 175 200 225 250
25 75 150 175 200 250
0 50 125 175 200 225
25 75 125 175 200
25 100 15C 200
D
E F
C D
4.
E F
B C 6.
D
E F
A
B C
8.
D
E F
A
B C
12 .
D
E F
A
B C
16.
D
E F
A
B C
24.
D
E F
*** I :
p a~am 6ta r8 ke
jednac in o Plmo!e se
ratura predgrevanja prema lzrazu TpQ 1440P1 -
392
°c
izra~unat1 tempe-
-
38 -
_ U I1teraturi uporedjuje se s tvarna brzlna hl ad jenj a
pri 300°C 1 kriti~na brzina v kr ' pri k o j oj u ZUT-u n as taje ~isto martenzltna struktura. Ta brzina v kr se mo ~e lz ra~ unati iz izraza: ZUT-a
v
s
logvkr
=
o 3,O-(4,62C+l,O SMn +O,54Nl+0 ,S OC r+O, 66 MO ) Ci s
U zavarenim· sp o jevlma sa lo g (vs / v kr ) < -0, 6 prsl in e se ne javljaju, dok se za log (vs / v kr ) > 0,3 p r s line uvek javl j aj u . Brzina hladjenja Vs lzra~ unata iz odno sa l og (vs / v kr ) = - 0 , 6 o d-
redjuje uslove zavarlvanja sa pre d g r e van j em l1i be z pre"dgre v an j a.
-Za oeenu sklonosti ka prsllna ma prirnenjuj e se 1 izraz ltost
kojim se uzlma U obzir sadrf aj difundovan o g vodonika
spoja (k);
P
s
= l09~
vkr
+
k +~
a -0,5 praline se ne p o javl~ju, za P = 0 , 3 verovatno6a s S pojave praline je 50% 1 prl P > I prslinc se uve k p o jav l juju.
za P
s
-Intenzltet krutosti "k "
i z ra~unava
se u zavl s n os ti od
debljine lima "9" u mrn prema izrazu k=66.s; a "H" se us va ja i z
tablice 9. Stavljajuei u qornji izraz P = -0,5 mo z e se izrac un a ti s 0 povol)na . brzina hladjenja prl 300 C i na o s no vu t o ga, za pozn a -
te parametre zavarivanja,i temperatura pre d qrevanj a ( v. str. G8). Bez obzira na
na~in
proracuna tempera t ure predgre v a n j a,
nlje opravdano da ona bude iznad temperature poc etk a martenzitnog preobrazaja. To je i razloq Ato se temperature predgrevan ja dan as sve manje odredjuje lz dijagrama iz o terrnalnog ill kontin ualnog razlaganja austenita za dati c elik, jer se pri
korl ~6e n ju
tih o dijagrama preporucuje temperatura predqrevanja 30- S0 C lzn a d tem-
perature Ms. -Sa qledl§ta pospe§lvanja lzdva janja
~o donika
iz obla s-
ti zavarenog spoja, velikl znac aj ima i naknadno zagrevanje z a v a ra 111 §ava pre njihovoq hladjenja do sobne tempe rature .
U n o ~ e n je
~elova u pe~ t ~ LOO-200oC delu j e posebno na brzlnu hladjenja pri
t~mperaturama iapod 300°C. Za konstrckcl c ne cellke p o v l§en e ja~~ne
cesto je dov_oljno zagrevanje u taku 30 do 60 minuta pri
100-lSOoC, dok je za debljine iznad 10 mm ponekad potrebna naknadna zagrevanje od nekoliko sati (3 do 5 h). Pri zavarlvanju delova veoma vellkih preseka (npr. 300 mm)
zavarivanje se moze
viAe puta prekldati 1 primenltl naknadno zagrevanje ~lme se stvaraju uslovl ze pouzdano zavarivanje.
-
2. P r a k t
1
c
39 -
n e
met 0 d e
Odredjrvanje zavarljivostl opitima zasniva se n a pro uc avanju pojave prsllna u za v arenom spoju u (1) vanja,
toku proc e s a z a vari-
(2) neposredno p o sle toga l1i (3) pesle odredjenog v r emena
( - 48 h). Me djutim, procena za v arlji vosti prime nom praktic nih me toda proslrena je 1 na ispitl v anje p o jave prslina usled naknadnog zagrevanja tj . termiCKe abra de, kao i radnim naprezanjima ,
na
nast~janje
prslina pri
tzv. eksplo ata=i o ne prsline.
Po java p r s lina u zav are nirn spojevima uop § teno je re z ul tat napo nsko-deformacio nog stanja, koje materljal s manjene plas ticnos-
ti u zavarenom spoju ne
mo ~ e
podnetl.
Kriterijumi za ocenu z avarlji vosti mogu biti ·razliciti i zasnivaju s e na odredjivanju kriticne deformacije u funkcijl tem-
perature pri z a varivanju, kao i na odredjivanju kriti c nog napona prl kame dolazi do poj a ve prs l ina.
Zbog veliko g broja praktic nih metoda za ispiti v anje zavarlji v osti (oko 900) n ij e moguce pOjedinacno ih obrazloziti, ali je bitno da sve o ne utvrdjuju vrstu i stepen promene ispltlvanog probnog uzor ka . Kod ve6in e
probe se izlazu zagre v anju i
prakti~nlh
termi~kom
metoda isplti v anja zavarljlvosti
ciklusu: lokalno,po celom profilu ili
hladje nju isto k ao i pri zavarlvanju (sirnuliranje
termickih ciklusa) i sl. Stepen nastalih promena utvrdjuje se poznatim
me t odama lspitlvanja (zatezanjem, savijanjem, merenjem
tvrdo 6e, !ilavosti i 51.), pre i posle termickog de jstva, a po
po t rebi se ispituje i pojava prslina u
~avu
i okolini .
U cilju prikaza sus tine pojedinih grupa prakticnih lspitlvanja za o c enu z avarljivosti daju se obja§njenj a karakteristl c -
nih proba iz po j edinih grupa.
Pr o be sk lo no a ti ka lomu ( toplom 1 hladnom) Ove pro be su veorna znacajne 1 najvi § e se koriste prl osva j anju novlh vr s ta osno vnih i dodatnih materijala, pri nj1h o voj sistematlzaclji, izboru i potv rdl kv a llteta, odnosno metoda i postupaka z avarivanja. Na jve6u primenu ima ju probe sklonosti ka poj av1 hladn1h prslina,
jer se pri ispitiv anju moze uzeti
u obzlr 1 uticaj parametara z a vari v anja. Probe hladnog lorna,
t j. probe sklonosti ka hladnim prs-
11nama,dele se na dYe g rupe :
1. pr obe s lo b o d nih ( ne ukr ude ni h ) apoj e va 2 . probe ukru de nih Bpoje va.
- 40 -
U grupi 2. razllkuju se probe: - sa samouklje s tenjemi pomocu takve monta z e ele men a ta probnog spoja da izvedeni ~av iIi spo j izaziva s amouklj es t e n j e ; - sa nasilnirn uklje s tenjem; primenom pos e bnih a l ata i naprava sa Kojima se elementi spoja prinudno ukrucuju. P ri to me ,
kod nekih proba postoji mogucnost promene stepene ukruc enja i li brzine hladjenja spoja
tzv.
toplotne strog osti (o s t r ine), pa se
stoqa primenjuju za ocenu uticaja velicine p o jedin i h f akto ra na
hladni lorn. Probe sa diI't. go vanim na pl' e zan j i ma primenjuju se za ocenu sklonosti ka hladnom lomu posle zavari vanj a , delovanjem spo-
Ijnih opterecenja na zavarenirn opitnim epruve t ama odmah posle zavarlvanja. Prednost ovih prob a je svakak o mogucnost izbora v r ste i
velicine opterecenja, .elme se pro ce njuje njih o v uticaj na
hladni lorn. Pr ob e simuLil"anj e m
tel"mi ~kih
no konstruisanim uredjajima -
aik Lusa se izvo de na p o seb-
simulatorima i po metodi BWRA. U
slmulatorlma se probni nezavareni uzorci izlazu temperaturskim clklusima koji odgovaraju pojedinim od ose
~ava.
pornosti i
ta~kama
razlicito u d aljenim
Na taj se nacin mogu utvrditi promene svojstava ot-
plasti~nosti
u ZUT-u, zavisno od reiima zavarivan j a.
Postoje nekoliko vrsta slmulatora zasnovanih na elektro otporskom iIi lndukcionom zagrevanju. U svetu su danas najpoznatlji simulatori UMET (SSSR), Weld Thermal Cycle Simulato r firme Sroit-Wels (USA) 1 Thermorestor - W (Japan). Therrnores to r, f i r me Fujl Electronlk Industrlal Co. Ltd. jer lmitira ne sarno termicki vee i
je najsavremeniji simulator deformacioni ciklus zavari va -
nja, sa mogueno§eu uvodjenja vodonika za vreme hladjenja.
Za ispitivanje po metodi BWRA koristi se jednostavna t ehnika simullranja koja se sastojl u zagrevanju uzoraka u pecima
do 950°C 1 zatlm hladjenju; potom se uzorcl lspituju zatezanjem 1/111 udarnlm zatezanjem. Pregled neklh praktlcnlh metoda za
ispltiv~je
zavarlji-
vostl dat je u tablici 6.
.
Na osnovu rezultata analltlcke procene zavarljivosti i .ljene provere prime nom praktlcnih proba,iz tabllce 6. ocenitl zavarljivost i predloflti mere i
I
mole se
uslove da se ona p o bolj-
Aa. Odnosno, krlticne veliclne usvojenog pokazatelja zavarljlvost1
(tvrdo~e,
vanjem:
!11avoatl, praline, itd.) mogu se ostvariti zavari-
Tablica
6.
Pregl ed
Kr i te ri j um
prak t i~nih
proba z a ocenu zava r ljivostl
Vrste probe samoukruce ne
CTS , krs tas til
sa reg u lisan im naponom sa slmulisanim kim ciklusima
TRe , HRC , IHPLANT , LTP
-n
- BWRA i
-n -<
Fisca ,
'" .... .....
h l adnlm
~ ~
...
-~ -
termi ~ -
.....'"
toplim
..."
lamelarnlm
ukru6ena
0
.J< til
!arenj:>
Te}cken ,
metalografska s truk tu rna mehanicka
Kruzna OJ OJ
imitacijom zagrevanja:
elektri~ n im
otpororn, indukcijom ( strujorn visoke frekvence)
Teken , Pisco ,
s a regullsanim n apo nom
0
-
0-
.J<
Ocena
Naziv probe
Q)
Vares t raint , Bauman
-n ::> -n -<
"
..
Kruzna
OJ
>
on 0 0-
...........
Q)
c
Ispltiva n je zatezanjem u pra vcu debljine lima
....
..> a. ..
-n 0
c
-<
<11
...
c:.
i zote l'micka k ra tk o vremen o g t e c c n ja
Q)
.:<
>0" .... c
" -. ".
"'.0 " 0
'" 0
t v r do6 a svo j stva
merenje t vr d oce
me t o d
c vrs t oce
i s p i ci v anj e z a t e zan j e m
ud a r na zilavo f: t
i sp j t i\'a n j e
:' i.~avo s ti
IIV < HV
V i kcr ~
ma x
om Rm
za ee z 3n j e
metod Sarp i
.,.
f' r e l J=na t empe l.·a.:ut"a
CTS - Co nt rol le d 'l'h er ma l RRC -
SC·:l~ rl t~· ;
'l'RC - Te ns i le
Re~tr ai nt
R!
C rac ki n g
Rigi d Re s t r a in t \vel d Cr a Ck i n g ; O t.: - o snovn l materijal, S -
s ay.
- 42 _ bez posebnlh mera, kada je materijal zavarljlv, _ sa pr!menom posebnlh mera, kada je materljal uslovno zavarljlvJ
_ sa prlmenom takvlh mera koje su neopravdane sa tehnoekonomske ta~ke gledl§ta za slu~aj da je materljal teAko zavar-
lj1v. Pr! egzaktnoj acen! zavarljivostl,budu61 da je strUktura ZUT-a zavlsna ad niza pojedlna~nlh pOkazatelja - hemijskog sastaVA, debljine, kao 1 ad parametara zavarlvanja (npr. I1nljske enerqije qt
:::I
UI/V z-
kojl su povezanl sa temperatursklm clklu-
som, treba uzeti U obzlr 1 temperature transformacija
lzra~unatlh
111 odabranih za us love kontlnualnog hladjenja 1z modiflkovanih KH - dijagrama. Poredjenjem (ovako) odabranih vrednostl sa realno dobljenlm strukturama prl zavarlvanju - ocenjuje se mogu6nost dirigovane promene strukture odnosno svojstva.
3
3.1
1a
IZVORI TOPLOTE ZA ZAVARIVANJE
KARAKTERISTIKE TOPLOTNIH IZVORA Osnovni top1otnl izvori za zavarlvanje meta1nlh materljamogu biti: gasni ptamen, 6l6ktri~ni tuk,8tQktri~na struja,
m6hani~ka
energiJa, evetlosni Braoi i snop ot.ktrona. U princlpu se top1otna energlja os1obadjA:
- e1ektromagnetnlrn zrA~enjem (radljacljom), - elektromagnetnom Indukcljom, - proticanjem e1ektrl~ne struje (Dfulov zakon), - reakcljom sAgorevanja (oksidacije), - egzotermi~kom reakcijom (oksl-redukcljom), - trenjem 111 mehan1~k1m pr1t1skom. Glavne karakterlstik.e pojedlnlh lzvora to·plote za zavarivanje au: stepen koncentraclje toplotnog fluksa, na~ln prenosa toplote 1 stepen 1skor1Atenja. Raspodela spec1f1~noq toplotnoq fluksa (protoka) pr1 delovanju koncentrlsanog izvora(odgovara Gausovoj jedna~lnl normalne raapodele) (al. 19), datajelzrazom. q - q maxe
_kr 2
qde je: ~x - maks1maln1 toplotn1 fluks,J/s.m 2 ;k - koef1c1jent koncentracije toplotnog fluksa U 8/cm2 , r - radljalno ra8tojanje date ta~ke ad oae u em.
-
43 -
Koncentraclje pojedinih lzvo ra toplate prikazane su na 51. 20. Najmanju konoentraciju toplote, ispod 3 2 5.10 kW/m ima oksi-aceti1enski
plamen, dok se elektric nirn lukom 352 postize 5.10 - 10 kW/m • a p1azmom 5.10 3 - 10 6 kw/m2. Toplotna energija se predaje
osnovnom materijalu zracenjern , bombardovanjem elektronima i strujanjem fluida (konvekcijom). Kod postupaka elektrolucnog zavarivanja toplata se uglavnom predaje zracenjem i bombardovanjem elektronima, a kad 51.19. Raspodela top1otnog
9a5n09 85 % predate kolicine top lo-
fluksa - Gausova kriva
te otpada na konvekc iju
a sarno 15%
na =racenje . t as e p l
t.
eZek tro nski snop plazma
elekt r icni Luk
gasni
&~ vrsta izvora
51. 20. Koncentracija zavarivackih izvora toplote'
3. 2 3.2.1
VRSTE TOPLOTNIH IZVORA Gasni p1amen
Gasn! plamen se odlikuje lakom regulacijom kako po sastavu tako i snazi. Primenjuje se za zavarivanje, navarivanje, lemIjenje, metalizaciju,ispravljanje, povr§insko ~i§~e nj e i razne vrste povr§inske obrade metala. Gorivi gasovi kojl se korlste za zavarlvanje, predgrevanje i rezanje su uglavnom ugljovodonici i ponekad vodonik.
- 44 Ta~nije, rno~e S~ re6i da se za zavarlvanje ~ellka
gotovo redo -
vno koristi acetilen; dok se za lak e topljive metale i kao i
legure,
za termi~ko rezanje mogu tak odje primeniti propan 1 butan
ill za rezanje pod vodom vodonik. Iako ovi gasovl mogu sagorevati 1 u vazduhu, prak tl c no
se za zava r ivanje i
rezanje k oristi tehni c kl cis t ki seonik koji
se dovodi iz celicnih boca,
U
Ko j ima se ~uva pod prltlskom
150 bara . Reakcije sagorevanja go rivih gasova, kao i
od
kolicina top -
lote koja se pri tom oslobadja, d ate s u slede61m hemijskim jednacinama:
- acetilen - butan:
- propan: vodonik:
C2H2 + 2,502 = 2C0 2 + H2 0 + 1264kJ C4H10 + 6,5°2 = 4C0 2 + 5H 2 0 + 2880,1 kJ C3H8 + 5°2 = 3C0 2 + 4H 2O + 192 5,9 kJ H2 + O,~O2 = H 0 + 242,8 kJ 2
Acetilen sko- kiseonicki plamen ( oKs i - acetllenskl) daje o maksimalnu temperaturu od 3100 C, dok se primenom butand i p r opa -
na najvl§e postl ~ e 2830, odnosno 2850oC~ plamen vodonlka dostl~e najvl§e 2520 o C. Osim najvi§e temperature medju navedenlm gasovi-
ma, plamen C2 H2 - 02 ~e odlikuje najvecom brzinom ~agorevanja, mogu6no§6u regulaclje sas tava tj . o dnoBa pot r oBnje kiseonika i acetilena:
a = dvostepe n im sagorevanjem i najmanjom potro§njom kiseonika po je di n ic 1 zapremine gorivog gasa. Propan 1 butan sagorevaju jednoste peno uz obrazovanje gasova CO
je Atetna pojava 3.2 . 2
oksldac~
2
i H 0, pa u toku zavarivanja nasta2
t ecnog metala.
Elektrlcnl luk Zauariuacki elektri c ni luk predstavlja trajno elektric no
prafnjenje kroz medjuprostor , izmedju elektrodl3;,.tspunjen jonizovanim gaBovlma i
parama metala. U luku se elektricna energlja
p reob ra!ava u toplotu, kojom se topi deo osnovnog materljala 1
dodatnl materljal. Oslm toga, posredstvom elektricnog luka (delovanjem
elektrodinami~kih
s11a) olak§ava se prelazak lstopljenog
dodatnog metala u Aav 1 ponekad se otklanjaju te§ko topljlvi povrAinskl oks1di, tzv. katodn1m c1§6enjem. Naj b itnije parametarske karakter1stlke zavariva~kog luka BU: napan luka, gustina i jacinQ struje u luku duiina luka . 1
Elektrl~ni tran8formator~
govaraju~i na~1na
45 -
luk. 1 l z vor njegov og n apajan j a -
qrupa mo t or - gsn e r ato r 111
i 8 p r avlj a ~
energetskl sistem. Ra z likuju se dva
odr!avanja
elektri~nog
.3 av cri'!.·a ~ki
luka : usta ljeni
-
~ ine
od-
karakterlBtl~n a
- .t a ti~ki
u.~ovi ,
kada napan 1 struja u toku dovoljno dugog vrerne n a ne men j aju s vo-
je vrednosti 1 neustaljeno - din amidko
od r ~a lJan j8
luk a , kada n apan
i atruja mcnjaju Bvoje vredno s t i po d dej stvorn spol jnih t inila ca, 111 zbog promeno pararnetara z a vari van ja. el e kt rol u~ n o g
U savremen im metodima
zav a rlva~ j a e l e k t rl ~ -
odr ~a va :
ni luk se uspostavlja i
- u atmosfe.ci vazduha, - u atmos fe ri z aA ti tn ih gasova (Ar, He , CO i 2 - pod s lojem praAka . Razli~iti na ~ ini
B roe ~a ),
o d r ! a v anj a ele ktrit no g luka uslo v lj a v a -
ju i razl ike u toplotnoj moti i konce n traciji toplotnog f luksa, Ate
S8
dalje odraf ava 1 na tokove metalur§kih r eakcija prl zava-
rivonju. Polo v i,izmedju kojih se uspostav lj a i luk,vez u ju se za izvor
napo na ktrl~ne
s truje odgovaraju6e
pra anog hoda . I z flz i ke j e poznato da se
elektrl ~ ni
snage i
provodjen j .~
struje kroz metalne provodnike ostvaruje kretanjern
dnih elekt ronA. 1%
e lekt r l~ne
odrzava
elektrl~no
elektri~nu
Budu~i
da se
e1e 81~ho
u norma1nim us10 v ima sastoje
gasov~
neutralnlh molekula, onl u tom stanju ne provode
atruju.
Gas mo!e pos t atl provodnlk
elektrl~ne
struje ako se pre-
veda u tzv . jonsko stanje. Joni1Ja oi,; a gaBQ mo! e se ostvarltl bombatdovanjem mlazom elektrona ,
ozra~lvanjem
1 z a qrevanjem. Prevo-
djenje gAS a u jonsko stanj e ozra~ l v anjem poznato je k a o fot o jo ni -
.aoiJa, a zaqrevanjem kao Za variva ~ ki
~ e rm o jo ni 1J aci j a.
luk se us postavlja i
odr!a v a bomba r do v anje m
vazluAnog stuba rnetalnim jonima i termojonizacijorn. Odlika je ve~ine
poatupaka
81ektrolu~nog
zav arivanja da a8 ele ktri t ni luk od-
ralava izmedju vrha dodatnog materijala (elektrode) i zavarivaVe li ~ ina
nog materijala (al. 21). tri~nom
i
r a apodela temperatura u elek-
luku zavisi od v r ate elek trode, pola riteta (+ 11i - pol
na elektrod1), vrstB qasa 11i pare kojl ispunj a va prostor lzmedju polo VA i ~no
od parame tara z avarivan j a.
Zava riva~kl
luk s e konl-
Airi prema zavarivanom materlj a lu n e zaviano od pol a rlteta.
Zavlsnoet temperature luka od atmosfera izmedju elektrode 1 08no-
vnog materijala data j8.
U
t ablici 7 •
- 46 Tabllca 7. Temperatura elektri~n09 luka
Elektl"oda
x
Vazduh
5800 + 200
Pare Na 2 C0 3 Pare K C0 2 3 Fe Pare
4500 + 200 4000 + 100
-
oko 6000
Ugljenlk u atmosferi
luk u 810- vazduha bodnoj atmosferi
Elektri~ni
m p
0
Temper a tura lukoa., °c
Volfram u at.mc.sferi vodonlka
08novni matel"i.ial 51. 21.
Vrsta ga8a 11i pare u stubu luka
0
11
e n tee l e k t
ri c
n
0
oko 5700
-
6200 + 300
t u k a
g
Luk jednosmerne struje se uslovno mole podeliti n-a tri
glavna dela: kato dnu oblast, anodnu (- pol) uvek emituje, a anoda (+ pol) todnoj i anodnoj oblasti moqu se i8pu~enja
oblast 1 stub lu'ka . Katoda privla~i
uo~lti
elektrone. U ka-
mala udubljenja odnosno
(mrlje) 1 odgovarajuce oblasti peda katodnog 1 anodnog
napona. Xatodna mrtja je ulStvari mala udubljena povrAina na vrhu katode lz kojeg se emltuju elektroni, a anodna mrtja predstavlja deo pozitivne elektrode koji prima elektrone. Fraces emitovanja elektrona 1z katode mole biti izazvAn dovedenom toplotom
(termi~kom
polja,kao i
~estica
udarom
Stub
elektri~noq
jonizacijom), dejstvom
elektri~nog
suprotnog naelektrlsanja.
luka je jonlzovan prostor izmedju elek-
troda u kome au qasovi i pare metala u velikom stepenu disocirani i jonizovanl pa stoga sprovode zacije u stubu luka je
pra~ena
elektri~nu
struju. Pojava joni-
suprotnom pojavom r8'kombinaaij s ,
tj. obrazovanjem neutralnih atoma 1 molekula, pri udaru risanih
~e8tica 0
naelekt~
elektrode. Dvoatomni qasovi, - kojl se gotovo
u stubu elektrl~nog luka ("2' 02' CO , H 0, N2 ) 2 2 o disociraju pri temperaturama 4000-8000 C, a budu~i da je u stubu uvek
nalaze
luka temperatura t ~ 5000-30000 DC, to zna~i da je stepen joniza-
clje vrlo vlsok 111 potpun. Stub luka je u
elektrostati~kom
pogledu neutralan jer je
broj elektrona jednak broju pozitivnih jona. Elektronl 1 neqativnl joni· kre6u S8 prema anodi brzinom koja je arazmerna naponskoj razlici AU 6U -
UK -
UK - UA lzmedju katode i Anode 1 2
UA -
,-neve
*) Hlor 1 fluor moqu prlvu~l elektrone
jone Cl-, F-
i obrazovati neqativne
- 47 gde je: me - mas a elektrona, v~ - brzina elektrona. S druge strane 5e kLnetlcka energija pozitivnih jona u trenutku njihovo g udara
0
katodu mo!e izrazltl
jedna ~ inom
gde je: ~ - masa molekula , vM - brz i na molekula , -23 J / K - Bolcmanova konstanta; T - temperatura uK . k = 1,3805.10 Klncticka energija elektrona znatno je veca ad k inetlcke energije molekula, .jer je tu presudan utlcaj br z i ne ( " e
vM
:>
a
pol
Zbog toga 5e po pravilu osnovni materijal vez uje za + tj . i z la ~e 5e bombardovanju e lektro na a dodatni materijal
na -
p o l~
me <
~).
pa je stoga vi s a t empe r a tura na radnom predmetu
tj.
anodnoj mrlji. U elektric norn luku naizmenic ne struje menja se nalzmeni c no smer protlc anj a elektrona i pozitivnih jona, a elektrode (katoda 1 anodal me njaju s voj polaritet 100 puta u toku 1 5 za elektrienu struju frekvencije f = 50 Hz_ Zbog to ga se luk naiz menicno prekida i uspostavlj a , sto sman j uje stepen jonizacije pa stoga i temperaturu u odnosu na l uk jednosmerne struje. Elektricni luk s e , zavisna ad napanske razlike izme dj u elektroda, moze uspostaviti na dva na e ina: -"preskakanjem"elektrona u sluc aju ve like naponske razlike lzmedju razmaknutih elektroda; - dodirom e l ektroda, a zatim njihovim neznatnirn razffi1ca njem. U prvom slueaju protlcanje elektrona maze nastati ako se primene specijalni uredjaji - jonizatori - koji stvaraju impulse visoke frekvencije i napona od nek o llk o hiljada volti. Nasuprot tome, u drugom slueaju, dovoljan je napon Uo velic1ne nekoliko desetin a volti, ugl a vnom 1spod 80 Vi pri dodir u elektroda nastaje jaka struja kratkog spoja , rnesto dodi ra se zagreva 1 time olaksava termicka ernisija elektrona i joni z acija gasa,koj a je praeena t fotoemisijom 1 emisijom usled dejstva e l e ktr1 c nog polja . S t a t 1 c k a 1 d 1 n ami c k a k a r a k s t 1 k a z a v a r 1 v a e k 0 9 1 u k a
t
e r 1-
U stabilnom elektricnom luku,kOjl se odrz a va lzmedju d va rneta l a u datoj gasnoj a tmosferi, ustaljuje se od redjena zavisnos t izmedju napona 1 trenutne jacine struje . Takva zavisnost se naziVA Btati dk a
ka~akt B ~ i B tik a
Blek t ~ i dno g
lu ka . Vee i deo elektricne
struje proti ce kroz sredisnl - osn1 - deo luka, pri cemu velie ina
-
48 -
preseka stuba luke zavisi cd
.
pre ~ nlka
elektrode i
temp era t ure
luka. Kaka je raspodela tempratura u stubu luka promenljiva, to
.
1 zavisnos t i zmedju jacine struje i nap ona luka nije linearna ( zna~l ne ' pokorava se Omo v om, zakonu). Na krivoj statl ~ ke karakteristike luka (51. 22)
u ce a va j u
se trl dela. U oblasti malih gus t ina elektri~ ne struje (51. 22-1 ) otp or u luku je veliki,jer temperatura 1 pracesi jonlzacije nisu dovolj n i za emitovanje elektrona u p o trebnom broju, a ist o vreme no
se znatna
koll~lna
toplo te odvodl lz luka
~ to
ope t po vecava n j e -
gOY ukupan otpor. u toj oblasti je koeficijent pravca krive tqa,l < 0, §to znaci da je to dec u kame je statlc ka k a rakterls t ika negatlvna l1i op a d a j u r.!a,.
1 I
60
'" • "0.
I\ I 40
0
'"" 20
I
I
I
i I
I I I I I
II
I
I
Jo
i
I
II I
I I
I I.
I
I I
I
I
!
::
:
100
1000
10 0 0 0 Ja~ina
51 . 22.
Stati~ka
karakteristlka
U ob l asti s r ednj i h t1~ n ih
za p ostupak rucnog
ja~lna
8t r u Je u A
elektri~nog
l uka
struje (sl. 22 - II), karakteri5 -
e l ektrolu~ n og
zavarivanja, n a pon luka
Be go t ovo ne menja sa porastom jacine struje , pa je statl ~ ka ka~ o. 2 Daljim povecanjem jacine 5truje (51. 22-III) raste i
rak t eris tika ravna iIi nezavi s n a,a tga par u l uku, pa je radi
odr~avanja stabi~n o5ti
cati i napen. U ob l asti III tga
3
ot-
luka potrebno p ove -
> 0 a staticka karakteri5tika je
ras t u da iIi pozitivna . Druga karakteristika e l ektrlcnog luka , koja predstavlja zavisno st napona i
jac lne struj e od vremena zavarivanja zove se
d i nam i c k a k arakt e ri8t i k a. Ova karakteristika pr i kazana je na sl. 23.
z a slucaj zavarlvanja jednosmernom strujom; ana 51. 24. za
zavarivanje
naizmen i~nom
strujom . U primeru n a 81. 24 . prikazana
je sime t ricna promena napan a u odnosu na vre mensku osu. Ova simetricnost
mo~e
biti na r u§ena pri odrzavanju e1ektricnog luka lzme-
d j u mat e r ljal a veoma
razll~ltlh fizi~kih
o.ohina , kao ito au W i
- 49 AI , W i 1-19 , \oJ i Cr - celiei ( 51. 2 5 ). Nesimetrican
na pen
stet-
no deluje na tehnoloske osobine luka, naroelt o pri z ava rivanju
60 :>.
,
~
0
"0
'"
50 40 30 20 10 0
C
A
I
I
0 '
'"<», 7. 1 0
..., ~
~ ~
tl1-4 +-I
I I
A','
II I
I I
I
200
"0
160
."
1 :1. 0
0
80
'"...,
V:r-em a
I
I I,
U' C'
·/0 0
51. 23 . Dinamic ka karakteristika pri zavarivanju j edno generator) s mernom strujom (grupa mo tor
I
u t
Sl. 24. Op§ta
dinami ~ ka
karakte-
ristika naizmenicne struje
Sl. 25 .
Dinami~ka
karakteristika
naizmenicne struje TIG - a
laklh legura , jer nastaje dellmicno ispravljanje. Ovo nepovoljno
isprav1janje
naizmeni~ne
struje (01 . 2 5) mofe se e1iminisati uk-
Ijucivanjem kondenzatora 111 omskih otpornlka u zavarlvacko struj-
no kole.
-
o s nov n e
c
v a
50 -
k a r a k t e r 1st ike
z a v a r i-
u r e dj a j a
k i h
Uredjaji za elektrolu ~no zavarivanje treba da obezbede lake uspostavljanje elektrlcnog luka, njegovo odr~avanje 1 sta-
moZe' us~ lzvoditi jedno-
bilnost. Elektroluc no zavarlvanje se
smernom i naizmenicnom struj o m. lake se postavlja ukollko je napan praznog hoda lava pre uspostavljanja luka), on se 1z nicava na 10 0 V za jednosmernu struju i
e lektricni luk lakee us ve6i (nape n izmed j u porazloga bezbednostl ogra70 V za naizmenic nu. Ure-
dja j i pomocu kojlh se dobija jednosmerna struja za zavarivanje
mogu biti: - grupa motor - generator i - grupa trans f ormator - ispravljac . Za zavarlvanje naizmeni c nom strujom ne mre~e
upotrebiti struja i2 svega opasnost po
mo~e
se di rektno
napona 220 ili 380V. Ra210g je pre
~ ivot zavariva ~ a,
a zatim
fizi ~ ke
pojave: kra-
tak spoj, uspostavljanje luka i prelazak dodatnog mate rijala k o je izazivaju eksplozivno rasprskivanje kaplji c a metala. Zata se zavariva~ki
primenjuju
sni~ava
napon mreze
transformatori pom06u kajih se naizmenicni
na 70V iIi
ni ~e .
Zavariva~ki
tran sformator se
ne sme unositi u zatvo rene kutijaste nosa c e kao § t o su n p r. meta In1 sanduci, vagoni,
~koljke
automobila itd. Ako se transf o rmato r
unese u takve kaveze magnetnlh materijala, oni deluju kao novi namotaji u Kojima se
mo~e
indukovati struja
~pasna
po z lvot zava-
rlvaca. Osnovna karakteristika uredjaja za e1ektro1ucno zavarivanje je spolja§nja k arakteristika uredjaja koja pokazuje zavisnost izrnedju jac1ne struje i iz1aznog napona (51. 26).
c
o
R IL
I PP
I
r I
51. 26. Stati~ke karakteristlke 1uka (a,b,c) i spo1jne
karakteristike uredjaja (1,2,3)
- S1 Savremeni uredjajl za
elektrolu~no
zavarlvanje treba da podru~ju
obezbede stabllnost odr!avanja luka u dovoljno Alrokom ja~lne
struje zavarlvanja 1 du!lne luka. Kad ve6ine pastupaka za-
varivanja, a
naro~lto
mo9u~nost
tojl
ru~no9 elektrolu~no9
kad
da se uvedenl paramatri
naru§l stabilnost
elektri~no9
zavarlvanja - pos-
slu~ajno
promene i time
luka. Stabilnost zavisi od karak-
terlstika uredjaja za zAvarivanje 1 od proc8sa kojl ae odigravaju u samom luku (oblogama elektroda se dodaju stabl11zatori Na, Ca). zavarlva~ko9
Mogu6nost
uredjaja da odr!ava
elektrl~nl
luk
proce-
njuje se na osnovu spolja§nje karakteristike uredjaja .
• *.
Uslo vl stabllnostl
elektrl~nog
matematl~kl
luka moqu se
lzrazltl pomodu kOBficijenta otabilnosti sistema K .
s
10k jednosmerne struje, pri malim brzinama promene
Elektrl~ni
ja~lne
struje,
bUe u principu stabilan ako je ispunje n uslov: -
au u
-)1
ar
r
> 0
,
tj. da u radnoj
karakteristlka uredjaja bude strmija od
statl~ke
ta~kl
1r s poljna
karakterlstlke
luka. Pove6anjem vrednostl MK • raste stabl1nost sistema. s Za postupke ru~nog elektrolu~nog zavarlvanja primenjuje 8e struja relativno male ti~ke
ja~lne,
§to odgovara oblasti ravne sta-
karakteristike za koju je aUt
ar -
tg a - 0
Zbog toga se koeficljent stabilnostl svodi na
au
K sa
§to
zna~i
da
(
-rr-u)! r
~e
> 0 ,
sistem biti stab11an sarno ako je
au
(~)1r < 0 •
auu ar-
Stab1lnost sistema tefi ka maksimalnoj vrednost1 kada Ato nastaje kada se spoljaAnja karakteristika u radnoj
•
-~ I
ta~ki
prib-
lifava s leva vertlkalnoj liniji (a • • /2 ). Zato je za postupke ru~no9 elektrolu~nog
zavarlvanja (RELi TIG ) povoljnija tzv . stl'ma
spolja§nja karakterlstika nego blaga karakteristika. se ta pogodnost ~kom
tuma~l
Matemati~ki
ve60m vrednoA6u koeflcljenta Kat a u flzi-
smislu se na uredjajlma sa strmom karakteristlkom
promene du!lne luka veoma malo odr!avaju na
ja~lnu
Blu ~ ajne
struje zavarl-
vanja. Za
~utamAtizovane
14%1 u oblasti l'Qs tuda
postupke zavarlvanja radna
Itatl~ke
ta~ka
se na-
karakteristlke, pa je Ka ve61 ad
- 52 nule za svako
au u
(rr-) Ir < 0
aUt
jer je ~
O. DrugLm re~ima,potrebna stabilnost luka U o vo j oblasti mo~e se p09tl~1 i primenom uredjaja sa bZag om spoljnom >
karakteristlkorn. ~tavl~e, za automatizovano zavari vanje pogodn l ja
je blaga karakteristlka, jer se pri promeni du z ine luka znatnije menja i ja~lna struje, ~to je osnova za sarnoregulaclju. Ake se npr. smanjl du!ina luka, jacina struje znatno raste izazivaju6i ubrzano topljenje vrha elektrodne ziceJ time se du zina luka 1 jacina struje vra~aju na pocetne vrednosti. Pri povecanju duzine luka de~ava se obrnuto, uz 1sti efekat samore g ulac i je. 3.2.3
Elektr1~n1
otpor
Et ek trootpors ko z au ari ua nje (EO) zasnlva se na toploti koja se oslobadja prema Ozulovom zakonu
o
t
D
2 JR1 dt o
gde je: R - omsk! otpor metala, i - trenutna ja~lna struj e zavarlvanja, t - vreme. Zavarljivost rnetala ovirn postupkorn je bolja ukoliko mu je ve6i elektri~ni otpor i nl~a temperatura topljenja. Najvise s~ elektrootpornirn postupcima zavaruju tank! limovi od niskougljenlcnog
~el1ka.
Zavarivanje pod troskom ( EPT) takodje se zasnlva na top-
lotnoj energiji dobljenoj iz elektricne energije prema D~ulovom zakonu. Rastop elektroprovodljlve troske i rnetala spro vodi elektri~nu struju prl cemu se oslobadja odredjena kollcina toplote kojom se topl dec osnovnog 1 dodatnog materijala. Rastop troske, neophodan za poeetno zatvaranje strujnog kola, dob1ja se uspostavljanjem Naatal1
rastop
elektr1~nog
prekida elektricni
luka koj1 top1 prasak.
luk, a proces se dalje nas-
tavlja dejatvom Dfulove toplote. 3.2.4
MIaz plazme
Pod pojmom plazma podrazumeva se specijalno stanje vlsokojonlzovanog gasa kojl se sastojl od naelektrlsanih cestlca jona 1 elektrona- u takvim odnosima da je ukupno naelektrlsanje jednako null . Plazma je odllcan provodnlk elektricne struje i u tom pogledu mole se uporediti sa metalima.
- 53 Pre ma ste pe n u j o nizaci je razli k uju se i1 igk ot e mp e l"a t u lteka 40 (t '" 10 C) i Vi8~kot emp e ~atu~8ka ( t > 10 6 o C) k o d kc je
plazma
'"
s tepe n jonizacije 1zn0 5 1 ake 100 %. Te mpe r a t u ra p l a z me c e s to s e - 23
izra ~ ava
u energe tsklm jed lnicama e V (l e V = 1, 6 . 10 J ) p rl ~eo mu leV odgo'/ ara tempera turl a d 1166 0 C . Plazmeni p roc e ~ i k o riste se ne sarno za za v a r i vanj e , reziln je i janje
ult radlspe~ ~nlh
pra hova cis tih
me t a li z a ciju ve6 i met al a ~
z a dob l-
k a r b ida , ni t rida
kao 1 za pro lz v odnju s peci ja lnih Illat e r i j a l a u vrlo Inallm Y.. ol i c i-
nama. Toplotna energi ja k o j a se pre k o pla:..me pred a je p l o c ! data
j e izra zom
2 gde je: A - povr s ina r a zmene topl o te u em i TI l T2 -
ra plazme i
te mperatu-
plobe u Kj a - k oef i c ij e nt prel a za t Op lote jzme dju
mlaza plazme i povr s ine metal a ( z a ml a z a r g o n ske pl azme a = 10- 2 _ 10- 1 W/<: m2 1<). 3. 2 . 5
je
Laserski zrak Laser j e ure d jaj k o jl st vara nonohroma tske s v etlos ne ta e l e ktr o rn a gn ~ tni h
lase koji u spektru
tala sa
le ~ e
u obl a sti o d u1
traviolentne d o infrac rven e sve tlosti . Ov a svetlo st je k o he re nt-
na, §to
zna ~ i
losti to nije
da su s vetlos nl talasl u fazi, do k k od obio n e s vetclu ~ aj .
Nazlv l a s er
ja~avanje
p o tl~e
s v et:.lo sti
5
od p r oces a koji s e u njernu des 3va: po-
t imuli s ano m e mi s ijam z ratenj a .·)
Prvi impulsni l as e r ad kristaln og rubldijuma ,x o j ! je i s pu~tao
snap crve ne svetle sti
pr ona ~ a o
j e Teo de r Mej men , g odine
1960. Za s vrh e zava riva nj a prime njuje se rubin sk i
ko n ti nua l.n i
i mpu l 8~ li
gasn i l ase r CO
iIi CO +N +He . 2 2 2 Laser je k o nstruisan taka da daje u z ani s ve tlo s ni zrak,k o jl se gotovo
ne
na malo j
l aser k ao 1
iIi ga sn i
§ ir l , ~ ime
s e ast va ruj e ve lika ke nce n traci j a energije
po v r~ i ni .
Neme talni mate rijati - stakle , k ofa , dr ve - aps o rbuju energiju
laser ~
CO pa se o nl mo g u rezati u z do vodjenje neutral2 nih gasova radi o tklanjanja produkata re z anja. Nas up r o t tome ,
povr§ine c istih me tal a odbij a ju zrakove la.e ra CO p a je za r e2 zanje neoph o dn a o ksidacija i s t o vremenim do vodjenjem 02' budu61 0)
na engleskom: Li ght Amplifica tion by Stimula te d Emission o f Radi a ti on.
- 54 -
da oksidi metala apsorbuju laserske zrake. Laser CO + H + He sa lmpuisnlm pra~njenjem omogu6 uje re2
2
zanje rnetalnih 3.2.6
plo~a
debljine do 50 mm.
Elektronski snap
Elektronskl snop se dobija u posebnim uredjajima, u ko jima se nastali mlaz elektrona ubrzava ad katode ka anodi u vakuurnskoj sredini. Napon za ubrzavanje elektrona je do 150 kV na struje veoma mala
ra
0
~O
a jac i-
do 1000 mAo Mlaz ubrzanlh elektrona uda-
osnovni materijal pretvaraju61 svoju
kineti~ku
energlju u
toplotu dovoljnu za lokalno topljenje metala. Dubina prodiranja snopa elektrona u
~vrsto
tela srazmerna je energiji elektrona a
obrnuto srazmerna gustini tvrstog tela i
obi~no
je reda veli~ine
desetlh delova milimetra.
3.2.7
Egzotermicke reakclje
Toplota koja se oslobadja u toku hemijske reakcije, ug lavnom lzme·dju oksida zeleza i t!::istog alurninijuma, maze se isko ristiti za tzv. t e rmitno zavariuan j e. Ovaj izbor energije najces6e se primenjuje za nastavljanje trarnvajskih 1 zeleznickih s ina, pa stolja masina i drugih masivnih delova. Mes avlna oksldno g praha 1 zrnastog aluminijuma nazlva se termit, a hemijska reakclja termitna. Osnova termitne reakcije je redukclja okslda zeleza, npr. alum1nljumom Fe 2 0 3 + 2Al = 2Fe + Al 0 + 1674,7 kJ • 2 3
Drug! metod zavarivanja razvijen na osnovu egzotermi~ke reakcije jeste zauar i uan je ek e pl oz i j om . Energija eksplozije, npr. nitrogllcerina,heksogena 1 dr. oslobadja se za veoma kratk o vreme (reda velit!::lne mikrosekunde), i maze se koristlti za izradu dvoslojnih (plakiranih) limova t!::lja je os nova t!::ellt!::na a za s tltni sloj od bakra, titana 11i nlkla. Temperatura koja se dostl ze pri
eksplozljl iznosi 3000-4000 o C, a brzina udarnih talasa odg ovara brzinl zrna vatrenih oruz ja, tj. iznosi nekollko h!ljada ml s.
- 55 -
3.2.8
Mehani~ko
trenje 1 pritisak
Toplota koja se oslobadja
mehani~kim
trenjem na dodirnim
povrAlnama delova,koji se nalaze u relativnorn kretanju,mo!e se iskoristlti za z a v a r i v a n je t r e n jem i
u ltraz vu c n o z a v ar i v a n je .
Zavarlvanje trenjem primenjuje se kao alternatlvni postupak elektrootporskom
su~eonorn
z a varlvanj u U odnosu n a k o je ima
niz prednostl, a najvaf nija je nekoliko puta man ) i utro§ak elektrl~ne
energlje. Mana zavarivanja trenjem je § to se p o stupak
ogranicava sarno na delove kru znog 111 prstenastog popre cnog preseka, relativno ma lih precnika. Su§tina zavarivanja trenjern svodl se na obrazovanje tank e g sloja tecnog metala na suc eljenim povr§lnama i
na g lo dejstvo
sile pritiska; metal se u testastom stanju delimicno ist1skuje 1z spoja, a po njeg o vom obimu o brazuje se manji 11i v eei venae
istisnutog materijala. Spajanje ultrazvucn1m zavar1vanjem o stvaruje se u cvrstom stanju, zahvaljujuci
omek~avanju
dodirnih slojeva metal a usled
toplote oslobodjene trenjem, c isce nju dod1rnih povrs ina zb o g vibrae1ja izazvan1h ultrazvukom i difuzionim procesima izmedju o~iscen1h
i
zagrejanih kontaktnih povrsina. Frek veneija ultra-
zvucnih talasa koji se k o riste za z a v a rivanje izn05i ok o 20kHz. Kod metoda h l.a dnog z atJa l'itJ anja sa~o
cvrst sp o j se ostvaruje
delovanjem sile pritiska. Pritisak kojim se deluje na meta-
le vece plasticnosti, npr. aluminijum, bakar i sl.,dovodi do •
spajanja kao rezultat l o kalno g spontanog zagrevanj a i difuzionih procesa.
4
4.1
TOPLOTNI BILANS PRI ZAVARIVANJU
PROST I RANJE TOPLOTE I TEIIPERAT URSKO PO LJE Osobine materijala u zoni po d uticajem t o plote u velikoj
meri zavise, za dati zavar1vani materijal, od brzine promene temperature u toj zoni. Otuda proizilazi da je potrebno poznavati osnove prostiranja toplote u cv rstim t e lima k o j e Be detaljno izuc ava u Terrnodinamici. U
op s ~e m
sluca ju toplota s e
. mo ~ e
prenositi na tri nae ina:
pl' ovodje nj em (ko nduk oijomJ , stl' u janjem (konveko i jomJ 1 31'aaenjem ( l' adijaoijom J .
-
S6 -
U tvrstim tellma cestlce - atomi kojl se nalaze u rogljevirna kristalne re§etke osciluju oko svojih i
ravn o te~nih
po l o~ aja
time prenose energiju koju su primili od nek og toplotno g izvo-
ra e Ovaj svaki
na~in
prostlranja toplote naziva se provodjenjem 1
tv r st materljal se od l ikuje odredjenom
vredn o~ tu
k oe fici-
jp. nta topLotne pro vod Ljivosti (A) . Od svih tvrstih te l a metali imaj u najve6i koeficijent top l otne provodljivosti. Suprotno os talim tvrstim telima , kod meta l a se provodjenje toplote uglavnom odvija slobddnim kretanjem elektron a , a u manjoj meri oscilacijarna atoma oke tvorova kristalne zagreva
njegova
unutra~nja
re~etke.
Kada se tvrsto tela dalje
kinetitka energ1ja raste, amplitude
o s cllovanja ato ma su sve vete , ani poei n ju s l obodnije da se kretu Bve do prelaska u tec n o stan je. U fluidu (tet n osti , rastopu lli gasu) 1 sarna sredina se pomera sa mesta v i §e ka mestu nife temperature prenose6i toplotu sve do i zjednacavanja temperatura . Ovaj oblik prenosenja toplote u tetn ostima i gasovima naziva se strujanje iIi konvekcija. P r osti ranj e toplote p r ovodjen jem i strujanjem rroguce je sarno kroz ma t erija l ne sredine , dok se zracenjem toplota prostire i
u vak u umu ( np r .
zra~enje
svetlosnih elektromagnetnih talasa
sa s unca) • • •• Kvan t ita t ivno se provodjenje top l ote u cvrs t im telima 1z ra!ava Furi jeov l m zakonom, prema kome je kol icina provedene top l o t e dO za vreme d t kroz element izotermicke
povr ~ ine
rn a g r adijen t u temperature gradT
=
Matematicki se Furijeov zakon izra!ava u obliku: dQ
c
iIi posle uvod j enja pojma topLotnog prootoka (fluk sa) : •
Q =
dQ
at
-J5
t specificnog top lotnog fLukea q
=~ dA
(vektorska velicinal
J
-r rn s
dobija se q
c
aT - ). an
odnos no u vektorskom oblik u
Furijeov zakon se svodi na
A srazme -
- 57 -
aT. ?n = - ; g r a dT q = - 1.an 0
~
gde je: I. - termi c ka pro vodnos t u W/rn . K, T - te mperatura u K,
111 k oef l c i jent t o p1otne provod lji vo5 ti
n - norma l a na izote r micku
no -
pov r ~ in u ,
jedin i c ni ve kter u p r avcu no r mal e . znak minu s u ma te ma t icKom pri kaz u Fu r i j eo- v og zakona pa-
tte e otud a § t o se topl o t a pros tire ad mesta vise ka mes t u ni z e te mperatu re,
to znac i s upro tn o gra d ij e n t u t e mperature k oj i
uvek usrrere n ad
ni~ e
je
t e mp e ra tu re k a v l §oj .
Teorij sk i pos rnatr a no potre bno l o k a ln o topl jen je me ta la za zava r i v an j e ma ze s e o stva ritl pamodu iz vo r a t oplo te ,
s naga do vol jna za za grevanje i ce top1otnih g ubitaka.
topl jen je me t a l a , k ao i
~i j a
je
za po kri-
Sa teh n i c ko - e k onomske ta c ke gl e dis t a j e povoljnij e da to plotn ! izvo r lena tempe raturu zn a tno I.-iS U a d tempe ratu r e t opl je-
nja zavarivanog rneta la i da j e s t o kon c e nt r isan iji , j er se ti me sman ju je uk upan u tro §ak e nergij e i skra c uje vre me iz vodj enj a §a va . Tako j e np r. za suceono z ava rivanj e c e l i c no g s t a pa , prec n i ka 8 2 20 mm, potrebno utro ~ iti s pe cific n u energi j u ad 18 . 10 Ji m , a 2 pri elektr oo tporskom same 1, 3 . 1 DB J/m zbo g ve c e koncentra cije tapl ote e l e k t r ~ o tpo r skog izvo r a. Pri z a va rivanju, kao rezul t at lokal no g zagre vanja 1 h l a djen ja meta la, nastaju s1e dece pojave : t opl jen je i oc vr scavan j e , he mi j sko- fiz i cke r eakci je , s t ruktu r ne promen e u ~ avu i ZUT- u kao i termi~ke deformacije 1 sop stveni naponl . ~ ir in a po jasa p r omene ZUT za vi s i od na e i n a i s te pena 10kalnog zagrevan ja , r a s po de l e t emperatu r e , brz i ne promene tempe ra ture i kru t osti zava rivanih delova . Na vedene te rmi c ke pojave veoma su s l o ~ ene i zav i s e od: ob lik a iz vo ra top l ote, n j egove s nage i k ~nce n t r ac i je , vrAme na de lovanja , nae in a p rernes ta n ja , ka o i obllka , ve1ic ine 1 flzi c kih o sobina zavari vanog ma te rijal a . Pr ema o b1iku iz vori top1ote se de l e na : ta cka.ti ( 51 . 27 . a) t i ni jaki (51. 2 7 . b) 1 po vrli n8ki (51 . 27 . c) . Pre ma vremenu de l ovanja 1 stanju top l otni iz vo r i mogu biU tr e nu t n i i ko n t in uaZ n i J odno s no pob' et n i 1 nepokretni . Tac k as ti izvor topl ote odl ikuje se tr odirne n zi ona l nim provodjen jem t opl ote , l inij~k l dvod i menzi ona1n im i povrs i n ski - j e dnodimenzion a lnim . U s va kom s l uca ju s e t o p lo t a doveden a ne k om t e l u
- SH -
,,
,
I
!
a. ",-'____A"---Y
b.
6:::=:=£'={/
C.
S1. 27. Obi lei izvora toplote u prolzvoljnoj
ta~kl
mperatura u svim
prostire Bve do potpunog
ta~karna
dovedene toplo t e i
izjedna~avanja
te-
tela. Pri t o me u zavisnosti od koli c ine
veliclne 1 oblika tel a (ma sivno tel a 1 11 t anka
ploca) mogu nastupiti dva slucaja: - Aka je tel o maaiv no l 111 aka ima znatni toplotnl kapacitet*) i relativno nisku temper a turu, tada Be bez vece g r e s ke maz e smatrati da se celokupna kolicina dovedene toplote pros t i r e pro vodjenjem u masu tela. - Aka je tele U obliku tan ke pLace , iIi ima nizak t o plotn1 kapacitet i visoku temperaturu (npr. usled predgreva nja pre zavarlvanja), tada se jedan deo dovedene toplote pro stire k ro z plocu provodjenjem a drug! dec odlazi U okolnu sredinu prek o qrani~nih
povr§ina plo~e. Raspodcla temperatura u datom trenutku vremena u ma si t e la naziva se temperatul'"sk o pol je , i one rno~e biti s ta c io na r no i nestacionarno. U op~tem slu~aju temperatura je ne sarno funkclja k oo rdinata pojedinih taZ:aka (x, y, z),
ve~
i
vremena (t), pa se cEf .1niSe:
,rostOl'"no temperatul'"s k o po l je : - nestAclonarno
T = T(x, y, z,
- s taclonarno T c 1.' (x, y, z ) povrlinsk o t emperatul'"s ko po l je : - nestacionarno T ~ T{x, y, t ) - atacionarno T E (X,y) linijsko temp e ratul'"sk o po l je : - nestacionarno T : T(x, t) ... B tacionarno
*)
Xoli~lna toplote potrebna ve~a cd Tl do T "
2
T ... T
t)
,
(x) .
da se telu mase 1 g temperatura po -
- 59 te mpe ra~u rs k og
NA f orm1 r an je
i z vo r a top lote ( pokreta n i l l nepokretan , lan),
termoflz i ~k e os ~bine
u t1 ~ u:
polja
ob11k 1 stanj e
t r e nutan i Ii Kon tinua -
o snovnog rnate rij a l a i
oblik t e l a k oje
s e z a va ru je . p rl ~
U odgovara ju6 1 m p reseclma tel a te mpera tur s k o polj e se kazuje
iao t e rm i ~ kim
pov r Jin ama l1 i iaotermickim linij a ma J k oj e
predsta v l j aju g8 o met r l j s k o me s t o Izo te ~ ~k e
ta~ aka
jednakih t empe r a tura.
povr § l ne , koje n a sta j u posle o d re d j e nog v re -
men a z ag re v an j a masivn o g te l a nepokre t nl m
lote - jes u u ob1 1 k u
plo ~ e - u
za gre vanj u tanke na
kon ce ntr 1 ~ n1 h
ta~ kast i m
p lo ~a
za j edn1 ~ k e
ob 1 1ku v a l jak a (np r. za
t~p
po lulopt1 (al. 2 a .a ) ; a pr1
~e ll ~n e
oa e
F~
odgovara de blj1n 1 p l oce (a l . 2a . b ) . Kada s e
rna zagre v a debe la
izvorom ~ 1j a
1 s t1m ua l ov1-
l imo v e s > 5 mrn)
terme tempera turs kog po l j a su deformi sane
v1a1 -
(sl . 2 8 . c) ,
U
1 zo -
O dnOBU
na
ma.s l vno t e la, zbo g promene topl otnog f l ukm na do njo j g ran il: no j po-
vrA1ni.
a.
c.
I~I 51. 2 8. Raspodel a temperatura p r1 zag r e van ju nepokre tnlm top lotnirn iz v o rorn Pod u tlc a j em toplo tnlh ta l as a, ko ji s e pros t iru k ro z ma s u tel a ,
pojedine
perature
t a ~k e
s e z ag r evaju do odre d jen e rnak sirna l ne t e m-
a zatim nasta j e sup rotan p r o ce s - h l ad j enje.
Prome n a tempe r a t ure u f unkcl j l
v r emena , u s v im
t a~k ama
tel a koje s e nal aze u temperatu rsk orn polju, naz1va se temps ra t u-
r Bkim cik t uBom. koj1 j e odredjen op§ t 1 m 1z ra zo m T -
T(xo'yo' zo' t)
qde au: xo , yo, Zo - koord in ate razmatr ane
t a f:ke , a t -
v r e rne .
Tempe ra turs ki c1klus (sl. 29 ) mo!e b1t1 : pr oBt 1 Btolen . Na 81. 29 .a prix a zan je p r ost1 c i klus za j edno s l o j no zava rlvanje , a na 8 1. 29.b slo l en 1 ciklus p rvog s l eja vl§eslo j n og
Temperature u poj e d1n im
ta~kama
~ava r lvanja.
odnos no tempera tursko po-
lje . i njihova p r o ... n a u t o k u vreme n a tj; tempera tu r ski cik1 u s 1 ,
- 60 -
mogu se odrediti eksperlmentalnlm me r enjem 1 teorijskim pr o r ac un om (analiticki i numericki).
~ ~ ~
~
~
~ ~
~ ~
~
~
~
Q.
•
~
~
~
Q.
•
~
~
~
Ureme
ur eme
51 . 29. Temperaturski ciklusi: a) prost , b)
slo~e n
4. 1 .1. Ek s p erlmentalno od red jlvanje t e mp eratur s kog clklus a
Savremen i metod! merenja temperature i njene promene u tok u zava r ivan ja omogu6uju dovo l jno
ta ~ no
reglstro vanje termi c -
kih poj ava koj e p rate proces zavarivanja . Danas s u u p rirneni s lede6i metod! merenja temp erat ure i njene promen e u toku vremena: - di r ektno - pom06u termoparova i - opt ickorn kame r om.
x- y plsaca ,
D 1 r e k t nom e r e n j e t e m p e r a t u r e pomo6u te r mop aro va zas n iva s e na njihovom postavljanj u na o dabran lm mesti ma U odnosu n a aBU ~ava 1 povezlva nju sa p lsac em radl dob ijanj a krive - tempe ra tura - vreme .
Obllk t emperatur skih cik1 usa s n imljen ih termoparovima, ugradje nirn ispod za vara , za REL, EPP i EFT postupke zavarivan j a, p rikazan j e na 51 . 30 . Kri ve tempe ratur5kog cik 1usa odlikuju se: b ra in om zag r euan ja , ma ksimaZ nom t e mp e ~ at u~ om i . b ~ .3i n om h Zad je n j a. Eksperi me nta1 no odredjene k r ive (51. 30) istovre meno pokazuju da je zagre vanje 1inearna , a h1adjenje ekspone n cijalna funkcija vremena. Postav 1janjem t ermoparova u ta ~ kama po izboru r a zlic ito uda1jen1m od podu ~ne oae §ava, du ~ koj e se vor top1ot~ , dobijaju se krive date na a1. dT .a g r ~uanja i hLadje n ja (v - at) postl fe se ra , pa zeta one trpe 1 najve6e promene pri
ravnomerno kre 6e 1z31 . Najve6a b rz i na za ta~ ke is pod zavazava rlvanju.
- 61 -
l-REL 2-EPP J-EPT
500 // " 100 ~/~~--+-~~~~~,,~--~~44~~--+---1
J o o ~---r~~-t++++~~~~-+~++~p"~~--~
2 00 ~--+--+-++444~---+--~~4dd+~-"~--~
10 0 r---~--t-~rttttt----r--r-t1-rtttr----r~ O L-___ L_ _L-~~~~----L--L-L~LL~~---L--J
1
2.3 45 678910
20 304050
100
200 Joo
t
, 8
SL 30. Temperaturski ciklusi zone isped navara Za ve61nu postupaka elektroluc nog zavarlvanja brzina zagrevanja je u
granicama 50-400 °C/s, dok se pri elektrootporskom iIi laserskom zavarivanju
dostiie brzina od 1000 °C/ s. Pri ovako ve1ikim brzinama zagrevanja strukturne promene ne odgovaraju ravno-
tefnim. Zbog toga se preobraiajne temperature celika Al i A
podi f u u ob1ast viJ §ih temperatura, taka da
51. Jl. Temperaturski cik1usi za tal!ke 1-4 gradju. Za dati materijal i ne temperature i
cak i pri 1000 °c ce1ik mo~e
imatl feritno - austenitnu
usvojene uslove zavarivanja maksimal-
vreme da se te tempe r atu re dostignu zavise od
po1o!aja posmatranih tacaka (sl. 31),
~to
da1je us1ov1java i
razlike u novonastalim strukturama u tim oblastima poale zava-
rivanja. Deo temperaturskog ciklufB od maksimaln e temperature do
50-
bne naziva se tok htadjenja. Za ve6inu zavarljivih konstruktivnih
- 62 -
~elika temperaturski interval ad aOO-500 De u toku hladjenja je 1 interval fazn1h prorrena (Y+Q). U poslednje vreme 5e u tehnici sve vi§e primenjuju zavar-
Ijivi celiei povi§ene
~v rstoce
(jaclne), za koje
5e
pr ome na y-"o
odvija u temperatursKo m intervalu SOO-300oe; pa 5e zato karakteristican interval toka hladjenja pro~iruje na BOO-300oe.
Iz praktic nih razloga cesto 5e odredjuje vreme koje ra2 rnatrana tacka 1z zone po d uticajem toplote provede u temperatursKom intervalu faznih preobrazaja. Ova 5e vremena skraceno oznac avaju sa t
odnosno tSI 3·
a/5
Osim navedenih karakteristlKa temperaturskih ciklusa
brzine hladjenja naroelto pri temperaturi ad
cajno je odrediti i 300 0
zna-
C,jer ana dosta utice na veliclnu sopstvenih napona u s poju
a time i na hladne Na osnovu
prsl~ne
1z1o~en og
koje pri tom mogu nastati. proizilazi da je za ocenu zavarljivo s-
t1 metala odredjenim postupkom zavarivanja bitno i poznavanje mo gu6nosti za promenu pojedinih delova temperaturskog ciklusa, naro~ito
njegovog taka hladjenja. Opt i
~
k a
k arne r a s e primenjuje za merenje tem-
perature na bazi infracrvenog
zra~enja
koje emituje svako telo
i koje se ose6a kao toplota. Ovo
zra~enje
pada na t e rmoosetljiv detektor kamere, u ko-
me se toplotna energija ni signali se se vizuelno
poja~avaju
mo~e
preobra~ava
u elektricni signal. Dobije-
i §alju na osciloskopskl ekran na kome
pratlti kriva-termogram, iIi pak snim1ti i na
filmskoj trac1. S obzirom na
slo~enu
i skupu aparaturu i
te§ko6e ba!darenja temperaturske skale
znatne
ovaj metod se kod nas
malo koristi. 4.1.2
Analltl ck l prora c un temperaturskog polja Teorijski pristup za odredjivanje temperaturskog polja 1
temperaturskih ciklusa zasniva se na primeni osnovnih zakona termodinamike koji se odnose na provodjenje toplote. U cilju prlrnene ovih zakona potrebno je najpre odrediti -
ra~unski
iIi eks-
perirnentalno - koli cinu toplote koja se predaje zoni spajanja.
Ukupna 8naga t op lotnog lzvora lzracunava se prema slede-
dim izrazlma! -
za jednosmernu struju qu
=
UI
-
za naizmenicnu struju qu
~
Ulcos
- za 9asno zavarivanje qu
=
13,4
~
VC2H~
- 63 -
gde je: qu - ukupna snag a u W tj . J/s u - napon luka u V, r-ja~ina struje zavarivanja u 11., cos., - fa-ktor snage, VC 2H2 - protok aceUlena u l / h . Sa gledi Ata zavari vanja potrebno je poznavati etvarnu I.!.ktivnu) snagu izvora toplote (q), tj. toplotu i.kori§6enu za zagrevanje zavarlvanog predmeta, koja je rnanja ad ukupne 8nage usled toplotnih gubitaka . Stvarna enaga l z ra ~ unava 8e pre ma lzrazu q = qu·ni gde je: n1 - koef1cijent 1skor1§6enja toplote (n i = q/qu < 1), koji se l z ra ~ unava kac odnos ko li~lne top lote odre d.jene kalorimetarskom me todom 1 ukupne ra~unske snage. Za najvl§e Kori§6ene postupke zavarivanja vrednost~ koeficijenta ni daju se u slede6im gran1cama:
EPP
ni = 0,70 - 0,85 n1 = 0 ,80 - 0 ,95
MIG 1 MAG
n1 - 0,45 - 0,65
GPZ
n1
ugljenom e1ektrodom
'1
REL
1
-
0,27 - 0,85
= 0,50 - 0,70
U praks1 se ~esto termi~ko dejstvo toplotnog 1zvora izra!ava Unijskom enel'gijom aavarivanja qut j. po gons k om e nergi jo m.
Kod pos tupoJca elektrolu~noq zavarivanja linijska energija defini§e se izrazom ur kJ/cm q 1 a lobbv z· I'l l Ponekad se , kede je
re~
0 iotom postupku, a
prou~a va
promene parametara zavarivanja , daje lzraz bez
1i'
se uticaj
odnosno ZAne-
maruju se toplotn1 gub1c i jer au .talni za dati postupa k . za gasno zavarlvanje mo!e se g1ja pomo6u empir1jskog 1zraza 13,4.VC H 2 2 kJ/cm idodv .n 1 z I
U 8vlm lzrazlma za
q~,
V
lzra~unati
linijaka ener-
z j e brzina zavarivanja u cm/s.
- 64 Pri izvod j enju ugaonih §avova linljska e nerglja prl ruc -
nom
elektrolu ~ nom
zavarlvan j u mo! e se
l z ra ~ unati
pomo6 u lzraza
kJ/cm a prl automatskom zavarivanju pod prahom (EPP)
kJ/cm gde je a = debljina §ava u em. _ AA
Ana litidki pr or acu n tempe ~ atu r 8kog potja
izvodi se sa
slede6im pretpostavkama:
- snaga toplotnog lzvora - tac kastog, I1nijskog, ·povr §lnskog - je konstantna za vreme zavarivanja, a toplotnl izvor ne-
pokretan ili se ravnomerno kre6e brzinom v z ; - toplota se prostlre prema Furljeovorn zakonu; kad masivnog tela granicna povrsina se smatra adljab a tskarn ,:
aT
I
an A sto
zna~l
= 0
da je toplotnl fluks na
nuli 1 da je na njlma T
granl~nlm
povrsinama jednak
canst, tj. da nema toplotnih gubltaka;
=
- kod tanke plo~e 1 stapova okolinl se strujanjem (konvekcljom) predaje lzvesna koll~lna toplote deflnlsana Njutnovlm zakonom dQA = a(T-To)dAdt 111 qA = a(T-To ) gde je: a 'u W/m2K koeficijent razmene toplote strujanjem; dA -
element granl~ne povr§lne ~lja je temperatura T; To - temperatura okolnog vazduha; - usvaja se da su termofizi~ke konstante materijala nezavisne od temperature. Tu spada j u: ~ - termi~ka provodnost u W/mK c - specifl~na toplota prl stalnom prltlsku u J/kgK p - gustina metala u kg/m J cp - specifi~ni zapreminski toplotni kapacitet u J/m J K ~
a - cp
koeficijent temperaturske provodljivosti u m2 I s
- usvaja se da se fazne 1 strukturne promene u metal1ma odvljaju bez lzdvajanja 1 tro§enja toplote. * = - AgradT mo~e se napisati i u skal a rFurijeov zakon q nom obliku preko komponenata vektora
gradT -
~
+
~
+
~
- 65 ~
aT
= -hay'
qz
=
aT -' az
gde je u opstem s1ucaju T = T(x,y,z,t). Posmatranjem promene speciflcnog top1otnog f1uksa kroz e1ementarni para1e1opiped ZUT-a (51. 32), za v reme dej5tva unutra~njeg
izvora toplote qi' izvodi se parc i jalna diferencijalna
jednac ina prostiranj a top1ote: a (A~) ax ax
aT
, aT) L( ,a T) + Ll ay a y + dZ d Z + qi
= c PTI
gde je: izvora top1ote u W/m 3
qi -
iz d a~nost
aT a;::-
brzina prornene tempera ture u K/s ili °C/s y ...-r----:7I I
I /
d!J
J..--
":'/_-;-....IV
d:r.
dz
x
z S1 . 32. Promena top1otnog f1uksa T~rml~ka
provodnost A je funkcija temperature , pa stoga
i koordinata (x,y,z), jer razne tacke ZUT-a imaju i raz1icite temperature. Buduci da nije poznata ana1iticka zavisnost ,
= , (T) odno5no ,
klasi~nim
= , (x,y,z)
to se gornja jednac ina
rnetodima sarno aproksimacljom
A. =
mo~e
re s iti
canst.
U pra ktic nim uslouima CBstO 8e aredu delovi komplik o vanih obtika , taka da nije mogude na ci analiticko r ssenje Furi je -o ve
jednacine
iti se resenje dobija ua ve lika
upro~cenja.
stucajevima najefik asnij e au
n u mer i eke
Datja njihova pr ednost je sto
88
nji
i8 V O~i
topZote , zQvisnost
laka mogu ua eti
termofiai~kih
d e. obair unutras-
met U
U takvim 0
oBobina materijaLa od
temp e ratur e i koo rd ina ta kao i ne Zi nea r'l os t grani!nih u8 Zo ua. Ovde su iz1o~eni sarno rezu1tati ana1itickog re s enja diferencijja1ne jednacine provodjenja toplote, k oja s e posle uproscenja ,
s
const svodi na linearan oblik (sto znal! i da su svi izvodi
na prvom stepenu):
- 66 -
Ka da se uve de ope rato r Laplas a
.2
--t ax
a2
:-r az
ay = i.-doblja cp
1 koeflcljent a
.!! at
.2 + :""'1 +
se
= a V2T + ql
cp
Prl za va ri v anj u pokre tni m ta ~ka8tim l zvo r o rn top! ote , koji se ravnomerno kre 6e du i x - cse
nije stacion a mo
U
~a va,
( 9 1. 3 3 )
t e mperatursko p o l j e
o dno su n a ne po kre tnl koordin atn i s i s';.em
x,
y, z. -5
-20,,"
-/2
- /6
-4
-8
em 4
21/
V-
.
I.---"
-
Ir
V I'.
I"-
fem
~
~
I\.. ~
x
." y
51 . 33. Izoterme ~mperaturs kog po1j a (ce l 1 c na ploca, s = 10 nun, q:4,2 kW, vz =O , l c m/
s)
Med jutim, aka se usvojl da se koordin a tni s is tem krece zajedno sa pokretnim lzvorom toplote du! ese
~ a va
se pokretnl koordinatnt sistem «( , y, z) i tzv.
x
=~ ,
dobij a
k v an i o tac i o Ma r ~ o
tempe raturs kn p o l j e . Ovo xvazistaci o narno polj e mo! e se o b j a sn i ti mehanl~kom
analogijom sa vodenlm tal a sima koj e s tvara bra d p l ove -
61 ravnomernom brzin om. Za
posmatra~a
sa ob a l e stvore n i
ntau stacionarni, tj. njihov oblik s e u oku skladu sa udal j avanjem broda. Nasuprot tome,
po s m a tra ~a po5matr a~u
talasi lzg1edaju nepromen l jivi u toku v rernen a ; t o onl mogu nazvatl kvazlstaclon a rni
§to ustva ri
zn a~l
zn a~ i
t a l as i
me nj a u sa broda da se
p riv idno
nepokre tni. U ualovlma kvazistacion a rnog s tanja nema
unutra~njeg
jedna~lna
tempera t u rsk o p o l je
izvora toplote (ql - 0), pa s e difere n c i j aln a
prostlranj a top1ote svodi na:
Re ~ avanjem
67 -
ave p a rcijaln e linearne d ife r encijalne
jedn a -
cine mogu se odrediti te mpera t ursk i c i k l usi s t v o r e ni nepokretnim
ill pokre tnim izvorima t o plote .
1. Nepok r etan
tre~t/tan
topZotni izvor
Pri kratk o vre me n o m d e l o vanju koncentrlsanog top l otnog izvora u proi zvo ljnoj t ack! 0 masivnog tela ,
tanke p l o c e i
~tapa
(v . 51 . 27), maze s e za n e ku tacKu A de finisanu k oordin a tama ( x ,y , z) , odnosno (x,y) i
(xl o dre d iti t empera t ura po isteku v re-
me n a t , pomocu jedna c in a:
- za mae i v no tel a
T ( R, t)
- za tanku pl.o c u
0 e T(r,t) = 4 TT atc ps
-
ZQ
(-
o
T(x , t) =
Hap
(-
c pA (h a t)
lOe
gde je :
Vx 2 +y2+z 2
Vx 2 +y2
u m; 5 - debl j i n a plac e u m; b = 2ok/cp s - koef l cijent r azmene t op2 l ate na g r a n i c n oj p o v r ~ ini t a nke p l ace u l i s ; a - koeficij e nt k 2 k onvekcij e u w/rn K; b 1 = ak oS/ c pA - koefici jent r a zrne ne t oplote n a granic n oj pov r § i ni § tap a u l i s ; S, A - ob im odnosno povr s ina popre c nog pre s eka stapa urn, t j. m2 •
Q - kol i c ina toplote u J ; R =
u m; r =
2. Pok r eta n i nepokr eta n t ra j an iz v or
t optote
U s luca j u de l ovanja pokre tnog l zvo r a t oplo t e s t va rne snage q , b r zine v = x / t duz a se x , temperatura pro izvol jne tacke A sa koordi n atama za maslvno te l a (x,y , z) .1. tanku ploc u (x,y) nakon isteka vremen a t , data je lzrazlma: v - ra (x + R) - z a mas i v no t e la T(R ) =
rnne
vx
- za tank u
pL o ~ u
T (r) =
~se- raoKo (U)
gde je K (u) modlfikovana Beselova f unkcija prve vrste, c ije su o vrednosti u funkc iji argume n t a "un date u tablici 8 . Argume n t "un
izra ~ un ava
se prema izra z u
- 66 u
=
rJ?r V 4.
b2
+ -
•
< 10
za u > 10 kor1stl se asimptotska formul a
Ko(U) ~ e
-u
,I. Vlu(1
1)
- ~
Tablica 8. Vrednosti modifikovanih Beselovih f unkcija u
0,0
Ko (u) ex>
u
K (u)
U
Ko (u)
3,0
0,0347
7,0
0,000425
0
0,1 0,2
2,447
3,2
0,0276
7,2
0,000343
1,753
3,4
0,0219
7,4
0,000277
0,3
1,373
3,6
0,0175
7,6
0,000224
0,4
1,115
3,6
0,0140
7,8
0,000161
0,5
0,924
4,0
0,0112
8,0
0,000146
0,6
0,775
4,2
0,00693
8,2
0,000116
0,7
0,661
4,4
0,00715
6,4
0,0000959
0,8
0,565
4,6
0,00573
8,6
0,0000776
0,9
0,487
4,8
0,00460
6,8
0,0000628
1,0
0,421
5,0
0,00369
9,0
0 ,0000509
1,2
0,318
5,2
0,00296
9,2
0,0000412
1,4
0,244
5,4
0,00238
9,4
0 ,0000334
1,6
0,188
5,6
0,00192
9,6
0,0000271
1,8
0,159
5,8
0,00154
9,8
0,0000219
2,0
0,114
6,0
0,00124
10,0
0,0000178
2,2
0,0893 0,0702
6,2
0,00100
0,0540
6,4 6,6
0,000808 0,000652
0,0438
6,8
0,000526
2,4 2,6 2,8
U matem .. ti~koj 11teraturi daju se vrednosti Ko(u) za argument "u"8a dYe decimale. Napred pokazane jedna~1ne mogu se korlstiti za odredjlvanje temperatura u slu~aju delovanja pOkretnog toplotno g izvo ra. Jedna~lne vafe posle isteka nekoq vremena t
potrebnoq da u bli-
z1n1 razmatrane tacke nastane stabl1izovano temperatursxo polje. Kada deluje trajan nepokretan toplotnl lz vor potrebno je u prethodnlm jednaclnama stavitl v ~ 0, pa se doblja:
- 69 -
- aa masivno tela
T(R) =
~
plo~u
- aa tanku
rV:<
gde je u =
slu~aj
Najzad, za
zavarivanja izvorom toplote velike sna-
ge koji se kre6e velikom brzinom, npr. EPP,
mo~e
se uzeti da se
toplota pros tire sarno u pravcima upravnirn na x -osu, slu~aju
kre6e izvor toplote. U tom
du~
koje se
temperature se izrac unava ju
prema izrazima: - za ma sivno telo (upravnl pravei su y i = T ( y, z , t )
p lo~ u
- za tanku
z)
r2 ....!L..- e- 4at 2nJ:Vt
(upravan pravac je y)
2
- *at T(y,t)
e
9
=
v.s Y4nat gde je: r
= Vry~2-+-z~2-.
3. Odr edJivanje brzine hZadj enja mo~e
Brzina hladjenja
se odrediti difereneiranjem dobije-
nih izraza za temperaturske cikluse po vre menu u to k u hladjenja. Tako se npr. pri polaganju navara na ~ke
~ as ivno
telo, za ta-
koje leze na x-osi po kojoj se kre6e izvor toplote , brzina
hladjenja odredjuje po izrazu: (Tk -To) 2 vh -
2 WA--'::""'':::''9 f.
gde je: 9Z - linijska energija luka u Jim, Tk -
:::;::a::~: :~~:~::~o:-::~:a:u~~~og Sli~no
za
ta~ke
koje
v h = 2WACpS
du ~
tempe-
ciklusa u °C, To - pocetna
se pri zavarlvanju tanke le ~ e
karakterit1sti~na
plo~e,
brzina hladjenja,
x-ose, mo!e odrediti pomo6u i zraza : ·
2 (Tk-To )
2
9 f.
3
°Cls
-
Najzad se za nano~enja
slu~aj
70 -
polaganja navara na
plo ~ u
ve6e de bl j ine , 111
pojedinih zavara kad vl §eslojnog zavarivanja, veza
izmedju brzlne hladjenja 1 tempera ture Tk odredjuje pomo6u i z raza:
gde je vrecinost koeflcijenta k data na 51. 34 za pretho dno izra ~una te
vrednos ti
-16
2q l ~
Sa stanovl§ta
k f,.
~.
~. ~,
~,
•
struk-
turnih promena prl zavarivan j u c e llka, korlsno je odrediti brzinu hladjenja u oblasti najrnanje stabl1nastl auste-
f,'
',' ',.
o~ekivanlh
~
zna~l
"\.
nita, to
'"
valu 1spod temperature Ar
0.' .,6 1
u temperaturskom inte r-
1
teea
800-
500°C). 5toga se za proracun brzine .~
2
/ 3
,,
hladjenja, u praks!, uzima da tempe-
if ratura Tk odgovara aritmetickoj sre-
51. 34. Dijagram za odredjlvanje k
din! gornje i donje graniee najrnanje stabilnostl austenita, tj.: Tk = t(BOO+sOO) = 650°C
U su§tini temperatura Tx treba da bude ona pri kojoj se odigravaju strukturne promene austenita za konxretnu brzinu hladjen ja . Kada se raspola!e snimljenim temperatursklm cik1usima zavarivanja (v. 81. 30) mo!e se grafi~ki odrediti hrzina h1adjen j a u svakoj ta~ki, pa i za temperaturu struk~urnog preobra~aja austenita (T ) i po potrebi korigovati temperaturski ciklus. k Na sli~an na~in se grafickim putem, pomocu odgovarajuc1h temperaturskih c1klusa, moze odred1ti brzina hladjenja tacaka ZUT-A koje ne le~e na os1 x. lako se 1z da~h jednaclna mo~e izra~unati temperatura 1 brzina hladjenja u pojedinirn ta~kama zone uticaja toplote, Ipak je to nedovo1jno da se predvlde strukture u toj zon1, stoga ~ to su pri zavar1vanju uslovi zagrevanja i hladjenja takvi da se konacno uvek ne dobijaju ravnote~ne strukture. Drug1m recima, pri zavarivanju nije dov01jno poznavati same sastav osnovnog materija1a i njegove strukturne promene pri zagrevanju i hladjenju, doatlgnute temperature 1 odgovaraju6e brzlne hladjenja, da se pred-
-
vidl
kona~na
trajna i jal~
i
71 -
struktura. U torn srnislu obavljaju se brojna, dugo-
skupocena dilatometarska i spitivanja pojedlnih
kon5trui~u
odgovarajuci KHZ - dijagrami
m ate r~
odnosno anlzQ-
terrnski dij agrarni (kontlnualnog hladjenja) u uslo virna zavarivanja. Za neke
~e lik e
KHZ - dljagrarni dati su u literaturi, pa se z a
poznate brzine hladj e nja 1z austenltnog po drucja
mo~e
predvideti
i odgovara.iuca struktura posle zavarlvanja. Aka postojeca brzina
hlad jenja aaje strukture kaljenja ~to
tran!forma cije,
martenzitne odnosno beinitnc
je u vecini slucajeva nepovoljno, preduzima-
ju se mere da se brzina hladjenja smanji. Navedeni izrazi za pro racun brzine hladjenja ukazuju da se
ana maze umanjiti povecanjem pocetne temperature tela (T ), tj. o
predgrevanjem pre zavarivanja, kao i pove6anjem linijske energije zavarivanja q l odnosno izmeno m parametara zavarivanja.
Os nove toplotnih pojava, koje su ukratko izlo zene u ovom poglavlju, potrebne su za ra zumevanje micke obrade i Za
prakti~an
metalur~kih
sopstvenih nQPona prouzrok.ovanih zavarivanjem.
proracun temperaturskog polja trcba poznavati ter-
rrof izicke ·konstante materijala koje se rnogu nac1 literaturi. lako su na prvi rsko polje i
promena, ter-
pogl~d
U
odgovarajucoj
dobijenl izrazi za ·tempcratq-
temperaturske cikluse s lofenog oblika, izracunavanje
temperatura u pojedinim ta~kama ne predstavlja danas veee teskoee jer se
raspola~e
juci tome
mo~e
racunskim rnasinama velikih moguenosti.
Zahvalju-
se iei i na proracun temperature na veoma rnalim
rastojanjima, sto daje dosta vernu sliku stvarnih terrnickih ciklusa u zoni uticaja toplote. ~tavise, mogu se uzeti i korigovane vrednosti nekih
ture, npr.
termofizi ~k ih
konstanti u zavisnosti od tempera-
I. = I.(T) , c - c(T) , a - a(T) .
METALURSKI PRoeESl I PROMENE PR l' ZAVARIVANJU
1
TOPLJEN.TE METALA I
OBRAZOVANJE ~A VA
Stvarni toplotni protok (q) k o j i zavisi od vrste top l o tnog lzvora 1 tehnolo§kog postupka uvod! se u toku zavarivanja lokaln o i celuje na dec osnovnog 1 dodatnog materijala. Pod uticajem uve de-
ne toplotne energlje,
~lje
se
termi~ko
dejstvo najbolje izra!ava
linijskom energijom, dolazi do zagrevanja i lokalnog topljenja novnoq 1 dodatnog materijala. Osirn toga,
uv~dena
05-
toplota se provo-
djenjem prostlre kroz osnovni materijal, a njeno de lovanj e u poj e dinim
ta~kama
ZUT-a lzra!ava se
term1cki~
ciklusima zavarlvanja,
odnosno promenama u svojstvima osnovnog materijala.
1.1
TOPLJENJE OSNOVNOG MATERIJALA Parametri zavarlvanja, pored
termo-fizi~kih
osobina metala
1 njegove rnase, bltno uticu na pojave lokalnog zagrevanja i Ijenja materljala, kako osnovog take i zovanje metalnog kupatl1a 1 njegovo
top-
dodatnog, odnosno na obra-
o~vr§6avanje
kao i
na struktu-
ru 1 svojstva spoja.
Obllk i
veli~ina
metalnoq kupatila, obrazovanog od delo va
ra8topa osnovnog 1 dodatnog materljala
mo ~ e
se prakti c no odrediti
ako 8e naglo preklne zavarlvanje 1 uvede komprlmovani vazduh. Time
-
se mo~e istisnuti
73 -
r astop , a nasta l e udub l jenje odgovara po obli -
k.u i dimen z i j ama metalnom kupatilu . Hetalno kupati l o,oblika prema
51. 35, odredj e n o je duzi n om (L) , sirinom (b) i dubinom (h) ; pre me § ta se
du ~
ase
zavari van j a o d redjenom b r zin om , taka da je pred -
nj! deo metalno g k upa t ila uvek u tec nom stan j u, dole. se n a njegovom L
....,
[;:/'l..
V;//
zadnjern de l u odvi ja 510-
A
~
.£ §~
5ukcesivno ocvr-
jevito i
~.<:
scavan j e , i I i dr ugim re eima o b razuje say .
A
rn a s n aga top l o tnog i zvo -
~
~
/
Ako je pozn ata stva-
-
-
ra (q),
.0 -
(XX
no s t osnovnog ma t er i ja! a
I
"
termicka provod-
(A)
i
n j egova t empera t u-
ra topljenja (Tt) , moze se , pri navarivanj u ma -
si vnog te l a , lzrac un a t i duz in a metaln og kup a t ila
p rema izrazu L = ...-", q-",,-
s1 . 35. Oblik metalno g kupatil a i sava Vreme (t )
2nLTt
z a k o j e s e meta l zavari v a c kog k up a til a na l a z i u
te c nom s tanju , o c i g l e dno se mo ~ e i z ra c un a tl pornocu du~ine kup a t i l a
(L) i brzine za va r i v anj a L V
t = -
=
z
Da bi me t a l
(v
z
)
9
2 1r1.. v .Tt
z
~a va
pas eda v aa
t ra~e n e
me hani ~ke
asabine adrnah
posle zav ari v an j a i b e z termi ~ k e a brade ili d rug ih mera , n jegov hemijski sasta v ug lavno m s e raz liku je ad osnovn og mate ri jal a . Prakt ieno se hemijski s a sta v rne tal a ~ava mo~e re g ul i sat i lzborom dodatno g ma te r i jal a i
odgova r aju6im
step e na me sanja osnovnog i doda tno g
materijala. u deo dodatnog mat e rijala
U
o brazovan j u sava maze se iz -
rac una t l pomo6u l z r aza
At a udeo osnovllog mat e l'ij a la iz r azom Yo = Ap+At ' Y d = "A--"+TK-'
Ap p
gde je: A
t
- pov r§ in a p o pun javanj a (51. 36) , At - povrs in a top lje -
nja; prl iome mora biti l s pun jen usla v Yd + Yo : l. Teorijski posmatra-
- 74 n6 sadrfaj nekog hemijsko e1ementa ( M§> u meta1u
~ avu
mofe
se odredlti na osnovu pozna tog sadr~aja
tog elementa u osnov-
nom materljalu (Mo) i u doda-
tnom materijalu (M d ) S1. 36. Presek su~eonog ~ava
U stvarnlm uslovlma zavarivanja nastaju metalurske re-
akcije lzmedju rastopa 1 gasova,kao i rastopa i
troske. Zbog toga
mofe do6i do isparavanja nekog sastojka, leglranja sava nekim e1ementima iIi oksldacije drugih elemenata, pa te se stvarni sadr!aj posmatranog elementa u §avu razlikovatt od teorijskog za
~
6M. To
dalje zna~l da se stvarnl udeo nekog hemijskog elementa u metalu ~ava (Mst ) mofe izra~unati pomo6u izraza §
Vrednast adstupanja + 6M maze se
prakti~no
adrediti za dati pos-
tupak 1 tehnologlju zavarlvanja.
1.2
TOPLJERJE DODATNOC MATERIJALA Zavisno ad
na~lna
1 postupka zavarivanja, zagrevanje 1 to-
pljenje dodatnoq materljala nastaje delovanjem toplote qasnoq plamena, D!ulove toplote, toplote
elektrl~noq
luka 1 druqlh toplot-
nih izvora. Istopljenl dodatn1 materijal - zice, ob1ozene elektrode, elektrodne zlee i
sll~no-prenosi
se gravltacljom i drug 1m silama
u metalno kupatilo,u kame se me§a sa rastopom osnovnog materljala
u stepenu od 10-100\
zavisno od obllka !leba, tehnologije zavari-
vanja, ltd. Kapl lstopljenoq metala odvajaju se od dodatnoq materijala u razli~itim veli~inama 1 obllclma, tako da pri njihovom prolasku kro~ atmosferu na putu ka metalnom kupatI1u, do1azi do dodira sa razli~itim gasov1ma, toplteljima iIi rastopom troske. U 8lu~aju npr. REL zavarivanja, prenos rastopa elektrode odvlja se kroz stub elektrl~noq luka (sl. 37). Prl tom se broj 1 veli~1na
kapi menja u Airoklm granicama u zavisnostl ad vrste e1e-
ktrode 1 debljine obloqe. Prenos u obllku krupnlh kapl karakteris-
-
75 -
ti~an
je za elektrode sa tankom oblogom i malim jacinama struje zavarivanja, dok se prcnos sitnim kapima ostvaruje pri zavarivanju
a
51. 37. Proces stapanja
pri REL zavarivanju
debelo oblozenim elektrodarna i strujom velike jacine. Na prelaz kapi cd elektrode ka zavarivanom delu
uti~e
ne
sarno sila zemljine te~e vee i plazma luka,kao i elektrodinami~ke sile uz pojavu tzv. pinch effect- a. Zbog toga smer prenosenja ka-
pi ne zavisi ad po l arlteta i po16zaja zavavarivanja,jer su navedene sile vece ad gravltacione,pa je zavarivanje moguce izvoditi i u prinudnim polozajima npr. iznad glave. Topljenje i prenos kapi praceno je i pojavom isparavanja nekih elemenata metalnog jezgra i obloge e lektrode, povecanjem zapremine i pritiska s to dovod! do rasprskavanja dodatnog materijala i pojave dima, odnosno gubitka metala i toplote, smanjenja vidlji vosti i zagadjivanja okolne sredine. Ove pojave se naroc it o iSpoIjavaju kada se zavarivanje lzvodi sa elcktricnim lukom ve6e d u ~ i ne i vislm naponom,ili u slucaju pove6anog sadr ~ aja necistoea u metalnom jezgru elektrode, odnosno neodgovaraju6e obloge. Pri dodiru kapi rastopljenog dodatnog mawrijala sa ga90virna u stubu luka dolazi do oksldacije i rastvaranja nekih gasova u rastopu. Kako se istovremeno sa metalnim jezgrom topi i obloga,
to ~e rastopljena obloga elektrode obrazovati tecnu trosku eko kapi 1 iznad metalnog rastopa . Kratkotrajnim dodirom rastopa troske 1
- 76 netala nastaju hemijske reakcije .pri vlsokim temperaturama.. koje su
prou~ene
i
pirometalurgijl.
Slo!ene i
kratkotrajne hemijske reakcije (promena hemijskog
sastava, oksidaclja 1 sl~) i utl~u
uslev! hladjenja poale o~vr§6ivanja
na hemijski sastav, strukturu,
mehani~ka
svojstva i oblik
nastalog §ava.
Budu6i da se u metalnom kupatl1u me§aju rastopi dodatnog 1 osnovnog metala dejstvom
razll~ltih
s11a (elektro i
kih) koje deluju odozdo ka povr§ini, to se posle
termodlnam1~
~vr§6avanja
za-
pa!a neravnomerna povr§ina liea §ava (v. s1. 13) nastala zbog pulziraju6eg dejstva pomenutih si1a i
sukcesivnog
~vr§6avanja.
Pri
torn se sa tankom oblogom dobijaju grube povr§l liea !ava, dok debe10 oblo!ene elektrode daju glatku povr§1nu sa gotovo neprlmetnom "gusenicom" • Zavisno od osnovnog materijala i namene konstrukcije, odabrana elektroda mora da ispuni odredjene uslove u pogledu hemijskog sastava i mehani6ko-tehnolo~kih svojstava, jer se hemijski sastay i svojstva osnovnog rnaterijala uglavnom razlikuju od dodatnog materijala i, u ZUT-u se menjaju u toku procesa zavarivanja. Kao §to je vee spomenuto, hemijski sastav metala §ava uslovljen je sastavom osnovnog materijala i hemijskim elementima koji prelaze iz istopljenog metalnog jezgra i obloge elektrode. Proces obrazovanja §ava praeen je legiranjem, oksidacijom, pre~i§eavanjem (dezoksidacijom, desumporizacijom, defosforizacijom) i drugim termickim pojavama. Kvantitativno se prelaz hemijskog elementa iz dodatnog materijala u metalni rastop izra!ava odnosom
gde je:
- 1Mel§ - sadr!aj odredjenog hemijskog elementa u §avu u %, - jMelE - sadr!aj tog elementa u dodatnom materijalu. Utvrdjeno je da se prelaz hemijskog elementa u rastop metala §ava odvlja: ... flzi~ko-hemijskim pojavama i reakcljama u medjuprostoru lzmedju toplotnog izvora i osnovnog materijala, npr.stubu luka; i -hemijsklm reakcijama izmedju rastopa §ava i troske. Zbog slo!enosti svih pojava (disocijaclje, oksidacije, 15paravanja, prelaza elemenata 1z rastopa u trosku 1 obrnuto, difuz1je, ltd . ), njihovog odv1janja na vlsoklm temperaturama i za krat-
-
to vrerne, uz rastvaranje i
77 -
izdvajanje gasova u
nemetalnlh ukljucaka 1 drugih
gre~aka,
~avu
i
stvaranje
svojstva spoja i sava za -
vise u velikoj mer! od vrste i kvaliteta prlmenjene elektrode i refima zavarivanja. Za uspe§no izvodjenje odredjenog zavarenog spoja raspola!e se danas vellkim a sortimanom dodatnog materij ala (elektroda, ~ica i dr.) sa te!njom njegovo g daljeg pro §irenja.
Za
prakti~ne
potrebe bitna je
~
stva rna kolicina istoplje-
nog dodatnog materijala koja u jedinici vremena prelazi u metal ~ava.
Stvarna kolicina predstav lja zbir mase metala istopljene fi-
ce, mase legiraju61h elemenata iz obloge iIi cistog fe leza iz obloge, umanjen za velicinu gubitaka usled rasprskavanja i oksidaclje.
Koli~ina
stvarno unesenog dodatnog materijala u say izra!a-
va se koeficijentirna topljenj a elek-trode u g/A.s ill g/A.h. Velicina koeficijenta topljenja kre6e se u granicama 9-14 g/A.h za
oblo~ene
elektrode
i 15-20 g/A.h pri zavarivanju pod
praSkom. Ovi koeficijenti topljenja i rna
na~rn
1.3
lskori ~ce nja
se odredjuju pre-
standardu JUS C.T3.D02.
HEMIJS KE REAKCIJE U RASTOPU Kao §to je ranije pomenuto proces zavarivanja topljenjem
odvija se u uslovima manjeg ili veceg uzajamnog delovanja (interakcije) rastopljenog metala i okolne atmosfere. Stog a se ne maze izbeci ispa r avanje
nekih sastojaka legure, ra st varan je gas ova
iz vazduha (apsorpcija) i sag o r e van je nekih elemenata iz osnovnog i dodatnog materijala. Osim ovih §tetnih pojava, u procesu zavarivanja maze se pomocu metalur §kih reakcija iz vesti p r ecisda v anje (rafinacija) 1 leg iran je metala s ava. 1.3.1
Isparavanje Pri zavarivanju otvo renlm
elektrl~nlm
lukom ne moze se lz-
be6i isparavanje nekih sastojaka metala. To dovodi do promene hemijskog 5astava metala s ava, pa i njego v ih Kada se zavaruje
~ellk
mehani~kih
osobina.
isparava Mn, a pri zavarivanju obojenih
metala 1 njihovih legura ispara va ju Mg, Pb, Zn. Pored stetnog dejstva na osobine spoja, lsparen ja nekih metala (Zn, Pb) su otrovna i opasna po zdravlje
zavariva~a.
Kolicina isparenlh sastojaka
rno~e
se urnanjltl ako kapljice
metala ostaju §to kra6e vreme u prostoru elektri c nog luka, sto se
posti ~ e
78 -
zavarivanjem kratkim iukom. Pri zavarivanju mesin ga, 16-
paravanje ainka se mo!e
spre~iti
jedino primenom 9 a&n0 9 zavari -
vanja 1 t o oks1d1§u6eg plamena. U ve6~n1 postup aka elektrolu ~ no g zavarlvan ja, isparenl e l ement se onadoknadjuje njegovim pove6anirn sadr ~ ajem u dodatnom mater1jalu 111 za§ t1tnom pra ' ku. 1 . 3.2
Apso rp clja gas ova u
~avovlma
Gas av! se mogu rastvarati u metallma sarno aka se prevedu u a tomn1 obl1k 1 ako ne gra de sa metal1ma jonska jed1njenja . U takve e1emente spa daju vodoni k 1 aB o t. Ki s e on i k je oksidacioni elemen t , pa se zato u te~ nom !elezu rastvara sarno u vid u oksida FeD. Bez ob zlra da 11 se navedeni gasovi rastvaraju direktno u metalu (H 2 , N2 ) 111 u v1du oks1da (02 ) , on1 pogor§ a va ju mehan1 ~ ke osobine §ava 1 narusavaju rou jedrinu stvaraju61 porozna mesta. ~ava
Poroznost metala
2[H] + [0] 2[H]
H ot ; 2
+
[H ] t I 2
+
posle dica je slede6ih hemijskih reakcl j a
2[N J
[c] + +
[0]
+
co t
[N ) t 2
goo srednje zagrade poka zuj u da je gas 1z metala ~ ava , a vertikalna strelica da gas odlazl u spolj n u atmosferu. Rastvorljlvost gasova u te~nom metalu zavlsl od parcljalnog prltlska qasa lznad zavar1va~kog kupat11a, temperature i vrs be metala. U ve~ o~vrs lom me t alu rastvorljlvost gas ova se menja 5
-
o ~ o tJ
I
N2 .J .
,, ", 2 5
0, o J
o
o
~
, 20
I
N
E
I
--
5 0
--,
H2 , 50 0
. ~
F -~_ ~ Pe
0 N
0 , 02
I
I i u I' HZ~ :..: I 6
~
0 10
E
4:c?-
!
.., 15
"~
HZ
"
0 . 01
Ii 2 u ~F B
l ~oo 1 800 1 00 0 Te mp e r a tur a 0c
51. 38. Ravnote~1 d1jagram rastvorlj1vost1 vodon1ka 1 azota U g'votdju
- 79 sa temperaturom a
naro~lto
sa promenom kristalnc g radj e . Skokovl-
be promena raatvorljivosti gas ova nastaju pri temperaturama fa z -
nih promena u metalu (sl. 38). Nagl a promena rastvorljl v ostl gasova za vreme faznih preobra!aja mole lzazvatl poroznos t s ava i prezasl~enih
pojavu neatabllnih
~vrstlh
rastvora sklonlh star enju.
Xoncentraclja nekih gaaova, npr. CO , u tefnom metalu za 2 varlva~kog kupatila mo!e se smanjltl lntenzivnlm me§anjem te ~ nog
metala, Ito ae poati!e prlmenom jednosmerne struje obrnute pol amoati 1 skra6enjem
elektri~nog
Koli~lna
luka.
§tetnih gasova u
metalu lava mo!e se smanjitl i meta lur§kim reakcljama izmedju sas tojaka u oblozi 111 prahu uz obrazovanje jedinjenja nerastvorlji-
v.1h u metalu lava, koja zatim isplivavaju iz rastopa. ~tBtno
d.tovanje kis60nika
Okaldaclja metala u procesu zavarlvanja mo!e nastatl
di~ e
ktno 1 reakoijama raam e ne lzmedju metala §ava 1 oksida iz troske. Direktnoj oksidaciji podle!u kapljice dodatnog materijala aa vreme njihovog form1ranja i prola!enja kroz medjuelektrodnl proatorl ta vrsta oksidacije mo!e se prlkazati op§tom
jedna~inom
za bilo koji metal: Me + 1/2°
2
• MeO
Okaldaclja zasnovana ne hemijsklm reakcljama razmene lzme-
dju metala jednal!incm
(1) i oks ida troske (2) mo!e se prikazati hemijskom
Me(l) + Ma(2)0 • Ma(l)O + He(2) +
Smer o4v1janja reakcije direktne oksidacije zavlsi od parcijalnog pritiska kiseonika iznad varivanju u
za~titi
zavariva~k o g
kupatila. Pri za-
inertnlh gasova, parcljalni pritis ak kis e oni-
ka je veoma nizak (mali sadr!aj
°2 ),
pa ne nastaje
oksld~cija
me -
talne kapljice ve6 razlaganje prethodno stvorenih okslda. U ostalim .1u~ajev1ma naataje oksidacija (sagorevanje) nekih sastojaka dodatnog materijala. 5klonost ka oksidaclji odgovara redosledu Al, Ti, C, 5i, MIl, Fe pa po tom redu ldu 1 gubici legirajuC!ih eleu.nata lz dodatnoq materija).a. o metalu
~ava
mogu postojati
~vrstl
1 gasovtti proizvodl
okaidac1je. evrsti proizvodi oksldacije lsplivavaju u trosku lli o ataju u . . talu u v1du
man~e
~tatne
sitne dlsperzije
kao
npr.
Al20j u ~uiku. Naprotiv, u lequrama Al, oksid Al 203 tone u donje aloj.v. lava ill a. talo!1 na iv1cama oanavnog ma~rljala, remete-
- 80 61 metalnl kontinultet na granicama rastopa. Gasovitl proizvodl oksldaclje odlaze u spolja§nju atmosferu 111 ostaju zarobljeni u metalu §ava U obliku mehurova. Kiseonik obrazuje sa gvo!djem:oksid FeC temperature topo ljenja tt = 1360 o C; Fe 0 (FeO.Fe 2 0 ) 1 Fe 2 0 3 (tt = 1530 C). u 3 4 3 . te~nom gvo!dju rastvara se sarno Fea koji moze nastati slede6im hemijskim reakcijama: 2Fe+0 Fe
2
= FeD + CO 2 Fe+H 2 0 = FeO + H2
Fe+C0
= 2FeO
+ CO = FeO+C
Pored toga, Fee moze da nastane 1 1z povr§inskih okslda (Fe 0 ) tj. rdje. Pri zagrevanju ~elika v laga isparava, pa kise3 4 onlk nastao dlsocijacijorn vodene pare u zont elektricnog luka pove6ava parcijalni pritlsak kiseonika, i
izazlva reakciju
4Fe 30 4 + 02 = 12FeO + 302 Cd ukupne kolicine Fea u tecnom metalu §ava jedan deo se razlaze
prema jednacinama: FeO + C = Fe + CO FeC + Fe)C = 4Fe + CO Gas CO izlazi iz rnetala sava sve dok gornji slojevi sava ne ocvrsnu
pa je stoga povoljnije sporije hladjenje,jer se time omogueu-
je da veei dec ovog gasa izadje iz
~ava.
Preostale kolicine CO
stvaraju stetne gasne mehurove u metalu sava. ~tetan
oksid FeO rastvara se u rastopu celika, a u ~vrs
lorn metalu sava nalazi se u obliku nernetalnih sistemu Fe-FeO
koli~ina
log(% 0) = -
uklju~aka.
kiseonika odredjuje se po
~ +
U tecnom
jedna~ini
1,935
gde je T - apsolutna temperatura u K. Oksidni ukljucci FeO remete rnetalni kontinuitet sava i me mu pogorsavaju mehanicke osobine. Dea oksidacijom se
sni~ava
ti-
koncentracija kiseonika u meta-
lu sava. U principu se dezoksidacija obavlja na dva nacina: - dlfuzijom FeO u trosku, - razlaganjem oks ida FeD. Difuzna dezoksidacija nastaje na granici troska - metal, pr1 ~emu nastaju jed1njenja 2FeO.S10 111 2FeO.T10 koja 1sp11va2 2 vaju u trosku. Oezoksidac1ja razlaganjem oks1da FeO nastaje u metalu §ava pomo6u elemenata ve6eg hemijskog aflniteta prema kiseonlku od gvoldja. T1p1~ne rekac1je dezoks1dac1je su;
-
[FeO] + [e]-
+
81 -
CO t + [Fe ]
2 [FeO] + lSi] + (S10 2 ) .. [Fe ] [Feo ] + [Mn] + (MnO) + [ Fe] gde srednja zagrada tojak prela z i
Ija s nju
zna ~ i
da je sastojak 1z .§ ava,
mala
da sa&-
u trosku a vertikalna stTe lica da gas o dl az i u spo-
atmosferu~
DezoKsidacij a aluminijumom se redje koristi,jer au takv l savovi skI on! prslln ama pri udarnorn opte re6en j u na povls enim te mpera turarna. Posledica reakcij e FeO sa C jeste smanjenje sadr ~a ja C 1 o u metalu s ava , jer gas CO 1z1az1 1z s ava. Mada to sni f enje kor isno deluje na mehani ~ ke osobine sava , nepovoljno je §to maze nastati poroznost sava zbog n a stajanja gas nih mehurova narocito pri niskom sadrz aju Si.
Losa strana dezoKsidacije sava razlagarijem okslda FeO j e mogu6no s t zag adjenja s ava nemetalnim ukljucclma nerastvorljivim u troski. Najbolje je primeniti vise dezoksidatora, jer se tada stvara niskotopljiva troska koja lako isplivava na p ovr § inu i vezuje vel1ke kolH5ine oksida. Na taj nacin r a ste metalur§ka cvr s to6a §ava.
Stetno de Zovan je v odo nik a Na visokim temperaturama elektrlcnog luka nastaje najpre disocijacija vodene pare + +
a zatim jonizacija molekula vodonika
eime Sll stvoreni uslovi za njegovo rastvaranje u tecnam metalu. Atomni vodanik ima precnik manji od parametra kristalne re§etke ve6ine metala, pa se u njima rastvara srazmerno temperaturi (sl. 38). Pri hladjenju metala § ava nastaje difuzija atoma vodonika 1 njiho va sjedinjavan j e u molekule . To je pra6eno pove6anjem precnika taka da vodonik v i §e ne mo ~ e da prolazi kroz kristalnu re§etku celika. Zbog toga se molekularni vodonik nagomilava u tzv. rezervoarima stvorenim uvarenom troskom ili izla! enjem gasova (CO, CO 2 ), stvaraju6i pritis ak od nekoliko stotina pa do nekoliko hiljada bara. Pri niskim pritiscima nastaje gre §ka U obliku ga Bnih me h urov a , a pri vi§ im pritiscima nasta j u mik r op r s l i ne . Obe gre §ke mogu nasta ti kako u osnovnom materij a lu, tako i u ZUT-u.
- B.2 Prlauatvo vodon1l
[!'eO) + [S2) - [S20) + [Pe) , • jedln javan jam aa aUllpe)l"''' [S2) + [s) 111
[S2 S )
razugljani~avanje,. ~llka
[FelC) + 2 [S2) -
[cs.) + J[Fe)
Reaultet ovih ball1jakih raakelja je atvaranje mahurova voclena pare (S20) , aumporovodonlka (S28) i metana (CB.) kojl oataju u _talu Java ili ZOT-u. Vodonlk naj~elc!e doapeva u lav ia vlalnih obloga elektrode 111 praba, vlalnih i aardjalih lviea oanovnog ...terijala i rulaga; DjeJII organakih jedlnjenja kao Ito au boja, ulj., ..... t. Zbog toga - '. j. valno auJenje elektroda 111 praba pre &avarivanja, odatranjl",ane~btoc!a
nj. vlage i
,
sa lv1"a oanovnog materijala. Oalll toga, '
,,<. ~rabu
la .avarlvanje dodaje . . CaF koji trajno V'8zuje vlaqu. 2 ~ a\l . . tno, vodcmlk aa nakim metalima gradl 1 ball1jaka jedinjenja, npr. NbS, VB, TiS 1 NaB, C&B J r
Prl te8p8raturama elaktrl~og luka nutaje okaldaeija jed"Og clela asote pre... jedna~ini N2 + 02
:
2NO,
dok . . drugi deo jOlllauje pre... jedn~inl +
U te~o. _talu rutvaraju . . NO i N~ tako de _
u rutopu :metela
Java aogu pojavitl Inatoe koll~ine rutvorenog aaota. 8nilav""jeJII 0 ta..,.rature lapod 900 C j.d"" deo aaota, r ... tvo . .n u aetalu Java, abraauj. nltride lel.aa Fe 2 N 1 Pe.N a drugl cleo oataje u evratom r ... tvoru y-. . . . tke. Raatvorljlvoat asota u a-ra"tkl qvoldja opa-
da sa snizenjem temperature prema sliei 38.
Ako
. . _tal "va bladl . . latlvno _llkCIII brainoa, vllek azote oataje aarabljan u a-Fe, j.r j. aa nj.govu dlfuaiju potrabno odredjano V~. U toJr:u vr.8aDa lsluauj . . . vi.lak •• ot. 1. ~vrwtocJ r_tvora
i
sa
gvo~djem
83 -
obra =uje nitride Fe 2 N, Fe 4 N. Zbog toga se u toku ~ava,
vremena pove6ava tvrdo6a
a opada plasticnos t
i
~ilavost.
pojava se naziva disperzno starenje iIi otvrdnjavanje. §tetno delovanje azota mo~e se umanjiti aka se elektrodnom
materijalu dodaju elementi koji grade stabilne nitride i karbide (kao
~ to
su AI, Mg iIi veoma stabilne nitride npr. Ti, izlu~enim
Ta). Ovi element! grade jedinjenja sa
Zr, V, Nb,
azotom 1 ugljeni-
korn koja su stabilna 1 na -sobnoj temperaturi, pa time smanjuju koli~inu
slobodnoq azota.
I pored s ,tetnog delovanja azota, on je u austenltni.m
~ell
elroa koristan sastojak u kolleln1 ad aka 0,2 %. Azot deluje kao
y -geni element (aust e nizator
ugljeniku, a 30 puta U
ja~i
) po jacini austenitizacije jednak
od nikla.
ugljeni~nim ~ elicima
sadrzaj azota iznad 0,2 % stetno de-
luje na zavarljivost, jer povecava tvrdo6u 1 krtost 1 izaziva disperz1ono starenje metala sava.
1.3.3
Pre~i s 6avanje
(rafinacija) metal a
~ ava
Metalur§ke reakc1je u metalu §ava mogu imati takav tok da umanje
sadr~aj
sumpora 1 fosfora u metalu §ava. Osnovn1 je cilj ko11~ina
raf1nac1je da se sniz1 ukupna
nja FeS koje se dobro rastvara u Preci§6avanje je naroe1to
jedinjenja ka segregaciji
va ~ no
te~nom
sumpora, posebno jed1njece11ku a slaho u troski.
s obzirom na sklonost sumpornih
i obrazovanju dvojnih ili trojnih lako-
bopiv1h oeubektikuma koji mogu prouzrokovat1 vruce prsline. Desumpor1sanje se izvodi pomocu elemenata koj1 1maju vee1 hemijski afinitet prema
sumpo~u,nego ~elezo,i
temperature topljenja bliske
gvo ~ dju
obrazuju sulfide,
1 rastvorljive u troski. To
su element1 Mn i Ca koj1 sa FeS stupaju u hemijske reakclje:
[Fes] + (MIlO)
+
(MIlS) + (FeO)
[FeS] + (CaO)
+
(CaS) + (FeO).
Ova reakcija je efikasna sarno kada je MIlls ve6e o d 2 2. Iz analize ravnote!nih stanja ovih reakcija proizilazi da efikasnost desumpor1zacije
zav1s1 ad koncentracije MnO, CaO, MnS, CaS
1 FeO u trosk1 1 koncentracije Mn u liavu, lito se mote prikazllti 1zrazom
[S J
(MIlS) D
[Mn)
(CaS) (MnO)
(FeO) (CaO)
-
B4 -
Odavde sledi da se najrnanji sadrfaj sumpora [5] u metalu §ava postl~e smanjenjern MnS, CaS 1 FeO i pove6anjem MnO i CaO u troscl
[MnJ u
i
~avu.
Odstranjivanje fosfora mogu6e je hemijskom reakcijom meta1a
~ava
sa bazl~nom trosKom. Proces se odvija u dve etape: naj-
pre nastaje fosforpentoksld P20S' a potom trajno kompleksno jedinjenje sa oksidom kalcijuma. Ova hemijska reakcija odvija se pri temperaturl bllsKoj solidus 11n1j1. Izdvajanje fosfora je uspe§nije ukoliko je ve6a koncentraclja CaD u troski i ukoliko je bazi~ nost troske ve6a. U §avovima lzvedenim pod slojem kisele troske izostaje prevodjenje fosfera u trosku, wag toga au slabije 050bine
1.3.4
plastl~nosti
metala §ava.
Legiranje metala §ava
Legiranje metata J ava mo!e se ostvariti na vire na~ina. Osnovni na~ln uvodjenja legiraju6ih elemenata preko elektrodne 11-
ce se primenjuje pri zavarivanju u za§tlti qasa, zavarivanju pod troskom 1 EPP zavar1vanju visokolegiranih ~elika. Pr1 REL zavarivanju, leglraju61 elementl se uvode u obllku ferolegura 111 praha
cistog metala u oblo.i. Isto tako se primenjuje uvodjenje legiraju6ih elemenata u metal §ava 1stovremeno 1z elektrodne !ice i praha kad EPP postupka. Najzad se legiraju6i elementi mogu uvesti u Iretal §ava r:edukcijom oksida kojL se nalaze u troaki. Ovaj na~in se primenjuje pri EPP zavarivanju niskougljenicnih i niskolegiranih ~elika. U tom slu~aju 'r edukcioni element je Fe ~to izaziva porast sadrlaja Mn i Si u metalu §ava. Uvodjenjem legiraju6ih elemenata u metal §ava obavlja se nadoknada tog elernenta za iznos smanjen usled isparavanja i oksidacije; treba imati u vldu da je legiranje efikasnije preko lice nego preko obloge ili pra~ka.
1.3.5
Utlcaj dlfuzije u procesu zavarivanja
Pojed1ni atom! u rogljevina. kristalne re§etke mogu dobit! ve6u energlju od srednje vrednostl za datu re§etku,zbog fluktuaclje tj. kolebanja amplitudnih vrednosti unete toplotne energije. Ovakvl atom! mogu da aavladaju energetsku barijeru koja ih zadr!ava u ravnot8!nom polo!aju i da zauzmu nova lntersticijalna mesta. Prazno meato, ili vakancija (lat. vacantia), koje tako nastaje mofe
- 85 biti popunjeno jednim od susednlh atoma sto je ~lja
difuzij e
pra~eno
utlcajem
brztna raste sa temperaturom. Difuzija se naroci-
to ispoljava pri temperaturama vi§im ad T
=
0,3 Tt, gde je Tt -
temperatura topljenja u K. Na pojavi difuzije zasnivaju se fazne promene u metallma, re!tristalizacija, puzanje, sinterovanje 1 narocito precesi termi~ko-hemijske abrade leao ~ to ·su cementacija, nitriranje i dr. MnDge pojave pri zavarivanju kao, npr. hladne prsline, promena hemdjskog sastava u ZUT-u, prsline
~arenja
i
dr.
takodje su prouzrokovane difuzijom.
Do difuzlje uglavnom dolazi aka su pojedini sastojcl neravnomerno rasporedjeni u materijalu. Difuzija,koja se javlja u metalnom kupatilu, o~vrslom metalu sava leao i
izmedju sava i
ZUT-a,
posledica je razlike u koncentraciji nekog elementa u navedeniro delovima spoja. Difuzija atoma u njegovoj Bopstvenoj se samodlfuzija, a u protivnom Matemati~ki,pojavu
re~
je
0
mre~i
naziva
rnigraciji atorna.
difuzije opisuje prvi Fikov (Fick) za-
kon kaji je najpre uveden (1858. god.) za
te~ne
i gasovite rast-
vore, a zatirn se "pokazalo da se maze primeniti i
za difuziju u
cvrstim telima. Prvi Fikov zakon glasi dm = -
D
~A
dT
gde je: dm - elementarna rna) kroz povr§inu A (u
koli~ina
difunduju~eg
2 cm ) za vreme dt(u S)i
sastojka (u grami-
~
-
gradijent
koncentracije u pravcu x-ase; 0 - koeficijent proporcionalnosti
ilikoeficijent difuzije odgovara kroz povr§lnu ad 1 cm
2
koli~ini
difundovane supstance
u baku 1 s pri razlicl koncentracije jed-
nakoj 1. Koeficijent difuzije D zavisi ad temperature (T) prema izrazu D
=
D e -E/KT
o
qde je: E - enerqija aktivacije procesa difuzije; K - Bolcmanova konstanta;
0
- konstanta dlfuzije.
o U savovima se odvija difuzija hemijskih elemenata
nlka, azota i dr.
uglje-
, uz obrazovanje cvrstlh rastvora 11i jedinje-
nja, koja se sme§taju u vakancijama ili
duf granica metalnih zr-
na. D*fuzija je svakako potpunija ukoliko je visa temperatura, dufe vreme, ve6a rastvorljivost 1 manja sklonost odredjenog ele-
menta ka obrazovanju da i dr.
hemijskih jedinjenja, npr. nitrida, karbi-
- 86 -
Pri zavarivanju difuzlja je veoma tntenzlvna u slu~ aju znatnih razlika u koncentraciji d~funduju6e9 elementa u ~avu i ZUT-u. Utl~u . takodje l1kvacija i segregacija,kao 1 promena rastvorlji vost i hemijskih elemenata u pojedinlm fazama (npr. rastvorlji vost vodonika nagl0 opada prl faznom preobrafaju y
+
a). Isto taka, zbog
promene temperature du! popre~ne ase sava i nastajanja novih krtih faza u zon1 stapanja , difuzija nepovoljno deluje na svojstva plastl~nosti 1 svojstva ~vrsto6e zavarenog spoja. Taka, na prime~pri zavarivanju ~ellka primenom austenltne elektrode
ugljenik i
azot
iz osnovnog materijala difunduju u metal sava i stvaraju karbide i nitride hroma. Iz tih razloqa se,u c11ju sprecavanja pojave ov1h krtih faza u metalu §ava, kao dodatni materijal za oblaganje straniea !leba koriste Ni-elektrode, jer nikal ne rastvara ugljenik, pa je naneta obloga nepropustljiva za navedene elemente. Uop§t~ je pri zavarivanju celika karakteristicna i pojava difuzlje vodonika,koja se odvija 1 na sobnlm temperaturama. Vodon1k je jed1n1 hemijsk1 element koj1 se 1.dvaja 1. metala §ava 111 ZUT-a u spoljnu atmosferu 1 pri normalnoj temperaturl, §to se praktlcno korlsti 'za odredjivanje sadr~aja vodonlka u zavarenirn spojev1ma.• Vrerne izdvajanja vodonika iz zavarenog spoja u spoljnu atmosferu zavisi od njegove koncentracije,debljine i unutrasnje gradje zavarivanog dela 1 mo!e lznositi nekoliko satt do nekoliko dana . U slucaju zavarivanja bakra koji sadr~i izvesne kolicine klseonika, dlfuzija vodo~ka mo!e prouzrokovatl tzv. v odonicnu krt ost i pojavu prslina u zoni stapanja. U posebnim slucajevima, kada se zavaruju raznorodni materijali oqranicene rastvorljivosti komponenata u cvrstom stanju, difuzija dovodl do pojave starenja usled obrazovanja tvrdih i krt1h hemijsk1h jedinjenja, koja se 1zdvajaju u toku vremena 1 t1me progreslvno pogor!avaju neke osobine zavarenog spoja.
1. 4
OBRAZOVANJ E SA VA I
PROMENE PRI Ot VRSCA VANJ U
Proces obrazovanja §ava pri zavarlvanju topljenjem sastoji se 1z celiri faze: - rastapanja stranica osnovnog materijala do odredjene dubine uvarlvanja; - 1spunjavanja !leba rastopam osnovnog i dodatnog materlj a -
-
87 -
- prirname kristalizacije ( s l. 39); - prekristalizacije. Obrazovanje
za variva~kog
kupatila, npr. pri elektrolucnom
zavarivanju (v. 51. 37) je uslovljeno visokom koncentracljom top-
lote i pritiskorn gasova janizovanih u
elektri~nom
luku. Oba ova
faktora zavise od jacine struje zavari v anja i napona luka. Aka rapove~ava
ste gustina struje
se koncentraclja toplotnog fluksa i
prltlsak jonlzovanih gasova, §to utice na porast dubine uvarivapove~a
nja. Nasuprot tome, aka se
racija toplote i pritisak
napon luka smanjuje se koncent-
gasova,~ime
se umanjuje dubina'uvari-
vanja a pove6ava sirina s ava. Mehanicke osobine s ava dobijenog to-
pljenjem zavise
o~njegovog
izilazi iz procesa
hemijskog sastava, strukture koja pro-
o~vr ~ 6avanja,
tj. kristalizacije i koeficijenta oblika
GT'ani co
~a va.
Prim a rn a kristaZ i z acija s ava odvija se u uslovima 15-
st!!.E an j a
tovremenog zagrevanja r astopa odgovaraju6irn iz vo rom toplote
i hladjenja provodjenjem toplote u osnovni materijal. Pri Te ena
tome se zanemaruju toplotni
. okolni
gubici kondukcijom i
njern uti~u
U
zra~e-
vazduh jer ne
bitnije na tok krista-
lizacije. Primama kristalizacija pocinje na koje S1. 39. Prikaz prima me kristalizacije
povr~inarna
ograni~avaju
zavariva~
ko kupatilo, na tz v. granici
stapanja (sl. 39), jer nema
uslova da se u rastopu stvore centri kristalizacije. Kristaliti rastu normalno na povrsinu hladjenja suprotno od s me ra odvod je-
nja toplote. S obzirom na slo z en oblik ~vrstu i
te~nu fazu,
povr~ine
koja razdvaja
kao i na njeno stalno preme § tanj e u skladu
sa brzinom zavarivanja, dobij a ju se kristaliti oblika sabijenih dendrita. Brzina porasta dendrita javljuju i
periodi~no
se menja,
~ak
se po-
zastoji kristalizacije u trenucima toplotne ravnoteze
uspostavljene
periodi~nim
oslobadjanjem toplote kristalizacije.
Daljim hladjenjern kristalizacija se nastavlja na neravninama prethodnog sloja,kao centrima. Zbog vovi irnaju slojevitu i
periodi~nosti
unutra~nju
g radju.
kristalizacije
~a
- 88 -
U toku procesa prlmarne krlstalizaclj e zapafa s e pojava unutar kristalne, medjukrlstalne 1 lokalne segregaclje eleme nata S, PiC. Na mehanl~ke osobine ~ avova naro~ito nepovoljno de luju medjukristalna 1 lokalna segregacij a. Primer ~ tetnog delovanja
medjukrlstalne segregaclje je sumpor koji se izlucuje na granicama kristallta i gradi eutektikum Fe-FeS temperature toplje nja 985°C (crvena krtost). Lokalna segregacija se javlja zbog toga ~to periferni i centralni delay! §ava ne krlstali~u istov remeno. Prl ocvr~~avan~u zbog snifenja temperature opada rastvorljivost
nekih elemenata u re §e tkl metala, pa se preostali sredl §ni deo rastopa obogacuje tim sastojcima. Nagornila vanje ovih § tetnih primesa mo!e trnat! za posledicu pojavu prslina, naroclto na jednos10jnlm savovlma ve6eg poprecnog preseka. ~ tetno delo vanje lokalne segregaeije (51. 40a) maze se umanjiti izradom s ava ve6eg koe-
ficijenta obLika
Ko
= b/h
(al. 4ob).
a
51. 40. Utieaj oblika sava na polozaj segregaei onih prlmesa Brzina kristalizaeije u velikoj meri zavisi od 1inijske energije zavarivanja (ql = UI/V )' Pri ma10j linijskoj energiji z (npr. velika v > raste trenutna brzina hladjenja sto da lje dovodi z do usitnjavanja dendrita i ravnomerne raspodele sastojaka izmedju cvrste i tecne faze. Zato se smatra da pri zavarivanju malim linljsklm energijama pojave segregaeije gotovo i nema. Porastom 11nijske energije zavarivanja (mala v ) smanjuje se trenutna brz zina h1adjenja, pove6ava segregacija i rastu dendriti . Porast de ndrlta i segregaeija stetno de1uju na metal ~ava , jer mu umanjuju udarnu !ilavost 1 pove6avaju sk1onost zavarenog spoja ka vr uci m prslinama. Pri zavarlvanju metala jednofaznih struktura, kao sto su ~pr. austenitnl celiel, te~i se stvaranju druge strukturne faze u rastopu, radi sprecavanja rasta dendrlta.
Proe s 8 prekristaliaacije odvlja se u temperaturskom intervalu promena osnovnog rnaterijala. Na primer, pri zavarivanju celika sekundarna struktura nastaje kao posledica eutektoidnog razlaganja auatenita.
• alotropskih
Rezultat prekristalizacije
~ava
i
ZUT-a zavisi od nje g ovog
hemijskog sastava 1 brzlne hladjenja u temperaturskoj oblastl najmanje stabilnosti austenita~ U zavisoosti od trenutne brzine hladjenja, pri isto m he-
mijskom sastavu sava 111 ZUT-a, mogu se dobltl re
po~ev
razll~lte
struktu-
od ferltno-perlltne pa do belnltne 1 martenzltne.
S obzirom na vlsoke temperature u ZUT-u i razllke u temperaturama pojedinlh
se ju
~ltav
nlz
ta~aka,koje
razll~ltlh
mehanl~klh
le ~ e p o pre~no
na osu sava, doblja
struktura s to z a sobom
povla~l
anlzotropl-
svojstava.
Umesnost zavarlvanja, izmedju ostalog, sastoji se 1 u koris~enju postoje~e
anlzotroplje
uslovima konstrukcije,ona ne
na takav uti~e
na~in,da
u datlm radnl m
negativno na rnehanic ke osobine
zavarenih spojeva.
1~4.1
Pojava i vrste prslina u zavarenim spoje v ima Osnovni cilj zavarivanja je da se dobije trajan spoj lzme-
dju sastavnlh delova konstrukclje. Taj spoj mora odgovaratl nim radnim uslovima po
tra~e
str uktu rnim i hemij s ki m s v ojst -
m eha nick i m ~
vima. Da bi se ostvario tako postavljeni cilj osnovni materijal mora posedovati odgovaraju6u zavarljivost, na koju se po potrebl
mo!e utlcatl 1
terrnl~kom
111
terrno-mehanl~kom
obradom. Prl ocenl
zavarljivosti polazi se od toga da zav areni spoj u prvom redu mora
bltl neprekldan (jedar) tj. bez prsllna, mlkroprsllna, neprovarenih mesta, para, uvarene troske
itd ~
Do nedavno je zastupana teza
da say mora biti izveden bez gresaka , ali se u po s l e dnje vr eme dopustaju odredjene v rste gre s aka i
zastupa teza "po g odno st i za -
date svrhe " . Pri tome kontrola kvaliteta mora biti na viso kom ni vou
da bl se mogle razllkovat1 g reske Iz
prakti~nih
ve~e
cd dopu s ten1h.
razloga zavarljivost metala se s v odi na g ru-
pu uslova kojl omogu~uju lzvodjenje zavarene konstrukclje u kojoj "se veze odllkuju unutrasnjom neprekldno s ~u metala kao 1 tra! enlm "mehani~kim osobinama. Zbog toga se, uz iz ve sna ppros 6enja, problem! zavarljivosti mogu s v esti na grupu zahteva za:
- o tpornost a avareni h spoJeva na vru ce ( kr istaliaacioneJ pralin e ~
- otpornos t Bavar e ni h spoje v a na hladne
p r sline ~
- otpornos t Bava r e ni h s poje ua na lamela rn e p r aline i . pralin e l ar e n j a .. - ot pornos t Ba v ar eni h spojeoa na k r ti lorn .
- 90 otpornost zavare nih spojeva na v r ude i hladne prsline ~ es
to se naziva te hn ot o~ k a o t pornoat spoja i prou~ava se u Te orij i
tehnolo§ke otpomost1 metala. Os novna razlika izmedju v r u~ ih i hladnih prslina je ~to su vruc e prs line medjukrist alne
nastaju i
o dnosno
§ire se izmedju me t alnih z rna, dok hladne prsline mog u
biti i transkristalne'- § to zna~i p reko metalnih zma. V r u
~
e
p r
s 1 i n e
Vru c e pr a lin e i i i mikroprsline nastaju za vreme hladjenja o u temperatumom podru~ju oko solidus linije (za celik SOO-900 C ) . ave prsline se ~ogu pojaviti u metalu §ava i zovu se kri sta l iaacione, kao i u zon1 p o d uticajem toplote kada se zovu l ik v ac i o ne. Glavni uzrok poj a ve vrucih prslina jesu mala deformaciona sposobnost i niska tehnolo§ka otpornost metala u dvofaznom stanju - cvrstarn 1 tecnom n a graniei kri s talita. Pri hladjenju s poja nasta j u zate!u~i
naponi k ao poslediea 11vackog skupljanja metala sava i
elasti~no-plasti c no g
deformisanja. O\~ tri promenljive o dredj u j u
oblast koja se naziva po d ru cje v i o o k o t e mpe r a t ur ne k r to Bti.
stantan adnos cvrste i krto B t i ~
tecne faze dobija s e t e mp e r a t urn i
koji u s tvari predstavlja odnose brzine
Za k on -
in te2' va t
d~f o rmisanja
i
temperature pri Kojima upravo nastaju prsline. Svaki za vareni spoj u fazi izrade mora pro6i kro z temperaturnu oblast sklonosti ka vrucim prslinama .
cunat1 na
mogu~nost
Zhog toga se mora ra-
pojave ovih prslina bez obzira da Ii se za v a-
ruju n1skougljenicn1 i austenitni celiei iIi celiei povi s ene c v rstoce. Naroclto se 0 Qvome mora povesti racuna pri zav arivan j u c elika pavl§ene cvrstoce, jer se u p o drucju vtsokotemperaturne krto-
sti ponasaju kao
n1skougljen1~ni
celiei, a
dobija tek posle fazne transformaeije y Rezultati
prakti~nih
~
odg ovaraju~u
jacinu s a y
o.
isp1tivanja pokazali su da je pojava
vruclh prsl1na vrlo verovatna aka u § avu postoje sastojct skloni
ka obrazovanju nis k otopljivih eutektika i hemijskih jedinjenja 1zdvojenih na granicama metalnih zma.
Vru~e
prsline se
najces~e
pojavljuju u celieima sa visokim sadr ! ajem S, C, S1 i Ni. Razumlj1vo je da za dati hemijski sastav metala § a va, sklonost ka vru6irn
prslinama dosta zavisi ad karak~era prima rne kri s -
talizac1je. To znaci da za svaku tehnologiju treba izabrati optimaIne vrednosti napona, ja~ine struje i brzine zavari vanja. U to m smislu Be preporu~uju manja linijska energ.tja zavarivanja i mere za smanjenje sopstvenih napona i brzine defor.m1sanja.
- 91 -
B 1 a d n e
p r s 1 1 n e
Bl adne pra Line , vodonikom l zazvane pra line iIi zakasne l e praline, su gre§ke koje nastaju pos le z a v r Aetka zavarl van j a 11 1 posle polaganja pojedinih zavara u §avu. Nastaj u prl temperatura o ma nl~im od 300 C. Poznatl su prlmeri nasta janj a h l a dnih prslin a poale du!eg vremena na kan zavarl v an j a. One au posebno opas ne, j e r
mogu nastati i u t o ku eksploata c i j e k onstrukcl j e,
po ~ t o
s e prl
zavr~oj
prljemnoj kontroli ne mo g u otk r lti jer j o § nlsu nastale. Hladne prsline s e mog u pojav l t l u zonl pod utlcajem toplo-
te 1 u metalu §ava. Prema mak romo r fologlji ( sl . 41 ) ove prsline
51. 41. Shema hladnih prslina u mogu bltl
podu~ne
(1) iIi
popre~ne
~avu
i ZUT-u
(2). Prsllne na hladno u ZUT-u
(3) nastaju po pravl1u u zonama koje su bile zagrejane l znad temperature faznog preobra ! aja (A ). Hladne prsllne ne lz1aze uve k 3 na povr§lnu §av~kao na sl. 4 1, vet mogu nastatl 1 u unutra§njim delovlma Aava. Zbog toga Zvu~na
ovakve p r sline otkrl vaju sarno ultra -
lspl t ivanja a penetrantne
te~nosti
ovde ne daju rezultate.
Pojava hladnih prslina u oblasti zavarenih spojeva uslo vIjena je sledetim faktorlma: - martenzitnom 111 donjo-bejnltnom strukturom ( za povl§ene
~vrstote)
- dovoljnom
~ ellk e
metala §ava 111 ZUT-a; koll~lnom
dlfundo vanog vodonlkal
- prltlskujutlm naponima odredjene Jedan od glavnih
uzr o ~nika
veli ~ in e .
hladnlh prslina j e vodonlk. U
metal §ava vodonik dospeva iz sastojak a obloge e lektrode, prah a , vla ~nog
okolnog vazduha,
1 nedovoljno
ne ~ lstlh
o~l§tenih ~ lca
gasova z a§ tltne a tm os f ere k ao
1 z a vari v anih I v ica.
Koli~ina
v odonl -
ka u metalu lava izra!ava se u ml na 100 q mase me tala lava 1 k re-
6e se,
U
zAvlsnostl ad tehnologlje z a varl van j a , u g ranicamA 1 do
30 ml/lOO g. Vodonik iz metala § av a di f un d u j e
u zonu pod u tic a j em
- 92 toplote,naro~lto
za vreme faznih promena (y·a) U metalu §ava. Kao
§to se vldl sa 51. 42 u jednom delu metala sava ve6 je zavr §ena
promena y+a, dok je u ZUT-u(na istoj vertikalnoj liniji) jo§ austenitna struktura. Pri promeni y.a nagl0 se smanjuje rastvorljivost
vodonika u metalu §ava, pa veliki dec vodonika difunduje u ZUT. Pri vi§im temperaturama rastvoren vodonik je u dlsQciranom stanju,
a hladjenjem ispod 200°C, na slobodnim
rnestima u masi rnetala
Met a l sa va Tr oska
lzdvaja se vodonik u
3Qv ari vanJ Q .
molekularnom stanju. Ovaj
preobra~aj
pra-
6en je visokim temperaturama 1 jakim pritiskuju6im naponima.
Dec vodonika, 51. 42. Prikaz promene y+a U metalu sa va i
difunduje i na slobodne povr~ine zavarenog
ZUT-u spoja i
kao Ho je istaknuto,
odatle u atmosferu. Na toj oaobini zasniva se i
merenje KO-
licine difundovanog vodonika u zavarenom spoju. Prakticno se UZQrak, lseeen iz zavarenog spoja neposredno posle zavarivanja, ubacuje u sud sa glicerinom iIi zivoma Sud se sa gornje strane zatvara i vodonik izdvaja od nekoliko dana do mesecia
Najjednostavnije
re~enje
za snHavanje -rodonika je primena
takvih ·tehnologija zavarivanja koje daju nisku koncentraciju vodonika u metalu sava. U tablici 9. dati su
sadr~aji
vodonika za ne-
ke tehnologije zavari vanja.
Elektrode koje
daju~spod
15 ml/l00 9 vodonika smatraju se
elektrodama sa kontrolisanim sadrzajem vodonika. Prema preporuci MIZ*~a razlikuju se elektrode sa veoma niskirn sadrzajem vodonika
(0'-5 ml/l00 g), sa nisklm (5-10), srednjim (l0-15) i
visokim (iz-
nad 15 ml/l00 g). Uticaj difundovanog vodonlka na osobine zavarenih spojeva moze biti prolazan i
trajan a Prolazni uticaj se uo~ava pri ispiti-
vanju zavarenog spoja u toku zavarivanja iIi odmah posle toga. Naro~ito
se pri ispitivanju savijanjem mogu pojaviti prsline vet
i za male uglove savijanja. Uzrok ovih prslina je difuzija atoma vodonika i obrazovanje molekula (H uklju~aka
+ H
~ H ) na rnestima pora iIi
2 troske. Gre§ka je poznata pod nazivom "riblje o~i", i
*} Medjunarodni institut za zavarivanjea
- 33 -
ispoljava se tek posle deformisanja u lab o ra to rij s ki m iIi ra dni m uslovima.Na povr~inl preloma vide se lop tast a Tablica 9. Na~ln
Sadr~aj
zavarlvanja
U smssi gasova CO ~ista
-
vodonika u metalu
2
i ti
d ubl
j e nja me taln og
~a va
Sadrf aj vodonika u ml / 10 0 9 A~
fica
- prljava fica ru~"o
U
2 -
7
6 -
12
3 -
7
e lek t r o lucn o
- elektrode su§ene prl 400-S00 o C - elektrode
bazi~ne nesu~ene
12 - 20
- elektrode su§ene prl 100-ISOoC
6 - 12
- elektrode rutilnlh obloga
20 -
35
5 -
10
pod prahom ( EPP) -
~ista
fica i su§en prah
- prljava fica i nesuseni prah
sjaja sa sitnim na
riblje
uklju~kom
10 - 2S
troske, koja svojim izgledom podsecaju
o~i.
Trajno delovanje vodonika ispoljava se pojavom hladnih iIi
vodoni~nih prslina,naro~ito
kada je u zoni pod uticajem top-
lote stvorena martenzltna iIi tvrda faza razlaganja - donji bejnit. Stoga je sklonost
~elika
ka hladnim prslinama usko povezana
sa prokaljlvoA6u, odnosno preobraz ajima koji pove6avaju krtost (transformaciona krtost). Krtost povecavaju i drugi faktori kao Ate su segDegacija i obrazovanje eutekticklh legura na g ranicama zrna, Ato umanjuje kohezlonu jaclnu graniee zrna. Otuda sled! da je transformaciona krtost ZUT-a odredj e na hemijsklm sastavom c elika 1 . primenjenlm ciklusom zavarlvanja, koj eg
U
ovom slu~ aju ka-
o rakterl§e vreme hladjenja u tempera t urskom intervalu 6 t = 800- 50 0 C . Ciklus zavarivanja tj. tok hladjenja se mo ~ e menjati promenom · tehnologlje, linijske energlje i primenom predgrevanja iIi naknadne termi~ke
obrade zavarenog spoja.
-
Lam e 1 a r
1e
94 -
p r s l ine
Lamelarne praline se mogu pojavlti aka n a za v arenl
deo u
zoni pod uticajem toplote deluju zate ~ ut i naponi u prav cu deblj i ne lima. Nastaju na k r aju ZUT-a 111 U Qsnovnom materljal u . La me-
lame praline au naj~e§te po obliku atepenaate, paralelne alobodnoj povr§in i lima (al. 43) i
.-.-,
prete ~ no
nastaju u debljim limovima •
.~.
--- - - -- - -
\
5 0mm
,
51. 43. Shematski prikaz lamelamih prslina
uti~~a
Faktori kojl pojavu lamelarnih prslina uglavno m au: osobine limova u pravcu debljine (ose z), tehfiologija i parametri zavarivanja, kao 1 konstrukcija zavarene veze. Ove su praline povezane s a sad r zaj em nemetalnih
uklju~aka
u
~eliku
(FeO,
Fe(N, Fe 20 3 , Fe 2 N, A1 20 3 , Fe 30 4 , Si0 2 , AIN, MnO, FeS, cr 20 3 , Mn0 3 , P20S' Kn04' grafit). Vetina uklju~aka, bilo da su oksldnog ili sulfidnog karaktera, pri preradi lima toplim valjanjem se rastapa i
stvara trakas tu 111 nagomdlanu atrukturu koja naru §ava
jedrinu metala. Be z ob z ira na to Ato su poznatl uzrocl nastajanja °lamelamih prslin a , nije jednortavno
apre~iti
njihova nastajanje.
Te ~ i
se pravllnom kons t ruktivnom re Aen'j u z a varene veze s cl1jeru da se
napre zanje lima u pravcu debl j ine svede na najrnanju mogutu me ru, I!emu jo§ doprinosi predgrevanje i naknadna
termi~ka
obrada. Ipak
Be najafikaanije ave praline mogu sprel!iti izborom I!elika ~ ije au
osobine plaatil!noati po debljini (osi z) za dovoljavajute . Ove
- 95 osobine odre dju ju s e 1spi-tivan j em uzoraka 1sel::enih u pra vcu ~_ lj1ne l1ma, prema 91. 44 . Na p r ime r , pr1 za v a r1 van j u ~elik' 'ateme I·
~vrBto~e
reda 500 MP a
(0 , 15-0 , 50 ' 51) potreb no je d a sadrlaj
sumpora ne predje 0,015' , da kontrakc1ja u p r avc u deblj ine b ude na jmanje 15 ' 1 da se prime n 1 p re d grevanje n a s ooc . Dok a zano je da za 1!e11ke srednjih 1 v 1§ ih j al::1 n a n1je p re po ru~ lj1 vo prekcra1!1t1 0,015'5. Prema 1 s pit1vanj1 rna j a p an s k1h a u tora pro 1 z a§ l e au Klase zavarlj1vos ti ~ e11 ka ve zane z a ' S 1 kontrakc 1 j u po de b l j 1n1 ( ~ ). ee11c1 Kl a se " A" a u ga r an to vano o tporn1 n a l ame larne
z
prsline 1 ima ju S ~ 0,0 0 7 %, ~z ~ 2 5 %1 ~c 11c 1 Kl a se "n" su otpo rn1
u .o
.. 8> 25mm s < 2 5 mm
51. 44. Uzorci z a ispit1vanje sklonost1 ka l ame larni rn prsllnama preme lamelarn1m prslinama 1 1ma ju S
~
0,010 %,
~z ~
15 %1
~e 11c1
Klase ·C · au neotporni na l ame larne prsline i i maju 5 ~ 0 ,0 2 0 %, ~z
!
~ajmanj e
8'. Os 1m toga , d a ju se 1 pre poruke za
du!en j a po debljln1 llma : 6 cljel 6
z
&
z
=
10 % z a sl abo
15% za srednje 1 6 . = 20 % jako z
P r s 1 1 n e
v rednos t 1 lz-
opte r e ~ene
opte re ~e n e
k ons tr uk-
k o nstruk clj e .
! a r e nj a
Prs11ne !arenja mo gu d a n a stan u 11 1 d a s e §lre p r1 naknadnoj termi~koj obradl z a varenlh spoje va. Ta obrada je n a j ~e~~e !arenje pr1 temperaturi
<
Al
r a di umanj e nj a sops tve n1h napon a . Pr-
sline !arenja se ne mo gu o tk r iti je r se spo jevl ob 1~ no kont ro11§ u metodima defektos kopije pre n akn a dne
te rmi~ke
o brade. Za to s e do-
gadja da mnoge konstrukcije pol::i n j u d a rad e s a ve ~ S t vo r e ni m p rs l1nama !arenja. Raz11kuju se d ve g rupe p rs1 1na koje n as t aj u za vreme ! a re nja:
- 96 0 1. prsline za~ete u niskotemperaturnoj oblasti (200-300 C) jo§ u toku zagrevanja do telnperature ~arenja; 2w prsline koje nastaju u toku farenja na temperaturl
~arenja4
Naj~e§6e naro~ito
odgovaraju~oj
nastaju prsline u
po~etnom
stadijumu zagrevanja,
prl preterano velikim brzinama zagrevanja. U takvim us-
lovima stvaraju se velike temperaturne razlike lzmedju povr §lne ~va 1 njegovog sredl§ta, §to prouzroKuje termitke napone
-1
koeficijent term1~kog linearnog §irenja u K , 1 gde je a E - modul elastl~nosti u Pa. Kako pri zavarivanju nastaju neravnorrerne i neravnotezne strukture, pres16enl cvrsti rastvori, marten zit l1i bejnit, to se zagrevanjem eve strukture razlalu 1 nastaju strukturnl naponi. Sablranjem termicklh 1 strukturnih napona, na pojedinim mestima,
prevazilazi se jacina metala 1 stvaraju praline . Osim toga, pojavi ovih prslina doprinose i zameei toplih ili vodonicnih prslina, koji pokazuju lokalno o~te6enje graniee piimarnih zrna ili urnanjenje njihove kohezione jacine. Pri zagrevanju do temperature ~arenja ove inieijalne praline mogu se pro§iritl do kriticne veli~ine. Zbog toga se te prsline nisu rnogle otkriti defektoskopskom kontrolom nakon zavarivanja vee tek posle larenja. Najeflkasnlje se prsline ~arenja ave vrste sprec avaju malorn brzinom zagrevanja, naro~ito do temperature oko 300 o C. Ta brzina prl zagrevanju delova velike mase treba da bude u granicarna 15 do 20 0 C/h. Drugo re§enje, koje se veoma cesto koristi, jeste dogrevanje sa tzv. prelazne temperature. To znaci da se posle zavarlv anja i hladjenja dela do oko 350-1S0 o C, direktno nastavlja sa zagrevanjem radi ~ arenja. Isto tako treba obratitl palnju i na mogu6e koncentratore napona kao §to su povr§lna §ava i njegovl geometrijski faktori (rad1jusi iv1ca).
Oruga grupa visokotemperatursklh prslina larenja vezana je za slol enu strukturu zavarenog spoja i difuzione procese pri ~arenju . Mehanizm1 nastajanja t1h prslina jo § nisu razja§njeni i
posebno se proucavaju na nivou hipoteza u naucnoj disciplini Metalurgija zavarivanja.
- 97 1.5
STRUKT UR NE PROMEN E PR I
Promene
unutra~nje
ZA VARI VANJU
g radje metalnih zrna, koje se de § avaju
u zoni pod uticajem top10te, nepovo1jno deluju na
mehani~ke
oso-
bine zavarenog spoja. U ZUT-u ' se pove6ava tvrdo6a i nehomogenost,
a umanjuje
p1asti~nost
i
~i1'vost
u odnosu na osnovni materija1.
Promene u gradji metalnih zrna se posebno razmatra j u za: ~vrstom
1. metale sa vi s e stabilnih faza u
stanju (npr.
~elik)
2. meta1e sa sarno jednom stabi1nom fazom u
~ v rstom
stanju
(Al, eu).
U abe grupe metala, u zav isnostl ad
na~lna
prerade, treba
raz1ikovati topZ o i hZ a dno v at j an e poluproizvode.
1.5.1
Promene u v isefaznim metalima Pri zavarivanju navedenih metala topljenjem u zavisnastl
od
term1~kog
ciklusa u pojedinim
ta~kama
"spoja neminovne su teku6e
strukturne promene, kako pri zagrevanju, tako i pri h1adjenju, koje su na primeru
ug1jeni ~ nog ~elika
Sematski prikazane na sl.45.
I
"I '
p
I
p
I
.~
- ~ .~
I
V l' em e
51. 45. 5trukturne prome ne i h1adjen ju
u g1 j eni ~ no g ~ e1ika
pri z a g revanju
- 98 Trajno dejstvQ toplote pri zavar ivanju vi§efaznih leg ura mo~e
nog
se prikazatl na primeru zavarivanja topljenjem hladnovalj aniskougljeni~nog ~eli~nog ~eli~nim
na na toplovaljanirn
lima. Promene u gradji metalnih z rlirnovima, razlikuju se od hladnova -
Ijanih jer ne sadrze zonu rekristalizacije. Promene strukture pri zavarivanju P~etna
njegovog polirnorfnog preobrazaja.
~elika
posledica su
feritno-perlitna gradja
stabilna je pri zagrevanju sarno do temperature Al (51. 46). U zoni izmedju temperatura Al i A3 5truktura je ex + y, a iznad temperature
A)
cela masa je
preobra~ena
u austenit. T
to ;,
~_Z_o~-.!opl_ jenj_a - ----")t;t~--:_:_~R:.....:..:!~ Zon_ a _n. p_ ot_p_un_og_to_p_~_ jenJ· a l 'l.· dl(8 kvi
~ +
I I
Zona pregre vanja
R
---------1 Zon a n o rma LizaciJoe
Zo na nepotpune r ek ro is't ali2Qcije
- - - -
Zo na re k ~i 8ta ~i
ZQ
ci .i .
I I
f-+-L.....,~~----+-
I I ex I. (ex I I
I I
0. 8
2 ~ oJ ~C
51. 46. 5trukturne promene pri zavarivanju ni5kougljeni~nog ~elika
Na temperaturl Al perlit se razla~e i prel a zi u austenit. Ova promena je uslovljena difuzijorn ugljenika, sto zahteva odredjeno vreme, pa se preobra~aj ne odigrava istovremeno na s v im per-
litnlm zrnima. U ~esticama a koje BU ve~ preobra~e ne u y, parale-
Ino se odvija difuzija ugljenika u okolni jos ne preobra ze ni ferit. Zbog kratkog vrernena zadr~avanja rnaterijala (pri zagrevanju) izrnedju temperatura Al i A3 nema dovoljno vrernena za difuziju, pa s e dobija grubo zrnasta struktura (p r i hl adje nju strukture A -A
do 3 bija se nehornogena feritno-martenzitna struktura ~ak i pri rnalim I
-
~9
-
brzlnama hladjenja, jer nlje bl10 dovoljno vreme na da ugl j enik difunduje iz prebogatog austenita u okolna perl l tna zrna) . Treba uzeti u obzir da
Be
pod uticajem histerezisa stvarne temperature
AC , Ac 3 , Ar l , Ar 3 razlikuju od ravnoteznih. Ve l iclna hlsterezisa 1 zavisi od brzlne zagrevanja i hladjenja ka o 1 hemijskog sasta va celika . U zonl zagrejanoj iznad t emperature A3 Bve do solidus-te mperature
kona~na
struktura je austenitna , a
struktura zavisi ad
brzine hladjenja. Daljlm zagrevanjem temperatura raste lznad solldus-tempera ture kada legura pocinje da se topi i prl dostizanju l1kvidus temperature prelazl potpuno u rastop. Pri hladjenju posle stapanja, promene u cvrstom stanju koje se
de~ a vaju
u
~avu
~ava
i ob 1 astima oko
zavise ad brzine h la-
djenja. U slucaj u hlad j enja relatlvno mal 1m brzinama koje odgovaraju
ravnote~nom
stanju metastabllrog dijagrama, promene rastopa su
pratene prlmarnom kristalizacljom metala s ava 1 p r ekristalizacijom (v. pogo 1.4). Sa slike 46 se takadje zapa!a da pri hladjenju spoja, posle Sava
oe v r~tavanja
~ava
dolazi i do promena u zoni oko
tj. ZUT-u,takO da se javljaju oblasti pregrevanja, normaliza-
cije, nepotpune prekristalizacije a takodje i rekristalizacije ( za slucaj
prethodne prerade
materljala hladnlm deform!sanjem) . Kod
toplovaljanih celicnih limova izostaje rekristalizacija,jer se ona spontano odvijala vet u fazi proizvodnje lima, tj. u toku obrade na toplo. U slucaju hladjenja vetim brzinama od kriticne brzine, promene koje nastaju kod celika u rsku sitnozrnastu strukturu u
~ avu ~ a vu
i i
ZUT-u uslovljavaju poliedastrukture neravna te znog raz-
laganja austenita u ob lastima ZUT-a u kojima je stvarna brzina hladjenja dostigla vrednost vetu od kriticne. Krlticna brzina hladjenja kao najmanja brz in a pri kojoj dolazi do martenzitnog
preobra ~ aja
sastava celika, prvenstveno o d
austenita za v isi od hemijsk og
sadr~aja
ugljenika i krete se u
granlcama od 800-10.000 °e / s za niskougljenicne celike , 200-800
°e/s za srednjeugljenlcne ce llke i manje od 200 °e/s za visokougljenicne celike. Prl hladjen ju brzlnom vetom od krltlc ne dolazi do pothladjenja austenita do Ms - temperature
tj. do temperature poeetka
klnetike martenziene transformaclje . Ova temperatura kao 1 M f noano i
Ms
(sl. 4 7)
temperatura zavrSetk l\ martenzitne t r ansformacije, od-
Bs -
temperatura
po ~et.ka
helnitne transformacije , zavisi
-
100 -
uglavnom od sadr~aja ug ljenika i legiraju6ih elemenata.
~
ButektO'iti1li ceUk Q8'X.C 800 ~
700
A
.~'.~
V V"
/
,-" 600
A
.
1..-
,;'
'/
,,-'p. ~
"
~ ~
"-
..,
400
P
~
A
t---
300
I-~ 1-- .
.-
200
(. -
15
I
33
iJo
F+C
\ I'\. .., 500 Bs 1,\ A·r·C f- : ~ ~
(.-
r-'
~
I ~
"• " E
-
I - i-'
142 42
.- t-. (--.( - .- t-. l t'..... -... k
r-:~;-~ t'"
1J7
f- .
147 52
....
~,
~ . - 1-. ~J
r--.. .......
57 58
~
A'H
100
62
·s
.~
~
5 10 20 50 1002
1 2
64
'e-: 0::
:>;l
10 4
10 J ureme,
10OJ
8
51. 47. Dljagram izotermalne promene austenlta
Ovu zavisnost mnogi autori daju preko brojnih empi rij sklh izraza u kojlma se temperature Ms, Hf 1 Bs daju zavisno cd sadr~aja
hemijskih elemenata u
~ ellku.
Tako je npr.
- po autoru COE:
Hs = S39-423 .C-30,4Hn-17,7Nl-l2,lCr-7,SHo Hf = 346-474C-33Hn-17 Nl-l7Cr- 21Ho - po autoru STEVEN i HAYNES: Hs Hf
~
S61 -4 74C-33Hn-17Ni- 17Cr-21Ho
a
Hs
-
2 1S
°c
- po autoru HON EY CO MB: Ss = 830-270C-90Hn-70Cr-83Ho
°c
°c
°c °c
- 101 Kinetiku austenltne transformacije, zavisno od brzine hladjenja,prate odgovaraju6~ strukturne odnosno zapreminske promene. Specifi~ne
razli ~ ite;
zapremine pojedinlh struktura su
naro~ ito
se pove6ava zapremina pri obrazovanju martenzlta (sl.48), § to u
elasti~noj oblasti (t < 6¢OoC) u uslo v ima ometenog §irenja, izaziva sopstvene napone.
2 1
1000
AC J
- -- - - - -80 0
AC1
1
- - ---1 J
600
_I
- - - -- - - -
1
/ I \
400
200
6V / V
Sl. 48. Promena zapremine pri zagrevanju (1) i hladjenju ~elika; (2) nezakaljivog, (3) zakaljivog
Martenzitna struktura u spoju je krtost,§to je nar~ito dlnami~ki optere6enih.
nepo~eljna
§tetno kod nose61h
jer pove6ava
kons~rukclja
Stoga se nastoji da se martenzitna transformacija smanjenjem brzine hladjenja ispod
kriti~ne,
posebno spre~l
bilo promenom parame-
tara zavarivanja 1/111 druglm tehnolo§klm merama. Prou~avanje
je u oblasti
klnetlke transformaclje austenlta
terml~ke
istra~eno
obrade, u uslovlma izotermalnog hladjenja
(pri stalnoj temperaturi) i prikazano pomo6u TTT-dijagrama (ternperatura-transformacija-vreme)
(sl. 47); a takodje i u uslovima
kontinUalnog (neprekidnog) hladjenja i prlkazano KH-dijagramom (s1. 49). U
slu~aju
procene promena pri zavarivanju prikladnlja je
primena KH-dijagrama jer su uslovl hladjenja
bli~i
stvarnim, mada
Be 1 TTT dijagrami mogu koristiti za orijentaciona saznanja. Razlika izmedju pomenutih dijagrama je u tome §to su u KH-dijagramu
- 10-2 unete krlve hl a djenj a ra zll ~ltlm brzlnama 1 strukture 1 tvrdoee koje s e kon a~no dob lj a ju h l adjenjem odgovaraj ueom brzlnom. U pos-
1
60
o~ ~~~ ~~ ~-----
70
"'~ ~~ ~ ~
a <> 60 a <>
~" I \"1 ~ ,\1 ~ .~~
'\
a a
,."
1\ '"\
'\
II '\. ' \ f
200 fOO
\
tlil~ ~
""
"
"-
"-
A"
"" ."" K"" '" 1\ \ \ "(
~ '\ Iv 8 \
'" h( 1\ \
.\'l.
~
.\.~ \ \~
\~~8 0'0
\
\ 1\ \
11\ ~
; , ~; \
0,1
r---.
'"
;,;::~ -
~ T ~~
fO
~
~
\
~. - \-
\ \\ \ \ \ ~- ~\- I~ \::-" - 1' " ~ ~
-
:-
~ ~
r-.," ~
~
~
~~
~
lOaD
100
v r e me "
\
~
8
- krlve h ladjenja 1,2, ••• - tvrdo ea RV, 350 , SOB, ••• Sl. 49 . Prlkaz KH - dljagrama l e dn je vre me za po t rebe zavarivanja
~elika
izradjuju se KHZ- di-
jagrami (kontlnualno g hladjenja prl zavarl v anju) , slmullranjem s tvarnih
term1~klh
cik l us a zavarivanja
i
unosenjem njiho vog taka
hlad j en ja u KH - dlj a g ram.
1.5.2
Promene u jednofaznlm metallma Prl zavarlvanju hladnovaljanlh 11mova i
drug lh prol zvoda
sa jedno£aznam strukturom,u toku zagre v anja nema struk turn i h p ro -
mena 081m prateeeg rasta zrna; all dolaz i do promena prl hl ad j enju. Zavlsno od brzlne hladjenja obra z uje se § av sa odgovara j ue orn veli~1nom
1 o rijentaeijom krlstalita
tj. strukturom, a zonu oko i
i z ostaje trans fo rma-
vell~lna
temperature prl hla-
lava karakterilu rekristalizacione promene
eimo razlaganje. U oblastima ZUT-a u kojima je
djenj u vila ad TR - tempe ra t ure pra ga r e kri stalizacije - dol a zi
do pojave
rekrlsta~aeije. Ova se tempe ra tura odredjuje emp l rljsk-
- 103 1m lzrazom zavlsno od temperature topljenja (Tt) razmatranog metala TR = aTt gde se koeflcljent "a" uzlma u zavisnosti od t lst06e metala. Tako je npr. a = 0,2 - 0,1 za vrlo tiste metale, a tehnltke
~lste
~
0,4-0,3 z a obitne
metale 1 a = 0,8 za legure.
Rekrlstallzaclja je pojava promene
veli~lne
1 obllka zrna
hladno deformlsanog materljala. Velltlna rekrlstallzaclje zavlsl pored temperature 1 vremena 1 od kolltlne leglraju6lh elemenata, stepena 1 brzlne hladne deformacije,
~to
je detaljnlje
obja~jeno
u 11teratur1.
Pri zavarivanju Sll stoga u zonama
bli~e
~avu
zrna znatno
krupnlja kao posledlca duzeg vremena koje su ta zrna provela na temperaturl ve60j od T R • U granltnoj oblasti gde se upravo dostlze TR potlnje i
re-
krlstalizacija all sa jedva uotljlvlm promenama u odnosu na hladno deformlsana zrna.
1.5.3.
Terml~ka
obrada zavarenlh spojeva
Pri zavarlvanju menjenog
na~ina
metala 1 legura, zavlsno od prl-
1 postupka, nemlnovno dolazl do ve6 i h
njih strukturnih hanl~ka
razli~ltlh
111 ma-
promena koje uglavnom deluju nepovoljno na me-
svojstva zavarenlh spojeva. Sv1 postupc1 termitke obrade
koj1 se pr1menjuju u toku 1zvodjenja zavarenog spoja dele se na: - prethodnu termitku obradu termi~ku
obradu u toku zavarlvanja 1
- naknadnu termitku obradu, 1 1maju za c11j da se dob1je odgovaraju6a struktura koja po svojstvima treba da 1spnn1 trazene zahteve.
Prethodna termid k a obrada 1ma za c11j optimalnu pr1premu materijala za zavar1vanje: ujednatavanje hemijskog sastava, otklanjanje sopstven1h napona od prethodne prerade 1 dob1janje pogodnih mehan1~kih osob1na. To se post1ze normallzaclon1m zarenjem, potpunlm zarenjem, n e potpun1m zarenjem, zarenjem za otklanjanje napona 1 kaljenjem. Kao Ate je poznato normaL i sa cio no zar e nj e se sastoji iz zagreva~ja
do temperature 1znad AC
3
odnosno Accm, progrevanja
pri toj temperaturi 1 hladjenja na mirnom vazduhu. Nakon te obra-
-
104 -
de dobija se sitno metelno zrno i ravnomemlja raspodela strukturn1h aastojaks. Normallzacionom !arenju podvrqavaju se nlskou91jeni~ni ~elici, kojt su pre zavarivanja preradjenl. postupclma plasti~ne obrade. Potpuno lar_nj_ se oatvaruje zagrevanjem do temperature neznatno iznad AC , proqrevanjem pri toj temperaturl 1 hladje3 njem lspod Ar1 radl potpune prekrlatallzaclje. Nepotpuno larenje ae sastojl lz zaqrevanja lzmedju temperatura AC 1 AC 1 hladjenja do temperature Ar 1 rad! dellm1~ne 3 1 prekrlatelizaclje. far.nj • • a anil.nj_ napona ostvaruje se zagrevanjem iaped Ac ' proqrevanjem pd! toj teq>eraturl 1 hladjenjem.
1
Kalj_nj., u atvarl, naataje austenltlzacijom 1 zatlm brzim hladjenjem prl ~emu se doblja martenzltna 111 bejnltna stru-
ktura.
OtpultanJe se prlmenjuje odmah posle kaljenja, a ostvaruje Be zaqrevanjem delova lapod AC 1 1 laqanlm hladjenjem. Svl vldovl hrenja (potpuno, nepotpuno 1 za otklanjanje napona) nalaze prlmenu kod ~el1ka pov1§ene ja~lne, rad! del1m1~ ne promene mehanl~klh osobina 1 otklanjanja sopstvenih napona -; naro~lto ako se delovl prlpremaju za zavarlvanje mehanl~klm se~e, njem. T.rmi~ka
obrada u toku aavarivanja uglavnom je nepotpuno
!arenje 1 . !arenje za otklanjanje napona. U term1~ku obradu u to- \ ku zavarlvanja mole se ubrojat! 1 predqrevanje delova pre zavarlvanja no 1 za vreme zavarlvanja. Naknadna t.rmi~ka obrada ima za cl1j da se delovima zavarene konatrukc1je obe zbede truene mehanl~ke osobine 1 da se odstrane unutralnji napanl nastali u proceau zavarlvanja. Obl~no se kao naknade term1~ka obrade pr1menjuje normallzaclono !arenje, !arenje za otklanjanje napona 1 kaljenje a~ otpu§tanjem. Kaljenju i otpultanju podvrqavaju .e spojevl kojl se 'Ie obradjuju pos1. zavarlvanja. Poatupcl term1~ke obrade blraju se prema konkretnlm uslovirna na oanovu aaznanja 1% term1~ke obrade 1 ~eklvanlm' strukturnim promenama prl zavarlvanju.
-
2
NAPONSKO I
105 -
DEFORMAC IONO STANJE U ZAVA RE NI M SPOJEVHIA
Sve zavarene k o n s trukclje 1 elementl i zlozeni su nosti od namene dinami~kim .
razli ~ itirn
Veli~inu
u zavis-
spoljnlm opt ere 6en jlma - statickirn ill
tlh optere6enja uzlrna u o bzlr pro j ektant pri
dimenztonisanju z avarene konstruk c ije primenoro s a z n anja lz Otpor-
nostl rnaterijala i Teorije elastic nos t i.
Uobl~ a jeno
je d a se ta
spoljna optere6enja nazivaju radnim. a njl h ovim dejstvom u obll ku sila 111 momenata nastaju 1 odgovaraju6i r adni n ap o n i . Osim o v lh napona u poluproizvodlma 1 g oto v l m prolz vod l ma gotovo uvek se javljaju 1 t z v~ 8 0pst v eni n apon i
nutra§nji). koji niau rezultat
dej~t v a
(zaostal i
ili u-
spol j n eg o ptere 6 e nja ve 6
su posledica postupka lzrade del a (n p r . 1 1ven ja . hladno g de£onnisanja. termicke obrade, zavarlvanja ... ) . U
slu~ajevima
kada au s o pst ven i n a poni i a tog znak a kao 1
radni, nj t hov zbir maze pre6i g r anlcu el a s t lcn o st l . odnosno posledica je trajna - plasc i c na de f o rm a c ija koja se uoc avu promenom
dimenzija i oblika (krivljen je. v itopere nje). da bi u nekim slu~ajevima
doveli i do dekohezije materijala (poj a ve prslina i 10-
mal • Kada su sopstve n i n apan! 5uprotno g z naka ad
6e naponsko stanje biti nl ze o d II - uglavnorn se to de§ava
san~
ra~unskog
r a ~~ih,
o nda
i ponekad 6e te z iti n u-
u pojedinim delovi ma za v arenog
spoja, jer su u ve6ini slv1:; a jeva sopstve ni n a p oni promenljivog znaka, pa se u jednom delu zavarenog sp o ja sabira ju sa radnim naponirna, a u drugom oduzimaju.
2.1
SOPSTVE NI .NAP OII I I DEFORMACIJ E Neravnomernim zagrevanjem i
hlad j enjem u toku zava ri vanja
nastaju uslovi za pojavu sopstven1h napona. Uzrok tome je §to s e
dovodjenjem i prostlranjem toplote materijal na j pre z a g r e va i topi, a zat1rn hladi u uslovima ometenog tj. n e slob odno g §irenja i akupljanja. Pri tome nastaju·t . rmi~ k i i st r ukturni sopstveni naponL
-
106 -
P rema vel i~ in l s o pstven ih n a p on a mo1 e d o c ! do p o jave e l a sti~nih
iIi
elasti~n o -plasti c nih
defo rmaclj a, u zavis no s ti od to-
ga da 11 je veli c in a sops t ve nog nap o na manj a iIi veca od graniee elasticnostl. Sopstveni n apo nl se ug lavnom u ravnc te~avaju u ~l ut ra ~ njo5ti
tela i
do gov o rn o se sv r s tava ju u n apon e I, II 1 I I I
da. Na poni I- r eda se
uravn ote~ a vaj u
r~
u rela t ivno vellk o j za preminl
rnaterijala (makrozaprernini) sllena kao i n ap an t od spol jn j eg opterecenja. Naponi I I -r e da s e ura vn ote ~a v a j u u mik ro z apre rnin l mate rijala, tj. zrnima me t al a , te ne zavise od velic ine i
oblika del a
1 nemaju odredjen prava c ( strukturni napeni ) . llap o n < i III - reda uravnotezavaju se
U
submikroskopskim zapreminama mate ri jala, od-
n0 6no u granicama pa r amet a ra kri5taln e Dej5tVO
unutr a~ njih
re ~etke. t rajan ja , mo~e
napona, prema v r e me nu
biti pr oZa zn o i t r ajno . Zbog promene tempera t ure i f azn i h prome n a menjaju 5e i unutras nj1 napo ni p a su z a t o pro 1 a znog kar ak t era. Pro1azno nap on s k o i
def o rmac1 o no
stanj e n a j v i s e uti c e n a poja v u
prs1ina u z a varenl m spojevima, u g 1avno m toplih. Posle h lad j e nj a zavarenog spo ja do sobne temperature ostaju z aos tali i I i so p s t ve n1 naponi, k o ji magu biti z at eiuc i
i
pr itiokujuci , a p o pravcu
dejstva · u adna s u na a su §ava poduzni i pr ost ~ rn o m
Prema nje moze hiti
popl'ecn{ (51. 5 0a).
polo z aju komponen a t a n a p o na, n ap o n sko sta-
Zi n earno (51. SOb), l'a v ansk o (51. S Oc ) i
za prem1r. -
ako (51. SOd).
b.
°x Ox-+- /~ ___ _ a.
I Co
I
I I
d. S1. SO. Prosto rni raspored napona
°"
-
107 -
Linearno de j st vo s o pst venih n a p on a ne utlc e b i tno n a smanjenj e s igurnosti z ava re n o g spo j a p ri de j s t v u g o tovo svih oblika optere~enj a ( s t a ticklh, dinam i c k i h, oscilatornlh) , p od uslo vom
d a se metal nal a zi u sta n j u me t a l
cak
u k r t o m s tan j u i
p~aBtic n oB ti .
U 5 uprotnom , kad a j e
n ij e s pos o ban da se plas t icn o de f orml se ,
line arno dejst vo s ops t ve n l h n apon a m o~e dove st i do sman je nja moti no §en ja z a va r e nog spo j a , tj . n j e g o ve si g~ rn o sti i p o uz i
dano sti . Takod j e je u t vrd j e no d a i
pri r avan s k om i pros t o rnom n apo-
nsk a rn s t a nju ( 51. SOc ,d) ne dol a z! do smanjen ja moe ! no s en j a za vare nog s poja p ri static Kom de js tv u spol j neg opterecen j a i pl as ticnom
s t a n j u materi jala .
Dokazano j e da Bvi me t a l! i z stan j a p l as tl c nos t l poseb no celie! prela ze u krt o s t anje u o d r edje n i m us lovima (pri nis koj temperatu ri, prl s ustvu kon cen tra t o r a n ap on a , ltd . ) . Tehnolog ij a za vari vanja 1 iz r ad a zava re ne konstr ukcij a treba tak o da se izvodi da sops t veni napani u kons t r uxciji bud u minimaln i . U s upro tn o m a ko se t ehn o l o ~ ko- k ons t r ukt ivnim mera ma sopstven l n a poni ne s ve du n a v r edn o st i ispod g r a n1ee te cen j a do laz1 d o poj ave l o ka lnih plas t icn i h de forma eija p rac e n i h promenom dimenzlja i obllk a za va ren e kon struke ij e . Alte rnativna re s e nj a za s manjen j e s opstvenih na pona i i sp r avljan je defo r mlsane konst rukeije . s u neekonomic na a p on e k a d i ne izvodlj i va .
2 .1.1
Termic ki naponi i de f ormaeij e
Lok a lno (neravnome rn o ) zagre vanje i hl a dje n je me t a l a pri zu va ri van ju toplje nj em do vodi k onacno do pojave s o pstvenih te rmic klh napona, c ij a s e velic ln a moze iz r ac un at i prema i z r a z u (] ::: Ea.o. T gde j e : E - mod ul elas tic nosti ; a - k oe f i cijen t t ennlc kog l i ne arnog § lre nj a; .o.T- r azlika temperatura izmedju pos ma tv an i h t a caka u preseku . Potv rd j eno j e d a za 6T ::: 100 0 C za ni s kou g ~ j e n i c n e cellk e nap on 0 vee p rel a zi gra n l eu tece nj a i i zaz i va t r a j ne de f o rmaclje. Na pr lmeru zavare nog spoja (51. 5 1), koj e g c ine dve zavarene ploc e u obl1ku V - z I e b a , p os l e s l obod nog h l adje n j a prl zavarivanju n a stace s k up l jan je §ava u s va tr i p rave a . Pr i tome Be r~ zll kuje sk upljan j e u pravcu debljl ne ~ava , u pra ve u no rmalnom na o s u § ava (p op r e c no) 1 skupl j an j e d uz ase §ava (podu zno ) .
-
l UU -
I pop r e cwi cry
po deb lji, : i
51 . 51. Sk upl janje 5llc eon og " V " sava Skupljan6e sava p o debljini, pri zavarivanju limova debljine do
25 mm, jeste s l o bocno i ~
u tom pra vcu ne i zaziva unu tra s nj e na p o-
ne. U spoj evi ma ko ji se ne mog u slaba dn a sk up l jati p ojavl j uju se unutr aS1 ji nap e n!, uto liko vet i ukoliko je deblji 05no vn1 mate rij a l. U "V" savovima izvedenihl na sl o bodnim pl ocama nas ta je sa-
vijanje prema otvoru zIeba (51 . 52) . Ko r eni zavar (51. 52a ) iza-
a.
L
S1. 52 . Savijanje p loca p ri zavarivanj u u " V" z leb u ziva pribllzavanje
ploe- a, dole se hladjenjem d r ugog
i
o s ta lih
zava r a, stvara ugaon a deformacij a (51 . S 2b). Ake se na pl ocu postave te gov! sp r ec16e se slobodno savijanje, pa u usl ov l ma o me t e -
ne deformacije nastaju za tezuc i n a p eni po pre c n o n a
~av .
Pona§anje ~ell~no9 ~ tapa u uslo v i~a slobodnog i ome t e nog skupljanja pri zavarlvanju prlkaz ano je n a 51. 5 3. Kak o nisk o-
~ e lic i
ugljenic ni
109 z ~ p=e m i
u tecn om stanju i ma ju 4 , 5 do 6 % vecu
nu nego u cvrstom stanju, t o se pri h ladjenju do 650°c ~ av SK UP -
~ ~
%
~
I~
\I
f~
~,==
J ~
:=:9.::=
/~
~7/~ 7
\I
~(~, ,
£=W ~
~
=: . b.
a . s Lobod tl -t
\1J
!,.; :.
/
,/,
-
;.':eJ;;!':'-
51 . 53. Poprecno sk upl janje slobodnih (a ) i s tapova (b)
uk lje ~tenih
Ija ne iza z ivajucl zaostale napone jer se na ternperaturi t
>
650 0
c elik deformi§e sarno pl as ticn o . I spod be te mperature prelazi s e
u e l asticno-plasticnu oblast u k o j o j n as taju elasticne d e fo rmaci je i
unutra§nji napeni.
Normatni nap on i .l c iji je pravac p aralelan osi sava nazi va -
ju se poduznim napo'lima i oznacavaju sa a _ Nap c..·ni koji deluju x
upravno n a asu s ava nazivaju se p o pre cnim napo nim a - a . Nap e ni y
po debljini lima oznaca va j u se sa o z . Sops t ven i napa n! u bila korn preseku zavarenog spoja uravnote z a v aj u se odgovaraj uc im silama i momentima. Raspodela poduznlh napona Ox 1 poprecn ih napon a 0y na jednopro1 aznom sllceonom spoju prikazana je na 51. 54.
Na
ve1i~lnu
i
raspode1 u zaostali h poprecnih n apon a uti ce
1inijska energija zavarlvanja, us10vi h1 ad je nja , kr utost i naci n
uklje§tenja. Primer kako uklje § te nje
mo~e
da promeni c ak i vrs tu
zaost a1 ih napona dat je na s1. 5 5 . U s1ucaju prlkazanom na s1 .
55a
pripojni §avovi nisu is topl jeni. do k se u primeru p od (b)
na kraju z avari v anja tope i pripoji. Raspodela
popre~nih
napona po de bljini slobodne ploce pri-
kazana je na s1. 56a , dok se u us 10 v l ma ometen og ugaonog zaokre -
tanja
(uklje~ten j a)
dob1ja raspodela n apona prema s1. Sob .
-
llU -
x ;'lou/d.'l i
o.<
o
51. S ol . Raspodela poduznih i
,...
-
I
poprecnih sopstven i h napona
- )
I
I I
I I I
+
I I I
l
I
____ J a.
b.
Sl. 55. Uticaj uk l je sten ja na poprecne n apone
Q.
51 . 56 . Prome na
popre ~ n og
b.
nap ona po deb1jini place
-
U
sl u~a ju
1 11 -
z ava rivanj a debelih
p l o~ a g u~ eon 1 m
pl o ~ e
§ avom ,
se n e mog u k ri v l ti je r i ma ju veliku k rut o st . Zbo g t o ga s e posle hl a dj e nj a , u s rednj em delu s ava po javlj uj u zatez u6i p o p re~ nl n a ponl l zaz vani te ~ n j o m limova da s a t u r a z dvo j e . Ovi za t e z u6i n a pon t
u ravno te ~ a vaj u
se
p opre ~ nim
n a po n ima p ri tisk a
U
v laknima zava ri v anih delo va (v . 5 1 . 54 ) . Na k r aj ev i ma ju poduzn i n o r malni nap on i
p r i t !~ka
'lcaljen ijim ~ava
de lu-
ko j i i z a z l va j u s kra6i van je
§ava. Hed ju tim , prl z avarl v anj u tan kl h l i mo v a de blj i ne do 4 mrn
sops t ve ni n a p o ni i za zi vaju nab lranje l i mova , k ao sto je prik az a -
no n a s1 . 57 .
\
\ \ \ 1
\ \ \\ \
~
\ ' " " , , .." , ..... \ ), ,, ) " , .. " \' ' ' ' l) ) \'
'~ /1\\
1\\\\ \
51 . 57 . Nabl ran je t anklh limo v a pos l e z a var i vanja Praktl ~ n i m
ls p ltl v a njima i
t e o rljsklm prorac uni ma n apon s -
ko de f o rmac i o n o g s tan ja # us t ano v lj eno j e da s e u zava r e ni m k on strukcija ma ve like kru tosti uve k pojav l ju ju s ops tve n i na poni, dak 6e de fo rmacije biti z anema rlj ive . De l a v i od t ankih l imova l ma j u manj u k r utos t pa s e za t a de forrn iA u i
vltope re u toku zavari van j a
st v a r a j u ~i
n ez natne s op st-
vena nap one •
· · ·Meh an i zam n as t a j anja
term1 ~ k ih
napon a u
elas t i~ n om
pod-
ru~ju (t < 6 50°C z a ~e li k ) mo ~ e s e objasn i t i p ogmat r anjem i zoterm1 u neravn omemom te mpera t u mom p o lju (8 1. 58) .
y
"51 . 58 . RaBpodela temp e ratu ra u v laltn ima ( t 1 , 1 2 " oanovnog ma te r ijal a
.•
)
-
III -
Posmatrane izoterme, np r . Tl i kih tempe ra t ura i
T 2 , p ovezuju tac ke jedn a -
p o kaz uju da i zmedju susednih v l akana p oc etne
duHne t o po stoji razl1ka temperatur a (T 2 > T j ) Budu~i da u metalnim materi j alima susedna vlakna c ine je 0
dnu celinu, a n a c e se zaje d ni ck i
iz duz i vati
jli sk up ljati pri
promeni temperature . Vlakno (2) , zagrejano na visu te mperatur u, te -
zi
da se vise
izdu ~ l
(51. 59) pa zata del uj e zatelu-
( do 1 2 > [ 1)
ce na vlakno (1) sa ni zom tempera t urorn . Is t ovre me n o vlak n o ni ie
tempe ra ture
ometa sloLodno i z duz i vanje v l a kn a vise t err.peratu re ,
tj. na n jega deluje pritiskujuce.
Re zultat
takv o g uz ajarnno ome -
tenog deformis a n ja je da su a b a vla kna z c:.je d n .i.cki iz dn zena na
k oj a Ie ? i
neku duzinu zana na 51 .
,
u po drucj u £ . < £
sto je prjka-
~
S9 .
k ; I Z ) ; ; Z 2 ZZ? ... 27 2 2
iss ;;; ss ss s ,
S1. 59 . Deformacija susednih v1akana u os novnom materijalu S i l e koje deluju n a posmatrana v l akna izra c unavaj u s e pomotu iZ r aza F
j
= Aj o O j
F2 = A2o o 2
sila zatezanja, sila pritiska
1z ~slo va ravn oteze unutra s njih sila £ Fi
Primenom lzraza podru~ju elasti ~ nosti
dob ija se i
goo
je:
cr = Ec -
=
0 sledi
za prora~un jednoosn og nap o n a u
-
i2 n og
=
i
1
+ i ol.( T - T1 ) ; a 2 1
-
11 3 -
koefic i j en t t errnic kog linear-
~ ire nja.
Na osnovu ovih po st a vki ukupan napan j e °1 + ° 2
=
Ea( T - T 1 ) 2
o dnosno
Dobijen i
01 i
cr ~
i z r a zi pokaz u ju da su sop s t ve ni norma lni nap ani
u podruc ju elastic nos tl
sraz~e rn i
ra zlici t e mpe ra tura
(T - T ) i da ne zav i se od d u ~ ine v l ak ana. Drugim rec i rna to zn a c i 2 1 da se sopstven i n apani mo gu iz r ac un ati na os n O V ll r aspode le te mpe r a t ure
pop recnom pre s e ku pri hl a dje nj u za v arenog spoja i s pod
\1
0
6 50 C (za ~el i ke ). v i ~ i rn
Na
temperat urama napons Ko - deforma ci ona stanja p ro u -
cav a ju s e u Teori j i plasticn os ti.
2. 1 . 2
StrUkt u rnl naponl Promene naponskog stanj a pri za v a r i v anju zbo g loka ln og
zagrevanja i hlad jenja ne nas t a ju s arno usled termic k i h napona, ve 6 s e dopunjuju, u pos ebnim sluc ajevima, i naponirna nastalim zbog s trukturnih p re obra~aja. ~ elici, kao 1 druge v 1 ~ef a zne l e gure,u t o ku zavarivanja
izlo~enl
Sll
po j a v i o v i h strukturnih n a p o-
n a u slojevlma materijala, u kojima
delovanj em unete toplo te
do l azi do faznih pre obra~aj a lznad te mperat ure t ransformac ije 111 prl hl adjen ju lspo d nje . Strukt u rnl preo bra ! a j l
1 s o pstve nl n a p oni usle d t l h p re -
obra!aja, pove z ani s u s a promenom s pecifi c n e z apremine svake n a stale faze ;
Za
s l u~aj
okol i ni d r ugi h f aza sa
r az li ~ itorn
z aprerninom. jedn o f a z nih metal a 1 le g ura (npr. le g iranih ferl tnih, U
austenltnih c el1k a), p o j a va sopstve nlh n apon a n i je p o ve z an a sa strukturnim
jer j e c e la ma s a ma terlj ala lste
specl f i ~ ne
z ap r e -
mine , pa nema l okalno ometen i h p ro mena z ap re mine . Ak o s e u zmu k ao p ri mer promene k oje nastaju pri hl adj en j u ugljeni ~no g ~e l 1ka
( v l d i .1. 46) z apa~ a s e d a u uskom podru~ ju
oka meta l a § a va p os toje isto v r emeno: po t pun r as top, delimic an r as -
-
11 4 -
top, grubo austenitno zrno, fino austenltno zrno, llY!A ano aus tenit-
no-ferltno zmo, ferltno-perlltna zon a rekrlstall zaclje 1 najzad nelzm&njena ferltno-perll~ a gradja. S obzlrom n a r az ll~ lte specltlene z~pTemine pojedinih atrukturn l h fa za 1 promenlj 1 vo tempe raturno polje, napcnako stanje u ZUT-u je veo ma
B lo ~e no
te se ne
mote matemaUek1 op1saU. U austen1tnim zon ama koje s u veoma istegljive atrukturni naponi ne nasta j u . Ukoliko je hl a dj e n je metala dovoljno brzo, 1 ako ~elik sadr!1 dovoljnu k o11 ~ inu ug l jen1ka 1 leglraju~1h elemenala , austenlt ~e se preob razi t l u te t r a gcnalni martenzlt. Prl obra zovanju martenzita pove6ava se zapremin a jer je gU8tina martenzlta manj a od gustine feri ta 111 per11ta . Okoln1 iivrst _tal drugog s trukt urnog s a s tsvB ne dopulita alobodno Alrenje marten.its pa nastaju unutraAnj1 n ap on1 . Strukture kaljenja-martenz1t 1 bejnlt - koje n a staj u u ZU'l'-u lzazlvaju krt08t 1spod zavara. Ove strukture odl iku j u Be, pre avega, velikom · tvrd~om (krlterljum BV > 350), 1 nisk om p l a.UenoA~u (lzdu!enje AS ' ) 1 ! 11avoA~u ( Kev ). Uticaj strukturnih napona nlje velikl kod ugljeni ~n lh ~e lik.,. jer se strukturnl preobrd ajl odvlj a ju u tempe r a t 'lr sko m podrueju plaatl~nostl eelika (al. 48, krlva 2 ) , pa ae zapremin ske pro_ne lako oatvaruju plasti~nlm deformLasnjem ok olnog mat erlj alao Naauprot to_ , ~ellcl nlako 1 vlsoko-leglranl ima ju f azne promene pri nl!lm temperaturama tj. u podrueju elaatlenosU (krlva 3, d . 48), pa se zapreminske pro_ne ne mogu OB t variti vel! na. tsj u lokalnl sops tvenl napon1.
2. 2 MERE ZA SMANJENJ E SOPST VENIH NA PONA I DEFORMACI JA Pr1menom odgovaraju61b mera pre 1 u toku z a v arl v an j a mog u Be
"natno smanjitl sopstvenl naponl 1 deformac l je .
Termi~k l
s op-
stveni n&pan1 srazmerni all gradijentu te mpe rature koji j e o dr e -
djen:
- koll~1nom unete toplote i n j enom kon centracijom, - oblikom elementa (maslvno telo, plo ~a , litap), - tehnikom zavarlvanja (jedno slojno, vi§es lojno, j e dnostrano 111 aboatrano, sa predgrevanjem 111 bez predgrevanj a , l td.) . De f ormaclje se mogu %n a tno sm&njiti pod uslo vom d a se vodi ra~una 0 redoa ledu po14ganj a zavara . U toku zavar i vanj a najve~e
deformaclje naataju prl jednopote znom ne prekldnom l zvodjen j u §ava od poeetka do kraja . Zbog toga se duga~k l Aavovl l zvade sa kra-
~im
115 -
•
zavarima, tehnikom pov r atnog kor a ka , 111 pov ra tnog koraka 8a
P l~ B kC'kom
z~vara,
(51. 60a). Du zina
npr. kod REL postupka j edna-
ka je duzini ko j a se dobija topljenjem jedne elektrode. Dugacki s avovi Be mo gu izvesti od sredine ka krajevima (najbolje sa dva zavariva~a
istovremeno), ali nikako ad krajeva Jea aredlni (s l. 60b). Redosled vl§eslojnog zavarl va n ja pr1kazan je na 51.6 0e .
5
-praLlGc zQvariJ..'anja
6 I
s .
3
2
I
1
.3
<
b
::u
•
c. a.
, \~
,
P l'
s· --------~-------s
S1. 6 0 . Izvodjenje dugal:kih
~avova
U slucaju zavarivanja komblnov anih suceonih i vova, najpre se zavaruju suceon!
ugaonih
sa-
a zatirn ugaon!, odnosno poduf ni
a zatim krufni (poprecni). Pri lzvodjenju kru znih §avova redosled polaganja zavara je 1sti, sto je sematskl prikazano na 51. 61.
<1
<
J
J
•
"
<
1
1
7
17
•
11
6
•
9
J
5 1
0 10
U
1
6
J
7
<
8
9
<
J
D' ~
tL
8
Sl. 61.
~ma
slu~aju
zavarivanja delova ve6ih deb1jina izvodi
izvodjenja krufnih savova SB
vi-
iealojno zavarivanje sa lstom tehnikom ,al~ uz pr~menu dodatnoq
- 116 materijala sa boljim s vojstv irna plastlcno6tl. Op~ta
je te~nja da dodatni ruater ij a l 1ma ve6u plastlc nost
cd osnovnog rnaterijala, posebno za
nose~e
savovc ciji
p~esek
pod
'dejstvom spoljneg opterecenja "radi" zajedno sa osnovnim materijalom; Pri tome, treba izbegavati nagomilavan je
to njihova
ukr~tanje
u naroc i-
kad dinamickl opterecenih konstrtik c ija.Bro j
§avova treba da je §to manji, kao i
Ispra vna
~avova
zapremina istopljenog metala.
montaza k o ja obezbedjuje ravnome ran preGe k §ava , pre d-
gre vanje radi smanjenja gradijenta temperat ure,kao 1 iski van je zavara (osim pokrivnog), doprinosi smanjenju napona 1 deiormac ija. Slo!ene zavarene konstrukcije treba izvoditl prethodnim
zavarlvanjem potsklopova,koji se zatim povezuju u konstruktivnu celinu~uz koris6enje specijalnih uredjaj a za monta zu i pritezanje (tzv. pozicionera), koji omoqu6uju povratno-stepenasto nanosenje zavara posebno kod primena automatizavanih postupaka zavarivanja . Pripoji ne smeju biti na mestu ukrstanja ~ avova; dok pri nastavljanju sava temperatura prethadnog zavara ne SITe hiti ni za od 300-200 o C. Slofenast ovih problema 1 izbor konstruktivno-tehnolo~kih mera za smanjenje napana zahteva temeljniju studiju svakog pojedina~nog slu~aja, a gornji prLkazi sluze sarno kao op§te smernice.
MERE ZA OTKLANJANJE DEPORMACIJA I SIIANJENJE NAPONA
2. J
I pored svih preduzetih konstruktivno-tehnolo§kih mera, nije' mogu6e u proizvodnim uslov~a izvestl zavareni spoj bez sopstvenih napona 1 deformacija elemenata •
•
Iz tih razloga se, po potrebi, izvode naknadne operacije radi smanjenja nivoa zaostalih sopstvenih napona i otklanjanja de formaci j a. Svi postupci koji se u tom cl1ju izvode pOBle zavarlvanja, dele se na dYe grupe: - termiake i mehaniake. Termieki postupci zasnlvaju se na zagrevanju do 650°C (za ~ellk) i progr&vanju na toj temperaturl oko 3 min po mm debljlne zavarlvanog dela (ne manje od 1/2 h) i postepenim hladjenjem u pe61, tad a nastaje relaksaclja 1 smanjenje sopstvenlh napana. lata taka u praksi se eesto primenjuje 1okalno zagrevanj~ Cgaano-plamen1m gorioniclma, indukclonim 1 &1.) zone oko ~ava do
-
"-
temperature napona~
117 -
< Al (oke 600°) cirne n astaje s manjen je sopstvenog
......
Meh~i
postupak za smanjen je s o p s tvenih napona z dsni-
va se na preraspodeli
un u tra ~n jlh
napona dejstvom r. p oljne g opte-
re6enja koje prevazilazi granicu te ce n ja . Ov aj n aei n se ne pre~je
Uxq deformaclono g ojacanja 1 srnanjenja plastlcn os tl.
Otklanjanje deformacija pasle zavari vanja obavlj a se: - ispravljanjem na hl a dno spo ljn im sil ama koje i zaziva ju
suprotnu trajnu deformaclju, - lspravljanjero na t oplo ,s ],62 , l okalnlm zagrevanj en lspup c ene
strane do plasticnog stanja . Q'/ aj p o stupak zahteva velika isku-
stYe, jer u protivnom mogu n a s t ati supro tni efekti.
Posle ispravljan j a prepo rucuje s e
s manjivanja
~a ren je
delova u cilj u
zaostal i h napona.
~~, ~ 1
..
~
:----.:::
,
~~
"
51. 62 . Isp ravljan je gasnirn p la menom
~~
~~ ~
,~
~
~
$
POSTupeI ZAVARIVANJA I TERMICKOGSECENJA METALA
1
TEHNOLOGIJA ZAVARIVANJ A
~1ETALA
TOPWEN JEM
Brojni nat!n! zavarivan j a omog ucuju i zvodj en j e zava r enih spojeva razlltitlm t e hno logijama, o dn o sno prime n o m r a z lic i ti h me toda i
postupaka zavarivanja,
zavi s n o od ma teri ja l a i
e k o n omskih
pokazatelja pri c emu se mora ostvaritl t ra~ en a po u zdan ost zavare nag spoja. U daljem izla ganju razmatraju se poj edini n acin i
i
postur-
e! zavarivanja, koji se goto v o svakodn e vn o p ri me nj u j u u lndus t rij skoj praksi za spajanj e razli c ltih met a la i
l eg ura . Nesumnjivo jc
da se svakl ad mogucih na~ ina zavar lvanja o dlik uje odredjen i m spe clflcnostlma, na koje se sarno uka z uje b ez ul az enj a u deta l j n a ob razlo~enja.
Detaljnlje se izla~e tehn o l og ij a zavari v anj a t op l je n jem , jer se ana j o ~ uvek na j vi ~e k o risti za ner a zdvojivo s pa j a n je me tala. Takodje se izla ~ u osno ve spaj anj a me ta la k o~b in o vanim de l ovanjem pritiska i zavarivanja.
toplote , p osebn o t e h no l og i j e elekt r ootporsKog
Potrebna pa~nja p o sve6ena j e i savre meni m p o s tupci ma zava rivanj·a, kao npr. zavarivanju trenj em , ultrazvuk offi , e k s ploz l jom , elektranskim snopom, laserski m zracima i
t ome 51.
11 9 1. 1
GAS /IO - PLAME:N O ZA VARIVA IIJf:
Gas no- p lameno zava ri vanje je skup z avarivac kih procesa kojima se os t v aruj e spoj porno6u p l ame na go ri vi h g~ s ova , u z ~r i menu p r i t iska i
d o datn o g ma te rij a l a iI i bez n jih. Ova j p o st upak
se dosta k o risti u praks i
z a zavar i v a n j e ma t e rl j ala manjih deb -
Ijin a zbog ni za te hno- e kono ms klh predn o s t i . Ve6 i stak nu t a c ln je n ic a da je stv a r na ko l i c in a un ete
tOp -
l o te pl a rne nom (q) rnanj a n egq kod d r ug i h metoda z avari v anja uslo -
vl java p roduze no v r eme zag re van j a , toplj e nja i h l adje n j a ; zb o g t oga , struk t urne p romene zah vataju vec u oblast i ja ce se ispolj a vaj u na r o 2H to u pog l edu p o rasta metalni h zm a, kao i
s o ps t venih
napon a 1 defo rma cij a . Dob r a st r a na pos t up k a ga sno- plamenog z avar i van j a je mog uc ncs t bolje g provariva nj a k orena 1 bo l je praeen j e k r etanj a taka r as topa prl za vur i va n ju t ankih de l ova . l n vest iei e na u l a ~ n j a u ' op rem'l s u ma l a uz vel i ku pok r ~tlj l v os t apa ra t ure, ste e mog ueuj c zava ri v an je 1 na te r enu gde p one k ad ne ma d ru ~Jih l zvo ra ene r gije . Gas ne zava r ivanje j e duge v r eme na bilo vodee l nae in spajanja me tala zava ri van j em, a po t om je po tl s n u t o elek tro l uc n lm z ava ri va nje m, mada j e i da l je u nekim ob las t i ma ne za me nl j i vo . Gl avni dec uredjaja za gas no zavari vanje j e g orionik , n a ~ljern s e iz lazu pa li gori v i gas i s a go r eva u smes i sa ki seon i kom . Za va r ivan j e se os t varu j e t opl j e n jem i vi ea o snovnog ma t e ri jal a i doda tnog mate r i j ala , i l i kod tank ih limova bez doda tnog materi j a l a o P ri z ava ri van j u ~~ o g i h l eg ur a qvo z dj a i neze l e znih metal a (bakra , a luminij uma) upotrebljava j u s e t opi t e lji. a ni i maju za datak da za s t i t e r astoplje n l me t a l od oksldaeij e , da r a z lo ~e vee o bra zovane o kside 1 obe zbede c is t e povr sine me t ala na mes t u spaj a n j a 1 sami m tim pospese ve z ivan j e ( s tapanje ) doda tn og ma t erija la s a osno vn im .
1.1 . 1
Gas av i za z a varivanj e
Garivi ga s k o ji se n a jvi se prilLe n j uje za gasno zavarlvan je raznl h metala 1 l egura je acetilen . Po r ed acet l lena , p r i zavari vanju 1 rezan j u metala i l egu r a sa niskom tempe ra t ur om top l je n ja ,
mogu se prlmenl t 1 1 drug1 gorivl gasovl (tab . 10) .
-
120 -
Tablica 10. Pregled f i z ickih osob in a go rivi h gasova ~e .~'ii j!3k a formula
Nazlv
ga sa
Conj a toplot n a
moe·
HJ/m
3
'l'e mpe ratura sagore van ja na vazduhu
°c
Temp . p la &Jrzina s agoreva _ mena sa n ja °2 ' °c
m/ s
57
335
3100
Il4
4 90
2 8 30
3 I 70
94
510
2 ~50
<1
112
11
5 10
2520
8 , 90
Zernni gas
-
33
610
2760
3 , 50
Svetlec i ga
-
16
560
270 0
7 , D5
15
520
2860
6 , 90
36
537
2720
3 , 30
Acet ilen
Butan Propan Vodonik
Koksni gas Me tan
C H2 2 C H 4 10 C 3 H8
CH
4
13 , 5 , 50
--
*) DonjQ. toplotna moe g ariva je kolicina toplote os l obo d jen a pri
potpunom sa g orevan ju jedinice mase ( ::ap r emi n e) , pri c emu j e
sadrzana vlaga 'u gasQvltom s tan ju. Iz t ab lice lOse vid i da s u temperature plamena i brzin e sagorevanja razlicite i da su naj ve c e pri s aqorevanj u acetil e na.
Sem toga prednost je aceti l ena
~to
se moze proiz ve s t i na m't'!s t u
zaya r ivanja delovanjem vade na kalcijum karbid (Ca C ) . Ostali 902 rivi gasovi su jev tiniji (10 do 20 puta) i mogu se korist i ti za zavarivanje lako toplji v ih rnetala i le gura, kao i z a termic ko r e zanje , ispravljanje i povrs insk u termi c ku obradu . Tre ba ist aci jo s jednu znacajnu prednost a c et il e na k a o 90rivog gasa za zavarivanje . To je jedini go rlvi gas koji s agoreva u dYe faze i time sp re cava oksidaciju nekih elemenata ili pak raz la~e vee stvorene okside, npr. CuD , PbD . ~ c etl 1 e n
je gas 1z grupe nezasicenih ugljovodonik3 ; to je bezbojan , neot rovan gas karakteri s t ic nog mirisa, ras tvorljiv u vodi u odnos u 1 :1 , a u acetonu (CH - CD- CII ) znatno v i se 1: 25 pri 3 3
te mper a t u r i od 20°C 1 a t mosferskom prltlsku . Rastvorljivost ace ti l ena u ac e t o nu raste sa p oras tom prltlska , a opada sa p o rastom ·.·. emperat ure _ Ace t l1en je nestabl1an 1 vr l o eksolozivan U sme s i s a vazduho m 11i kiseonlkom. Sa poveeanjem prltiska nes tabilnost ace tile na ras t e i dovo l j no je 3\ C H2 u sme si sa vazduhom da dodje do ek2 spl ozl j e . l s t o t ak o pri za va r ivanju bakra ( Cu~ i srebra (Ag) nast aje reakclja s a C2 H2 p r i cemu s e stvaraju jedln jen ja acetl1enski bakar, odnosno sreb ro, koji su e ksplozivni pri udaru i I i povi-
- 121 ~nim
temperaturama~
Iz n'av'e denih razl oga potrebno je prldrfavati se odredjenih
propisa vezanlh za p roizvo dnju, transport 1
korl~6enje
ac etilen a.
Acetl1en se dobija hemijsk om reak cijom kalcijumkarbida i
vode prema
jedna~ini
CaC 2 + 2H 2 0
c
C2H2 + Ca(OH)2 + Q .
pored acetilena (C H ), kac proizvod ove reak cije, nastaje aceti 2 2
len9ki
kre~
Ca(OH)2 i oslobadja ge toplota
Q.
Polazna sirovina za dobijanje acetl1ena je kalcijurn karbid (eae ), koji se prolzvodi topljenjern me§avine 2
nega~e n og
kre e a i
koksa u elektrolucnim pe6irna. Praces je e ndotermna hemijska reakcija CaO + 3C
c
cac 2
+ CO - Q
,
.
.
pri cemu se potrebna kold.cina toplote Q dob l Ja pomo6 u ele ktri c nog luJca uspostavljenog izmedju dve ugljene elektrode u peel. Gas CO cdlaZi u spoljnu atmosferu, odnosno na dalje korl§6enje. Pri prolzvodnji aoetilena,
stehiometrijsk~
se odredjuje da
1 kg CaC daje 340 1 C2H2 , odn09no da za 1 m3 C2H2 treba oka 4,3 2 4,5 kg cac 2 • Uredjaji za dohljanje acetilena zovu se na~inu
uzajamnog delovanja kalcijum karbida i
r azuija~i.
vode, razvijac i ace-
tl1ena se zasnivaju na: kapanju vade, ubaclvanju karbida,
remenom dodiru CaC 2 i H20~ U manjim radionicama ili otvorenim
Prema
gradili~tima
pov-
mo!e ge ,
umesto razvijaca, koristitl rastvoreni acetl1en u acetonu (dlsu gas), kojl se doprema u specijalnlm cell c nim bocama, oznacenlm
belom bojom. Ove boce se najpre pune poroznom masom
(l~fuzorljs
kern zemljom), a zatlm nalivaju acetonom taka da se pod natpritis-
korn acetilena ad 15 bara 1 t - 20 o e, u bocu zapremine 40 1, mo~e smest1tl aka 6 m3 acetl1ena.
Zah~aljuju61
poroznoj masi, raspada-
nje acetl1ena koje mole nastati na jednom rnestu se ne prenosi na celu m&8U qasa. Kad se otvori ventil na boc! za acetl1en, acetl1en 1z1az1 1z acetona 811~no kao ugljendioxs1d lz ~eral ne vode . Na lz1azu 1z boce mehur161 gasa se sjed1njavaju §to mole lzazvatl eksploz1ju aka natpritlsak predje 1,5 bar. Da se eksplozlja spre~i, direktno na grla boce postavlja ge reduJccioni ventil pri~vr§ ~en uzengijom, koj1m se prltlsak acetilena snlfava 1apod 1,5 bar. Priblilna kolleina C B u boci mole se izra~unati po obrascu: 2 2 Vc B
- 0,35.Vb ·a.p.10 2 2
-5
- 122 gde je: a = 23 koeficijent rastvorljivosti aceti l ena u ace t o nu 3 pri t = lSoC; Vb - zapremina boce u m3 ( Vb =O,04m); p - pri -
tisak u boci u Pa. Taka je npr. sa dr zaj acetilena u punoj bocl
vC H'
5
= 0,35.0,04.23. 15 . 10 .10
-5
3
= 4, ~ m •
2 2
p / i praznjenju boce brzina lstlcanja gasa , odnosno protok , mora bi ~ i manji ad 1 m3 /h da ne hi dos lo do is pa ravanja acetona
1z boce i zamrzavanja r e dukcionog ventlla. Boca se ne sme potpun o isprazniti vee mora ostatl izvesna kolicin a CZH2 k o j a odg o vara prltlsku na manometru 1-1,5 b ara , zavisno ad spoljne temperatu re .
(
K
j
s eon i
k
Gor1v1 gasov1 1 druge gor1ve rnater1je pr1 sagorevanju u vazduhu sjedinjuju se sa kiseonikom i
odaju toplotu . Kad neka
goriva materija s ago rev a " u vazduhu, jedan deo
oslobodjen~
t op l o te
tro §l se 1 na zagrevanje azota (vazduh sadrz i aka 21 % kise o nika, 78% azota i
1 % ostalih gasova). 1z tog razloga g ori ve materije
oslobadjaju vecu
kolicinu
toplote kada sagorevaju u c i s torn ki-
seonlku, nego u vazduhu. Gustlna klseonika na temperaturl 20 0 e i pritisku 1013 rob 3 je 1,43 kg/m • Kiseonlk se dobija frakcianam destilacijorn va zduha, 111 redje elektrollzom vode (skupljl pastupak). Osnovna je za frakclonu destl1aciju da se vazduh najpre prevede u te c no stanje, Ato se postlfe njegovim sabljanjern na pritlsak lznad 40 b i o hladjenjem do -200 e. Aka se tecan vazduh potorn zagreva, lsparl~e azot kojl kljuca pri -196 o e, tako da u aparatu za izdvajanje
ostaje sarno
te~an
k1seon1k
(klju~a
pr1 -18 30 C).
Klseonlk se ~uva 1 dostavlja potro~acima u celicnim bocarna obelefenlm plavom bojom. Boce su zapremine aka 40 1; u nj ih
staje oko 6.000 1 k1seon1ka sab1jenog pod pritiskom od 150 bara. U gorlonlku za zavarivanje potrebno je da klseonik lstlce pod prltiskom ad 1 do 3 bara, §to se ostvaruje postavljanjem redukcionoq ventila. Koli~ina klseonlka u boci izracunava se po obrascu:
.
gde j":
-
3 0 ,04 m zap r em i na b o c e ,
Vb -
p k
123 -
- p r iti s a k u boc ! u Pa, 1 , 0 7 8. 10- 5 koefi ei j e nt .ab i j a n ja k i seo ni k a p r l t s adr~i
Na p r im e r , p una boc a
=
1 5 °C .
ki s~o nika:
6 - 5 3 V = 0 , 0 4 . 1 5. 10 .1 , 07 8 . 1 0 = 6 ,4 68 m .
Za b ile koji p r l t l s ak , ~ unati
o ~ ltan
na manomet ru , maze s e l zra -
zapr emina k i seonika u boc!. Bo ce se p r e na knadnog pu n je nja
ne sme ju pe t p une ispra z n !ti , v e6 s e mo r a
z ad r ~ a t i
koli c ln a ki se -
onl k a koja odgo var a prlt l sk u c d najm a nj e 0 , 5 ba ra. ovog na t p rl tiska
spre ~ a v a
7.adr~ ava njem
se pr odlra n jc va zdu ha i vla g e u b o ce
otvore n e r a d! p u nj e n j a . Pas e bnu s e oni k om. ~t o
pa ~ nju
Naro ~ i t o
tr e ba po svetiti r ri
ko rl ~ c e nj u
boca sa k i -
t r e b a p a z i ti da la k e z a p a lj i ve ma te r l j e ka o
s u ulj e , ma st ! 1 o s ta cl s apuna ne d o spe j u na ve n t il boce , r e -
d u k clonl vent i1, spojnice 111 c r e VQ za k iseo nik . Pr e post a v l janja r e dukcionog ve n ti la sve p r ik l j u c nice na boci t r e ba dob r o oc l sti ti . Venti1 n., boc! o tvara se ru kom p ode~ avaju
se rukom
n ajvi ~e
d o pola o b rtaj a; isto t ako
z a v rtn ji n a r edukcio nom ve n t ilu na rad n ! pri -
ti s a k ozna ce n na gor ionlku.
1.1. 2
P lame" za zavarlvan j e Gasovl za zav ari v a n je d ovod e se do g or i onika g um e ni m c r e -
v irna sa te k sti ln i m
u l o ~c i ma .
Da s e lzbeg ne z a mena, cr e va su o bo-
je na: cr v e no z a a cetlle n I plavo
(I l l er no) za k i seo n l k .
No i Zl a znom de l u gorionlka (u sn i ku)
treb a zapali ti
a cetl 1e na 1 k tseonik a . Potpuno sago r evanje acetilena
rro~e
s m e~ u
se pri -
jedna~inom
2C H + 5 0 2 = 4C0 + 2 H 0 . 2 2 2 2 U fi zi c kom smi s l u se s a go r eva n je ac e tile na odv i j a u d ve
kaz . t i hemlj s kom
faze; najpr e s e pod ut icajem t o p l o t e C 2B 2
+
°
2
, p r e n.a
j edna ~ inl
ra z la ~e
C 2 H = 2C + 11 2 + 2
ac e ti l e n 1z
°2 ,
srne~e
a pot o", na staje
p r ima rn o sago r evanje
4C + H2 + 20 2 = 4CO + H2 ·
Pro i z vod i nepo t pu nog s agorevanj a , g o ri v i g a s o v i CO i H2 , na l aze se U o mo t a c u p l a mena okru ~e nog okol n i m v a zd u hom . Zbog velikog aflni te ta ov1 h g a sova prema kiseo ni ku , p la men p r1vl ac 1 k iseo ni k 1z v azd uha i nastaje sek unda r no Dag o r e vanje
-
124 -
Goriv! gasovi dogorevaju U omotacu plamena, koji istovremeno
~ti
tl l stopljen metal zavarivackog kupatila od §tetnog delovanja ki seonika i
azota 1z vazduha. Afinltet gasova CO i
Il2 prema ki seo-
niku je toliko ve liki da se pri dodiru omotaca plancna sa zardja11m cellcnim
povrsinama razla:! u oksldi zeleza i
dobijaj u ciste
povrsine. pojava se koristi. za c lscenje metalnih povrsina plamenom. I z jednacina potpunog, primarnog i
sekundarnog sagoreva-
nja sled! da se za potpuno sago revanje tras! 2/502 1z boce a 3/502 1z okolnog vazduha. Teorijski je za primarno sagorevanje potrebno dovest! 1z boca iste zapremine kiseonika i
sto
acetl1ena,
proizilazi 1z jednacine primarnog sagorevanja. U stvarni m us-
lovima zavarivanja, potreban je neznatan vis a k k iseonik a iz ra ze n odnosom potrosnje
jer se dec kiseonika iz boce trasi na oksidaciju vodonika nastalog raz1aganjem v 1age iz vazd uha i sa povrsine zavarivanih delova. Iz izlo~enog se mo~e zakljuciti da je za potpuno sagoreva3 nje 1 m acetilena potrebno oka 1 m3 kiseonika iz boce i I , 5 m3 iz okolnog
vazduha~
Zbog toga ce se pri neprekidnom zavarivanju u
zatvorenirn prostorijama brzo potrositi kiseonik , pa se gasno ne srne zavarivati u zatvorenim prostorijama bez ventilacije.
Zavarivacki ptamen koji se dobija iz
pribli~no
jednakih
zaprernina acetllena i kiseonika dove denog iz boce zove se naut: -
ralan plamen (51. 63b). Plamen sa v i skom kiseonika naziva se ok -
sidi6udi (51. 63a), a sa viskom acetilena re dukuj u d i
(sl. 6 3c ).
Pri zavarivanju ve6ine meta1a 1 legura primenjuje se neutralni plarnen,jer ima najve6u toplotnu mo6 1 najbolje s titi rastapljeni metal od stetnog delovanja kiseonika i azota iz vazduha .
•
51 . 63. Ob11ci acetl1en5Kog plamena
-
125 -
Z ahvaljuju~ l m o~ u~n o s t l r egu l isan j a plamena ,
biti mate r ijal
~av a sll ~ an
niskou g ljenl ~ nih
~e llk a
mo~ c
se do-
os n ovnom mate r i jalu . Prl z a v a r i vanju p ost j ~e
ve 6a br zin a zavarivan j a
kUju6im pl arne nom, jer se rasp adanjem a c etilc n a
p ovr~ in skl
se redusl o j evi
ohoqa6uju u g ljeniko m p a s e n j i hov sasta v p ri bli f ava eu t e ktici . 0
Ovako nauglj e nl s ani s lo j t op ! se vee n a a k a 1200 C u z ma n j u p otro!nju toplotn e e n c rg i je i redukuju6eg
~ la me n a
man je s k up l j an j e pri h l adj e n j u . Man a
je smanj e n a plas tl c n o s t s a v a us l ed vcceg pro -
centa ug ljenik a . Oks i dl§uc im pl ame no m se r etko z a varuje jer n asta j c pe n us a -
nje 1 pr§ tanj e te c no q rre t a l a . I zuzeta k j e za varivan je rne s i n ga, jer se vi§k om klse o nlk a spre cava lsparava n je c i nk a . du ~
Rasp odela t empe r a t u re
ose neu t ral n o g pla me n a i p o j ed i-
ne zone sag ore v an ja date su na 5 1. 64 . Ne utr a ln i pla me n ima n aj v1§u temperaturu (3 2 0 0 °el n a
rast oj an j u S rom ispre d je z g ra p l a-
mena,pa se tim delom p1a me na me t a l
i
zag r eva radi zavar iv a n j a .
... ~:::J ' X O~ ~ ~&o==T====::~~ ~ - - - - -i!.i-.,- - '"I ~
-'-+ -- f--
d u l i na
'.IO< fI\Il\
p~ a me " a
1 . j ezg r o
p~am e na
2 . :O'la red llk c ijc
37--
._
.-
3 - . - .~----
0 2 i z v a z duha
S1. 64. Rasp ode l a tempt:ra t u r e
du ~
o s e p l a me n a
Uredjaj u ko me se o br azu je o d govara j u6a me § a v in a ga s o v a naziv a se gor1onik. Ve61na gorionika r ad! n a u sis n om principu . Us n ici su 1zmenlj1vi delo v i g orio n i k a k oj1 se bi r aju pre ma debljini z a varl vanlh de lova. Sve veze n a gor1onik u sastavl j e n om od u s n lk a , drla~a, Be
pla me n ika i
kao 1 n j e gove ve ze s a bocama mor a ju bit1 h erme ti ~ n e , je r
u protivnom mo!. e p Ojav1 t! plame n n a ne zapti\oeJ\ire
vor uan1ka
(ml a zn 1ce) n e srne biti
za~ei) l j e n
rne stima . O t -
zb og mo g u6 n osti da se
jav1 po v ratnl udar pl amena , § to mole 1 z azvat1 1 e k sp l ozi ju creva
za qa aove .
-
116 -
U prak.si 9a5n09 z a varivanj a plamen se c es to gas1 uz p r a sak. Uzrocl o vome mogu biti zaprljan usnik plamenlka, pre g r ej an
plamenik i nagli porast pritiska k i seonika. Povratni ud ar p la me na maze nastati zbog los e veze plamenika sa dr~a c em go rionik a ili suvlse male brzine i s tlcanja mesa vine gas ova; nedo v o ljna brzin a
lstlcanja posledica je s uvise velikog o tvora usnika 111 nisk o g pritiska ace tllena 1 kiseonika na redukcionirn ventilima. Pril1ko m paljen j a i
podes avanja plamena p r o p isan je o dre -
djeni redosled: prva se otvara ventil za kis e onik
a z a ti rn za
acetilen i p o potrebi se podesava plarnen. Pri pode sa vanju ne utr a 1n09 plamena, polazi se od oksidisuceq ka n e utra lnom; ka da jez g ro plamena doblje konture os trog konusa, odnosno cilindric no zaobljenog kraja kod usnika vece g protoka .. to znac i
da j e dobij e n
neutralni plamen. Pravilno formiran i stabilan plamen ma z e se odrz ati ka d a je brzina isticanja sme s e veca od brzine njeno g s a g orevanj a ; u protivnom plamen se uvlac i u plamenik i ma z e prodreti u c r eva za dovodjenje gasova, pri cemu ona
n~gu
i eksplodirati. Je d an o d uz -
roka uvlacenja plamena je prc g revanje usnika gorionika, sto se sprecava nje govim povremenim uranjanjem u v o du.
1.1.3
Dodatni materijal i
topitelji za g asno zavariv a nje
Tanke limove, debljine do 2 mrn, mo guce je g asno z ava ri vati bez dodatnog materijala. Za deblje limove upotrebljavaju se d odatni materijali istog iIi sllcnog hemijskog sastava kao i osnovni mat.erijal. Dodatni materijal za zavarivanje i navari vanje c elik a isporucuje se u obliku
~lca;
za zavarivanje aluminijum a i nje go-
vih legura u vidu fica i sipki; za zavarivanje bakra u vidu z ica i
za bronze u vidu f ica 1 slpki.
Zi ce a a zQ va l'i v an js cellka gasnlrn pl·a menom isporucuju se u obliku sipkl du!ine 1000 mm, 11i koturova mase 40 kg. Uglavnom
floe kruznog p oprecnog preseka standardizovanih precnik a 2; 2,5; 3,15; 4, 5; 6,3 mm, po JUS C.H3.051/81.0znake ovih zica sa-
BU
stoje se 1z dva dela; aplite oznake P, 1 dopunske oznake za mehanieke osob1ne, koje au razdvojene crticom. Pri tome se dopunska oznaka odnosl na zateznu c vrstoc u Rm U
MPa, najrnanje lzdu!enje AS u , 1 najmanju enerqlju loma KV u J .
Zna~enje
simbola dato je u tab. '11.
-
127 -
Tablica 11. S1mboli za meha n icka svojstva c i stog metala
Rm.
Simbol
-
0
0
A, .
:-IPa
~
KV. J
-
-
Z
< 3 40
Y
3 40
1
14
30
400
14
30
2
430
18
60
3
470
22
90
4
570
26
120'
5
550
30
150
6
590
- bez garancije ;
~ av a
- ne moze ua se odred i.
Oznacavanje z i c a prema navedenoj tabe li 11, daje se na sledecim p1.-imerima: > 26 % i
oznaka P-)43 zna e !
d a je Rrn>470!-1Pa ,
oznaka P- Z54 zna e i
da je Rm < )40 t-lPa , AS < 30 % i
AS
KV ,. 90 J;
KV < 12 0 ...1 ;
oznaka P - Y2 znaei da je Rm > )40 ; AS > 1 8 \ , a KV nije
odredjeno .
Topi tet.i i ,
U
o bllku p r aha iIi
pa~ta,
p ri menjuju se pr i
Zd -
variv anju li venog gvozd ja , bakra , mes in ga , bronzl , aluminijuma i
nerdjaj u61h celika i
drugih legura. U toku zavarivanja mog u se
ob r azovati tesko t oplj i vi oksi di , s to ome t a stapanje dodatnog i osnovnog ma terijal a . Nan o s en jem topite l ja , na dodat ni iIi osnovni materijal , zasti 6 u je se te c an ma terijal od oxsidacije u procesu zavarivanja. Os i m toga , stvorene okside i
to~itelj i
razl azu -
razgradjuju r an ije
p re vodee ih u niskotoplji vu i
laku t rosk u f k o -
ja se ne ras tvara u tecnom metalu ve6 isplivava na povr?iinu. Prema hemijsKom sastavu t op itelji mo q u biti
~ i 8eli
11i bazi c n i ,
a njihovo dejstvo zas ni va se na c i nje nici da me tali rastva raju sopstvene okside , a okside druqih metala p revode u trosku . Od kiselih top1telja ug lavnor.l se upotrebl j avaju jed1nje nja na bazi
bor~
na primer , born a kiselina H3B03 iIi boraks
Na B 0 .10H 0 (natrijumtetraborat) . Bo raks l ako raz gradjuje ok 2 4 7 2 side mnogih metal a stvaraju6i 5011 borne kiseline - borate: CUOB 0) , znOB 0), ""nOB 0 . BoraJcs se najvl s e upot reb lj ava pri za2 2 2 3 va rivan ju bakra i nje gov1.h l egura . ka o i za tvrdo lemljenje le gura . Pri zavarlvanju bakra te~k06e stvaraju aksidi CuO i Cu 2 0 .
- 128 Oksid Cuo redukuje se gasnim plamenom iIi pomoCu topitelja H)BO) prema
jedna~ini
CuO + 2H)BO)
=
CuOB 2 0) + )H 2 0
Oksid Cu 0 ne moze se redukovati jer ima vi§u temperaturu toplj~ 2
nja ad bakra . Stoga su zavarljive sarno one vrste bakra sa niskim sadr~ajem
Cu2 0. Bazni s u topite~ natrijum karbonat (Na 2 CO)) i pota~a (K CO)); njihovo delovanje moze se objasniti na primeru zavar1va2 nja sivog liva, pr1 cemu moze nastati te~ko topljiv1 oksid S10 2 · Dodavanjem topltelja Na Co , pri zavarivanju nastupa hemijska re2 3 akcija:
Proizvod eve reakcije Na 0.S10 lake isplivava na povrs inu 2 2 rastopa 1 prelazl u trosku koja se naken zavarlvanja odstranjuje; gas CO
1.1.4
sam ad sebe odlazi U okalni vazduh.
2
Prlprema osnovnog materijala i
tehnika 9a5n09 zavarivanja
Gasnim zavarivanjem najvi~e se spajaju tank! limovi ad n1skougljeni~nog
1 niskoleg1ranog celika , celicne cev1 manjeg prec-
n1ka , tankozidni celicni profili , liveno gvozdje
na toplo, ba-
kar 1 njegove legure i aluminijum 1 njegove legure . Od11ka gasnog zavarlvanja je lake prilagodjavanje gotovo svLm polozajima kad su~eonlh
spojeva, jednostavno rukovanje i
bavna cena
zavariva~ke
odrzavanje i niska na-
opreme . Najve6i je nedostatak ga5nog zava-
rivanja, u odnosu na druge postupke , dovodjenje ve l ike kolicine toplote i
u okolinu
mesta spajanja, §to izaziva sopstvene napone,
deformacije i promene u gradji metalnih zrna. Brzina gasnog
~avarivanja ve~a je od ru~nog elektrolucnog
za limove debljine do 1,5 mm; za limove deb l jine 2 - ) mm brzine se
izjedna~uju ,
a iznad
toga ' br~e
se zavaruje elektrolucnirn pos-
tupcima. Treba izbegavati gasno zavarlvanje ugaonih i preklopnlh spojeva, izvedenih od srednje debelih i debelih limova, naroclto
ako su ov1 spojev1 1z1ozeni ve6im optere6enj1ma.
Naj~e~6e
se gas-
nim zavarivanjem izvode suceoni spojevi. Za uspe§no zavarivanje
moraju se prethodno pr1premiti ivice delova koji se spajaju . Na~inl prlpreme, u zAvisnostl ad debljlne, prlkazani su u tab .
12.
-
129 -
Tablica 12: Priprema iviea celic nih li mo va z a s uce o ne s p oje ve Naziv §ava
Prirubni §av bez d odatnog
Dvos tran l V -
~av
X -
~av
~'-C V -
~
0
~
81
.§av za ra -
deblj-
ine delova
0 , 5 -1, 0
-
-
-
0 , 5- 2
-
I
,
GO
z li ~l te
~I
r=:JJI
materijala
r,.. ~ avs jednostran
Dimenz lje (mm) zaz or zat up l J e deblji n a nje, hi lima, 5 51
Obl1k s poja
.c
-
3
3 - 6
1 - 2
-
2 - 4 2 - 4
J
16
16 - 25
-
2 2
-
3 3
U:i..0
r.
T e h n 1 k a
'" ,(-.,
'(
5 - 20
2
-
1 , 5 - 2,5
4
a'=1~5lJ
gas n 0 9
z a v a r i
Raz liku jemo tehnlku zavari v anja u l.e Ll o i
v a nj a ude ::n o .
Ze.va ri va -
nj e ulevo ( 5 1. 65a) primenjuje se za tanke limo ve debljin e d o 5 mm Gorionik 5e kre6e zdes n a na1evo i ~ leba.
va
istovremeno n j i s e iz medju z ldo -
Dodatni materijal se vod! pra v o linij skl ls pred g orlonl -
ka 1 povremeno umac e u me t a lno kupatilo.
'.
.
.. .
DOdtJ#ni rnat.ri}o l (fico)
pIanttM -
•
.so)'
~
DOdD""
50\1' - - motert) ol
Pbm rl'l - _
r-__________~(~ i,~ ·c~ o~) __________~
b
SI. 65. Na~ lnl zavarivan j a: a ) u levo , b ) u des n o
- 130 Niskougljeni~ni ~eli~ni
limovi debljine do 2 rom mogu se
zavarivati ulevo bez dodatnog materijala. ~av se obrazuje topljenjem ivica osnovnog materijala. Prednosti SU, u odnosu na zava-
rivanje sa dodatnim materijalom, manje deformacije i veea brzina rada. Spoj ima ne~to lo~ije mehani~ke karakteristike u odnosu na osnovni rnaterijal, ali se to rno!e dopustitl, ~iji
konstrukcija
S
obzirom na namene
se elementi ovako zavaruju.
Pri zavarivanju udesno (sl. 65b) gorionik se vodi prav olinijski sleva nadesno. Dodatni materijal se pomera iza gorionika na~in
i istovremeno kruzno kreee izrnedju zidova z leba. Ovaj se ~to
zavarivanja odlikuje veeom koncentracijom toplote,
omogueuje
vetu brzinu zavarivanja i rnanju potro§nju gasova za zavarivanje.
Na primer, pri zavarivanju lima debljine 4 rom tehnikom ulevo tro~i
se 20 min za jedan metar
~ava,
a 17 min tehnikom udesno. Osim rnehani~
ovih prednosti, spoj izveden zavarivanjem udesno ima bolje ke karakteristike jer plamen
za~tieuje
rastop i vrh zice od gaso-
va iz vazduha i istovremeno termi~ki obradjuje (zari) vee izveden ~av.
Nagib gorionika pri zavarivanju raste sa poveeanjem debIjine osnovnog materijala tako da za s s = 15 mm 80 obi~no
0
,
a za
u odnosu na ravan lima. Limovi debljine do 3 rom
se zavaruju neutralntm plamenorn; deblji lirnovi zavaruju
se plarnenom sa izvesnirn
vi~kom
se poveeava dubina uvarivanja
1.1.5
= 1 rom iznosi 20 0
razli~itih
Zavarivanje
1.
Z a v a r
Gasno se
~
kiseonika odnoBa
~ime
a time i brzina zavarivanja.
metala i legura
V a nj e
najvi~e
a = 1,4,
zavaruju
eel i k a ugljeni~ni ~elici.
Niskougljeni~
ni ~elici (C < 0,2%) se gasno zavaruju bez te~koCa. ~avovi dobijeni zavarivanjem
niskougljeni~nih
~elika
odlikuju se rnalom sklo-
no§eu ka pojavi prslina. Srednjeugljeni~ni
~elici
(C = 0,2-0,45%) se mogu zavariva-
t i same primenom posebnih mera (predgrevanje, naknadno zarenje)
da bi se
spre~ilo
obrazovanje prslina. Najveea je sklonost ka po-
javi prslina kod ugaonih §avova i pri
nano~nju
prvog sloja kod
preklopnog spoja, pogotovu ako se zavaruje pri niskoj spoljaAnjoj temperaturi.
-
131 -
Visokougljenicni c e1iei (e
= 0,46
- 0,70 %) se ne upotre-
bljavaju za izradu zavarenih konstrukcija, ve6 sarno za odlivke . Potreba za zavarivanje ovih celika ma ze nastati radi popravke
pogresno izlivenih odlivaka ili njihovog ostecenja u rad u. U tom slucaju mora se primeniti predgrevanje i naknadna termic k a obrada. ~eliei
sa sadrZajem ugljenika iznad 0,7% pripadaju- alat-
nim celicima i praktlcno nisu zavarljivi,
te ih ovde i ne razma -
trarco . Niskolegirani celie! teze se gasno zavaruju ad niskouglje-
nicnih konstrukeionih ce1ika . Teskoce su ug1avnom vezane za obrazovanje struktura kaljenja u zeni pod
uticajem toplote zavare-
nog spoja. Strukture ka1jenja se odlikuju povecanom tvrdocom i smanjenjem p1asticnoscu, sto se donekle moze popraviti termickom obradom posle zavarivanja (otpustanjem).
Visokolegirani celiei (sadrza j le g irajucih elemenata 10 - 50 %) rnogu se i
gasno zavarivatl , mada su pogodniji drugi
postupei. Ovi celiei imaju koefieijent toplotne provodljivosti znatno manji
(oka 2 puta na povisenim ternperaturama), a koefici-
jent linearnog sirenja veci (oko 1,5 puta) nego niskougljenicni ce liei. Zbog manje t oplotne provodljivosti 1akse se ostvaruje 10kalna koncentracija toplote, pa je visokolegirane ce like potre-
bno zavarivati tehnikom ul evo. Pri zavarivanju celika legiran1h
hromom neophodno je primeniti topitelje ciji je zadatak da oksi-
de hroma prevedu u trosku i sprece dalju oksidaeiju.
2.
Z a v ar t.
V
a nj e
li v e n
0
9
9
V
0
i dj a
Liveno gvozdje spada u grupu tesko zavarlji vih legura. Najuspe§nije se gasno mogu zavarivati sivi liv i beli
t~mper
liv,dok se erni temper liv ne zavaruje. Te§ko6e pri zavarlvanju
ovih legura iskrsavaju zbog njihove velike tecljivosti, male plasticnosti, jakog sagorevanja ugljenika i obrazovanja teSko topljivih oksida i
tvrdih strukturnih komponenata.
Liveno gvozdje se uglavnom zavaruje radi dorade odlivaka sa greikom (npr. nedolivenost), radi popravke istro§enih i polomljenih delova i pri izradi zavareno-livenih konstrukcija. Osnovni na~ini gasnog zavarivanja li venog gvozdja su: - sa potpunim
predgrevan~em,
- sa delimicnim predgrevanjem, - na hladno.
-
Pri
132 -
zavarivanj~
sa potpunim predgrevanjem delovi se najpre pripreme za zavarivanje, a potom zagreju na SOO-700 o c. Tempe ratura predgrevanja zavisi ad dimenzija dela, njegove krutostl,
zapremine istopljenog metala i strukture livenog
gvo~ dja.
U nedo-
statku specijalnih pe6i delovi se zagrevaju u pe6ima sa ug l jem i pokrivaju azbestom. Posle zagrevanja do odredjene temperature, delovi se vade iz pe6i i postavljaju na radni
st~.
Da se spre e i br-
zo hladjenje, odlivak se prekriva azbestom izuzev mesta zavariva-
nja. Po
zavr~enom
zavarivanju odlivak treba lagano i
ravnomerno
hladiti jer bi u protivnom nastalo krivljenje, lokalne prsline i tzv. odbeljivanje. Zavarivanje se izvodi u horizontalnom
polo~a
ju, neutralnim plamenom (iIi sa viskom C2 H2 ) uz primenu odgovaraju6ih topitelja. Za odlivke slozenog oblika preporueuje se, posle zavarivanja i
sporog hladjenja, naknadno zagrevanje do temperature 600 7S0 o C i lagano hladjenje u pe6i. Delovi velikih dimen.zija sarno se lokalno predgrevaju do oko 400 o C, ali tako da toplotne deformacije budu sto ravnomernije rasporedjene. Posle zavarivanja,mesta koja su bila predgrejana treba prekriti azbestom iIi suvim peskom radi sporijeg hladjenja. Hladno zavarivanje livenog jev~a
gvo~dja
kada se -delav! pri zagrevanju i
primenjuje se u sluea-
hladjenju mogu slobodno
(neometano) siriti i skupljati. I za ovaj nacin zavarivanja, potrebno je da se deo, iIi sarno mesto spoja, posle zavarivanja pokrije azbestom iIi peskom. Ovim se produ~u)e vreme hladjenja i time umanjuju sopstveni naponi i deformacije kcje nepovoljno utic u na kvalitet zavarenog spoja.
3.
Z a v a r i v a nj
6
b a k r a
i
nj ego v
~
h
Zegura
Bakar nije lako zavarivati zbog sklonosti ovog metala ka stvaranju teSko topljivih oksida, upijanju gasova, njegove velike toplotne provodljivosti i velikog koeficijenta linearnog 5irenja pri zagrevanju. Velika toplotna provodljivost ote z a va 10kalnu koncentraciju toplote pa su neophodni gorionici sa velikim protokom gasova. Velika sklonost ka oksidaciji iziskuje upotrebu topitelja Na2B4~' 10H 2 0 + H B0 ; oni lItite tecan metal od oksi3 3 dacije 1 rastvaraju ranije nastale oks~de prevode6i .ih u trosku. Zavarljivost bakra pogorllavaju primese: bizmut, olovo, sumpor i
-
133 -
kiseonik. Nepovoljno de!uje ne sarno rastvoreni klseonik ve6 1 kiseonlk 1z okolnog vazduha, ali se njihova §tetno delovanje
umanjuje dodavanjem top1telja. Vodon1k 1 ugljenmonoks1d zajedno sa oks1dom bakra (Cu2 0iCuO) obrazuju vonenu paru 1 u g lj e nd10k sid Ate izaziva poroznost u §avu. Da hi se izbeglo stvaranje para bakar se zavaruje sarno neutra1nim plamenom. Pre zavarivanja, iv1ee treba dobro
o~istitl
~elicnom
cetkom, a najrnanje 30 mm ad me-
sta zavarivanja. Z1ce za zavar1vanje Cu date eu u JUS C.H).071. Oks1d CuO se redukuje plamenom,
111
se pomocu top1te-
Ija prevodi u trosku. Bakarni limovi debljine do 3 mm zavaruju se suceljavanjem iv1ea, a za deblje limove izradjuje se
pod uglom cd 45
0
X-~av
1 zatupljenjem 0,2.s (s - deblj1na u mm), bez
zazora. U svim slucajevima se koristi jednoprolazno zavarivanje
sa
odse~c1ma
80 - 100 mm.
Od legura bakra
naj~e§ce
se zavaruje mes1ng (20-50 % Zn).
Osnovne tesk06e prl zavarivanju mesinga su: isparavanje Zn, sa9~revanje
clnka, upljanje gasova i
sklonost metala §ava i okol-
ne zone ka stvaranju pora i prslina. Ove se te§koee de10rn preva-
zila~ pr1menom oks1d1§uceg plamena, spec1jalnih top1telja i dodatn~ materija1a 1egiranog silicijumom i
su pare cinka otrovne i
borom. Treba znati da
da se mesing mora zavarivati sa
usisiva~em
iznad osnovnog rnaterija1a. Kad se zavaruje oksidi§ucim plamenom, na pcvr§inl osnovnog materija1a stvara se oksldna skrarna koja je neprobojna za pare clnka. Vi§kom kiseonika takodje se vezuje slobodnl vodonik iz plamena i
time
spre~ava njego\~
prodiranje u ra-
stop. Mesinq se zavaruje tehnikom ulevo. S ciljem da se poveca
gust1na (jedrina) sava 1 poboljsaju njegove
mehan1~ke
osob1ne vr-
s1 se 1sk1vanje; za mes1ng sa v1se od 40 % c1nka pr1 temperatur1 lznad 650°C, a za mesing sa manje od 40% cinka u h1adnom stanju. Posle iskivanja u smeru suprotnom od zavarivanja sleduje z arenje
na temperaturama 600-650 0 C 1 sporo hladjenje, ~ime se dob1ja s1tnozrnasta gradja. Smanjenje sadr~aja cinka pr1 zavar1vanju nastaje zbog nje-
govog sagorevanja po Cu 0 + Zn 2
G
jedna~1n1
ZnO + 2Cu
Gub1tak c1nka 1zazvan sagorevanjem (do ZnO) umanjuje se pr1menom dodatnog mater1jala koj1 sadrz 1 elemente sa vec1m hemijskim afin1tetom prema k1seon1ku nego c1nk, tako da ce on1 reagovat1 umesto cinka. Ovi elementi, npr. AI, S1, Ni, rea g uju prerna jedna~1n1
- 134 -
stvarajuci 5i0
koji ispli vava u trosku. 2 Od brojnih v rsta bron z i (oko 30) za o bradu
forrnisanjem i
plas ti ~ n1m
de -
li ve njern, smatra s e zava r lj i v im a k a pol ovine .
Zavarljlve bronze prip a d a ju g rupi k a l aj n i h, a l umin 1j ums kih i silicijumskih c ije su
op ~te
te ~koce
pri zava rivan j u veza ne
za oksidaciju sastavnih elemenata l e gure Cu, Sn , Al , Si, .... Od zavarljivih vrsta bron z i bolje se gasno zav ar uje sarno 5 111c1 -
jumska (5i-Bz), dok kalajna bronza (5n-B z ) i pore d pri me ne dezo ksidatora daje
na j lo ~ ije
rezultate u odnosu na druge pos tupke
(REL, TIG, MIG) pa se danas goto vo i ne koristi . Te§koce u procesu zavarivanja sillcijumskih bro n z l
vezan e
su za povecanu sklonost ka pojavi v rucih prsl1na sa p ora s tom s a drzaja silicijuma. Odredjene smetnje predsta v lja i oksi d 5i0 koji se izdvaja na
povr~ini
2 rastopa u obliku prevlake (pokor1ce) .
Zato je pri gas nom zavarivanju p o treban topitelj koji pre vod1 u laku 1 n1skotopljivu trosku koja 1splivav a na po v r s 1nu 2 rastopa. lake je ovako moguce za varivanje 51-bronze, loak j e po -
5i0
tisnuto TIG 1 MIG postupc1rna.
4.
Z a
V
a r i
V
nj e g o v i h
a nj e
a l u m in
~
j
u m a
~
l e g u r a
Alurnin1jum 1 njegove legure dosta se upo t r ebl java j u u in dustr1j1 u v1du l1rnova, cev1, odlivaka i raznih pro f1 la.
Te ~kocu
pr1 zavar1vanju alurn1nijuma uglavnom 1zaz1va povrs1nsk i oksid Al 0 , koj1 se topi pri 2050 0 C i ima gust1nu p = 3,85 g / cm 3 , 2 3 dok se c1st alurn1n1jum top1 pri 657 0 C i irna gustinu 2,7 g / cm J . Pri zavarivanju, zbog vece gustine, neras t opljeni ok si d Al 0 tone u rastop i time ometa potpuno spajanj e , tj. z a jedn i ~ 2 3 ko stapanje osnovnog i doda~,og materijala. Dodatna te ~ ko c a pro uzrokovana je time § to alurninijum ne menja boju p r 1 zag re v anju, l,a je zavarivacu te§ko da oceni trenutak kad
po ~ ne
t opljenj e .Da
11 se odstran1l1 oks1di alurn1n1juma 1z metalnog kupa til a i
r azo-
r10 oks1dn1 sloj sa osnovnog mater1jala, prime njuju se topite l j i. Oni sadrze lako topljiva jedinjenja hlora (natr ijurnhlorid), a lkalne elemente 1 neznatne kolicine jedinjen j a fluora. Nanos e s e, II
vldu vodenog rastvora, na ivlce osnovnog materijala iIi z agre -
jani dodatni mater1jal. Sa povr§1ne delova , posle zavarivanja se
- 135 ~eli~nom ~etlcom
okolina
cxistranjuje preostal1 deo top1telja, a §av 1
peru vru60m vvdom
~ime
se sprecava korozivno delo va-
nje topltelja na §av 1 okolinu.
Pri zavarivanju aluminijuma preporucuje se sarno suceoni spoj; l1movi debljine d o 4 mm suceono se zavaruju bez pripreme iviea s a zazorom 0,5-2 mm. Aluminijumski li movi debljine do 12
mm pripremaju se
U
obliku
v_
~ leba,
a iznad 12 rom
~
obliku
U
!leba. Pre zavarivanja ivlce se moraju ocistlti me talnom cetkom
najmanje 30-40 rom sa svake strane i potorn odmasti ti . Za gasno zavarivanje aluminijuma i njegovih le gura primenjuje se tehnika ulevo sa lzaziva oksidaclju
n~utralnim
plamenom; oksidi§uci plamen
a redukujuci poroznost §ava . Odlivci ad
1e-
gura aluminijuma zavaruju se posle potpunog predgrevanja na 250°C, sa dodatnim materijalom lstog sastava kao i osnovni. Posebno se za leguru aluminijuma i silieijuma - silumin
preporu~uje
predgrevanje do temperature 350-400 o c~ice za zavar1vanje Al i ~egura date su u JUS c.H).o61. 5.
Z a v a r i v a nj e
leg u ram a 9 n e z
~
j
u m a
Zavarivanje legura magnezijuma j e otezano zbog slabe toplotne provodljivosti, bliskosti temperatura topljenja i
sagorevanja,
v1sokog koef1c1jenta linearnog s1 ren ja 1 ve11kog hemijskog afin1teta prema klseoniku. Na povr§ ini delova od magnezijuma i nje go vih legura stvara se oksid MgO ~ija je temperatura topljenja oko o o 2S00 e, dok je temperatura topljenja clstog magn ezijuma 650 e. Iz tog razloga, pri zavarivanju magnezijuma i nj egovih legura se mora stalno uklanjati oksidna skrama i Ijeni metal ad kiseonika, azota i
bri ~ljivo
zastltlti rastop-
vodene pare. U te svrhe prirne-
njuju se top1telj1 na baz1 soli hlora 111 fluora. Delovi ad magnezijuma debljine do 1,2 rom zavaruju se s u ~e ono bez dodatnog materijala, a do 3 mm be~ obrade i viea . Pri za~ varlvanju delova debljlh od 3 mm izvo di se 30-35°, ostavlja zazor 1 ,5-3 mm i Pre zavarivanja,
povr~ine
V- z leb sa uglom
zatupljenje 1,2-2,5 rnm. iviea se moraju pazljivo ocis-
tit1 cd oks1dne skrame. C1 §~e nje se mo~e obavit1 mehan1~k1 1 hemijaki. Kod hem1jskog ~i§6e nja 1vice osnovnog materijala se uranjaju u voden1 rastvor hromne k1se11ne (18% H2 Cr 0 4 ) pr1 ternperaturt 90-200 o e 1 zadrzavaju oko 5 min. posle toga delove treba
opratl u vru~oj vodt, temperature 50-60°C, pa u hladnoj i najzad
1h oaui1t1 na vazduhu.
136-
Dodatni materijal, u vidu Aipkt, treba da je istog sastava kao i osnovni. Ove Aipke, pre zavarivanja, treba provu6i kroz vadeni rastvor azotne kiseline (20\ HN0 ). U toku zavarivanja do3 datni materijal mora da bude neprekidno zaronjen Q zavariva~ko kupatilo. Zavaruje se neutralnim plamenom; za delove debljlne do 5 mrn primenjuje se tehnika ulevo, a za delove deblje od 5 mm tehnika udesno. preporu~uje se predgoevanje do temperature 300-3S0 o C u slu~ajevima kad se zavaruju delovi deblji od 5 rnrn.
6.
Z a
V
a r i
V
a nj e
0
8
t a I i h
m B t a I a
Osirn navedenih metala i legura jo§ se gasno ROgu zavarivati cink (Zn), olova (Pb) i plemeniti . metali (Au, Ag). Te§ka6e pri zavarivanju cinka nastaju zbog stvaranja oksida (ZnO) koji se ne redukuje plamenom ve6 se moraju primeniti odgovaraju6i topitelji. Ovaj oksid se ne topi ve6 sublimi§e na 1800 0 C stvaraju6i bele otrovne pere. Cink se ubraja u te§ko zavarljive met ale zbog velike toplotne provodljivosti, niske temperature isparavanja i velike sklonosti ka oksidaciji kao i pojave znatnib deformacija. Zbog niske temperature topljenja cink se isklju~ivo zavaruje gasnirn plamenom uz primenu specijalnih topitelja (sme§e ZnCl, fluorida zernno-alkalnih i alkalnih me tala), sa planlenom gori vog gasa i vazduha ili gorivog gasa i kiseopika. ~v poole zavarivanja ima veoma nisku zateznu ~vrsto6u .i ako se lzvodl uz predgrevanje na lOO-lSOoC (na hladno nastaju prsline). Legure cinka (sa Al, Cu) su gotovo ne zavarljive jer nema topitelja koji mogu razgraditi okside A1 2 0 , Cu2 0 na tempera3 turi topljenja ovib legura (oko 380 o C). Ukolilo se i zavaruj u odli vci li venl pod pri tiskom, jedioo je to mogu6e gasnim postupkom sa topiteljima ~ naizmeni~kim koriA6enjem dodatnog materijala u obliku Aipke Zn i ~ell~ne fice uz presudan uticaj uma§nosti zavariva~a. Olovo Be Bmatra idealno zavarljivim metalom,jer je njegov OkBid lakAi i isplivava na povrAinu bez topitelja gde se redukuje plamenom. Ovde nema teAka6a,kao pri zavarivanju drugib metala,pa au avojatva lava jednaka oenovnom materijalu. Zavaruje se nel alnim lli alBbo redukuju6im plamenom C2 H2 -0 2 , malog protoka. Oatali metali: nikal i nje~ove legure (monel Cu-Ni), titan, niobijum, berl1ijum, 1ID1ibden, i s1., zbog ltetnog uticaja kiaeonlka, aumpora, azota 1 vodonika zavaruju se drugim postupclma.
-
1. 2
R U ~NO
137 -
E:LEK T ROLUtIlO ZA VARIVANJE
Pri rue nom postavlja i
elektrolu~nom
odr~av a
za varivanju ele k tr ic ni luk se us -
izmedju z a va r ivano g de l a i
do da tn o q mate rij a-
la - elektrode. U praksl REL zavari v anja, luk s e us posta vlja najpre primlcanjem e1ektrode (sl. 66a), kratki m s po jem ( s l. 6 6b ) a zat~l
nagllm odvajanjem elektrode 00 osnovnog materijala (s 1.
66c). Rucnim elektrolucnin zavarivanjern p osti ze s e ve c a konc e ntra -
pl'imicanj E
L Kratak .
El ck t?'i~ni
Zuk
spoJ
a.
c.
b.
51. 66. Uspostav ljanje 1uka
cija toplote, veca brzina zavarivanja i
uza zona pod uticajem to-
plate nego pri gasnom zavarivanju. U poeetku primene REL postupka kori~cene su gote elektl'ode koje su dav ale savove lo seg kvalitet a (51. 67a). Danas se up ot rebljavaju uglavnorn obloi e n e e l e ktr o d e (s1. 67b) KOjima se posti z u
b.
8agorev
51. 67. REL lavarivanje go1om (a) 1 ob1o ~ enom e1ektrodom (b)
- 138 tra!ena svojstya spojeva i stabilni ji elektri ~ ni luk . Ako s e npr . ~elik zavaruje golim elektrodama u me talu §a va se zapa!a prekomerna koli~ina oksida FeO, a s manjen s adr! aj Si I Mn i C. Pove6anje sadr!aja FeO nastaje zbog poznate osobine metala da rastvaraju sopstvene oksicle, a oksicle drugih me t a la prevode u trosku. Elemen ti Si i Mn sagorevaju ·u prostoru elektri~nog luka pom06u kise onika i. vazduba. Hemijskom analizom metala .§ ava izveclenog golom elektrodom ustanovljeno je pove6anje sadrz aja 02 i N2 (i do 30 puta ) u odnos u na osnovni materijal. Mehani~ka s vojstva takveg §ava su veoma mala a nar~ito plasti~nost i udarna ! ilavost. Nagli razvoj REL zavarivanja p~inje od pronalaska oblo zenih elektroda 1908. go dine , a veli·ka primena od 19 25. Danas se oblozene (opla§tene) elektrode izradjuju u obliku metalnih ! ica pre~nika 1,5-9 mm, duzine 300-450 mm, na koje se presovanjem iIi redje umakanjem nanosi obloga od specijalnih materija. Neki sastojci obloge Se pri zavarivanju tope,drugi sagorevaju, tako da se gasna atmosfera u zoni zavariva~kog kupatila sastoji iz para metala, gasovitih proizvoda sagorevanja obloge i proizveda disocijacije raznih gasova. Hemij s ka aktivnost gasovite faze u odnosu na te~an metal zavisi u prvom redu od saddaja vodonika, kiseonika, a.ota i njihovih parcijalnih pritisaka. Kiseon i k i azot poti~u iz vazduba, a vodonik iz vlaznih obloga elektroda 1 ovla!enih oksida zeleza na povr§ini zavarivanih delova. U stubu elektri~nog luka vodena para disocira prema jedna~ini 2H 2 0
+
2H2 + 02
a zatim nastaje jonizacija
Atomni vodonik H i proton H+ imaju veliki parcijalni .pritisak pa se mo!e posti6i zasi6enje me tala §ava vodonikom od 40 ml/ l00 gFe .
U Lo g a
0
b L og a
e L e k
t
r od a
Obloge pri zavarivanju lmaj u vl §estruku ulogu: - §tite zonu zavarivanj a od kiseonlka i a . o t a i . va.dub a; - clezoksidi Au rastop; - legiraj u me tal Aava ;
-
13 9 e le kt r i ~ n og
- doprin o s e stabilizaci j i
l uka ;
- pomoc u t r o ske stvorene i z n ad r astopa ( top l jen jem o blo-
gel
p rod u ~a v a
se v reme hl ad j e n ja metala sava.
Za s t l t a metal a s ava i ~ vrs tirn
ZUT- a o st varuj e se gasoviti rn i
pro i zvodima n asta l i m top lj e nj em i me hani ~ k i
Gasov i mogu s titi ti met al s ava
sago rev anj e m o bloge .
i h emi jski.
z a§ tita se o stv a r uj e okru z e n j e m r a stopa gasom CO
2
He han i ~ k a
ko j i ne r eagu-
je sa s pol jasnj om atmosferom . Ako de c ki seonik a i azot prodru u zonu luka, sasto jci iz o blo ge ih vezuju pa s e taka ostva ruje he-
mijsk a zas tita. Za ob r azo v an je za s titnih gas ova ( osnovni s astojak CO ) oblozi s e doda j u prah c umura , gr afit, hidrati metal a i ce2 lulo zne ma terij e (C 6 H100S)' Zas t i ta i pre ~ i sca vanje (ra finacija) rastopa meta la vara posti ~ e
troskom
se hemijsklm r e akcijama troske sa rastopom. Pre-
rna hemijsk o m sastavu, tro s k a nastala topljenjem o bloge ti: kisela,
bazi ~ na
i
mo ~e
bi-
neutralna.
Kiseli sastojci u oblogama su Si0
i Ti0 • Silicijumdiok2 sid (Si0 ) snizava temperaturu topl j enja z aostalih oks ida, a do2 daje se o blozi pre ko gline, azbes ta (3MgO.3Si0 2 ), voden og stakla Na 0(Si0 )m. Titandi oksid se dod a je kao prirodan rutil ili sin2 2 teti ~ ki, a dejstvuje kao topitelj i stabilizuje elektri~ni luk. 2
sastojci obloqa su Na 0, CaO, MgO, MnO, FeO a ne 2 utralni A1 2 0 , Fe 0 i Cr 2 0 • Neutralni dodatak A1 2 0 3 ima tehno3 2 3 3 lo s ku ulogu unutrasnjeg podmazivanja pri " presov anju obloga. Obloge elektrode mogu sadr ~ ati kisele i bazi ~ ne okside, Bazi ~ ni
a karakter troske se o d redjuje pomoeu izraza
k za k
=
= r (%1
~
kiselih oksida
r (%) bazicnifi oksida
1
>
1 troska je ne u tr a lna , za k < 1 bazi c na 1 za k > 1 kisela . Hemijskim delovanjem izmedju troske i
njuje se
sadr~aj
te c nog rnetala sma-
kise onika rastv o renog u vidu stetnog jedinjenja
FeO, obrazovanjem silikata ili titanata (2FeO,Si0
2
ili 2FeO.Ti0 ). 2
Kako su o v a jedinjenja nera stvorljiva u tecnom c eliku, ona is p liva vaju n a p ovrsinu e ime stalno iz v l ac e kiseonik iz rastopa. Pojava se zove difuzna dezoksidacija.
Troska
bazi~no g
oksidaciju, pa se i le g ura -
ka . aktera (CaO) ne proizvodi
bazi ~ nim
difu~nu
dez-
o blo garna Jodaju Si i Ti u vidu fero-
f e ro s illcljumQ, ferotltana radi o mog ucavanja dezo ksida-
cije. Sarno ako je temperatura r~ture o ~ vr§ civanja
tj.
o ~ vrScivanja
p~etka
troske viSa od tempe-
kristalizacije me tala
s av~
mo z e
-
140 -
s e iskori stiti n jena .,latentna (skrivena) toplota da se metal Ate du ~e
zadr z i u
te~ n om
ko je n ast a ju nag lim te ~an
ostaje
za trosku i
stanju. Ovi m s e
o ~ vr ~ ~ivanjem .
pojava § upljlna
spre~ava
Osim toga u me talu kojl dufe ne~lsto~e
g asovi s e b ol j e izdvaja j u i
bolje vezuju
i s p livava ju na p o v r §inu . Manja brzlna hladjenja uma-
n juj e o pa snost c d
vr u~ ih
prsl ina, a k a d z akaljivih
~e llka
i ad
nepozeljnih struktura kalje nj a u metalu sava 1 ZUT- u . Sastojci U oblo zi name n jen i za l eglranje rastopa slu!e istovremen o i kao dez o ksidatori ; to su
naj~ e§ 6e
feromanqan, fero-
s ilicijum, ferotltan , AI, Mo , Cr . U princlpu se kao dezoksidato-
r1 mog u primenl ti eleme n t!
ve~eg
hemijskog afiniteta prema klseo-
n i k u cd zeleza, tj. ele menti k o ji se
slecie6em redosledu nalaze
U
le vo od Fe: AI , Ti , Si, Mn, Cr, Fe, Ni, C, Cu. elektri~nog
Ma te r i je za stabiliz aci j u tencijal (n apon)
luka imaju n1fi po-
jonizacije od ze lez a . To su jedlnjenja kalljuma,
natrljuma, kalcij uma, oxsidi Fe . Tako je, na primer, potenc1jal
kalijUJT1a4, 3V,a gvozdene pare 7,SV. aluminijuma 5.95,argona 15.~helijuma 7.83V. jon i zacij e vaz d uha I SV • para
P o red na veden ih sastojaxa, oblozi se dodaje i kalcljum fluorid (Ca F l koji s manjuje viskoznost troske i time joj 2 va te~ljivost, ~to doprinosi da troska bolje pokr1 v a §av.
pove~a
Svi sastoj c i koji ulaze u sastav obloqe povezuju se medjuza metalno jezgro elektrode, vodenim staklom Na 2 0.(S10 2 )m iIi visokopollmernim lepko v~ ma koji prl zavarivanju saqorevaju 1
sobno, i
prelaze u trosku. Najbolje je vode n o stakia modula m
s
S10 2 /Na 2 0 -
2,2-3.
o z " a
c
a v a nj eLL z b
Osnovni zahtev je d a metal svojstva
~ to sll~nlja
zilavost i ri ~ n1
~ ava
0
r
e l e k t rod a
1 ZUT-a imaju gradju 1
osnovnom materijalu, a ponekad se tra!1 da
plasti~nost
budu
~ak
1 ve6e. Pr1 prolasku kroz elekt-
luk dodatni materijal trpi nepovoljne promena, Ato
%na~1
da dodatnl materljal mora bit1 balj1 oct osnovnoq. Jedino se tako mole
posti~l
da spoj posle zavar1vanja 1ma trafene karakterls-
tike. Potreban sastav metala §ava pr1 REL zavarlvanju oHtvaruje se pomo~u sastojaka 1z fiee 1 obloge jer je osnovnl materljal unapred dat . Budu61 da se REL postupkom najv1§e zavaruju razne vrste ~e l1ka, to su 1 p o dacl vani.
0
elektrodama za ~e11ke uglavnom standardizo-
- 141 Prema na§im standardlma zasnovanlm na norm! ISO-2SE/73 oblo! ene elektrode za ru~no elektrolu~no zavarlvanje ozna~avaju se prema mehanl~kim oeobinama ~lstoq metala Aava, vrsti obloge, polo! aju zavar1vanja 1 vrstl struje kao 1 sadr!aju vodonlka u ~istom metalu §ava. Elektrode namenjene za zavarlvanje niskougljeni~nlh 1 nlskoleg1ranlh ~ellka ozna~avaju se po standardu JUS C.H3.011/82. Razllkuju se dve grupe elektroda u zavlsnostl od vrednostl zatezne ~vrst06e Rm ~istog metala §ava. Elektrode sa RmP430-S10 MPa lmaju lza slmbola E broj 43, a elektrode sa Rm ~ 510-610 MPa broj 51. Obe grupe dalje se dele na 5 grupa prema vrednostl najmanjeg lzdu! enja ~1stog metala §ava AS na du!lni L = Sd, i udarne ! 11avost1 kako je to dato u tab. 13. Ovde se takodje daju broj~anl slmbo11 1 drug1h karakteristlka elektroda bltnlh za ozna~avanje • Primer ozna~avanja elektrode, prema tab. 13 poll.azuje da elektroda sa oznakom: - E432R13 lma Rm < 510 MPa. AS < 24% 1 KV > 28J na 0 °C. Obloga elektrode je rutilna (R) a mo!e se za1VarlvaH u svlm polo!ajlma (1). pr1manom nalzment~ne struje sa U = SOY, ill jedo nosmerne struje obrnutog polar1teta E na + polu). - ES13B160 2B , lma Rm < 610. AS > 20, a KV > 28J na -20 o C. Obloga elektrode je bazl~na, stepena lskor1§6enja oko 160. namenjena je za zavar1vanje u svlm polo!aj1ma os 1m vertikalnog nan1!e 1 samo za jednosmernu stl:'Uj u obrnute polarnosti. Saddaj vodonika u metalu §ava je 1 do 2 ml/l00 g. Na sll~nom princ1pu ozna~avaju se elektrode za zavarivanje ~e11ka otporn1h na puzanje (JUS CH3.01S/81) 1 za zavur1vanje nerdjaju6ih 1 s11~nlh v1sokolegiranlr. ~elika (JUS CH3.017/S2). Sve elektrode, izuzev celuloznih, moraju se
~uvati
na
BU-
VOm mestu. Prl zavarlvanju ovla!enlm elektrodama luk suvi§e pr§tl, a lzveden1 §av 1ma lo§a mehan1~ka svojstva. Naro~1to SU na vlagu osetljlve elektrode sa bazi~nim karakterom obloge. pa ih treba ~uvati u hermetl~k1 zatvorenlm kutljama 11i pollvinilsklm kasama. Ako se 1 pored preduzetih mara elektrode ovla!e, moraju se pre zavarlvanja suAlti. Elekrrode sa rutl1nim 1 celulozn1m karakterom obloge mog~ se su§1t1 neposredno uo~i zavarlvanja ukIju~lvanjem u kratak spoj. Posle hladjenja elektroda do sobne temperature mo~e se zavarivatl. Drugl na~in suAenja koji se primenjuje za elektrode sa rutlln1m 1 k1se11m karakterom oblo~e je u pe6ima prl temperaturl 80 - 120 0 C. Za elektrode sa baz1~nlm
Tab l lca 1 3.
Oznaka
Ozna~avanje
AS , %
e l ek tro da za
1) tOe
28J
E 430
-
-
E 4 31
20
+ 2Q
E 43 2
22
U
Tip ob l oge
A- k i se li
E 43 4
24
- 30
e - ce luloznl
510
E 511
-
-
18
+20
< 105
sv i
E 513
18 20
0
o -
oksid ni
R -
rutil n i ( s rednja )
11 5- 125
RR ..... rutilnl (deb e la)
20
-30
E 515
20
-4 0
S -
11 0
ba z 1c ni
Po l o!a j
S t ru ja zavar .
3) p zn a p ka 1
U
0
os t a le
ti ka l nog n a -
2
0
11i -
1
12 0
130
-
i td .
svl s uceo nl 1 ugaon l u H i HV po l o~ aj u 4) Bvi s u~eon i i ugaon i u H po l ozaj u ugaoni s pojev i u ko rltas to m
50
+
3
5
1-3
2H
<1
3H
6
+ 111-
-
2
4 70
+
4
7 90
8 9
5
po l o~aj u
1) tOe, 28J - tempera tura k o j a odgo v ara ene rg1ji u da ra od 28 J. 2 ) Ki - k oefici j e n t iskor1 §cenja . 3) p - polarltet za j e dnosmernu 1 U - na p:m praznog ho da z a n alz me nl ~ nu struj u (V)
4) H - hor1zontalni, HV - horizont~no v ertikalni
H
3
+ili-
-
H
Sadr ~ aj
Ozna rnl Oznaka 10Ug ka
+
+
- 20
E 514
zavarivan ja
n l ~c
12 5-135 E Sll
nema
ce llke
sv1 sern ve r10S -11 5
B -
J:;
Po l o!a j
(rutlln1)
- 20
- 40
nl sko l ~g l rane
3- 5
24
24
i
2) KOef:~ijen t is k or M Ozna Ki ka
AR - k i se li
E 433
E 43S
n i s k o u g lj en l ~ne
-
143 -
ka r akterom obloge potreban je poseban
elektrode
5e
re~im
su§enja u pe6 i;
tako zagrev~~u da temper a tura u pe~i dostign e 3S0oC
za jedan sat a potom 5e ana
odr~ava
oko 2 sata ; dalje s leduje
hladjen je da temperatura opadne n a 150°C u t o ku jednog sata, 1 normalno hladjenje do sobne temperature.
1.2.1
Priprema osnovnog materljala 1 tehnlka zavarivanja Tehnika zavarlvanja obuhvata :
- prlpremu osnovnog materJpla, - lzhor elektrode,
- izbor vrste i
ja~lne
struje zavari vanja,
- lzvodjenje zavarivanja. Ivice osnovnog mate rijal a prlpremaju 5e mas inskom obradom 111 5e seku gasnim plamenom;
na ~i ni
pripcerne, zavisno od deblji-
ne osnovnog materijala l ' vrste spojeva , prlkazani su n a 51 . 67.
8=4 - £: 0711171
8= 45 - 60°
9?????5tS5~'3 b .
8 •
b=o - Jmm
••• "1m
c = 0 - 3mm
J mm
s • 6 b= 0 - 2 mm
F1 2 - 40mm.
8=45 - 60°
a
~
~ ~ D ]> ls mm
~_~~?2!~_\t!''''iS'_'~'''' s 2 > 3 0 Tnm
o
1] = 0 -
3mm
~=o - 2 mm
D)1 5mm
B = 16 - 20° O=Q- Jmm
c =1. 5 - 3 , 5mm r =7 - 8mm
~ ~=1 2 -40 ~ b=5o.=i.,,· ~ mm
c= 1 , 5 - 4mm r =4 - 5 mm b =o - J mm
c=o - 2mm
a~J o mm
8=1 6 - 20° b=o - ,jmm
0= 1. 5 - 3 . 5,.,
1'=7 - 9mm .
S1. 67. priprema limo v a za elektro lui::no zavariva.J'1j! Pr! lzboru elektrode za zavarlvanje presudnu ulogu 1ma hemijski s astav os novnog materijala i
tra~ena mehani ~k a svo j stva
koje mora da 1ma zavaren spoj. U pogledu osnovnog materijala, elektroda mora da mu odqovara i
po he mijskom sastavu i
po meha-
nl~kbm svojstvima. Za jake napcegnute ce llc ne konstrukclje i
• jednostrano
*.
dvostrano
zavarlvanje
di-
nami~ ki
opte rece ne s kl opove n l m karak t e r o m o bloge. Pre po ruk e
144 -
p repo ru ~ uj u
se el ek t rode sa
za i zb o r e l e k t ro da s a k l se llrn,
b az i ~ nlm
ba z i ~
i
r util-
nlm karak t e ro m o bloge date s u u t ablici .14. Na i zbor e l ektrode
Kalan
po l o~ aj
uti ~e
i
po lo ~ aj
zavari v anj a ; za ve rti-
1 za nadg lavn o z ava ri vanje po go dan je sarno mali
broj e l ek troda . U ovi m prlnudnlm
polo ~ ajima
v l a cne s ile i zmedj u osnovno g materijala i rij a la mo r a ju bi t i
e l e ktro d inamic ke pri-
kapljica dodatnog mate-
v e ce od sile ze mljine te ze . Najpogo dnije s u za
a ve po l oza j e e l e ktro de sa rutilnim i celulo zn im karakterom oblo-
ge . Tab lica 14 . Iskustvene preporuke za izbor elektroda QBLAS T PRIMENE I KARAKTERISTIKE
A
e
R
+++
+
+++
Estetski izgled povrSine ~ava S tab l.lnost e lektriCnog luka
+ +++ ++
++ +
+++ +++ +++
Ko licin a i § tetnost gasova sa gledi~ta za ~ tite pri radu
+++
+++
Ods t ranjl vanje troske
+++
++ ++
+
+++
++
+++
+++
+++
ZAVARI VANJA i a zavarivanj e tankih limova (do 5 mm) u horizontalnom polo z aju P remo~c lvanje.
zazora u z lebu
Zavari vanje n a pregnutih konst r ukcij a
Za
~elike
j a~ ine
do 500 MPa
Za
~ elike
ja~ ine
iznad 500 MPa
++
++
+++
Za limove debljine ve6e od 30 rom
+
+++
++
Za z~varlvanje. dinamicki opterecenih konstrukcija
+
++
Sigurno st od pojave prsllna
+
+++ +++
Udarna z ila vost
+
+++
++ ++
+++
++
+++
Otpornost na vlagu
LEGENDA: +++ n a jbolje odgovara ++ odgovara + ne preporucuje se - nije za upotrebu
-
I pored pravilno izabrane elektrode , dobre rezul tate ne rro-
!e posti6i nedovoljno obu~en zavariva~, pogotovu u prinudnim polozajima zavarivanja. Pri prelasku na novu vrstu elektrode, neophodno je da se zavarivae na nju privikne pre nego §to poene zavarivanje zna~ajnih sklopova.
"
-
145-
Zlekt r oae j e dn e vrste mog u se razlikovati Garno u pre~ni cl
ma o Pod precnikom elek tro de po drazumeva se pre c nlk ce ll c n oq j e zS ra, tj. e lektrodne fi ce. Standardi zovani precnici elektroda s u: 2 ; 2 , 5;
3,2 5 ; 4 ; 5; b ;
8; i
10 tnrn . Pci izboru prec nika elektrode
treha po § tovati prav ilo: uzeti elektrodu ~to veceg precnlka K0 11k o to fleb omogu6uje . Kad se ,avaruj u deblji materijali treba
.l.zabrati elektrode razlicltih pre c ni k a i za prve slojeve maze se up o tre biti tanja elektroda, radi boljeg provarivanja, >a za os tale
slo j eve elektroda najveceg precnika kOjom se mo:te pr1ei no g zava r a .
do kore-
J ac ina struje zavarivanja zavi si , pre svega , od precnika ~l e y. trode
a zatim od osnovnog materijala, v rste spoja i polozaja
zavar~ vanja.
Na osnovu izabranog pre c nika elektrode mofe se odre-
ditl srednja vrednost jacine struje zavarivanja:
- za elektrode precnika d gae
y
< 3,25
mm, I
-
za elektrode precnika d > 4 rnrn, I
I
-
jac ina struje u A , a d -
pre~nik
=
=
35.d
45 .d,
elektrodc u rom.
Ovo s u sarno p olazne jac ine struje zavarivanja, a konacnu jacinu treb a iz a bratt probnim zavarivanjem. Ako se primeni struja ad
o~timal ne .
suvi~e
elektroda ce
ja~a
prstati, a slabija struja daje
ne a a v o l j no uvarivanje, parozna mesta i
preterano zaobljeno lice
sa v a . U literaturi .se cesto srec e izraz za odredjivanje jacine struje zavariv~ja I
=( lS+ode}de
u A.
U okviru priprema za zavarivanje celika jednosmernom strujom t reba obratiti
pa~nju
i
na skretanje elektricnog luka. Oka
5 1. 68. Magnetno po1je pri zavarivanju jednosmernom strujom
- 146 elektrode, luk a i osnovnog materijala stvaraju se magnetna polja (s l. 68),
koja odredjenim s11ama deluju na luk. Pri zavarivanju
naizmenicnom strujom te se sl l e
uravnote~uju,
pa
ne~
skretanja
luka. Zbog delovanja magnetnih 5i1a, prl zavarivanju ce lik a jed-
nosrnernom struj o m, elektricni luk mo!e skreta tl hoeno od iviea (5 1. 69a) , suprotno od prikljucka struje (51. 69b) , prema ve60j masi (51. 69c) i ka izvedenom zavaru (51 . 69d) . Skretanje luka ote~ava
topljenje i kontrolu kretanja troske
gre~ke:
ne dovo ljn o stapanje, ukljucke troske, g re §ke oblika § ava
i
~ to mo~e
izazvati
ne do voljno provarivanje.
prik!jucak struje
b.
a.
d o datnQ masa
d. 51. 69. Skretanje
elektrl~nog luk~
Nepovoljno skretanje 1uka
mo~e
•
se umanjltl naglnjanjem e1ek-
trode (sl. 70a), prlpojlma (sl. 70b), pogodnlm redos1edom zavarlvanja,prlpojima 1 redosledom, dodavanjem ~e11~ne (maqnetne) mase (sl. 70c), pokretnlm prlk1ju~kom (sl. 70d) 1 pr1menom . nalzmenl~ne 8truje~
Du~ lna
1uka naj~eA~e je u granlcama (O,S-l,l)de , gee je de preenik elektrode u rom. Odabranu du!1nu luka, koja zavls1 ad vrste e1ektrode 1 po1o~aja zavarlvanja, neophodno je u toku rada odr-
-
147 -
~avati nepromcnjenom . Pri zavarivanj u elektrodama sa debe l om
ob l ogom i
izvodje n ju ugaonih § avova p rlme n j u je se k ra~l l uk . Is -
ta taka se prl zavarivanju jednosme rn om str ujom preporu~uje kra-
61 l uk, jer se time srnanju j e skretan je luka l zazvano magne tn im
silama .
pripoj
/
I b.
a.
pok r etni.
dodatna
prikljucak
maSQ
d.
c.
51. 70. Mera za smanjenje skretanja luka Prav ac zavarivanja mo ze bitt s leva na deana, zdesna na leva, o d sebe i
ka sebi. Nezavlsna od pravca zavari v anj a elektroda mora
biU nagnuta ka osi Heba pod uglom kojim se postHe najbolje uvarivanje. Za dobijanje zadovoljavajuceg s ava, pri zavarivanju
u horizontalnom polo ~ aju, ugao nagiba elektrode mora biti 15 vertikalne linije
U
0
od
smeru iz v odjenja sava. Kod tanjih limova e1e-
k troda se v?di pra volinijski, dok je za deblje limove neophodno i poprecno kretanje izmedju zidova H e ba.
~ii:ina
§ava koja se mo-
fe dobiti bez poprecnog kretanja elektrode iznosi (O,8-1,5)d , e gde je de - precnik elektrode u mm. NajceA6e .je potrebno da Airina liea Aav a bude (1,S-4)d , Ato se mofe ostvariti poprecnim kree tanjem elektrode. ~av
me todom.
se po du f ini . i z vodi neprekidno ili obratno stupnjevitom 5u ~ tina
neprekidnog izvodjenja je Ato se Aav od pocetka
do kraja izvodi u jednom smeru. Obratno stupnjevit metod sastoji
se u tome Ate se §av po duzini deli na -relattvno kratke delove.
-
14 d -
Pri z a v a r i v anju S8 e l e kt rl ~ ni l uk n amerno p r eklda k a d se ~av potpuno z a vr§ l
111 r a d! zamen e i s tro §en e e l e kt rode . Na me stu
preklda o s taje udubljenje koje n azi v arno kl'ater om . U kra t e ru mogu naata t! pore i
fine p r s li ne k o je pri o ptere6e nju s poja de luj u kao
)con ce n trator! napon a . Da h i se kramx i sp un l 0 i
8 pre ~ i l e
po me nute
gre s ke, novi luk se mor a usposta vi ti n a k r a t e r u, a e l e k t r oda po v r a tltl napre d - n a za d tol iko p u ta dole se dostlgne v i s in a r an i je i zvedenog zava r a.
1. 2 . 2
Zava ri v anj e
ra zll ~ l t i h
1. Z a v a r i v a n j e Z. 1. m 0 V a
rne t a l a 1 l e gu ra
ta n k i h
C
6
t i o n
~
h
Li mo ve od ni sko ugljeni ~ no g ~ e lik a debljine oko 1 rom mogu uspe s no za var l va ti oblo ! enim elek tro dama sarno z a v ari va~ i v l ~ nl tom poslu . Pored umes nostl z avarlva~ a mora sa r a spolagatl 1 tank im e l ek trodama . Uobl c ajeno j e da se za sre dnje obucenog , prose~ nog z a v ari v a ~ a, u zima kao graniea uspe~ no g zavari vanja lim debIjine 1,5 rom. Pri z avarivanju tankih limova potre bno je toplotu unos iti ravn ome rno po s vakoj j e diniei d u~ in e §ava, ~ ime se ostvaru je pod j e dn ako p rova rl van j e du ~ cel og §ava . Elektroda s e mora pome rati ustaljenom brzinom i bez popre ~ nog kretanja . Najpovoljnije j e obrazovati ~ to tan j e i dul e z a vare strujom manje ja~ine, kako bi se umanjila opas nost od izgaranja i viea osnovnog materij a la. Strujom manje ja ~ ine je ote ~ ano odr ~ avanje luka, pa je ponekad po! eljno stavlti limove na bakarnu plo ~ u kOjom se odvodi znatno ve6a koli ~ ina toplote i tako s pre ~ ava l z garanje iviea, ~ to omogu6 u j e zavarivanje j a~ om strujom. Najve6a brz ina z avarivan j a i najle p §i izgled §ava posti ~ e se zavarivanjem ooozgo nadoIe s a nagibom elektrode p od uglom od 30 0 u odnosu na verUkalnu oau u s me ru izvodjenj a §a va . Brzina zavarivanja za tanka ltmove mora biti zna tno veta ne90 za debele, pa je neiskusnom zavarlva~u veoma te §ko da odr ~ i luk . Pri za varivanju tankih 11mova preporu~ uje se prlmena jednosmerne struje direktne polarnosti, tj . vezivanje elektrode na minus pol. Ra zmak 1zmedju limova treba da bude §to manji da bi se potro§nj a dodatnog mater1jala svela na najmanju meru. Po ~ eljno je bru§enje ivica osnovnog materij a l a i pripaj~~ je na sredini i suprotnom kraju od po~etka zavarivanja, ~ime se dopr1nosi ujedn a~enju kvaliteta po du! ini §ava.
-
149 -
Iviee limova de bljine do 5 mm ne treb a zakoAavati , doveIjno je obezbedlti u zajamnu parale lnost lvlea, tj . latl za. or po celoj du!inl apo j a . Poaebnu pdnju t r eba poavotitl r avno .... rnom uvarlvanju obe lvlce a poja . Po pravilu je kod tanklh 11mo v a preaek Aava ve~ l nego Ato bi to odgovaral0 deb lj l nl oanovnog materljala. Najte!e je prl zavarivanju tanklh l1mova pravl1no oblikovati s uprotnu atranu §avAa I
mala odstupanja ad izabranog re!ima za-
varlvanja prou zrokuju gre Ake: neprovaran pro.e k (mala kol1~ina un ete top10te) (al. 71e)
( 5 1 . 7 1a ), prokap tjino (al. 71b) 1 prDgorovan jo
(prekomerna toplota). Pravilan Aav aa dovoljnlm prova-
rlvan;em, bez prokapljina, p,r egorevanja 1 qre §aka na suprotnoj a tranl (al. 71d) mo!e lzvest! same lakusan zavarlva~. Ovo stoga
Abo zavarlva~ ne vidi supro tnu stranu Aava, pa u baku zavarivanja ne mo!e ut!eati na pobolj§anje kvallteta.
a,
c.
b.
d.
Sl. 71.
Su~eonl
spojevl tanklh
0 fI
~el1~nlh
(
l1mova
Za konstrukelje koje au napregnute osel1atorno promenljivlm 111 udarnim optere6enjlma nlsu do zvoljenl neprovarenl preaeel jer deluju kao lzvorl koneentraelje napona, §to lzazlva zamor 1 lorn konatrukelje. U
alu~ajevlma
kada je
mog~e
zavarlvanje i sa
9uprotne strane, gre§ka "neprovaren presek" mo!e se otklonlti naknadnim provarivanjem. Ako je suprotna stran a
neprlstupa~na,
se prlmenitl bakarna podloAka koja omogu6uje zavarlvanje
mole
ja~om
strujom, a time 1 provarlvanje celog preseka. Osim togA, prlmenom
bakarne plo~e pove~ava se u~inak, jer se zavarlva~ ne boJl da 6e ae pojavltl prokapljine 1 pregorevanje pa mo!e zavarlvatl atrujom 1
U
ve~om
ja~om
brzinom.
slu~a jevlma
pr1mene ve6e brzine zavarivan j a mo!e
do~l
do pojave nalepljlvanja zbog smanjenja I1nljske encrglje zav arlvanja, pa se atoga
rno~a
zavarlvanja, koja je
uzoraka.
lzabrat! 1 odr!avatl optlmalna brzina
prethodno provorena zavarlvanjem probnlh
- 150 2. Z a V a r i
v a nj 6
l i
Slv! , n odul a rni 1 te mp e r li v
v e " i h us pe ~ ni je
g u o ! dj a se za v ar u ju e l e ktro -
luc no n eg o g a 5 no . Pre dn os t o v o g n a e ina zavari vanja j e nje kolic ine ome t e n im
toplo te , ~ to
~ ire n jern
i
un o ~e n j e
ma -
smanjuj e napon e 1 d efo r mac i je l za z v ane
ak ~p l j anje m
po jedinih de l ova
od~ lvk a .
n j u ju s e dva n a e i n a r uc n og e l ekt r o luc n o g zavari v anja s hog
Pr i me -
ll~
gvo f d ja : j e dan je zavarivanje n a t op l a , a d rug ! n a h l a dn o . Za variva n j e s iv o g
tiva n a t o p l o
P rip re ma j e ali e na k a o 1 za g as n o zav ari'/anj e , s tim § to vl ~e
se ovde jo §
mora vod i t i
ra cun a 0 ve l l k o j t e c l jivostl li v a.
Elek trode , gole 111 debe lo oblo te ne , lzradjuju se o d live nog gvo! dj a sa sadrta j em u g l jenika kao 1 u asno vno m ma terljalu ( C
3 , 6 %) 1 po ve6anlm sadrfa jem d r ~ aje rn
~ 111cljuma
sil l cljUIDa p ospe§ uje se
(5 1
~
lzlu ~ ivanj e
2 - 3% ).
~
Pove ~ anlm
3, 2 -
sa-
ug ljenika u vi d u g ra-
f ita, t a k o da me tal istopljen pri z a varivan j u ima prete ! no ferltnu g r a dju,
~ ija
j e potrebn o da
je
ja ~ ina
ja ~ ina
ne § to manja od osnovnoq materijala. Ak o
§ava odgo vara osnovnom
materi~lu,
primenju-
ju se n1skolegirane elektrode (C, S1, Mn, Cr, Ni, Ti, Pb) koje me talu § ava daju perlltnu strukturu. Os novnl mate rijal se zagre v a u peclma do temperature 700850 °C. Od li vci se predq revaju do ovako visokih temperatura da bi se ' smanjila brzina hladjenja metala Sava pri zavarlvanju i posle zavari v an j a.
Z~valjuju61
plasti ~ nostl
oso bine
predgrevanju me tal §ava zadr! ava dobre
i nisku tvrdo6u, § to je
naro ~ ito
va ! no za
obradu rezanje m (npr. glava motora se nakon zavarivanja uvek obrad juje). Neposredno posle zavarlvanja odlivak se ponovo zaqreva , ~ime
pOBti ~ e
se
ravnomerno hladjenje svih delova odllvkA; vreme
h ladjenja mora biti dugo, ponekad 3-5 dana, § to se post1! e prekriv anjem Aava prahom od drvenoq ug lja (cumura) 1 zatrpavanjem celog odlivka U 8zbest, pepeo iIi auvi pesak.
Zao ar i oan j e s ivog l iva na h l adno Elektrode za zavarivanje livenoq gvo!dj a na hladno moqu
b1t1 od
~18toq
nikla, lequre nikl-qvoldje (55'N1) 1 lequre nikal-
bakar (monel metal 68 ' Ni, 28 ' Cu, 2,5 ' Pe, 1,5'Mn).
Pr1 hladnom zavar1vanju 11venoq qvoldja najbolj1 rezultat1 as oatvaruju komblnovanim zavarlvanjem. Prvi slo j
Aav~
obrazuje
- 151 s e pom06 u elektrode od ~ lstog nikla, a drug1 elektrodom cd leg~re
n1kal-gvo f dje, 1 tako dalje na1zmen1~no (s1. 72) do 1spunjenja f leb a . Na ovaj nac in najbolje l se lskorl~6uju dobre osobine jed51
nanet:nikL
e
SZoj "an e t nikl -
iel
kt rodo m
51. 72. Kombinovano zavarlvanje sivog liva na hladno ne i druge elektrode; elektrodom od nlkla ostvaruje se dobra vezivanje sa Qsnovnirn materijalom, a elektrodom nikal-gvofdje potrebna jacina ~ava. Za lzvodjenje prvog sloja u flebu treba izabrat! elektrodu § to manjeg precnlka 1 najrnanju mogucu jacinu struje zavarivanja. E1ektrodu treba voditi sasvim vertikalno sa ~to
krac! m lukom. Zavari treba da budu tank!, siroki 5-7 mm, a duflne ne vece od desetostrukog precnika elektrode. Pre nano§enja sledeceg zavara, uvek se mora sacekati da se prethodni zavar tolike ehladi da se mofe dodimuti rukom. Za to vreme zavar ueba jako iskivati cekicem i potom razorenu tresku ukloniti celicnom cetkom. t:lektri~nl luk za naredno zavarivanje ne srne se uspostaviti na osnovnom materljalu, vee na kraju prethodnog zavara.
3. Z a v a r i v a nj e nj e g o v i h
a L u m
~
n i
j u m a
i
L e g u r a
Elektrolucno zavarlvanje . aluminljuca oblozen.1ill elektrodarna je novijeg datuma; prakticno se razvilo zahvaljujuci pronalasku specijalnih oblofenih elektroda. Zavarivanje se izvocii u horizontalnom i verttkalnem polotaju jednosmemom strujnom abrnute polamosti, sa kratkim lukorn i bez poprecnog kretanja elektrode. Pre~n1k elektrode za I 111 y- ~leb (sl. 73) ra~una se prema izrazu de - s + 1, a za x - neb de a s/2 + 1, gde je s - deblj1na 11ma u mm. Za osnovn1 mater1jal debljine 6-10 rom potrebno je predgrevanje na 200-250 o C, a za delove dabljine 10-16 rom temperatura predgrevanja iznosi 300-350 o C. Obloge elektroda z& z&varivanje aluminijuma au veoma hiqroskOIine, pa S8 zato elektrode pre o zavar1vanja obavezno aule pr1 temperatur1 250-350 C u roku od 2-3 sata.
-
152 -
Prlprerna lv1es osnovnog materlja!a , u zavlsnosti od njegave debljlne, prikazana je na s1. 73. Prekomerno odvo dje nje to~e llka)
plate (3,7 puta vete nego kod
umanjuje se postavljanjem
grafltnlh pod1o~kl (1 na s1 . 73) 111 umctanjem g r afl tnlh § tapova (2) . Posl e zavarlvanja troska se odstranjuje ~eli~nom ~e tkom . Prednost zavarlvanja a l umin ljuma oblofe n lm elekt rodarna U odnosu br~ ln a
n a gas no zavar l va n je j e vec a
zava r lvanja 1 veca otpornos t
spoja p r ema korozljl . Osobioe otpo rn ostl 1 vedenog
elek t ro lu ~ n o ,
ko ja nema
pr ak tl ~ nl
p l ast l ~ n os t l
§ava , lz-
sas vim B U b l lske osn o vn om mate rl jalu. Mana ,
z n acaj , j este mik r opo r ozn os t na l i eu
u p r e l a znoj zon!. Mi k r opore se
uo ~ a va ju
~ ava
1
s amo p od mikrosxopo m 1
ne po gor §ava j u mehani c ka svoj s t va sp o j a , a ll u l zves n oj me r! sma-
njuju otpornos t spoj a
p ~ ma
k oro
Znatno nepovol j nij e mogu de -
o =7 - 1omm b= J - 4 ~ S mm
"'''''~ \\ ,7/-",
D=1 - 2 mm
P Z?3 ss1z3
o =3 - 6mnl b = 1. 5 - 3mm
D= lo - 30mm b= J, 5 - 4, 5mm
51. 73 . Prlprema a1um1nljwnsklh l1mova za e lektrolu~no za var1 vanje lovat1 gasn1 mehur161 koji s e pojavljuju pri zavarivanju vla ~ nim elektrodama 111 ako s e debel1 limovl zavaruju bez predgrevanja. DeZ obzira na o ve nedostatke, metod eleKtrolu~ nog zavarlvanja oblo! enLm elektrodama danas je naj~e A6e pr1menjivan na~ln zavarivanja a1um1nl~a.
l
#I
g
4. Z a v a I/. ~ a
~
i v a nj a
b a k
~
a
i
n j a go v
~
h
Bakar se elektrolu~no zavaruja strujom velika ja~1ne, Ato je UB1ov1jeno njegovom ve1ikom toplotnom provodljlvoi6u, oko leat puta ve~om od uqljenl~noq ~elika. Os1m toga, bakar 1ma ve1iku tAI~ljlvo8t u lstopljenom 8tanjU, pa ga j8 mog~e zavar1vati aame u
polo~aj u
horizonta lno m
te~an
nom bi se
i
153 -
s o. mi.nlrnalni m z azo rom u
~ lebu.
U protiv-
~leba .
bakar slivao ili isticao 1z
je na jbolje zavar ivati s arno ga5 no, tj . QKsiaceti-
M6si n g
l e n skim plamenom. Prl
e l e ktr olu~ nom
za var ivanj u nastaju vl§e tem-
perature ne 90 prl gasllom, §to lz aziva inten z ivnije isparavanje
cinka i stvaranje meh urova i pera u §avu. Os i m toga ,
e le ktrol u ~
no zavarivanje meslnga j e opas no po zdravlj e jer se isparav anjem
cink a stvara o t rovni oks i d
~n O .
Uop ~ t e
je zavarljivos t mesinga sadr~ajem
l osi ja ukoliko je u pitanju l egu ra sa ve c i m
cinka.
Br o nz e , tj. l eg ure eu-sn , eu-51, Cu-f.1n , e u- AI, Cu- P , rnogu se zavarivatt rucn o
elektrolucno sa rno aka z ahtevi u po g ledu kva-
l iteta spoja ni s u s t r ogi; prl nog ma terijala , p rime njuju
tome se , za .... isna ad v rste osnov-
ob l o ~e ne
elc kLrode
~ ija
su jezgra od
kalajne , silicijumske, man g anske, aluminij umske ill fosfo r ne bronze . Vecina ovih elektroda vezuje se n a plus p o l smerne struj e ,
tj. pr ime njuje se obrnuta p o larnost. Po pravilu se
bro n za z ava ruje u h orizontal n om po l ozaju i I i najvl ~ e d o
1. J
l zvo r a jedno-
u n agnutom
polo~aju ,
I SO u o dnosu na ho r i zontaln u lin i ju .
EL EKTROLU rJNO ZA VARIVANJE POD PR ASKO M
Zavarivanje pod pra s k om (EPP)
zas niva se na odrz avanju
elektric n og luka izmedju elektrodne zice i
zavarivanog materi~l a
pod sl oj e m pra s ka . Istopljeni pra s ak ob razuje trosku iznad meta lno g kupat il a , a preostali deo pras ka ostaje nepromenjen , pa se no~e koristiti za ponovnu upatreb u . Traska i neistop l jeni prasak
stvaraju zast itni sloj ad spoljne atmosfere, a istovremen o de luju kao toplotn i
izo l ator (5 1 . 74) , k o ji produ ~ava vreme hladjenja.
Pravac zQvQ l'i vaYlja El. e ktl'odna iica
vi
1-
pare me ta La
S1. 74 . Sheroa EPP zavari v anja
P rori u ~a van j~
15 4 -
v r e me na h l a dje n j a , ka o pos l e d l ca to pl o tn e i zo l a cij e ,
d c luje veoma p o v o l j n o prl z a v ar i v anju zak al j iv i h ce lik a . us pe ~ no
P c i me na EPP postupk a je r a z novr s n a i
se k o rintl za
zavarivanj e n e l eg i r a nih, ni sk o l e g i ranih 1 vi s o kolegir anih c elik a - vatro z talnlh i elektrodne z lce i
h emijs k i p o s t oj a n ih; u, p ri me nu
o dg ovaraju ~ e
p r a s ka.
Up o treb l j ava s e i
2 a s luc a jeve n ava ri vanja ravn ih 1 cilin-
dr i c ni h po v rsina, pl ak ira n j a i
5 1. , a
mo gu~ e
je za va r ivanje i
dru -
9lh me t a la, npr. bake a , S to g a je primena EPP p o s t upka veoma velika u mnog im oblastl ma meta l o-preradjivac ke industri j e kao k ot l o gra~' ja ,
~ to
su
brod ogr a dnj a , izra d a mostovski h konstrukcija 1 dr.
Ovome doprin osi c lnjen ic a da EPP zavarivanje lma niz prednostl u odnosu na dr uge p o stupke su
n ajv a~ nije:
elektro l u~nog
zavarivanja, od kojlh
veca br zina z a varlvan j a, mogucnost stapanja vece
k o lic ine dodatn o g materi jal a , vec a dubina uva rivanja, man ja pot~o s r.ja
clodatn o g m.:l t c l-ljala jer nije potrebna priprerna i viea za
limove debl) in e do 15 mm , ma l o r as prska v an j e mate rij al a, dobr! radn i uslovi, jer s e luk ne vidl 1 nema mnogo izdvojenlh gasova, n1j e po tre b na visoka kval i f i kac ija zavarivaca kad je postupak a utoma tizovan 1 ne zahte va p o s e bn u obuk u zavarivaca kao prl REL
~ava
rivanju. Poseb n o jc zn ac a j no § to se kvalitet izvedeno g § ava
mo~e
odr~avati
bez utieaja subjektivnih faktora.
Kao g lavni nedos t at ak su relat ivno ve like investieije u zavarivac ke automate; os im toga zavarivanje se izvodi sarno u horlzontalnom polo~aju, ' izuzev posebnih slucajeva kada se primenjuju spe-
..
cijalne naprave (pozieioneri) sto p o s Kupljuje proiz vodnju. Dalje, pri EPP zavarivanju tankih delova potreban je bakarni podmetac radi stabi11zaeije elektrlc n og luka, primene struje vece jacine, sprecavanja izgaranja iviea i prelivanja rastopa ispred elektrodne
~ice,
a zhog opasnosti ad izgaranja iviea, LPP zavarlvanje sa
ne primenjuje za limove tanje a d 5 mm. Prl viseslojnom za va rivanju, posle 8vakOg pro1aza mora se odstranjivati troska nastala oC vrscivanjem istopljenog praska.
1.3.1
Zavar1vacki automat
za EPP zavarivanje
Automati Be napajaju 1z lzvora struje sa ravnom 111 b1agom statl~kom
karakterlstlkam. Jedan pol lzvora struje vezuje se za
bakarnl k11za~, koji je istovremeno vodjlca e1ektrodne flee, take da slobodan kraj !ice - prepuBt slektrodne
~iC8
l (sl. 75) kroz
-
I SS -
koj1 pro t1 ~e el ekt r1~n a s truj a b ude § to kr a~ 1. Time se amanjuju s trujn1 qub1c1 1 pove ~ ava g ustina struje. k oefic1 jent topljenja i
produktlvnoa t
rad a . Pre ma k an s truktlvnom re§en j u sa jednom 111
v l §e e lektrodnih 21 ca (pre~nika 2 -5 mm), a z a n a v a rlvanje u pose-
bnim sl~ a jev1ma 1 e lektro dn1h tr ak a ( Urine 30-180 nun) koje s e automats ki dovode n a me sto spoja ostva ruj e se ek onomi~no i kva-
litetn o za varivanj e . Zbog toga automat za zavarivanje (&1.75
)
p o red strujnog 1zv ora (1) 1ma qlavu ( 2 ) (j e dnu . 1l1 vi§e) koja se mofe nagL~jati U svim pravcima 1 tranalatorno pomeratl kollelma (3) k o j a se kre c u dui ese §ava brzlnom koja zavisl cd vrste
mater1jala 1 nj e gove debljine. Sastavn1 deo automata je komandni orman (4) kojim se pode§avaju parametri z a varivanja pri kor1§tenju jednosmerne i l l nala z l
naiz~ni~ne
struje.
Pra~ak
za zavarivanje
s e u rezervoaru (5) 1z kojeg se ravno me rno zAslpa pripre-
mljeni Ueb.
I ic a
S1.
1. 3 . 2
75. Automat za zavarlvanje pod pra§kom
Dodatni _terijal za EPP zavar1vanje Dodatni materijali koji se koriste kod ovog postupka au
elektrodna fica 1 praAak. S Obzlrom na primenu za zavarlvanje
1li nav.rivanje razli~itih metalnih materijala pro1zvoda se i koriste ra.li~1te vrste i kval1teti dodatnog materijala. 1. E~.k~rodn. fie.
ZA EPP P08t~ak lzradjuju se od SM i l i
elektro ~.l1ka i po avom hem1jakom aastavu ~u ra.l1~ite. ali u avakan alu~aju sa smanjenim saddajem nemetalnih uklju~aka. 1Ium-
pa ra i
Uobl~a jeno
f os fo riJ.
nj e nja s k lono s t l uglj e nlk a (C
15 6 -
lmaju ve61 oadr fa j manga na r a dl sma-
§ava xa vr u61m p uko tinama 1
og r anl~ e n
a adr!aj
0, 12\) rad i s man j e nja lz d vajanja qaaova. Elek t ro-
<
o bl ~ n o
dn e f i c e sa p o v e 6aniru sad r!a jem s 11ic l j \.l1M i zvo djenje uqa onih
~ avova
1 11 I -
~ ava
r a di
s e ko r i s te za
B p re~avan j a
pora , a ~ el lk a
f ice s a d oda clrua No , z a z a varl van j e kotl o vsklh 1 1.mova 1
po vl§ene ja~ 1n e . ! lce ~ a dodac i ma nlkla d a ju §av sa povecanl m pl as ti ~ n o at l ,
svojs t vl ma
po s e bno n a nlsklm temperaturama . Zbog
pove6ane mog uc n o st l po j a ve po rozn o s t l, u e l ek tr odn l m ! lcama kontroi l §e se sad r ! a j kise onl kl'l. , £0 8£01'4 , sumpora 1 u g l jenik a .
I zb o r c l ek t r o dn l h f lc a z av l s 1 a d he mijsk og sa s tava zav arl-
vano g mate rl j a l a 1 na ~m
Po
u g l j enl~ n l h
od O, H -
t 1ee se
ko rl §ceno g u p o stupku.
nt and a rdu JUS C .H3 . 05 2/ 14, z a z avarlvanje nlsko-
1 niskoleglran ih
~ e ll ka
p r oi z vode se f lee
12 rom , ma de se n ajvl§e koriste f lee ozn a~ ava j u
a za n1skol e g l ran e ~2
p r a ~ ka
pre ~ nlka
pre ~ nlk a
3-6 mm.
slovnlm simbolom ! 1 brojem, npr . !l do !6, ~ lce
1 s i mb olom hemijskog ele menta; npr.
~l
Sl,
Mo do ~ 6 Mo , Z2 N1 , 111 z a dvostrulto leg1rane ~ 3 N1Mo . S1mbol1
p o kaz u ju odre djen sad r f a j l eglraju6eg eiementa u od gova raju6oj f i-
e1 H , Z2 1 sl. Po s toj e tak o dje 1
1nte rn e - f abr1~k e
oznake
p r o1z v odja~a
EPP 1, EPP2 , • •• , EPP2 Mo , EPP2Nl ••• , koje se rnog u na6 1 u odgovaraju~1rn
ka t aloz in a
proizvodja~a.
Povr Alna n~ a
1 drugih
! ~ca
mora bIt1 suva 1
ne~18to6a;
~ 1 8 ta
tj. bez oks l da, mas-
l s to t a ke moraju blti bez povr§lnsk1h 1
unutr aAnj1h greAaka 1 velikog odatupanja
pre~nika,
a pov r§1nsk1
zaA ti6ene tankom prevlakom b ak r a . Iako ov1.m standardom n 1au o buhva6ene punjene fice, one imaj u svoju pr1menu jer se njima
mo ~e
me njati u §iroKim granicama he-
mijskl sastav 1 svojstva §avA. Punjene flce se 1zradjuju od nisKougljen1~ne
~e11~ne
trake koj a se sav1ja u ob11ku
cev~1ce
1 pun1
apra Aenlm ferolugarama.
2. Pra lko 1Ji a a EPP za1Jar i 1Janjfl U oanov1, au zmaate medjuscbno pomeAane toplj1ve mater1 j e k oje se sastoje 1z top1jenih 111 netopljen1h Rlinerala aa dodatkom IDBtala 111 bez njega. PreJ114 standardu JUS H.Bl.060/74 dale se 1 ozna~avaju prema na~1nu proizvodnje, granulacij1
(krupn~i),
maks1malnoj
ja~in1 a~ruja
zavariva-
nja, kao 1 brzini zavarivanja, naponu praznog hoda pri zavarivanju naizman~~nom
atrujom, a takodja mehan1~k1m svojatvimA u kombinac1-
ji aa odredjanoo fioom.
Taka z e np r . p rerna nac l nu prolz ·,odnje ra zl1..ku ju (a znaka T) I afl lo me risa tl i - ke r a.mi~k1 v ani (o zn ak a S ) 1 mela ni (oznaka M) . J{ao prime r
ozna ~ a v an ja
pra~l1k
=0
l j'l ~; i
(o zn aka A) , si nte r o -
na vod l se oznaka p r a §k l1 42x5Tllay
4 2 x 5 a d go va ra g ranul c iji p rema Tyl e r u , T - n a ~ 1 n u pro-
u k o jo j
i zvoan j e , 11 - maksimalnoj
ja ~i n1
st r uje u A podel jenoj s a 10 0 , a
- zn a~ i d a j e mcguc e za variva t1 j e dnosrne rnom s trujorn aba pol a r iteta i l i n aizme ni ~ nom str ujam, Y - znac i da j e pri z ava r ivan j u na 1zmenicnorn struj o m Uo = 65- 80 V. U s l u~a ju ozna~ avanja u komb ln ac i j l s a zlcom , o voj o zna cl se doda j e i o znak a za :ficu, np r . 42 x 5 T 1 1 ay ~ l. Ozna)ca za kOl.lpra ~ ak ,
b i n a e i ju
~ i ea
i
me h an i~ka
~ av a
svo j s tva
je T11ay2 13333
g Qe zadnji brojevi preds tavl ja ju vrednos ti g r an iee te ~ enja i ! i1avos t! na tempera t ur i +2 0 o e , oOe 1 _ 20 v C ( p r e ma standardu) . Prema hemi j skom sastavu i koefi c i j e n t u baz i c nosti B kao i
drugi m termof i zi~kim s vo j stvi rna , be l a 15 ).
pra ~ kov i
mog u b i t i
raz li ~ i ti
(ta-
Tab llc a I S : Hemij s ki s astav ne kl h pra Skova za EPP
Pr aiiak
HnO
k i se li
Si 02
CaO
MgO
A1 2 0
l O- 30
5- 15
CaF 2
K2 O+Na 2 0
0- 5 5- 2:;
0- 2 0- 2
ba z i~ ni
0- 1
25 - 35
25- 35
5- 15
0 -10 :; -15
nl s k oman g anski
8-1 2
4 0- 5 0
2 5- 35
0-10
0-10
3-7
0-1
sredn j e 14- 25 man ganski
40 -50
25-30
0-10
0- 10
3-7
0-1
visokoma- 35 -4 5 ngans ki
40-5 0
0-5
0-5
0-3
5-9
0-1
I z sas tav a
40 - 55
3
pra ~ ka
mo :fe se
izra ~ unati
s tepen
bazi ~ nostj
pre-
rna lzra z u CaO + MgO + caF 2 + 1/2 MnO B = S i0 + 1/2 (Al 2 0 + Ti0 2 ) 3 2 Pra~ ak
je u hemi jskorn smislu bazi~ an za B > 1, kiseo za B < 1 ,
odnosno neutralan za B = 1 . Ki s eli pra~ kovi primenjuju ~e za zav arivanje niskougljeni~nib konstrukcianih ~ elika , a bazi~ni za v~trootporne i hemijs-
ki postojane ~elike.
Uloga kaleijurnfluorida (CaF 2 ) je da pove6a te ~ 1jivost troske (smanji viskozitet) snizi temperaturu topljenja
- 158 1. veta vodo nik iz vodene pa r e qrade~l HF.
P r a §ko vl kojl n eroaju U SAstavu CaF moraju Be pre upotre2 0 be su~iti (pri ~ 300 C) lda se sadrfaj vlage smanj i na manje ad
0,05 ' •
1.3.3
Metalur§ke reakcije prl EPP zavarlvanju Pri zavarlvan ju pod pra§ kom
do~azl
do hemijakih reakclja
pa s e primenom odgova r aju6eg pra§ka 1. elektrodnih fica mole dobiti
tra:e ni sastav §ava pri zav arivanju raznih vrata ~el1ka. Mezajedni~kLm o ~ vrA61vanjem
tal !ava u stva ri se doblja
lstoplje-
nog osnovnog materljala, elektrodne l ice 1. aAstojaka praAka.
Sa stanovl§ta metalur§klh r eak cij a u metalnom kupatllu se razlikuju - v laokotemperaturska 1. niskotemperaturaka zona. Visok o tsmp s ratursku 30nu ~ine kraj elektrodne 11ce, kap-
Ijice ele ktrodnog metala i
prednjl dec metalnoq kupaUla. U ras-
topljenom metalu kojl pr1pada o vo j zon1 od1gravaju ae
endota~e
o ke1da c 1ono- red ukc1 on e reakc1je:
[ re] + (MnO) 2[Fe ] + (Si0 ) 2 (Si0 ) 2lMn) + 2
[ Peol + [el
•+ •+ ~
+ ~
+
[FeO] + [Mn] 2 [FeO] + LSi] 2 (MnO) + LSi] (Fe) + CO
qde uglaata zaqrada pokazuje da sastojak
pot1~e
1z
zavar1 v a~ko9
kupa t1l a , mala 1z dodatnog mater1jala, a vertikalna atrel1c. da aastojak odlaz l u spoljnu atmosferu .
Xao posledica hemdjskih reakclja, u v1sokotemperaturakoj zonl, metal ~ava s e oboqa~uje manqanom 1 al1lc1jumom keo i Ok8idom qvo! dja FaO. Kolltlna Hn 1 51 ko~prelaze u metal lava zav181 od bazltnoeti praAka a time 1 od njegovoq sastava. Niskotsmp s raturaku aon u ~1nl zadnj1 deo metalnog kupatila - od elektrodne ! lce pa do mesta koje odgovara temperaturi kriatallzaclje. U ovoj zon1 se gornje reakclje delavaju u auprotnom smeru u odnosu na amer reakc1ja u Vi8okotemperaturakoj zonl. Man9&n i
ailicijum deluju u tom
al~aju
kao dezokaidetori prela ••~i,
pri temperaturama bllakim kriataliz&ciji, u troaltu u v1du oltaide. Pri izboru praika 1 elektrodne lice traba anati
po~an
km~an
aadr!aj MIl 1 S1, kao i drugih elemenata u matal.u lava; pri C!4oIllU s. teli da aadrhj S, P i 91U1nih mehurova bucle It<> -.nji de bl Ulavoat matala lava bila ito
V1t~a.
U tolD cilju potreban
-
159 -
je odno s Mn/Si ~ 2 , a jo§ povoljnlje 4 -
5 za maksimaln u trafe nu
pri 51 < 0 , 5 %.
~ilavos t,
Kona~no,hemijskl
s astav me t a l a Aava, kao i
tet reakcija izmed j u rastopa t r osko i pra~ka ,p arametara
metala , zavise ad S8StaV8
zava r ivanja pa 1 gran ulacije (krupno6e) z rn a ca
p ra§ ka . Pri tome ne
treb a koristltl
s uvl ~ e
top ljen sloj pra§ka nije dovolj no p orozan trosk u i
time
vrsta 1 In t a nzi-
&pre~ava
sltan pra §ak jar neisve~
l z 1azak gaso va,koji
U
ko mpaktno p re kriva ob llk u g8s n l h me huro-
va ostaju u s a vu.
1. 3.4
Te hnika EPP zavarivanja Tehnika rada i
~l o!a j
ke gl a ve ili e le k trodne f ic e i de lova , o bllk i
za v a rivanih delova , na91b
zavarlva~
n j ihova odstojanje od zavarivanih
dimenzije z i e b a ,
na~ln
111 v iAeslojno zavarivanje, vislna 1
izvodj enja -
§ ir~n a
jednoslojno
sloja pra!ka,
~18to~a
spoja, tempera tura zava rivanih de l ova kao 1 Qsno vni parametrl zavarlvanjaili nava rivanja su
od1u~uju6i
za o bllk 1 dlmenzlje §ava
111 navara, o dnosno za k valitet spoja.
U procesu top lj enja pr! EPP zaVa rlV&lju
tro~ i
enerqlja luka za topljenje osno vnoq ma terijala i
se toplotna
istovremeno dala
pra §ka 1 elektrodne ! ice.
Procenjuje s e da se dobija §av koji je sastavljen od 2/3 osnovnoq i
1/3 dodatnog materijala, na §to bltno
utl~u
osnovni
parametri koj1. se lDOq U menjati u odredjenim gran1.cama. Stapanju straniea !leba doprinosl rastop troske obrazovan od raatopljenoq
pra§ka , a kap ljice koje se odv ajaju od otopljenoq vrha elektrodne ! ice padaju, ob l o!ene rastopom troske, u metalno kupatilo. ja ~ine
na ov1.h kaplj ica zavisi od nij e kapi za
ve~e
lovljen dej stvom
struje tako de se dobijaju sit-
jaline struje, pri e l e kt ro dinami~k1.h
Vell~l
~emu
je prelaz kaplj1.ca us-
5ila , qravitacije i hemijskih
reakeija (stvaranjem qasova) . Kapljice se prl prolazu kratko zadr!avaju u raatop u troske i
sa sobom povla~e deo troske me~aju6i je
sa rastopom metala, pa ae u metalu
~ava
moqu pojavlti nematalni
uklju~c1.
• Osnovni parametri EPP zavarivanju: ja~ina struje zavarlva-
nj a (jednosmerne ili naiz men i ~ne, polaritet, qustina struje). napon luka i brzina zavarlvanja, pr! ostali.m nepromenjenlm uslovima uti~u na hemijsk1. sastev i
neg osnovnog metala u §avu.
kvalitet ~ava promenom udela 1.stoplje-
- 160 Nave de ni o s no vn i par4mCtr l imaju
s l ede~e
o ri j e n t ac i one
vre dnos tl :
Iz A 100- 2UOOA ( 5000 ) vz - 10- 200 m/h,
Uz - 20 - 48V ( 70 ) 2 io - 20- 150 A/ mm ( 200)
Ko n s t anta t o pl jen j a e l ek trodne ! lce i znosi 10 -1 5 A/ gh . Vredno sti u zag r adama s e o dn ose na spec ij a lne EP P - postupke
( ta ~ kastoq)
zavarl vanja . r a z ll ~ lto
Osn ovn i p a r ametr i pr l EPP zavarl vanj u ja~ Lna
obraz o v anje §ava 1 s v oj stv a , taka n p r . ~ lnu
76a) . Os im
l N. 0
G ~
J
stru je i napon
j a~i n e
/1
7 Iy
4
..," 1
uti~ e
s t ruj e
na
a d kolt
1 odnos l s toplj e no g o s n o vno g 1 do da tnog ma te rlj ala u j-edinlc:i
v reme na , a t ak od je n a dub i n u uv arivanja i
s
uti ~ u
/
VY '/
1/
""
~
1/ :;{'o .I / 1DO
•
S
e ,
.e
""I
,
./
:--.....
•
./
..,
x;,
V
~
~ VYo
J
1
:1
a.
h
,
~ 1l
lDO
' DO
]
Zf
1
r/
/
.-
"
V
/
§ava (a1 .
na ob1ik i di menzije §ava
uti~e
11
na d v l ~e nje
lit.
'V 10 U
Z'
Jl
J6
411
"
41
b. Yo- odn oe
m e~ an ja
b -
h - flU a r
l iri na lava
h - nadv ilenjo laua n
51. 76. Uticaj ja~ine struje zavarivAnja i napona na dimenzije ~ava (sl. 76b) . Iz dijagrama (sl. 76a) se vidi da au uvar, nadviienje §ava 1 udeo osnovnog metala u Aavu direktno srazmerni ja~1ni stru-
je zavarivanja, pri ~emu s e pove6ava i koeficijent t op1jenja elektrodne f iee a smanjuje koli~ina 1stopljenog pra§ka. Pr1 tome se u ve60j me ri odstranjuje P 1 SaC, 51 i Mn u manjoj meri prelaze u me tal Aa va. Pre ~ n1k
e1ektrodne f ice
(de)
uslov1java
ja~inu
Btruje za-
varlvanja, koja se lzra~unava prema prepor~e.'l1.m 9ust1nama atruj e.
Gustina s truje opada sa pove
-
Sa po ras t o m n apo na na di me n z i j e
16 1 -
p ove~ ava
~ava vi d~ se sa 5 1.
se
potro ~ n ja
pra ska , a uticaj
76b . P ove~an j e n apan a dal je uti-
ce na pora st s adr ~ u j u C, S i , Mn 1 P u me ta l u ~a va
i
smanj e n j e
sadr ! a ja sump o ra . Br z in a z av a r i vanj a
1 ' 91e d pov r s 1n e 1 1c a s a va,
(vz ) utice n a
~ lr l n u
~ ava,
n a dv l§en je 1
u t r osak p r a Ska i koe f1c i j e nt top l je-
n j a elektrodne ~ i ce , d ubin u uva ri vanja i n a mogucno st pojave uk-
I j ucak a u §avu 1 5 1 . Ek stremne vre dno s ti b r z i ne zava rl v anj a sma-
n juju uvar je r s e sman juj e lini j ska e ne r g ij a q l ' ko l i~ 1na stop1 jenag p ra §k a 1 k o l i c i na S 1 1 Mn u me t a lu s a va. I ata tak a se smanjuje
~ ir1n d
§ ava , a p o vec a v a porozno st 1 broj ne me t a l n lh uklju ~ ak a.
Na p-ro tl v , man j e brzine z a v a rl van ja daj u
ve ~u
§ lrin u §ava, du!e
vreme dodirll s a p r a skom ltd., a ve s uprotno cd n a vedenoq z a. ve c e
b rz i ne zava r !van ja. Op ti ma ln a br z in a zavarlvanja z a v isi a d vrste i debljine za v ari v anog ma ter ij a l a, o bllka ! leba 1 os t a llh parame tara zavari van j a 1 k rece s e ad 16 -4 0 m/h pri z ava r lvanju
~ e l i c nlh
I1mov a sre-
dn je deb1jine . Od spoljnih parcure t ara na kval ltet zava renog spoja. utic e
nagib ele k t r odne
~ i ce
i
z ava rivan1h de 1ova . Na j b o1 j i re z u1ta t 1
potp~~ o
horizontal nom polo! aju l1i s a ma llm nagibom ( a < 5° , sl . 77) . I sti j e s lu~ aj i sa nagibom e1ek trodne ~ice,
se postl ! u
U
~-,~ 30
40
50 V
10
40
60
100 7iI/h
b.
a.
\ najb~ ji
51. 77 . Oticaj parameta ra na ob1ik i dimenzije Aava
~emu
se
uvar
posti ~e
kada je e1ektrodna !1ca upravna na zav a rl v ane delays. Pri zava r ivanju odozdo naqore (sl. 77a) uva r j e ve~l, a H rin a je manja i zavar i8pup~niji u odnos u na
pri
Aav izveden odozgo naoole
(51 .
162 77b) kada je
~av
Alrok i
u~ egnut
a dubina uvarivanja manja . utl ~ e
Pored n avedenih parametara na dubl n u uva rlvanja pust e l ek trodne
kojl sa mora odr!avatt sa
vrednosti 1
preporu~ene
1. 4
~ l ce
~
ta ~ n o§tu
pre-
+ 5 rom od
10 de.
ZAVARIVANJE POD TROS KO M Zavarivanje pod r astop om troske i z v odi se u posebn im ure-
dja jlma a zasniva sa n a korl § 6enju toplote o slobodj e ne prl proticanju
e le kt ri ~ne
struje kroz raatop e l ektroprovodlji vog pra §ka
ve~
Za ra z liku ad ostalih postupaka elek tro lua nog
likog omskog a tpora.
zavarivanja, luk s e uspostavlja 1 o dr!ava sarno na
po ~e tku
procesa
dok se ne stvcr! kupatilo teene troske koja 9a gas1. p rekidanjem elektricnog luka ne prekida se i
elektrlcno kolo , jer struja nasta-
vlja da teee izmedju e1ektrodne f ice i osnovnog te~ne
troske (51.
nja, korisna
materljal~reko
78). Pre ma tome, u usta1jenom procesu zavarlva-
ko1i ~i na
top1ote os1obadja se u troski na osnovu Dzu1ov og efekta, a ne u
-
e1ektri~
nom 1Uku kao i pri e1ektro1u~nam
'Voditica
zavarivanju. Istopljeni
prah se naziva troska pa je
otuda i postupak dob10 ime(l) . ~1eb
r astop
za zavarivanje pod
troskom (sl. 78)
~ine
iviee
delova koji se zavaruju posta-
vljene u ve rtikalni polobj(2). Na
po~etku
i kraju fleba, tj.
na bokovima delova, postav-
ljaju se pokretne bakarne plo~e
koje
spre~avaju
rasipanje
praha i isticanje troake i teenog metala (J
>.
Temperatura S1.78. Shema procesa zavarlvanja pod trosKom
te~ne
troske
mora bit! vi§a od temperature
topljenja osnovnog i dodatnog
materijala. Zahvaljuju6i tome tope se lviee oanavnog materijala i deo e1ektrodae lice uronjen u trosku . Istopljeni osnovni i elekt-
rOdni materijal obrazuju metalno kupatilo eijim staje
~v.
~irina
oevr~6ivanjem
na-
!ava je ne!to ve6a ad rastojanja izmedju ivica
o sno vnog ma t er ijala ko j e
obl ~ no
16 3 1zn0 81 2 0 - 35 mrn . Iznad
z ava ri v a ~
kog k upa til a ?l i va t e~ na ~ro sk a ko ja se pornera ve r t lk al no na v l §e i
t i me pos pe ~ uj e p rec i ~6 avan je me t a l s ~ ava pri ~ vr §6 1vanju .
Za va ri van j e pod tros k o m na j vi § e se primenjuje p r l ni s k o ug l j e n i ~ no g
de l ava a d
mogu zava r i v a t i
ce l ik a i
spa jan j u
cellka , a l l se ovim p o s tupko m uspe sno
1 de l av! ad s redn j e u glj e nicnih ce llk a, ne r d j aj u6 ih
nikl a. De b l j i ne de l ava ko ji s e z a varuju ug l avnom s e k re6u
u granicama 30 - 300 mm . Don ja g r an l e na deb l j ina n i j e t ehnicke ve 6 ek o nomske p r iro de, j er je za tanje de lo ve jevtinlje p rimen it i ge p ostupke , n a jcep6e EPP .
Gornja g r a n ic n a deb ljin a o zn aca v a s arno
ob l as t naj c e s6e p r i men e pos tupk a , je r se u p r ak si i z vode i
n a delo v1ma
d~bl jin e
dru-
~av o vl
oko 1000 mm.
Pol uprol zvodi kojl se z a va ruj u pod tro skom
n aj ~e§6e
au va -
l jane c e 1 1cne p l o c e , te sk 1 ee11en1 o tkovc1 1 vel 1k1 c e11c n1 odl1 v c t. U mno g l m
s l u~a j ev ima
mog uce je
~ to
s lo ~ enog
odll vka lz1i t i
11 1 otkovat1 v i se p ro stij lh delova koji se mog u zavar1 ti u konst- b rukc iono ek v i va l e n tn u c e linu. Us avr § avan j em ovog po stupka o mogueenc je spa j anje debe l1h p re s eka ko j i a u ranij e smatrani neprikladn im za za varivanje. Poatupak zava ri vanja po d tro skom u po redj e nju s a njemu
s lie n1m EPP pastupkan 1ma
s ledece predno st1 : rnanju potros nju ele-
ene r gij e za aka 30 \ , produkti vnos t
kt ri ~ ne
ve~u
do 15 puta zbog
vece br z ine z a va ri van j a (2-8 puta); za delo ve ve c eg preseka (8 > 100 mm ) kori sti se
veei broj e lektro dnih ! ica ; zavarlv anje
s e izv odi j ednoslojno i bez prlpreroe s tranlca ~ leba nezav lsno od
de bljine ; manj1 je utro s ak praska 1 ele ktro dne ! 1ce. Nedostatak j e
veli ka cen a ured j aja 1
o gran i ~ena
primena
sarno na de lo ve r e lati vno ve like debljine .
1 .4 .1
Zavarivack i uredj a j z a zavari v anj e pod troskorn Ovi
u red j aj i s u a utoma t! kon s truisani z a rad sa 1, 2, 3
111 v 1 se e l e ktro dn1h ! ic a 111 traka. Ure djaj 1ma elektr1e n1 1zvor s a konstan tnorn 11i b lago pada jueom karakterl s t i kom. Za obra zo v a-
nj e s ava 1 1ntenz1vn1j e hl a djenje 1 apre e avanje 1at1canja te c nog me t al a i
t r oske prirne njuju se eu - plo ~ e hladjene tekucom vodom
(poz. 3 s l . 78) . N1z me haniz ama 1 elek tr1 c nih aparata ugradjen1 au na ure djaju z a dovodj~nje 1 boe no p o meranje - njihanje elektr odne ! 1 oe , za regulaciju j ae1ne struje 1 napona 1td. Njihanjem e lek t rodne ~ice povecava se toplotnl utlnak 1 do 8UI zbog ravno-
me rn1j e ra ap odele toplo t e .
- 16 4 1.4 .2
Dodatnl mate r ijal za za variv an je pod t roskom P r ema osn o vn om mabe rij a l u blra se p r a§ak za z avarl vanj e 1 Pomo ~ u
e l e ktrodnl ma t erij a l .
sastojak a p r a§ka mole se uti c a tl na
n jc govu t e mperaturu top lj e n j a, vi sk o zn 08t 1
je c d p resu dn o g
z n a~a j a
e l ekt rl ~ nl
o epo r k o jl
za uspeA an tOK zavarl v anj a. P r aAak z a z a -
var1vanja pod tros kom ~tvar1 j e smesa o ka1 da 51 , Al , Ca , Mn 1 T1, 1 dodatk a ele ktrop r ovodl jivih sastojaka do 3 \
(npr . Fe O), k ao 1
pove6anog s a drf aja Ca F d anj em
n ja i
sad r ~ aja
e l e ktri ~ nl
CaF
U o dn0 8 U na p ra Aak z a EPP ? o stupak. Pove 2 s manj u ju se v l s Kozn o at , temperat u r a top lj e-
2 otpor . Iaka udeo a4stojaka n e mo r a biti u vek 1s-
ti , mol e se k a o prl mer naves t l s4stav p r a §k a za zava ri van j e n ia k ou g lj e n 1 ~ n 1h
~ e l 1k a :
35 %51°
2
, 40 \MnO , 5'A1 0 , 2 3
7\ CaO, 5'CaF , 2
3%FeO, 3%T10 1 l ' Na 2 0 . Kol l c ina praAka potr ebno g za zavarivan j e pod t ros kom odr e dju j e s e iz uslo va da dub ina t roske bude a d 40 do 50 mm , Ato prose~ n o odgovara 1 kg p r a§ka za 20 kg dodaL,og mate r l j ala . U toku p r oc e S8 zavarivanja pra§ ak se t ro s i ve oma malo , ug lavnom s o l a pi za bo ~ ne pl o ~e 1 11 l zmedju njlh propada 1 po potre b l ae doda je r a dl od r! a vanja t r a~ en e dub ine tros ka . Ako troska jako peouAa d ubina j e mal a pa t r e b a d es uti pras ak, dok sasvim Mirna ~ ro s k a ukaz uje n & preve11ku dub1nu . El ek trodne f ice treba da sadr!e Ato manje neclstoea, s ~ para 1 fos f ora, jer ovi ele men ti jako sni ! ava ju udarn u f l1a vos t sava . Sl l c no deluje 1 a zo t, jar s e preko tec ne troske u me talu sava mo!e ras tvoritl prekomerna kollcin a azota. Oaim toga, nec iatoe e sumpor i f os for uvee a va ju 1 sklonost ka prslinama. Pri zavar lvan ju u no rma lnim uslovima nlje mog ude sprecl ti rastvaranje sumpara , f osfora 1 azo ta, a li se udarna !il a vost mof e povecati normal i z aclonlm !aranj em pasle zavarivanja. Za zava ri vanje pod troskom n a jcesce s e upot r ebljavaju f lee pre c nlka 3 mm , a redje p re cnlka 2 , 4 , 5 i 6 ·rom. U zavlsnosti ad debljlne de l ova ko jl se zavaruju mofe &e k oristiti vi s e alektroda, 2 111 3 , a za pre aek debljine 1000 mm ~ ak 16. Oa irn elek~rodnih f lca, mogu se pri zava rivanju, a naroc ito navarivanju pohabanih radnih povrs lna , upotre blti i c eli cne trake. Doda tne e lekt rodne H ee sadde ve6u k ol1a inu dezaka1danaa, naroci to mangana . lako nasim standardl r.la do s ada ni.8u obuhva~enl do da tni ma ter i j a ll za ~avarivanje pod troskom uop § teno Be mole re61 da za za va rivanje nlakoleglran1h ~ el l k a odgovaraju 11ce a11anDg s as t ava k ao i os novni ma terljal , a li s a anl f enlm sadr!ajem uqljenlka .
1.4.3
Tehnika izvodjenja
165 -
zavarlvanja pod troBkom
Ov 1m pos tupk om, ugl a vnom s e izvode 8u ~eonl i
T-apojevi, a
sarno i z u zetno ug8oon1 1 rubn! Aav. Pre spajanja delo v i se poatav-
ljaju na odredjeno rastojanje (20-35 mm)
kao 1 broj a ( de
~ica,
njihovog pretnlka,
zavisno od debljine lima,
na~1na
kretanja i sl.
Osnovni parametrl procesa su: pre~nlk elektrodne fiee 2,5 - 3 mm), broj elektrodnih fIca, ja~ina struje zavarlva-
Q
nja ( 400-4000 Al, napen zavarlvanja ( 35 -50 V), brzina dodavanja
elektrodne f ice (150-300 m/ h) , brzina zavarivanja (0,5-1,5 m/h). ~rzina
za varlvanja se maze lzratunati po izrazu: = n . It • r
2
4A
•
vz
m/h
gde j e : n - broj elektrodnih ficd; r - polupretnik elektrodne fioe, vz - brzlna dodu vanja flee, A - povr§ina Heba.
popre~nog
preseka
Broj elektrodnih fica bira se orijentaciono prema debljini materijala 1
na~inu
njihovog
za debljine 40-50 rom bez
kretanja, npr. jedna fica se korlsti
bo~nog
kretanja Hce, a u
slu~aju
njiha-·
nja mogu se zavariti delov! debljine 60-150 mm; sa dye elektrode, bez njihanja, zavaruju se delov! debljine 60-100 mm, a sa njibanjem 100-150 mm, itd. Na kraju se kao osobenost postupka zavarlvanja pod troskom roo ! e lsta61 njegova dosrrUka pripadnost; s jedne strane qrupi po-
stupaka
elektrolu~nog
zavarlvanja a
8
druge elektrootporskoj
grupi. U cilju zap~injanja procesa zavarivanja pod troskom, potrebnc je istopitl odredjenu koli~inu metala 1 praha. Praktl0no se to ostvaruje uspostavljanjem ne~to
i kratkovremenim delovanjem luka 8a
ve6im naponom (35-50V) nego pri EPP zavarivanju (25-32V).
Prelazak sa xratkovremenog zavarivanja
elektri~nlm
lukom na pro-
ces zavarivanja pod trosKom pra6en je padom napona 1 promenom 0&talih parametara zavarlvanja. Ostal1 pararoetri zavarivanja kao Ito su ja~ina struje, brzina kretanja elektrodne ;tice, dubina matalnoq kupatila i brzina zavarivanja daju se u zavisnosti od debljine zavarivanlh delays.
- 166 1. 5
ZA VARIVANJE NETOPLJIVOM ELEKTRODO M U INERTN OM CASU ITI C)
TIG zavari van je je metod mskom e l ek t rodom i
argon om kao
e l ekt rol u ~ n og
za~titn i m
zavarlvanja vol f r a -
gasom .
Kolic in a to plo te potrebn a za zavarivan j e oslobadja s e u
e l ek tri c norn luku i zmedju n etopljive vo l framske e l ek trode i de la k o j i s e zavaruj e . TIG
zavari van j e se raz l iku j e ad ostal ih pos tu-
pka elekt r o luc no g zavari vanja po tome
~to
se e l ektroda n e t o p! 1
ne s luzi is to v r erne no kao dod a tn i ma t e rij a l. El e ktroda s e
i z ~ a d ju
je a d vol f r ama je r je to meta l ko j i irna n aj vl s u tempera t ur u topo Ij e nja (3410 C ). Pri z ava rivanju debl j ih lirno va p o treh a n je doda-
tni materijal, k oj i s e pos ebn o dovodi slie n o kao p rl g asnom zavarl vanju. She ma TIG p o stupka prik a zana je na 5 1. 79 . Osim nazi-
vo2.framska e1.ekt l' oda
v a TIG (tuns te n-intern1 g as), u literaturi s e o va j p os tupak roo-
Dodatni mat e r ijal.
~e
C
sre s t! p od i rne nom WIG (vo l-
fram-interni gas) ill argonskolu~ no
zavarlvanje ill sarno arg-
onsk o z a va rl v anje. Manja 1 1 1 ve6 a pogodnost pojedinih p o stupaka zavarivanja z a dati mater1jal cenl se
S1.
79 . Shema TIG zavari v anja
p o to me koliko se korisne 050bine metala s a v a razlikuju od
o s n o vnog materijala.D a te o sobine budu s to
sli~n1je
potrebno je
je z ast1tlti metal sava od k1seonika 1 azota 1z vazduha 1 po potreb1 ga legirat1 sastojcima 1z doda tno g materijala. Primenom TIG p o stupka o stvaruje se: - potpuna zas tita met a la sava, elektrode i rijala o d vazduba, s to
spre ~a va
dodatnog mate-
oksidac1ju i druge stetne reak-
clje; - visoka toplotna snaga luka s a
ve~om
brzinom i
proizvod-
no S6 u zava r1vanja; - prosta tehnik a zavarlvanja, pa se stoga mogu
obu~1ti
rad-
nicl srednje kvalifik a clje, posebno za polu- 1 auto-matsko zavarlvanje;
- mehanizacija procesa kOjom se postHe bolji kralitet zavarlvanja. ri~ne
Os~
toga au_tomatlzacija procesa uz uvodjenje elekt-
requlacije omoqu6uje zavauvanje krivolinijskih kODtura ne-
pravilnoq ob1ikal
-
1 67 -
- rnogu6n ost spajanja r aznoro dn ih me t a la, kao i de bljlh k or.tada ;
- debar spolj ni izg l ed §ava 1 v i sok e meh anicke oso bine; - ogranicena zon a zagrevanja pa stega 1 smanje n o kri v lj e n je us l ed ve6e brzin e zava ri van j a 1 hl ad j en j a n e prekldnlm s truj a n jem gasova - argon a ;
- zava ri van je rne tala 1 leg u r a ko ji s e ne zav a ruju iIi se rd javo zava ru ju dr u gim post upc i ma , a takod j e z a z ava rivanje delova tankih zldova. U n edostatke TI G p os tupka ubr a j a s e :
- r el ativn o vi s o k a
cena inertnih gasova
- potreba za t eme ljnim
c i ~ 6enje m
p o vrs ine de lova
p r l zava rivanju lakih le g ura
- vi soka t a c nos t
monta~e .
TI G p ostupkom rnog u s e za varivati gotovo svi metal! legure k o j i se u p raksi prime njuj u. Tu spadaju alurninijum, magnezijam , n e r djajuc i ce lix, nikal, b akar, plerneniti metal1, liveno gvozd j e i
met al i
ose tljivi n a d e l ovanje gaso v a kao
~ to
su titan,
tan ta l, clrkoni j um i rno lbi d en. Olovo 1 c ink se tesk o zavaruju TIG p o stupkom. ~ell~nl 11-
movi zas t iceni p revlakama olova, kalaja, cinka, kadmijuma ill alumi nij uma je su z ava rl j ivi, ali
se pre v laka mora ukloniti. Posle
zdvarivan ja ostecen a zona spoja se naknadno zasti6uje odgovarajucom p revlakom .
1. S . 1
Ur e dj a ji z a TI G za varivanje Ur e d ja ji z a TI G zavarivanje mogu ·raditi kako jednosmernom n aizme nl ~ nom
take i
st r ujom. Vrsta struje bira se prema osnovnom
materij a lu . Ohllei s aveva
izvedenih jednosmernom i naizmenl~nom
s t r ujom prikazani su na 51. 80.
+ ~.
b.
c.
51. 80. Oblicl savova (TIG): a) prava polarnost, b) obrnuta , c) naizmeni~na struja
- 16d Uxedjaj : a TIG z ava rl v anj e s 4 s toj i S8 1 z lzvora struje , v i s o k ofrekve ntn og jonl z a to r a , p l §tolja - gorio nl ka , boce 8a i ne r -
tn im g4som 1 s istema za upr avl jan j e 1 h l adje n je .
1. 5 . 2
D? dacni
mdt~ll ja l i
za TI G z a va r ivanje
Za Jtitn i g a s o vi , k a o
potro~ nl
ma t e r ljal i , prl TI G zavarl -
v an j u a u argo n 1 11 he l i j um , sa ve 60nl prlrre no m ar gon a k od na s 1 u r: vro p l
a heli j uin.1
Arne rtc i.
'J
l. a~t l tni
pri me sa j e r j e 1 n e znatan n j iho v
de no g
~Qv o .
Prlrne s e
p ot l ~ u
g as arg o n rro ra bi t.! be z
9a dr~a j
p o g or§ava kva l lte t izve -
iz procesa dohi j anja 1
n aj ~ e § ~e
su 02 '
CO ::, 1 H4! 0 . Kod n a ::;. s e p ri re nj u j e za .ldva rlvan j e ar go n k v al l t eta C, ~1 B to C e 9 ~ , 96'
cama
Ar (po J US H. Fl ,0 1 4 )j
o z nd ~e n l l "
l sp o ru~ u j e s e u ~ el lt nl ro bo -
:lulOm bo j o m, z ap r emi ne 40 1 1 pritls k a 150- 200 b a-
ra.
j e j e dnoa t omnl gas , l ner tao i ne r 8s t vo r lj iv u te~ n o m me ta l u . Arg on j~ 3Hi tel l od va zd uha , ~to j e povo ljno p r l zava rl·. ;..u).ju U no ri'l.ontain om pol o!a j u . de li jum j e is t o ~~o i nertn i monoa tomnl gas , z no t no l aksi v o! v,J zu u h,J ~ to zna ~ l d a j e po t r e bna ve6a k o li~ lna he lij urua nego a rgon a za zava r lvan je u horizon t alnom polofaj u . Pore d t o ga, argon i r~ nl ~ l pote nc lj al j o nlzac J j e a d hel lj uma , § to zn a~ i da j e dovol j an n 1 f i n 4p0n za us ocs t a vljan j e 1 o dr ~ av ~nje l uka pri lstoj du~ini luk a . 1% o vog p rol zilaz i d a sa za d a tu ja~ lnu struje zavarlvanj a o9 1 o b ~ d j a rnan J a k oll ~ ln a toplo te u za~ t1t l a r gona nego he11 jumd . O t u d ~ j e z a §t t ta u a r qonu pogodn ija za za varlvan je tankih l iroova ne go u ne l l jumu. S druge str ane U z8s titi he lljuma povoljnij e je za va rivaC i da lo vo vel l kih preseka 1 materljale visoke top~ rgon
l o tn e provo dl j i v o st l. Do dat :ti ma tB z' ijul za TIG z ava r lva n je je ! l c a po s astavu
bllska os n ovnom ma t erijalu 111 us k a trak a lse ~en a od zavarlvanih de l o va . Pr~ upo t re bl do da tnoq ma terljal a neophodno je da on bude oe l § ~ e n
do me t a lnog Bjaj a .
U po t ro §nl ma te r lj a l pri TIG zava r lvanju spa daju 1 volframlke e l e k t r o de ,
)oje se
~o d aju
~ljL
o hlik 1 kvalltet kao 1
leglraju~e
komponente
volframu, pre datavljaju va2an faktor pri TIG zava-
r1va nju. Naj ~e~ e
a8 primenjuju volframske elektrode leqlrane sa
oko 2 ' torljum oksida,
ozna~ene
po ISO atandardu crvenom bojom.
Zbog ve ~ e toplotne provodlj1voati, elektrocle legLrane torljomom (TIl)
Be
""" g" opter.Uti jal!om atrujoa pa sa lule uapostavlja 1
odr ~ ava
16 9 -
ele ktri c ni luk n e go k od c isto vol frams ke e l e ktr o d e. Le gi-
rane el e ktrode
du~ i
ma J u i
ve k. , pa su uprko s ve60 j c e ni
ek o no-
mitnlj e u p rimeni. U rnan joj meri s e ko r lste e lektrode le g lrane sa 1,2 5% t o rijuma (~ uta bo ja p o ISO ) ili sa o k o 4~ torijuma loran ~ boja IS O) . Ugla v nom s e e l ek tro de le g irane tor ljumom pri me njuju pri zavarivanju n erdjaju6 eg c ellka, cellka i
bakra. Primeno m ovih el -
ektroda umanjuje se o pasnost od prelaska vol f rama u §av 1 gre §aka koje prl tome nas taju. ~i Bt o
IJ olfra mo ke e l ek tro d e se preporuc uju za zavarlvanje
legura aluminijurna i dr ~ugih legura lakih rnetala naizmenicnorn strujam . Ovo s toga sto se na vrhu elektrode od cis tog volframa formira okrugla tacka a na leglranirn elektrodama (W-Th) nazubljen vrh § to daj e katodnu mrlju koja igra i
to volframska elektroda
nemiran 1uk. Po I SO standa rdu
ozna ~ ava
se zel e nom bojom.
~ to
~ is
se ti c e
elektricnog optere6enja , elektroda od clsto g volframa mo ze podne ti struju jacine 70% od jac ine koja odg o vara W- Th elektrod1. Osim torijuma (Th), 1 leglranje cirkonijumom (Zr) doprino s1
stabilizaciji elektr1cnog luka
, ali se zbog skupo6e Zr pri-
menjuje sarno u specijalnim slucajevima . Jedan primer je nuklearni reaktor gde c estice iz elektrode mogu dovesti do pojave
nepo~e1j
ne radioaktivnosti produkata razlaganja torijuma. Elektrode 1egirane cirkonijurnorn sadrze oko 1 % cirkonij um oksida i
po ISO stan-
dardu su be l e boje. Posebnu grupu cine elektrode koje se sastoje iz cistog vo l frama i
umetnute plo~ice od cistog to rijum oksida. Na ovaj na-
cin se najbolje iskoris6avaju dobre osoblne legiranja torijumom u pog l edu stabi lnosti luka i osobine volframske elektrode za dobro formiranje vrha. Ove e l ek tro de
BU
preskupe pa se zato retko pri-
menjuju.
1.5.3
Tehnologija i
1. TIG
tehn ika TIG zavarivanja
£a~ari~a"je
jedn o sm e rn om s trujom
Pri TIG zavarivanju celika elektroda se obavezno vezuje na negativan pol, ~to znaci da je elektroda katoda i z koje izlece mlaz elektrona ka zavarivanim delovima. Ako se elektroda veze za pozitivan pol, npr. pri zavarivanju aluminijuma, sroer elektrona je obrnut. Proucavanjem temperaturnog polja u elektricnom luku dokazano je da je temperatura visa na mes tu u koje elektroni udaraju n ego na mestu odakle izlecu. Xada se elektroda ve!e na plus
-
pol,! time
izl o~i
170 -
bombardovanju e l ektron a ,
~fe
nastupltl delimi-
c no top l jenje n je nog vrha . Ova po java 5e prl z a varlv an j u ~ e lik a
mo r a meta l
U
svak om ~av a
i
s l u ~a ju
obrazuje
spreciti , je r istopljeni vol fram pre lazl u tvrde i krte karbide W C i 2
we,
lako je to
moguc e , nije rac i onalno s precava ti t o p l je n je povec anjem prec nika
vo l f ramsk e elektrode . Na p r imer , mo ~ e
za negativan pol
e l e ktrod ~
precn ika 1,6 mm vez ana
iz d r fati bez topljenja struju j a c ine 125 A,
dok ce se vezana za po z itivan pol t opiti. Top ljenje se moz e izbe6 1 ake se primeni elektroda prec nika b , 4 mm uz istu jac inu struje
od 12SA. Povecanje precnika el ektrode nepovoljno uti c e ne sarno na br-
zinu zavarivanja vee i
n~
oblik Sa va. St oga s e pri TIG zavarlvanju
c elika primenjuje pra va po lurno s t. Po red ne g ativn1h pos le d1ca obrnute polarnost1, 1 povo ljno dejstvo
zapa~e l lo
je
tzv. ka to dno c i sce nje, k oje se sastoji u raz-
b1janju oks1dne s kra me i njen om odstranjivanju 1 z zone spajanja. Ovo je naroc lto
va~ n o
pri zava r1 v anju le g ura lakih metala prlrodno
prekri ve nih tesko toplj i v im sopstve nim oksidima. Na primer, prl zavarivanju tankih aluminijumskih li mova te s kocu stvara oksidna o skrama Al 0 ) koja se topi p ri 205 0 C. Huduci da se cist alumini2 o jum topi pri 657 C , to pri zavarivanju cksid A1 0) ostaje u cvrs2 tom stanju, tone u rastop i take sprecava stapanje osnovnog i dodatnog mater1jala. Vezivanjem e snovno g materijala za minus pol, elektron1 izlecu 1z osnovnog materijala 1 razbijaju oksldnu skramu A1 0) , keja p11 va u teen om metalu. Struja argona dovedena kroz 2 mlazn1cu odnosl oksid Al 0) 1z zone spajanja, take da se primenem 2
obrnute polarnosti
alwninijurn uspe~no zavaruje i bez topi telja
koji razgradjuju A1 0). Mikroskopski lzg1ed povrsina neposredno 2 uz metal sava, oCiscenih na ovaj nac in, sllean je peskarenim metaln1m povrs inama. Elektri~ni
luk direktne (prave) polarnosti nema efekat kato-
dnog c i s cenja i ne primenjuje se pri zavar1vanju legura lakih meta-
la. 2. TIG zava rivan je
naizmeni~nom
strujom
Pr1 zavarivanju na1zmenlenom strujom polarltet i amplitu-
da se periodi~no menjaju (sl. 81.). Svaki put kada struja prodje kroz n ultu ta~ku, elektr!cn! luk se gas! i
ponovo uspostavlja.
Luk se mnogo lak~e uspostavlja ako je elektroda na negatlvnom po-
lutalasu, tj. kada
elektrone privlac1 osnovni materijal. Nifi
nivo emislje elektrona, kada je elektroda na pozitivnom polutala-
-
171 -
s u, i zaz i va Jc as n i j e uspo s t avljan je luk a , § t o se daij1.m c i kl u e l ma manife s tuje U s kra cc n ju ~o zitlvn o g p o luc iklusa Bve do p o tp un o g
r
+
5 1. 8 1. Po t punl cik!us naizrneni ~ ne
51. 82. Ova ciklusa naizme ni c ne
s~ruje
struje sa prlgu§enim pozitivnim polutalaslma
l s pravljanja struje zavarivanja (51. 82). Zbog to ga luk gubi stabilnost n s s arno U sluc ajevima p o tpuno g ispravl j anja vee 1 prl opadanju velic ine po z itivno g polutaiasa. Srnanjenje po zitivnog polutalas a naziva se delimic n i m ispravljanjem. U sluc aju p'otpunoq ispravljanja s truje u eiektric nom luku, efekat c l §cenja oksidnih
skrama izos taje. Da se t o spree!, uvode se visoko frekventnl oscil a tori (HF), vis okog nap ona all male snage, koji pojac avaju struju zavarivanja. P rl svakom prolasku struje kroz nulu, ova visokofrek ventna s tru j a
proti ~ e
j o nizu j e med j upro stor i
izmedju elektrode i
osnovnog materijala,
taka prlprema put za adgo varajuci pol uta-
las struje z a vari v anja. Ugradnjom vls okofrekventnog ascilatnora u uredjaj za TIG zavarlvanje
postl ~ u
se sledece prednost.i:
- usp o stavljanje luka bez dodlra elektrode 1 osnovnog materljala,
-
ve~a
- ve c a -
stabl1nost luka, du~lna
produ ~ en
luka,
vek v o lframskoj elektrodi,
- pro~lren opseg struje -
z adr ~ an
polutalas.
za razne pre~nike elektroda,
efekat ~l§cenja kada je na elektrodi pozitivan
-
Teh n ika TIC
J.
1 77. -
~au a riv an ja
Pre zavarivanja iv l ce t r e ba ne ~ isto 6a .
o ~istltl
ad oKs i da , ul ja, p ra-
iUne i
drugih
~avovi
lepog lzgleda 1 tra ~ enlh mehanl ~ klh oso bina . U ve6 ini sl uje dovoljno c i s 6enj e c e l i c nom cetKom i heroi j sklrn age ns i ma. Osnovne v r ste spojeva k o ji se lzvode TIG zavarl van jem j e su:
~ ajev a
Ovo je be z uslovno potrebno da sa dobiju
s ueeon l , prek l opnl, prirub n l i
T- spoj .
Doda tn l materij a l u obl ik u say
mo~ e
~ l ce
n ije uvek potreban, jer se
o brazova tl cd r astopljen l h i v iea os novnog materij a la (sl.
63a) . Za ma t er l ja! e deb l jln e 8- 25 rom prl menju j u s e Y l 1 i X- § a vovl, obra zovan l
uz pomoc
doda tnog mate ri j ala ( sl . 8 3 ,b,c).
a.
D.
60 v
. - 6 mm
51 . 83 . ~avov i i zve denl TIG postupkom Pri rubn i
..Q
~ a vov i
se iz v ode na tankim limovima debljine do
rom, bez dod a tno g materijal a . Oblle! prlrubnlh
~ avova
prikazani
GU na 5 1. 84.a,b, ana 51. 84.c. preklopni 5pOj za debljine do
~ nun.
,~,
~ a.
Sl. 84. Prirubni (a,b) i prek10pni spojevi (c) Svi T-spojevi izvode se pomo~u dodatnog materijala. Broj prolaza za Bvake strane zavisi cd debljine materijala 1 "tra!ene deb1 j ine §ava. ~avovl na ugl u se veoma ~esto koriste u proizvodnji sanduka, kutlja, zatvorenih profila. Na 51. 85. prikazan je ~av koji odgovara deb1jini do 3 rom bez dodatnog materija1a, a na sl. GS.b. ~av na debljem preseku, izveden sa dodatnim materijalom radi pove~anja ja<::ine. Na sl. 8S.c. priltazana je priprema dabIjeg materijala neopbodna da se ostvari potpuno provarivanje bez
-
173 -
c.
b.
a. S1.
85. Savovi na uglu
prokapljina. Broj prola za zavisi od veli~lne spoja 1 debljine
09-
novnog materijala. Na svim ugaon:1:rn sklopovima treba ostvarlti dobro naleganje dodirnih ivica u !lebu. 4.
Pr a kti~"o
iavodje nje TIC aavariuanja
Uglavnom je za TIG postupak, kao uostalom i
za druge me-
tode zav arlvanja, potrebna prethodna Obuka zavariva~a. Ipak nekolike asnovnih pra v l1a mogu olak§ atl prakti ~ an rad. Po nacinu zavarivanja TIG p os tupak je sluc aja g o rionlk s e dr z l
veoma slican gas nom zav ari v anju. U aba u desnoj rue!, a dodatni materljal u 1e-
voj.
Vrh gorionika je usrneren suprotno od lz ve denog §ava jer s e za v arivanje izvodi zdesna na leva. U izvesnirn granicama oslobodjena kollcina toplote pri TIG ~to
zavarivanju zavisi od dufine luka. napona 1 time i
je duzi luk, veci je pad
kolicina oslobodjene toplote. Prema tome, mogu6e
je u izvesnoj .;neri smanjit1 izlaznu
kol1 ~ inu
toplote skracivanj-
em luka iIi je pove6ati produzenjem luka. Gasnom
k §e da predje na TIG postupak nego
elektrolu ~ nom,
zavariva~u
je la-
buduci da je
vee nauC:: l0 da r ukuje dodatn1.m materljalom. Dodatni materijal se dovodi n a ivicu zavarivackog kupatila 1 ne srne dodirnuti vrh elektrode iIi u6i u luk. S druge strane dodatna zi ca mora uvek bit! veoma blizu zavarivackog kupatila da
bi joj vrh bio opkoljen atmosferom argona i za§ ticen od oksidacije. U procesu zavarivanja nerdjaju6eq c elika i bakra, dodatni
roaterijal Be mo!e dovoditi neprekidno. Pri zavarivanju aluminijuma, dodatna aluminijumska
zica se toliko zagreva da se na njenoj
povr§ inl stvara oksidni sloj uprkos argo nskoj za§titi. Topljenjem z ice
previ §e oksida prelazl u zavarivac ko kupatilo,tako da efekat
~i§cenja elektri~n1m
lukom nije uvek zadovoljavajuci. Stoga se pri
-
1 74 -
zavarivanju a l umin ijuma dodat ni roaterijal mora uvoditi r.ratanjem sp u ~tanjem
gore-dole sa redovnim k up~tila .
1a
Za vreme o vog
kcaja fiee Xa lv l ei zavar l vatkog
kre~j a,
izl a ziti lzva n a r gonsk e z a §titne zo ne . Sta j e deb l ji materija l
ko ji t r e b a z ava r iti , potreban je i br~e9
jal
n e sme kcaj doda tno q materl jadcbl ji dodatn l ma tecl j al cadi
i s pun javan ja z i eba . Ov i m s e povetava riz i k d a dodatni materi-
dodi rn e vrh ele k trode .
sp re ~ l
Oa se dod i e
tceb a 1 e1ektrod u
pome r at l gore - do l e u s kla du sa doda tnirn ma ter i j a l om . Ka da s e lukom
dovol j no pro vare i vi ce sp o j a , on s e povlac l 6 -1 2 rom , kraj ! i cc se sp u~t a
s tapanj~ .
1 n asta j e
nik p o kre ce napred z a
Zatim se i iea prov lae ! naz ad , a gorio-
da l je top l j e n je.
Ova tehnlka se
p repor u~ u
j e z a j e dnostrano z a vari vanje mater ij a l a de bl jih a d 6 mm . a b1 ~ n a
Duzi na l uka
v a ri ra izmedj u 3 i 6 mrn , z a v i s na ad vr -
s te sp o j a , v r ste ma terijal a , deb l jine ma t e r i j ala , itd . Ga r i a nik se abic no krete pra vaIin i j sk i u pravcu z avari vanja bez bac na g kretan j a , l z uze v prl
z a va rl vanj u debel ih ma terijaus pe ~ nij eg
La gde se p r imen juj e bae na kre tanje radi
ve ziv anj a a be
i v lce spoja . Ugaoni i
i vi e n i s av o v i sp ada j u u grup u s avova koj i s e TIC
zava rivan j e m n a jlak s e izvode . Br zina zavar i v an j a se p odesava tako da se dobi je u je dnac e n z avaren s a y . Ak o se gorio n l k sp o r ~
k re ~ e
5 u vi s e
istop l jenl me tal c e i s tic a ti iz z Ieba. Nep r a vi lno kretanje
ili pre vel ika br7 Lna prouzro k uju g r ube , neravne povrs ine. Oodatni materijal
n~J e
potreban.
Vi BesLoj n o TI G
de bl j e
z avarivanje se ob1c no p r 1menjuje za 11move
od 6 mm . droj slojeva .av i s i od vrs te i debljine mate r i-
jala , o blika s a va i e ne r getskih mo g u6 nos t1 ure d jaja za zavari v anje. Kore ni p ro l a z mora biti dobra provaren. Za ra z liku ad prvih slojeva, p ok r i vn 1 slo je vi se mogu i z vesti sa jac om strujom. Tack a s to TI G a av ar i v an je je me tod pric vr s61 vanja lima za
no s ac proi z vo ljne de bljine, ob r azo vanje m malih z a varenih
ta~aka
n a s t r ani lima , Luk u kome se oslobad ja p o trebna kali c ina toplote o drz a va s e i zmedj u
do k a r gon s t i tt
vo~f r ams k e
zavar t v a~ k o
elektrode 1 osnovnog materljala
k upa tl1 0
od § tetnoq delovanja vaz-
d ub a. Vreme tra janj a zava+ i vanj a je od U,S do 4 sekunde, §to zavisi ad
ve l i~ ln e
z ava rene tacke . Za
stag zavarl vanja koje se izvod1
ra ~ l1ku str~jam
ad elektrootporskog vrlo vellke
ja ~ ine
ta~ka
i vi-
sokim priti skom na ele k trade, TIG me tod omogu6uje ta~ka8to zavarivanje pritiskom ruke i
bopljenjem same jedne strane lima. Savreme-
n1 uredjajl za TIG zavarivanje 1maju automatskl vremenskl preklda~ posebno u gradjen za
ta ~ kasto
zavarlvanje .
~~tal l ug l je ni ~ n i
i
koj i 5e mo g u
17 5 -
ta ~ kas to
zavarivati TI G pos t upkom dU
l egirani ~ e l ici . deb lj i n e do 2 mm k ao i bakar do
1, 5 mm . Sve deb l j in e 6e o dn o se na tanji li m u kame se formi r a
t ac k a . Za ta c k as to TIG zava ri van j e ni s u po t reb n e dye e l ektrode kao za ele k t r ooqpors k o , p a 5e
lak ~ e
mog u tac k a s to zava ri v ati 1 1 -
ma v! ra z llc ltlh debljina, 1 l ak~e se dospeva n a n e pristupac na
nesta. Tacka s to TIG zava rlvanj e usp e ~n o 5e p rime n j u je za nano Se nje
za ~tltn o g ne~djaju6 eg
c elic nog li ma na s udo ve p o d pritiskom.
Ve orna s irok o polje prirnene je lzra d a §koljke a utomo bl1a, ce 11c nag name s taja, aparata 1 ure d jaja u d oma61ns t v u 1 opre me za hemi jsku i
prehrambenu lndustriju. lata taka se tac kasto TIG zava-
rl v anje uspe s no prirnen j uj e za popra vku elektrootporskog izve denih spoj e va o s te c enih u radu. Ovde se kao primer ffiOgU navesti popravke o § te c enih
ta ~ kas to
za v arenih spojeva na putnlc kim automoblll-
rna 11i kamonima. Uop ~ te
se TIG pos t upkom uspesno popravljaju delovi
o ~ te
c eni u radu. Tako se npr. kav ltaciona udubljenja iIi razorena me sta na odllvclma posle c l §cenja lako popravlja j u nano §enjem dodatnog materijala bez predgre vanja. Na s lle an nac in se specijalnim doda tnlm materijalom mo!e obnovlti pollrana o s trlca razvrtac a bez primetnog pada tvrdo c e lvi c ne zone. U mnoglm sluc ajevirna TIG zavarlvanja korisno je postavitl podmetac na korenoj strani s ava. Pri zavarivanju tankih 1lmova podmetac stitl donju stranu od prekomernog dejstva vazduha i c ava poro z nost, a
pobolj s ava~g1ed
spre-
s ava. Kod debljih preseka pod-
me tac sprec ava isticanje tecnog metala iz !leba jer se kroz podmetac odvodl suvlsna toplota. U mnogirn slucajevima TIG zavarivanja najpogodniji je podmeta~ sa prorezom dubine 1 rom i § irine 3-H mm, kako je to prlkazano na s1. 86.
S1. 86. TIG zavarlvanje s a podmetacern Ako se zavaruje nerdjajucl ce1ik 111 1egure lakih metala, podmeta~ se izradjuje od bakra. Va~no je da se spre~i pristup
atmcsferskog vazduha na donjoj s~rani sava. U vecini slucajeva
-
176 -
p roti c an je argon a kro z ! l e b j e dovo l j no da oduva vazduh . ~ ava
od zava r e n og ri t l
za~ titn i
t r a ~e
~a da
ge
po sehne ka r akte rl s tike , mogu6e je us me -
gas i k r o z prore z
po dme t a~ u
n d
1 time pos t le ! doda -
o mog u~ uj e
tnu z a§ t itu. Aka k on str tikc i j a sk lop a ne
pri menu po dme -
tata , de l ovanje vazduha s e mo! e spre c i ti produvavanj em pomocu ar go n a dovede n og krp z p o sebne cevi.
1. 5 . 4
TI G z a v a riva n je ra zllc itl h meta l a i
l eg ura
Vecln a legura a luminljurna su zava rljive TI G postupkom bez posebnin me ra izu zev lequra aluminijuma sa bakrom, s ilicijumom 1 rnagne zijumom za k o je se preporuc u je pre dg r e vanje do aka
trebn o
i v ie d . l< ako magne zi jum veoma laka oksldl!e·, luk
o d r ~ a va tl
s e mo ra
§ to je mo guee krac i
{manje od 2 rom} da se do-
bi j e s ja j no svetao s ay. Ako s e upotrebljava dodatna
~ lca
ona se
mora dr~ a ti pod uglom od 100 prema osnovnom materijalu 1 bllzu I
zava r lvackom
k upat~a
b ez ve rtikaln o g kretanja
(spu ~ tanja).
Oa
s e n a ponsk a koro zija svede na najrnanju meru, deblji delovi od
o
rna gn ezi j uma moraju s e posle zavarivanja zagre vati na 2 0 0-lS0 C oko l S min. ra di otpu§ tanja napona. ~a
zavarivanje l e gira nih i
se dod a tna
~ ica
ugl je n ic n i h ce lika primenjuje
istog hemijsk og sastava kao i osnovni materijal.
Zav arljl v i su BV!
~ elici
~el i ci,
s e koriste dodatne ! ice namenjene za zavariva-
s
tim
~ to
otporni na koro z iju i vatropostojani
nje ne rdjajucih i vatro-otpornih
~ elika.
Oa s e izbegnu p r aline, mcr t ena itni Cr- c eL i c i moraju bit1 o predg re jan l pre zavari v anja do 250-300 C i ! areni posle zavarivanj a. AU 8 ~ e n it n i
Cr-Ni
~ eliei
uspe Ano
korn uz odgovara ju6u pripremu iviea i
Sd
zavaruju TIC postup-
lzbor pogodnih para.a:etara
zavarivanja', Ako se prlmenl prejaka struja zavarivanja zapa£a se opad~l j e
udarne
~ llavost1.
Preporu~uje
se zavarlvanje u nekoliko
sloj e v a .
Fo ri t" i
~o Li ci
(Cr 14 ' ) su pri
z~v~rivanju
sklon1 ka ob-
razovanju qrubozmaste qradje i krtosti laped zavara, pa ae atoqa najbolje zavaruju feritno-auatenitnim 111
Cr-Ni dodatnim materljalom.
~isto
austanitnLm
Zaoa r lj iv oe t b ak ra i
1 77 -
t eg ura b a kr a zavlsi cd qrupe l egura ,
za TI G z avari v an j e ve 6 i n e l a g ura bakra p rimenjuje se jednosrne rn a st ru ja p r a ve pol a rnostl
(ne g a t ivna e l ektroda ) . Kao izuzetak mo! e
se n a ves t i legu r a beril i j um- baka r i b r on za koja se zava ruj e nal z rne ni ~ n orn s t r ujom sa vi sokofr e kve ntnt m (HF ) osc l1 a t o r om . Preth o dno c i ! 6enj e iviea j e va! no z a dobljan je dob r o za v a r e nih s p o jeva . Ulj e 1 ma sti se mo raj u odstr an ltl odgo varaju6im ras t v a r a ~ i ma.
P ri upo tre b l
ras tv a r a~ a
k oji s ad r !e hlo r i de k a o § to
su ug lje nik t etra - hlorid, trlhlo re tile n i te trahloretilen treba pred u zeti poaebne me r e . Ispa r e nja o vih raB tva r a~a razla! u sa pod de jstvorn t o plote e lek trlc n og luka i obra zuju otr ovne gaso ve. Isto taka s u o t ro vni prah i isparenja berilijumo vih j e dinjenja . Stoga se p ri zavarl vanju bakra , l e gu ra bakra i jedinj e nja berl1ijuma mo ra o bezbedi ti dobra ve ntilacija na mest u za vari vanja. U s lucaju zava ri vanja debljih plo c a, oksidne skrame mogu izazva ti
te~ k oC e
koje s e umanjuju primenom topitelja. Delove de-
blj e od 5 mrn treba pre dg r e jatl pre zavari vanja do oko 280 oC, 1 za tim zavarivati z desna ulevo. Na debele ploc e koje na povrsini i maj u o k s ldne s krame treba naneti topite lj u blizini ! leba i na vrh do datne ! i c e. Bakar sa visokim sadr! a j em okslda sklon je ka obra zovanju poro znog ~ a v a i mo! e se za varivati sarno u sluc aju kada s e ne tra! i ve lik a jac ina ~ ava. Nasuprot tome, dobro dezoksidlsana bakarna ploc a , mo£e s e uspe §n o za variti i dobiti §av jac ine bliske os novno m materij a lu. se zavaruje be z topltelja. Najbolji §avovi se dobijaju zavarivanjem zdesna ulevo naizmenlcnom strujom A l umi n ijumaka b r o naa
s a visoko frekventnim oscilatorom i doda tnom z lcom od aluminijumske bronze. 5 obzirom na ne §to 'manju toplotnu provodljivost od bakra, primen j uje se 1 slabija struja. Od tehnic kih Legu ra g v old j a TIG postupk om mogu se zava r lti slvl ll v , odlivcl oa crnog temper llva i transformatorski 11m. Naj ve6u Industrijsku primenu lma slvl liv, pa se u 11teraturl daju podaci za zavarivanje uglavnom za taj materija!. P.ri zavarivanju sivog 11v a TIG postupkom preporu~ uju sa dodatni materijali od , s pecijalnih li vanih gvozden1h ! 1pk1. Top1telj nija potreban .
Zavareni spoj ima istu
ja~ inu
kao o s novni materijal i ne nastaje
sagorevanje ugljen1ka i si11c1juma. Najbolje je zavarivat1 jedno-
s me rnom strujom direktne' polarnosti (negativna elektroda). Pre zavari vanja de lovi se uvek moraju predgrejatl, a posle zavarivao nj a sporo hladiti. Temperatura predgrevanja se kre6e od 260-680 C
- 178 u zavisnosti od obllka i
ve ll ~l ne
odlivka . Predgrevanjem se sma-
njuje brz1 na hladjenja 1 u zo n1 oko !ava dob1ja povoljn1ja struktura. Oaim toga predgrevanjem se omogu6 u je skupljanje celog odli vka ili nje govog de l a u skladu sa skup ljanjem sAva , §to
svodi
na na jmanj u meru zaosta l e napon e u bllz ini §ava. P os le zavarivanj a , sporo hladj e nje o dli vk a
p08ti~e
se za-
trpavanjem u az best l1i pepeo.
Rez ultat1 TIG zavar1vanja s1vog 11va n1su 10! 1j1 a11 n1 bolji od os talih vldova zavarivanja, pa je iz razloga Ato je TIG
zavar1vanje skuplje bolje pr1men1t1 druge postupke. Pregled mater1jala zavarljivih TIG postupkom, struja zavarivanja 1 polarnost dati BU
U
preporu~ena
tablici 16.
Tablica 16. Vrste struje pri TIG zavarivanju
simboli:
l-odgovara
Mater1jal
O-ne odgovara
2-uslovno odgovara
nalzmenltna struja
negatlvna
pozitlvna
sa HF oscilatorom
elektroda
elektroda
2
j
4
Magnezij urn do 3 mm
1
2
Hagnezijum preko 3 mm
1
Magnez1jum, te.10
1
Aluminijum do 2 mm
1
Aluminijum preko 2 rom
1
Aluminijum, telo
1
o o o o o o
Serdjaju61 celik
2
1
o
Bakar
o
1
Bronza
1
1
Druge legure bakra
o
1
Srebro
o o
1
o
o
1
o o o o o o
eelik
o
1
u
Ti, Tat Zr, Me
o
1
Be-eu Fosforna bronza
1
o
o o o
1 1
o o o o
1
a
1
Srebrni lim Liveno
gvo~dje
Olovna bronza Tvrd ... tal
o 2 2
o o
- 1 79 -
1. 6
ZA VARI VANJ E GASU ( MI G) '
TO P ~J IVO M
EL EKTRODNOM tICOM U I NERT NOM
Zav a rivan je u z a~ t1 t l inertnog g a sa top l jivom e l e ktrodnom z l co m (MI G) veorna je s l i c no zava ri v anju U ak t l vno m CO - gasu 2 (MAG** - postupku ) , jer s e kor i s t l I dentl ~ n a o prema i veoma ~esto s mesa gas o v a Ar + CO " 2 Elektric n i l uk se u aba s luc aja odr ~ ava lzme d j u e l e ktro dne ~ ice i za varl van ih de l ova.
Gl avne pre dnosti MIG p o stupka
U
o dnosu n a REL je ve6 a br-
z i n a z a v a r i vanj a je r nema potrebe da s e zamenju j u istrosene e 1ektrode i
o ds tr an juj e t ros ka , a istovre meno se prlmenjuje struja
ve c e g ustine. Pri meno m ~ G p o stupka dobija s e § av sa nls klm sadr~ aj e rn
vodoni ka ~ to j e v'e oma va~ no pri za vari v anju zakaljlvih c ellka, jer
•
se time uman j uj e o p a snost od hladnih prslina. Pogodnim izborom
p a r ame t ara z avarivanj a MIG pos tupkom je mogllte zavari vat1 i c elic ne l1 mo ve debljine 0 ,5 Mm.
U mnogim ko m nego ruc nim
siu~ aj e vima
s e dobijaju boiji § avovi MIG postup-
elektrolu~ nim
(REL). Ov a i z ra z loga s to pri MIG
zavari v anju n e ma tro ske koja direktno iIi indirektno utice na
po j a v u greski. Pored navede nih prednostl McrG postupka, u odnosu na REL, uo~ eni
su 1 sledecl nedostaci:
- uredjaji . za MIG zavarivanje su pokretljivi; -
te ~ ...
je
pri~i
v anje nego oblo ! enom
sio ~ eniji.
skupiji i tele
na IOOsto zavarivanja pHtoijem za zavari elektrodom;
- pri za varivanju zakaijivih
~ eiika
n 1 hladnim prslinama jer nema troske da
spojevi su vi§e skio-
produ ~ i
vreme hladjenja,
tj. s man ji brz inu hiadjenja; - MIG postupak, kao uostalom i drugi
u
z a ~ t1ti
na~ini
zavarivanja
gasa, manje je pogadan za zavarivanje na otv orenam pro-
storu ad REL pastupka; o v a s toga s to vazdusna strujanja adnose zas titni gas iz zone spoja. MIG zav arivanje se najvise primenjuje za zavarivanje legu-
r a magnezijuma i. aiuminijuma kao i nerdjaju6ih
~eiika.
Isto tako
j e rno guce zava rivati ve c lnu ostalih metala 1 legura, all se wag skupog inertnog gas a ,"to ekonomski ne •)
MIG -
Ire
tal
inertni gas
.. ) MAG - me tal - akti van gas
mo~e
opravdati .
- 180 ~~tall
koji imaju nisku temperaturu topljenja, 111 nisku
temperatu ru i sparavanja , ne mog u se zavarlvatl ovim a n1 drugim
pos tupcima
elektrolu~ n og
zavarlva nj a . Olova, kalaj i cfnk su me -
tali ko j i spadaju u ovu grup u. Na primer, cink klj uea p ri 906 0 C ~to
je zn atno ni f e ad t empe ra t ure luk a, a uz to su njegova iapa-
renj a ,
sli~no
kao i olovna, otrovna.
Me t al! sa visokom temperaturom topljenja za§ti6enl nlakotopljivim metalnim prevlakama (olovo m, kalajern , kadmijumom 111 clnkom) veoma se
te~ko
zavaruju, jer prevlake sagorevaju 111 se
legiraju sa osnovnim materljalom
p ogo r §ava ju~l
mehanl~ke o so b~ e
sava . Aka povr sinskl z a s ti6en metal treba zavaritl najpre s e prev laka mora o ds tranitl iz zone s poja, a nakan zavarlvanja ~av zas titi. lake se le gure aluminijuma uspesno zavaruju MIG postupkom,
pri
zavarlvanju ce lika zasticenih aluminijurnom nasta ju
te§k~e
zbog isparavanja aluminijurna sa po vr s ine. MaG zavarivanje se izvodi jednosmernom strujom, u vecini slucajeva obrnute polarnost1 . Ipak se ponekad, kad se
tra ~ l )mini
~lno uvari vanje, primennjuje direktna (prava) polarnost. ". .
MaG postupkom se mogu i zvest i
~~ . :~\ ave osnovne vrste spo)~va:
suceani, preklopni, T, ugaoni i ivie ni. Pri konstrukciji ovih
,
spojeva mora se vo ditl racuna 0 mogucnosti da piAtolj za zavarivanje dospe na mesto spoja, pogotovu do korena ~ leba. l lebovi za HIG zavarivanje 18tog au obllka 1 d.1menzlja kao za REL postupak.
Uredjaj za MIG
zaoari van js j e isti kao i
u zastiti CO 2 , jer se u osnovi ovi likuju u vrs ti za s t1tnog gasa.
1.6.1
na~ini
za zavarivanje
zavarivanja sarno raz-
Dodatni materijali za MIG zavarivanje Xao potro§nl materijal za
gasovi argon i helijum
~ ija
~G
postupak koriste se inertni
je primarna uloga da spreee prodira-
nje kiseonika i azota iz vazduha u zonu zavarivanja. U pocetku
primene MIG postupka koris6eni su same inertni gasovi (Ar i He), a danas se sve vis e mesaju kiseonik (02 ) i ugljendioksid (CO 2 ) sa inertnim gasovima.
Prednost jednog ili drugog gasa najbolje se me!e Iskoristiti alto ae za zavarivanje upotrebi njihova sDela, ili im ae dodaju 02 i CO 2 • Obi~no se mesa argon sa helijumom iIi argon sa kiseonikom 1 ugljendioksidom (Ar+0 +C0 ). Dodaci inertnom glUlu 2 2 pobolj l avaju atabilnost elektril!nog lulta, doprinose laklam prelalenju rastopljenog dodatnog metala U oanovn1 1 umanjuju prltanje
- 181 (02 1 CO ) utl~ u na p rome2 nu oblika §ava jer smanjuju dUblnu uvarivanja i pove~avaj u te~ te t nog me t ala. Istovrerneno ovl dodac l
Ijlvost, a t.i.ne 1 kv aA enje k va~enjem te ~ no9
ivlca osnovnog rnaterlj11a . Povec:!:an1m
me tala sava, s pre~ava s e premo~ ~ivanje korena
f leba 1 pospe § uje stapanje osnovnog 1 dodatnog materljala. S druge strane dodaci kao s ta su CO
c ionu sredin u u p rostor u
elektrl~nog
1 02 stvara ju oksida2 luka §to mofe izazvati po_
ro2Dost s ava pri zavarlvanju ~elika . Da se to 9pre~ i, e1ek trodnoj
f icl se dodaju dezokslda tori kojl umanjuju §te tno dejs tvo klseonika na meta l
sava.
Za l zbor jednog 111 drugog za§titnog gasa, 11i njlhove mesav in a , ne postoji jednostavno pravilo; na izbor zastl tnog gasa
za odredjeni
slu~aj
zavarivanja
uti~e
deb1jina zava rlvanih delo-
va , cena gas a, kons trukcija spoja, polo !aj zavarivanja i
tra ~enl
kva l1tet . Elektrodne !ice za zavarivanje u za§tltl inertnog qasa moraju I matl trazeni hemijski sastav sa usklm granlcama odstupanja.
Ne Sill'lO §to su mala dopU§tena odstupanja hemijskog sastava, ve6 su 1 do zvoljene varljacije pre~nika zice 1 t vrdo6e veoma male. Rad1 za§tlte, prl
~ uvanju
i
transportu, zlce su bakarisane. Pi-
tanje dezoksldaclje 1 legl r anja metala ~u
~ava
ovde se re§ava pomo-
sastojaka elektrodne fi ce.
1. 7
ZAVARIVANJE TOPLJ IVOM ELEKTRODNOM ZICOM U ZASTITI UCLJENDIOKSIDA (MAC) Princlpska shema zavarlvanja u zastlti CO
prikazana je na 2 81. 87. Topljlva elektrodna
]
fica (1) dovodi se preko vodjice (2) koja je povezana sa jedn1m polom lzvora jednosmerne struje (4). ~lca prolAzl kroz mlAznlcu (3), koja slu!i ZA usmeravanje ZA§t1tno9 9A8A nA . zonu spa-
G
=
4
Sl. 87. ShemA MAG-po8tupka
janja. Gas CO 2 se dovodi iz ~ell~ne boce pod prltiskom. Odrzavanje elektr1~nog luka prl zavarlvanju u zaAtiti CO je ot&zano jer nama sta2 bl1lzatora elektr1~nog luka,
-
1B2 -
kao npr . U oblozi elektroda prl REL
~avarivanju
111 u prahu pr!
EPP zavarivanju. Iz tog razloga se za MAG zavarlvanje prlmenjuje j ednosmerna struja ob rn ute polarnostl kojom se postl 1e bolja stabiln os t l uka n ego sa
n a i zme nl ~ n orn
strujom .
S t abi lnost pioc asa z avarlvanja uslovljena je odrlavanjem usvojenih parametara zava ri vanja , pre svega
ja~in e
struje 1 n apo -
na . Prl me n a MAG zava ri van ja se Bve brzine zava r lvanja , a u
slu~ a j u
vi~e
p r o § lruje zbog ve l ika
p otp un e automatizaclje 1 z b og
ve like prod ukt.iv n os ti.
Mala
mo gu~ no st
pregrevanj a metal a i
relativno u s ka zona
pod uticajem toplote uti ~ u n a s roanjen j e s opstve nih n a pona i de forrnaci j a i vell ~ lne z rn a Abo doprlnosl po ve ~ anju l il a vos ti 1 svojstava ~v r9t oC e. Zah v aljuju61 automati zacijl pos tl !e se stalnost kVal l teta iz vede nih s pojeva. U nedosta A:.k.e postupka mogu s e ubrojati: visok a cena ured jaja i odr ~ avanja, nestabilnost luka; mogu6nos t p oj ave poroznosti ~to zahteva prime nu s pecijalnih ! ica; rasprskavan je r a stopa me tala; oduvavanj e za § titnog gasa sa mesta spajanja usled vazdu§nog strujanj a . Prl za varl vanju u za §tltl CO 2 prlmenjuju s e poluautoroatskl i a utoma ts k i uredjaji. Na poluautomatskim ure djajiroa mehanizovano je do vod j e nj e ~ ice, a zavariva~ rukuje gorio nik om . Na automatsklm uredjaji ma mehanizovano je dovodjenje ~ i ce 1 njeno pomer a nje duf ose §ava. Razv o j izvora Gt r u je i u prav l jackih sis t ema povezan je sa t ehnickim prog r es o~ u e l ek tr o t eh n ici i e l ek tr o ,
n ici . Kod prv ih ur eda ja ugradivani su selenski i s prav l j a c i. za t im s ilic i jumski i na j zad ti ~i s t o r s ki. Paral e lno s e radi10 i
na uvo de n j u indus trij s kih zava rivac k i h r obo ta.
Radi ~pro§~enja konstrukclje automatskih i poluautomatsklh uredjaja za zavarivanje u zaAtlti CO 2 , pr1menj.uje se uglavnom konstrukclonq re Aenje samoregulacije napona lllka a time i du!ine luka. SaItOregulaclja napo'n a se mo l e ostvarlti primenom uredjaja S8 blagom spoljal njom karakterlstikom (sl. 88). Kriva "A" predst.! lvlja strmu apo1jaJnju karakteriatiku izvora atruje, a krlva "8" blaqu karakteriatlku. Pri 81u~ajnoj promenl du!ine 1uka od 11 na 1 2 , atruja zavarivanja "relativno malo reate (1 2 -1 1 ) ako S8 zavaruje uredjajem ltoj1 ima atrmu karaltteriatiltu (A). Naauprot
tome, 1.eta promena du! ine 1uka izaz1.va znatno po~anj8 jaalne a truj e zavarivanja (Ii-Ii) alto Be priman1 uredjaj 8a blagom apo-
- 183 lja §njom karakteris t ikom (8) . Taj znatni porast ja~ine struje izaziva ubrzano toplje nj e elektrodne ~lce, ~ ime se pove6ava du ~ in a
luka na 1 , a napon 1
vra6a na
po~e tn u
nost~ul'
To se naziva
vred-
efektom samoregulaclje .
Za uspe.§nu z a §titu te~no9
rretala potrebno
je ostvaritl do voljan I. A
protok za§titnog gasa i njegovo laminarno stru-
janje. Laminarno strujaS1. 88. Spo1jna karakteristika (8) uredjaja za MAG postupak
nje se pode§ava pom06 u redukcionog ventl1a na
boci za CO
2
koji
sni ~ a
va nadpritisak na 0,1-0,15 bara. Karakter lstlcanja za§titnog 9 a sa iz mlaznice odredjen je Rejno1dsovim brojem: Re ...
!.2 v
gde je: v - srednja brzina 1sticanja gasa u o - pre~nik mlaznice u ro,
mis,
v - koeflcljent kinematske viskoznosti u m2 / s. Aka j e vrednost Re < 2320 kretanje gasa je lam1narno, aka
4
7
je Re = 10 -10 kretanje gasa je turbulentno i ako je 2320 < Re < 4 10 mo~e nastup1ti 1 jedan i drugi oblik strujanja. Sa stanovi§ta za§tite pr1 zavarivanju, povoljnije je laminama strujanje jer se turbulentnlm strujanjem mogu zahvatlti 9asovl lz vaz duha 1 unetl u
1.7.1
Zava riva~ki
te ~ an
metal.
------
uredjaj za MAG zavarivanje
Uredjaj za HAG zavarivanje (sl. 89)
~ine:
izvor jednosmerne
struje 9a ravnom stati~kam karakteristikam (1), mehanizam za dovod ~ ice
( 2 ), sistem za dovodjenje za§titnog gasa CO 2 i boca (3), sistem za hladjenje (4) i r~ni pi§tolj za zavarivanje (5).
elektrodne
Tu au takodje ugradjeni odgovaraju6i ventili za regulac1ju protoka gAsa i
vade , kao i
greja~ gasa,
jer se on kao i
~ njemu sadr~ana
-
vodena para prl §lrenju mo!e
l d4 -
zamrz nut~
1 s pre~ ltl lst1canj e 1z
boca.
3 I
51. d9. &ema uredjaja za MAG zavar1vanje
1.7.2
Dodatn1 mater1jal
za MAG zavar1vanje
Za§tltnl gas CO
U ovom postupku stvara takvu atmosferu 2 aka mesta zavarivanja koja fizl~kl lzo1uje prostor elektri~nog
luka od vazduha 1 pr1 ' tome se menja 1 u hem1jskom pogledu. Ug~j.ndiok.id (C0 ) je gas bez boje 1 mir1sa 1 prljatnog 2
klselkastog ukusa. ~istoCa CO sadr!aja ulja,
0,2%.
a2 s ,
lsporu~uje
2
-
za zavarivanje 1zn051 99,8\, bez
NH)I HCI, a sa dozvoljenim sadrzajem vade do
se u
~e11~n1m
bocama pod prltlskom dp 150 bara 1
" zapremLne 40 1; U Qvakvim uslovima je u p > 73 bara CO 2 prelaz1 u zagrevanja) prelazl u
te~nost,
~vrsto
te~nom
stanju jar ve6 ne
a pri ispu§tanju 12 boce (be1
stanje stvaraju61 "suvi led".
U toku upotrebe boce ne treba potpuno iaprazn!tl ve6 mora
ostati
koll~lDa
COl koja odgovara prlt1sku od 2 bara. lako CO 2 nije otrovan, njegov sadrzaj u vazduhu iznad 3\ §tetno deluje ne ~ove~jl
organizam, a ve6e koncentracije mogu izazvati 1 ozbiljne
zdravstvene te§k~e, pa pro1zvodne hale treba provetravati prinudnom ventilacljom. UtroAak CO prl zavarlvanju je reda 8-18 l/m1n, zavisDo 2 od debljine zavarlvanih delova.
-
l ti 5 -
Elektro d ll e :r i ce za MAG zavarlvanje lzradjuju se u pre cnleima 0,8; 1, 2 ; 1,6; ~, O 1 2 , 4 i
isporu~ uju se u koturovima . Zhog
slaho oksidis uc e g dejstva CO , koji s e razla ! e u e lektrl~nom luku 2 na CO i 02 ' neophodno j e da ~ ice imaju ve~i sadr ~ aj Si i Mn (oko 0 , 6 %S1 i
O,9 %Mn)
~to sprec ava oksidaclju metala s ava , jer obrazo -
vani oksidi Si0 2 i MnO isplivavaju na povr s inu. U ~ icama se ogranicava C do 0, 1 2 % radi spretavanja po~oznosti s ava i usled oksida-
ci je ugljenika. Ked nas se proiz vode z ice za zavarivan je u zastltnom gasu
CO 2 niskougljenicnih i nisko legiranih celika i imaju s lede~ e (interne) oznake proizvodjac a: VAC 60, VAC 65, VAC 60Ni, VAC 60CuNl; kad nelegiranih f ica brojka oznacava Rm ~ 600 MFa, odnosno 650 MFa,
a kod legiranih (Ni, CuNl) Rm ~ 650 MFa 1 Re ~ 470 ~Wa. Vrednostl zatezne cvrs to ce (Rm)
i graniee te c enja ( Re ) odnose se na osnovnl
rnaterljal. Os i m toga l~radjuju se i punjene !ice oznaka FLUXOFIL 11
(30, 40, 4 1, 58) 1 FLUXODUR 62, ad kojlh se FLUXOFIL 58 (57-62 HRC) i FLUXODUR b2 (5 ti-62 HRC) korl s te za na va rlvanje. Elektrodne !i ce moraju biti ciste - odmascene, suve 1 bakarisane radi zastite od korozije. Moraju biti ujednacenog precnika i bez mehanickih oste6enja, jer se mo!e poremetiti brzina dovo-
djenja z lce (v
1.7.3
z=
90 - 900 m/h) .
Metalurske reakcije pri MAG zdvarivanju u toku zavarivanja u zastiti CO , 2
ju prolaz i
zona stuba luka kroz ko-
lstopljeni dodatni metal (u vldu spreja, kapljlca i me-
Sovito ) sadrz i vise klseonlka (33 %02 ) nego zona stuba luka pri REL zavarivanju {21%02>. Zbog toga sa name6e pitanja: na koji se nac!n postize za ~tita pomo6u CO
od stetnog delovanja k1seonika i azota 2 1z ok o line atmosfere? Odgovor se moze dati ako se razmotre fizi c -
ko - hemijske promene
gasa (C0
> u elektricnom luku. 2 P ri visokim temperaturama elektricnog luka - na plus polu
o 2S0 0 C, na minus polu llOOoe, u sredini aka sooooe -
deo gas a CO
2
se razlaze tdisocira) prema reaxciji: 1
CO 2 ::: CO + Tl2. Prema tome se u ldealnlm uslovima prostor elektrlcnog luka
aaatoji iz ameae g&Sova C02, CO i O ~ijl odnosi zavise ad tempe2 rature (sl. 90). U blizini vrha elektrodne zioe 1 u okolini zavarlva~kog kupati~a
kolicina CO
2
je
ve~a
od zbira kolicina 02 1 CO.
-
18 6 -
U s redi §noj zoni luka c a l se goto v o g ubi, a preovladjuju ga sovi CO i 02. Uz t o se u s redl §n o j zoni luka pojavljuje i
v o donik dobljen razlaga-
njem vlage koja se kao primesa uvek n41azl u bocama sa ugljendioksidom. Pri temperaturi vl§0
oj od 4500 C nastaje reakcija:
Stoga
ce
u uslovima zavuriva-
nja rastopljeni dodatni materljal u prostoru :~o oo
elektri~nog
luka
biti okruten gasovima CO , CO, 2 02 i H o Kiseonik izaziva sago2 revanje elemena ta sadrfanih u
Sl. 90. Stepen disocijacije CO u zavisnosti od temperature elektric nog luka
2
~eliku
kao §to su AI, }m, 51,
C i posredno iIi neposredno oks1daciju Fe.
Oksidacija gvofdja u zon1 visokih temperatura mofe nastati prema reakcijama:
CO 2 + [Fe)
t
CO +
O2 + 2 [Fe) ::.
[Feo]
2 [FeO)
Klseonik se u vldu oKslda FeO rastvara u
te~nom
metalu §a-
va, a u procesu ocvr§civanja reaguje sa sastojcLma §ava stvarajuC1 trosku 111 porozna mesta (pore) ocvr~clvanju
Procesl koji se odvljaju pri
°
metala §ava mogu se prikazati jednacinom:
[Fe] + (Si0 2 ,MnO i druga) +
[Feo) + [C,Si,Mn,H i drugi] + {CO, H 0} t 2
Jedan od glavnih uzroka poroznosti metala §ava jeste reakclja sagorevanja ugljenika, prema jednacinama: -+ '1
CO 2
+
1/202 + [Fe) t [Feol + [c] CO 2 + [C)
i02'
CO +
(FeO)
::. CO + +
t
2CO t
+
[Feo]
+ [Fe]
- 187 Pri zavarlvanju U za § tltl CO reI! e l eme n t! Si r Mn , . .. , nit l
2
ne mogu se nadoknaditl 5a90-
izvr ~ lti deZOKSidaCija (FeC)
porno-
e u sastojaka U obl oz i iI i u p rahu kao prl REL i I i EPP zavarivanju . U ovom s l ucaj u se to re~ava povecanl rn sadI ~ ajem 81(0,7-1 %81) i ~m( 1, 3 - 2 , 2%Mn )
u dodatn o j ~ ic l . Deo ovih e l erne n ata sager! , a dec
ostane za dezoksidac i ju tj . r edukci ju FeO p ri ocvr~6ivan ju rneta1a ~ ava . I s t o vremen o se u dodatnoj ~ic l ograni cava sadr!aj ugl je nika n a 0 ,1 2% radi um an j e nj a Kolic lne g as nlh mehur ova 1 poro znlh mesta stvore nih r ed ukc ijom FeO. I z u z i maju6 i dezoksid atore f a j C , os t a li sastojc i
( S1 i
Mo) i n e § to umanj e n s adr -
do da tno g rna t e ri j al a tre b a da odgo va r a ju
osno vno m.
1 .7.4
Tehni k a
~~G
za varivanja
Zavarivanjem u za s titu CO rnog uce je i zves ti ave vrste 2 s pojeva i U s vim p o lo ~ ajima slie no kao 1 ruc nim elektroluc nim zavarivanje m. Oanas se ovim postupko m za varuju nlskougljenicni i nis k olegiranl ce lie1, a debljina se iz r azloga produktivn osti ograni c a va na 30 mm. Pripre ma za zavari vanje, slicno kao i za REL postupak, odn osi se n a z a kos enje ivlca za lirnove debljine od 4 mm pri jednas tranorn zavarivanju u h6rizontalnom polo ~ aju, iIi deblje ad 3 mm za ostale polo ~ aje . Ug10vi ~ lebova (V, X iIi K) su manji nega za REL zavarlvanje i lznoae 40-50 0 , a r a stojanje (zazor) izmedju 1imova 0 - 2 ,5 mm. Pri zavarivanju u zas titi CO primenjuju se ufl 2 f 1ebovi u odnosu na ~L postupak zato s to je elektrodna f ica znatn o manjeg precnika od ob10l ene e1ektrode. Tehnika zavari vanja u zastiti CO povezana je sa nacinom 2 pre 1a zenja doda tnog materljala kroz luk, debljinom limova, polozajem zavartvanja i vrstom java. Osnovnl parametrl zavarivanja su: jac ina struj~ zavarivanja, napon luka, induktivni otpor zavarivackog s trujno g kola 1 protok zastltnog gasa . Vrednostl ovih parametara zavise od precnika elektrodne fiee koju stoga ·treba najpre izabratl. lako prec nik elektradne zice zavisi ad vis e cinilaca, mo ~ e se prihvatiti slede6a preporuka: za limove debljine s ~ 2 mm u zeti f icu prec nika d = 0,8 rom; za s = 2-20 rom d ~ 1,2 mm i za 5 10-30 mm d a 1,6 mm. Protak za~tltnog gasa bira se prema usg
vojenom pre~nlku f lee 1 l.nosi: 10-14 l/mln prl . avarivanju fica- . rna prec nika d ~ 0,8-1, 2 rom i 14-25 l/min. pri zavarivanju !lcama
- 1UB pre ~ nlka .
veceg
Ostali parametrl zavar i vanja bira j u se prema pre -
po rukama p r o i 2vodja c a uredjaja 111
prakt1 ~ n lm
prob ama .
P r l polu automatskom zavar i vanj u u za § t iti CO , pl§ toljem 2 za zavarivanje ruk uj e radnik . Ak a s u pravi lno izab r a nl p a ramet ri zavari v anja , sarno zavarl vanje
je zna tn o l ak s e nego oblolenl m
e l ektrodarna. l'togu se ostvari tl Bve vrs t e spo j eva U svim Qsnovnim po lo!a jirna z ava rivanja . Za l imove debljlne do 4 mm prlmenjuje s e je dno p ro la z no i ne 4 -
j ednostrano za va rl van j e , dok j e z a l1rno ve deblji-
8 rom neophodno je dnopro l azno dv o s tran o z a va rivanj e . Sav r emeni m u redjaj i ma za zava rlvanje u za § tltl CO
je uspe s no zavar l vati
i
moguce 2 l i move de bl j ine aka 0,8 mm. P rl zavari va-
n ju ovako tank i h l imova
p i ~tol j
po d od r e ctj en i m n agi bom , bez
se mo ra voditl pravo linljskl,
bo~ nog
kretanja (51. 91). Pri zavari-
vanju deb1jlh 11mova neophodno je p riprem1ti i v loe i ~ 51ojnim
s ay lzvesti vl-
zavarivanjem.
Broj potrebnih prolaza zavisi od debljine lima, vrste spo-
j a 1 po1o i aja zavarlvanja. Prlbli ~ no
se uzima slede6i broj pro-
laza u za v isnosti ad debljine (5) o snovnog materljaia:
s
~
4 - 8 mm do 2 prolaza
s = 6 - 12 mm do 3 prolaza s = 8 - 15 mm do 6 prolaza s = 15 - 20 rom do 8 prolaza S1. 91 . Vodjenje pl § to1ja prl
B = 2 0 - 30 mm do 12 prolaza
za vari v anju tankih iimo va
njeg
pre ~ nlka,
Za elektrodne fice najrna-
d = D,H - 1,2 mm,
pre ~ nik
12 mm a rastojanje izme dju mlaznice i
mlaznice je
10 -
osnovnog materijala 8 -
10
I
--Q.
obi~no
b.
c.
d.
S1. 92. Tehnika zavarlvanja u za§t1tl CO 2 rom ; za ve~e pre~ nike ele ktrodn1h i lea rastojanje j e iO-15 mm. Prl zavarivanju debljih limova koreni zavari se izvode p.r avolinljskim
- 189 kretanjem elektrodne f loe , dok se za n aredne prolaze prlmenjuje
poprec no kretanje. Vodjenje p1stolja za zavar1vanje prikazano je na 51 . 92 ; 51 . a. se o dn osi na hori zon t a lan po l o~aj ; b . n a verti kalan o dozgo - nanl ~e ; c. na vertika lan odozdo - navl ~e1 i d. na h ori zontalno-vertlkalan. P ri zavarivanju debellh limova u za ~t lti CO
povecava se 2 o pasnost ad pojave t o pllh prsllna u ob l asti temperatura bliskih solidus linijl. Tn opasnost se mo!e uman jiti pogodnim izborom dlmenzlje ~a va 1 povecanim sadr !ajem mangana. Odnos Q~upne v lsine s ava prema nj egovo j
s irinl n e srne bit! veei od 1 , 5. Povecanim
sadrz ajem mangana pospe ~ uje se dezoks idacija me tala §ava i umanjuje § tetno delovanje sumpo ra . Va~na v an~a
odllka
~mG
postupka je mogucnost tackastog zavari-
tankih li mova. Uredjaj za zava rlvanj e je 1st! ,
5
tim
~to
se na pi s tolj stavlja konicn1 zavr setak (sl . 93), koji naleze na gornji lim pre usp os -
ta v ljanja luka. Na davacu dodatne z ice ugrad jen je vremen-
ski prekidat koji se moze podeaiti na potrebno vreme 2avar ivanja u zavianosti od deb-
ljine lima i vrednosti ostalih parametara. Limovi na mestu
Sl. 93. Pistdj sa koni c nim zavr-
spajanja moraju biti oeis6eni od rdje (kovarine) i drugih ne-
~ tkom
~ istoCa
za
ta~kasto
zavarivanj e u
zastiti CO 2 Pode§avanjem pararnetara,
radi
spre~avanja
ga5-
nih mehurova i poroznih mesta. sli ~ no
kao i pri elektrootporskom tacka-
stom zavarlvanju, mogu se post161 tra z ene dimen z lje ~avova (taca -
ka).
1.B
ZAVARIVANJE PLAZMOM
Americki fizicar
Langmir je 1923. g. predlozio da se
uz poznata osnovna stanja materlje: ~vrsto, tecno i
gasovito uve-
de i stan~viBoko jonizovanog gasa ili plazme. Sarna ree plazma
je starogrckog porekla i . oznacava materiju. U biologiji se osnovna supstanca naziva protoplazmom . Primeri prirodne plazme su sta-
nja materije na povr§ini sunca i zvezda . Plazma isto tako nastaje pri atroosferskim elektricnim praznjenjima.
-
Prl zavarivanju je
1 90 -
z na ~ ajna
tBrmicka pLazma , koja je u
stvari jon i zova n gas sastavl jen ad slobodnih e l extron a , pozitlvnih jona 1 n eutralnih atoma . U gasnom prostoru
lz~aju
polo va
e l ektricnog l uka nastaje termi c ka joni zaci ja kao pos !edl ca 9udara mo l ek ula sa e lektro n ima gas a 1
o zra ~ ivanja
(radijacije). Plaz -
rna (jonizovan gas ) postoji kad svlh p os tupaka elektroluc nog zava rivanja. Aka se zavarlvack i lux odr f ava vol framskom elektrodom u prostoru ogran i ce no m telom
~aznice ,
stepen joni zaclje gasa se
toliko povecava da se ceo p os tupak nazlva zavarivanje plazmom . Postupak je sllean TIG z ava rivanju. P laz mom s e ug lavnom zavaruju ugljeni c nl i
lo gi ranl c ellcl,
n erdjajuc i ce lici, vatroo tp o rne legure, l eg ure bakra, legure nik-
1a i
legure titana. Mada se plazmom mogu zavar1va tl i legure alu-
minljuma, taj pos tupak se g otovo 1 ne pr1rnenjuje za aluminijum zbog njegove vel ike toplotne provodlj1vosti, dck se clovo 1 clnk uop~te
ne mogu n1 za variti plazmom. U poredje nju sa TIG postupkom zavarivanje plazmom je produ-
ktivn 1j e i
jeft1nlje. Pri z avari vanju bez dodatnog materijala br-
z in a je 4 p u ta vec a, a cena z a 20 % manja u odnosu na TIG. Mane zavar ivanja plazrnom u odnosu na TlG postupak su veta cena o preme ( 2 -5 puta), krat1 vek mlaznice, veca
p ot ro ~ njQ
skup-
09 arg ona 1 potreba za dodatnlm uredjajern radl uspostavljanja
1uka.
1. 8.1
Uredjaji za zavarivanje
-
pl~zmom
Uredjajl za zavarlvan je plazmom razllkuju se prema edrzavanja
elektrl ~ nog
luka
koj~
na~lnu
moze bit! nssavi san i zavisan
(s1. 94). Nezavisan 1uk se uspostav1ja izmedju e1ektrode (1) (s1. 94 I i Wlutrasnjosti mlaznice (2) dok se top1ota osnovnom materija1u (4) predaje strujanjem zagrejane p1azme. P1azrna struji kroz
kon1~n1
otvor (3) na dnu mlaznice. Zavisan luk se uspostav-
1ja izmedju e1ektrode (1) , sl.94, i osnovnog materijala (4). lako se nezav 1snim lukom veoma lake rukuje,
sli~no
kao oKslaoe-
tilensk1m plarnenom, vetu pr1menu lma zavisAn luk. Ovo stoga §to se zav1snim lukom na osnovnom materijalu oslobadja znatno ve6a koli~ina
top1ote. Zavisan luk se uspostavlja izmedju pozitivnog
pala na osnovnom materijalu i negatlvnog pola na volframskoj eleKtrodi, tj. pravom pola rnoA6u. Oaim osnovnog materijala, za po-
zitivni pol je preko otpornika (R), (sl.94) vezan i ok1op gorio-
-
19 1 -
nika (pl azma trona). Ov im se omogu6uje uspos t avljanje pomoc noq elektri ~ no9 luka s trujorn ma l e
ja ~ lne, kojl se zatl m "pre nos1" na
osnovni mate rijal.
I Arnon
Vod a E
~=:::::l Zao ti t ni
I
-ga. I( ArI
+
Vpaljai!
J
R
4
1::4
~~Z!ZZt- ---- --- ---.
51. 94.
Zavarlvanje plazmom
Nezavisan luk se primenjuje u varivanju cija~nu
tra ~ i
slu~ajevlma
kada se prl za-
mala koncentracija toplote. To se odnosl na spe-
obradu 1 rezanje materljala koji ne provode
struju, kao sto au npr.
kerami~ki
elektrl~nu
materijall.
Vr h elektrode je oklopljen mlaznioom pa se luk ne uspostaviti dodirom kao kod ostalih postupaka varivanja. Ova te § koea se resava na dva
mo~e
elektrolu~nog
na~lna :
za-
p;l struji zava-
rivanja ispod IOOA luk se najpre uspostavlja izmedju elektrode i oklopa mlaznlce a zatlm "prenosl" na osnovnl materljal; prl jaclnl struje iznad lOOA luk se uspostavlja posebnlm uredjajima visokofrekventnlm jonlzatorima.
1.8 ~2
Dodatni materijal za zavarivanje plazmom
Dodatnl materijlli za ovaj postupak zavarlvanja su zdtitni gasovi i po potrebi 1ica. Za obrazovanje plazme upotrebljavaju se gasovi koji hemijski ne reaguju sa volframskom elektrodom. To su argon (Ar), helijum (He), vodonik (H ), azot (N 2 ) ili njihova me§av1na. Gas za 2 obrazovanje plazme ne §t1t1 dovoljno tecan metal ad §tetnog delovanja vAzduha pa se posebno dovodi za§tltni gAS, naj~e§6e 1!1st argon. Argon mo!e da se koristi za obrazovanje plazme pri zAvari-
vanju svih metala, ali daje najbolje rezultate na ugljenl1!nim 1!e-
- 19 2 ~ellclma
11clma ,
povl ~e ne
jatine 1 legu r ama titana 111 cirkon lju-
ma o Aka se argonu doda vodonlk , poVl..6a v a se s t epen l SKo r l§6e -
nj a t op l ote
elektri~nog
l uka , pa t i me 1 brzi n a zavarlvanja. P r!
tempera tu ri e lektr l cnog luka vodon i k d l so cl ra u z
utro~ak
ve like
kolici n e toplote (endotermna reakcija )
Kada disociran i
atom! vodon l ka
n o ~e n i
mlazom plazme u dare
U
0 9no-
t empe r at ure , panov o se s t varaju d voatomni molekuli vodonika u z oslobadjan ,; e l ste k ol1 ~i. ne toplote koja je utvn i rnaterija l
n i ~e
r o§ena ?a disocijac ij u (egzot.ermna r e ak c lj a ) H + H ..
H
2
+ 4 18 kJ mol
Ova se kol l c in a topl ote p r e daje osnovnom materljalu, §ta
omogucuje brte za varlvanje U o dn os u na c ist argon. Oblc no se doaaje 1- S\H prl zava r ivan j u ne r dja j llt ih celi ka (C r-Nl), jer ve61 2 sadrzaj vodonika maze s t vor i t1 po r ozna mesta u § avu . U nekim slu~a jevima,
n pr . p ri zava r i v an j u 1 e gure 29 %Ni, 17 %Co, O,2'Hn osta-
10 Fe koja i ma i s ti k oe f icij e nt 1inearnog § irenja kao stak1o,
prl men juj e s e
~ak
15%H2 •
Ar ) p ove6ava top1otna mo6 5
Sll ~ no
se me § av1.nom 50 do 75'He (ostalo
1uka, uz nepromenjenu
ja~inu
dovedene
tr uj e . P o t r o§ nja ar gona za obrazovanje p1azme kre6e se od 0,3-
5 , 6 l / mi.n u z avlsnosti od deblj1.ne delova kojl se zavaruju (2 do 10 mm ), a zas ti tnog a rgona oko 14-25 l/mi.n. Za v ari v anj e plazmom m o ~ e se izvoditi sa dodatnim materijalom 111 be z njega. Dodatnl materljal je hemijskog saatava sll~ nog osnovnom 1 pri.menjuje te za deblje delove. Dodatna tiea se u v odi na
ivicu
zavariva ~ koq
kupat11a,
sli~no
kaJ a li ovclE; nem a opasnostl cIa se vrh dodatne kim de 10vanjem sastojaka
1.8.3
kao kod TIG P08tup~ic:e
oAtetl bemija-
iz vazduha.
Tehnika z a v arlvanja p1azmom
U zavlsnostl od ja~1.ne Btruje razl!kuje BO .avarivanj. mikr o pLazmom 1 a avarivanje pLaamom. Mikroplazma ae primenjuje za spajanje delova deblj1.ne 0,03-1,5 mm, pri. ~emu ja~1na Btruje no prelazl 20A, A plazma za de10ve debljo od 1,5 mm. Na .1. 95 pr1-
-
193 -
k az ano je z a va r l vanje mak roplazmom , k Oj e daje veoma uzak §av sa g o tovo nevidljlvom zonom pod u tic ajem t o plo t e i ma ll m Bops tvenim
naponLm8 i deformacij ama . 3- .ca v a r i v a ni doo
l - piHo Lj sa aavar i, oanill 2- mtaJi plaaMs
.
II:
"
S- aa lti. tni.
gas
4 - metalna pod-
LoJka
S1. 95 . Serna zav arivanja
makropl azmom
2.
ZA VARIVAIIJ F: F:LF:KTRItN I M OTPOROM
PQzn ata osobina metalnlh provodnika da se zagrevaju prl i~kori § ~en8
proticanju elektric ne s truje - Dz ulov e f ekat -
je Z8
e lektro otporsko zavarlvanje. Nerazdvojivi spojevi se obrazuju tao re z ulta t z agreva nja t1~ e
metala
pomo6u
k ro z delove koji se zavaruju 1
elektrl~ne
plasti~ne
struje koja pro-
deformacije zone
s pajanja . Na baz i e lektric nog otpora razvijeno je vi§e postupaka zavari vanja koji s u na§ li veliku primenu u savremenoj industriji. Oko 30 \ svih zav8renih spojeva dan as se izradjuje postupcima elektrootpors kog zavari v anja. Osnovni razlog za ovako Airoku primenu ovih postupaka je velika
mogu~nost
mehanizaclje i Automatlza-
cije proces a i visoka produktivnost. Ovaj vid zavarivanja je 0&novoi nac in spajanja otpresaka u automobilskoj industriji, a sve vi Ae zamenjuje zakivanje u avionskoj industriji . Osim toga, elekt r oo tpo rsko z avarlvanje pr1mBnjuje se prl izradi vagona, sudova
za tec n9 st, minijaturnih poluprovodnickih sistema, stampanih kola u elektronlci, ltd.
U 'avisnosti od medjusobnog polo! aja delova koji se zavarazlikuju se prekt o pni i BucB oni SPOj Bruju elektric nim otporom v i . Preklopnl spoj e vi mogu se lzvesti t a~ ka 8 ti m, r Bl je fnim i lavnim zav arivanjem, a su ~ eonl zavarivanjem s bi j an j Bm i varni cB njem.
-
2 .1
19 4-
TAt!XASTO ZA VARIVANJE
Ovim postupkom sPdjaju se tankozidn l de l ay! postavl j e nl jedan pra ka drugog taka
da obraz u ju prek l opnl spoj . F lz1 ~ k o spa -
jan je pre kl op l jenlh de l ova ostvar uj e se preke l 1venog j e z g r a s o~ l va
(s l. 96 ) koje nastaje o a mestu gde a u l imov l p rltl s n utl
ele k trodama . Osno vne dlmen z l je
"" .-
-
s o ~ i va
prlkazane su n a s l. 96 ,
~,
de I
i
~ >6. )d'0 Y>< '>
.,JV<
1>0('
?<;
~
i d8
51. 9 6. Shema
ta ~ ka s to
'"
"' .
I
/
.
z a vare nog s poja
gde je: de ~1va,
2.1.1
pre~nlk
vrha elektrode, ds - pre~nlk s - deblj1na lima 1 h - ulegnu~e.
Uredjaj1 za
ta~kasto
8~lva,
H - vlsina
80-
zavar1vanje
Uredjajl za ta~kaBto zavarivanje - stabilne ma§1ne 111 zavarlva ~ ka klje§ta - sastoje se 1z energetsKog dela 1 sistema za otvaranje 1 zatvaranje elektroda po odredjenom programu. 8akarne elektrode (sa dodaclma Cr, Zr), imaju naito drUK~lju ulogu nego elektrode u druqim postupclma zavarivanjaJ njihov je osnovni zadatak da sprovode struju zavarivanja i prenose silu pritiska na meato predodredjeno za apajanje delova (al. 97, detalj 1). Na Bl. 97 prikazana je najjednostavnija malina za ta~kaBto zavarivanje, gde je brojem 1 ozna~ eno mBato apajanja 1zmedju elektroda (2), brojem -3 papu~a za uvodjenje aile na elektrode 1 brojem 4 tranaformator. Savremene mal.f.ne za ta~kasto zavarivanje se saatoje iz me haniakog eie tem a~ e t e ktrianog kota i opre~ aa up~avtjanje. Heban1~k1 aiatam ~1ne k~1Ata maAine, uredjaj1 za pr1drlavanje
-
195 -
delova ko j i se zava ruju i mehanizma ko jim se o s tvaruj e p r lti sak
na e l ektrode . N aj va ~nlju ulog u u e lektri~ nom Kolu I ma trans f orma-
vo
51 . 9 7. Shema
to r koj l
ma~ine
s e napaja strujom iz
za tac kasto zavarivanje mre~e
napona 380 l1i 220V, a na se-
kundaru daje struju napona O,S-IOV i jaEine neko1iko hi1jada ampera. U sekundarno kola ukljucene su elektrode koje do vode struju na me sto spoja. Oprema za upravljanje (ranlje 19n1tronska a danas tiristo rska) ima zadatak da uk1juEuje i po programu regu11§e proticanje s truje u prLffiarnom namotaju transformatora, kao i prltisak na e le ktrodarna.
2.1. 2
Elektrode za taEkasto zavarivanje U procesu tackastog zavarivanja elektrode ostvaruju nepo-
sre dan kontakt sa delovima kojl se zavaruju, prenose silu prlttaka, sprovode struju 1 odvode vedl dec toplote oslobodjene u limovirna . U us10vima serijske i masovne proizvodnje de10vanje top1ote
i pritiska na e1ektrode c1k1i~no se ponav1ja (sl. 98), §to izaziva promenu obllka i troAenje elektroda. Pri zavarivanju bez vodenog h1adjenja e1ektroda, dobija se znatno viAa temperatura na radnim povr§1nama e1ektroda (kriva 2, 91. 98) i time ubrzava nj1hovo tro§enje. Zbog toga se e1ektrode redovno h1ade teku~om vodom, iako se naizmeni~nim zagrevanjem i hladjenjem stvaraju dopunska term1 ~ ka
naprezanja.
-
1%
-
T I 1' ,
2
--
L
• T.max
~-.,.-
-
T max
T,mi n
S1. 9 8. Promena temperature (T) radnih povr §lna elektroda
pri vodenom hladjenju (1) i bez hladjen j a (2) I z osno vne uloge elektroda proizilaze uslovi koje treba da ispuni materijal elektro da. To SU: - v isoka toplotna i i
elektri ~ na
pro vodljivost prl sohnim
povis enim temperaturama; - vatrootp o rnost"postojanost tvrdoce 1 dobra mehanicka
obradljlvo sti - otpornost prot1v oksidaclje i
leglranja sa osnovnim ma-
terljalom.
Ocana kvaliteta materijala za elektrode
mo~e
se doneti na
osnovu ispitivanja u laboratorijsklm l1i prolzvodnim uslovima. Kao krlterljuro postojanostl prl zavarivanju celicnih limova mo!e se uzetl broj zavarenih tacaka do pro§lrenja precnika vrha elektrade za 20%. Ovaj kriterljum se ne mofe prihvatitl za I1move cd AI, Mg 111 povrsinski za§ticene calicne limove,
nih
ta ~ aka
U
do
zaprljanog (legiranog) vrha elektrode. fazi . razvoja i primane ta~kastog zavarivanja
p o jedina~ne
proizvodnje kori§6ene au bakarne elektro-
de, kojima se po kriterijumu pro§irenja
variti oko 100
broj zavare-
~ i§6enja
p~etnoj
u uslovlma
vee
ta~ aka.
pre~nika
od 20' mofe zaRazvojem serijske i masovne proizvodnje
ovaj vek elektroda postao je kratak jer remeti organlzaciju pro-
izvodnje i umanjuje
produktivnoet rade. Novim zahtev1ma serijske
proizvodnje odgovaraju disperziono otvrdnute legure tipa Cu-Cr,
Cu-Cd, Cu-Zr i Cu-Cr-Zr. Uporedni pregled nekih osobina materijala elektroda det je u tablici 17, gde , LACS ozna~ .. v .. elektri~nu provodnoat
U
odnosu na elektrOlltl~kl bakar.
- 1; 7 -
7ab l lca 1 7 . Neke osob l ne e l e ktrodn lh materl ja l a
Nate ri jal
Tv rdo6a , HRB
Izdu~enje ,
Temp .ome k- Za te zn a
% IACS
~v r stoca
§g v an j a C
%
MP a
52
90
15 0
30 0
40
Cu- Cd
60
85
25 0
39 0
20
Cu-Cr
~o
80
5 00
52 0
15
ij O
75
525
520
15
Cu
Cu-C r- Z r
E l ek trode lzradjene od navedenih legura mogu se k o ristiti Z~
ta ~ ak a
zavarlvanje v i §e od hl1jadu
Konstrukcloni
pre naknadnog o § trenja.
obliei elektroda koji se
naj~e § 6e
prime-
n juju u in d ustrijskim uslovima prikazani au na sl. 9 9 . Oairn ovih e le k troda , primenjuju se 1 elektrode sa umecLma od sinterovanog vo l f ra ma iIi mo libdena.
K J I
I
If" I t" :
I I : I I I I I I I
I
, , .1, I I
d,
,•
,
,I I I' III I I I I:
.1
I~
I
4"
ri
,...±,· 1
II
II:
I
kj"
l
I I I
:I
'I'
I
i
I, II I . I
II I I I
I
I
I
I I I I
I'
,I i ,I,
I
I
!
J.-
i
I
,I i
I
~: I
,
I
4-..I
I . I
I
I
,
I
,, I 'I I, I II I
I
51. 99 . Obiiei eiektroda za ta~kasto zavarivanje p o s iednjih g o dina
amerl~kl istra~iva~kl su uve11 u proiz-
vo dn ju no vi elektrodni materijai za ta~kasto ' zavar1vanje povr§1nski z a § t16 enih 11mova. To au
disperziono otvrdnutl materljall
s Astava eU-AI 0 " Osobine ovih elektroda uslovljene au veoma 5102 3 ~en1m n a~ 1nom pro1zvodnje kojl se sastoj1 1z s1nterovanja, unut-
r a§n je oks1dae1je a iumin1juma 1 toplog 1 hiadnog obiikovanja.
-
2 .1. 3. Tehnlka i
tehnolog l ja
Os novnl parametrl odredjuju tax procesa -
19H ta~kastog
zavarlvanja
ko jl za pozn atl zavarivani materljal
t a~ kastog
z a varivanja jesu :
str u j e zavarivan ja (l ) , z - vreme zava rl van j a ( t ), z ja~ina
- s ll a prltls ka (F ). z Ove
vell ~ ine
dnih de l o va ma § lna
s e uvode 1 %a
odr ~av aj u
pomo 6u odgova r a ju6 1h ra-
e1ek tri ~ nl m
zavarl vanj e
otpo r om .
Polazna osnova za odredjivanj e p a r ame t a ra zava ri vanja jeate izbor
pre ~nlka
vrha elektrode 1 all e prltiska. Za
prora ~ un
elektrode korlste s e empirlj s kl i zrazi prolstekll iz uslova n a j ve6e s m1cajne j a~ lne ta ~ kasto zavare no g spoja . Pre ~ nik
pre ~ ni k a
elektrode zavisl od vrsta. 1 debljine (s ) osn o vnog materijala;
niskougljenl~ne ~ ellke u z ima se de "" 5 Va, z a v i s ok o leglrane ~ e11k e de - 4 Yo 1 za a1wnin ij urn de c 10 Yo. za
511a prltlska se ciono ta 811a 1zn081: F 6,5
8
za visokoleglranl
m o~e
z
odrediti na
= S.s za ~ellk
1 F
vl ~ e
na~ ina.
nlskougljenl ~ nl
z
&
Orljenta-
~ elik,
F
=
z 1, 2 s za aluminijum. Deblji-
na lima je u mm a alIa u kN. Os tala d va parametra - ja~ina struje za varivanja i vreme zavarlvanj a - direktno uti~u na koll~inu oslobodjene toplote na . ~ mestu spoja, a time i na d1menzije so~l va. Struja zavarivanja proti~e kroz sekundarno strui~o kola koje 9 a ~ inja v aju sekundarni ~~ mo taj transfo~tora, elasti~ne trake koje pove z uju sekundar sa kon~olnlm n08a ~ ima elektroda, elektrode 1 delav! k9ji se zavaruju (sl. 9 7) . Ko11 ~ 1na top1ote koja se oslobadja u pojed1nlm de1ovirna sekundarnoq kola srazmerna je omsklm otporima u tim delovima (sl. 100) jer au
ja ~ 1na
struje i
v reme, p o prl r odi stvar!,
konstantne veli ~ lne u celom kolu. Kolic ina toplo t e oslobodjena u bilo korn delu strujnog kola lzrac unava se prema D ~ ulovom zakonu:
g~
je Q - top1ota u d ~ u11ma (111 vat-sekund1ma). R - e1ektrl~nl otpor U omima, 1 - trenutna jacina struje u amperima, t - vreme zavarivanja u sekundima. Deo oslobodjene toplo~ gubi se provodjenjem. konvekcljom i zra~enjeml a korlsna ko11~lna top1ote tro§1 se za de11m1 ~ no top1jenje ~terlja1a u zonl spajanja 1 omek§avanja materijala eko te zone. Prema tome je, s a gled1§ta zavarivanja. potrebno razmatratl omskl otpor lzmedju e1ektroda (R).
- 19 9 Taj atpor se sas tOji 12 Bopstvenog otpor a limova (R );
2
otpora na mestu dodira li mova (R 1 ) i otpora na mes ti rna n a 1 eganja elektroda n a go rnji i donji lim ( R) ' tok 3 • Na sl . 100 pr i k azan Je elektritne struje izmedju elektroda 1 relativne vre dnosti kornponenata ukupno g o tpora izmedju elektroda R = R ~e tku
1
zavarlvanja.
J
+ 2R
2
+ 2R
• 3 u po-
_
O tp o r R
51 . 100. Omski otpori pri uspostavljanju strujnog kola Ukupan
elektrl~nl
otpor izmedju elektroda (R) menja se u
toku vremena zavarivanja prema dijagramu 91. 101.· U potetnom sta-
dijumu zavarivanja deluju svl navedeni otporl (R , 1
~,
R ), a pe3
ale lzvesnog v remena preostaje sarno otpor limova R2" Trenutak u
kOme otpori R1 1 R3 p09taju
jednaki null odgovara
flzi~kom
sta-
nju potpunog medjusobnog naleganja llmova 1 elektrode. Pre toga se kontakt ostvarlvao same u pojed1nim hrapavostl lim9va i
ta~kama
povr~1nske
zbog
radnih povr§lna elektroda. Promena elektrlc-
nog otpora u toku vremena naziva se dinamicki otpor 1 za slucaj niakougljeni~n1h
~ell~nlh
Ilmova prlkazan je na 91. 101.
Ova velicina se danas Bve vl§e koristi kao parametar za
automatsko upravljanje procealma
ta~kastog
zavarlvanja kako na
atabllnim ma§inama tako 1 na pokretnim tzv. zavarlva~klm kljeAtl-
mao Stanje dodirnlh povdiina 11mova u toku vremena zavarlvanja. priltazano je na s1. 101 .• , 1 povezano sa krlvom dinamil:kog otpora R = R{t). Eksperlmentalno je dokazano da od trenutka post.1zaao~lva, 1 da
nja Rmax (a1. 101.b) poolnje obrazovanje zavAjl',e ,nog
Araflrana povrAina ne savial od debljine, tj. lma pribllzno latu vrednost za sve uspe§no izvedene zavarene tal:ke. Na al. 102 prlkazane au te povrAlne PO,S, P1,0 1 P1,S za 11move debljine 0,5, 1,0 1 1,5 rom. 5toga ae neprekldnlm lntegraljenjem
5
(Rmax-R)dt,
-
poce tak enja
omt: k if a va 11 j
(J
2~ O
-
rao t 80ciIJa
R
1-- --1
dodi t" R . -
t
A ..a_
t,
v t
51. 10 1.
Dinami ~ ki
t
otpor izmedju elektrod a mofe odre d iti
p o vr ~ 1na
pri kojoj treb a
P
isklju~ltl
struju zavarivanja. To zna-
R
~1
da se povr§ lna P mofe
iskor1st1ti kao parametar za automatsko upravljanje proces1ma vanja
ta~ kastog
zavar1-
n19koug1jeni ~ n1h
~e-
11c nih 11mova na zavarivackim
klje ~ t1ma
i industrljs-
kim robotima. Drug1 parametar koj1 t
se koristi za automatsko uprav1janje stab1ln1m aparati-
51. 102. Promena R(t) za raz11c lte deblj1ne llmova
rna za tac kasto zavarivanje je
term1~ka
ekspanzija sooiva
u faz1 njegovog formiranja. Elektricni otpor1 R1
1 R3 koji dejstvuju same u prvoj fazi
zavar1vanja (al. 100) cesto se nazlvaju 1 prelaznl otpori. Sopstvent otpor llmova R2 u
h~adnom
atanju zavlsi same od vrste osnov-
nag materljala, a otpor kontakta izmedju limova Rl 1 otpor izme1ju elektrode i l1mova R) z~vls1 i od atanja povr§ine limovA. Sa gledista zavarivanja najzna~ajniji je kontaktni otpor R , jer na i
dodiru Llmova
p~inje
proces zavarivanja tj. rast SOC!VA. Zavis-
nost tt.pora Rl od stanja povrAine limova mo!a se pokazati na pri... ru
Diskougljeni~nog
lima brullene DovrAine gde otpor Ri u hla-
lOO ~n ,
dnom stanju 1 zn 051
500 . 000jJO. Na zap rl j anim
2U 1 -
dok j e za oKs idisane
povr ~ 1ne
R
= 1 povr s i:l.ama preterano je ve li ki kontu -
tni otpor , ~to shodno Omovom zakonu (I =
¥>
odgovara strujl mal e
jac ine i nedo voljnoj k oli e in! os l o bodj e ne toplote
28
pravilno od-
v ijanj e proce sa tacKastOg zavarivanja . Kontaktni otpor i zmed ju li mova Rl zavis i i
od si l e prlt!ska na e l e ktrode ;
tlsak vee! otpo r s e leganje , i
~to
j e t a j pri-
s manjuje jer se postl!e bolje medjusobn o na-
razbija oksidna skrama.
Iz analize otpora R l ,
~
1 R) ustanovljeno j e da u pocet-
noj fazi zavari vanja najvecu vrednost i rna otpor Rl (vid! sl. 100) pa se najve ca ko llcina toplote oslobadja na mestu dodira limova. S druge strane, toplotna provodljivost cellka je za ake 8 puta
manja nego bakra, pa se toplota mnogo sporije ~ iz zone medjusobn09 dodira limova nego iz zona dodira sa elektrodama. Ova dva faktora - najve6a koli~ina oslobodjene toplote na mestu dodira limova i najsporije hladjenje tog mesta - stvaraju uslove da Be
tu najpre dostlgne temperatura topljenja, 1 da se 1zmedju 11-
mava obrazuje §av. Ciklus- tackastog zavarlvanja sastojl se iz trl
faze (sl. 103): 1. Prltlsklvanja 11mova lzmedju elektroda (sl. 103.a). Uklju~lvanja
2.
struje 1
zagr~vanja
l1mova na mestu spaja-
nja do temperature prl kojoj pocinje del1m1~no topljenje oba lima 1 obrazovanja 11venog jezgra (sl. 103.b). 3. Isklju~lvanja struje, hladjenja jezgra uz delovanje slle prltlska (sl. ~03.c).
I,,./
Ia. /'
>
:
o.
I
I
~~?I III
I I
I
I
I
Sl. 103 • .Faze
I
ta~kastog
zavarlvanja
Xao Ato je ~ pomenuto ovl ciklWll se automatskl odvljaju prema prathodeo uvadanim par~trim4 koji Be b1raju zav1sno od zavarlvanih delova.
- 202 1.
Re~ imi
ta~kaDtog
Pod
r o~inom
navariuanja anvarivanja podrazumevaju se odredjene vrod-
zavarivanj a (l ' t ' F >' ukl ju ~uju~ l z z z oblik 1 dlme n zije clektroda, Kojima je mogu6e i z vestl zavarene nos ti o s novnih
spojeve
paramet~ra
tra~e n lh
dimenzija i kVal lteta.
Re~lmi
zavarivanja mog u
se us l ovno podelitl n a tzv . "ot;tre" 1 'tme ke". Olt ri r eiim i kuju se velikom jat in om stru je zavarivanja i
k ratkim vreme no m, du ~ e
dok je za meke r e zim s jac in a s truje manja , vreme
gotovo
elipti ~ no
odli-
a
so~ l vo
(sl . 104 ). U ma ,
prakt1 ~ n1m
re~ l mi
uslov1-
zava ri vanja mogu
se o d red lti
ra~ unskl,
nsk1 - opitno 1
~ 1sto
ra~ u
op1t-
no. Bez obzira n a koji je
nacin odre djen,
re ~ lm
zava-
rivanja se mora proverltl n a probnlm uzorcima koji se ispituju razaranje m 1 druq lm metodama kontrole zava'~e nih
spo jeva. P ri tome se
kao optimalan
re~im
smatra
takav skup osnovn.ih parametara zavarivanja kojim se pos ti ~e
pre~nik
so~1va
b11-
zak pre6niku vrha elektro51. 104. Oblik so?1va pr1 zavari vanju o strim (1) i mek1m (2) re~ i mom
de ,
U'Z
najmanje povrsinsko
o s te~enje
Iz
D ~ ulovog
11mova.
zakonu proizi lazi da jacina struje i vreme
zavarivanja direktno ut.i
... 1..1
na kolic inu o'slobodjene toplote. S11a
pr1t1ska u energetskom pogled u iskazuje svoj uticaj samo u prvoj fazl zavarivanja, jar sarno doUe deluje na prelazne otpore Rl i R . Time ne prestaje i korisno delovanje s11e pr1tiska. jer ona 3 stvara i odr~ava zastitn1 prs ten od plasti ~ no deformisanog materijala gornjeg i donjeg 11ma oko livenog jez9ra. razlivanje testastog
~1me
se
spre~ava
metala 1 z jezgra. lsto tako s11a prltiska
deluje kor1sno 1 u fazi hladjenja
so~iva.
u tzv. fazi isklvanja.
Pri zavarivanju 11mova debljih od 6 mm potrebno je posebnlm programom
pove~atl
resavanja nekih
silu pritiska u fazi lskivanja. uglavnom radi specifl~nih
tehnolo§klh problema vezanih za poja-
vu §upljlne u dodirnoj ravni limova.
1. Re!imi
ta~kaDtog
Pod r o!inom
aavariuanja anval'iVa~lJ' a
podrazurnevaju se odredjene vro d-
zavarivanj a (l , t ' F ), uklj u ~ uju~ l z z z d l me n z l je clektroda, Kojima je mog u~e izvesti 2avarene
no sti osnovnih obllk i
paramet~ra
spojeve t r a ~e n ih dimenzija i kval iteta. Re~imi zava r ivanja se us l o vn o p ode li t i
na
"o~tre"
tzv .
kuju se velikorn jacinom s truj e
i
"meke". Ol tl'i r eiIim i
elipti ~ no
odl i -
zava rivan ja 1 k r a tki m v re me no m,
dok je za meke r ei i me jacin a str uje manj a , v r e me
go t o vo
IDOg U
d u~e
6 o ~ i vo
a
( 5 1. [ 04 ). U rna ,
praktl ~ n1m
re ~ imi
se o d red lti
u51ov1-
z ava r i v a nj a mogu ra ~ un sk i,
ra ~ u
~ ls to
opi t-
n sk1 - op itno i
no . Be z ob z ira n a ko ji je n a e ln o dredjen ,
re ~ lm
zava-
r ivan ja se mo r a prove r l tl n a p r obnlm u z orc i ma k o ji se i s pi tuju razaranjem i
dru-
q im rnetodama kont role z ava -
'::en ih spo jev a. P ri t o me se kao optl ma lan
re~ im
smatra
t ak a v sk up osnovnih parame2
t ara zav a rivanja kojim s e po st1~ e
p re ~ nik
so ~ iva
b11-
z ak precniku v rha elektro-
Sl. [04 . Oblik so§i va pri zavarivanju os trim (1) i mekim (1) re ~ i mom
de , uz najmanje povrsinsko
o s te6e nje limova. lz
D ~ ulovog
z akon u pro izi l a zi da j a c in a struje i
zavari v anja direktno
ut ~ "' 1.1
vreme
n a kolic inu o'slobod jene toplote. S11a
pritiska u ene rgetskom pog l edu iskaz uje svo j u ticaj samo u prvoj f azi z a v arivanj a , jer sarno doUe de luj e n a prelazne otpore Rl 1
R • Time n e prestaje i korisno delovanje sile pritiska. jer ona J stvara i
odr! a v a
z a ~ titni
prs ten ad
plast1 ~ no
deformisanog mate-
r1jala gornjeg i donjeg lima oko live nog je z gra. razlivanje testastog
~ 1me
se
spre~ava
me tala i z jezgra. lsto tako s11a pritiska
deluje korisno i u f azi hladjen j a
so ~ iva.
u tzv. fazi iskivanja.
Pri zavarivanju limova deb1 j i h od 6 rom potrebno je posebnim programom pove6at1 s11u pritiska u fazl lsklvanja, uglavnom radi re § avanja nekih
specifl ~nih
tehnoloSkih problema vezanih za poja-
vu § upljlne u dodlrnoj ravni limova.
• 203 -
p r i mer i
os n ovn ih cikl us a
t a~kas tog
z ava r lvanja be z doda t -
ne s ile i s kivanja ( a ) i s a dodatno m silom isk1vanj a (b) dati s u n a a l. 105 . Osirn ovih c iklusa pri zavari van j u ni za me tala ne opho-
Fart)
I skivan .i
iart )
ia r t )
t
ta
ta
b.
a. Sl. 105. Osnovni
ciklusi tackastog zavarivanja
dno je pos le iskljucivanja struje zavari v anj a i odre djene pauze ukljuc iti struju
~ arenja
(i~)
koja deluje za vreme
t~
(51. 106.a).
Tac kasto (i re1jefno) zavarivanje metala deb1jih od 3 rom cesto se izvodi periodicnim
iskl~ucivanjem
i uk1juc i v anjem struje zavari-
v anja, tzv. impu1snim z a varivanjem (al. 106.b).
ra
Fa r t )
'" izlt)
t
ta
t
ta
tz
a.
b.
Sl. 106. Slo~eni ciklusi taekastog zavarivanja Na masinama za ta~kasto zavarivanje mogu6e je u sirokom opsegu birati struju zavari v anja, vreme i silu pritiska. Vrednoati ovih parametara zavise ad vrste i
Ako se odredjeni materijal
debljine osnovnog materipla.
mo~e uspesno taekasto zavariti u siro-
kom dijapazonu parametara zavarivanja, onda se smatra dobro zav arIjivim. Na zavar1j~vost elektrienim otporom utieu: toplotna i elektrie na provodljivost, jaeina pri povisenim temperaturama, tempe-
ratura topljenja , te~~ki
rufu
~U4
koo f lc~jent
ciklus za varivanja.
n 1sko u gljeni ~ ni ~e lie1,
~ellc l
-
linearnog § lrenja 1 osetljivoat na. Naj ~ e §~ e
e l ektrl ~ nim
se
otporom zava-
n lskoleglranl 1 ugljenl t nl ~ ellcl.
otpo rnl n a koroz lju 1 vatrootpo rni
Od nefeleznih
metala zavaruju sa lequre tltana, l eg ure bakr a 1 legure juma 1 magn e zijuma. elektrl ~ ni
Nlskoug~jenl ~ nl ~ e l1 el
otpor ( 8 puta
nja pa sa mogu
ta~kA9to
rametara zava rivanja. Za B
D
(1-3) rom jacina
~alicl,
al~l
lmaju ralativno veliki
ve6 u nego b akar) i
nisku granicu
te~e
zavarivatl u § lrokom opaegu vrednostl paniskougljen1~ne
.tru~.
~ eli~ne
llmove debljine
aavarivanja prlbli1no se odredjuje pre-
rna emplrljskom izrazu 1 z - 6500.s u A. Oslm toga ~esto ae ja~lna struje zavarivanja odredjuje na osnovu gustine struje (1 - I IA 2 2 0 z 1 - 4I /de n » na doclirnoj povrAinl elektrode (As a de n/4) aa limoz vlma. Gustina se uzima u granicama 10 • 80-160 A/mm2 za make relime zavarivanja l.l1 io - 160-400 A/roml za tvrde relime. U akladu aa porastom debljine osnovn09 materijala gustina struje opade. Vrel'7l8 EQtJarivanja ~. vreme protlcanja elektrl~ne struje takodje se pove6ava sa debljlnom osnovnog materljala. Prl zavarlvanju nlskougljenl~nih ~ell~nih llmova usvaja sa vrerne zavar1vanja u sekunclima t D (0,16-0,36)s ill, kako ae to 6esto deja, u z periodima nalzmeni~ne struja: (0,16-0,36)& T
~
(0,16-0,36)a.f-(8-18),
gde au T - period oscilaclja u sekundama, a - debljina lima u mm,
1 f - 50 frekvenclj&
nalzmeni~ne
struje u Hz.
Sita pritieka na elektrode zavisl od debljine 1 gran lee te~anja
osnovnoq materijala.
Izra~unava
se po obrascu:
2 de n
F z - p.-c--,N gde je p -
apecifi~nl
ugljen1~ne ~el1ke
prltiaak elektroda u MPa, koji za nlsko-
1znoa1 49-118 MPa. Ve6e vrednoatl speelfi6nog
prltiska uzimaju sa za dablje dalove 1 atruje zavar1vanja ve6ib jatina. Nelto ve6a ai1a (oko 20\) potrebna je prl zavarlvanju limova povrAinskl zaAti6enih antikorozlvnlm lakovima 111 nedovoljno o61A6anib povrlina. Prepor~ene
r1vanja
vrednosti osnovnih paramatara
n1sko>g1jen1.t!!n1b
~el1~nih
ta~ka8to9
zava-
lll1'Ova data au u tabell 18.
Ni.kot.girani i ~gt j. niani a.tici au prl ta6kaatom zavarivanju sklonl ka zakaljlvanju metala lava 1 zone pod uticajam toplota. Zbog toga se primenjuju meki reUmi zavarivanja (manje
- 205 b r zine zagrevanj a i ~ ina struj e
hlad jenja) i fare nje pos le z a va rivanj a . Ja-
za v ari vanj a se uzlma za 25 -30 % manja n890 za nisKo-
ugljeni ~ ne ~elik e a sila pritiska ve6 a za 1 , 5 do 2 puta.
Tablica 18. Re £ imi ta~ kastog zavarivanja niskougljeni~ nih ~ elika Pre ~ nik
Debljina jednog lima s,rom
elektrode, mm
Vrerne zavarivanja
t z' s
Ja ~ ina
struje I ' kA
z
Sila pritiska, kN
0,5
4
0,1-0,2
4 - 5
0,5 - 1,0
1,0
5
0,2-0,4
6 - 8
1,0 - 2 ,0
1,5
6
0,24-0,5
8 - 12
1,5 - 3,5
2,0
8
0,36-0,6
9
3,0
10
0,6-1,0
14
4,0
11
0,8-1, 2
15
5, 0
13
0,9-1,5
17 - 24
8,0
6,0
15
1, 2-2,0
20 - 26
10,0
-
14 18
2,5 - 5,0 5,0 - 8,0
20
6,0 - 9,0
Ns r djaj udi csZi c i imaju 5-6 puta ve61
nego manje
ugljeni ~ nl ja~ ine.
~eltci,
-
elektri~ni
10,0 14,0
otpor
pa je stoga potrebna struja zavarlvanja
Visoka granica
te~enja
ovih
~elika
uslovljava pri-
menu vellkih prltlsaka (p - 250-400 MFa), 1 sile lsklvanja 2 ,5-4 puta ve6e nego za
niskougljenl ~ ne ~elike.
ruju se i vatrootporni
Sli~n1m
re! 1mima zava-
~elici.
Ls gur e alumini j uma se odlikuju vlaokom
elektri ~ nom
1 top-
lotnom provodljlvo~6u, Ato lzlskuje prlmenu struje velike ja~i ne i kratkog vremena zavarivanja. Ja~ina struje je 3-3,5 puta ve6a nego za nlskougljeni ~ni ~elik, a vreme zavarivanja je 2 -4 periode
na1zmenl~ne struje tj. t z ~ (2-4).T-(2-4).j
511a pritiska u N se
izra~unava
m
0,04-0,08s.
prema lzrazu:
2
F z - k.s .Rp gde je k - koeficijent u granicama 5-9; ni!e vrednostl odgovaraju mekAim 1 plastl~nim limovlma, a viAe deformaclono 111 termi~kl oja~anlm leguramal te~enja
8
-
debljina lima u mm; Rp - tehnl~ka granlca
alum1nljuma (200-300 MFa). Legur Q titana poseduju ve~ikl alektrl~nl otpor, pa se zava-
ruju sll~nlm re!1mom kao nerdjaju61 ~ellcl, s tim Ato je p - 150 - 200 MFa.
... Pr ime na
-
20 6 -
teo l'ije B li ~ n o Dti ~a i ab or par amQtara
t a ~ka6 t oo
aa variv a"j a
U praksl je c esto potrebno tehnologiju zavarlvanja z a jedne uslove p r imeniti u drugim,
vi ~ e
iIi manje , raz licl tlm uslo-
virna . Pri svakoj promeni ma s in e za tackasto zavarivanje, vrste 111 debljine osnovnog materijala, materijal a e l ektroda iIi sarno njiho-
vih r a dnih
pov r~ ina
(usled habanja), neophodno j e uskladiti i os -
novne parametre zavarivanja. Primenom bezdirnenzi jske analiza mogu se odredi tl kriteri-
jumi
sli~nosti
~ati
izbor parametara pri promen! uslova zava rivanja.
osnovnih parametara tackastog zavarivanja i olak-
1 2 teorije slicnos ti je poznato da au dye fizicke pojave s lie ne aka se opis uju istom di fe renc ljalnom jednac inom i j e dnake pocetne i
imaju
granicne uslove. Aka p osmatramo raspodelu tem-
peratura po deb ljini lima (du1 ose z) n a spoj evima (sl + na' spojevima (52 + 52)
(npr. 52
:::0
sl ~
i
25 ), uslovi sllcnosti su 181
punjen1 jer se 1stom diferencijalnom
j edna~inom
2
aT
a T 'IT = a ;7
opis uju faze zagrevanja, a jednake su kako pocetne tako i najvise - granic n e temperature •. U gornjoj diferencijalnoj jednaci2 ni a - je koeficijent temperaturne provodljivosti 'u m /s. Vremena potrebna da sa pri z agre vanju post1gne odredjena temperatu ra zavlse od debljine limova i povezana su kritepijumom Bli~no8ti
t~mp e patura
po Vremenu - Fu ri jBovim bS3dimenzijskim
kriteri j umom - obl ika:
gde je z - koordinata odgovaraju6e tacke. Za procese toplotno slicne koeficijent Fo ima jednu te ist u vrednest, tj. Fe
= canst.
Pri tackastom zavarivanju se kao dokaz top1otne mo1e uzeti da
ta~ka
z = s/2 u momentu
iBklju~enja
B1i~noBt~
struje zavariva-
nja dosti1e temperaturu topljenja osnovnog materija1a (Tt). Ovo stoga a to se u optima1nim uslovima zavarivanja dobija
8~ivo
vi-
s ine H as, koja je simetricno rasporedjena u gornjem i donjem 1imu (vidi sl. 96). I ostali parametri
ta~ka8tog
zavarivanja mogu sa lzrazlti
u bezdimenzijskom ob1iku 1 takO povezati 8a debljinom U ..... , Na
- 2 07 _
t a:J,. ni.l~ in se dobijaj u s l edec i kriterij umi sll ~ nostl: 1. bezd1men zijska geometrijska sli ~nost d
= 55
K
= cons t .
2. bezd1rnenzi j ska T
= Z
s li ~ nost
vremena zavarivanja
at
""Tz
= const.
5
3 . energetski kriterijum 2
1z·PT·t z c.p.Tt.d ·1. k ri te r ijum Kz
=
4 = cons t. s
s li ~ nosti plasti ~ nih
Pz
Rp = const. ta~kastog
Bud uci da se u praksi
odred juje p rema izra zu de '. ds U oblik u: =
Ie '
~
Vs
at ,. z ' =
z
-s-'
= 5 VB,
zavarivanja
pre~nik so~lva
kriterijumi slicnostl bUe
=
).J '
izra zlma za krlterijume
U
defonnacija
k'z
i
ali~nostl
pr1rnenjeni au simboli:
- pre~nik soc.1va; s - debljina lima; }, - termi~ki1 pros vodnost osno vnog metala u J!m.s.K tj . W/ m.K; a = }'/cp - koeficid
jent ternperaturne
provo~dljivosti u m2/s;
t
z
u a; 12 - jac ina stru je zavarivanja u A, P T c ni otpor osnovnog materijala u nm;
- vreme zavarivanja specifi~ni
elektri-
c - specifi~na toplota osnovnog materijala u J/kg.K; 3 p - gustlna osnovnog materijala u kg/m ; T - tempera tur a topljenja osnovnog materi~la (aritmetict ka sredina sol idus i likvidus temperature); specifi~n i
Pz -
pritisak na elektrode u HPa; Rp - tehni c ka g r anica te~enja osnovnog materijala u HPa.
Primenu krite rljuma sli~nost1 pokaza6emo na primeru odre-
djlvanja re~ima zavari vanja niskougljenicnog celicnog lima debI j ine s2
m
4 rom na osnovu poznatog re~ima za lim debljine
s 1 = 1 mm. Prema podacima iz tablice 18, iIi na bazi opita, mogu se za lim debljine 51 = 1 mm u5vojiti sledec! parametri:
de=5~-5 rom ,. F
z
=
(2 ,S-J)KN.
I
z -
(7,5-8)J
- 208 Primenom krlterijuma S ~l~n o s t l doblja s e re ~ im zavarl va-
nja ko ji o dg ovara ll mu de bljlne
8
2
z
4 mm . P ritom s e k onstante
ve zane z a ma t e rlja l "kr a~ uju t~o d a osta je : de
de l
_ I2I
::a
~ tz 1
fS-z
Iz 1
Vi;
= de
2
_
1
"1
t Z =
sl _
de
"1
2 s2
z
10 nun
4 2 = (0,2-0,4)1 = sl
; tZ = tZ 2 l s2 -I
s1.{f
8
2
IZ z
..
Iz
Fz
2
2
~
Iz
-
Fz
(i;
- .s1
1
s2
1
.-
8
=
(6-8)
VI
(0,8~1,6)a
= (1 2 -16)kA
(1,0-2,0) . ~
-
(4-8)1tN
1
Kriterij urn slic nosti mole se primer.i ti i re!lma zavarivanja novog materijala na
ba~i
za odredjivanje
poznatog re!ima za
neki drugi materijal. Pri tome treba poznavati termo-fizicke k a rakteristike osnovnog materijala. Za materijale koji se
najce§~e
zavaruju elektricnim otporom, neke od t1h karakteristika date au u tabliei 19. Tabliea 19. Neke karakteristike celika, aluminijuma i mesinga ).
Materijal
e
P 3
J/m.s. K
J / kg .K
niskougljenic ni c eliei
62
462
0,14
1500
7850
niskolegirani i arednjeugljenicni c eliei
39
471
0, 2 1
1415
7750
20
502
0,75
1410
7880
229
896
0,029
657
2700
3 81
0,071
900
8600
nerdjaju~i
Cr-Ni c eliei aluminijum Iresing
84
kg/m
Graniee tecenjs (Ra) i11 tehnlcks graniea tecenja (Rp) koje figuri§ u u kr1 terljumu sllcnostl plasticnih deformae1js odredjuju se labora torijsklm ispitiv anjem.
- 2 09 • 2.
T~ hn o t og i j a
ta~ k a8to g
Ta~ kastl m
od 0 ,05- 6 mm ,
aa va r ivanja
z a va rl vanje m
mada j e
mog u~e
su
s e spajaju de lov l debljine
s pajati 1 debl j e delova . Poluprol z -
ta~ k asto
vodi od ko jlh se l z r a djuju ~e §6e
obl~no
ni s k o u91 je nl ~ ni ~ eli c nl
zavarene konatrukclje naj-
limo v l i
trake , otpresci, cavi,
profl1l ka o 1 delo vl lzradjenl 11venjem , kovanjem 1 re z anjem. U
ve ~lnl slu~ ajeva
ta~kasto
prlmenjuje se d vostrano
z a va-
rl vanj e (sl . 107 .e), made se po p o trebl korlste 1 sheme date na s l. 107 pod a,b,c,d 1 f Iako su pravl1no
lzab r anl osnovnl paramatrl
ta ~ kastog
zavarl vanja - I z ' t z ' F z 1 de - to jo§ nlje dovoljno z a uapeAno l zvodjen j e zavarlvanja. Potrebno je predvldeti na~ ln lspravljanja 11mova rad! boljeg n aleganja obrazovanje spoja,
nar~lto
na mestlma gde Be predvldja
ako su 11mcvl deblji od 2 mm. Zalti-
tne boje, mastl, ul j a, oksldlsane povr§ine 1 druge tno deluju prl
ta~kastom Nar~ito
nja odatraniti .
11mo va se mogu
mora j u biti
~ lste
p o vr§ine limova u doru~nl
~ ak
izostatl forrn1ranje
~ l s titl ~ ell ~ nl m . ~ etkama
Aavovl sa
s~lva.
b.
c.
Cu
e.
Povrsine
111 benzinom. acetonom i
trlhloretilenom .
a.
Ate-
z avarlvanju, pa se moraju pre zavariva-
d!ru s a elektrodama, jer u protlvnom rnogu nastatl povr§insklm greskama 111
ne ~ ls~e
f.
d.
51. 107. polo ~ aji elektroda pri ta~k. . tom zavarivanju
- 21 0 Tatkasto zava r enl ta~ aX a ~ ij i
s pojevi
ob i ~no
se izvode
po~ u
n lza
ras p o r ed zavisi od ob1 i ka i d i men zija de10va koji ta~ke
sa zavar uju . Ake je r as t ojanje l zmed ju prethodno zavarene
1 no ve ma l o , struja se gra n a za t va r aju61 struj no ko lo ta ~ ke
1 p r eko s ta r e
I"
108) . Na ta j njuj e
ja~ ina
va nja za ( I.
~
na~ in
lsl .
s e uma-
s truj e zavar i-
vel i ~lnu
I§,
I " - I § l, p a umesto
zava r ivanja mof s nastati same s lepijivanje 1imova . 1.-
51. 108. 5hema grananja s truje
vodjen j em o vaJc:1.h § te
ta ~ aka
se ne pove6ava
uop-
ja~ 1n a
spoja kao celine vee se sarno kvarl osnovnl materijal. Najmanj e vredno s ti rastojanja i.medju susednih tac ak a (t ) i prek10pa (a) T u zavisnosti cd vrste 1 debljLne osnovnoq mate r i jala da te au u tablici 20 . Tablica 20 . Hinimalni koraci (t )1 prek10 pi (a) pri tackastom za varl vanju T
s, mm
Konstrukcioni t "lici a,lIU1l tT,mrD
Vatroo t porni c elici a,mm tT,tnm
Lake 1egure t T, mm
a,mm
Legure bakra tT,mm
a,mm
0,5
10
8
8
6
15
12
10
10
1,0
12
10
10
8
15
14
14
12
2 ,0 3,0
18 25
14
14
12
25
20
20
16
18
18
16
30
26
26
22
4,0
35
22
22
20
35
30
30
26
\
P :I~l I
Tac kastim zavarivanjem mog~e ja spajati Limova raslicitih debljina a i materijala, ali
k06e. Osnovna teik06a - da ae
Be
mog u javiti i o dredjane te§ -
s~lvo
f o rmira u dod1rno j ravn1
-
2 11 -
li ~ova - mo~ e s e re§ iti i zborom elek tro d a razli ~ itih pre~ nikao
Ako s e zava r uj u limovi debljina s1 i 52' pre ~nik elektrode treba i z r ac unati prerna tan j em 11mu, a prec nik .druge elektrode iz uslova top l otne r avnote! e
odno su na do dirn u ravan limov a.
U
Ako je de b ljina tanjeg lima sl' mo ~ e se usvojiti pre ~ nik e l ekt r ode k o ja nale ~e na taj lim del = s~. potom se mogu napisa t1 lzr azl z a omske atpore I1mova: 51
Rl = P l °A
49 Pl o
=
45 2 P2 °-:-r; de F 2
1
s2
R2 = P2 A 0
2
1
-:-r.r del r
=
i uslovi
toplotne ravnote ! e Rl = ~, ill Plos/de~
U op§ te m
slu~ aju,
kada se razlikuju i materijali i
mov a, precnik elek t r ode koja obrascu:
Za ne
slu~ aj
e lektri ~ ne
Drugim 6eg
pre~nika,
nale ~ e
na deblji lim
limov a od istih materi j ala jednake su
otpornosti ( P
re ~ ima,
l
= P2)
2. 2
se po
specifi~
pa je
na deblji lim treba stav iti elektrodu ve-
ili ak o su limovi iste debljine tada elektrodu
ve 6 eg pre c nika treba postaviti na lim ve6e otpornoatl
ra~ una
apecifi~ne
elektricne
0
SAVNO Z AVARI VANJE
Elektrootporsko §avno zavari v anje je proces obrazovanja
zavarenog spoja pomo6u niza medjusobno spojenih tacaka (alo 109) Elektrode za §avna zavarivanje su u obllku dlakova koji se okre6u preko gornjeg i
donjeg limAo Njihova je ulaga da pre-
nesu pritlsak na delove koji se zavaruju i da spravode struju zavarivanjao Debljina delova kaji se zavaruju 2
mmo
abi~no
ne prelazi
0
-
2U -
51 . 109 . Shema iavnog zavarlvanja
elektrl~nim
otporom
Osnovne vrste spojeva koji se moqu lzvestl §avnlm zavarl vanjem p r ikazane au na sl .
110 . Spoj o b lika C. 8e korlati u s l u -
~ajev1ma
kada s e t rafi de oba lima l efe u isto j r avni ili ako je raspol of l va malin a ma l e anage z a zava r ivan je I1mova date deblj l -
ne. lato taka
8a
r a zlika u polo!a j:ima l imo v a mole sves t..1 n a mi -
l
c.
d.
e.
---
f.
51. 110. Vrate epojeva &a lavno zavarivanje nimum pr1manom apojeva d. i e. 0 epoju tipa d. preklop je v.oma -.1i 1 - (1,5-2,5)a,""", tAko de . . uvarivanjem i plaaU/!n1.& defOrmieanjem 11movi qotovo dovode u ietu ravan. 0 epoju e. tenka
- 2 13 ~eli~na
£olija ostaje
utisnuta u mater i jal tako da se dobija
suteoni spoj. Podufllo
1spup~ enje
nje 1 pr1t1sak 1 time
doprinosi
na spoju f. 10ka1 izuje zagrevapove~anju
b rzine zavarivanja.
Alto se parame t ri zavari vanja pravilno izaberu , jat1na spoje va ti pa c . 1 d. dostife
ja~inu
osnovnog mater1jala .
Pr1 zavar1van j u delo v a od 1egur a
~~uminijuma
1 bakra p r i -
men juj u se same spoje v 1 tipa a . 1 b.
Duzin~
ni ~ n e
12-1 8 mm, dok se za auste-
tel1k e deb lj1ne 1 - 2 mm 1zn osi
n1 tne va trootp o rne
~e 11 ke
moze sman j1t1 za 2 mm 11i za legure po ve~a t i.
a 1umin1juma i b ak ra za toliko
Zah t e v 1 k oj1 se odnoa a n a ta~k4B to
prek10pa 1 za ug1je -
za v a r1 v anje . Da b1 se
~ 1stoCu
8U ve~1
1 1mo va
s pre ~ i10 popre ~no
nego za
prek1apanje ivi-
ca 11i uopAte de f orm1s anje , pot r e bno je pripo jima u tvrat1ti de10va koji s e spajaju n a rastojanju 70-150 mm .
Ve~a
rastojanja Be
uz i ma ju za deb1je l imove . Pre z a varivanja, nagore1e povrAine p r 1po jnih
ta ~aka
t reba oo1sti ti.
Alto k onstrukcij a
spoja omog u6 uje, maze
n j e izvest1 1 be z pr1pojnih
ta~ aka
S8
Aavno zava r1va -
ali uz pr1rnenu krutih Aablona
p r 1tisnutih n a I1move .
2. 2. 1
Tehnika i tahnologija Aa vnog za variv anja
1. RBli mi Ja vn og aa va r i va nja Savno zava ri v anje se mo ze izvesti prema programima prika zan l m n a sl. Il l . Na jprostij1 je program sa nsprekidno Fa
Pa
F
1-Z
Is
r
I
Z
) t
a.
•
F. I.
P.
F.
Is
r\
. __ tp
Z
t
uklju~e-
Z
41f
t.
b.
~
r-
t
c.
51. Ill. 5hems progfamA Aavnog zavar1vanj a nom a trujom I
>
z
1 nep r ek1dn1m kretanjem krufnih e1ektroda brzinom
Vz ,(l . v z .t) u odnosu na zavarivane de10ve (a1. 111.a). Najvl§a Be k oriati program dat na a 1. 111.b, koj1 odgovara neprek1dnom obrt anj u k ruznih elektroda 1 prek1dnom (1mpulanom)
uklju~enju
- 2 14 -
s tr uj e . Najzad , prema prograrnu n a 5 1. sarno ka da
je
i sklju~e n a
lll. c , e l ekt ro de se okrecu proti~e
st r uja , a str uja zavarivan ja
nekom v reme n skom in terva lu dok e l ek t rode miruju .
u
Karak t erts tl ~ nl
po kazate lj l p rek idn og sa vn og zavarivanja jesu : vreme z avari vanja (t ) , vreme prekida
t
z
p
lini j9 k a br zi na zava ri va n j a
I
V
s 1 1 a p r l-
Z 1
tiska n a e l ek trode F vr~i n e
i si rin a (b) , pretn i k ( D) i ob lik r adne p oz elekt r ode . Vreme pre ki da i b rzina z a va ri van j a blra j u s e t a-
k o da s e do bij e p r e klap a n je po j edini h tataka po 1/3 -1 /2 njiho ve du ~ in e .
Orijenta cl o no se nzimaj u jac ina struj e i
s 11 a prltl s ka
1, 5 - 2 p uta vece nego z a tackas t o z avari v anje limo va late debljine. Brzina zav ari v anja, v reme z av a rivanja 1 vreme prekida
•
medjusobno su povezani izraz om V
=
z
a
m/ s
+t
t
z
p
gue je: a - rastojanje izmedju
sre~i s ta
uzastopnih tat aka u m.
Rastojanje 111 Korak. susednih tacaka usvaja se
z :J.vlsnos-
U
ti od debljine (9)
zavarivanih limova. Za razne vrste niskoug-
ljeni ~ nih
l~ giranih
i srednje
t elika uzima se a = (2, 8-3,2)s;
~ elike
za nerdjaju6e i vatrootporne
a = (2,4-2,8)s i za legure
aluminijuma a = (1,5-2, 5 )e. Orijentacio no se i ti materijala i
Mo~e
debljini "s" u mm.
za
niskougljeni ~ ne
t
=
z
vreme zavarivanja odredjuje prema vrs-
~ elike,
=
t
se uzeti t =(0,06-0,08)s z (0,08-0,1)9 za aU9tenitne ~ellke,
z (0,1-0,14)9 za nisko legirane konstrUkciane
re aluminijuma t
=
z Vreme preklda
i
za legu-
(0,04-0,06)s. mo~e 's e
odrediti prema usvojenam vremenu za-
varivanja za dati osnovni ma terijal. Za ju6e i vatrootporne telike t
p
niskougljeni ~ ne,
nerdja-
= (1,0-1,2)t , za niskolegirane i
zakaljive telike tp = (0,5-0,8)t tp =
~elike
z
i
za le g ure aluminijuma
z (1,5-2)t ' z Pretnik elektrode se usvaja D = 150-200 mm za zavarivanje
niskougljeni t nih t elika, a s irina radne povrsine elektrode od 4-12 rom u zavisnosti ad debljine zavarivanih delova. Pri zavari-
vanju legura Al debljine 2,5-3 mm, uzima se D
=
400 radi pObolj-
1anja uslova hladjenja unutrasnjih povrsina elektroda i smanjenja trosenja.
- 215 2.
Te hnolo gija JaV)lo g %av arivanja
Pa rarnetri § avnog zavarivanja mog u se n a c i proizvodja~a
~a vno
u r edjaja za
u katalozl ma
zava r ivanje il i p rib1 1z no usvo jit i
koristeci se emplri jsk i m i z razi ma d atlm u prethodnom odel jku . Poda ci neophodni za
~avno
zava r ivanj e
nisk o uglj e ni ~ k og
hladno va-
Nl skougljenl ~nl ~e li
lj a no g c e l i c n og lima dati su u tablici 2 1.
c ni limo'li 1 povr s in ski zas tlc en i li mavi k o riste se za lzradu nermetick i h rezervo ara il i
Tablica 21 . Pa r ame tri c el1ka
lim
z avarlvanja
~ avnog
z avarivanja .
niskougljeni ~ nlh
Vreme j; z , s t p ,S
J a clna Brzina !itr uje zavariv. Iz , kA vz , m/S
Sirina elek . b , rom
S ila pritls F ,kN z
O, S
4, 0
1 ,0 - 2,0
O ,O~
0,04
8- 10
°,0 17-0 , 0 34
1, 0
5,0
3,0-5 , 0 0, 0 8
0 ,1 2
12 -15
0 , 0 17-0 , 02:
1, 5
7,0
4 , 0-6 , 0 0 , 10
0,14
14 - 18
0 , 0 1-0,017
2, 0
9,0
5 , 0-7 , 0 0,14
0 , 16
16-20
0 , 008-0, 01
3,0
11 , 0
7, 5- 9 , 0 0 ,1 8
0 ,18
20 - 2 4
0 , 008- 0 ,0 1
s, rom
Hl adno 'la ljani ce U~ ni
~ avnog
D eblj~n a
~l a te rijal
c e v i p o s tupk om
Pr i uzdu z n o m
z avarlvanju cilindrlcnih sudova (sl. 112 a,b )
me nj a se in dukc ion i o tpor sek unda rno g kola u skladu sa relat lvni m pome ranj em ele k troda ka sredini cevl. Sekundarno k olo clne nos a c i e l ektroda, e lek trode i de o ce v i
uvu~ en
i ll okre tna e lektroda, c ev 1 n epokretna
i z medju diskova (sl . 112a) , c l 1 lndrl~na
e l ektro da
(s l. 11 2b ) . P ro me nom magne tne mase unete u sekundarnu kontur u ma~l ne
~a vno
za
zavarlvanje menja se =
U" Z
=
ja ~ ina
struje
U"
jer je lnd uktlvnl otpor X = 2 nfL srazme r an induktlvnos tl L s ekundarnog kola . U ovom lzrazu U" je napon sek un darno g k ol a , Z ' - lmpe d ansa, R - omskl otpor , f ja~ ine
struje zavarlvanja maze se sman j iti zavari -
spo l ja ~ njih
i ·vica cevi ka sredi n i i a uto mat s k im 1 1 1 ru-
Promena vanjem od ~ ni m
po de s a v anjem Pri
neg o pri
frekve n cij a.
~ avnom
ja~ine
= f{L ) . z zavarivanju nastaju defo rmac ije 3-10 p u ta ve ce
ta ~ kastom ,
~ to
struje I
stvara
te ~koce
u pro i zvodn j i. Najvi s e s e
ue f ormi se nerdj a juci c elik jer Ima vell ki k oe fl cl jen t toplo tnog &irenj a a mal u top l otn u p rovodl j ivo st , a najmanj e n iskougl j enl ~ nl
- 11 6 ~ ellk.
Le g ure aluminljuma s u u tom pog le du ne g de u s redinl .
r 1
---+
c-
'-
-
c,
b.
a.
51. 112. Savno zavarivanje cl11ndrl~n1h sudova Posle §avnog zavarivanja
obrada raeli
ujedna~avanja
preporu~uje
se naknadna
termi~ka
strukture i otklanjanja sopstvenlh napo-
na, Deformaclje se mogu aV8st! na najmanju meru pove6anjem ja~ine
struje, obezbedjenjem istih uslova zavarivanja 1 hladjenja
oba dela,
pove~anjem
broja pripojnih
ta~aka
i zavarlvanjem
dugih
Aavova ad sredine ka 1 vlcama. ~AvnO
zavarivanje povrA1nski zaAti6enih ~ell~nih limova
(pocinkovanih, kalajisan1h) mora se lzvoelitl strujama vellke ja~1ne,
elektrodama sa hladjenje,
8ferl~nim
radnim povr§1nama - uz intenzivno
Pr1 Aavnom zavar1vanju 11mova
za§t1~enih
hromom (Cr), n1k-
lam (Nl), kadmijumom (Cd) 1 kalajem (Sn) na ma§inama sa nom strujom razara Be zaAtltnl sloj. To se mole
spre~ltl
na1zmen1~
prlmenom
apec1jalnih maUna ill stepenastim zavar1vanjem (a1. 111c). Za vreme Aavnog zavarlvanja legura aluminijuma potrebno je ~1st1t1
elektrodne dlakove poole izvedenih 10 - 20 m. §ava. Prlme-
njuje Be takodje neprek1dno
~1§~enje
elektroda
pomo~u ~etk1
spreg-
nutih SA nj1bov1m radn1m povrAinama, Ma tar1jal za elektrodne eliBkava je 1s,t1 kaa 1 za tA~kaata
zavarlvanje, tj. eIi_penlano ~aj.va
oja~ane
legure bakra. U ve6in1 alu-
elektroda Be hlade vodom, mada se prl zavarivanju nlsko-
ugljen1~n1h ~elika
zdulno hladjenje.
eliakovlma velikog
pre~nika
mo!e pr1men1t1 1 va-
-
2. J
l 17 -
RE LJ E FNO ZAVARIVANJ E
Reljevno ili projekeiono zavarivanje je postupak spajanja delova na jednom ili vise mesta, pri cemu je polozaj tih mesta odre d jen ispustima izradjenim na jednom delu. Ispusti mogu biti izradjeni na limu kao bradaviee (sl. 113a) iIi na masivnim delovirna rezanjem (sl. 113b,e ). Na ovoj sliei brojevi 1 i 2 oznacavaju elektrode, a 3 delove koji se zavaruju.
I
I
! 1
1
Pre
za u a ~ i
vanja
2
pos le za ua I' i v a n ja
a.
b.
c.
Sl. 113. Sherna reljefnog zavarivanja limova (a) i eilindricni delovi (b,e) ~radavicasto
zavarivanje se u praksi primenjuje za tanke
nlskougljenicne celicne limove debljine do 4 mm. Propustanjem elektricne struje izmedju elektroda, materijal bradaviee se zagreva i omeksava, a pod dejatvom aile pritiska na mestu ispusta fOrmira se zavareni spoj. Osobine bradavicastog spoja veoma au sll~ne
tackasto zavarenom spoju, te ih ne treba posebno razmatra-
ti.
lIesto drukciji karakter ima reljefna zavarivanje sa masivnim iapustima jer je za njihovo plaaticno deformisanje potrebno naknadno iskivanje poale zavarivanja.
- 218 -
2. 4
5UtEONO ZAVARIVANJE ELEKT Rl t NIM OTPO RO M Po ovo j metodi zavarivanja delovi se spaj aju na eelo j do -
dirnoj
povr~ini
pov r ~ i
(sl . 11 4). U zavisnosti od vrste metala ,
ne preseka z a varivanih de l ova i zahteva u pog l ed u
ja ~ i n e
r az lik uj u se Buceo no aQvariv a n je abijanjem ( a l. 11 4b ) i vanje val'nicenjem ( 5 1.
spoja aa vari -
11 4c ).
£-8-+b.
*-4-' -'~ c. Q.
Sl. 114. Sh ema su~eonog zavarivanja (a) i obliei spoje va izvedenih zbijanjem (b) i v arni ~ enjem (e)
2 .4.1
S u ~ eono
z avari vanje zbijanj e m
Pri z avarivanju zbijanjem delovi se ste z u u c eljusti ma~ ine
i malim aksijalnim pritiskom do vo de u neposredan dodir. Po-
sle toga ukljucuje se struja z avarivanja i u toku vremena oslobadja toplota srazmerna omskim o tporlma u pojedinirn delovima se-
kundarnog kola. Najveci je otp o r na me stu su~ eljavanja delova, pa se ta zona zagreva do s vetlo be log usijanja (za niskougljeni~ni
~elik).
Pri tim tempera t urama
~ elik
je veoma plastic an, nala-
z i se u tzv. testastom stanju, taka da se uvodjenjem sile pritis-
ka i
isklju~ ivanjem
ovaj
na~in
~ ina.
struje dobija spoj oblika prema sl. 114b. Za
zavari vanja potrebna je bri z ljiv a obrada ~ eonih povrNeravnomernim z agre v anjem z a vreme zavarivanja i oksldaci-
jom pojedinih slojeva na ja ,
se
n a ro ~ ito
su~ eono
do 30 mm.
~ eoni m po vr ~ inama
smanjuje se
ja~ina
spo-
za velike preseke z avarivanih delova. , 12 tog razloga
zavarivanje zbijanjem primenjuje za delove
pre ~ nika
-
2.4. 2
Su ~ eono
l 19 -
zavarlvanje varni c enjem
1. suteono z~uf\ r_tv anje ne p rekidnim uarni ce njem odvlja se
u d Ye etape: pr v a je
varn i c enje a drugd zbijanje . Zavarlvanl
delavi se najpre ucvr~c uju u celjusti ma§i ne , zatim se ukljucuje ~truja i
de l avi polako medjuBobno prlbll ~u ju. ~eone povr ~ ine za-
varivanih delova u pocetku se dodi ruju u j edno j 111 vise tacaka ,
s to zavlsi ad hrapavosti dodirnih povrs ina. Zbog velike gustine struje u dodirni m
ta~kama
formiraju se masti c i tecnog metala,
koj i se gotovo trenutno zag revaju do temperature isparavanja
(5 1. 11S). Delovanjem pritiska para metala 1 magnetnog polja 1zdvajaju se sagorele i
a.
delimicno istopljene cestice materljala,
b.
c.
d.
S1 . 11 5 . Shema dodlra delova (a), obrazovanja mostica (b,c) i varni~enja (d) ~to
se spolja vldi kao varnlc enje. Stvorene pare metala sprec avaj u prodlranje klseonika iz vazduha u rastopljeni metal, § to poka-
zuje blagotvoran uticaj na mehanlcke osoblne spoja. Brzina~riblifavanja
delova mora biti jednolika i tako
odabrana da ne nastupi preterano varnlc enje, a n1 prekld varnlcenja wog male brzine. U fazl zbijanja brzlna prlbllfavanja delova desetostruko raste 1 tada nastaje plastlcno deformisanje. Prelazak cd varni~enja
na zbijanje mora se odvijati rnunjevito.
odvija se pri
uklju~enoj
P~etak
zbijanja
struji a kraj bez nje.
2. Suceono zavar1vanje va rni cenje m 8a p rBdgr evanjcm razllkuje se od zavarivanja neprek1dnlrn varnlc enjem po tome ~to se elelovi stegnuti u ~eljustima maSine pre po ~ etka varni~enj·a zaqrevaju vi§estrukim medju-S0bnim dodirivanjem i razdvajanjem. U tim momentima varnicenje je povremeno i delov1 se skra6uju na racun lzbocenja. Vreme suceljavanja delova, tj. vreme varnicenja lznosl 0,5-3 a, vreme preklda lzmedju uzastopnog varnlcenja 2-68.
- 220 -
broj k r atk ih spo jeva mole i zn osi ti 5 - 30 u za v i s n osti c d ve li~ in e
prese k a zava ri va ni h de l ava . Pr i
zavarivanju varnl te n je m sa p r e d g re v anjem br z in a h l a-
d jenj a je r e l at i vno mala pa se dobij a ve arna zav a ri v an j u zak al j l v ih v r ~in a ,
~e lik a .
ve6 je dovoljno Su ~eo ni m
~ t apov i ,
~ 1 1av
spo j
~ ak i
pr l
Nlje potre bna p o sebn a priprema po-
odstranit i bo ju ili grube s l ojeve r dje.
e l ektroo t p o r sklm zava r i vanjem mogu se s pa j a tl
limov i 1 t r ake , cev! i
r az nih vrsta nisk o u g l jen i c n l h , nih c e l ika me t o d o rn
a l ati. Zava r i v anjem § t a p oVA od srednjeugljen l ~ n lh
1 ni skol eglra -
v a r n i c e n ja dob i j a s e jac lna s poj a j ednaka ja-
c i ni osnovno g materijal a Rm ; p ri z a v ari v anj u zb l j anj em jac ina s p oja j e
(0 , 7 - 0 , 9 ) Rm .
Za 3ava r ivanje st a po va pre p o ruc uje se metod n ep r ek i d no g 1)a r nice'lja ~
r a sp ola ~e
a u s l u c aj u da se n e
ma ~ ln om
pot rebne a n a -
ge - va rn i c enje sa predgre v anjem. S t a p ovl lzradj e n i od z akaljivih c e li ka takod j e se zavaruju v arnlc en j e m sa predg r evanj e m. Slobodna d u z in a §tap o v a, dodacl za va rnl ce nje i sabljanj e · kao i
vre me z a v a ri v anja
od redjuju se n a o sno v u eksperlmentalnih
poda t aka, ko ji a e c esto d a ju u z ma§ inu z a zava r1 v anj e . Za s pajanj e l i mov a i
t ra ka debljine do 5 mm prime njuje se zav arl v anje s a
nepre k 1dni m v arnicenjem . Prl veclrn d ebljinama za v arl v anlh delov a mo~e
se primenltl me tod pre d grevan j a . Ce vi se ,
rn1 ~e nj em .
u kotl o gradnji i11 c evo vodiroa , c esto
U k o tlogradnji 5e ce v i
pre ~n 1k a
~avaruju
v a-
b O-8 0 mm 1 debljine
z 1d a do 6 mm s p ajaju pre s vega me to do rn n e prekldnog varnl ce nja . U nutra ~ nji
ti na toplo
pra ten n a stao zbo g s abijanja
naj ce~~e
mo ~ e
se odstrani-
pro bojcern ill specijalnlm pneumatsklm alatom .
U izradi aLata s a obra d u
~63an jem
~ lroko
se primenjuje
z a v arlvanje v arnlc enjem. Veoma c e s to se a lati izradjuju od dva o ~ tric a
ma terlj a lai radni Ceo 1 j ev t1n1jeg
ugljen1 ~ no g
3 . OSTALI POSTllP CI
3. 1
od brzore znog c elika a noaac od
111 n1sk ole g1ranog
~elika.
~VA RI VANJ A
ZA VARIVANJ E TRENJEM
Zavari v anje trenjem je proces u kome se toplota za zavarlv an je s tvara direktnlm pretvaranjem mehanic ke energlje u toplotnu na do cl1 rn1m povr§inama z a var1vanih delov... Naj1!el!
- 22 1 za va r ivanih de lo va nepokretan, dok je drugi koji se na nje ga nasu ~ eono
slanja
- o b r tan (51. 116 a ) . U t r enutku prelaska tankog
sloja materij a la u stanje
plasti ~ nosti
nagl0 se
k~ i
obrtni deo
1 istovremeno u vodi aksijalni pritisak. Moguce je i zavarivanje trenjem pri obrtanju oba dela u suprotn±m
smerovi~a
(sl. 116b),
il1 umetanjem obrtnog cilindra izmedju nepokretnih zavarivanih delo v a (51. 116c).
a. 5
f ?t-=E£--2~
c.
b.
51. 116. Zavarivanje trenjem: l,2-zavarivani delovi, 3-=etak, 4 - · ~eljusti, 5-~av Zavarivanje trenjem svrstava se u procese zavarivanja u ~vrstom
stanju jer se sav formira prl temperaturl nlzoj ad tempe-
rature topljenja osnovnQg menjuje
su~eono
zavarivanje
zavarivanja trenjem je nje me tala veoma ~esto
materijala. Ovaj postupak
~to
razli~i
za-
otporom. Osnovna prednost
se maze primeniti za medjusobno spaja-
tih
na~in
je ova jedini
elektri~nim
obi~no .
termi~kih
i
mehani~kih
osobina. Veoma
spajanja nekih metal a koji pri zavari-
vanju drugim metodima ohrazuju veoma krte faze. Proces zavariva-
nja je poluautomatizovan i moze zavariti 1200 nja za
izdu~l~'
·visokoproduktivan, taka da se npr. ventila motora unutrasnjeg sagoreva-
jedan sat. U energetskom pogledu zavarivanje trenjem ima veci stepen
iskoriscenja nego zavarivanje
varni~enjem.
same 20% ad energije
pri zavarivanju
utro~ene
Utro~ena
energija je
varni~enjem
u is-
tim radnim uslovima. Dalja prednost je sto trofazni motor ma§ine za zavarivanje trenjem ravnomerno opterecuje mrezu i ima faktor snags oos$ = 0,80-0,85 dok je pri zavarivanju
varni~enjem
optere-
cena sarno jedna faza mreze za cos$ = 0,40-0,55. U nedostatke zavarivanja trenjem ubraja se sto delovi moraju biti kruZnog poprerecnog preseka, ograni~enih pre~nika (d = 30-50 mm) i duzina ad aka 200 mm. U izuzetnim slu~ajevima pre~ nik dela dostlze 90 mm. Osim toga delovi moraju imati dovoljno
- 12;. -
vcllku krutost da se n e deformi§u pod delovanjem sila trenja i sabijan ja . l-id s inc za zavarivan je trenjem po spolja§ n jem lz g1edu
na strug ali
11~e
znatno skuplje . Imaj u veoma vel iku i nstalisan u
Sll
s nagu koja sa krece od 20 - 25 va ti po mrn
;.
popre~nog
p reseka zava-
rlva nog dela . Redoslcd uvodje n ja aksijalnih sila , obrtan ja i koeenja je-
dno g od zavarivanin del ova ostvaruje se elektronsk1.m uprav l j a -
njem . lake se pa rametr1 daju u ka t a!og u proizvodjaca , o n i su Ha -
rne orij e n tacionl i
treba i h prak t i c nim
rebi korig ovati . Po l azn i
r edju je 1z
opitl~
proveriti i po po t -
podatak je broj ob rtaja "n" k oj i
se od-
j ~ dna c i n e:
n
• d = C
mi n ut! , d - precnik dela u mm , a ken 4 za bakar . Os ta l i pa r ametrl za ce l ike i C = 4 . 10
gue je : n - broj obrtaja u stanta C = 3 . 10
4
zavarlvanja ug1avnom s u odgova r ajuce si 1e prltlska , momen t tre nj a 1 vrelr.e c iji o dnos moze b iti kao na 5 1 .
117 . Pr iti5ak t r en j a P
t us10vljen j e fizicko- hemi j sk i m osob in ama o5n ovnog mat drijala . Ug1 avnom zavisi o d svo js t ava pl a stic nosti ma -
",, n H,
terijala i d i rnenzija
P,
A
de 1a. Za me tale visoke
n
J
P, ( l H" H,
pla stlc nos tl uz i ma se
,I
Hu
Pt
I I,
I,
280 IlPa.
nja razaraju se oksld-
.----iI I
~
Pod de jstvom s11e trenl slo jevl kojl se n a-
I
./
25 f'otPa , a za veo-
rna tvrde Pt
I /" J
=
vroeme
~
I,
la z e na c eonlm
povr ~ i
n ama pri premljenim za z avarivanje. Xao rez u-
ltat me djusobnog prltS1. 117. Cl k lus zavarivanja trenje m
lsklvanja delova , odstranjuju se oksldi i
dr uge ne c ista ce Lz zone zavarivanja i stva ra spoljn i venae o d 18-
tlsnutog mate rijala . S toga se
~ av
fo rmira sarno od
~iatog
meta l a,
a de lav1 se u toku proeesa skrac uju prema kri voj s - al . 117 .
Vre me tre nja t t i pritisaK trenja Pt au glavni par amatri u p r o cesu
oslo~adjanj a
toplote pomoeu koje se materijal u bli.ini
pov r llin e dovodi u stanje p lasUl!nosti.
do ~rne
-
223 -
Pritis ak sbijan J"a p
sa uvodi u trenutku post i zanja t.ops l o tne r avnote !e (oslobod jen a top l ota je dnaka odveden oj) 1 naglog
kote nj a obrtnog dela. Prl zavarlvanju lstovrsnlh mater i jala uzlma se
Ps
Pt' dok se za
=
razll ~i t e
osnovne materijale uzima Ps=2Pt .
Kao r ezultat de lovanja med j umole kula rn ih 5i 1 a i
uzajamne difuzije
nastaje jedar §av (bez p ora i n emeta ln lh ukljutaka), pod uti cajem toplote,
s ltnozrnast.e
unutra~nje
uske zo ne
g radje i
dobrih
mehan l tkl h oso bin a . Vreme sabijanja (t ) je rel ativn o kratko u o dn ea u na vre me s trenja (tt) 1 kre6e se u gran l cama 1 d o 5s . Jos je kra6e vreme
kocen ja
(~),
sto se vldl sa s llke 117.
Kolltlna topl o te koja s e oslobadja u toku procesa odredjuje se po lzrazu
gde je: M - moment trenja koji zavisi od vrs te materijala i t nja dodirnih p ovr§ lna; w - ugaona brzina.
sta-
U okviru pripreme delova za zavarivanje trenjern treba predvldetl dodatak za nadoknadu s kra6 1vanja (s) prl zbljanju. Ve11tlna skr a6enja zavlsl od vrste 1 pret nlka materijala, broja obr-
taja i na~ina pripreme za zavari vanje kao i vrernena zavarivanja. Orijenta clono se uzlma: dodatak od 5 mm'za nlskougljenl t ne c ellke precnlka 20 mm, prl n
=
1500 obr/min 1 Pt
alum1nljum dodatak od 6,5 rom pri n
=
= Ps = 50
3000 o /mi n i Pt
MFa; lli za
= Ps = 8
MPa.
Zavarivanje trenjem prlmenjuje se za izradu alata i delova u Industrljl automobila, traktora, bicikla i dr"
od istih ili razll-
titih materljala, prema komblnacijama datim na sl. 118. Medjusobno se mogu spajatl delovl kruznog lli prstenastog popre~nog
preseka, iIi se
oni mogu za v arivatl za ravne predmete.
teone povr§ine zavarivanih dclova se ne moraju posebno obradjivat i ali treba odstranitl sve necist06e. Na mestu spoja potrebno je
cllindritne delove razllt ltlh precnika svesti na istu meru. Poluprolzvodi za zavarivanje trenjem mogu bit! kovani, liveni i
va-
ljani. Primeri zavarlvanja trenjem u oblasti izrade alata jesu burglje (sl. 119a), glodala 1 razvrtati od dva ralltita materljalao Radnl dec alata lzradjuje se od skupog leglranog t elika, dok se
n08a~
gradi od jevtinijeg
ugljeni~nog
~ elika.
-
.
...j"
Materljal
j ~ ~i ~
~ >0:3•
.~
>0
{'.
22 4 -
• • >0
>0
~
~
] .J M !i ~ 0. ~
>U
1 . Al i l egure
f
.
.
~ .! ~ ~ ::! 8>0
>0
~
~
~
. j
Z
'0
B
B
~l I ! l % 8~ e j
~
8~
~
~
l
B
B
A
A
2. Mesing A
A
3 . Bronze
14· Is. 16 .
~
.c
S t elit.!.
A
A
Co-legure
A
A A
Nb
7 . Cu
A
A
A A
8 . Cu- Ni
A
A A
9 . Pb
A
10 . Mg-le gure A
ll. Mo 12 .Ni-legure
A
A
A
A B A
1 3 .Le g . C .
A
B
A
A
14 .Ug l j . C .
A
B
A
A A
A A A
B A B
15 .C- z a autom. 16. Maraging C . A
17.Sinter C. 18.C.otp.na korozij u
A
B
A
19.Alatni C . A
20.Ta A
1l.Ti-leg. A
22 .W
23 . C za vent. 24. Zr-leaure
A
-----------------------------------------------
A - spoj evl istih osobina keo 1 osnovni meterija1 osnovnog materijala B - spojevi n H ih osobina o d 51. 118. Primeri meta1 a zavarljivih trenjem U automobilskoj lndustriji, zavarivanje trenjem se primenjuje za lzradu vratl1a, osovlna, upravlja~ kih vratl1a, ventila
mo tora unutra§njeg sagorevanj a od raz1i~it1h materija1a (sl. 119b) i
z a ve zivanje
glav~ ine z a
zup~ anik,
ltd.
- 225 -
SGV
~. F:
.-r--C-+!t+
G.
b.
;;'v
S1. 119. Pri.meri delova zavarenih trenjem
J. Z
ZAVAR IVAN.JE ULTRAZ'IUKON
Pri
de lovanjem
ultrazvu~nom mehan1~k1h
zavarlvanju spaj S8 obrazuje lstovremani.m
osc1lae1ja visoke frekvanc1je 1 male a1le
pr1tiska. U suAUn1 se 1 ovaj v1d nvar1vanja avodi na zavar1vanje trenjern. Toplota oalobodjena
mehan1~kim
vibr1ranjem preklop-
ljenih delova na maloj povdin1 (mikropovrUn1) dovodi mater1jal na jpre u stanje me se dob1ja
plast1~nosti,
~vr st
U ltrazv~ne
a zatim se uvodi 81la pr1t1aka a1-
spoj. osc1lac1je 1maju frekvenc1ju 1znad 16-20 kHz
~to
nije u frekventnom domanu ~ujno8t.1 za ~ovekovo uho. 1 zavar1vanje se kor1ste mehan1~ke o8e11ac1je ultrazvuane frekvenc1je do 100 kHz. Metod je ndao pr1menu za taakuto 1 Aavno .avar1va-
nje tankih 1 veoma a1 tnih delova od iatlh 111 raznovranih matar1jala kao 1 ad
pla8tl~nih mAS&.
Moqu se, na primer, zavarivati ta-
nk1 l1mov1 debljine od 0,004 do 2,00 ranih
~e lika,
IIIIIl
od
uqljen1~nih
111 leq1-
bakra, alum1n1juma, zlata, srebra 111 njihovlh kom-
b1nae1ja. Spojevi 1zveden1 ultrazvukom odlikuju
Be
dobrim mabani-
l:ki m oaobinama. Veoma maki metal!, kao npr. clova ne mogu . . zavar1vat1 ultrazvuano jer aa pojavljuju praline u okolini apoja. Najv1Ae se na ovaj na~in .avaruju delovi u praa1znoj mahan1e!, rad10 1 televiz1jakoj tehn1c1 (kondenzator1, ~ranz1.tori) 1 fol1je. Neprek1dn1 preklopn1 Aavov1 1z_den1 ultruvuan!m zavar!vanjem au hermeti~k1, tj. nepropuatllj1v1 sa fluide. Zahvaljuj~1 veoma koncentr1aanom zaqrevanju 1 kratkom vramen u zavarivanja, fi z1ako-bemijske promena O8novnoq matar1jal. au nematne. Spojev1 zadr!avaju nepromenjanu elektrianu 1 toplotnu provodlj1V08t kao 1 otpornoat prema koroz1j1. Procaa praktiano nije pra~en promenom obiika 1 ne pojavijuju a. vidlj1ve trajna
-
21 6 -
pro mene debljine. Say nema livenu
no u
slu~ aju
unutra ~ nju
z avarivanja deformaciono
gradju,
oja ~ anog
~ to
je va! -
ili kaljenog mate-
rl ja l a _ Potre bna sna g a za zavarlvanje veoma je mala (P
=
2,5-5
k VA ) •
Dobra se zavaruju metal! sa mnllm elektric nim otprorn (Cu,
Ag , Al); nema o granlc enja za debljinu tanjeg metala, npr. u kom-
binaciji metal staklo odnos deoljina moie biti 1:1000 i vi§e. Isvi ~e
tovremeno se mogu n a pajati
v a ra, a moguc e j e zavarl v anje
zavarlvackih glava 1z jednog izlzvoditi na vellkom udaljenju cd
izvora. U predno stl se takodje ubrajaju mogucnost automatizaclje, j~an o stavna
pr!prema delova bez cl § cenja povr§lna i
s1.
Kao nedostatak procesa je pojava mikro 1 makroprslina 1zaz vanih rezonancom na mestu spoja, naroclto kad materijala niske pla stlc nosti. Ovo se mofe
spre~lti
stavljanjem gumenih
smanjenjem amplitude oscilovanja ili amplitude
podmeta~a,
ultrazvu~nih
osci-
lacija. Sem toga, kod nekih materijal glava za zavarivanje se lepi za zavarivani dec i
zato jako haba.
Kod uredjaja za ultrazvucna zavarivanje koristi se poznata osobina predmeta ad
feromagnetnih rnaterijala da se elasticno de-
formisu pod uticajem promene jacine magnetnog polja. Na primer, ~ tap
od feleza, niskougljenicnog celika ili nikla, unet u magnet-
no polje promenljive ucestano~cu
ja~ine
izdu~uje
se i skuplja u skladu sa
promene jacine magnetnog polja. Ova pojava, poznata
pod nazlvom magnetostrlkcija, izuzetno se ispoljava ako sa u magaetno polje unese stap od legure 49\Fe, 49%Co 1 2%V. Uredjaj za ultrazvucno zavarlvanje (51.
120) 5astoj1 se 1z
gencratora vlsoke frekvenclje (1), elektro-mehanlckog pretvaraca
• 51. 120. §ema
uredjaja za ultrazvucno zavarivanje
(2) i ultrazvuene qlave (3). Jo§ aU ns a1. 120 pr1kszsnl zsvsrlvsni delovi (4) 1 poatolje (5), kao i aila prltlaka (P).
- 227 Vibracije ultrazvucrie glave prenose se neposredno na 11m koji je
5
njam spregnut
dok don jl l im ostaje za to vreme u
~r u .
Kao rezultat tih vlbracija nastaje razaranje oksidnih slojeva na
dociirnim povr~inama gorn j eg i donjeg lima. ~ud u~i da s e gornji lim os cilatorno kre~e u odnosu n a don j i i da p r i tome deluje si la prltiska (P) , o s l obadja
se l zvesn a kol ic ina top l ote, koja je
dovol jna za savladjivanje
e n ergets Ke bari je re i
metalnih 2 ma za j ednickiu
za aba zavarivana de l a . Primenom obrt-
nih di sk o va k ao vodjen je i
3. 3
ra~~ l h
stvaran je no v l h
delova ultrazvuc ne glave (3 ) moqu6e j e 1z-
§a vn lh s p ojeva.
ZAVARIVANJ E ELEKTRONSKIM SNOPOM Prvi put je 1950 . qo d . p rimenj e n ele ktrons k l
snap kao iz v or
top l ote za zava r ivanja . U s tvari, toplo ta se dobij a bombardovanjem mesta spoja ml azom e le k tron a velike b rz ine . Pri uda ru elektrona
U
osn ovl materl j a1, pre t va r a 5e n j ih ova
k1neti ~ k a
energlja u
top l otnu . Zava ri v an j e se n aj~e§ce lz vodi u v i s o k om vakuumu reda 0 ,1 3-1 0 - 6 bar a . Radni deo ured jaja (51. 12 1) za z ava rlvanje sa stoji se i z k a tode ( 1 ) od vol f rama ill titana, mre ! l ce za usmera -
vanje e l ektron a (2) i anode ( 3 ) . Elek t ron1 se emituju 1z zagrejane ka tode (2500 o C), prikupljaju se mre~ lcom,
ubrzavaju i pomoeu elekt-
polja (4) usme rava ju ka ano-
ri ~ nog
di (3 ). Katoda 1 anoda se sme At.aju u v lsoko v axuumsku sredinu radl za!tite od oks1dacij e i kratkog spoja ko-
jeg mogu napravlti pare metala. Taka-
dje se na ovaj
na ~ 1n
umanjuje ras1pa-
nje e lektrona jer nama njlhovog suda-
ranja sa moleku11ma va zduha. Uredjaj za zav arivanje elektronakim snopom
S""P stektl'Ona
radi pod naponom 30-175 kV i da j e s truju ja ~ 1ne 50-1000 mAo Nev1dljivi elektronsk1 snop dob1j a kon1~n1 obl1k zahvaljuj~1 magnetnom polju (6) stvorenam pamoeu
Sl. 12 1. SelDa uredj a j a za zavarivanje e lek t ron s kim anaDom
elaktromagneta (5). ~ i ! a snopa pa da na mesto spa janja predmata (7), pra-
- 22 8 ko kojag sa ostvaruje 1 uzemljenje (6 ) . Polo!aj
! l ~e
se pode§ avA promenom
j a ~ lne
u elektromagnetu (5), taka da se prl pove6anju
pobudne struje ja ~ 1ne
stru je o n a
pomer a n avise 1 obrn u to . Kin e t H':ka e n erqi j a e l ek t ronskoq s n opa usmerenoq na z ava_ri van! p rcdmet pretvara se u t oplotu prl udaru e l ektrona u predme t.
Lnergij a e l ektronsKo g Es -
U1 -
s no p a mo le se
1/2 n. m . v a e
2
po l z r az u
MJ -3l 9 ,l0 9 l.l0 k g - ma u - n apon mre l lce z a
gde je: n - broj ele ktrona u toku 1 8; sa e lektronaJ Va - brzina elektrona u ubr zAnje ele ktron a u V , reda
lzra~ un a t1
vell ~ ln e
20-60 kV ; I -
j a~ 1na
struja
u e l ektronsk om snopu u mAo Hrzina e 1ek trona u
U prlbll ! no s e
lzra ~ una va
e lektrl ~ nom
polju potencij a lne razlike
po izr a zu
km/s Zavari v ani~
e1ektronskim snopom se odlikuje: v lsokom kon-
centrac1jom toplotne energ1ja u nego ked
ele k trl ~ noq
~1 ~ 1
snopa (oko lOOO puta
ve~a
luka) , lzvodjenjem bez dodatnoq mate rljala
i pripreme stranica, veoma uzanlm § avom (te §ko uotljivim), moqu-
6no A6u zava rlvanj a qotovo s vih me tal a 1 lequra, § lroklm dijapazo-
nu deblj1n a zavarivan1h delova (s - 0,05-300 mm) 1
mogu~no~~u
za-
va rivanja mater1jala te§k o za varljivim 111 nezavarljivim drugim postupcima (He t Tat W, Ho, u ..• ). Zboq ma lih deformacija u procesu zavarlvanja, mogu6e je elektronakim snopom z a varivatl 1 delove alo! enoq obllka finalno obra-
d jene . I pored navedenih i drugih prednosti zavarlvanje elektronsk im anopom joA uvek nema veliku prlme.nu. U prvom redu zbog visoke cene uredjaja. Zavarlvanje e lektronskim anopom mo! e se prLmeniti za ve6inu me tala koji se z avaruju
za
ve ~1nu
elektrolu ~ no.
Kvalitet zavarivanja je
ma ter1j a l a jednak TIG z a var1vanju 111 bolji od njega.
Dub in a uvarivanja je nekoliko puta veda od i irine,
tako
da n1je potrebn a posebna pr1prama 1vica za zavar1vanje (sl. l22). Kao ~ to s e 1 z dat1h pr1mera v1d1 velika dubina uvar1vanja omogocuje formiranj e ~ava bez dodatnog mater1jala, jer on nastaje toplj e njem 1 ~ vr l ~ a vanjem iv1ca oanovnog materijala.
- 229 -
I'
..
I
-Emj-
I
51. 122. Zavareni spojevi lzvedeni elektronskim snopom
3.4
ZAVARIVANJE LASERSKIM ZRACIMA Zavarivanje laserom je
jl daje spojeve veoma
sll~ne
naj~ovljl
na~ln
spajanja
me~ala
ko-
spojevima izvedenim elektronsklrn
snopom. Topljenje iviea zavarlvanih delova nastaje delovanjem ko-
ncentrlsanog snopa koherentne svetlostl usmerene
opti~klm
8o~i
vima na zavarivanl dec. ~rna uredjaja za zavarivanje laserskim
zracima prikazana je na sl. 123. Osnovni deo je laserski §tap (1) sa nepropustljivim ogledalcem (21, delimi~no propustljivim O9ledalcem (3),lmpulsnom (ksenonovom) lampom (4) 1 reflektuju6im cilindrom (5). Em1tovana svetlost pada na usme-
,
ravaju6e ogledalo (7), i preko opti~kog so~iva (8) fokusira se na povr§inu, liniju, ta~ku iIi grupu ta~aka na zavarivanom predmetu (9). :ovaj na~in daja povoljna tehno-ekonomska rezultate po~ev od 1970. godine kada all razvijenl
51.
123.
~ma
zavarivanja laserom
industrijski CO2 laseri, snage do 15 kW. Osnovna prednost je Ato nisu potrebni dodatni materijali, a za slu~aj s~eonih spojeva dobijaju Be uski §avovi (b/h - 1/12), ~ist1 od:uklju~aka sa veoma malom zonom pod uticajam toplote «
0,1 mm).
OaiJn toga nema. sopstvenih napona 1 defor-
maclja koji uvek nastaju kod ve6ine postupaka zavariv&>ja toplje-
- 2 30 •. j e ::. , a nanx lt o k ed e nD s a calo;: koncet:.t.rac i j o l as.e ro~ o~uj e
sa . : a .."ari,: a..-: ) e p o lo ~a j U:.a
s .... ic
s...i. o '-'ni
lz-'~T odj en j e
?r eci=n ~
oC na j t a.."'I jih fo lij a , ?-A do t Y.:pov a 1 flee de.bl j l -
lasersk og za v a _ri v an j a s u : s na g a
p ara=e~rl
O S :lO\-n o;
::at:eri j ala. ?roces
k~~ ~r o lc o sno~~
~i! e,
L=p~sn ln
CO 2 1 i
a.ser s -
a psot"9CiOlle
za~rt "' an j a
z ah t.e va
paraoet.ara.
\"e l iki b ro j oeta:a 1 =~
~ l Uk
s v ib VTS t.a spoje v a
k .- s :lOp a, b rz in a njego vog po=eranja, pret n ik ka rak':.e r ist.i.ke
:.op l o t:n oo;
le'~a
zava-ru j e se k ont.L, c..al n.i..-
( Al 0 3 + 0 , 05 7
O , 07~Cr 2 0 3 '
l ase-
koj i j e viSe
u pri::e.ni . slu-t a j ev-i..3a, na,,·a.tiv_ an j a uvodi se 1
l; ~lca,
t.::raka, 111
pra~alc
energlj o ~
k.o j i se t.op!
Svet.losna e.nerc;lja 1z
Coda~i
\:'e~'Ca ~ kih
::ra teri. jal -
l a.ser-s ); og zr.u.a .
iIi pr.iroenin lzvora pri-
~n j u j e
se za oekO 1 t.vrdo le=1 j en j e,
zag revan j e gra
..,1.nslt ih
obje.ka~,
poit~a j
sca:panja :::::et-ala datira oC 1934 . sO
~enje,
p;.m j enje kosrut k..ih so l arn..i.h
ba~ri j a,
j~
a pr-n.
;ava.r1y a,n j e S''''f!';..losno=. e-nergi j c= za.sn..iv a se oa fokuslra:l j
S
1,;.
re tios.no:; snopa p r-l l!:e.::u se ?Os tl f ,e
'\." e llla
Jc. oo ce.n t..r a-c i j a
energi j e. Sea. o v-a j natio. ::x>;""'-X:e j e o st°.,ar1t..i s.:1A.fao svetiosn..1 $DO?
oC ve
"'"e~~a--tk. og
l:or1~6enje
izvora s '\." euosti a \: razvo ju j-e i
h elio ) s1o"'etios't.i
~w
sunCe-
je pcsebno zna.ta j no ::a zava.rivanje c
kCSl:CS u . Ured j a j
za zavart·.ran j-e
to j l s.e 1-% U:::p" sne ~
~noono 'f,~
svetl~
la.z:::pe ( 1 ) ,
~l j a
1.2" ) , sa,s-
°e ti,f a ( l ) s.oeA-
u f.i!i el1ptl&og oglada.la ( ' ) , od ko j eg se re:lek-t.uj u svet.-
losni "raei ( 3 ) pro.l,Au kroz kva.rcno spoja ( 6 ) . He )
zrac.1..ca ( 5 1 .
kro%.
0 O>ku
o~;or
u="""j"
Omo
(5 ) i
pada j u na aesco
dovodi 58 1Ahit:n.1 9a5 ( CO2 , Ax.
( ) .
SYeuo:sn.1 iJvor je ucib.lfajeno ,.a ) asne du..!1.ne 0 ,4 - .
u spektru
e.lakt.ra:>&~C>OCT :r~ j ..
pripada ob asti b.ll.skoj
f rae rveno j s 've tJ..os t.1, koj a. odgovara top 10 tn.o::
Q}e. emr.o..""", 1% ko
~d>u j e
h&loogeno-~ ~ll
~1l>..
_c.ala 1 lequr ...
% ra-Ee:nj
u. Ovo z. ~a&
l utne JtseD
l~.
!a-
- 2 31 Na ovaj
na~in
mogu be
zavarivati vetina metala 1 legura koji se zavar uju TIG postupkom i mikroplazmom
ali je uslov da debljina zavarivan ih de lo va bude manja ad 1 mm , lzuzev clova
gde je
~::::d .2L
grani~na
debljina
3 rum.
5 1. IJ4 . ~ema zavarivanja svetlosnlm zracima
J.6
ZAVARIVANJE DIPUZIJOII
Postupci difuznog zavarivanja zasnivaju se na dlfuziji atoma izmedju zavarlvanlh delova. Difuzno spajanje se lzvodi u
posebni m uredjajima (sl. 12 5) sa vak uumskim komorama (1) ili za§titnim gasovima. Sem to-
ga uredjaj poseduje polugu (2) za uvodjenje sile pritiska (5-20 MFa) na zavarivane delove (3) i sistem za zagrevanje (4). Pri radu u vakuumu (reda
0,014-0,014.10
•
lbJa
-3 m bara)
potrebno je delove zAgre-
jat! do temperature ne§ to ispod solidus linije i zatim uvesti pritisak da bi nastalo spajanje na nivou a toma. Ravne povr ~ lne
51. 125. Uredjaj za difuzno zavarlvanje
odredjenom
hrapavo§~u
SA
spa-
jaju se difuzijom utollko
-
232 -
br!e 1 e£ikasnlje ukoliko au navede n! parametri bl!!! optlma lnlm. na ~ in
Na ovaj
se mogu zavariti vatroo tporni
~e ll c l,
teAkoto -
pljl vi 1 aktivnl me tal!, keramik a , metal! sa nemeta ll ma , jer daju na ~ ln
spo j eve koji se na d rugi irna
~v rsto~u
ne mog u OBtvariti . Zavarenl spoj
k.ao 1 osnovn'l materija l jer se ostvaruje bez toplje-
nja pa nema metalurSkih
1 d ruglh promena u
~av u
1 ZUT-u. Prl menju-
je se uglavnorn za spajanje sitnih delova u ma§l n s t vu , elektrotehnlei, a utomobilskoj Industriji, elektronici, avijacljl 1 sl, lzra djenlh od Cu, Ti, Ni, Zr, legura AI-Mg , raznlh vrsta 1
niskoleglranih
~e llka
1
u gl jenl ~ nlh
livenog gvo!dja.
Kao g lavnl nedos tatak rno!e se uzeti skup ure djaj 1 o grani~ ena veli~lna
zavarivanih' delova S ohzirom na malu vakuumsku komo-
ru.
J. 7
INDUKCIONO ZAVARI VAN J o
Ked ovog
na ~ lna
spajanja metala,
koli ~ ina
toplobe potrebna
za stapanje stranica metala oslobadja se elektroIDagnetnom indukci-
jom pOmcCu struje visoke frekvenclje (HF) . Uredjaji su tako konstruisanl da obl~no lmaju dva lnduktora, od kojlh jedan slu! i za predgrevanje, a drugi za zavarivanje. Tako npr. uredjaji za zava-
rivanje cevi (51. 126) pomoeu linijskog induktora, sadr!e generator struje visoxe frekvencije HF reda 450 kHz, obuhvatni indukcloni primarnl
namotaj (1), valjke za prltlsklvanje (2), magnetno jezgro (3). Na slici je takodje prikazan smer zavari-
vanja (4) 1 ~av (5) koji sa po potrebl Obradjuje sa spoIjne i
51. 126.
~ma
unutra§nje strane.
indukcionog
zavarivanja
J.8
ZA VARIVANJo VRTLO!NIM LUKOM
Zava rlvanje vrt1o!nlm lukam primenjuje se za spajanje cev1, cevnih p·r 1rubnica za cevi (s1. 127), a u poslednje vrema bllo je pokuAajL zavarivanja oevi_sa plo~ama. Potro§nja enerqlje potrabna za zavarivanje vrtlo!nim l.ukom imo81 aka 70' energlje utroiena za
- l33 zavarivanje varnl ~e nj em . Elektri~ ni luk uspostavljen u proatoru
(1) 1zmedj u ~eon 1h pov=Hna pr1rubnice ( 2 ) 1 cevi (3 ) pre vodi se
u
v rtlo~no
kretanje aka
aa e cev! pod uticajem mag4_
n etnog pol ja stvorenog u
n arnotaj 1ma (4). Luk se Bve brze obr6e dok se ne poja2
-
u~are n e
vi praten
5
-
-- - - "5 -
--
~ lji m
pod
utica j em se rav-
nome rno zagrevaju povr ~ ine
plazme ~ eone
prirubnlce i
cev!.
U trenutku postl zanja pot-
+
rebne temperature, delav!
se naglo
pr ib11~avaju
pritiskuju p omo6u
i
hidrauli~
na y uredjaja. Unutra§nji veS1 . 127 . Eavarivanje
vrtlo ~n im
nae
1 uJeom
na~tao
lstisklvanjem
testastog materijala odstra-
njuje s e
~osle
z~varivan1a
specijalnim alat om .
Na rnest o s poja dovodi se kroz ce v re~avina
3.9
Ar + CO 2 +
°2 ,
za~tl t ni
gas -
naj~e~6e
TE: RMITh-O ZAVARIVAIIJE:
lz vo r toplote za ovaj nal:ln zavarl van ja je term.1tna re akcija izmedju ok sida nekih
metala i c is t o g aluminijuma. Dodatni
materijal se doblja sagorcvanjem termita, tj. mesavi ne oksida ne-
kih me t a l a (Fe' Mg) u prahu i
zrnastog aluminijuma. Za zavariva-
nje c elicnih delova primenjuje se
me ~ avina
oksida
~eleza
i cis-
tog a luminijuma u odnosu 78:22. Termit se stavlja u specijalni l o nac ad vatrostalnog mater1jala, unutra oblolen magnezitom
(MgC03)' Termitna reakcija poCinje tek ako se u nekoj masi termita dostigne temperatura od 11SOoC. To se n~~e posti6i elektri~ n1m
lukom ili upaljacem koji se sastoji iz barijumperoksida
(Ha0 ) i trake magnezijuma. Magnazijum sagoreva prema hemijskoj 2 jednac ini 2Mg + 02 - 2MgO + 1220kJ, stvaraju6i visoku temperaturu jer s e MgO ne topi niti isparava pa perna razlike izmedju toplotne vrednosti i toplote sagorevanja gorive materije Mg. U masi termita zapaljenoj upaljacem PoCinju hemijske reacije :
- 2J4 JFeO + 2Al
JFe + AI 0 + 01 2 J
d
~
JFe 0 4 + 8Al J Fe 2 0 3 + 2Al : Temperatura u
9Fe + 4A120 J + 02 2Fe + A12 0 J + 03
lo ~cu,
u sle d ovih egzotermnlh reakcija, dos -
ti ~ e 3000 o C, tako da se topi i 20
pada n a dna lonca , a te~ni
~e lezo i A1 0
. Rastopljeno ~ele2 3 A120 3 kao lak s l i spliva va na povr-
!linu. Ko l l~ine
toplote koje se dobijaju prl ovim reakc i jama za-
vise od v r ste oksida
1 kg FeO
~
0,622 kg Fe + 0 , 37 9 A1Z03 + 29 60 kJ
1 kg Fe)o4
~
1 kg Fe 0 2 3
~
Ko ll ~in a
~el e z a:
0 , 55 3 kg Fe + 0 , 44 7 A1 0) + 3 300 kJ 2 0 , 524 kg Fe + 0 , 476 A1 0 + 3550 kJ 2 3
os l o bod je n~
top l o t e je t o ll k o ve l ik a da s e ton a
ras top lj enog me tal a mo !e dobiti za 30 s. Term1tno j sme s ! mogu se
doda tl i
le gi r a j uci e l eIiEnti C , Hn, 51 , Ni, Cr, Mo r adi i z jedn a -
c a v anj a hemij sko g sastav a me tel a s ava i o snovno g rna terija la . Pr i z a va ~l v anju
de l ova ad si v og li va termitu se dodaje fero sl1icljum.
Al uminotermitskl
se mo g u z avarl v ati i
le g ure bakra p omo-
Ra zllkuju se dVa vida termitnog zavari v anja:
termitno zavarivanj e toplj e njem, 1 - term±tno zavarlvanje prltlskom .
Te r mitno z Qva r i v an je topljenjem (e1. 12 8) primenjuje se za nastav1janje tramv ajskih i
postolja ma9ina i
! ele z ni ~ kih
drugi~ _masi vn ih
§ ~a,
vratl1a, osovlna,
delova. Najpre se ivice (5) po-
stave na rasto janje a = o,7sVA, mm , gde je A popre~nl presek de2 l a u mm , a potom se nAsta1i ~ leb ispunl voskam. ~upljina lspu-
njena v oskom predstavlja (kalupnik) i nabija
m ode~
liva~ ki
oko kojeg se postavlja kutija
pesak (al. 128). U toku izrade livac -
keg kalupa (3) treba predvide t i ulivni siatem. , hranitelj kao kan a l za zAgre v an.je (4).
~osle
i
z a v r§enog kalupovanj a , ga&nl pla-
men iz lampe za lemljenje us me r a v a s e x.roz otv or (4), top! se vo § tani model 1 predgrevaj u i vi c e o s novnog materijala. Kada se Istopljenl v osak lacedi, kanal (4) se zatv ara gllnenlm di ~ e
z a t varac (Z) na dnu lones (1) i te c no
~ elezo
~eopm ,
po-
istice u ulivnu
- 2 35 ~ a ~u
k a lupa . Te~ n o !e l ezo izl l veno u ka l upnu ~ uplj1nu is p un java
p ro s tor lz me dju i v lea za va rivanih delava 1 isto v re meno i h de l imi -
Fe
2 1
A- A
, ....
" .. ::.. .'.: :.::,. .;",;'
"':-.' .' . ." .•....•...:......:..•••••. '.•. ...
4
S1 . 128 . Termitno z avarivanje t o pljenjem ~no
o~ vr ~ 6ivanjem
topi, taka da s e stapanjem i
s e dela vi ohlade, kalup treba razbiti 1 odse6i
formira s av, Kada ~ vrslo ~elezo
za-
os talo u ulivnom sistemu 1 hranltelju. Glavn a odlika ovog naeina spajanja je s to se dobija s av
bez za os t a lih {sops tvenih} napona, pa nije potrebna naknadna termick a ob r a da . Oprema za z a varivanje je jednostavna i lako pokretna t aka da se rno ~ e k o ristltl i na terenu, gde se ne mogu pr1menit i dru g! pos tupcl zav arivanja. Te rmit n o zav ar iv a n j e pr i t iBkom (s1. 129) pr1menjuje se za
zavar iv an j a §ln a , s tapova,
cevi. Priprerna
te~nog
ze1eza i izra-
A Z2~ J
,l(a
Lu pnik
\ -=;t. .
Prs t e71
Sl. 129 . Termitno z a vari vanj e pritiskom
-
236 -
da kalupa sli l: na je kao 1 za term.1tno z avarlvanje topljenjem . Raz llka je u poseb n om uredjaju ~ na ~ inu
r ivanih delova i sredne oaka n
t~rmltne
28
med ~ U50 bno
prltlskl van je za va -
i z l iva n ja te c n o g meta ls 1 z lonca. Nepo -
reakcij e , tec no felezo l1i celik padaj u na
~' O
l o n ea , a lak sa t r o ska (AI 0 ] ) ispli vava n avi Ae . Nagln j anje m 2 lonca (51 . 129) , u k alupnu ~ up ljinu s e najpre l z 11va troska a z a tim t e e a n me t.al . Tros ka pre:-:. rl va i v ice za v ar! vanlh delova ,
sprecava njiho va s ta panje sa liv om, a li Ih zagreva do ve o ma v lsok ih t emperatura i
prevod1 U s tan je plastlc n ostl. Medjusobnlrn pri-
tisklvan j em de l ava , npr. zav oj nom p re som , formira s e c vrst spoj , a tro ska i
de c te c n og me tala 5e lstiskuju obrazuju6i venae, P 09 -
I e hladj e nj a uklan j a s e ka l up ni k , a krti venae se r azbij a cekicem i
b rusi.
3. 10
ZAVARIVAIIJ E: E:KSPWZ IJO M
Ov aj meto d s e z asni va n a spajanju pod dejstvom dinamicKog pritiska s ev ore n og lok alnom eksploz1jo m odgovarajuceg rnaterijala. Zava ri vanj e eksp l ozijom primenjuje se za spajanje 1 izradu dvo slo j nih
prese~a .
de love kao
~to
Dvos lojni preseel primenju j u se ne sarno za raYne su limovi vee i
za eevi i
rezervoare. Zavarivanje
eksplozijom omogucuje d a se medjusobno spoje razli c lti metali, pa i me tal i sa nerne tal 1ma . Uglavnom se zavarlvanje eksplozijom primenjuje u hemijskoj industriji za
za~titno
oblaganje (plaklranje) rezervoara od
ugljenicnih celika, niklom ili titanom. Razlikuju se dye vrste zavarivanja eksplozijom: a) posrednlm delovanjem eksploziva i b) direktnim delovanjern eksploziva.
U sluc aju posrednog delovanja, eksplozlvno sredstvo se postavlja izvan povr§ina spajanja.
~ner91ja
oslobodjena eksplozl-
jom prenosi se kroz neku materljalnu sredinu Kao §to su voda, ulje 111 vazduh. Metod je veoma sllc an eksplozlvnom oblikovanju lima dubokim izvlacenje m.
Posrednim delovanjem eksplozivnog
sredstva mogu se istovremeno 11movi oblikovati i
zavarlvati, Ito
Be pr1menjuje u raketnoj tehnici, avijaciji, u proizvodnji rezer-
voara, cevi 1 dr. Prine1p metoda prikazan je na prirneru izrade rezervoara (51. 130a). Na ovoj slie1 brojcani simbol! l-vodu,
2-hermeti~k1
ozna~avaju;
prsten, 3-eksplozivno sredstvo, 4-za§t1tn1
11m, 5-osnovni lLm, 6 kalup, 7-otvor za vazduh i 8-cilindar.
-
137 -
]
2
....: .........
iI A
b.
a.
Sl . 130 . Zavarivanje eksp lozijom: a) posredno, 0) d ire ktno U slucaju dlrektnog delovanja, eksplozivno sreds t vo (2)
na(sl. 130.b) postavlja se na zastitni lim (4) koji je postavljen pod uglom a u ounosu na postolje (6) i 5e primenju je heksogen C H 0 N , 6 6 6 6
osnovni lim (5). Uglavnom
jeda'! od
najsna~nij
ih eksp10ziva
koj i se pali detonatorom (1 51. 130b.). Radi smanjenja dejstva eksplozivne 511e, na gornji 11m postavlja se p r igusivac (3 s1 .
130b). P rlgus ni sloj
mo ~ e
biti guma, vestacka materlja ili metal.
Paljenje poc inje u ta c ki A po celoj H rini lioa. Detonantni talas
5e s iri brzlnom 3UO O do 9000 mls s to daj e ogrornan pritisak na 3 gornj i lim (oko 130.10 bara) i brzinu udara od nekoliko stotina metara u sekundi s to je blisko brzlni metka vatrenog oru!ja. U
7..On1 udara zavari van ih delova, omeksani materijal tece alie no te~ nosti,
s liva 5e u jednu celinu i ocvrscivanjem obrazuje cvrst
spoj . Uredjaj za zavarivanje eksplozijom je jednostavan i Hj e govi osnovni delovi jesu: masivna podlo ! na
plo~a,
jvetin .
pribo r za
postavlj an je li mova, eksplo2ivno sredstvo i detonator. Za posredno delovanje eksplozije potreban je jo§ poseban rezervoar napunjen vodom. Proces se odigrava na otvorenom prostoru pa su neophodne za s titne mere radi obezbedjenja okolne sredine.
J. n
HLAD NO ZAVARI VANJE
Ovaj metod zavarivanja zasniva se na plasti~nom deforrnisa nju izazvanom statl~kom lli dinam1~kom silom na mestu spoja. Su~ tina je u tome da
se atom.1, plastl~nlm deform1sanjem, dovedu na
- 238 rastojanje kao U osnovnom materijalu .
N'a hladno Be mog u izvesti tat:kastl , suceoni spoj ev i od istih 1 1 1
razli ~ itlh
mog u zavarivati ne sa rno delay!
Najbo1je se h1adno zava ruju
kru~no g
tehni~k i
vl § eta ~ kasti,
§avni 1
materi jala. Suceono se preseka ve6 1 pravougaonog .
~ isti
a1uminijum i bakar j e r
imaju n isku granicu tec enja . Za zavarivanje na hladno nije potrebno zagrevanje delova
koji se zavaruju
ve ~
sarno ve 1iki pritisak reda 300 - 600 MFa , koji
izaziva velike plastlcne deformac ij e. Pod delo v anjem vl sokog pri-
tl ska
mo~e
nastati tecenje nek i h metala (AI, Pb , eu, Nt) i prl
sobnoj temperaturi, §to j e u z clste dodirne povr§lne neo phodan
uslov za h l adno zavarl v anje. Tecenje meta la mora da se odvija podeone povrsine,
~ to
du~
1ma za pos l edicu r azaranje 1 drob ljenje po-
vrsi nsklh slojeva aba dela . Na dodirnlm mest1 ma stvaraju se ne vi slojev1 na me t al n o cistim pov r §1n ama , nastaje preme § tange i1i pro~1manje
atoma me tal a delova koj1 se spajaju, §to naj zad dovod1
do zavarivanja .
Sus t ina precesa hladnog zavarivanja ovde se daje na primeru h1adnog ta~kastog zavar1vanj a (51. 131 ) . Limov1 (1) sa dobro
2
b.
o.
$1. 131. H1adno
ta~kasto
zavarene o~i§~e ni m
(2),
~ iji
ta~ke
zavarivanje (a) i prasek (b)
do dirni m povr§inama stav ljaju se izmedju vrh (3) mote biti
kr~! ni
ili krstasti.
pritiskiva~a
Ta~kasto
se mogu
zavarivati limo v i debljine 2 do 15 rom, dejstvom pritiska 300-600 NPa. G1avni parametar je stepen deformisanja metala f - s/2s, gde je s - debljina jednog lima a s1 -
zajedni~ka
debljina spoje-
nih limova. Za aluminijum je f - 0,60 a za bakar f - 0,14. Mana ovog postupka zavarivanja je uo~ljiva deformacija na mestu spajanja i
potreba za preaamA velika snage rad! ostvariva-
nja tra!enih pritisaka.
-
239 -
KOVA tKO ZAVARIVANJE
J . 12
Kova~ko
po zna t
jo ~
zavarivanje je najstarlji
na~in
spajanja metala,
od prvih dana prerade metala. Oela v ! koje treba zava-
rltl zagreva ju se
kova~kom
v atrom 111 u pe6i do cr venoq usljanja,
1 zatim se c ek16em iskivaju na naxovnju. Proces zavarivanja se sastoji iz slede6ih etapa: pripreme delova za zagrevanjado odredjene temperature i
kova~ ko
zavarivanje,
odstranjivanja kovarine 1
0)(-
sida , zavarivanja jakim dinamitkim prltlskorn, i, iskivanja naken za va rlvanja.
Ivlce zavarivanih delava treba pripremiti taka da se dobi-
je
~to
vec a dodirna
povr~1na
(sl.
132). Na tim mestima osnovni materi-
jal treba zagrejati do temperature
vise ad temperature kovanja, a iapod temperature topljenja. Pri kovackom
f-· ~-· -t ;;; III I mlll) I
zavarivanju niskougljenlcnLh cellka 0
ta temperatura lznosl aka 1300 C 1
;~I/J}I) I)I});
adgavara belom usijanju. Kovarlna se adstranjuje prevlacenjem ivlca preko
E
drveta, a aksldi pomoeu topltelja. Topltelji za kovacko zavarlvanje: kva-
S1.13 2 . Kovacko za vari vanje
renl pesak (S10 l ill boraks (natrl2 jumtetrabarat Na B 40 .10H 0), rastva~ 7 2 2 raju okslde 1 sni~avaju 1m temperatu-
re topljenja. U krajnjem rezultatu osnovnl roaterijal prelazl u cvrsto stanje, dok oksld1 pre1aze u tecna stanje. Jakim i cestlm uza-
stopnlm udarelma cek1ca, bl10 rucno 11i mehanlckl, istiskuju se oksldi 1 samim tim Be clste nalegle nlh
povr~lna
prlbll~avaju
povr~lne.
Atomi clstih metal-
se na medjuatomno rastojanje, pa medju-
mo lekularne Bile izazivaju spajanje delova u jednu celinu.
Kovacko zavarlvanje je tlm
lak~e
1 sigurnlje §to je manje
primesa u zavarivanlm delovima. Zavarljivost se pogor§ava sa parastom
J. 1 J
sadr~aja
C, Cu, Cr,
P ~i
s.
ARK - ATOM ZA VARIVANJE
Princip ark-atom zavarlvanja dat je na 51. 133. Izmedju dYe volframske elektrode odrlava se elektr~cnl luk u atmosferi
vodonilta. Prl vlsokoj temperaturl elektrlcn09 luka nastaje diso-
\
-
240 c lj aclja ( r az l ag an je) mo lekula v odonlk a n a atomn i
Ta reak c i ja j e o k ol~n l
vodonik H.
e n do termi ~ na ,
tj.
se o d uz ima toplota. Na
odreo j e no m r a s toj anju o d elek t -
h?
•
rit nog luk a , a u blizin i zava -
riv an ih l. vlca, a tomi vodon i k a uda raju u hladniji os n o vnl materija l p a n as taje r e akclja s upro-
t n a od p r t:: th odne
t j . s j edinj a-
vanj e a t oma v o don l k a H u mo l ek u-
51 .
I e H . Ova r e ak c ija je egzote r m2 na , tj . p r a6e n a je o s l o b a d janjem
1 33 . Ark-ato m z avarl v an je
top l ote . P rema t ome , a t omi vodoe l ek trl ~ n o m
nik a , spaj ajuc l se u mo l ekule odaj u top lotu o duzet u l uku i
tna
pre daj u j e as na vn o m ma teri j a l u n a mest u zavarivan j a . Doda-
:~ o l 1.~l n a
top l ote osloba d j a se i
oksldaci j o m, tj. s ago r evan j e m
vo donlka prl nj egovom s j edln javan ju sa klseonlkom 1z o koln og vaz d uh a .
Velika
k ol i ~in a
top lo te koja se o slobad j a u z o n !
~ ti cenog s t r u jan j em vo d onika , top i do da tn i mate ri jal
luk a , z a-
i i vice 0 5-
n ovn og materijala. Zah valjuju6 i r ed uku ju6em de l ovanj u vo donika n e n as t aje sagore van je s as t oj ak a o s n o vno g ma t e rij a l a , pa i z vedeni ~ av o v i
n ema ju o ks idn e
uklj u ~ k e .
U procesu ark -atom zavari v anja v o donik p o sreduje u preno~e n ju
top l ote i z
metal
~a va
e l ektri ~ nog
o d: k l s eon ik a , azota i
me ta l a ; i , n a kra j u , p r e te ranog
luk a n a os n o vn i mate r ljal, § tltl
te rmi~ kog
~ t itl
sago r evan j a s a s tojaka osnovnog
v o l f r amsku e l ek tro du od oksidacije i
opte recen ja .
Ark - atom zavari van j e se primenj u je u onim s lu~ a jevima kada d r ugi me td di n e d a ju t r a!ene rezulta te . P r ime n j u j e s e za zavar i van je n a p rsl ih a lata o d leglrani h nerdjajuc i h i
v at r oo tpornih
i n jeg o vih l e gu ra .
~ es to
~e lik a
i
~ ell ka ,
za z avarivanje
za z a v a ri v anje alumi n ijuma
s e a rk- a tom z a va r ivanje koristi za spa-
janj e tank ih li mova o d l e giranih
~e lik a ,
p revljanjem i v iea bez
do d a tno g mater1j a la. Za vari v anj e ark- a t om pos tupkom mo! e se primenltl sarno za de l ove
~ l ja
deb l j1n a n e pre laz1 5 rom. L1mov1 deblj1ne do 1,5 mm
z avaruju se b ez p ripreme, form1ranjem tzv .
ivi~nog
sp o ja, d o k s e
1 v1ce delova deblj1h od s ~ 3 mm z ako§av a ju pod uglom 70-80 0 1 z a v a ruju dodatn1m ma ter1 j alo m u obl1k u ! 1 ce
p re ~ n1k a
- 241 -
Natpritisak vodon ika treba da bude 0,2-0 ,3 bara. Tanki de lay! zavaruju se tz v . tihim luk om , koji nakan UBpostavljanj a pod vlsoklm napanorn
mo~e
da se
odr~ava
1 pri naponu
izmedju elektroda od 20 -40 V. Deblji delovi se zavaruju pri vi§im naponlma , npr. 60 -1 00 V . sl u~ajev i ma
U odredj enim
umeSLo vodonika koristl se diso-
ci ran i amoni j ak , ko ji da je bolje uslove bezbednosti prl radu,
zrulteva manjl napan na elektrodama za uspostav ljanje
elektrl~no9
luka, all izaziv a ne § to vece troSenje vo lframsk lh elektroda. Osnovna mana a rk-atom metoda j e vlsoka cena opreme 1 teA-
koee p ri usp o stavljan ju luka,koji nastaje tek pri naponu oko 300V . Osim t oga
vodonik, kao g ori v i
gas, uvek stvara opasnost
od eksplozlje.
4
TERI".ICKO SECENJE METALA
Meta ln! delavi namenjeni z a da lju prera du mogu se secl
mehanicki ili t ermicki . Za makaze i
me hanl~ke
testere.
mehani ~ ko Termi ~ ko
se~enje
koriste se nozevl,
sec enje zasniva se na sa-
gorevanj u ili topljenju osnovnog materijala . Izbor nacina secenja za v isi ad vrste materijala,
tra~ene
tac nostl abrade ivica i eko-
nomskih pokazatelja. U sluca Jevima kada se tra z i
velika tacnost secenja ivica,
danas se ko ri s te mehanicke testere. Prirnenom drugih vidova mehani ~ ko g se~enja,
nine, a
to
materijal se gnjec i i deformise sto stvar a ne r av-
ponekad i
~te tno
praline
u blizini Ivica e Gnjecenje je n aroei-
pri secenju celika poviSenih ..,hanickih osob ina , jer ta
mes t a mog u b iti koncen tratori napona u izvedenoj kons trukciji. I z ovlh i naroe i to ek onomskih razloga tarmicko sec enje metala je postalo nezarnenljivo u
aekim Inciustrijskim granama , kao sto je
npr. brodogradnja . U tehnici se primenjuju sledete vrste terrnic kog sec enja metala: gasno , elektrolucno, plazmom , lasero m e l ektronskim snoporn, eksplozivam (traxom eksplo z i va, napon skim ta l asima) .
Od navedenib
postupaka dalje se opisuju samo metodi sec e -
nja koji se najvi§ e prLmenjuj u u pripremnLm radovlma za izradu zavare nih konstrukcija.
- 242 -
4. 1
GASNO- PLA MENO SEtE NJE ekon o mi ~ nl
lako qas no za v arivan j e Bve vl §e ustupa mea t o
jim pos tupc i ma e le k t ro lu~n og i e lekt roo tpors k og z ava rl v anj a , 908-
no
se~enj e
je i dalje j e dn a o d osnovn ih
p ri pre rad i
~ e li ~n1h
limova .
S e ~enj e ~ elika
jeste osnovn i vid prlpre me i v ica
teh no 10g1 ja -g as n im go ri onicima
rad lon i~~1h
~ ell ~ nih
de lo va z a zava rl v anj e ,
a ~e8 to i za rne hani ~ ku obradu. Od ukupne p ot ro ~ nje kl s e o n i k a u te hnlci z ava r lvanj a 90 % otpada za s e~ enje metala. se ~enje
Osnova z a gAsno
j e otkrite f r a ncuskog
La voa zl je a (Lavoisier), 1775. god., da hni ~ k i ~ i s tom k i seoniku. Na pov r § ini s id!
~ eleza
d aclje .
s e i pri sobnoj te mperaturl stva r aju ok~ el1k
ad odredjene tempe nature s agore v anj a ,
~ lstog
sogoreva
kiseonlka .
Temperatura sagorevanja celika jeste
pri kojoj
! lca s a goreva u te-
(rdja), a sa povl §enjem t e mp e rature raste brzina oksi-
P~ e v
u a tmo sferi
~ elika
~ ell ~ na
hemi ~a r a
najni ~ a
temperatura
po~ lnje
sagorevanje. Ona zavisi od s adr! aja ugljenika u 0 ~el lku ( sl. 134) i za ~ isto gvo! dje iznosi 1050 C a za ~elik koji
\ .1
T;;m eracura topljenj a
4
15J9
- -- - - -
1500
I __ _ __ _-=-- ~50 I
Tempe r at ura Ba gor ctJ an .ia -
1400
-- - --- --1-- 1 • -:t:.-1 1325 1 300 - - - --1 - -- - .-I--, - t - "'r"<.,J 270
1400
------ - --- --
-- 1250- - - 1 - - -
120~ 1100
I I I
I
I I :
1050
I
I
1 000
o . 25
1, 0
1375
-~ ! -~- - r i -- - l''''''"' I ~
~I "
I
'Z :~
:~. Q
£' ~
I ~. I::D I
""I§ ,.JS ,, ~ ()I ~
I I
I
I
I
I
I I I
I I
I J ~ o ~C
51. 134 . Uticaj %C na temperature sagorevanja 1 top1jenja ~elika
0 sadrH 0, 25 %C oko 1250 C. U s tvari, gasno se mogu sel1i samo ~elicl za koje je temperatura sa g ol~ vanja ni f a od temperature topljenja. Teorijskl je ta graniee 2 \ , a
praktl~no
l,6 \ C.
Za vreme se ~enja ~ell ~ n1h 1imo~a 1 pro fila toplota oslobodjena pri s agorevanju ~ elika nije dovo1jna za odr!avanje temperature s agoravanj a, jar nastaju znatni gubici provodjenjem toplote 1
zr a~a nje m .
I z tog r azloga se pom06u gorlonlka za
se~enje
0810-
- 243 -
badja oko 1/ 3 koli~lne toplote potrebne za odr ~ avanje temperature sagorevanja, dok se 2 / 3 toplote dobija sagorevanjem metala . Proces gasno-plamenog seaenja se mo! e ra §alanitl na faze : - zagrevanja zone se~enja do temperature sagorevanja aelikAJ
- sagorevanja aelika u struji a L-;tog kiseonlka 1 stvaranja oxslda FeO, Fe 2 0) 1 Fe 3 04; - izduvavanja lstopl j enlh oksida (1 u njima rastvorenog gvo-
!dja aka 20 %Fe)
pom~u
,
ml aza klseonika.
U 5u§tini se secenj e kiseonikom i Ii oksiacetl1ensko secenje sastoji u brzorn sagorevanju metala u atmosferi k iseonika i
lzduva-
vanju nastalih oksida. Sagorevanje
~eleza
nastaje prerna hemijsklm reakcijama:
2Fe + 02 = 2FeO + 537,5 k J 4Fe + 302 = 2Fe 2 0 3 + 1651,5 kJ 3Fe + 202 = Fe 30 4 + 1128,6 kJ . Stab l1 an ok s id je Fe 0 jer ne 3 4 Fe 0 i 2 3
FeD
razla~u
podle~e
daljem razlaganju,dok se
preroa reakciji
6Fe 0 = 4Fe 0 + 02 + 377,8 kJ 2 3 3 4 4FeO = Fe 0 + Fe. 3 4 Gasno secenje metala je mogute samo aka aU ispunjena s1edeca tri us 1 ova :
Uslov 1: Tempe r atura sagorevanja metala u kiseoniku mora biti
nl~a
od njego ve t empe rature topljenja.
UB Lou ni~a
2: Temperatura topljenja oksida metala mora biti
ili najvi§e je dnaka temperaturi topljenja metala.
Ustov 3 : Toplota sagorevanja metal a treba da bude §to veca, a njeg o va toplotna provodnost
~ to
manja.
Od najvi§e prime nji vanih metala jedino vede ne us lo ve , i
to prl
tao Ot uda proizilazi ni~nl i nisk ole g iran i
ogranl~enom
za klju ~ ak
~elik
ispunjav a na-
sadr z aju leglrajuclh elemena-
da se gasno mogu se6i sarno uglje-
~e lici.
Temperatura topljenja niskougljeni~nih ~elika i.nosi 1480 0 C a temperatura toplje n ja oksida ~e leza 1370 o C, §to zna~i da je mogu~e
njiho vo
gasn~ se~enje.
Temperatura topljenja aluminijuma je 657 C, dok se oksid A1203 topi tek prl 2050 o C. Istopljeni aluminij um se oksld1Ae 1 t~e prelazi u ~vrsto stanje,§to onemogucava da o
se s t ru j o m k iseo nika udalji sa mesta se~enja. Sli~no je i sa bakrom koji se topi pri 1083 0 C, a CuO pri 1 336 o C, §to ~ini nemogu6im
- 244 g asno rezanje bakra. Osim toga bakar 1. aluminijum au doOri provo-
dnici toplo te §to ote!ava lokal1zaciju toplote , a t lme 1 se~enju
se~enje.
p~inje
ad zagrevanja iviea do tempera ture saqarevanja , a zatiro 5e pu~ta kiseonik za 5e~e n je . U slu~aju da 5e se~e n je poclnje ad s redine I1mova potrebno je najpre na tom me Pr i
se
~lr 1na
stu napraviti otvor . n ika i
reza zavisi ad pre~nlka usnika g orlo-
orijen tacl ono se uzima
1,5 d
5:;
gde je:
5
-
§ lrina reza
Brz lna
se~en j a
u mm , d -
pre~ n lk
ug lavnom zavlsl od
se~enje
usnika za
~l st oCe
u mm .
klseonlka (99 -
97% ) 1. njegovog prltiska. Pritisak klseonika bira se u zavisnosti ad deb ljlne osnovnog materijala. Prib l i!no Be n a tprltisak klseonlka
mo~e
lzratunati p rema izrazu ~
p
(0 ,71 +
2 s) .s. 10.5
Pa
gde je:p - nacpritisak kiseonika u Pa, a 5 -
debljina lima u rom .
Iako na brzinu se t en ja znatno utite hemijskl sastav osno v s e ~e nja
nog materijala, v r eme
mo~e
se
pribli ! no odreditl na osno -
vu deb ljine l1 mo va Ts = 2,8 + 0 ,0 64
gde je Ts - vreme
se~enja
5
1 m metala u min, a s - d ebljlna osnov-
nog materija la u mm .
Prl secenju
~e lika
koj1
sadr~e
iznad O,35\C 111 sa druglm
sastavom l eg lr aj u6 1h e lemena ta kojl pove6avaju zak aljivost potre-
bno je predgreyanje . Potrebna temperat ura predgrevanja Tp,(oC) se ~e n ja
1 uslovl hl adjenja poale
dati su u zav isnosti od CE u
lab l1cl 22 . Tabllca l2 . Temperatu r a predgrevanja prl CE % lie od 0 35 ,35- 0 ,70
Hladjenje
Tp 10-30
na vazduhu
30 - 100
Cr+V + CI Mo ICE= C+,-+ --S
Mn +
T
Nl
IT
C
se~enju ~ elika
%
Hladjenje
Tp
0, 40 - 0,50 100 - 200 na vazdubu 0,50-0,60 200-300 v Ue od o 60
350 - 50 0 u pe61
Pored acetilena , jevtlnlje je korlsti ti meliavinu p r opanbutana, gradski 111 zemnl gas. Odim ovih gaso va, za
se~enje
se
kOristl 1 vodonlk lako je skupljl od acetilena. Vodon ik se prlmenjuje za
se~enje
pod vodom na d ub lnl ve60j o d 10 m.
- 2 45 Sirina zone hemijskih promena pri gasnom qranicarna 0 ,1-0, 3 mm. Kao rezultat
br ~eg
se~enju
je u
sagorevanja !eleza ad ~isto6i
ug1jenika ta zona je bogatija ug1jenikom, a pr1 maloj
ki-
seonika zbog prlsustva azota nastaj u nltridi. Zona strukturnih promena je znatno ve6a 1 1zn091 1-3 mm .
Najva zni ji dec uredjaja za gasno
se~enje
je gorlonik, she-
matski prikazan na s1. 135. Osnovna je razlika izmedju gorlonika za zavarivanje 1
se~enje
u tome stc gorlonik za
se~e nje
1ma pose-
bni usnik - mlaznic u za dovodjenje klseonika.
Prema tehnicl lzvodjenja, razru ~ no,
likuju se automatsko
W
se~enje.
U malim 1 sre-
dnjirn preduze6ima najvi§e se koristi poluautomatsko
sa
/ 4\ II ~~ /II I II/\\\:
/ /111 1 1 1
poluautomatsko i
se~enje/jer
tehni~ko-ekonornskih
je
pokazatelja
neopravdano uve s ti potpunu automa-
. .'
tizaciju. Poluautomatsko
se~enje
se od1ikuje time sto se jedna operacija lzvodl
ru~no,
npr. vodje-
nje automata po liniji se¢enja. /
Po1uautomatskirn se¢enjern dobija se
Re z
ve6a ta¢nost i ravnije povr§ine 51. 1 35 . 5hema gasnog Pored
se~enja
pojedina ~ nog
nego pri rucnom secenju.
se~enja
prirnenjuje se, za de10ve lstog
ob1ika i ma le deb1jine, se¢enje u paketima. Proces
se~enja ¢eli~
nih limova u paketlma zasniva se na tome da se limovi
sla~u
u pa-
ket 1 iseku jednim prolazom. Za v reme secenja limovi moraju cvrsto medj usobno nalegati, §to se posti~e primenom odgovarajucih stezaca.
Na jb o ljl rezu1tati se postizu pri poluautornatskorn ili automatskorn se ~ enju
paketa od 10 do 50 lirnova pojedina¢ne debljine 1,5 do 8
mrn, ili ukupne debljine 75 do 100 rnm. Prdzvodja~
uredjaja za gas no 5e~enje propisuje veli~inu
otvora za zaqrevanje i
i
se~enje,
pritisak
secenje, pritisak klseonika za zagrevanje
ecetilena i brzinu se¢enja u zavisnosti od
debljine osnovnog rnaterijala. Ponekad se deje i potro§nja gasova 1. s irina reza. Pri rucnom sec enju
va ~ no
je da se
odr~ava
stalne rastoja-
nje izmedju vrha gorionika i osnovnog materijala od 2-4 rom. Ako je rastojanje manje tope se se¢ene ivice i gasi se plamen, a pri vecem rastojanju plamen
zahvata vazduh i
unoal qa u zonu sece-
nja. Na taj na¢in se klseonik me§a sa azotom §to §tetno deluje oa
- 246 se~enog
lvlce
postavlja na
materijala . Zbog t oga S8 za t~kl~e
koji
ru~ no se~enje
gorion.l k
obezbedjuju konstantno rastojanje lz-
medju usnika gorlonika 1 dela koji se sete.
U prlnclpu se liveno gvo1dje ne rno1e
jer mu je n11a temperatura
gAsnlm plamenom,
8e~1
topljenja od temperature sagorevanja
1 temperature topljenja Fe-oksida. I pored toga, p r lme nom nisKougljenl ~ nl h ~ ell~nlh se~enje
f lca koje se tope gasnim plamenom
li ve no g gvo!dja. Topljenjem
Be~enja
nog gvo1dja stvara se na mestu love potrebne za
4. 2
Di.kc ug ljeni~nlh
mogu~e
je
!lca i live-
le gura koja lspunjava us-
se~enje.
gas no
ELEKTROLUCNO SECENJE Osnovna razllka
ktrolu~nim
odnosu na gasno
U
s e ~ enje
je § to se e1e-
po.tup cima metali razdvajaju topljenjem. Delove kojl
se seku treba taka postavitl
da
se omogu61 lstlcanje tecnog me-
tala dejstvom sile zemljlne te1e. Za elektrolucno secenje se prl-
menjuju metalne 1 ugljene elektrode. Treba nakon secenja ugljenlm ko naugljenisane i
elek~rodama
ra~unatl
s tim da .u
ivice osnovnog materljala ja-
zakaljene, §to ve orna
ote~ava
naknadnu mehanll:-
ku obradu. Osirn toga, sel:enjem ugljenom elektrodom dobljaju se na~ 1n
grube ivice, pa se na taj
Zbog toga se lzradjuju se~enje
slufe sarno za
Beku samo otpadnl materljal1. posebne metalne elektrode koje
1 flebljenje metala.
Obl~no
se elektrode
vezuju za minus pol lzvora jednosmerne struje, jer se time postlfe ve6a konoentraclja toplote na osnovnom materljalu. Metalnlm
elektrodama
mog~e
~ellke,
glrane
Za ektrode,
je
1 !lebltl
ugljenl~ne ~elike,
8e~enje
prlmenjuju se oblo!ene
1
~e11~ne
e1-
se omoguduje uno §enje elektrode u rez bez opasnos-
ti od kratkog spoja. Pored jednosmerne t1
vlsokole-
slv1 11v, aluminljum 1 njegove legure.
elektIolu~no ~lme
se~i
struj~ mo~e
se primenjiva-
naizmenl~na.
U grupu po.tupaka
elektrolu~nog
rezanja metala spada 1
t' ltlktroluano Btl3enjs ki s6oni kom . Ovde se korlstl cev8ata elektro6a kroz koju struji klseonik sa zadatkom da
se~enje
poape!l ok-
sidacljom 1 odno§enjem lstopljenog metala. Otae~ene ae~enju
nom g~e
elektro1u~nom
metalnom i ugljenom elektrodom, all grublje nego prl ga8-
.e~enju.
je
povrAine au manje hrapave nego pri
se~1
Pr1.manom jednoBmerne struje direktne po1arnostl, me-
!
ne~e18zne
metals srednjih debljina u bilo
- 247 kom p olo~a ju . lsto t ~o se ovaj metod prlmenjuje veoma uspeAno za
seten je pod vodom. Kod ! l ebljenja se
umesto klseonlka
mo ~ e
prlmen itl vazduh,
e l ekt r o lu d no vazdulno l l e bl j enje. Elekt-
tada s e postupak nazlva
PO de s u ugljene sa bakarnim
omota ~ em
elektrl~ne
radi bolje
provo-
dljl vos tl. Ugljena elektroda se najpre postavlja pod uglom od 50 0 prema
pov r ~ ini
1 us posta vlja
predmeta, a zatim se dovodl vazduh pod prltlskom e lektrl ~ n1
luk. Posle uspostavljanja luka, vrh elek-
trode treba odmah zagnjurltl u deo kojl se z lebl . Na taj zavariva~kog
vaz duh odblja od tr o lu ~ no
nje
vazdu~no
9re ~ aka
~lebljenje
na zav arenim
kratera i
odnosl
te ~ an
na~1n
se
metal. Elek-
uglavnom se primenjuje za otklanja-
§avovlroa 1 za
~is~enje
povr§1na
~ell~n1h
odllvaka. Se ~ enje
plazmom predstavlja najnov1je
zas novano na topljenju
metala
0
dostlgnu~e
koji se seku. Mlaz plazme za se-
t enje odlikuje se visokom temperaturom u
ako 20.000 C) i
tehnl~ko
elektrl~nom
luku
(~ak
velikom brzinom reda veli~ine 300 mls. Visoki
energetski potencijal
elektri~nog
luka dobija se primenom meAa-
1 jednosmerne struje dlrektne polarnost1. 2 Osim alum1nljuma, bakra, l1veno g gvozdja 1 nerdjaju~1h ~elika vine od 65%Ar i
ovako
35%H
se mogu se6i 1 materljall kojl ne provode elektrl~nu stru-
ju. U tom
slu~aju
primenjuje se posebna konstrukcija gorionika u
kojoj se negatlvan pol lzvora jednosmerne struje povezuje za ok-
lop gorionlka . Ta vrsta plamen1ka daje tzv. razllku od
spolja~njeg
luka pri
se~enju
unutra~njl
luk, za
elektro provodljivih
materljala. Zbog jakih lsparenja metala i jonlzaclje okolnog vazduha, potrebno je
sna ~ nlm
ventilator1ma proverravati prostorlje u kojl-
ma se sece 111 zavaruje plazmom.
5
ZAVARIVANJE I
SE~ENJE
POD VODQM
Potrebe lzrade i opravki uredjaja 1 opreme morskih platform!, cevovoda, pumpi za vadjenje 1 transport nafte uslovljavaju radove ne same na suvom ve6 1 pod vodom od nekol1ko metara do 300 m, Ato je nesumnjlvo povezano sa odgovaraju6im teAk06ama vezanlm za vlaoke prltlake,vodena strujanja, slabu vldljlvost 1 ota!anu
pokret1jivost zavariva~a
i druge teAk~e. I pored svega ovi ra-
dovi se ipak izvode sa viAe 11i manje uspeha, zanvaljuju6i primen1 1
usavr~avanju postoje~ih
tehnologija zavarivanja. Vreme lzvodje-
- 248 nja
zavarlva~kih
rado va pod vodom je
au ~ e,
pa s u stoga 1 cene ve6e
U odnosu na radove na zemlji , a l i su ipak ovl r a dovl tehno - eko nomski opravdanl posebno kad opravki . Prl tome s e
posti ~ e
tra ~ enl
kva -
litet, uz p osebne mere za otklanjanje nekih u z r o ka gre § aka . Me tod! 1 tehnologija i zvodjenja s avova pod vodom se svode na mo k r o 1 suvo zavarivanje, zavisno od toga da Ii se izvode u samo j vodi i I i u specijalnim
komo r ama - kesonima .
Ove te hnike lmaju Bve vecu primenu jer se Instalacije k oje atalna rade p od vodom (za eksp l oataci ju na fte , mineralnih sirovlna i
sl. l
l z 1 0zene velikim optere6enjima i hemijski aktivnirn sre-
dinama (dejstvu morske vode ). Zbog toga su opravke zn atn o c e§ce
nego za instalacij e koje rade n a zemlji. U kracem osvrtu na mogu6e zavarivacke radove pod vodom razse ~e nje
motrite se zavarivanje 1
Ii . l
GASNO- PLAMENO
me tala pod vodom.
ZA VAR IVANJ E I SE(!ENJ f:
I pri primeni ovog
na~ina
POD VODOM
izvodjenja
zav a r iva~ kih
radov a
osnovnl princlp oslobadjanja topl ote na.. mestu ra da -jeste sagore -
vanje gorivih gasov a u tehni c ki cis t om kiseoniku. Klasicni plame nlci za gasno zavarivanje i secenje ne mo gu se keristitl za rad pod vodom, pa se
u?utreb ljavaj u
posebno konstruisani gorlonlcl .
Za radove pod vodom koriste se gorivi
gasovi cije se osobi-
n e u manjoj ili vecoj m_eri menjaj u pod dejstvom pri tiska vode . Stoga se acetilen ne rno!e upotrebljavati za iz vodjenje radova na
dubini vecoj od 10 - 15 m,jer s e acctilen razlafe na C prltisku > 1 -
2
i H2 pri
1,5 b .• Stega ve6u primenu ima vodonik.
Takodje se dos t a koriste tecna goriva: benzin, benzol, benzo l
- alkahol i
dr., koji se u specijalnim gorionicima prelaze u
gasovlto stanje i
u tom obliku sagorevaju.
Gasno -kl seoni~no
materijale koji lako
se ~ enje
oksidi~u
pod vodom se pre s vega koristi za
dok se
uop ~ te
ne mogu seci obojeni
metali i visokolegirani ce lici. Optimalna debljina materijala je 10-40 rom, pri c emu je tanje delove
te~e
rezati zbog brzeg hladjenja vedem ste
sni~ava
tem-
peraturu rretala l sped nje g ove temperature sagorevanja. Za deblje
delove cak i do 300 rom rezanje, ali se tra1i i
uspe ~ no
se primenjuje vodonic no-kiseonicno
veca strucnost izvodjaca. Slicno kao i
pri seeenju na Buvero, najpre se meta l zagreva do njegove temperature sagorevanja, a potom devodl
~ iBt
kiseonik u kome metal 6a90-
-
249 -
reva. Pri tome au razradjena dva asnovna tlpa gasnlh gorlonlka:
kod jednih za§tltnl omota~ oko plamena stvaraju sagorell gasovl , • kod
drugL~
plamen se
~tltl omota~em
komprimovanog vazduha.
Tehnika 1 kontrola rada su sll~ne kao i nB suvom, s tim
§ to se pre
se~enja
pod vodom
pode~ava
prltlsak gasova na ne§to
vl§e vrednosti . Pri radu u kornorama , plamen se pall na po v r §lni da s e
spre~l
nagomi l avanje gorlvog gasa u komori 1 eventualna ekse~enje,
splozlj a . Za radove pod v o dom uglavnom se koristi
a 1
izuzetno zavarivanje.
5. 2
ELEKTROLUtNO ZAVARI VA NJE I SEC ENJ E POD VODOH Elektrlcni luk se lako uspostavlja 1 odrzava i u vodi koja
se razlafe 1 obrazuje
stabllnl mehur pare oko stuba luka. Mehur
je ispunjen vodonlkom, a lazl ka
vl~ak
gasa u obllku sltnlh mehur16a od-
povr~lnl.
Od na ve denlh se koristl
podtupaka elektrolucnog zavarlvanja
ru~no-elektrolu~no
gasova kao i
a nalaze primenu i
na~ini
najvl~e
u zaititl
zavarivanje plazrnom.
Prl REL zavarlvanju pod vodom lsparenja metala i sastojaka obloge kondenzuju se 1 sa vodom obrazuju koloidne rastvore (tamne
bojel §tu otezava vidljivost na mestu izvodjenja radova . Elektricn! luk top! metal vrlo lntenzlvno 1 osnovnl uslov za stabllno odrz avanje je debela obloga spolja
za~ti6ena
premazom nepropust-
Ijlvim za vodu. Ovi premazi all U oanovi rastvor celoloida . u acetonu, a takodje nitrolakovi, rastvor bitumena u kerozlnu, dok sa-
stav obloge moze bltl lstl kao kod ablcnlh elektroda, 111 znatno prostijl, npr. 17\Tl02' 36,\ feromangana, 17\ talka 1 30\CaF 2.• P re~nlcl elektroda su 2, 4, 5 1 6 mm, a duzlna do 350 mm s tim §to je
ja~ina
struj",· ve6a za 50-60A po 1 mm
pre~nlka
elekt-
rode u odnosu na zavarivanje na suvom, a napon veei za 5-6 v.
Zavarenl §av dobljen REL postupkom u mokroj sredinl lma sltnozrnastu strukturu zbog vellke brzine hladjenje 1 oCvr§6avanja, §to u posebnlm
slu~ajevlma
u zonl uticaja toplote dovodl do
pojave martenzlta 1 ukljucaka troske, gasnih mehurova 1 prsllna. Prlsustvo azota je neznatno, all je zato sadrzaj vodonlka vellkl. U
slu~aju
elektrolutnog
se~enja
pod vodom prlmenjuju se
specljalne cevaste el"ektrode kroz koje se dovodi klseonlk cija je uloga de doprinese sagorevanju i
n1a.
lzduvavanju metala sa mesta sece-
- 250 Osi m me t a lnlh e l extro da kori ste se 1 ugljene 1
ko j e daju a str u ja
~ iri j a~a
rez , man j e (z a
r odama mog u se
~ el1 ~ ne
se~i
se
t ro~
ali au brzlne
e l ek trode I '" 300A) .
kerami~ k e
se ~ enj a
manje ,
Ke r am1~kl m
elek t -
me ta l! debljine do 40 mm , a poseb nom tehnlkom
(po t ezan j a ad go r e -nadole) i do 60 rom. Me t al1 koji ne sagorevaju u klse o n iku seku se toplje n jem i
i zduvavanj e m.
vodom ug l a vnom se prlmenj uje jedno s me rna
Za s e t en je p o d
stru j a pravog pol a r lteta , a d r ~a~ e l e ktrode kao i BV! provodnicl moraj u biti izol ovani . Na n jemu s e n alazl r eg ul ato r prltlska kisepr ekida~
an ik a 1
5. J
za st r u j u zav a r i v anj a .
OSTAL I POS TUPCI SEtENJA POD VODOM Ostal1 pos tupc i za za vari vaake r adove pod vodom lzvode se
na s lic ni m p r i nci pi ma
kao 1 n a suv o m sa odredjenim speclflcnos-
ti ma i maze se s mat rati da 5U jo ~ u fazi razvoja. Taka, npr. McrG aece n je sa rnla zom vode za sada je u fa z i eksperimentalnog istra~ l v anja i s vo di 5e na sec enje rastapanjem metala i lzbacivanjem tog rastopa pomoe u ubrizgano g vodenog mlaza. Da bi se metal rastopio p o tre bne au v rlo jake struje do 1200A, a napon ostaje 20-30 V.
pod vodo m se lzvodi 2-5 puta br!e od elektrolu~ nog se cenja sa kiseonikom ali postoji opasnost strujnog udara zbog relativno visokog napona pa je potrebna posebna za§titna oprema. Secenj e
p La ~ mom
nlje lspltano za rad pod vodom na metallma, all se sek u granit 1 beton brzlnom 100 mmVm1n Secen j s sLe k t r o ns ki m sno pom
jo ~
( s a uredjajem snage 5 kW). Razlog je nere§eno pltanje dodatnog
ga88 za lzduvavanje istDpljenog meta la sa mesta 8e~enja kao 1 slo!ena i skupa zaAtlta od vlsokog napona opasnog pri podvodnLm r a dovima . S e c 8 nj e i zauari uan j e eksptoz i jom pod vodom se mol e prlmenit! u posebn!m slu~a je vilna , pr1. c emu se eksploz1.vna tralta sa e.ksplozlvom u metalnom
pla ~ tu
postOovljOo tako do. talaa
eksploz~je,
velike brzlne 1. snage, deluje dul radne povr§ine. S ec e n js o ksidima fLu o ra zasniva se na zaman! kiseonika drugim oksldantimOo, kojl burna reaguju so. ve(!1nom metala 1 pri tome oslobadjOoju vel1ltu ~1ne
kol1~1nu
toplote dovoljnu zoo
sa~enja
ve-
me tal a 1. legura. U toku procesA posti!u S8 vile temperature
nego kod REL
.e~anjOo
klsaenikom.
NAVAR IVANJ E METALA
Na vari vanj e je proces nano s enja slo j e v a me tala na radne povr s in e nekih delova radi p o vecanja njihove otpo rnos t i na habanje , Udarni pritisak i
druge oblike o p tere cenja. l sta taka se
na vari vanj em popra v ljaju delavi o s te c eni u raou, d oradjuju de10-
vi nrad jeni s a
gre ~ kama
i i z radjuju neki n o vi proizvodi kao
~ to
su npr. dVQs lojnl limovi. U prlncipu se nav aruju sarno one povrs ine radnih delova koje su izlo z ene najvecem h abanju, pri je ponekad moguc e i
~ emu
vi s estruko navarivanje pre zamene delova no-
vi m. Zbo g toga se uopsteno na v arivanje koristl za:
- r e ge n e ra ciju deto v a i v r ~ 1ne o ~ tecene
ure djaja nano s enjem metala na po-
trenjem, ka vitacijom, korozijom ili lomljenjem;
- pOBti zan je t rale nih fisickih iti he mi jsk i h 0 80b i na na po v r s i nama pojedinih delova 111 njihovim segmentima.
U te osobine spadaju tvrdo6a, otpornost prema abraziji, koroziji i tome
sli ~ no.
Vek trajanja velikog broja usled ~ iti
tro ~ enja
ma ~ ina
i uredjaja
ograni ~ en
sarno pojedinih delova, pa se zato i biraju razli-
materijali
5
ciljem da se svim elementima obezbedi
no isti vek. To se do sada postizalo radnih povrAina
termi~ kom
pobolj~anjem
kvaliteta uspe~ije
njuje neke od ovih postupaka. Prednost je navarivanja navara mo!e bit!
pribli~
obradom, npr. kaljenjem, cementacijom,
nitriranje m, a u poslednje vreme navarivanje sve
materijal.
je
razli~itoq
~to
zamemetal
hemijskog sastava U odnosu na osnovni
- 252 I skustva koja su do s a da s t e c e n a u p r imeni t ehnlke nava r i-
van ja ji'IoJ,
po ds t l ~ u
n a jo § vec u p r i men u ovog pos t up ka u raznl m grana-
pro iz vodnje . tla sadaffijern n ivou razv i j enos ti za va ri v anja 1 na -
va riva nj a ,
ekonomi ~ ni je
j e o r g ani zova ti r aaio n ice za na va rivanje
a sman j iti p roi zvodn j u nevin r eze rvnih d e l ova . I s p i tivanja mnogl h n avare n ih celaya s u poka zal a da o nl i ma ju ve 6u o t po rno s t na haba nje o d novi h de l o v a , a aa 1m j e cena znatno ni ! a . Na v a r ivanje m s e iz r a d juju obloge sudova u hemijskoj i ndustriji , se d l ~ ta
v enti l a mo tora s a un u tra§n jim s agorevanjem i
dr .
l s t a t ak a s e navari vanjem pop ravl jaju li v a ~ ke gre s ke na ~ e l i~n i m odl i vc i ma , o dli vclma od live nog gvo ~d ja , al umini j uma i bro nz e. P rimenom n ava ri v anja mo gu6e
radn i m pov r s lnama dob ij u
n an o~ n jem
j e d a s e tra! e n e o sobine n a s kup l jih· ma t eri j a l a n a j e v ti-
nij l,o s n ovn i . Navari van je s e zasniva na po lag an ju slo j eva do d a tnog ma te' rijala na pod lo g u koja s e obi~ n o r a z li k u je po hemi jskom sastavu kad a je u pi t anju re ge n e ra c l ja , a p ri b l iz n o je l s to g h e rni jsk o g ' sas tava kad a se popra v l j a j u odli v c i iI i o tkovcl . Ot uda proi z lla z l d~
je potrebno nanosi ti n ava r e
-f> l n a ,
'St:.p
raz ll ~ lt og
hemijs ko g sastava i oso-
je moguce sarno ako s e r aspo l a~e ~ l roki m a s ortimanom do -
datn i h mate ri jal a n amen jenlh sarno za n ava ri v anj e . du d uc i da nav a rl otporni n a hab an je i ma j u drukc ijl h e mi j- ' ski sas ta v u o dnos u na podlogu to je v a z n o d a dublna uvarl v anja ~'''''''':::
b ude sto manj a ,jer j e u protlvnom te~ko ill t ak nemogu6e dobltl
na va r trazenog he mi j s k og sastava . Zbog to g a s e u ve61nl s luc ajeva tehnika nava ri vanja r a zllk uje od z a vari v anja l ak o su obe metode u p rincipu jed nake. Nava rl lz10 fe nl h aban ju mog u i mati
j e dno rodnu strukturu:
l edeburit, a us tenit, ma rten zit , lli v i §ekomponentu kod koje s u u o snovi, npr. aus tenl t noj uti s n u ti karbidl lli karbonitrldi. Austenitn a os nov a v i Aekornpone ntne legure unekoliko smanjuje t v rdocu h
nav ara, all d obro,uklinj u j e ka rbide 1 sman juje opasnost od krun j en j a. Kao n a jpogo dnija se pokazala austenltno-martenzltna struk tura s a 2 0 -40 % austenit'a, j e r se poati ze relaUvno velika tvrdoca i otporn os t prema krunjenj u. Potrebnu tvrdo6 u i o tpornost pre ma h abanju daju karbidi sadr z ani u oanov1 navara , a njihov oblik i ko11c ina zavise od sadr ~ aja
ugljenika, elemenata koji grade karbide i
termi~ke
obra-
d e . Tvrdoea raznih karblda, prema llteraturnim podacima j e u 81ede6im gran1cama: Fe C - (840-1150 HV), Cr C - (1000-1150 HV), 3 z 3 Cr 2 3c 3 ~ 1650 BV; WC-(1700-1750 BV), w C ~ 3000 BV, VC - (27002 19 00 HV ), M0 2 C ~ 1600 HV , TiC ~ 32 00 BV.
-"
- 2 5J Najekonom1 ~ nije
lequre za n a v are o tporne na haban j e au s a
Cr kao osnovnlm leglraju6 1m eleme ntom,
p t~ ~ e m u
mo ra biti l s punjen
uslov 9 < Cr / C < 22. J o § ve6 a otpornost na h abanje uvodjenjem W, V i B na
ra ~ un
posti ~ e
se
s n i f enja sad r f aja Cr. Kada se tra f i
austenitna osnova uvodl se do 9 \ Ni . Nava r! otpo rn l prema korazlji lzvode se ad dodatnog ma te -
r i jal a koji po he mij skom sastavu odgovara nerd j a j u6 im prl pol aganju n ava r a n a podlo g u od ~e l lka
neg
n i skoug l jeni ~ n og
~e li c i ma .
i n l skolegi r a -
mofe na s tati z n at no me §anje , te 6e s e p r y ! slo j ra zll -
kovatl po he mi jsk om s a sta vu ad dodatnog materij a l a .
Zbog tog a je , za svak i konkretan korak i zbo r postupka i
doria tn og materij a la. ko ji
~ po s tav ljaj u
sl u~ a j
navar i van j a, p rvi
tehnl ke na varl vanja, a zatlm sleduje l zbo r
Ve l i~i na
ra dno g de l a , nje go v o b lik i zahtevi
z a k v alitet rad ne povr s ine
uti ~ u
n a izbor pos-
tupk a . Gl avne k arak t eristike o sn ovno g ma te rijala od ko jih z a v is l lzbo r po s tupk a n a va ri v anja su h e rni jskl sasta v, te mpera turs kl i nte-
rva l
o ~vr§ca vanja,
koeflcljent linearno g s i r enja 1 s tlm u vezl
sops tveni napo ni 1 deforma c i je .
Deb ljina nav a r a j e do 3 mm, a kada se tra! e deblji navari Dano s! se v l §e s loje va i i pak s e za t v rde 1 veoma kr te le g ure uvo-
di
og ranl ~en je
od naj v l §e d v a s loja ukupne debljlne do 8 mm.
Na va rl lzvede nl g ae nlm plamenom i TIG postupkom mo gu blti tanji od 1 rom. Sk u pLja n j. na Va r a pri
o ~ v r §6 avanju
vat! velike s opstvene napone i ne m ~
mo gu6 nos ti za tehnolo sko
1 hladjenju mo fe lza z -
deforma cije, jer prl n avarivanju uravnote ~ enje
s opstvenih napona
nava rivanjem sa suprotne strane . Ipak su na raspolaganju ve6 spomenute mere z a srnanjenje deforrnaci j a, k a o npr.sa v ijan j e delova
na s uprotau stranu od .....rlv;,""og d e la
o ~ ekivane
de formacij e 111
u ~ vr §6 i vanje
na-
s te z a ~ ima.
Prl navarlvanju delova velike krutostl neophodno je predo 0 gre v anje do 400 C za ele k trolu~ ne postupke navarlvanja i do 600 C
prl navarivanju gasnim pl ame nom. Av al ite t p ov~6i " e je prl navarivanju veoma grub, te 5e goto VQ uve k mora ra ~ un a ti sa n a knadnom me hani ~ kom obradom. Najkvalitetni j a povrs ina l z grupe postupaka
elektrolu~ nog
navarivanja
doblja se prlmenorn TIG-a (nadvl §enje oko 1 rom), a najgrublja kod REL postupka
(nadvi§ en j e oko 2 rnm).
Za delove kao s to au ve d tlce bagera,
~ eljustl
drobllice
za k amen, radni e lement! n e kih p o ljoprl vrednlh ma §ina nlj e potrebna nikakva naknadna obradA, .ali
5e
kod navarlvanja zupcastih ve-
- 254 naca, aedi§ta ventila , blOKova motora ltd ., uve k mora blrati 1 8 -
gura
2&
navarivanje koja se mofe
va ri v anju alata, npr.
obradjivati. Pri na-
koval!k.ih matrica, pre
var se omek§ava !arenjem, a term1~kom
mehAn l ~k l
k~~a ~ na
me.hani~ ke
obrada na-
tvrdo6a po st1 2e se naknadnom
obradom . utl~ u
.I.I.todi nQva r i v anja dosta
na
l
osobine navare-
nog s l eja. Cotovi 9v1 pos t upci zavarivan ja topljenjem sn09 , REL, MIG , MAG, TI G ,
po~ ev
ad 94-
EPP, EPT, plazme pa do lasorskog moqu
S8 prlmenlt1 1 za navarlvanje p r i ~emu je, pored o stalog, razlika i u produktivnos ti od 0,5-30 kg / h nanetog ma terij a la, Kao §to je ve~ istaknuto, oaobine na varenoq sloja uglavnom zavise ad le gure koja se koristi kao dodatni ma terijal. Drug! ut.1-
cijni fak torl BU sastav osnovnog materij a la, postupak navarlvanja i
parametrl navarivanja kao 1 broj s1ojeva. Ko11~ina
o sno vno g materlja1a rastvo=eno g u navareno m s 10ju
menja se zavlsno od broja nanetlh s10jeva i parametara navarivan ja , za dati osnovnl i do datni materija1 1 usvojeni postupak navarl vanja . Pri tome se
def lni ~e
o dnos
me~ anj a
kao procentualnl
udeo osnovnog ma terljala u navaruj njegovlm porastom opadaju korisne osabine n avara ( tvrdoCa , otpor prema habanju 1 a1.>. Ponekad &e primenom pogodnog medjus l oja odnos me§anj a znatno smanjuje 1
l s tovremeno umanj uje nepote1jne posledice koje nastaju 1bog
raz11~i '
tih koeflcljenata §lrenja odnosno s kup1 jan) oanovnoq 1 dodatnog ma-
terijala, Or i jentac lono se odnos
me~anj a
uzlma u granl'cama do S' kod
navarivanja gas nim p1amenom, 1 0 -3 0\ ked REL, ,
~G
i navarlvanja
p unje nim ! icama, dok je kod EPP postupka 10-40\, Razwuljivo je da se U okvlru navedenlh vrednosti,za iate materlja1e 1 postupke na.va r ivanja, odnos
me~a nja
mofe menjati zavlsno cd osnovnih parame-
tara procesa, prvenstveno 1
ve11~lne
ja~lne
struje, brzine p01aganja navara
prek1 apanja susednlh na vara .
Za raznovrsne materljale ovaj odn08 varlra od 1-60\, a minlmalna deb1jina navara
uobl~ajeno
je od O,6-S mm zAvlsno od poa-
tupkA 1 tehnike navarlvanja. Kada se tral e
ve~e
debljlne nAvare-
nog sloja primanjuje ae vi§e slojno navarivanje e1me . . poatile potrebna debljina, Posebno je u ovim slueajevlma bitno obratiti pafnju na plaati~no. t odnosno krtost navarenih slojevA 1 predu:eti
od9'ovaraju~e
mere pri izboru dodatnog m&terljala,odnoano
tehnologije, U suprotnom, kada au potrebne dabljine manje od 0,8 mm umeato navarivanja traba primeniti metalisaciju koja . .
- 255 izvodi posebnim tehnologijama Ato nije za sada predmet na § ih proucavanja. U svim
s lu ~ajev l ma
navarivanja neprekldna v eza se ostvaru-
je preko zone spa janja osnovnog i dodatnog mate rij a l a , koja is t ovremeno mora da obezbedi i n a jbol ja mehani cka svojstva te zone . lako se nekim me todama metalizacije
mo~ e
ostvariti bolja metalur-
tka veza neg o pri navarivanju njihove mehanicke osobine i debljina s u t sped vrednosti dobijenih navari vanjem.
4. 1
4 .1 .1
PREGLED METODA NAVARIVANJA
Gasne navarivanje Ovim postupkom veoma se malo topi osnovni ma terijal, taka
da odnos mesanja mofe biti nifi od 1%, sto je posebno vafno kada se koriste skupi dodatni materijali u obliku mesavine karbida u prah u (steliti). na va r
mo~e
Izvodja ~
veoma lako upravlja proces om pa se
naneti i na povr§ine malih dimenzija. Mogu se navari-
vati uski kanali i
flebovi i nanositi s lojevi debljine ispod 1
mm , ali sa malom brzinom polaganja dodatnog materijala koja ne prelazi vrednost od 1 kg/h. Za gdsno navariv anje koristi se posebno konstruisan gori-
onik (51. 136) sa doda tnim sudom u kome se nalazi legura za na-
S1. 136. Shema gorionUa za gasno navarivanje varivanje u obliku praha . Prah se na izlazu iz gorionika topi i u obliku raspr senih kapljica nanosi na radne povr§ine. Ovo je u sus tini metal1zacija jer se osnovni metal ne top!. Oebljina nanetog sloja iznosi 0,05-3 mm, a brzina polaganja navara 0,5 kg/h.
-
4.1.2
Ru~ n o e l ektrolu ~ no
256 -
navarivanje obl o!enim elektrodama
:i ohzlrorr. na malu produk tlvnost ,
ispla li se s arno u
5 1u~ ajevima
RE L-postupak nava rivanja
koll ~ lna
kada je
materlj a la ko jl
se navarivanjem nanos i mala a vre me efektlvnog rad a kratko. Pro-
ces se odlikuje nlskom cenc m op r eme , nj e n om kim prilagod javanjem pri nudnlm
pokretljlvo~6 u
1 1a -
navar ivanja . Odnos me-
po lo ~ ajima
~
~n ja 1Z 0051
10 - 30 %, deblji n a navara iznad 3 mm , a br zlna polaga-
nja n avara mo!e
~e
c nog ce lika a li sa
debi t! istim jezgrom elektrode od nlsko u g ljeniaruk ~ lji m s~s tavlma
obloge e l ektrode . Tra!eni
hemijski s a s tav nava renog sIeja 1 potrebna
tvr do6 ~
postl ! u se u
trecem s l oj u navara, j e r prvi sloj, a u manjoj merl i drugi, aa-
d rti sas tojk e podloge. Tvrdoca n avara u ve likoj me ri zavisi i od tehno l o ~ kih
uslova navarivanja. Najveca t v r doc a dob ija se bp.z pred-
grevanj a podloge i vl§eslojnim na va ri v anje m. All u tom
slu~a ju
po-
stojl o pasnost o d pojave p r s lina u prvom n avaru, tim veca § to je veca tvrdo ca nanetog s loja. Zbog toga se pri navarivanju krutlh de lova velike mase mora obaviti p redgre vanje, ma da ce zbo·g toga opasti tvrdoca nava ra usled smanjenja brzine hladjenja. Po praviIu je struja navarivanja ma.nje
ja~ ine
od struje zavarlvanje, ug-
I avnom radi smanjenja dubine uvarlvanja, tj. oanosa me§anja. Uobl ~ ajeno ,
proizvodjQ ~ i
naku elektrode daju i
4. 1 .3
elektroda za navari v anje, uz oz-
tvrdo c u navara.
Navarivanj e u atmosfer1 za§tltnlh gasova Za navarivanje se mogu primenlt1 sv1
u
za~ti
ti gasova I1AG , MIG, TIG
uvek koristi d o da tni ma terijal
B
tim
~ ijim
§ to
na ~ lni
zavarlvanja
se kod TIG navarivanja
se stapanjem obrazuje navar.
Navedeni postupci se mogu lzves t1 u svim polo!ajima, a mala zapremina rnetalnog kupatila omogucuj e polaganje navara mallh preseka na bilo ko jim delovima. Navarivanje u zaAtiti gasova mo~e se izvodit'l automatski 1 poluautomatskl. Pz::;l poluautomatskom navarlvanju gorionik se vod1
ru~no
a !ica dovodi automatski.
Navarivanje u zastltl gas a CO
naj~e§te
2 nutnim k r atk i m spojevlma elektrodne !ice, pri
se lzvodi sa tre~ emu
dodatni mate-
rijal pre lazi na osnovni u obliku izdufenih kapljica. Dobijeni n ava r MAG postupkom je pravilan, a gubici na prAtanje relativno mali . U takvim uslovima dodaci za
Ato je
naro ~ ito
va! no sa ekonomske
nju sitnih delova.
mehani~ku
ta~ke
obradu nisu veliki,
gledi~ta
pri navariva-
- 257 Postupcl navarlvanja TIG 1 MIG gotovo se jedino primenjuju za navarlvanp vlsokole g lranih
~el ik a ,
kao 1 aluminljuma 1
nj egovlh l egura. Navarl dobljenl MIG postupkom debell su preko 3 mm , lmaju odnos meaanja 10-30 \ , a ostvaruje se brzina polaqanj a 1 do 6 kg/h. Postupak TIG navarlvanja spada u tehnlke sa malom dubinom uvarivanja kojom se mogu navaritl veoma male povr§ine . Debljina navara je 2-4 mm, odnos me§anja 2- 40%, a brzina polaganja navara
do 2 kg/ h. Nlje pogodno TIG navarlvanje z a lzvodj e nj e radova na terenu ve6 sarno u radionicama.
4. 1. 4
Navarlvanje plazmom U principu se uredjaj za zavarivanje arganskom plazmom
mo!e lskori stltl 1 za navarlvanje, s tlm § to se po potrebl mote konstruisatl no va mlaznlca. Dodatnl materljal je u obliku !lce l1i praha kojl se uvodi
s11 ~ no
kao kod qasnog navarlvanja 111 se
pre thodno nanosi na radne povr§1ne, a zatim stapa toplotom plaz-
me. Odnos mesanja prl plazmenom navarlvanju lznosl jedva nekoliko procenata , sto
prak t1 ~ no
datnog materljala. To
ne
zna~l
utl~e
na promenu hemijskog sastava do-
da se potrebne osobine, a
na~ito
tvrdo6a 1 otpornost prema korozljl, moqu dobltl ve6 u prvom navare no m sloju. Poznate teAko6e pri nano§enju bakra 111 bronze na povr§lne
~e ll ~ n1h
delova moqu se prevazidi prlmenom plazmenoq na-
varlvanja.
Ako se kao krlterljum za ocenu pojedinih postupaka navarlvanja uzme najmanjl odnos mesanja 1 minlmalna dubina uvarlvanja onda navarlvanje plazmo m zauzlma prvo mesto.
4.1.5
Navarlvanje pod pra s kom i
troskom
1. Navariv an je pod pralkom se u praksl dosta korlstl zbog
vlsoke prodUktlvnostl i v lsokoq kvallteta lzvedenih navara. Pod pra Akom se navaruju sarno maslvnl delovl postavljenl u horlzontalan polo!aj; prl ~emu dodatnl matarijal mole bltl u obliku 11ce (jedne 111 dye) 111 trake. EPP navarlvanje najv1Ae se pr1menjuje u
8l~aju
reqenera-
cij e clllndrl~nih povrAina ~eli~nih valjaka velikoq preenika
- 258 (sl . 137). Navar1vanje S8 izvod1 nepreki dn im procesom uz obrtno kretanje va 1 jka 1 translatorno kretan j e zava rl va~ k e
glave du! a se v a-
Ijka. Po pra vl1u, navare n i
s lojevi tre b a da imaj u ve ~u
tvr do6 u 1 otpornos t na
h abanj e o d o snovnog ma terij a1a . Re~ lm1
EPP nav arl va-
nja usva jaju se P rlk a ~
5 1 . 13 7.
n ava r e nog va lj ka
vno s t potrebna je § to me§anja tra! l s !u~aja
ja~a
s e suprotno.
biraju se optimalna
U
ju
Nava~iv a" je
k ori § ~e nj em
protivure~na
zahte va: za ve6u produktistruja nava r i vanja, a za manji odnos U zav isnosti re~ en j a .
od
s vakog konkretnog
Brzina po1aganja navara je
10-30 k g/ h , a deb1jina navara je iznad 4
2.
obzir dva
uzima ju~i
Mm.
pod tr oskom se lz vodi u vertikalnom polo ! a-
bakarnih ka1upa dvostrukih zidova radi hladjenja
te ku60m vodom. U zavisnosti ad oblika navara, kalup mo l e bitt
nepok re tan taka cia obuhva ta c e o navar 111 pokre tan u skladu sa naras tanj em n avara . Odnos me§anja tj . sadr!aj osnovnog materljala
u navaru ne 12
mo ~e
biti manji od 2 0 %, a debijina navara ne manja od
llIID .
Tipi ~ an
primer EPT navarivanja sa vi Ae elektroda jesu va-
1 jci za hladno vaijanje . E1ektrode se razmeAtaju po obodu vertikalno postav ijenog valjka na ravnomernom rastojanju. Za dobijanje ravnomernog uvarlvanja po celom obodu v aljka, elektroda
m0-
ra izvoditi osci1atorno k retanje po IUkovima koji odgovaraju ugIu od 120 0 Ne
•
ulaze~i
u detaIje, uopli4:eno se mo! e istacH za sve na/!i-
ne nav arivanja, da su u cilju post1 zanj a potrebnog kvaI1teta navarenog sloja neophodne posebne mere pripreme: predgrevanje, itd. kao i naknadna naj zad kontro1a
sli~no
term1~ka
i
kao 1 pri zava rivanju.
~iA~enje
mehani~ka
povx§1na, obrada i
LEMLJENJE I LEPLJENJE
1
LEMLJENJE
Lemljenje je proces spajanja metala u mo~u
istopljenog dodatnog materijala - lema,
~vrstom ~ija
stanju po-
je temperatura
topljenja znatno niia nego kod osnovnog materijala. Osnovna razlika u odnosu na zavarivanje je i v ice osnovnog materijala, ~vrst
spoj
ve~
~to
se pri lemljenju ne tope
se top! same dodatni materijal.
se ostvaruje, pre svega, uzajamnom difuzijom izme-
dju istopljenog lema i osnovnog materijala, i u manjoj meri adhezijom. Lemljenjem je giranih
~elika,
mogu~e
spajati sve vrste
ugljeni~nih
i le-
sivi liv, temper liv, ne!elezne metale i njihove
legure i plemenite metale. Lemljenje je jevtiniji k§e ga je izvoditi i mote
na~in
spajanja od zavarivanja, la-
se primeniti za spajanje veoma tankih
limova i sitnih delova. Struktura i
mehani~ke
osobine osnovnog
metala se pri lemljenju ne menjaju jer je temperatura zagrevanja niska. Iz tog su razloga
termi~ki
naponi i deformac!je elemenata
koji se leme znatno n!!! nego pri zavarivanju. Nedostetalt ~ina
le~jenja
u odnosu na zavar!vanje je manja ja-
lemljenog spoja. Ona u velikoj mer! zavisi od vrste lema,
difuz!onih procesa ! temperature lemljenja. I pored toga se lem-
-
~60
-
lj."ja.. spaja ... 1111:1 broj delova u autoJDObllaltoj 1 prehr..-noj induatr1j1, sati .. u .lektr0ll1c1 1 .lelctrotehn1c1, rac110 1 telavi&1j.koj tehn1c1, 1td. Sultina proceaa l.mlj."ja objalinjava aa. 1) Kvalenj ... metala pomodu 1stopljenoq lemal "kvalenj.naatupa ako •• tanak aloj lema. ne prek1d.a, ved: ae r avnomerno ruliv& na povrlin ...... pripramljanim za lemljenj •• RazU.vanje nastaje delovanje .. pr1vla~nib a11a 1zmedju delova lema 1 oanovnoq matar1jala. 2) X4p11arnoi6u koja o ..~uj. da se 1atopljen1 lem poc11qne 1 iapuni .vatu pralinu rede ""l1~ina 0,012 do 0,05 _. 3) D1fus1jom del1J!a raatopljenoq lema u oanovn1 _terijal 1
del1m1~nom
ero.1jom oanovnoq materijala. Dubina c11tuz1ja zavis1
od telllp8ratura 1v1ca OBDovnoq mater1jala, vremena trajanja lamlj_j_, toplotna provoc1lj1voati oanovnoq mater1jela 1 raz11ll:. 1z_dju .... l11!ine atoma OBDOvnoq mater1jela 1 lema. ···Za vr.... rul1vanja lama po povrliin1 n11!noj
ta~k1
triju taoa
(~vrate,
te~
~vratog
tela u qra-
1 gaaovite) naataje ravno-
te!a ?attora a11a povrli".kih "OPO"O (sl. 138). na grenic1 okva1 , 2 - napona lenog ~vr.to metala 1 te~DOg lema O2 ,3 - napona na gren1c1 te~ DOg lema 1 rastopa top1talja 111 zalititnog qaea a l ,3 - napoDa na gran1ci okvalienog 1!vratoq metala 1 rastopa top1telja 111 zalti tnoq gasa. 0
1'1
, '"
81.138. R.a&poc1el. qreni1!nib povrlI1nskib napona lema
Bea obaira lito je pojacU.na komponante povrlinakoq napona telko oc1rec11ti, naro&.to 0 1 ,2 10 1 ,3' moqu aa oc1rec11ti ualov1 ravnote!.
co •• -
dc1.kle .a mogu snel1a1rati ualovi potrebni za kvallenja oanovnog matarijela pomo(!u rastopljancq 1 ..... 1. ldealno kvalanja naataje sa • - 0, tj. sa
kada _
lam potpuno rasl1v. po povrlini lamljenoq dela.
- 261 U praktien~
us10vimA ltvaienje .e ocenjuje ltao poz1tivno
ltada je 0
1 ,3 - °1,2 > 0,766 O2 ,3
o
I to odgovara ug1u ltvaienja • < 40 C. Oaljom analtzom do1azi se
do
z eltlju~lta da
0 1 ,3 -
° 1 ,2'
kvalenje potpuno 1zostanje ltada je 9 - w/2 i11
a za ~ - 2w rastopljenl 1em se okuplja na podlo~ u
obliku 1dea1ne kug11ee. 2. Vis ina do koje se te~ni lem podi!e u kapllarnoj (al. 139a) 1znad nivoa te~nog lema odredjena je 1zracom h _
ee~iei
4ocoa, d.p_g
a v1sina izmedju dYe parale1ne 1 b11slte ploee (al. 139b)
h _ 2acos; 1.P.g gde je a - povrAinski napon te~nog lema, • - ugao kvaAenja, d pre ~n ilt ltapllarne cev~ice, p - gustina te~o", lema, g - uhrzanje sUe zemljine te!e, 1 - zazor izmedju ploea •
•• ,,'"
,
,< -: _-:--
= H~_L
--' .-
=--..:::
E- -_ .~ . -=~--~ . -~ - -
Sl. 139. Pojava ltap1larnosti u cevima 1
-L"""It_. . ..
... '
:X w
_~ . ___
--- --.- -
zazor~a
3. Brzina 1 duhina difuzije ras topljenog lema u osnovni metal zavis1 od temperature lemljenja, vremena trajanja proeesa, metalne e1sto~e povrliina, termielta provodnosti osnovnog materijala 1 razlilte u velle1nama atoma osnovnog .... tala 1 ltomponenata lama. Kinetilta difuz10nih proeesa je ve6 objalinjenja u delu 2, tae ka 1. 3.5 i, u vezi s tim,pr1 lemljenju difuzija dovodi do pojava evrstih rastvora ili intermetalnih jedinjenja koja ostvaruju vezu 1zmedju osnovnog metala 1 lema, uvisno od hemijskih
- 262 elemenata sistema 1 njlho v.e rastvorljivostl . Ua 51 . na je
~ ema
le~jenog
140 prlkdza-
spoja koji se sAstojl 1z os novnog materijala ~ astojaka
(1) , zone difuzlje ma
U
le-
osnovn!. metal ( 2 ) zone le-
ma sa dl f undovanlm sastojc i ma
osnovnog meta l a (3) i
~ ist og
l ema (4). Pri le mljenju, uglavnom treha obaviti slede6e operacl-
51. 140 . Gradja lemljenoq spoja 1. oeistiti po v r § ine
je:
koje treba le mi ti i odmas titi ih;
2 . postaviti de love k oj i se spaj a ju u krajnji polo1a j i obezbeditl ih od pomeranja u toxu lemljenja; ,
to
3. naneti topitelj
i
lem na mesto lemljenja i
zagrejat1
'
meato do temperature topljenja lema,
Razlikuju se tri vrste lemljenja:
- meko, - tvrdo,
-
1.1
zavarlva~ko.
TOPITELJ I
ZA
LEMLJENJE
Osnovna uloga top!telja je da rastvori oksidnu skramu sa
pOvr§1na predvidjenih za lemljenje i da povr§1nu za §titi od ponovne oksidacije u toku
lemljenja. U nekim
sn1 1 avaju povr§1nski napon lema i prodiranje lerna 1 u
slu~ajevima
topitelji
time pobolj§avaju kva§enje i
najrnanje prsline.
Top1telji za lemljenje se izradjuju u
~vrstom,
te~nom
ili
gasovitom stanju; u trenutku lemljenja, pri sVom aktivnom delova-
nju svi topitelji prelaze u
te~no
11i gasovito stanje. Topitelj
ima relatlvno malu gustlnu pa pri leroljenju lsplivava na povr§lnu
rastopljenog lema i ia to v remeno povecava
te~lj1vost
lemu. Hemijs-
ki sastav topite1ja mora bit1 takav da se on ne rastvara n1 u 1erou ni u osnovnom materija1u, nit1 da na njib u hemijskom pogledu
§tetno deluje. Temperatura topljenja topitelja treba da bude za o 2U-40 C n11a od temperature topljenja lema da bi se pre lemljer.ja 0~i8t11e
povr§1ne osnovnog materija1a.
- 263 Ze mako lemljenje se keo topitelj primenjuje sona kiselina HC1, cinkhlorld Zn C1 2 , 111 ... Aavina cinkhlorlda sa amonljumhlorldom (nlAadorom) NH 4Cl. Primenjuje se joA 1 te ~nost poznata
pod lmeDom · voda za lemljenje", Ato je u stvarl rastvor clnkhloride u vodi.
Prakti~n6
se
noj kiselini sa mallm
dabija rastvaranjem apl1jaka clnka u 50dodacim vode. Upotrebljava se 1 topitelj
u vldu paste sastavljene od znCl
(14%), NH Cl ( U ), H 0 (8 \ ) i 2 4
1
vazel1na l 77 \ ) • Pasle l emljenja preostali deo topltelja se mara sasvlm odstranlti, osim aka se ne primeni b eroi jski neaktivna materija kolafanijum (prirodna smola) • Topiteljl za tvrdo lemljenje uglavnom su natrijumtetrabor a t (boraks) Na 1 B 40 7 .10 H2 0 111 boma k1selina 8 B0 • 3 3
1. f '- LENOVI
"'"
~ema na~inu lemljenja
lemovi se dele na meke i tvrde,
odnosDci<;n a lako topljive i tellka topljlve, zavisno od toga de 11 ~
0
1m je temperatura topljenja isped 450 C ili iznad ove temperature •
•
N.ki t.moui su legure lakotopljivih metala
naj~eA6e kalaja o * 0 Sn (232 C) 1 olova Pb (j27 C) sa malim dodatkam Sb (631 0 C).
Visokokalajni lemavi sadr!e oko 90\ kalaja, nasuprot nim sa aka 20\ kalaja i ostatkom olova.
Sadr~aj
niSkOkalaj-~
antimona kre6e se
cd 0,5-2 % u zavisnosti ad vrste lema. Dodatkom antimona oa nagao pad
ja~1ne
9pre~ava ~.
lema na sni!enim temperaturama, izazvan veoma
krtom alotropskom madifikacijom kalaja. Gornja 'emperatura topljenja (likvidus) kalajnoolovnib legura zavisi od sadr!aja avih ele... nata, kako je to prikazana na s1. 141.
300
, ,3 7
..........
"\
250 200
a
150 100
0 R
........... R+
1/19,5
1:h 61
/
a
I' 0
+ B
232
0
:.:b
9
97 Y
I---'
. 10
4::0
30 40
So 60 (0 80 90 10 o
Pb
Sn
51. 141. Dijagram stanja legura kalaj-olovo
Ij 0 ugradl je data temperatura topljenja
,
- 264 Legure za mako lemljenje mogu da sadr ~ e jo§ blzmut 81 o o ( 27 1 C), k admijum Cd (321 C), clnk Zn (4 20 o C). Glavnl sastojak mekih nlskotoplj lvih lemova je bizmut ,
~ lja
je os n ovna odllka da
lemu s ni !ava ternperaturu topljcnja. Na primer, legura pozn ata kao
Vudov-metal, sastojl se od blzmuta 8i (50.), o lova Pb (l5\), kalaj a Sn (1 2 , 5% ) i kadmijuma Cd (12,5 %), lma temperaturu topljenja o svega 60,S C . Nlskotoplj~vl le movi na b azl bizmuta prlmenjuju se za lzradu automatskih protivpozarnih uredjaja ,koji se sam! aktlviraju topljenjem bl zmuto vog lema kad god spolja§nja temperatura predje
krlti~nu
vre dnost koja zavlsl od radnlh uslova.
Legure za me ko lemljenje s u male zatezne cvrs to6e (do aka
o 100 MFa) 1 lmaju temperaturu topljenja od lSO-300 C, a lsporu~ u ju se U ob liku zica, § lpki, treka, prema oznakama u standardima
JU5 C.El.041 i C.L9.030. Za tvrdo lsmtjenjs se kao lemovl primenjuju c ist bakar
(Cu), legure bakra 1 clnka (Cu-Zn), legure bakra 1 nlkla (Cu-Nl) 0 1 legure bakra sa srebrom (Cu-Ag). elst bakar Cu (lOS3 C ) prlmenjuje se
najvl~e
prl lemljenju
~ell~nih
delova u pe61ma sa za § tl-
tnom atmosferom. Legure bakar-clnk (meslng) najvl§e se prlmenjuju kao lemovl za tvrdo lemljenje.
Najnl~u
temperatvru topljenja lma-
ju legure sa 36-54%Cu, all su ove vrste meslnga veoma krte jer sadrie velikl procenat cinka; stoga se ove vrste lemova ne upot-
rebljavaju za delove lz10zene udarclma, savljanju i vlbracljl. Kad se od lemljenog spoja
tra~l
vellka
ja ~ ina,
kao lem se prlme-
njuje legura bakra 1 cinka sa dodaclma kala ja (5n), s111cljuma (51), nlkla (Nl) 1 mangana
(~m).
Od srebrnih lemova najvl§e je u upotrebl
•
ra sa 28,5' Cu, 1 ostatkam lemovi
S8
eutektl~ka
legu-
srebra. Ponekad se izradjuju srebrni
dodacima Ni, Mn, Cd 1 Sn, cime 1m se snl!ava temperatu-
ra topljenja. U tvrde lemove ubraja se i me§avina praha: ferolegura, ce-
lika, slvog 11va 1 bakra sa toplteljima. Ovaj lem se prlmenjuje za spajanje
plo~lca
alatLma za obradu
od brzoreznog
~elika
111 tvrdlh metala sa
rezanj~m.
Legure za tvrdo lemljenje su ve6e zatezne ~vr8toCl
~vrstoCe
bliske
osnovnog materljala 1 lmaju temperature topljenja od o 600-1000 C. Prema standardu JUS C.D2.306 1 C.D2.307 lzradjuju se u obliku granula, traka 1
~lca.
- 265 1. J
VRS TE LE'MLJ ENJ A
U zavisnosti o d oblik a i ve litin e l eml je n i h de l o va, ve l ic ine se r ije , vrs t e o sn o vnog mate r ij ala l td. r a zl ikuju se na~ i n i
1ernl jen ja: 1. Lernljcnje
slede~l
l e mi li eo~
l . Gas no - p1ameno l emlj e n je
3 . E1e k troo tp o rsk o 4 . Le m1jenje u
pe~ i ma
S . I n duke i o no 1e rnlj e n j e 6 . Le mljenje potapanj em
1 . 3 .1
Lernl jen je lemi1ieom Najp r o s ti ji
na ~ in
mekog lernljenja j e
primenu do datn og ma t erijal a i
p omo~u
lemiliee, uz
top i t e lja. LemiZi ca (51. 14 2) se
sas t o j i iz vrh a (radnog del a ) , c elic no g nosaca i drvene ruciee. Na v rn u lemilice izradjenom u obliku k l ina o d k ovanog bakra, akumul i ra se dovoljna koli c ina t oplote pot rebna d a zag reje osnovni
ma terij a l, istopi lem i
topite 1 j . . Masa v r ha l e miliee
od 0 ,1- 1 k g , sto zavisi ad
rno~e
biti
velic ine delova koji se spajaju lem-
Ijenj em . Vrh l e mil ice, tj. nj e n radni dea, maze se na vis e
na~i
na za g rejant.i: tec nim gorlvom, gasnim plamenom i uzarenim drveni m ug ljem
(~urnurom).
Toplotu za zagrevanje vrha lemiliee treba
do v adlt1 s a 5uprotne strane ad klinaste radne povrsine.
~~-b-.-@ ~ a.
51. 142. Lemiliee: obicne (a,b), benzinske (c) Lampa za lernljenje (sl. 143) je naprava u kojoj sagoreva
vi~
raznih tecnih goriva kao
rno ~ e
da
sto su nafta, benzin, spi-
ritus. Glavni delovi lampe za lernljenje su rezervoar (1) i rnlaznlea (6) . Pod dejstvom vazdU§nog natpritiska, ostvarenog rue nom
va z dus nom purnporn (2),
t~no
gorivo se
podi ~e
do isparivaca (5).
Pre upotrebe lampe, isparivac treba zagrejati §piritusom iz kadice (4). U lsparivacu (5), zagrejano
te~no
gorivo prelazi u ga-
- 26 6 scvi to stanje, s tv a r~ j u6 1
i s ti~e
kroz mlazn1cu (6) 1 saqor e v a n a vaz duhu
j ak plamen .
Vrh
P r e l< idac
5 1 .1 43. Lampa
z a l e ml j enj e
Za l eml j e nj e
51. 1 44 .
Ele ktri ~ n a
l emilica
s itnijih dela va mek i m l emavima primenjuju s e
l cmi l ice sa s o pstvenim izvorom t o plo te , pozn ate p o d na zivom e lektri ~ n e
lemi l ice ( s l. 144) . Da l em do bro kV6S i vrh l e milice i da
se na nje mu je
a ~ istiti
za d r ~ i
(!to je
o s novn i us lo v za l e mljenje), p otrebno
vrh lemilioe do me t alnog sja j a . Pre lemljenja i p o vre-
me no u tok u lemljenja vrh lemi l i ce tre b a men za lemljenje
pro vla ~ iti
kraz tzv. ka-
(ni ~ ador
NH Cl ) , ra d i z a! tite ad aksidacij e . 5i4 tne kapi kalaja se posle ta g a l ak o z adr ~ava ju na ~isti m povr! in a -
rna vrh a lemilice. Za g re jani i ka laj em p rema zani vrh lemilice se povlat l du! zazora l ZJre dj u delova k oj i se I erne , isto vremeno dod1ruju61 v rh dodatne telj preko
~ isti
~ i ce
povr! ine , Gta
povr ~ in a
k o j a s a p ovremeno
uma~ e
u topitelj . Topl-
o mo gu6 u j e da sa i stopljeni lem
ra~iva
koje treb a spoj iti . Ra zli v nnjc lema se olak!ava
ako se povr! ine predvidjene za spajanje p rethadno zagreju do temperature lemljenja.
1.3.2
Gasno lemljanje U p o stupcima gasnog lemljenja dodatni materijal Be topi
p om06u plamana usmerenog na spoj 111 njagovu okolinu. Ovako Ba
- 267 -
leme - ugljenl~nl 1 nlskoleslranl ~e llel, nerdjaju~l ~ellel, 1egure alum.1nljwna, bakar 1 njegove legu re 1 legure magnezljuma. Gasno lemljen je mo!e bltl rucno, dellmi ~no mehanlzovano 111 potpuna mehanizovano . R u~ no
gasno lemlj~nje se najvlAe prlmenju je prl pojedinac noj prolzvodnjl sklop ove 1 t ame gde su vel l ~lna , polo~aj 1 obllk spoja takvl da je ne mog u~e lemlj enje druglm metodima . Go rlY! ga s ovl za gasno lemljenje uglavnom su acetllen, prlrodan gas 1 propan, a sarno lzuzetno vodon1Jt, butan i gradskl gas . Ovi gasovi mogu sagorevatl u tehnlckl cls tom klseoniku, ill u komp r lmo vano m vaz duhu aka to postignuta temperatura i brzina
sdgore vanja dopuA taju. se gasno lem1jen j e razlikuje od d rugih naclna leml jenja sarno u tehnlel izvodjenja. Kao dodatQl materljal za lemljenje c elika upotrebljava se legura bakra 1 eloka, a redje srebml l em . Zatezna cvrsto6a dodatnog materijala od legure Qakra 1 U
su~t1nl
ci nk a dos t l~e jac lnu nlskougljenlcnog ce llka. Medjusobno rastojanje (zazor) delova kojl se l eme, prl temperaturl lemljenja,mora da b ude 0 ,05-0,15 mm; Ato je uslov za kapilarno tec enje lema. Ovaj zazor je ve~i od zazora na sobnoj temperaturi za iznos §irenja metala prl zagrevanju. Istopljenl lem ne mo!e da "kvasl" neelste p ovrA lne , nltl ~e se za njih vezlvatl. Zbog toga se povrAlDe n arne njene lemljenju moraju oclstitl od praAloe, ulja, masti, rd je i boje 1 potom p r emazatl topiteljem. Topltelj se mo!e posebno naneei ~ vidu praha, paste ill tecnostl, a ponekad 1 u obliku me § avloe saclojene od lema 1 topltelja. Pored povrAloa osnovnag materijala, neophodno je od eksldaelje zaAtitltl 1 dodatnl ma te r ljal. To se postUe
povremenlm umakanjem dodatnog materlja-
la u topitelj 111 nano§enjem topltelja na dodatnl materljal. Topltelj nan e t na ivlee osnovnog materljala mora se pre lemljenja dovoljno zagrejatl da bl s e razll0 pre nego Ato poene tecenje lstopljenog ~ma. U suprotnom se prl zagrevanju neke povrAlne eksldBu, pa na njlma ne nastaje pravllna leml jena veza, lako spoj u cellol izgleda kao d a je uspe§no lzveden. Oblcno, lstopljenl lem obllazl eko povrAina nezaAtl~enih toplteljem, Ato nakon ocvrA~l vanj a lema daje porowa mesta u spoju. Plamen za zagrevanje cellcnih delova do temperature lemljenja treba da bude blago · redukuj~l 111 neutralan. Da sa sprecl pregrevanje 1 topljenje lvlea osnovnog materljala, vrh plamenika sa mora drfati na tol1Jtom udaljenju da se unutraAnjl konus plamena ne priblUava 8ulliAe radnoj povrAlol. Zag€evanje treba
- 268 ostva rltl
s p o lja~ n jim
omota ~em
plame na. Go rio nik se uvek mo ra
p o k re t a tl, da h i se i zb e g lo l okalno preg re vanje nome rn o z agre van je a b a de l a . U l zves nl m de o mn o g o vece ma se od dru gog ,
mo ~e
i
o be z bed l 1o r av-
slu ~ aj ev lma,
kada je jedan
se sarno ta j deo z agreva t l d ok
6e s e d rug! deo , pro v o dj e n je m t o plo te , z agrejat! do tempera t ure
l eml j e n j a .
Sl i~ n o
se p os tup a 1 p rl le mljcn j u
~ eli ~ n o g
l o rn a d me t ala ko jl 1 ma ve c u t oplotnu provodl jivos t, s
de l a s a de ti m
~ to
se
zagreva sarno de o i z r adj en od me t a la vece toplotne provo d l jivos ti .
Bud u c l da topite lji mo raj u da lma j u ne§ t o ni f u t emp e rat uru t op l jenj a ne g o dodatni ma t crijal , t o trenu tak n j i hovog t oplje nj a ukaz uj e da c e tempe r a t uLa l e mlje n ja usko ro bi t t dos t ignu t a . Kap l1a rn o raz l ivan j e i l s topi lem , a
osn o \~i
l e ml j e nje nece se o s tvar l tl
ak a se sarno
rnaterijal n a mes tu spo j a ne dos tign e tempe -
raturu l emlj en j a. U to m sluc aj u umes to r a zli vanja, doda tn i ma t e rijal se n ag o mi l av a n a
p o vr ~ inu.
P og re ~ n o
je u tom
s lu~ a ju
dal j e
zagre v ati l em je r ce se iz meni t i sas t av do datnog mat e rij al a, t j .
l eg ure b akar- cink (C u- Zn). Ovaj n ep r avil an pos t upak jedan j e od naj ~ e ~ c i h
u z rok u
gre~aka
pri l eml jenju . Os i m t oga , p rekome rn o z a -
g r evanj e do da tn og materi jal a na bazi l eg ura bakar- cink ~ tetno
me ,
ffio~ e
bit i
z a z drav ljc jer n ast aju o t r ovn a isparenj a c i nka. Pre ma t a-
jedi no je i spra vno p lame nom zagre vat l
osnovni ma te r ij al
i
po-
moC u t oplote u njemu ak umuli r ane , t op i tl dodatni ma t e rij al.
Dodatni ma t e rijal z a gasno l emljenj e li k u p o luga,
~ lc a ,
i spo ru ~ uje
traka ill u vid u praha. Veoma se
njuje g asno lemljen j e sa
z ava ~ iva~ ki m
pri nepoznav anju
su ~ tine
~ esto
zame -
le ml jenje m. Opre ma i neki
dodatni materijali su isti, a · u ne k i m s luc aje v i ma ~ to
se u ob -
~ ak
i gorionik,
p roces a n a vodi na gre§ ku. Jedino s u
ve ce mo guenostl za lzbor go rl v lh g aso va za lem ljenje jer su po t re bne
1. 3.3
ni ~ e
temperature ne g o pri za v a ri v anju.
Elektroo tporsko leml jenj e Pri o tporskom leroljenju s e osno vnl mate r !jal lokalno z ag-
reva
a lem, umetnut lzmedju
delo va koji se spnjaju, top! zahva-
ljujuci top loti oslobodjenoj proticanjem
elektri ~ ne
struje kroz
e lektrode i osnovni materijal ( a l. 14 5 ). Oprema za ovo lemljenje lsta je kao i
za elektrootporsko
primenjuje str uj a zna tno manje
ta~ kasto
ja~ ine,
temperaturi nego c elic ni limov i.
Sli ~ no
zavarivanje, ali se
jer se lem topi pri ni f oj kao pri
ta~kastom
zavari-
- 269 vanju , delo vi se na j pre
d r~e
pri-
tlsnutl lzmedju elektroda, a zatim propu§ta
elektrl~na
struja,
topl se lem 1 dejstvom kapl l arnih slla rasporedjuje u spoj u . Ako se primene ruc na pokretn a kle ~ ta,
em
mog u6e je lemltl 1 maslv-
ne de lo ve , kao i e lemen te sklopova kojl au nepristupac ni za nepo-
kretne (stabilne) aparate.Prlmenjuje se
naj ~ e §6e
dodatni materl-
jal sa temperaturom topljenja 600-815 °C . Osnovni materijal koji se
Sl . 145. El ekt roo tporsko lemljen je
n aj~e§6e
spaja otporsklm lemlje-
njem je bakar. Primenjuju se klas i ene e lektrode sa mollbdenskim umetkom 1li ugljene elektrode, jer se t i me p ove6ava 100 zag revanje i
elekLri~ni
otpor elektroda 1 omogu6ava loka-
topljenje lema bez topljenja osnovnog materija-
la o lla ovaj naein se bakar more lem1ti bez topitelja pomocu lema od l egure b akar-fosfor
(4-9 %P, ostalo Cu). Drugi materijali pogo-
doi za otporsko lemljenje jesu legure bakra: bakar-hrom, bronze 1 uspe~no
o l ovne bronze. Elektrootporsklm lemljenjem mogu se
spaja-
ti i ¢elieni 11movl, d ok se ovako veoma retko spajaju delovl od nerdjaju6eg ee llka, legura nikla 1 legura alum1nljuma. Za lemljenje ce llka upotrebljava se kao dodatnl materljal srebrnl lem kojl sa l s poruc uje u v idu· f olija . Pri leml j enju pltelj i k oji potpo ma~ u
razla ~ u
kva§enje i
~ el1ka
ne o phodnl su to-
stvorene okslde, sprecavaju dalju oksldaclju, time
pospe~uju
delovanje kapilarnih slla.
Pored ve6 poznate u loge topitelja, onl prl otporskom lemljenju jo ~
1 sprovode elektrlcnu struju kroz spoj; ve61na suvih toplte-
Ija nls u elektrlcnl provodnlcl, pa se moraju pre lemljenja rastvorltl u vodi da to postanu.
1.3.4
Lemljenje u pe61ma Lemljenje u pe6ima primenjuje se u masovnoj prolzvodnji
sitnih sklopova. Prakticno je izvodljivo sarno ako se cvrsti lem mo~e
postavitl na spoj pre lemljenja 1
zadr ~ atl
taj
polo~aj
u to-
ku l emljenja. Za lemljenje ugljenlcnlh 1 nlskoleglranlh cellka
- 270 upotreb lj ava ju s a l e mov i na oa z l bakra, i l em ljenju u
pe ~ima
ne op hodna je z aA tltna a tmosfera kojom se r az ugljenl ~ enja
n1 ae l a vi § t l t e od oksi dacije 1
1 hl ad jenja . Pogodna z as titna atmosfera p ovr~ ~n e
Wkva s i "
Ce ll ~ nl
nje cd 2 kg ,
peei
~to
redjo , srebrnl le m. Pri ~e1i~
za v re me lemljAnj a
omogu ~u j e
da l em d ob ra
za l em ljenje pa nisu potrebnl topltel jl.
dela y ! za lcml jenje u petirna moraj u bit! ma se ma-
z a de l a ve vece
~He
mora ju se konst ruisatl posebne ~e 1i ~ nih
je e kon o msk i neopravdano . Veein a
s k1opova 1emi
s e pri te rnpe raturi 11 0 0 - 115 0 o C ko j a je ne§to vlAa ad temperature
top1je n ja bakarnih 1emova. Medju
~e1 i ~nim
de lo v ima koji se nej-
ce s ee spajaj u lem1jenjem u pee ima su deiovi obradjeni dubokim izvl a~ enjc m,
mali otkovci i n ek i
Lemljen je u pee ima va, pos ta vljanja i
sltn1j! odll vc l.
prak ti ~ no
u~ vrscivaJlja,
se sastoj1 1z
~ i s eenja
de~o
l e mlj e nje i hladjenja. CUeenjem
de! o va ugl avnom se ods t ranj uje ulje upotrebljeno prl prethodnoj a o radl; najefikasnij e se to postize aoetonom, benzinom ill trlhl ore til enom . Sam proces lernljenja
zapo~ 1nje
u trenutku kad tem-
pera tura u peei nadvisi temperaturu topljenja lema. Istopljen1 l ee
po~in j e
da "kvas1 " povrsine pripremljene za spajanje 1 da se
rezl i va p rodir uc i
u spo j pod de lovanjem kapilarnlh sila.
Dodatni materijal, tj. istopljen1 lem, i zagrejani osnovni materi ja l
grade l eg uru t1pa
~vrsto9
rastvora i
tako formiraju
l emljeni spoj . Vre me zagrevanja potrebno za ostvarlvanje spoja iznos i
~vrstog
10 -15 min. Posle toga se sklop prebacuje u komoru
za hladjenje u kojoj je zastitna atIrosfera istog sastava kao 1 u komori za zagrevanje. Delovi se hlade do temperature ad pribli!r
°
no 150 C , a potom vade 1z pect.
Zastitni gasovi mogu bit1 vodonik, d1sociran1 amon1jak NH) (25 % N , 75 % 02 ) koji je manje eksplozivan ad vodon1ka, i
2 zemn1 gas - me tan (CH ) pripremljen tako de mu se wnanji eksplo4 zivnost. Pesle prlprerre metana zaAtitna atmosfera je u stvari mab vina gasova: me tan a (CH 4 ), vo-
don1ke.(H ), ugljenmonoks1da 2 (CO), ugljend10ksida (C0 ) 1 a-· 2 zota (N ). Peei se ZBgrevaju 2 g asn1m plamenom 11i e1ektr1~ nim
greja~1ma.
Na L1. 146 prikaaan je primer sklopa koj1 as mala 1e¢
Sl.146.Sklop pre lemljenja (A) 1 posle lemljenja (8)
mit1 u pee1 pomaeu baltamog lama. U 1dealn1m ualovima lam (1) se topi 1 pod dajatvom ka-
- 271 -
pl1arnlh al1a potpuno l spunjav a spo j ( 2 ) ne k vaae6l povrline ko j e za to nlsu predvldje ne . Prakt i~no se mole do godlti d a se raa topljen1 l em sliva 1 na povr§ ine koje moraju os tati ~ls te. npr. a l s un ut ra§nje zldove eevi (51. l 46 ). To se s p re~ ava p re"",zivanjem tih povr§1na magne zijumovim mlekom 11i vodenim r aa tvorom b romne k1se l l ne (H 2CrD 4 ) .
1 . 3.5
In duke iono l emlj enje
Indukelono l eml j enje i z vodi s e lokalni m zagrevanjem iviea delova koj l se leme p om06 u elek tri~ne energi j e prenete indukeijom. Energlja se n a i vi ce osnovnog mate r ijala pre nosi s a induktora koji 5C 5BS tojl iz jedno g 11i vB e r adnih namoteja. Kad s e a a induktor dovede naizmeni ~ n a s t ru ja . u de lovima koj i s e leme indukuju se vr tlo ~ne 5tr u j e koj e zagrevaj u i viee t1b delovs . Najve6i dec toplote os l obod jen pre me O! ulovorn zakonu. skoneentrisan je na tanJcom povrHnskom s loju'u blidni induktora . Raapodela toplote po osta11m de lo"..1ma os n ovnog ma te rij &.La zavisi od njeg ove topl otne provodlj i vos t l. Za jedan te isti materijal dubina sloja zagrejanog indukcijom za vis i od fre kveneije naizmeni~ne struje . Pove6anjem f r e kve neije sman juje se dubina do ko j e se prenosi indukovana s t ruj a p a. p rame to.... i dubina zagrevanja. Pri lemljen j u ide sa od f rekven eije mre ! e f = 50 Hz pa do priblifno f - 450 Hz. Vila frekve ncij a . k oja se ostva ruje pomo6u grupe motor-generator, prime n j uj e se za zagrevanje veoma plitk1b povrliinsk1b slojeva mater1jala. Gla vn a p rednost indukcionog l e mljenja u odnos u na druge postupke j e b rzo 1 10ka l1zovano unol!enje toplote. §to svodi oksidaciju n a n a jmanju me ru i smanjuje zahteve u pogledu ~ist06e povr §ln a name nja n l b spaj~ju . Ovaj vid lemljenja nailazi na najve6u primen u u e l ek troniei i elektrotebnici. I z uze v alumlnijuma 1 magnezijuma, ve6ina ostal1b metals i legura koji se mogu spajati drugim na~inima lemljenja uspelno sa l eme i indukcijom. Ako se indukciono leme jedan magnetni i nemagne ntni materijal prlmenjuje se specijalna oprema, kojom Be mogu kompenzirati razllke u magnetnim oBobinama 1 term1~koj ekspanziji. Naj jednostavnlje je lemljenje manj1b cilindrl~nib delova prikazanih na s1. 147. Oodatnl materij a l za indukciono lemljenje uglavnom je sreb m i l em koji mole blt! u vldu.prstenova, flca, treka 11i praba.
-
272 -
!..em
IlIdl4kcioni nalJ oj i
S1. 14 7 . Top lte lj i
I n dukciono lemlj enje
su n ajcesce vadeni iIi alkoholni r a stvor borne k ls ellne ,
borata (soli borne kiseline ri d0 ), fluorida (soli fluorovodonl~ 3 3 ne kisel in e HF) i f luoroborata (soli borofluorovodonicne klseline HGF 4) •
1 . 3.6
Lemljenje potapanjeru Lemljenje potapanjem u ra stop legura iIi lstopljenlm solijo ~
ma , i I i kako se
naziva "lemljenje u ras top ima",ostvaruje se
zagnj urivanj em sklo p ova namenjenlh lemljenju u kade sa rastopom.
Tempera tura u rastopu mo ra bit1 lznad l1kvidus linije dodatnog materijala, ali uvek ispod temperat ure topljenja osnovnog materi-
jal a.
Sona kupatila se sastoje lz metalnog iIi keramickog vatrootpornog lonea revati
U
Kome se nalazi istopljena so. Lanae se moze zag-
spolja~njlm
lzvorom toplote - gasom ili mazutom (sl.
148a)
i Wlutrasnjim izvorom toplote (s1. 148b). Unutralinji lzvor toplote primenju1e se sarno pri masovnoj proizvodnji; elektricna energlja se dovo dl
pomo~u
t r ansformatora kojl na sekundarnom namotaju daju
napon lO--l SV . Istop ljene soli su provodnlci e lektril..!le struje pa
se pri njenom proticanju lzroedju toplota shodno
D~ulovom
elektroda (sl. 148b) oslobadja
zakonu.
Lonci u plamenim pe61rna se lzradjuju od niskouqljenlcnoq ce lika ill od visokoleqiranoq hrom-nikl celika, a u elektricnim od keramickih materijala . U sonim kupatilima moqu se lemiti delovi od uqljenlcnih i nlakoleqiranih celika, livenoq qvo~dja, nerdjaju6eq ce lika, lequra aluminijwDa i lequra bakra.
- 2 73 -
tr od. (1
i Zi 2 )
GOl' ionik rm opa r
zolacij a <:L.";>"J
t.lf. l 1.:an k uciHe
I zo l a c i ,i a
a.
b. Sl. 148 . Pe6 i z a l e mlj e nje potap anje m: a) pl amene, b) ele k tri ~ ne Za l eml j en j e
ugljeni ~ nih
i nis k olegi r anih
~ elika
upotreb-
I javaju se : ne utra lne h lorne s oli (NaCl) sa dodatkom top itelja, ~ to
su bo r aks (Na ZB4 0 7 . 10 H 0 ) iIi k riolit ( mine ral alumini2 j uma AI F 3 • 3 NaF) , s oli ug l j ene kiseline (k arbo nati Na C0 , K C0 ) 2 3 2 3 1 natr l j um c i jan a t (KaCN ). Solima uglj e ne k l oeline i na t rijum ci-
kao
j ana tu n e dodaju se topltel j i,jer one same p r eu z imaj u ulogu topite l j a . Ne u t r a lne soIl
~ tite
p o vrs i ne
~ eli c nih
de lova od oksidaci-
je l z vazd uha, ali ne ra z la! u ranije stv orene okslde, pa s u s toga
neophodni
topl t e lj1. a ni se p r etho dn o nanose na osno·,mi materijal
1 zajedno
5
n jlrre
zagre v aju tak o da pri potapanju delova topitelj
b ude BUV. Kad se delovi potope
topitelj se rastvara u neutral-
no j soli , iIi izlazi i z sonog k upatila u obliku Blanih isparenja 11i gasa . Zbog toga, pri lemlj e nju potapanjem nema tesk06a ve z anih za o dst ranj i v anje nj a .
v i~ k a
topite lja kao kod drugih
na~ina
lemlje-
Do da tni mat e rijal pri lemljenju c ellc nih delova je srebrnl l em iI i l e gura b ak ra i cink a . Lem, u obliku z ice, trake, praha 11i paste p o stavlja se direktno na mesto spajanja neposredno pre p otapanja. Zazorl izmedju delov a treba da budu veoma mali, reda vel ic ine 0,0 2 5-0,75 mm, jer se time posti z e dobro razlivanje lema . Vreme d r z anja delova u sonim kupatilima zavisi od dimenzij e de lov a, tra z ene jacine spoja i drugih faktora. Za sitne delove vreme d r z anja ma ze biti manje i od jednog minuta. Kod sklopo va gde je po tre bno da lem prodre do odredjene dubine, radi ve6e jac i-
d u~e
ne spo j a , naophodno je
2 74 -
vrame . Posle odredje nog v r emen a dr2a-
za~ e mlje n e de l ove t r eba p a fl ji vo i zvu6i ravnomernim k reta-
n ja
njem,je r b i s e nag lim pokreti ma
lem mcgao istisn uti iz s poja .
Pri l e ml j e n ju po t apanje m mo ra ju sc s trogo
po~to va t i
propis i
o hi gi j ans k o -tehni ~ ko j za ~ti ti . Za vrame nano §enj a topi t e lj a , i u p roces u le~jen j a,mogu n astati isparenj a i gas ovi § tetnl po zdravlj e . Zbog toga se mo ra obe zbeditl o dgo vara j u61 siste m prove travanj a.
Na prlmer, nekl s r ebml l e movl
sa d r ~e
k admi jum; isparenj a ok-
a ida k a dmijuma au o t rovn a 1 nj iho vo udisanje j e o pasno po ! i vo t . I zve snl s astojcl u t o plte l jlma 1 s olima l s t o tako s u man j e 111 vl§e
~ te ~~l .
F l uo r ldl u p as tama su d v ost r uko opas n i: pare ovih soI L
au o trovne
a
pr~
dodi r u
sa ko! o m, a naroeit o noktl ma , nasta j u bo-
I ne o peko t lne koje te§ko za r a §6u ju. Cl janl di su takod je veoma o tro vnl, pa prl le mljen ju
t r e b a bi tl veo ma op re zan.
RAZLI ~ I T IH ME T A LA I
LEGURA
'h~~ l je tlj Q sivog Z.i va ~ nadularnog i t em p e }" l iv a ra zl ikuj e
se
o~~~ j enj a ~e l lka
s pec lj al nl
l z dva r az loga: a) mo r a ju se prlmenl t l
na~ lnl ~ 1 §6e nj a
d a s e odstra n l g r afl t sa povr§ lne
gvo zde nog dela 1 b) te mpera t ura
l e~jenja
t r eba da bude
~ to
je
mog u6e nl ~ a d a bl se spre ~ io pac t vrdo6e i j a~lne osnovnog materljal a . Ll veno gvof dje se lemi lstlm pos tupcl ma k ao 1 ~ el1k: u pe61ma, ga snlm p lameno m, lnd ukclonl 1 u sonlm k up a tillma . S ubz lrom na nlsku temperaturu terijall s u
18klju~ lvo
le~jen ja
11ve nog g vo f dja, doda tnl ma-
srebrnl l emo vl.
Vlsok sacrf aj s 111cljuma u 11venom gvo! dju 1 pesak
zape~an
na povr§lnama odllvaka u lzvesnoj me r l ote ! a vaju le~jenj e . all najve6 u teAkotu l zazlva grafit kojl postoji u slv om, n odularnom i temper 11vu. Od navedenih livova n a jtefe je lemiti s l v l 11v,jer je lamelarni g ra flt najte!e
~ 1 ~ 6enje
trolltitkih kupatila za ne mofe lemiti.
odstranltl.
Najlak ~ e
He z specljalnih elek-
povrAina, sivl liv se
se lemi crni temper llv/jar se graflt u
vidu pahuljica lako odstranjuje abrazivnlm dalovanjem ~me
zi
prakti~no
~ e li~ ne
sa-
11i peskaren j em. Uz srebmi lem prlmenjuje se topltelj na bafluorlde. Le~jenjem
se ponekad popravljaju odllvci lz1iveni sa gre-
§kama 11i sasta vljaju polo~jeni delovi odlivaka, made je U oba sl ~ aja
bolje prlmenltl
.zavarlva~ko le~jenj e .
- 275 Lem~j Q" j e
aluminijuma postalo je mogu6e posle otkr16a to-
pltelja koj1m se raza ra oksldna skrama, a ne o §te ~uje osnovnl materlja l. Ovde postoje 1 posebne tesk~e vezane za dodetnl materijal, jer je llkvldus temperatura lema na bazl alwn1nljuma veoma bl lska solldus temperaturl osnovnog materljala. Otuda prolzllazl da je p rl lemljenju legura alum1nljuma potrebna veoma preclzna kontrola temperature, jer bl prekora~enje solldus temperature lzazvalo topl je n je osnovnog materljala. Temperatura lemljenja treba da bude prlbll~no 40 o C lspod solldus temperature osnovnog materljala; aka je mogu~a veoma precl ma kontrola temperature 1 alto lemljenje traje kra tko onda se mo!e lemitl 1 prl temperaturama sao rna 6 C lspod solldus temperature. Legure alum1nljuma, u zavisnosti a d n jibovog sastava, mogu se lemitl prl t - 550 - 640 o C, all se naj~es~e korlste temperature 560 - 615 0 C. U pogledu opreme i tehnlke prlpreme za lemljenje nama razlika u odnosu na druge metale 1 l egure. Dodatnl materljal je uglavnom legura alum1nljumsilicljum k~ja sadrzl 7-1 2%51. Mo!e se lsporu~lvatl u vldu !lca 111 traka, mada je njlhova lzrada sve te!a ukollko se sadr!aj al11cljuma ?ove6ava. Kad se legure alumlnljuma leme na vazd~u neophodno je prl menl tl topltelj. Toplteljl postaju altUvnl pre nego sto S8 dostlgne temperatura lemlljenja, prodiru kroz oksldnu skramu, zas t16uju metal od dalje oksldaclje 1 pospe§uju kva§enje prlpremljenlh povrSina. Toplteljl su naj~es~e smesa alkalnlh hlorlda, h.l orlda alkalnlh zemalja 1 fluorlda; ponekad sadr!e alwn1nljumfluorld 111 krlo11t (AIF .3 NaF). Isporu~uju se u obliku suvog praha 3 kojl mo!e 1 du!e da traje pod uslovom da se pravllno ~uva. Kutlje za ~uvanje praha moraju bltl od ~lstog alwn1nljuma, nikako ~ell~ ne. Prl samom lemljenju spoj se zasipa toplteljem 111 se zagrejana dodatna !lca uma~e u prahl druga je mog~noat da a8 prah rastvorl u vodi 111 alkoholu 1 tom pastom prema!u mesta spajanja. 5pojeve treba tako prlpremitl da se omog~l prlstup 't opltelja svlm povr§inama predvldjenim za lemljenje 1 njegovo lsticanje nakon lemljenja. Zarobljenl deo topltelja mo!e bltl !arl§te korozlje na lemljenom spoju. Odgovaraju~e povrsine prlpremaju se za lemljenje mehanl~klm 111 hem1jsklm ~l§~enjem. Mehanl~kl se povrsine ~lste abrazlvnom sa~mom 111 ~eli~nlm ~etkama. Hemijako ~lA~e nje lzvodi se potapanjem alwn1nljumak1h dalova u vodenl rastvor azotne klseline (1/2 HN0 , 1/2 H2 0); zadr!avaju se oko 30 a, a za3 tim lsplraju u toploj vodi 1 suAe zagrejan1m vazduhom.
-
2 76 -
Za do bro poznate l egure tipa si lumin (ftl- Si ) neopho dna su posebna sredstva radi
~ l s~e n j a
povr s lna, jer ave legure ne reagu-
ju Sd vetinom alkaln1h 111 kiselih rastvora. Najbolje Be one t1 s~ zotne
te smesom ad 3 del a k oncentrovane
ko ncentrovane
odmah posle
c i~cenja p o vr~ina, metod~
ili najkasnije u toku sledetih 48
lemljenja ,
za legure aluminijuma naj-
po godnije je potapanje u sonom kupatilu mada se je i gasno lemljenje .
jednog dela
kiseline. Lemljenje treba lzvrsiti
fluorovodonl~ne
caso va . Od poznat1h
kis e line i
Naj~e s ce
uspe~no
primenju-
se gasno leme c ·e vi hladnjaka ,
ramovi prozora i spojevi e lek tr i c nih grejnlh elemenata. Za gasno l emlje n je
najce~ce
se upotreb l java oksiacetilen-
skl plamen, mada se l egure a l uminijuma mogu l emlti plarnenom vodoni~ a
ill prigodnog gasa. Vel i cina gorionlk a 1 oblik plamena p ri
lemljenju acetilenom s11eni gU k a c i nu te s koeu izaziva c injenica
sto
za gasno za va ri van je . Doda t-
legure al uminijuma pri
nju ne menjaju bO jl , pa mo ze o ak p oe eti i
zagreva-
topljenje, a da se to
po bo ji ne zapazi . Iz tog r a zl oga treba i mat i s re dstvo koj e ce promenom nekih s vojih da je
po ~ rebna
osobina na temperaturl leml jenja pokazati
temperat ura dostignuta . Ust v ari treb a upotrebiti
taka v topitelj c ija j e te mpe rat u ra topljenja nesto niz a
~d
soli-
dus temp era ture osnovnog materijala . U zavis nosti od vrste spo'a,
dodatn i materl jal se moze prethodno postavl t1 iIi direktno unositi u toku samog proeesa . Preostali deo topitelja treba posle lelOljenja odstraniti. Aluminijum se
mo~~
zalemiti 1 za
s e l ako mogu gasno lemiti ce licni delovi (alitiranl c eliei), prl!renom
d ruge metale. Naroeito za~ tltenl
alum1nljumom
aluminljuma kao dodatnog mate rljala
i odgovaraj utih topltelja . Pos t upak je istl kao prl lemljenju alum1nljuma za alumlnijum, i z u zev i zvesti
sto
~to
predgrevanje 1 l emljenje treba
br ze da se na dodi rnim povrsinama spreCS:i obrazovanje
krtih faza aluminijum-gvoz dje (A I - Fe) . Veoma je tesko lemiti alumln1jum za bakar, jer ova dva elementa grade krtu e utektiku sa niskom temperaturom topljenja
(54~oC) . Kad je neophodno, ovl se metali mogu za~emltl na sledetl
nac ln: na k raj alumlnljumskog dela treba zalemiti c eliX zastlten alumin ljumom, a zatlm srebrnlm lemom spojitl c elicnl 1 bakarnl deo.
Ba kar i n je gove lBgurB mogu se uspe s no lemiti svim meto dima lemljenja. Jedino se
te~e
leme legure bakra koje sadr!e 010-
va 1 kalaj . Elektrolltic kl bakar je sklon nastajanju prslina ako se lemi u atmosferl koja
sadr! l vodonlk. Ovaj element difunduje ve0
likom brzinom u zagrejani bakar i pri temperAturama od 480 C , cak
- 277 -
i male kol i ~ine vodonika r edukuju oksid b akra i Obrazuju voden u pa r u u ina~e ~vrstom
metalu; po sle dice su velika k r tos t , unut-
ra§nje prsline i poro znos t . Otuda proi z il azi zakl j u~ak d a s e Bve v r s te bakra koje
sad r ~
povrsinske oks i de ne s me ju l e miti u
pe ~ima
sa za § titnom atmosferom k oj a sadr! i vo d onik, n i ti o tvo re ni m pla-
me.no m. MBs i n g J
sa sad r zaj e m cinka a d 20 ' , lake se le,mi pom
raznih dod a tn i h mate rijal a i uz prime nu
odgo varaju~ih
topi telj a .
Isto tako se lako l emi i mesin g sa sadrz a j e m i do 40 % cinka, ali se mo ra primeni t i dod atni mate ri jal s a n isk o m temperaturom topljenja da b i se
sp r e~ il o
is p aravan j e cink a i z osnovnog ma terija-
lao
Ka Zajn e bronze sadrze do 1% k alaja (Sn) i druge legi r ajuce e lemente kao olovo (P ~) , man gan (Mn ), nikal (N i) i al umin ijum (Al) . Dobro s e le me izuzev le gu ra ko j e sad r ze al uminijum.
Foe f o rn e bronz e sadr ze male
k o l i~ ine
f os f ora (P< 0,25 %)
koji se dodaje k ao de zoks idato r. Leme se raznim v rstama' lemo v a
k oj i rnora ju i s p uniti
uslov da i m te mperatura topljenja bude ni ! a
od so li dus te mperatu re osn ovnng materijala . reba t opi t e lja. Pre
lemlj ~ nja
Preporu~uje
se upot-
se delovi od f o sf o rne bronze mo raju 0
z ariti pri tempe r a turi od 190 C e i me s e otpu§ta ju un u t ra§nji naponi i uma nj uje o pasnost od nastajanja prslina. Silici j umske bro nz 'B J koje s.a dr ze 3,25 % s11icijwna,sklone
su nastajanju n aponskih p rsl i na. Da se to spree i, potrebno je pre o l emljen ja i zvr § iti z arenje pri t e mperaturi od prbili zno 250 C. Za ~a jb o l j e
r e z ultate
p o trebno je povrs ine predvidjene za lemljenje
me h an i e k i obradi ti,neposredno pre lemljenja, ili ih ocisti~ i .
Barno mehani~ki
Oba vezno j e prirneniti topitelje.
Al umi ni j umska b r onz a se te ~ ko lemi zbog osobine aluminijuma da stv ara stabilne po v r §inske okside, koji ometaju razlivanje tec n og l ema . Legure ko j e sadrz e manje od 8 % aluminijuma mogu se le mi t i p ri men om specijalnog topitelja koji rastvara oksid aluminijuma .
Za OV'll v r stu brcnze p reporu~ uje se srebm! lam sa vlsokim
s adr z ajem s r eb r a i nisko m t emperaturom topljenja. ~ist bakar i njihove legure rno gu se medjusobno lemiti. Pri tome, ako se npr. leme ~i st bakar i alurni_nijumska bronza, parametre treba birati p rema ma teri:j alu koji se
te z e lemi, tj. prema aluminijumskoj
bron zi . U ovorn sl ~ aju to zna~ i da temperaturu lemljenja treba bi r a t i prema solidus temperaturi aluminijumske bronze, koja je nl~a
nego z a ~ 1st baka r; isto taka se obavezno mora uzeti preporu~eni topitelj za aluminljumsku bronzu, iako se ~ist bakar mo!e
l emiti i bez topitelja.
- 278 -
Dodatn l ""'terljal :ta l e mljenje bakra 1 n jagovih legura a u le gure Cu- Zn, CU-P , Cu-P- Ag . Toplte ljl mo gu bltl borna klaelina, boraks; b ora t l, f luo r ltl 1 fluoroboratl; prlmanj u ju s e u vldu praha, paste 111 t e~ nos t l. lako &e baker 1 n j egove legure mogu l e mitl u pe ~ lma , I ndukclono , e lektr oo tporsko, potapanj em 1 gaano ovde ae pos e bno obradj uje samo s asno lemljenje. Ga ono t Bml je nj e bak ra 1 n j egovih l egura z aanl va s o n a 1 8 -
tim p rlnclp l ma 1 l zvodl se i s tom opre mom kao i ga s no leml j an je ~ el ik a ~
Na j v l §e se pri menjuje pr1 1zradi tzv . iz mcnjivaca t oplo te,
gde s p a daju l s par l v a~ l , kll ma ure dj a jl , radij a to r l, hladnjaci i dr ugl ure dj a j l ~ ljl se r ad za&nl va na vlsokoj toplotnoj provodIjlvostl b ak r a . Pore d toga se ga snlm l e mlj en je m 's paj a ju 1 delovi u k oj l ma j e bakar upotr e bljen zboq s vo je vlsoks el e ktrl~ne provodl j lvostl ; to s u np r . ve ze namotaja elektr omotora s a lamelama kolekto r e ,p rekld a ~a s a provodnlclma, te rm1 ~k l h o 9lg ura ~ a aa grejaI:: lma , ltd . Me dj u navede nlm leguramQ bakra n ajvl!e se lomi ~lst bakar (pre thodno o ~i 06e n od povr §insklh oks lda ) 1 legure bakar-cink (mesln g ). U slu~aj e vlma da se mora lemi t l bakar kojl sadr!l ok.lde, nlkako se ne s ma prlrnsnitl redukuju~l plamen jar se me!e poj avltl k rto s t k oju lzazlva vodonlk lz plamana (·vodoni~na boleat b~ kr a · ). Za takve s lu ~ ajeve preporu~uje se neutralan 111 blago ok s ld l§ u~l plamen. Kad god s e l eml meslng, mora ju s e preduze ti mare da se sp re~ l l sp a ravanj e clnkal prl gas nom lemljanju treba pazlti de ae me s lng ne pregre j e 1 da se dugo ne odr! ava tempe r atura lemljenja. Za lemJ.jenje legura ~ljl sastojcl grade teliko topljlve oks l de (Al, Be, Cr 1 Sl ), obavezno j e prlmenltl topltelje 1 lzbegavatl oksldi§ u6 1 pl amen. Jedn a od bltnl h razllka izma dju lemljenja ~elika 1 lagura bakra j e u brz lnl zagre vanj a ; ~elik podnosl vellke brzine zagrevanja, dok se prl brzom zagrevanju fosforne bronze u uslovlma tenog (neslobodnog) §lrenja javljaju prsline.
0"-
1. 5
ZAVARIVACXO LEMLJENJE CELIXA I LIVENOG GVO ZDJ A
lernljenje ae svrateva u poatupke lernljenja lz dva razloga: 1) primenjuje ae ne!eleznl dodetni materljal, 2) spoj a8 os tvaruj a bez topljenja oanovnog materljalo. S druge Z a varlva~ko
- 279 strane, naziv zavarl va~ko lemljen je p otta e otuda Ato s e spoj o s t-
varuje lspunjavan j em ! leba s ll~ no kao p r l zava r l vanju. Glavna prednos t zavarlva~kog le mljen j a u odnosu n a gas no 111 elektrol~ no zavarlvanje je §to se l eml j e n j e l z vod l prl zna tno nlloj temperaturi, pa se tirrc uman j ujn te rm1l:kl naponl 1 deformaelje; o a l m toga , materljal l eml jen og s a va j e znatn o mek§ l 1 lstegljlvlji nego §av dobijen zavarlvanje m, §to olakAava mas inaku obradu 1 deje zavarlv a~ ko
man j e sop stvene nap o ne. Pore d navedenih prednos ti, lemljenje ima i
mana
o dnosu n a z avarivanjeJ to s u: 1 )
U
boja os n ovnog 1 a odatnog ma t e rl jala; 2) jal: lna
~ ava
razll~lta
je uslovljena
jnc inorn dodatn og mater ijala n a b a z l bakra 1 postojana je same do 0 te~perature od 260 C; 3 ) spojevl s u podlo! nl galvanskoj korozijl i
razn im hemijskim utlca jima .
Zava rlvack1m lemlj e nje m se na j l:e§6 e popravljaju polomljeoi i11 0§ te6e n l
~ e l i cn l
tako s e na ovaj
n a ~ in
ramov i presa
o dl1ve 1 111 odllvel od s lvog 11ve. lsto
popra v l ja j u 0§ te6eni alatl ,
z up ~ asti
venel,
1 delovi polj oprlvre dnlh ma§ina kojl s e moraju pop-
raviti n a te r enu. P r l
zav a r i v a~ kom
lemljenju
uglj c nl~nlh
cellka
t re ba primeniti neutraln! o ksiacet i lenski plamen, tehniku ·ulevo·
i protok gasa oko 50 l / mmh; za lemljenje 11venog g v o l dja plamen treba da b ude b l ago o ksidl§ u61 sa protokom aeetliena oko 30 l/mmh, a tehnika zavar i v anja -
"u lev o "; blago
oksld1 ~ u6irn
plamenom se te~
odstranjuje grafit sa pov r s ln a ! leba i time ellm1nise najve6a k06 a pri l emljen ju Uve n og
g 'lold j a .
Do da tn i mate rij a l , koj i s e naj v i§e upotreblja za zavarlvaeko
le~l j en j e,
jeste mesing p rlbli l no g sastava 60Cu, 40% Zu, s a
ne znatni m doda tkom si1ieijuma (Si
=
0 , 0 4 -0,15 %) kojl sprecava ls-
paravanje clnka . Ovaj le rn s e topi pri temperaturl t -
isp o ruc uje se u obl lk u l iea
p re ~ nlka
3-6 mm i
du ~ lne
soooe,
a
oko 1 m.
Po red ove lcg ure prl menjuje se 1 lem sastav a bakar-c1nk-nikal
(Cu- Zn- Ni). Zate z n a
~v rsto6a
spojeva izvedenlh
z avariva ~ klm
lem-
Ijenj c ffi kre6e se od 35 0-500 MFa . Topitelj za
za va ri va~ko
lemljenje
naj ~ e § 6e
je me§avina be-
raksa (glavnl sa s tojak ), b o rn e kisellne 1 natrljumhlorida. Prlme n juje se u v i du prah a, pa s te 111 pome6an sa lemom.
Ako je o sn ovni mate r ijal debljl od 2 ,5 mm, lviee se prlpr0 0 ernaju u o v l iku V-! leba pod u g lom od 9 0 (sl. 149) 11i 120 da bl se po stig l a sto ve6a ve z ivn a pov r s ina. Pre l vice spo j a tre ba
o~isti ti,
z avari va~ kog
Iemljenja
najb o lje neposredno pre Iemljenja.
Najve6a jacl n a spo ja postize se ako su povr§ ine z Ieba oel§6ene do meta l nog sjaja 1 a k o j e o dst ran j eno uIje, pra§lna 1 druge strano materij a. Pored to g a , treba oe istiti i metalne povrsine koje sa
- 280 grani~e
~le bo m ,
sa
kako sa
gornje tako 1 sa donje scrane. Redos -
l ed s l ede
treba ga p r ethodno zagrejati do tamnocrvene boje 11i boje
vi s n je . Kako dodatni ma t e rijal lma visu temperaturu top l jenja , jedino se povec an jem temperature upravo pri lemljen ju , mo!e ostv a ri t i pre l azak doda tnog
mate ri j ala u
~ l eb .
Dad a tni tc r '£ jal
Pl~e
Sl.
It]m l jenjc.
Po st e
z,e m Zj en ja
149 . Zleb i sa y pri z a vari v a~ k om l e mljenju
Ka d s e z av a r i vac ki l emi
li veno gvozdj e , p onekad je p o tre-
bno i zvrsiti predg re v anje, lokalno iIi op s te, s to zavisl a d dimenzij a odli vk a . Obic no s u to te mpe rature ak a 50 0°C , s t o odg ovara bledo-crvenoj b oji; vi s e ~ uju
temperature predg revanj a se ne preporu-
jer se time jac e oksidisu povrs ine u sp o j u i
pogors avaju nji-
ho v a kva s enje le mom.
1.6
VHS'!'E LEMLJENIH SPOJEVA
lla jacinu lemljenih sp o je v a uti c e viSe faktora kao s to su vrsta lema, v rsta spoja, velie ina zazora i
unutras nje greske (pr-
sline, p o re, prekld le mljenja). Meki le mavi (Sn, Pb,
ell tec enja i
~n,
Cd, Bi ) imaju znatno
ni~u
grani -
zateznu jac inu ad osnovnog materijala, pa se jacina
spoja ma z e pribli z iti osnovnarn rnaterijalu po vecanjem povrs ine
lemljenja (s1. 150). Pri le mljenju Cu , Al i Ni tvrdim lemov ima na bazl istih me tala
jac ina lema pre v azilazi njihovu
ja~inu,
pa nije potrebno
, ove
do-
datnog materijala. Na osnovu opita je ustanovljeno da za svaku vrs-
- 281 -
51.
15 0. Osnovne vrste le rn ljenih sp o jeva
_I
i
I
,
51.
,
I
/
, I
15 1. Konstrukcija spojeva za tvrdo lemljenje
tu o snovnog mate ri ja la i sti~e
r
I
I I
~
lema postoj e qrani ce zazora kOjima se po-
maksimalna jac ina na .::;:.1i can je. Za delove ad ugljenicnih ce -
lik a op timalni zazor iznDsi U,05-0,12 rnm aka se primeni sreerni
iIi rnesingani lem, i oko 0,07 mm za bakarni lem. Slicnim ispitiv anjlma moze se od rediti i optimalni zazor rri lemljenju legura AI - Hg (s1. 152). Ovako mali zazori izmedju delova koji se Ierne dobi jaju se mehanickom
obradom odgovarajucih povrsina i odmascivanjem he mij -
skim sredstvima.
-
...,
28 2 -
MPa
~
t: :~ 00
~
..."
"~ 150
o!:: .00 0
... ~
~~
.s o
.., 0
0
S1 .
l
o~ 1
0 ,
2 0 , J 0 , '1 0 , 5 a J
mm
152. Uticaj zazora na smicajnu tvrstocu spoja
LLPWr:NJE
Poslednjih godina se sve vi§e prlmen juje spajanje l e p ljenjern svih cvrs tih de lova, od kojih su jedan iIi aba metal!, porno-
ell lepka, naj c esce sintetickog. Lep l jeni spoj
nastaje dejstvom adhezionLh i
kobezlonih
5ila kao 1 obr azovanj ern makromolekularnih veza hemijskirn reakcijama . U lepljenirn spojevirna neke vrste lepkova mogu obezbedlti i nermeticnu vezu za tecnoetl i
gasove.
Prlmenom lepljenja dObljaju se spojevl bez deforrnaclja 1 sa c vrs toCor., koja odgovara tra zenim zah tevima . Ovi spojevi po potrebi mog u da ispune i druge zahteve npr . za dobru elektrlcnu, toplotnu i zvucnu izolaciju, a kada se to posebno tra~i spoj maze blti 1 elektroprovodljlv ill otporan na korozlju. Budu61 da se lepljenje odvija na hladno , iIi uz malo zagrevanje,to ne dolazi do strukturnih promena u lepljenorn rnaterijalu , pa se rnogu spajati 1 elementl kojl su ve6 ter~ c kl obradjeni 111 su obllkovanl postupcima prerade na hladno. Sa tehnolos ke tacka gledista spajanje lepljenjem je jednostavno 1 ekonomlcno, a dodatnl materijal - lepak gotovo ne povec ava masu spoja. Nedostatak lepljenih spojeva je njihova mala postojanost na povi§enoj temperaturl (iznac SOoC), sklonost ka starenju i puzanju kao 1 osetljivost na vlagu, hemijski agresivne sreciille i
lokalnu koncentraciju napona.
,
- 283 J.l
POOl!LA Ll!PXOVA
vt_
Lepltovi . . WIl.vnam dele p . . . . tellper.tur1 pra.s.p.ycj. laplje.nlll delov. , It.o ja bltno uUlIe na
tr.j .... j.
~lj ... j ••
to_ . . avi lepltovt IIIO
Pl.....
- lapltovl Itojl
~V1I
prt
~1.Jl
- lapltovi Itojl
~rl
prt cUilI taq>"y.turaaa,
- lapk.ovl Itojl
~I
pr1 .otmo·j ' teOlper.turt (be,.
teJoper.= __ ,
predqrevanj.) • Sv1 lapltov1., pored oanovnlll aapsta:nc1 jol . .drla. pl_t1f.1Ita tore, pWl10ce 1 raal.1.l !1 te ru tvaral!e. ()j!vrl
prelualt 1_ tel!nog u l!vr-.to ata:nje,1IIOfe k.araltter prl l!-.. je povoljrUje d.a vr....
~t1
!izil!lt1 1 be101jalt1
~vrl
bude 4u!e.
l'111elto ~VTl
Ito d..te za.d.rl1 u tel!Do.. atanju 1 d.a ... _a to vr_ poati9DU trafana a"ojatva lemljenoq apoja. Pre&a broj u It''''9'''''4oftata lapItov1 . . dele
jednoltoeyv-ne'otne 1 V1JekoapoDeOtDe, apr ..... O81lC'VDOj a-up-
nA
co~~
1.
blt1. HvotJ..njalt.og 1 blljoog poreltla,
2. ain te Ul!lt1 - orqa:nslt1, neorqa:ruolt1. Lepk.ov l
Hvotinjalt.oq porella au qlutJ..nalt.1, Jt.u.e1nalt.1, alJ>_
-1 oalt! 1 ltcd>1Dovanl (tazeins:.co - alJ>qn1 oalt1) a blljrU uql.avDoa
uro:bn.1 . IJ aintetlelt.e lepltove .padeju lzoc1.j .... atnt. ka"""'''dnJ., po-
11.altr1lDl. pol1am1dn1. pol1v1nllaoetatnt. pollv1n1.lhl.ortdlU., polll _ cO u Ulan.alt1, ;><>11 ure tJ..nalt.1 , polLe taralt1 • fenol f o.-.al.deh1.dnl,
epou1dn1. eUloulolZll1. cru-n1. 1td. Zfelt.at lapljenja .... vial od grad;' makra.>lelt.IllA, .,lelt..uke t.ef1na. ualova obrazovanja prevlalt.e ( Hl:a ) 1 oje.nlh Hz1l!ko-
hec:1 j altlll osobina . vrate 1 ltol1l!1ne pun.l =a tao 1 pr1.pre ... povrtine lapljeDlll &elova. oclnoano ojlllove pr1rode. o.1a na_denlh pede 1. leplt ova. de je -
Be
1 llu1 f 1lt.ac1. j a Da:
ter::ooraaltt1vne l.epltove ( epolt.a1dn1. Ita,."" .. dol. a111lt.co-
alt1. pe 11 ure tan.alt.1 • tenol- fo.-.al. deh1 dIU. 1 dr. ) Ito j 1 cia j u e yr. te 1 toplotno poatojane lapljene lIpoje"" za MUlne ltanatrukc1jej -
tAl rropl as t:1.eDe
l..epk.oYe ( aIt.rtla tnt. pol1 v1n1.lace ta tnt.
po111zob u t1lanalt.1. pol1a:a:1d1U.. polllllorv1n1lni 1 dr. ) . ltoj1 au =oa.le toplotl>a poatojanoet1 1 pn-njoju . . z.a l.epljeDje oe_taLaj
- 284 - elastomere
(n~
bazl
kau ~uka )
nost 1 korlst& se za lepljenje gwoe Lepak
mo~e
u obl1.k u pra§ka
S8
blU u evrstom 111 111
elastl~-
gumom 1 gwoe sa metalom.
~t no m
stanju, a ponekad 1
paste; l epkovl u tv r stom stanju ge pre
upotrebe rastvaraju u odgovaraju6em
2.2
kojl lmaju vlsoku
rastva ra ~u.
VR STE LEPLJENIH SPOJEVA Prl Dpajanj u l epljen jem , treba lmati u v ldu tra! enu
6u 1 n e prekldnost l ep ljenog spo ja a u neklm ~ n 09t .
NOBe~a
spoBobnoat
s lu~ajev1ma
~ vrsto-
1 hermeti-
l emLjenog s poja, kao krlterijum kva11te-
t a je odre djen a i zra zom
R.l
~ ~.100
n
g de je: R Ie - t vrsto6a lep1jenog spoja a Rm - C!vrst06a 1ep1jenog materljala. Kons t ruk clo na
slgurnost lepljenlh spojeva prema
zate~u61m
1 smitu61m n ap rez a n j ima zavlsl od koeficijenta v egi vanja (Kl) bd~e djen og
l ova i
odnosom kvadratnog
du~ine
korena lz debljlne (s) spajanih de-
prek10pa 1e (pO De Bruyne-u). Zavlsnost srednjeg
napona raskldanja spoja od koefic1jenta raskidanja K1. -
Vs/le
prlkazana je na 51. 153, a odnosl se na te11k, legure A1 i p1atlnlrani Al. Vrednos t K1 kada se postigne maksima1na tvrst06a
R,•
korlsti se aa odredjivanje op-
MPa
30
Umalnog prek10pa pri kome se
25
potpuno iskori§6ava raspo1o!1-
20
va tvrsto6a 1epka. U praksl se
15
lzvode prek10pni spojevi, spo-
10
jevl sa podmetatima, kosi 1
5
drugi spojevi prikazani na
o o:z
0,<
0,6
o.s
IP
51. 154.
Sa porastom radne temperature mo!e do6i do razara51. 153. Napon razaranja u zavisnosti cd K1
nja 1ep1jenog spoja jer mu tvrsto6a opada sa temperatu-
rom i vremenom usled razgr.adnje 1epka.
- 285 -
4
: : S1. 154. Vrste lemljenlh spojeva metala Lepljenl spojevl
~esto
8e kombinuju sa druqlm Obllcima
.pajanja, 1 izvode se;zalepljeno-nltovani, zalepljeno-elektrootpor.kl zavareni i zalepljeno-zavojnl spojevi.
2.3
TE BNOLOGI J A LEPLJENJA Tennoloqlja lepljenja se sastojl lz slede6ih operaclja: - pripreme povr§ina za
leplj~nje,
- pripreme lepka, - nano§enja lepka, o~ vr§6avanja
-
lepka i
- kon trole lepl je.n oq spoj a.
Priprema lepljenih povrlina potro~nju
oKslda
ut~~e
na svojstva
lepka; tra!i se povr§ina vlsoke
1 masn06a,radi bolje adhezlje 1
elja u proeesu lepljenja. Povr§ine se klm odno.no elektrohemijsklm
hemijsko-fizi~kih
~lste mehani~k~
rastvara~i,kao
ill tetrahloretilen 111 alkohol, a za ~eli~ne
zna~i
Ato
1
bez
reak-
1 hemija-
postupclma. ad hemijskih sredetava
za cl§6enje se koriste organski
paplrl, toella,
~lsto6e,
~vrsto~e
§to Hu!trihlor
mehanl~ko ~lA6enje
brusnl
ZOetke, pesklranje. Ve6a hrapavO&t povrAi-
ne doprinosl boljem prlanjanju lepka zboq pove6anja dodirne povr~lne
1 adnezlje. Priprema mase za
l8pljenje~
abavlja se neposredno pre na-
no§enja lepka na pripremlLjenu povrSinu, prema uputstvima prolzvodjaca. Na 'l1. oieni e lepka "na odgovaraju6e povr§ine obavlja se, zavi-
sno od oblika povr§ine i konzistencije lepka, ~etkom, plAteljem, lopaticom 1 sliZ:nlm alatima. OcvrBtfavanj. lepka pre postavljanja spajanih delova je us-
lovljeno lsparljlvo§6u llne, Ate sve
uti~e
rastvara~a,
temperaturom 1 vla!nos6u oka-
na sporlje ili br!e suAenje nanetoq sloja le-
- 286 pka. Prek l apanje delova se o b av lj a u tre nu tku k ad lepak dostl g ne najbolj u l epljivost . Parametri proce s a lep l jen ja ,
t;empe l"a t u :ra ~
odred je ni s u za s vak u v rstu l e pk a s tim
~ to
Vl'" ome i
p ritisa k ,
se po pravil u s a po r a-
storn tempe r at u re l eplj e n.j a skra6 uje v r eme .
Leplje ni d elovi ne spojeva
u zavisnosti od ma te rija l ll , o blik a i ve U l:: i-
odnosno us l ova p r olzvo dnje , zagrevaju s e u
el e ktrl ~
n im pec i ma , g r e jni m l ampaJi\a 1 elektrootporskim ure d jaj i ma .
Za us pe§ n o le p ljenje potreb n a je odr edj en a de bljin a sloja l epk a ,
p ri c e mu je c vrsto6a spoja u t oiiko ve 6 a ukoiiko je sioj
t anj i i be z gas n ih me h u r o ·la . P rak ti c n o na debijinu s ioja iepka ne u tice s a rno na neti sloj lepka , vet 1 nakn a dni p r iti s ak k oji se uvedi u p r o c e s u lep lj e nja. Npr .
rna po tre b na je de bljina n jem si le priti s k a 2- 5
za lepl j e n j e me tal a epoks l dn.1m 9 mo l a-
l epka 0,1-0, 15 mm , koja se dobija delova ~~a .
Pos l e l epl jen ja s p o j
treb a o s t a v iti d a · odle" i" odredjeno
vreme u a t mosfers ki m us l o v i ma u cil j u i z ravnjavanj a sopstvenih n apon a.
Kontro la me t a l nih sp o j eva o buh v ata p rethodnu proveru (lepkova i materij a la) , me d j u f a zna i
zavrs n a is p iti v anja. Kod ispiti-
vanj a go to v ih spo jeva k aris te s e me ta de be z razaranja i sa razaran jem .
KDNTRDLA I DeENA KVALIIETA ZAVARENIH SPOJEVA
1
ZADACI I PODELA KONTROLE
Pri izradi zavarenih konstrukcija u zavarenim apojevima pojavljuju ae manje ili ve~e greAke, pa je zadatak kontrola da utvrdi oblik, veli~inu, raapored i vratu greAki. Prama atandardu JU5C.T3.071/72 utvrdjuju Ba opAta na~ala za dobijanje zavarenih 8pojeva odredjenih kvaliteta s obzirom ns (1) materijal, (2) pripremu, (3) dodatni materijal, (4) poatupak zavarivanja, (5) kvalif ikaciju zavarivaca i (b) vrBtu kontrole. Razlikuju se alede~i kvaliteti zavarenih spojeva. - apecijalni kvalitet - klasB kvallteta I
- klaaa kvaliteta II Sp.cijalni kualitBt ae odnosi na najodgovornije spojeve i konstrukcije koji au izlo!eni promenljivim optera~anjima 11i v1aokim pr1t1acima 1 ~iji bi 10m mogao da ugroz1 ljudake !1vote 111 da izazove ve11ke materijalne gubitke. U konatrukcije ove vrate spadaju pami kotlovi i drug1 sudovi pod pritiakom koj1 podla!u inapekciji, drumaki 1 !elezni~k1 mostovi, brodov!, dizal1ce, laaije automobl1a 1 kamdona, oevovodi pod pritt.kom, ltd.
KlaBa kualit.ta I 8e odnosi na atati~ki optere~ena konatrukcije, kao i oatale ~varena konatrukcije ~1ja havar1ja ne uqrofava ljude n1t1 izaziva ve~e mater1jalne gub1tke. Ovde, npr. apadaju postolja malina alatki, oevovodi koj1 ne podle!u inapekc1j1, noae~e konatrukcije kotlova i drugih rezervoara.
- 2 66 z n a~a jn e
KtasQ kuali t eta II obuhva ta manje
z avarene kon a -
trukci je , np r . ma l e reze r voa re i ce vo vode bez p r ltlska , dekoracio ne elemente, me t a l ne og ra de 1 sl. Zavarlvat ki ra do v 1, k oj l
s e odno se na n a ve de ne klase kvali-
teta, mogu se i zvodit i s a rno uz o dgova raju6 u
tehnl ~ ku
dokumentacl-
j u koj a sadr f i: oce nu n a dle f ne ins pekcij e (fakulteta, instituta) o s p osobn o s t i 1 1i 0
o granl ~ enoj
s posobnosti (JUS C.T3.072/72)
pre d uze6a za ob avljanj e odgova r aju61h ki
pr o ra ~ un
1
te h n ol o~ku
z av arlva~ k1h
&tatl~
radova;
dokumentaciju ( 0 mate rija l u, !lebu,Aavu,
re do sledu izvo djenja § ava i
planu z a v a rl vanja kao 1 k ontrol1).
Uz lmaju6 1 u ob zlr zahteve kojl se trafe za konstrukclje 1 spojeve neophodna su odgovaraju6a ispi t ivanj a obuhva6ena; - p retho dnom kontrolom
-
teku60m kan t rolbm 1
-
zavr§nom k ontrolorn.
Pret ll o dn a ko n t ro l a lma za cllj d a prove rl: svojstva osnoY"na g 1 do datnog mater i jala, prlp remu za zavarivanje, izbor i
18-
p r a vn os t o p reme z a z a v arivanjc 1 mernih i.nstrumenata, reflma zav a r i vanja i k valifikaci j ~ z~vn rivac a.
Tsk u6w kon trola
utvrdju j~
da 11 se odr! avajuJ predvidjena
tehnologija 1 rez1ru zava rivanja 1 Ispravnost opreme i pribora, kao i
predvidjene mere
za~tlte
na radu.
Zal1r § na kont r o l a obuhva ta dimenzlonalnu kontrolu i ~a va,
izqled trolu
kontrolu
mehani~kih
unD tra~njih
qre~aka
s v Ojstav8; a u posebnim
i
spoljni
strukture, kao i kan-
slu~ajevima
i kontrolu
hemi jakog s as tava 1 otporn osti prema korozlj1. Uop ~ te
r a nj a 1 s a gre ~aka
Be kontrolna ispittvanja izvode metodama bell. raaa-
ra 8 a~ anjem ~
u §avu ko r iate
pri
~emu
f izl~k e
metoda, prlme na lzotopa),
se za lspitivanje unutraAnjih
me to de
prozra~ivanja
ultrazvu~ne
metode.
(rendgenaka
Za otkrlvanje
spo1jnih gre Aaka, osim vlzuelnog pregleda na raspolaganju au ma9lle tne metodt!,lum1niscentne metode, penetrantne
te~nost1,
dok
slu~ aj
lspltlvanj ~
komeaktnosti §ava kor1ste vazduAne pro-
be, v BzduAno
amonlja~ ne,
itd.
s e za
U cl1ju odredjlvanj a
mehan1~k1h
svojstava zavarsnog spoja
1 posehno Aava, ispltlvanja se obavljaju na. poaebnlm uzorcima ko-
jl se lzr a djuju od l s tog materljala 1 lstom tehnologljom kao 1 zavarene konstrukcije, iIi se kada je to
mogu~e
lsecaju iz ZA-
varenih spojeva. S obzlrom na radne uslove odredjuje ae pr1 18-
p1tl vanju ka r akter optere6enja -
stat1~k1
111
d1nam1~kl.
- 289 -
Prl svim lspltlvanjlma krlter1jumi kval1teta se usvajaju prema tehnl~klm uslovlma koj1 s~ oenose na kornpaktnost spoja, njegov u stati~ku 111 dinam1~ku ~vr sto6u, f11avost na odredjenoj temperaturi, ltd. Kona ~ na
oeena a kva11tetu odredjenog spoja donos1 se poredjp.njem dob1jenlh rezultata 1spltlvanja sa ve11~ in ama koje sa tra!e u te hnl ~koj dokumentaelj1.
2
GlWSKE U Z/lV/lREN IM SPOJEVIMA
U zavare nim spoje v ima se mogu pojaviti spoljne 1 unutras-
n je gre§ ke. Sp ot j"e g r eSke se dele na gre§ke obI1ka hva 1 prsline , dok su unutrasnj e greske uklju~cl gasnih mehurova razlicitih ve 11c ln a 1 obllka, unutras nje §uplj1ne 1 prsline ukljuce1 u t vrs tom stanju , neprovarenost, itd.
Standa rd JUS C.T3.020 /8 2 svrstava sve gre §ke u 6 grupa, koje se o zn aca vaju brojevlma iIi slovnim simbollma po !lfIZ-u .. Prerna tipu
gre ~ aka
razlik.uju se:
- Cru pa 1 gde SU
svrstane makroskopske 1 mikroskopske pr-
5 1 1ne , ko je po lokaciji mogu bitt
podu ~ ne
(oznaka E), poprecne
(Ep) , u krate ru (Be), 111 odvojene (E ), a prema obl1ku zrakaste (E ), razgranate (E) 111 pojedinacne (81.41). - Grl
20 1
S1 . 155.
Gasn! me hurovi u s avu
Gasni me huro v l se p o jav ljuju,sem u loptastom,i u izdufenom
ob liku (Al)i a po rasporedu
mogu biU pojedinacni 111 u nizu,
unutrasnji iIi povrsinsk.1.. . ~ uplj1ne
i l l krate.L·ske.
usled skupljaa ja metala §a~a su medjudendrlteke
- 290 - G~u p a 3 qde SU 8 v ra t an i uklju~ cl u e vra t om s tanju, troaka 1 prah, kojl moqu bltl r aspo redj e nl u l 1nljl (Ba ), poj e d1n a~ no 1 tome s1., oksldnl ukl.1 u~ e l (J) 1 me talnl uklj ~ c l (8) a u u
ovo j grup1. - Grupa 4 koj a o buhv&ta gre §ks n&le pljlvanja 1 nedoe tatak p r ovara (0 ) ; u gr upl gre §&ka n a l e pljlvanj a razlikuj e . . ~ no nalep l j lvan j e p o s t ranleama f leba, l zmedju s loj e va 1 u korenu §ava (sl. 156 ) .
!
4011 }
OJ
40127@;x...~1
~ I
! Q I I H 4013
a.
402
b.
1
Q ! I 402
51. 156. GreAta n a leplj1vanja (a) 1 nedoetat&k provara (b) Nedo s ta tak provara lspoljava a e nepotpun1m stapanjem atra-
nl ea f l e b a tako da ostaje prazn1na l zmedju njih nu Heba) ,
(ob1~no
u kore-
- Gr upa 5 gde spadaju grel ke oblika : zajed1 (F) (al. 157 a . ) , brazde u korenu, prevellka 18pup~enoBt, preteran prover, prokapljlna (sl.157 . b ), gre Ake prelaza, pre11vanje (¥1.157.c), smakn utos t l v lc a , odstupanje elemenata ad pravca utonuloatl la-
va , rupa u lavu, ne dovoljna deblj1na l ava (Bl.157.d), grelk. u sl met rl~no8 tl ugaonog liava, ne ravnomema itrina 1 neravnomernoat Ilea Aava , Aupljlna u ko renu ualed Bkupljanja, rohavoat kao 1 lo A n as tavak zava r a.
a.
rzGJ SOI l
e·
l,-----"ffi b.
d. 511
81. 157.. Grein obl1ka lava
!
-
291 -
- Gr upa 6 ob uhvata ostale greske: trag uspostavljanja elektri ~ nog l uka, prskanje metalnih kap1 ili vol frama , mestimi~ no ~ upanje metala usled uklan janja pomocn1h zavarenih elemenata, tragove bru§e n ja 1 se~e nja i drugih mehani~kih o Atetenja. Otkrivene g re§ke, spoljne i unutra§nje, mog u se u nek1m slu ~ ajevima o tklo n1t1 1secan jem (vadjenjem) ma ter1jala na mestu g re ~ ke
1 naknadn im zava r ivanjem i
U zavis nostl od klase
ponovnom kontrolom.
zQ vare n~h
spajeva propisani su i
vidov1 1 obim kontrole. Tako, npr. za spo jeve specijalnog kva11teta , pored kontrole mehanic k1h svojstava 1a
~ava
tra ~ 1
se 100 \ kontro~a
me t odama be z razaranja, tj. kontrola svakog izvedenog
va po celoj njego voj
du~1n1.
Pr1 tome se u slucaju otkrivenih
gre§aka dozvoljava njihovo otk lanjanje, s tim §to naknadna kontr o la mora da
poka~e
zadovoljavaju~i
taj zavareni spoj o dbacuje i Zavareni spojev1
kvalitet, a u protivnom se
zamenjuje nov1m.
klase k v aliteta I podvrgavaju se 50\
kontroli bez razaranja, dok za kva11tet klase II 1sp1t1vanje bez r aza ranja
2. 1
mo~e
izostati.
DO Pl' ST ENE GRESKE: U ZAVARENIM SP OJEVIMA
I pored s vih preduzetih mera u pr1premi i izvodjenju zavarenih sp o je v a retko se dobijaju spojevi 1 §avovi bez gre§aka. 12 tih razloga je prihvacena konc::epcija da se za navedene kiase
zavarenih s pojeva odrede rnaks1rnalne dopu§tene greAke, kako po vrsti tako i po velicini, obliku i
raspodel1. Ovakav pristup je
moguc samo ako je kontrola nezavlsna i strucno 1 tehnickl na nivou da
mo~e
sa
slgurno§~u
dati ocenu
0
pouzdanosti kontrolisanog
spoja u eksploataclji. Poznato je da unutrasnje gre§ke, a posebno naprsline, u uslovirna promenljivih opterecenja deluju kao koncentrati napona s to dovodi do progresivnog §lrenja prsline, zamora materijala i krtog lorna. U pravka unutra §nje greske
mnogim slucajevima otklanjanje i po-
dovo ~l
do losijih svojstava (usled to-
plotnog 1 mehanickog dejstva), pa se nastoji da se metodama mehanike lorna
odredi dopustena vellcina gre§ke, za
uzdanost. Prl tome je utvrdjeno da su
odgovaraju~u
po-
dop~~tene gre§ke znatno ve-
ce za staticka opterecenja nego dinamicka, pa otuda slede 1 razliciti krlterijumi za ocenu. lsto tako je dokazano da je vrsta naprezanja od utlcaja na pona§anje poeetne prsline, 1 da su opasnije prsline u zoni
zatezanja naroc ito pri
ni~irn
temperaturama.
-
292 -
Ua osnovu n apons koq stanja e l ementa konstrukcije mole proceniti opas nos t od
postoje~e
Be
gre§ke uz primenu osnovnih prin-
cipa rne hanike loma . Krltl~ n a
(0
< Re),
du~lna
max
) U
elas tl ~ nom podru~ju
data je izrazorn
a
a u
prsline (a
max
plast1~nom podru~ju
a max
(0 > Re)
=
C
6c Ee'
izrazom
gde je C - koeficijent kojl zavls1
od naponsk.og stdOja >
lo < Re ) 1 vrs te materl -
jaia (s1. l5 8 ); RiC kriticna vrednost koeficijenta intenzivnosti nape-
na; Re - gran1ea
oC -
te~enja ;
kriticna vrednost
rasprostiranja prsline;
£e = Re/E - je dinic no 'i zdu~ enj e .
Roeficijent R
1C 6 c se odredjuju opitnim
i
rretodama mehanike lorna (COD - test i druge) . I zraZ:Wlate vrednokorlste 5e za max poredjenje sa stvarnom sti a
du~inorn
gre§ke (a) utvr-
djenom pri kon troi~, tako
1: --'-- - ,<-
"
S1. 158.
da 5e usvajaju kao doz v o-
ijene
kada je
Koeficijent C=f(o/Re)
Gre ~ ke
uocene rendgenskom kon trolom zavarenih spojeva po-
sebne kad dinamick i
opterecen lh, prema uticaju na sklonost ka
krtom lomu, svrstavaju se u grupe 1 do 4 zavisno od odnosa vell-
c ine gre§ke prerna debijini zavarivanog materijaia (tabiica 23) .
- 293 -
Tabiica 13. Kiasifikacija R5- s n lmku Ve lic i n a gr., §ke kv a litet
ve i i~ln e
g r e ' aka 1 k vai lteta prema
,
Qdn es
Velicina maksima ine g r eske mm
Kg=l:lg /L O. 100, '
1
do 3
d o ·10
2
do 5
10-20
5-10
3
do 7
2 0-30
10- 25
i z n ad 7
4
< 5
preko 30
> 25
Kon centr acija gre s aka (Kg) de f ini s e se o dnosorn zbirne duz ine otk ri venih gre s aka l Ei g ) pre ma ispitivanoj du Zini s ava
=
Lo
10 s
( g de je: s - debijlna s a v a, a Lo
~
300 mm* ). Zbirna du-
1ina otkrive nih g re s aka odredjuje se 1z radiograma po pravilima
Ko j a su spec ific na za pojedine v r s te i p Oloz aj g re s ke, debljinu s a v a i s1. Klas e kvaliteta
v isno o d Kg ,
=
se
brojevi~
ad 1 do 4 za-
prema tabiici 23.
Qznaca v anje gre s aka 5
ozna~ a v aju
poka zuje se na prime r u s ava debijine
10 rom , u kome su renngenskom kontroiom otkri veni iopta sti me-
hu r o v i du z ine 1 mm, a na ispitivanoj du z ini s ava Lo
=
10 s
=
100 mm , ustano v 1jena je zbirna du z ina prikri venih mehurova
E1g
3
=
15 mm. Zbog toga se o va greska moz e oznac iti s a Aa 2 3 .
KRTI LOM
S vi se me t a l!,
zav isno ad us} ova rada, razara ju pl a stic -
no ili krto, tj. rnogu nastati z ilavi ·i krti 10mo vi. U oba sluc aja l orno vi su transkrlstalnl,
sto
znaci da se dela v i
razaraju po
r a vnima k1i z anja meta1nih .
z i1avih (p1astic nih) materij a la jer tu
drugi f aktori kao s to
k o ncen tra tori napona i
SU
temperatura, vrsta opterecenja,
dr .
ZiZa v Zom c e1icnill materijala od1ikuje se slede6irn karakteris t ikarna: po v r s ina pre10ma je obic no pod ug10m od 45
o · u odnosu
na pravce glavnlh normalnih napona; povrsina lorna je tamna, kra-
jevi po1o ml jenog de1a su znatno deforrnisani . *) Ogranic enje zbog du z ine R5-fi l ma.
- 29 4 l, rti lorn
obi~no
n as taje poprecno na pravac g la vnih nor-
povr ~ ina
rna lnih napona, a
preloma j e svetla i
bez vidljivih de-
fonnaci ja na mes tu lorna. Na no r malnim temperaturama Plast i ~no
nu kub nu re s etk.n .
~e li k
i ma prosto r nu c ent ri sa-
deformisanje nastaje kao rezultat
sm1ca nj a izazvanog tangencijlanim naponima u ravnirna kr i s t a la koje sadr z e di ja gonalu kocke. Nas upr o t
tome, k r to razaranj e na-
staje pu i v ic ama kocke pod dejstvom no r ma lni h napona. Ovi l omov i - gotovo oez
ko~tr ak ~i j e ,
podsecaju na lomove krtih materija-
1 a pa je z ato i usvojen na z iv krti lorn . U skladu sa navedenim
na ~i ni rna
razaranja postoje i dva
vida otpora r azara nju : otpor s micanju i otpor krtom lomu. nja s aznanja, do kojih se doslo
prou~av anje m
Dana ~
lomova brojnih za-
varenih konstrukeija (mostava, brodava, rezer voara), ukazuju da uzra k 100a nnte bi ti mala prslina ill greska u materijalu. Ta prs~lna
do
nastaje pri prvom opterecenju, u toku vremena se siri
kriti~ne
velicine i
na kraju izaziva razaranje. Zbog dejstva
zareza, konstrukcija u radu je puna koneentratora napona koji nastaju na mestirna promene preseka, nemetalnih ukljucaka u materijal u 1 na mestima gresaka pri zavarivanju. Krti lorn nastaje ake je ma terijal sklon krtom lomu, a k a su veliki sopstveni napon1 (reda velicine Re) koji sprecavaju plasticno deformisanje, ako je postignuta odredjena temperatura i aka postoje greske koje izaz1vaju ko neentraciju napona. Na 51. 159 prikazane su krive pomocu ko jih se obja s njava prelaza k od z1lavog u krti lorn u zavi sn osti ad temperature. Crtastom linijo rn A prikazana je prome na otpora prema krtDm lomu, a krivorn B promena graniee tec enja u zavisnosti od temperature. Pri temperaturama vi§im od T1 (presek linija A i B) da-
--8
ti metal se razara
a ispod Tl krto. Osim linija
I I
A i B uvodi se i
~ T2
kriva C,
jer
se pri postojanju zareza u me-
I
T]
plasti~no,
talu, graniea tecenja povecaT
Te mpera tura 51.159. Uticaj temperature na v rstu loma
va i do 3 puta. Pri temperaturama visim od T2 materijal se u okolini zareza razara plasti~no,
a pri nifim od T2 krto.
- 295 -
Prema tome, temperatura prelaza cd
plasti~nog
na krti lorn nala-
zl se u intervalu T 2 -T 1 i zavisi od koli~ine zareza i njU,ovo g oblika . Proces krtog lorna metala sastoji se iz ova stadijuma. U plasti ~ ne
prvom staoijumu u metalu nastaju znatne
deformacije.
U drugom stad ijumu razaranja me tala nastaje proces neprekidnog
rasta krtih prslina koje su nastale na raznim mes tirna . Razl1~1ti ~e lici, u zavisnost1 od njihovog hemijskog sastav a i strukture, imaju razne otpore prema prelazu u krto stanje. Za dati
li k temperaturni interval prelaska u krto stanje is p itivanjem vise uzoraka na koji imaju
ni ~ u
razl1~itim
~e
se .odrediti
mo ~e
temperaturama. Celicl
temperaturu prelaska u krto stanje s matraju se
boljim . Najjednostavniji
na~in
za odredjivanje temperature
prelaska u krto stanje je ispitivanje udarne zilavosti.
Na osnovu rezultata ispitivanja
~ilavosti
rnaterijala u
§lrokom temperaturnom intervalu, maze se odrealtl temperatura na
kojoj udarna
~ilavost
naglo opada. !Ia s1.
160
se vidi da u
temperaturskom intervalu T -T postoji velika rasipanje rezulta2 1 tao Temperatura Tl naziva se gornjom kriti~nom temperaturom prelaska U krto stanje, a Tl -
donjom. Ispitivanje udarne
~ i-
lavosti zone pod uticajem to-
plote je veoma tesko jer je ta zona veoma uska. Za ocenu otpornosti ma-
..~ .. .
terijala prema krtom lomu u-
oarna TJ
T2
T
Temperatu r a
Sl.160. Promena ~ilavosti sa temperaturom
~ilavost
po Sarpiju ni-
je najbolji kr1terijum. Ovo stoga sto se udarna
~ilavost
sastoji iz
za razvoj
i energlje koje se
~nergije
~
sirenje prsline,
klasi~nim
ispitiva-
njem na Sarpijevom klatnu ne mogu razdvojiti. Uanas se smatra
da je upravo energija za §lrenje praline u veoma tesnoj vezi sa otpornos6u metala prema krtom lomu. To zna~i da ~ilavost po ~ar p1ju ne
mo~e
biti jedini kriterijum za ocenu krtog lorna.
- 296 -
U
p o ~lean j e
vreme uve deno je
vi ~ e
o sciloSKOpskih metoda
za lspi ti va nje uzo raka ud arnim savijanjem, pri o oreci juj e e n e r g ija z a nastajanj e prsline i pa r ko ji me t a l s!uz iti k a o l omu,
~ to
pru ~ a
~emu
se posebno
za njeno sirenje. Ot-
raspro s tiranju iIi s lrenju prsllne maze
o bj e~ t ivna
karakterlstika sklono stt metala ka krtom
mo te doprineti potp unijoj Dceni pona s anja materijala
u razli c iti m r a
LI T E R A T U R A 1. Butnicki , S .: S p awalno s t
1
k r u c ho~c
kowo-Techniczne , \',Ta r szaw a,
stali , Wyd awnlct\Ol a Nau-
19 79 .
2 . Culo § nikov, P . L .: Kontaktnaja svark a,
Ma~lnostroenle,
Moskva,
1977 •
3 . Gr up a autora : r oradnik inzynie ra, S p al,l.'alnictwo I i l l , \':N T , \\larsZawa, 1983 .
4 . Hi llar, J. t J ar rT"oszuk , S.: Technolooia s p a v/alnictwa, "yda\Olni c t wa sZkolne j peca g o g iczne, \·,iarszawa, 196 8 . 5 . Hillar . J . t Ja r mo5zuK, S .: Technologia rob6t spawalniczych, \·lydawr. i cTh' o , "fo.r k ady " , t'i'arszawa, 1982 .
6 . Hrenov , K. K. : Sva r ka rezka i p al ka ~et allo v , Izdateljstvo "Ma ~ i~ostroenie", Moskva, 19 70 . 7 . Hrivna k , T .: Zvaritel ' nost ocel!, Vyda vat el ' stvo te c h nlck ej a ekonorr.ickej l ite ratur y , Bratislava, 1979 . 8 . Jakubiec , "'1 . - Lesinsk i, K " Czaj kowsk i , H . : Te c hno log ia kons t r ukcji spa ...lany c h , \~yd awn i ctwa Nau kowo- Tech niczne, t\'a r s za..... a, 198 0 . 9 . Janota , "" .: Ri a de nie p roce su odporo veho bodoveho zvarania , vuz , Prati slav a, 1984 . 10 . J o v a novi 6 , "" . , Bo~ovi6 , M. , Stojanovi6 , 0.: Ga sno i ru fno elekt r olu c no za v arivanje, Gradjevlnska knjiga , Beogr a d , 1978 . 11. Jovanov i 6 , ,.,,,: Zavarivanje, Nau c na knjiqa, Beograd, 1983. 12 . Klivipe l , f1. • : l\owoez e sne techn o log ie spa j ania meta] i , WNT , \-iarsza ...l a, 198~. 13. "" arcolla- K. : Zarys spawalnietwa , Pan s t ..., owe wydawnietwo nauKow e , Wa r s zaw a - r ozna~ , 19 7 9 . 14.
Milos a v l jevi~ ,
M., Rad o jkovi6 , M. , Kuzamnovi6, B . : Os novl c elic nih ko n st r ukeij a, C, radjevinska knjiga , Beog rad, 1978 .
15 . ,.,listur , L .: Spav,anle i eleele ga zo,.l e , Wydawnietwa Szkolnei Pedagogiezne, h'a rszawa , 1981. 16. ,.,listur, L .: Spawanle ga Z(7Ne i elektr yc zn e , Wydawnietwa szkolne i ped a gogle zn e , Warszawa, 1981. 17 . Opartny ,· D., r·1ysliwlec , M.: Spawalnietwo , Panstwowe. Wydawnietwo naukow e , Warszawa, 198~ .
18 . Paton , E . B. : Tehnologija elektri~eskol sv arki me tallov vav pl a v lenl ero , !-1a~lnost r oenle , ",'osk v a, 1974 .
j
spla-
19 . Pllarezyk , J.: t-Ietaloznawstwo spawalnicze \vy dawnictwa Pol! tech. Warszawsklej, Warszawa , 1977. 20. Pl 1arezyk , J .: Spa wa nie i napawanie elektryezne metal! , wnlc:two "Slask", Katowice, 1979.
Wy d a-
21 . Plwowar, S .: Spawalnietwo, Par'istwow Wydawn!ctwo Naukowe , h'a r szawa , 19 78.
- 298 -
22 . Plwowa r, S .: Ko n t rola p r oces6w spawalniczych, Wydawnictwa naukow o - techniczne . Narszawa, 1979 . 23 . Plwowa r, ~. : Spa ...... anle i zgrzewanie elekt r ycz ne , \'lydawnlctwa Szko lne i Peda g oglczne , Nroclaw, 1981. 2 4 . PiwNar , S .: Spaw anie i zgrzewan ie e l ekt r yc zne, Wydawnlctwa szko lne i r~d a 90q l c zn e , War s za . . ' 3, 1984 .
25 . Ri st i6 , ~' . : O~ novl nauke 0 mate ri j alirna, Nau t na knjiga, Beog ra d ,l 977 . 26 . Rug e , J . : Han dbuch de r Schweisstechn i k , Band I, Springer Ve r la9 , Be rli n , 1980 . 27 . Seferljan , D.: ~!eta lur 9 1 ja zavarlvanja, Gradjevinskaknjiga, Beog ra d , 1969 . 26 . Sk arb id sk l , M. , Ska r b idskl, J .: Technol og iczno.d kcji ma s zyn, "]NT, \'la r szawa , 1982 .
konstru-
29 . Sta r. isze"'/sk i , B . : \'Iymiana c ie p la, Panstwowe wydawnictwo na ukowe , h'a r s zawa , 1980 . 30 . Su n ders , L .: nden..rate r weld ing for offshore installations , The Ve l d 1n? Institute , Abi ng ton, 1977 . 31. T r o i ck i j , V . A., Radko , V . P ~ i dr.: Defekti svarnih soedinenjj i s r edstva ih obnaru~en1ja , V i~ta ~ko la , Kiev, 1983 . 3 2 . Za yka , !1. : Spawanie i nitowanie , wyda\ou'dctwa sZkolne i pedago<),icz-ne , Katov i ce , 197 5 .
