PRIRUČNIK IZ KOLEGIJA STROJEVI I OPREMA ZA ZAVARIVANJE · PDF filesveuČiliŠte u zagrebu. fakultet strojarstva i brodogradnje. priruČnik iz kolegija. strojevi i oprema za zavarivanje

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

PRIRUČNIK IZ KOLEGIJA

STROJEVI I OPREMA ZA ZAVARIVANJE

Doc.dr.sc. Ivica Garašić Prof.dr.sc. Zoran Kožuh

Recenzenti: Izv. prof. dr.sc. Branko Bauer

Prof.dr.sc. Ivan Samardžić

Zagreb, izdanje 2016.

FSB – KATEDRA ZA ZAVARENE KONSTRUKCIJE I

SADRŽAJ

SADRŽAJ

Sadržaj ..........................................................................................................................................

Popis slika .....................................................................................................................................

Popis tablica .................................................................................................................................

1. Strojevi i oprema zavarivanje ................................................................................. I : 1 - 9

2. Statička karakteristika.......................................................................................... II : 1 - 11

3. Dinamička karakteristika ..................................................................................... III : 1 - 21

4. Intermitencija ....................................................................................................... IV : 1 - 6

5. Induktivitet .......................................................................................................... V : 1 - 10

6. Polikabel.............................................................................................................. VI : 1 - 16

7. Dodavač žice ........................................................................................................ VII : 1 - 7

8. Identifikacijska pločica ........................................................................................ VIII : 1 - 5

9. Zaštita na radu ....................................................................................................... IX : 1 - 7

Literatura

FSB – KATEDRA ZA ZAVARENE KONSTRUKCIJE II

SADRŽAJ

POPIS SLIKA

Slika I – 1. Blok dijagram mogućih koncepcija izvora struje za zavarivanje .................. I - 3

Slika I – 2. Blok dijagram poluvalnog ispravljača .................................................................... I - 5

Slika I – 3. Blok dijagram punovalnog ispravljača ................................................................... I - 6

Slika I – 4. Blok dijagram punovalnog ispravljača sa Graetzovim spojem .............................. I - 6

Slika I – 5. Blok dijagram punovalnog ispravljača sa Graetzovim spojem .............................. I - 7

Slika I – 6. Shematski prikaz agregata za zavarivanje………………………………………………………….I-10

Slika I – 7. Shema generatora sa demagnetizirajućom zavojnicom…………………………………….I-11

Slika I – 8. Slika I-8. Shema generatora sa poprečnim poljem sa tipičnim oblikom statičke

karakteristike…………………………………………………………………………………………………………………..I-11

Slika II – 1. Dijagram struje i napona prikazuje četri različite izlazne karakteristike ............. II - 2

Slika II – 2. Dijagram struje i napona uz dodano područje .................................................... II - 2

Slika II – 3. Dijagram struje i napona prikazuje 4 različite CC karakteristike ......................... II - 3

Slika II – 4. Modificirani dijagram struje i napona ................................................................ II – 4

Slika II – 5. Dijagram struje i napona prikazuje ravnu karakteristiku .................................... II - 5

Slika II-6. Shema opreme za mjerenje statičke karakteristike izvora za zavarivanje II-8

Slika II-7. Vodeni otpornik, dio opreme za mjerenje II-8

Slika 1. Transformator za zavarivanje, TBH400 Uljanik II-8

Slika II-9. Tehnička specifikacija izvora struje II-9

Slika II-10. Dijagram statičke karakteristike izvora struje TBH400 Uljanik II-10

Slika III – 1. Dijagram struje i napona prikazuje četri različite izlazne karakteristike ........... III - 1

Slika III – 2. Prijenos kapljice metala električnim lukom kratkog spoja ............................... III - 2

Slika III – 3. Detaljan prikaz faza prijenosa kapljice metala .................................................. III - 2

Slika III – 4. Oscilogram prikazuje vrijednosti - električnim lukom kratkog spoja ................ III - 3

Slika III – 5. Prijenos kapljice metala prijelazni – globularnim električnim lukom ............... III - 4

Slika III – 6. Detaljan prikaz faza prijenosa - globularnim električnim lukom ...................... III - 4

FSB – KATEDRA ZA ZAVARENE KONSTRUKCIJE III

SADRŽAJ

Slika III – 7. Prijenos kapljice metala štrcajućim električnim lukom .................................... III - 6

Slika III – 8. Prikaz granične vrijednosti jakosti struje - štrcajući električni luk .................... III - 6

Slika III – 9. Oscilogram prikazuje vrijednosti - štrcajućim električnim lukom ..................... III - 7

Slika III – 10. Prijenos kapljice metala impulsnim - štrcajućim električnim lukom .............. III - 8

Slika III – 11. Detaljan prikaz faza električnog impulsa ........................................................ III - 8

Slika III – 12. Oscilogram prikazuje vrijednosti - štrcajućim električnim lukom ................... III - 9

Slika III-13. Dinamička katakteristika 1-u=f(t); 2-i=f(t) STT postupka III- 14

Slika III-14. Slijed odvajanja kapljice pri STT zavarivanju III-14

Slika III-15. Provar korijena STT postupkom kod a) većeg razmaka i b) smaknuća III-15

Slika III-16. Dinamička katakteristika 1-u=f(t); 2-i=f(t) FastROOT postupka III-16

Slika III-17. Slijed odvajanja kapljice pri FastROOT zavarivanju III-16

Slika III-18. Utjecaj sekundarnog strujnog pulsa na oblik provara kod FastROOT postupka III-16

Slika III-19.Zavarivanje duplex i superaustenitnog čelika debljine 2mm uz razmak 2 do 3mm

III-16

Slika III-20. Shematski prikaz povratnog gibanja žice (treći kadar) III-17

Slika III-21. Slijed odvajanja kapljice kod CMT postupka III-18

Slika III-22. Makroizbrusak spoja aluminijskog i pocinčanog lima izvednog CMT postupkom

III-18

Slika III-23. Dinamička karakteristika i=f(t) (žuti oscilogram) i u=f(t) (crveni oscilogram) kod AC MIG postupka III-19

Slika III-24. Utjecaj balansa negativnog polariteta na oblik zavara i geometriju spoja III-19

Slika III-25. Makroizbrusak tvrdo lemljenog spoja žicom ER-CuSi A na pocinčanom čeliku, udio negativnog polariteta EN=70% III-20

Slika III-26. Dinamička katakteristika 1-u=f(t); 3-i=f(t) RMTpostupka III-21

Slika III- 27 . Makroizbrusak kutnog spoja s potpunom penetracijom; S355 debljine 8mm; visina kutnog spoja 4mm; I=265A; Unos topline 11 kJ/cm III-21

FSB – KATEDRA ZA ZAVARENE KONSTRUKCIJE IV

SADRŽAJ

Slika IV – 1. Dijagram intermitencije .................................................................................... IV - 2

Slika V – 1. Blok dijagram transformatora i ispravljača ......................................................... V - 2

Slika V – 2. Dijagram sa promjenom broja uključenih namotaja u zavojnicu ....................... V - 4

Slika V – 3. Dijagram pomicanja metalne jezgre kroz zavojnicu ........................................... V - 5

Slika V – 4. Dijagram zasićenja rekatora istosmjernom strujom [ ......................................... V - 5

Slika V – 5. Fotografija lica zavara i dijagrama napona ......................................................... V - 6



Slika V – 8. Usporedni prikaz tri različita izvora struje za zavarivanje ................................... V - 7

Slika V – 9. Manipulacija uzlazne i silazne struje kratkog spoja induktivitetom ................... V - 8

Slika VI – 1. Vodom hlađen MIG/MAG polikabel ................................................................. VI - 2

Slika VI – 2. Zrakom hlađen MIG/MAG polikabel ................................................................. VI - 4

Slika VI – 3. Priključi koji se nalaze unutar polikabela za MIG/MAG zavarivanje ................. VI - 3

Slika VI – 4. Različite varijante priključaka polikabela .......................................................... VI - 4

Slika VI – 5. Prikaz muškog i ženskog priključka polikabela EURO tipa ................................ VI - 4

Slika VI – 6. Nedozvoljena oštečenja zavarivačkog kabela za REL zavarivanje .................... VI - 5

Slika VI – 7. Dijagram ovisnosti pada napona o duljini kabela ............................................. VI - 7

Slika VI – 8. Grafički prikaz triju različitih geometrija namatanja polikabela [ ..................... VI - 9

Slika VI – 9. Odnosi napona i jakosti struje u ovisnosti o kabelu ....................................... VI - 10

Slika VI – 10. REL kablovi za zavarivanje ............................................................................. VI - 14

Slika VII – 1. Prikaz dodavača žice spremljenog unutar izvora struje ................................. VII - 2

Slika VII – 2. Dodavač žice kao zasebna jedinica ................................................................. VII - 2

Slika VII – 3. Prikaz kompletnog mehanizma za dodavanje žice ......................................... VII - 2

Slika VII – 4. Uvećani prikaz jednostavnijeg mehanizma za dodavanje žice ....................... VII - 2

Slika VII – 5. Prikaz važnih dijelova dodavača žice .............................................................. VII - 3

FSB – KATEDRA ZA ZAVARENE KONSTRUKCIJE V

SADRŽAJ

Slika VII – 6. Dodatna identifikacijska pločica izlaznih parametara .................................... VII - 3

Slika VII – 7. Dijagram prikazuje CV izlaznu karakteristuku izvora struje ............................ VII - 4

Slika VIII – 1. Prikaz važnih dijelova dodavača žice ............................................................ VIII - 2

Slika VIII – 2. Dodatna identifikacijska pločica izlaznih parametara .................................. VIII - 3

Slika VIII – 3. Dijagram prikazuje CV izlaznu karakteristuku izvora struje .......................... VIII - 3

Slika IX-1. Robotizirano zavarivanje u ventiliranom odvojenom prostoru …………… ……….IX-1

Slika IX-2. Zavarivački stol s nadograđenom usisnom napom……………………………………………IX-4

Slika IX-3. Niskovakuumski usisni sustav…………………………………………………………………………….IX-5

Slika IX-4. Visokovakuumski sustav za lokalni odsis……………………………………………………………IX-6

Slika IX-5. MIG zavarivanje s ugrađenom sapnicom za odsis…………………………………………….IX-7

FSB – KATEDRA ZA ZAVARENE KONSTRUKCIJE VI

SADRŽAJ

POPIS TABLICA

Tablica I – 1. Usporedba konvencionalni i inverterskih izvora .............................................. I - 8

Tablica II-1. Izmjerene vrijednosti statičke karakteristike izvora II-11

Tablica IV - 1. Dozvoljene temperature komponenti unutrašnje građe izvora struje ......... IV - 4

Tablica VI-1. Preporučene debljine polikabela za REL pri 75°C ……………………………………VI-14

Tablica VII - 1. Usporedni prikaz tri različita tipa kotačića za izravnavanje žice ................ VII - 6

Tablica VII - 2. Formula varijacije brzine izražene prema opterećenju ................................ VII - 7

Tablica VIII - 1. Pojašnjenja standardne identifikacijske pločice ...................................... VIII - 1

Tablica VIII - 2. Standardni izgled identifikacijske pločice ................................................. VIII - 2

Tablica VIII - 3. Slikovni prikazi podataka prema normi HRN EN ISO 60974 – 1............ VIII - 4

FSB – KATEDRA ZA ZAVARENE KONSTRUKCIJE II - 1

STATIČKA KARAKTERISTIKA

DEFINICIJA:

Statička karakteristika (eng. Volt – Ampere characteristic) izvora struje za zavarivanje opisuje

promjenu napona s porastom struje zavarivanja. Karakteristika je prikazana krivuljom u napon

struje (U) – jakost struja (I) dijagramu te je podjeljena najčešće u dva glavna tipa prema kojima

se rade daljne podjele izvora struje za zavarivanje.

GLAVNA PODJELA:

Statička karakteristika: Strmopadajuća – konstantna jakost struje (eng. Constant Current CC

) znači da je ponašanje izvora struje konstruirano da održava vrijednost jakosti struje približno

istu dok se vrijednost napona struje mijenja sa visinom električnog luka. Ovakva vrsta

karakteristike ima obilježja da zbog konstantne jakosti struje imamo približno konstantnu

brzinu stvaranja kapljica koje će postati depozit, a zbog varijacije visine napona se geometrija

luka može rapidno promijeniti. Dizanjem ruke – povećanjem visine električnog luka imamo i

povećanje napona kako bismo kompenzirali promjenu visine i dodatno ionizirali stup zraka

između elektrode i radnoga komada. Zbog povećanja visine električnog luka proširujemo

površinu pokrivanja električnog luka te se kapljica zbog toga više razlijeva po radnom komadu

nego što ostvarujemo efektivnu penetraciju.

Strmopadajuće karakteristike su prikladne za izvore struje koje se koriste za ručne postupke

zavarivanja poput: REL, TIG, EPP (za debljine žice veće od 3 mm) te plazma. Glavni razlozi zbog

kojih se strmopadajuća karakteristika primjenjuje specifično za ručne postupke je brzina

kompenzacije promjene visine električnog luka – tj. koliko brzo izvor struje može odgovoriti

na promjene u vođenju električnog luka.



Slika II - 1. Dijagram struje i napona prikazuje četiri različite izlazne karakteristike pomoću

kojih se vidi da izvor struje sa višim naponom praznog hoda može održati jakost struje

minimalnu promjenu naspram izvora struje sa manjim naponom praznog hoda [1]

Slika II - 2. Dijagram struje i napona uz dodano područje koje predstavlja krivulju električnog

luka koje presjeca krivulje karakteristika izvora struje za zavarivanje [1]



Slika II - 3. Dijagram struje i napona prikazuje 4 različite CC karakteristike. TIG izlazne

karakteristike su napravljene da okomito padaju te pri presjecanju krivulje električnog luka

daju uvijek iste vrijednosti struje. REL karakteristike su modificirane uz dodatak anti-stick

područja gdje se „stiskanjem“ tj. smanjivanjem električnog luka naglo povećava vrijednost

jakosti struje, dok napon naglo pada – time se osigurava pojačani prijenost materijala bez

naljepljivanja elektrode na radni komad. [8]



Slika II - 4. Modificirani dijagram struje i napona služi kao primjer kako je moguće

iskombinirati dvije različite karakteristike kako bismo ostvarili što bolji i kontroliraniji

prijenos metala [1]

Statička karakteristika: Ravna – konstantan napon struje (eng. Constant Voltage(CV) je

karakteristika gdje izvor struje održava napon struje konstantnim dok se jačina struje mijenja

visinom električnog luka. Iako se uzima da je krivulja konstantna, ona ipak pokazuje blagi pad

uzrokovan unutarnjim otporima građe izvora struje za zavarivanje. Također, položenost

krivulje je moguće izmijeniti podešavanjem impedancije izvora struje što je dodatna „fina“

postavka na uređaju.

Glavna razlika se očituje u načinu vođenja procesa. Kod CV karakteristike se teži održati visinu

luka konstantnom, ali bilo kakva promjena visine luka povlači za sobom drastičniju promjenu

jakosti struje - što ujedno znači i veliku promjenu količine depozita koje polažemo na radni

komad. Takav efekt se naziva također i „samoregulacija“ električnog luka.

Dodavač žice je modul koji klasificira ovaj postupak zavarivanja automatskim je kontroliran

izvorom struje za zavarivanje, točnije povratna informacija o izlaznom naponu kojim se

održava električni luk. Sa povećanjem napona se povećava i brzina dodavanja žice – tj. količina



depozita, a s obzirom da promjene napona nisu skokovite kao kod ručnih postupaka,

dobivamo kontinuiranu brzinu dodavanja depozita uz mogućnost fine kontrole.

Upotreba ravne karakteristike se povezuje isključivo sa automatskim postupcima kao što su:

MIG/MAG, EPP (za debljine žice iznad 3 mm).

Slika II - 5. Dijagram struje i napona prikazuje ravnu tj. blagopadajuću izlaznu karakteristiku,

CV – constant voltage [1]

REGULACIJA DULJINE ELEKTRIČNOG LUKA PRI ZAVARIVANJU

Duljina električnog luka je proporcionalna naponu i kao takva se podešava kao parametar

zavarivanja kod postupaka MIG/MAG, FCAW i EPP. Geometrija zavara je ovisna o duljini

električnog luka jer se njome definira širina područja interakcije električnog luka s osnovnim

materijalom i time se prvenstveno utječe na širinu zavara a u kombinaciji sa jakošću struje

zavarivanja i na penetraciju. Osim geometrije zavara, stabilnost i konstantna duljina

električnog luka utječu na kontinuitet kemijsko-metalurške reakcije u samom procesu

zavarivanja te u konačnici na kvalitetu prijenosa metala u električnom luku tako da je očuvanje

podešene i željene duljine električnog luka pri zavarivanju do primarne važnosti.

Regulaciju duljine električnog luka moguće je provesti ručno i automatski. Pri ručnoj regulaciji

duljine cijeli koncept se zasniva na interakciji zavarivač-električni luk pri čemu zavarivač u



procesu zavarivanja na osnovu vizualnog praćenja kontinuirano održava potrebnu duljinu

pomicanjem ruke tj. elektrode prema gore (povećanje duljine luka) ili prema dolje (smanjenje

duljine luka). Ručna regulacija duljine luka zasniva se na strmopadajućoj statičkoj krakateristici

(CC-constant current) i koristi se kod prvenstveno kod postupaka REL, TIG i plazma.

Stabilnost električnog luka pri ručnom zavarivanju prvenstveno ovisi o uvježbanosti i

sposobnosti zavarivača koji održava konstantnu ali se zbog geometrije pripreme ili zavara pri

npr. njihanju duljina luka kontinuirano mijenja. Kako bi se spriječile bitne promjene u dinamici

taljenja elektrode kod REL postupka ili generirana količina topline u električnom luku kod TIG

postupka bitno je da ne dolazi do velike promjene struje zavarivanja budući da je intenzitet

taljenja proporcionalan struji a ne naponu zavarivanja. Filozofija strmopadajuće karakteristike

zato omogućuje da se uz promjenu duljine električnog luka jakost struje minimalno mijenja ili

je čak u određenom radnom području konstantna. Time se podržava stabilnost zavarivačkog

procesa uz nepromjenjivu brzinu taljenja elektrode.

Automatska regulacija duljine električnog luka prvenstveno se koristi kod MIG/MAG, FCAW,

EPP te automatiziranog TIG i plazma zavarivanja. Međutim, postoji bitna razlika u konceptu u

odnosu na postupak zavarivanja tj. da li se radi o postupku sa mehaniziranim dodavanjem žice

(tzv. poluautomatski postupci-MIG,MAG, FCAW, EPP) ili se radi o odvojenom dodavanju žice

koje može biti ručno ili mehanizirano (TIG, plazma). U slučaju kada se radi o elektrolučnim

postupcima sa mehaniziranim dodavanjem žice koristi se tzv. samoregulacija duljine

električnog luka koja se zasniva na blagopadajućoj statičkoj karakteristici (CV-constant

voltage) te se u tom slučaju radi o unutarnjoj ili strujnoj regulaciji koja se primjenjuje kod

većine MIG, MAG, FCAW i EPP uređaja. Pri unutarnjoj ili strujnoj regulaciji postavljena brzina

žice je konstantna neovisno o promjeni duljine električnog luka. Međutim, treba napomenuti

da se pri većim debljinama žice (preko 3mm) kod EPP zavarivanja primjenjuje strmopadajuća

CC statička karakteristika ali u sustavu vanjske ili naponske regulacije pri čemu brzina žice nije

konstantna pri promjeni duljine električnog luka. Razlog je prevelika tromost sustava kod

većih debljina žice pri unutarnjoj ili strujnoj regulaciji pa bi pri većim brzinama zavarivanja bilo

potrebno više vremena pri vraćanju u optimalno podešeno stanje a što bi u praksi značilo više

zavara izvedenog sa neodgovarajućim parametrima.

Blagopadajuću statičku karakteristiku obilježava pad napona sa povećanjem struje koji se

najčešće nalazi u rasponu 1-3V/100A. Time se osigurava gotovo konstantan napon pri



promjeni duljine električnog luka u postavljenom radnom području ali se pri tome dešava

relativno velika promjena struje. Nagibom statičke karakteristike definira se struja kratkog

spoja i dinamika procesa prijenosa metala u električnom luku pri prijenosu kratkim spojevima.

Nagib se može promatrati kao otpor u električnom krugu R=U/I Nadalje, dodatno se naglašava

pojam slobodnog kraja žice koji se definira kao parametar pri MIG/MAG, FCAW i EPP

zavarivanju iz razloga što promjena u duljini kontaktne cjevčice pomiče radnu točku po

statičkoj karakteristici što se direktno reflektira na promjeni struje zavarivanja tj. vrlo mala

promjena napona dovodi do vrlo velike i značajne promjene struje zavarivanja. Ta činjenica se

primjenjuje u dinamičkom procesu na način da mala promjena položaja pištolja u odnosu na

ravninu osnovnog materijala rezultira većom promjenom struje pri čemu je brzina žice

konstantna. Na taj način je omogućena samoregulacija duljine električnog luka.



Mjerenje statičke karakteristike

Mjerenje statičke karakteristike stroja vrši se radi utvrđivanja njegove ispravnosti za zavarivanje i podobnosti njegovih karakteristika potrebama korisnika. Dozvoljena greška odstupanja radne od normom određene vrijednosti iznos ±10%.

Pri samom mjerenju umjesto električnog luka koristi se promjenjivi otpornik i to vodeni otpornik koji se sastoji od metalnih pločica uronjenih u kradu sa elektrolitima (npr. kuhinjska sol). Kada se metalne ploče nalaze izvan elektrolita otpor je beskonačno velik ( I = 0 ), a mjeri se napon praznog hoda, dok se pri potpuno spuštenim pločama (samo kod izmjenične struje) ostvaruje kratki spoj. Mjerenje je potrebno izvršiti brzo jer dolazi do zagrijavanja ploča i elektrolita pri čemu se uslijed porasta temperature mijenja otpor.

Slika II-6. Shema opreme za mjerenje statičke karakteristike izvora za zavarivanje

Popis opreme za mjerenje:

- Otpornik: Vodeni otpornik

- Izvor struje: Transformator za zavarivanje, TBH400 Uljanik

- Ampermetar: LH635

- Voltmetar: UT51 MultyMeter



Slika II-7. Vodeni otpornik, dio opreme za mjerenje

Slika 1. Tr ansformator za zavarivanje, TBH400 Uljanik



Slika II-9. Tehnička specifikacija izvora struje

Transformator za zavarivanje TBH400 Uljanik:

- napajanje: 380 V

- napon praznog hoda: U0 = 64 – 70 V

- područje jakosti struje: I = 60 – 400 A

- faktor snage cosø: 0,42 kod 26 V, 150A



Tablica II-1. Izmjerene vrijednosti statičke karakteristike izvora

Izvor struje podešen na 150 A

U [V] 73,8 68,5 63,9 57,4 49,8 39,7 0,07

I [V] 0 50 75 100 125 150 197

Izvor struje podešen na 250 A

U [V] 74,7 72 67,5 61 52,8 42,3 0,08

I [A] 0 50 100 150 200 250 340,7

Slika II-10. Dijagram statičke karakteristike izvora struje TBH400 Uljanik

Greška (150A): 𝐼𝐼𝑝𝑝−𝐼𝐼𝑟𝑟𝐼𝐼𝑝𝑝

∙ 100% = 150−165,5150

= −10,33%

Greška (250A): 𝐼𝐼𝑝𝑝−𝐼𝐼𝑟𝑟𝐼𝐼𝑝𝑝

∙ 100% = 250−271,8250

= −8,72%

FSB – KATEDRA ZA ZAVARENE KONSTRUKCIJE III - 1

DINAMIČKA KARAKTERISTIKA

DEFINICIJA:

Dinamička karakteristika (eng. Waveform characteristic) je operativna karakteristika mjerena osciloskopom, pod konstantnim opterećenjem izvora struje za zavarivanje u svrhu detaljnog promatranja ponašanja električnog luka – promjene struje i napona tijekom formiranja i odvajanja rastaljene kapljice metala.

Prijenos metala u električnom luku rezultat je interakcije više fizikalnih fenomena od koji elektromagnetska sila ima dominantnu ulogu. Zbog malog promjera žice moguće je kvalitetno i trenutačno upravljanje cijelim procesom odvajanja sferne kapljice rastaljenog metalnog materijala što se može dogoditi u kratkom spoju ili slobodnim letom kapljice.

Kod konvencionalnih izvora struje za zavarivanje ostvaruju se različiti načini prijenosa metala u električnom luku ovisno o jačini narinute struje i napona, promjeru žice i vrsti zaštitnog plina. Pri tome, prema gruboj podjeli, razlikujemo područje kratkih spojeva, područje mješovitog luka te područje štrcajućeg luka. Impulsno zavarivanje predstavlja kontrolirani prijenos materijala slobodnim letom i to u području niskih i visokih parametara zavarivanja zahvaljujući visokim razinama impulsne struje. Klasifikacija IIW-a definira tri glavna područja prijenosa metala kod elektrolučnog zavarivanja metalnom taljivom elektrodom: prirodni prijenos, kontrolirani prijenos i modificirano (prošireno) područje prijenosa.

Ono što omogućuju novi koncepti MIG/MAG zavarivanja je svojevrsna interakcija različitih opcija prijenosa materijala u području parametara i energijskog nivoa gotovo neprimjenjivog kod konvencionalnih postupaka i izvora struje za zavarivanje. Suvremeni postupci MAG zavarivanja se odlikuju modificiranim načinima prijenosa metala kojih je uvijek osnova kratki spoj, štrcajući luk i impulsna struja. To se postiže kontinuiranim upravljanjem i regulacijom struje i napona zavarivanja (tzv. waveform control), indirektnom kontrolom drugih sila koje sudjeluju u prijenosu metala (površinska napetost), kombinacijom impulsa i kratkih spojeva u istom radnom ciklusu, promjenom balansa polariteta i uvođenjem izmjenične struje te uvođenjem mehaničkog upravljanja odvajanja kapljice koja kompenzira vrlo mali unos topline koji je u konvencionalnom sustavu nedostatan za odvajanje dodatnog materijala. Danas se zahvaljujući razvoju uređaja moguće integracije dvije impulsne razine u istom procesu. Važno je naglasiti da se kontrola procesa provodi u svakom trenutku diskretizacijom vrijednosti tj. primjenom digitalne tehnologije.

Suvremeni postupci MAG zavarivanja primjenjuju sve nabrojene mehanizme kako bi se olakšalo zavarivanje tankih materijala, smanjio unos topline i deformacije, omogućilo lakše zavarivanje korijenskog prolaza, raznorodnih materijala te povećenih razmaka između limova. Međutim, osim ovih prednosti koje u biti predstavljaju zavarivanje u području razine parametar kratkih spojeva razvijeni su i sustavi modifciranog štrcajućeg luk koji se odlikuju znatno poboljšanom penetracijom.

Relativno niski unos topline omogućuje primjenu MIG lemljenja pocinčanih čeličnih limova. Kako cink (Zn) ima nisku temperaturu taljenja 420°C i isparava na 910°C postoje veliki problemi pri zavarivanju pocinčanih čeličnih limova jer pare cinka uzrokuju prskanje, loš prijenos metala, slabo protaljivanje, porozitet i pukotine. Jedno od rješenja je primjena dodatnog materijala s



niskom temperaturom tališta na bazi legure bakra npr. CuSi ili CuAl. Tu MAG postupci s modificiranim prijenosom metala u području kratkog spoja postižu izvrsne rezultate jer ne dolazi od uništavanja cinčanog sloja a kako se većinom radi o tankim materijalima nema deformacija .

Mjerenje dinamičke karakteristike se generalno povezuje sa MIG/MAG postupkom zavarivanja, gdje se ovisno o jačini i naponu struje mogu dobiti različiti prijenosi rastaljenog metala u električnom luku. Iako postoje mnogobrojne kombinacije prijenosa metala, četiri su se prijenosa ustanovila kao industrijski dominantnima te jedan specifični prijenos metala:

PRIJENOSI METALA U ELEKTRIČNOM LUKU Električnim lukom kratkoga spoja Prijelaznim električnim lukom Štrcajućim električnim lukom Impulsnim električnim lukom Rotirajućim električnim lukom

Slika III-1. Podjela vrsta prijenosa metala električnim lukom [9]

Ovisno o načinu prijenosa metala se drastično mijenjaju dinamičke karakteristike koje se mogu jednostavno grafički prikazati te dijagramima ukazati na prednosti i nedostatke pojedine karakteristike.



PRIJENOS METALA ELEKTRIČNIM LUKOM KRATKOG SPOJA: GLAVNA OBILJEŽJA:

• Jakos struje: 125 - 175 A ; napon struje: 12 - 17 V • Promjeri žica: 0,8 mm do 1,2 mm • Mali unos topline: Q – brzo hlađenje i stvrdnjavanje taline • Minimalne deformacije radnog komada • Štrcanje: posljedica naglog gašenja el. luka + zaštitnog plina • Spajanje malih debljina radnih komada: 1,0 mm – 5,0 mm • Izrada korijenskog prolaza • Metali osjetljivi na unos topline • Premošćivanje zračnog mosta između radnih komada • Prikladan za sve položaje zavarivanja • Posebno prikladan za zavarivanje velikih debljina u nadglavnom položaju

Slika III-2. Prijenos kapljice metala električnim lukom kratkog spoja [10]

Slika III-3. Detaljan prikaz faza prijenosa kapljice metala električnim lukom kratkog spoja [1]



Slika III-4. Oscilogram prikazuje vrijednosti jakosti i napona struje tijekom prijenosa metala električnim lukom kratkog spoja [11]

OBJAŠNJENJE: Unutar jedne sekunde, vršak elektrode dodiruje kupku rastaljenog metala od 20 do 200 puta. Sekvenca prema kojoj se prijenos odvija prikazana je u tablici iznad.

• Tijekom trenutaka od A do D je vršak elektrode u kratkom spoju sa radnim komadom, te se u toj fazi jakost struje povećava.

• Povećanjem jakosti struje se pojačava i elektromagnetno polje koje stvara efekt uklještenja (eng. pinch effect), na mjestu gdje je formirana kapljica prešla iz kruto u tekuće stanje ali se samostalno nemože odvojiti od žice dodatnog materijala.

• U trenutcima E i F se električni luk nanovo uspostavlja pomoću naglog izboja napona te smanjivanjem jakosti električne struje.

• U ovim trenucima se javlja ključan problem naglog prskanja kapljice metala jer se teži uspostavi el. luka te zagrijavanju vrška žice kako bi se ostvarila sljedeća sekvenca prijenosa metala.

• Promjenom iduktiviteta te delikatne modifikacije dinamičke karakteristike se može prskanje u određenoj mjeri smanjiti ili u moderno vrijeme gotovo i eliminirati.

• Do trenutaka G i H, generirana toplina od el. luka formira rastaljenu kapljicu koja mora biti dovoljno velika, ali takva da samostalno ne padne i „sudari“ sa talinom.

• Naglim smanjenjem napona struje se smanjuje i visina el. luka – što uz dovođenje žice uzrokuje dodirivanje vrška žice sa talinom i kontroliranog odvajanja kapljice metala.



PRIJENOS METALA PRIJELAZNIM (GLOBULARNIM) ELEKTRIČNIM LUKOM: GLAVNA OBILJEŽJA:

• Jakos struje: 180 - 230 A ; napon struje: 17 - 22 V • Promjeri žica: 0,8 mm do 1,6 mm • Povećani unos topline: Q – veće razljevanje i sporije hlađenje taline • Nasumično formiranje visine električnog luka (ovisno o naponu) • Vidljive deformacije radnog komada • Kapljica nekoliko puta veća od promjera žice dodatnog materijala • Povećano štrcanje: posljedica nepravilnog gašenja el. luka + zaštitnog plina • Spajanje radnih komada debljina: 5,0 mm i više • Izrada popunskih prolaza • Nije prikladan za prisilne položaje zavarivanja

Slika III-5. Prijenos kapljice metala prijelazni – globularnim električnim lukom [10]



Slika III-6. Detaljan prikaz faza prijenosa kapljice metala prijelazni - globularnim električnim lukom [1] OBJAŠNJENJE: Pojava prijelaznog električnog luka se zamjećuje također pri nižim vrijednostima jakosti struje, ali opet dovoljno visokim da prijenos metala u kratkom spoju učini vrlo nepredvidivim.

• Tijekom prijelaznog el. luka se preporuča koristiti što inertniji plin (Ar + He) zbog nasilnog odvajanja kapljica koje nepravilnim preletom do rastaljene kupke metala mogu navući neželjene elemente u sam metal zavara.

• Zavarivanje pomoću prijelaznog el. luka je obilježeno mještovito stabilnim radom u kratkom spoju te nestabilnim radom štrcajućim lukom gdje se kapljice nepravilno formiraju te prilikom dodira sa rastaljenom talinom često nasilno štrcaju.

• Prilikom zavarivanja uz niske vrijednosti napona struje je el. luk vrlo kratak te se veći dio žice elektrootporno zagrijava i sudara sa radnim komadom, a zbog visokog unosa topline kapljica vrlo intenzivno rasprskava.

• Zavarivanje provedeno uz više vrijednosti napona struje manifestira visok el. luk koji ne zagrije radni komad i kraj žice dovoljno, čime se događa naljepljivanje ili nedovoljno protaljivanje te nagomilavanje zavara.

• Unatoč ograničenjima, pronalaženje pravog seta parametara u kombinaciji sa vještinom zavarivača ovaj proces mogu učitniti vrlo industrijski prikladnim.



• Posebni problemi se javljaju prilikom korištenja CO2 zaštitnog plina, koji ipak ostaje dominantan u području zavarivanja konstrukcijskih čelika zbog komercijalnih i praktičnih razloga.

• Zbog disocijacije plina CO2 se stvara vrlo reaktivna smjesa koja je nepravilnom tehnikom rada sklona „usisavanju“ nečistoća iz okolnog zraka, sagorijevanja legirnih elemenata te mjestimična oksidiranja taline zavara.

• Također se može primjetiti da se el. luk ne prekriva potpunosti sa stupom plazme el. luka te se zbog toga su prilike za ulazak nečistoća i oksidiranje zavara povećane.

• Kako bismo ublažili efekt štrcanja, preporučeno je smanjiti visinu električnog luka – čime smanjujemo i napon struje. Time dobivamo „ukopani el. luk“ čiji je vrh elekrode ispod razine vrha taline.

PRIJENOS METALA ŠTCRAJUĆIM ELEKTRIČNIM LUKOM: GLAVNA OBILJEŽJA:

• Jakos struje: 240 - 500 A ; napon struje: 23 - 30 V • Promjeri žica: 1,2 mm do 2,4 mm • Vrlo visok unos topline • Preporučeno korištenje inertnog zaštitnog plina (Argon) • Konstantna visina električnog luka uz minimalno štrcanje • Mlaz sitnih kapljica koje kontinuirano i ujednačeno padaju na radni komad • Izražene deformacije radnog komada • Nije prikladan za prisilne položaje zavarivanja • Izrada popunskih i završnih prolaza • Spajanje radnih komada debljina: 7,0 mm i više



Slika III-7. Prijenos kapljice metala štrcajućim električnim lukom [10]

Slika III-8. Prikaz granične vrijednosti jakosti struje gdje se javlja štrcajući električni luk [1]



Slika III-9. Oscilogram prikazuje vrijednosti jakosti i napona struje tijekom prijenosa metala štrcajućim električnim lukom [11] OBJAŠNJENJE: Povećanje vrijednosti napona i jakosti struje dovodi do stabilnijeg prijelaza metala u formi mlaza kapljica koji se odlikuje visokom stabilnosti i velikim količinama depozita.

• Uspostavom električnog luka se zbog visoke vrijednosti napona struje javlja i visok električni luk – Što omogućava da se kratki spojevi u potpunosti eliminiraju.

• Visoke vrijednosti jakosti struje također stvaraju i jako magnetno polje koje „steže“ žicu čiji se vrh tali te u iznimno kratkim intervalima proizvodi mlaz sitnih kapljica.

• Značajno povišen unos topline pri ovoj vrsti prijenosa metala ostavlja tekuću talinu koja se sporije hladi te je podložnija negativnim utjecajima elemenata iz atmosfere

• Preporučena debljina za zavarivanje je više od 7 mm zbog rizika od protaljivanja radnoga komada te se preporučuju veće brzine zavarivanja.



PRIJENOS METALA IMPULSNIM ELEKTRIČNIM LUKOM: GLAVNA OBILJEŽJA:

• Jakos struje: 80 - 500 A ; napon struje: 13 - 30 V • Promjeri žica: 0,8 mm do 2,4 mm • Kontroloran unos topline: Q • Preporučeno korištenje inertnog zaštitnog plina (Argon) • Konstantna visina električnog luka uz minimalno štrcanje • Mlaz sitnih kapljica koje kontinuirano i ujednačeno padaju na radni komad • Prikladan za robotizaciju i mehanizaciju • Prikladan za sve položaje zavarivanja – ovisno o parametrima • Izrada popunskih i završnih prolaza • Spajanje radnih komada debljina: 1,0 mm i više

Slika III-10. Prijenos kapljice metala impulsnim - štrcajućim električnim lukom [10]



Slika III-11. Detaljan prikaz faza električnog impulsa u prijenosu kapljice metala impulsnim električnim lukom [1]

Slika III- 12. Oscilogram prikazuje vrijednosti jakosti i napona struje tijekom prijenosa metala impulsnim električnim lukom [11] OBJAŠNJENJE:



Impulsno zavarivanje je izumljeno kako bi se omogućilo zavarivanje koje ima pozitivne strane štrcajućeg luka poput načina prijenosa metala sitnim kapljicama, ali uz manje struje zbog kontrole impulsa kojim se kapljica odvaja od žice.

• Izvori struje proizvode dvije razine jakosti struje čije se uzlazne i silazne karakteristike modificiraju prema tvorničkom programu ili prema odabiru korisnika

• Niža – početna vrijednost struje služi za održavanje električnog luka tijekom koje se kapljica odvaja

• Viša – vršna vrijednost struje je značajno viša od potrebne da se ostvari štrcajući električni luk

• Frekvencija i amplituda tj. oblik impulsa do vršine vrijednosti diktira način prijenosa metala i brzine kojom se formira kapljica

• Smanjivanjem srednje jakosti struje se smanjujemo prosječnu energiju unesenu u radni komad i brzinu stvaranja kapljica čime ovaj vrsta prijenosa metala može spajati i tanke limove

• Sinergijski izvori struje za zavarivanje dolaze sa predprogramiranim modelima prijenosa metala gdje je pojedini način prijenosa tvornički ispitan kako bi izvor dao što optimalniju kombinaciju jakosti struja i uzlazno silaznih karakteristika



Primjena modificiranih načina prijenosa metala kod MAG zavarivanja

U proteklih desetak godina kontinuirano se na tržištu i u industrijskoj primjeni pojavljuju „novi“ postupci MAG zavarivanja koji su nastali na temelju zahtjeva za povećanjem produktivnosti, uvođenjem zahtjevnih vrsta osnovnih materijala (visokočvrsti čelici, duplex čelici, pocinčani limovi, nikl legure, aluminijske legure), smanjenjem deformacija, kontroliranim unosom topline, korozijskom postojanošću zavarenog spoja, smanjenjem prskanja, potrebom spajanja tankih limova te mogućnošću za povezivanjem s robotskim stanicama. Ovi zahtjevi rezultirali su pojavom više alternativa MIG/MAG zavarivanja koji se vrlo često deklariraju kao posebni postupci zavarivanja iako se u osnovi radi o postupku MAG (135) ili MIG (131).

Teško bi bilo ne primijetiti da i kod drugih elektrolučnih postupaka, poglavito EPP-a (zavarivanje s više žica, aplikacija AC izvora), TIG-a (posebno oblikovani valni oblici izmjenične struje, automatsko dodavanje dodatnog materijala), plazme (upotreba prašaka) i praškom punjene žice također bilježimo razna poboljšanja. Međutim MIG/MAG postupak je u tom kontekstu u bitnoj prednosti iz razloga što je novim izvorima struje i opreme omogućeno vrlo precizno i detaljno upravljanje prijenosom metala u eletričnom luku. S druge strane, sve intenzivnije uvođenje automatskog i robotiziranog zavarivanja zahtjeva i stabilan električni luk i kvalitetan prijenos materijala pri čemu se traži visoka intermitencija. Zbog visokih radnih opterećanja potrebno je i hlađenje pištolja za zavarivanje kao i robustan i pouzdan sustav za dovod žice. Time se postavlja novi niz kriterija na izvore struje za zavarivanje, dodavače žice, sustave hlađenja i ostalu opremu.

Analiza suvremenih postupaka MAG zavarivanja

U današnjoj praksi postoji dvadesetak postupaka MAG zavarivanja koji koriste modificirane prijenose metala i to prvenstveno u području niskog unosa topline kombinirajući kratki spoj i strujni puls ali postoje i varijante koje apliciraju modificirani štrcajući luk. Karakteristični postupci koji integriraju specifične koncepte prijenosa metala jesu kako slijedi :

• STT- Surface Tension Transfer® • FastROOT® • CMT-Cold Metal Transfer® • AC MIG-Alternating Current MIG® • RMT –Rapid MIG/MAG Technology®

Navedeni postupci primjer su kako proizvođači primjenjuju neka od modernih rješenjia kod MAG zavarivanja ali treba naglasiti da postoji još niz aplikacija koje se baziraju na sličnim principima poput inačica Cold Arc®, Force Arc®, Cold Weld®, Cold MIG@, RMD-Regulated Metal deposition ®, SP MAG®, MicroMIG®, Cold Pulse ® , IntelliArc ®itd.



STT- Surface Tension Transfer ®

STT postupak za finu regulaciju odvajanja rastaljene kapljice koristi mehanizam površinske napetosti. Porast struje u kratkom spoju se zaustavlja kada se ostvare uvjeti za prijenos rastaljenog metala samo uz djelovanje površinske napetosti [4]. Upravo ta kontrola spriječava porast struje koji uzrokuje rasprskavanje kapljice rastaljenog metala te istovremeno maksimalizira utjecaj površinske napetosti. Međutim, nakon tog odvajanja slijedi strujni impuls koji priprema i zagrijava vrh žice za novi ciklus odvajanja kapljice. Završna struja tog impulsa, tj. njen nagib bitno utječe na unos topline te se kao parametar posebno regulira [5]. Rezultat je vrlo nizak unos energije uz eliminaciju štrcanja. Na slici III-13. prikazana je dinamička karakteristika STT postupka dok je slijed odvajanja kapljice prikazan je na slici III-14.

Slika III-13. Dinamička katakteristika 1-u=f(t); 2-i=f(t) STT postupka

Slika III-14. Slijed odvajanja kapljice pri STT zavarivanju

Glavna primjena STT postupka je za zavarivanje korijenskog prolaza jer kvalitetno odvajanje kapljice bez prskanja uz mali unos topline olakšava rad. Uz to, primjena MAG postupka tj. pune žice kod zavarivanja čelika visoke čvrstoće umanjuje rizik od nastanka hladnih pukotina zbog vrlo niske količine difundiranog vodika i eliminira potrebu zavarivanja tzv. „vrućeg“ sloja kod izgradnje cjevovoda. Još jedna karakteristika je i mogućnost zavarivanja pripreme s većim



smaknućem i razmakom, slika III-15. Zbog malog unosa topline postupak je pogodan za zavarivanje tankih materijala i to nelegiranog i visokolegiranog čelika, legura nikla itd.

a) b)

Slika III-15. Provar korijena STT postupkom kod a) većeg razmaka i b) smaknuća

FastROOT®

Osnovni koncept FastROOT postupka zasniva se na modificiranom prijenosu metala kratkim spojevima što rezultira niskim unosom energije. Pri zavarivanju ovim postupkom napon i struja zavarivanja su digitalno kontrolirani. Obrazac kombinacije struje kratkog spoja i sekundarnog strujnog pulsa za zagrijavanje javlja se i ovom slučaju. Naime, nakon prvog stanja kratkog spoja u kojem dolazi do odvajanja kapljice aktivira se drugi strujni interval koji zagrijava osnovni materijal i vrh žice te ga priprema za novi ciklus. Ovim sekundarnim strujnim pulsom dovodi se značajna količina topline koja utječe na oblikovanje zavarenog spoja. Nakon toga održava se osnovna struja koja osigurava energijsko stabilno stanje električnog luka i taline do slijedećeg kratkog spoja. Da bi se realizirao ovako sofisticirani prijenos metala u električnom luku potrebna je izrazito brza regulacija jačine struje i napona u svakom trenutku odvajanja kapljice što rezultira prijenosom metala bez štrcanja . Dinamička karakteristika FastROOT postupka prikazana je na slici 4. dok slika 5. prikazuje slijed odvajanja kapljice u električnom luku.



Slika III-16. Dinamička katakteristika 1-u=f(t); 2-i=f(t) FastROOT postupka [6]

Slika III-17. Slijed odvajanja kapljice pri FastROOT zavarivanju [7]

Glavna primjena FastROOT postupka je zavarivanje korijenskog prolaza gdje se regulacijom parametara sekundarnog strujnog pulsa može precizno utjecati na oblik provara.

Brzo zavarivanje korijenskog prolaza čak i u uvjetima većeg razmaka i smaknuća bez štrcanja u PG položaju karakteristika je ovog postupka koja je vrlo često aplicirana u praksi.

Slika III-18. Utjecaj sekundarnog strujnog pulsa na oblik provara kod FastROOT postupka [7]



Osim za korijenski prolaz, FastROOT je zbog niskog unosa energije pogodan za zavarivanje tankih limova (nelegirani i visokolegirani čelik, Ni legure) poglavito u situacijama većeg razmaka između komada. Isto tako moguća je primjena za tvrdo MIG lemljenje.

Slika III-19.Zavarivanje duplex i superaustenitnog čelika debljine 2mm uz razmak 2 do 3mm[7]

CMT-Cold Metal Transfer ®

CMT postupak predstavlja modificirani način prijenosa metala kratkim spojevima pri čemu se primjenjuje „mehaničko“ rješenje tj. povratno gibanje žice. Karakteristično je da se odvajanje kapljice odvija u uvjetima jako niskog unosa topline koji kod klasičnog prijenosa kratkim spojevima jednostavno ne bi bio dovoljan. U ovom slučaju povratno gibanje žice kompenzira nedostatak toplinske energije i elektromagnetske sile jer se prijenos metala odvija pri vrlo niskoj jačini struje. Digitalna tehnologija omogućuje precizno upravljanje gibanjem žice a specifična je i vrlo precizna regulacija duljine električnog luka pomoću mehaničkog gibanja. Frekvencija povratnog gibanja žice je najčešće između 60 i 80 Hz što zahtjeva vrlo sofisticiranu kontrolu gibanja žice i primjenu određenih rješenja poput ugradnje dodatnog servomotora u pištolj za zavarivanje i ugradnju međuspremnika žice tzv. „wire buffer“ koji kompenzira povrat žice elastičnom deformacijom .

Slika III-20. Shematski prikaz povratnog gibanja žice (treći kadar) [8]



Slika III-21. Slijed odvajanja kapljice kod CMT postupka [8]

U graničnim slučajevima kada se zahtjeva veći unos topline od onog koji može ostvariti CMT proces postoji mogućnost ubacivanja strujnih impulsa koji daju više topline i bolju penetraciju i to između ciklusa odvajanja kapljice. Primjena CMT postupka prvenstveno se odnosi na područje MIG tvrdog lemljenja, zavarivanje tankih limova (aluminij, nelegirani i nehrđajući čelik) kao i spajanje aluminija i pocinčanog lima. Ovaj potonji slučaj posebno je zanimljiv jer integrira zavarivanje (na strani aluminija) i tvrdo lemljenje (na strani pocinčanog lima), slika III-22. CMT također odlikuje dobra mogućnost premošćivanja zazora pri spajanju tankih materijala.

Slika III-22. Makroizbrusak spoja aluminijskog i pocinčanog lima izvednog CMT postupkom [8]

AC MIG®

Kod MAG postupka se pretežito primjenjuje pozitivan polaritet na žici i to kod konvencionalnih i modernih postupaka. Negativan polaritet kod EPP daje veću brzinu taljenja i veći depozit uz manju penetraciju. Isti efekt postiže se i kod MAG postupka ali je ponašanje električnog luka na negativnoj elektrodi nepravilno i ima dosta prskanja. Primjena negativnog polariteta je česta kod praškom punjenih žica. Primjena promjenjivog polariteta na žici kod MAG zavarivanja tj. izmjena pozitivnog i negativnog ciklusa na žici omogućuje bolju kontrolu procesa i premošćivanje većih zazora kod tanjih materijala. Izmjenom polariteta postiže se precizna kontrola distribucije topline u električnom luku tj. balansom pozitivnog i negativnog pola na elektrodi i radnom komadu [3]. Međutim, treba napomenuti da su izvori struje za AC MIG su dosta složeni i kompleksni. Tipična dinamička karakteristika AC MIG postupka prikazana je na slici III-23 .

A

Fe-Zn



Slika III-23. Dinamička karakteristika i=f(t) (žuti oscilogram) i u=f(t) (crveni oscilogram) kod AC MIG postupka [3]

Ovisno o primjeni negativnog polariteta na žici (EN ratio) mijenja se oblik penetracije kao i mogućnost premošćivanja pri zavarivanju tankih limova. Na slici III-24. prikazan je utjecaj negativnog polariteta pri spajanju aluminijske legure AlMg4,5Mn debljine 1,5mm.

Slika III-24. Utjecaj balansa negativnog polariteta na oblik zavara i geometriju spoja [10]

AC MIG moguće je, kao i sve niskoenergijske postupke, primijeniti i za tvrdo lemljenje pri čemu balans negativnog polariteta na žici zanatno utječe na mogućnost premošćivanja između radnih komada.



Slika III-25. Makroizbrusak tvrdo lemljenog spoja žicom ER-CuSi A na pocinčanom čeliku, udio negativnog polariteta EN=70% [3]

RMT-Rapid MIG/MAG Technology®

RMT postupak ne spada u skupinu niskoenergijskog MIG/MAG zavarivanja koje se realizira u području kratkih spojeva već se bazira na štrcajućem prijenosu metala. Kod konvencionalnog štrcajućeg luka prijenos metala se realizira u neprekinutom nizu kapljica malog promjera. Prijelazna struja kod koje dolazi do stabilnog štrcajućeg luka ovisi o vrsti i promjeru žice te zaštitnom plinu. Optimalan prijenos štrcajućim lukom postiže se u mješavinama bogatim argonom a prijelazna struja pada kako udio argona raste. Kod RMT MAG postupka prijenos materijala zbiva se u jako sitnim kapljicama pri čemu je frekvencija prijenosa oko 2-3 kHz. Tim mehanizmom se još sužava jezgra luka, snizuje napon i visina luka u odnosu na klasični štrcajući luk što rezultira većom koncentracijom energije i znatno intenzivnijom penetracijom.

Slika III-26. Dinamička katakteristika 1-u=f(t); 3-i=f(t) RMTpostupka [6]



Primjena RMT postupka omogućuje reviziju pripreme spoja u kontekst smanjenja otvora kuta ili potpune eliminacije izrade žlijeba kod zahtjeva za npr. potpunim kutnim provarom. Isto tako, relativno u odnosu na štrcajući luk postižu se veće brzine zavarivanja tako da je u konačnici unos topline niži.

Slika III- 27 . Makroizbrusak kutnog spoja s potpunom penetracijom; S355 debljine 8mm; visina kutnog spoja 4mm; I=265A; Unos topline 11 kJ/cm [6]

Vidljiv je intenzivan razvoj na području realizacije postupaka koji integriraju nekoliko opcija za prijenos metala u električnom luku, što se prvenstveno odnosi na kombinaciju kratkih spojeva i strujnih impulsa (STT, FastROOT) uz upravljanje valnim oblicima struje i napona. Pri tom se još može sniziti količina potrebne energije ako se implementira mehanički rad poput povratnog gibanja kod CMT postupka. Uvođenjem izmjenične struje i promjenom balansa polariteta na žici i radnom komadu postiže se precizna raspodjela topline (AC MIG). Isto tako, modifikacije u području štrcajućeg luka omogućavaju bitno bolju penetraciju i veću brzinu zavarivanja (RMT).

Uza sve svoje prednosti, potrebno je naglasiti da nabrojeni postupci zahtjevaju znatno složeniju i sofisticiraniju opremu što se očituje u cijeni iste. Osim toga, za kvalitetnu primjenu potrebno je definirati i odrediti područja gdje će se rad s takvim postupcima isplatiti preko povećanja produktivnosti i postizanja određenih komparativnih karekteristika poput smanjenja deformacije. Isto tako, da bi se optimalno iskoristila npr. veća penetracija potrebno je napraviti reviziju pripreme žlijeba. Suvremeni postupci MAG zavarivanja imaju velike mogućnosti samo ako se točno odredi područje u kojem imaju bitno bolje karakteristike od konvencionalne opreme. U protivnom kupnja skupe opreme može se pokazati neisplativom i promašenom investicijom. Određena područja aplikacije u poveznici s automatiziranim i robotiziranim zavarivanjem omogućuju produktivnost i postizanje kvalitete zavara kakva s konvencionalnom opremom nije bila moguća.

FSB – KATEDRA ZA ZAVARENE KONSTRUKCIJE IV - 1

INTERMITENCIJA

DEFINICIJA:

Intermitencija (eng. Duty cycle) je omjer vremenskog intervala unutar kojega je izvor struje za

zavarivanje opterećen s obzirom na propisani maksimalni radni interval.

Intermitencija je drugim riječima radni ciklus, prikazuje maksimalno vrijeme tijekom kojega je

izvor struje sposoban isporučiti tražene izlazne parametre.

Prema normama HRN EN 60974 – 1 i HRN EN 60974 – 6 je maksimalni vremenski ciklus unutar

kojega je izvor struje opterećen, određen na 10 minuta.

GLAVNE ULOGE:

Razlog zbog kojega je pojam intermitencija (radni ciklus) uveden je sigurnosno svojstvo –

pouzdani i kontinuirani izlazni parametri izvora struje koji su garantirani pridržavanjem

podataka/uputa navedenim na infomacijskoj pločici na poleđeini izvora struje za zavarivanje.

Također jedan od aspekata sigurnosnog svojstva je zaštita unutrašnje građe uređaja od

previsoke topline generirane uvjetima tijekom eksploatacije, kako ne bi došlo do trajnog

oštećenja ili drugih opasnih neželjenih posljedica. Pravilnim pridržavanjem

OBJAŠNJENJE:

Prije samog početka zavarivanja, izvor struje nije opterećen – nema izlazne struje već samo

napon praznoga hoda na elektrodi, čime se osigurava uspostava električnog luka.

Uspostavom električnog luka i kontinuiranom eksploatacijom se unutarnja građa izvora struje

za zavarivanje konstantno zagrijava ovisno o jačini izlazne struje (narinutog opterećenja).

Dugotrajnom eksploatacijom takvo opterećenje može dosvesti do neželjenih posljedica ako se

zavarivačko osoblje ne pridržava uputa proizvođača.


INTERMITENCIJA

Količina topline koju unutrašnja građa može podnjeti je ovisna o robusnosti komponenata,

kvaliteti izolacije i ventilacijskog/rashladnog sustava. U slučaju preopterećenja uređaja dolazi

do automatskog gašenja pomoću termostata ili elektroničkim sklopom koji su ugrađeni

zaštitno svojstvo kako ne bismo pogrešnom eksploatacijom uništili izvor struje za zavarivanje

ili duže vremena zavarivali neodgovarajućim parametrima.

Slika IV - 1. Dijagram intermitencije grafički prikazuje tri nominalna radna ciklusa u ovisnosti

o vremenu [1]

0

20

40

60

80

100

120

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 11 12 13

Tem

pera

tura

Vrijeme

INTERMITENCIJA

35% 60% 100%


INTERMITENCIJA

•Mogućnost rada do 3.5 min bez oštećenja infrastrukture uređaja - izolacije,

osjetljivih elekroničkih komponenti

•Najčešće se koristi za ručne i poluautomatske postupke zavarivanja

•REL, TIG

•Kratko vrijeme rada ovih uređaja je karakteristično za uređaje manjih dimenzija

predviđeni za konstrukcije manjih dimenzija, tanki profili, limovi ili cijevi, mali i

kontrolirani unosi topline

35%

•Mogućnost rada do 6 min bez oštećenja infrastrukture uređaja - izolacije,

osjetljivih elekroničkih komponenti

•Najčešće se koristi za "visokoučinske" ručne i standardna intermitencija za

poluautomatske i automatske postupke zavarivanja

•REL, TIG, MIG/MAG

•Intermitencija od 60% je predviđena za dugotrajniji rad sa poluatomatskim ili

automatskim postupcima zavarivanja gdje želimo ostvariti višu produktivnost

60%

•Mogućnost rada i preko 10 min bez oštećenja infrastrukture uređaja - izolacije,

osjetljivih elekroničkih komponenti, hlađenje dovoljno jako da se infrastruktura

nikada ne pregrijava

•Najčešće se koristi za visokoučinske automatske i poluatomatske, a rijetko za

ručne postupke zavarivanja

•EPP, MIG/MAG, PLAZMA, REL, TIG

•100% intermitencija se koristi isključivo za visokoučinske procese gdje je vrijeme

trajanja uspostavljenog luka neprekinuto (eng. arc time)

100%


INTERMITENCIJA

IZRAČUN RADNOG OPTEREĆENJA:

Izračun intermitencije se koristi u slučaju kada koristimo vrijednosti izlaznih parametara koji

nisu navedeni na pločici izvora struje za zavarivanje. Najčešće navedeni podaci su za 35%, 50%,

60%, 80%, 100%.

Kako bismo osigurali stabilnost procesa i pravilno objasnili ograničenja opreme zavarivaču

važno je da smo upoznati sa svim aspektima izvora struje za zavarivanje.

𝑄𝑄1 = 𝐼𝐼12 × 𝑅𝑅1 × 𝑡𝑡1 - poznati podaci na pločici izvora struje za zavarivanje

𝑄𝑄2 = 𝐼𝐼22 × 𝑅𝑅2 × 𝑡𝑡2 - podaci koje želimo pronaći

Vrijede sljedeće pretpostavke: 𝑄𝑄1 = 𝑄𝑄2 i 𝑅𝑅1 = 𝑅𝑅2 jer je unesena energija uvijek ista, a

otpor na koji izvor struje nailazi je približno jednak za sve uvjete.

𝐼𝐼12 × 𝑅𝑅1 × 𝑡𝑡1 = 𝐼𝐼22 × 𝑅𝑅2 × 𝑡𝑡2

𝐼𝐼12 × 𝑡𝑡1 = 𝐼𝐼22 × 𝑡𝑡2

𝑡𝑡2 = 𝑡𝑡1 × 𝐼𝐼12

𝐼𝐼22 [%] 𝐼𝐼2 = 𝐼𝐼1 × 𝑡𝑡1

𝑡𝑡2 [A] - konačni oblici formula

Tablica IV - 1. Dozvoljene temperature komponenti unutrašnje građe izvora struje Klasa izolacije

Maksimalna temperatura

Površinski senzor namota

Međuvrijednost Integrirani senzor namota

Komutator i četkice

105 (A) 140 °C 55 60 65 60 120 (E) 155 °C 70 75 80 70 130 (B) 165 °C 75 80 90 80 155 (F) 190 °C 95 105 115 90 180 (H) 220 °C 115 125 140 100 200 235 °C 130 145 160


INTERMITENCIJA

220 (C) 250 °C 150 160 180 SMJERNICE ZA ODABIR:

Prilikom odabira uređaja za zavarivanje je pored glavnih značajki uređaja poput: izlazne

karakteristike stroja, dodatnih uređaja, iskoristivosti stroja, vršnih izlaznih parametara itd...

zapravo intermitencija glavni pokazatelj eksploatabilnosti izvora struje za zavarivanje jer je to

svojstvo indikator jesmo li pravilno odabrali izvor struje za konstrukciju koju tek treba zavariti.

Pravilan odabir uređaja zahtjeva istraživanje niza važnih zahtjeva iz područja ekonomičnosti i

tehnologičnosti :

Trenutni i budući/predviđeni opseg posla

Vremenski rok izrade konstruckije

Vrsta materijala i dimenzije konstrukcije

Tražena eksploatacijska svojstva uređaja

Atestacija zavarivača i generalno obrazovanje osoblja

Postojeća infrastruktura i predviđena lokacija rada

Odabrati opremu prema zavarivaču koji ju koristi

Svi ovi zahtjevi kombinirani u pravilnom redosljedu mogu pomoći pri odabiru stroja jer je

važno kupiti stroj koji će biti optimalno iskorišten i redovito održavan kako bi se osiguralo dugi

vijek i stabilni izlazni parametri uređaja.

U slučaju da je zadatak spojiti masivnu konstrukciju ili postoji niz konstrukcija koje se trebaju

zavariti, povoljnije je odabrati uređaj sa većim radnim ciklusom. Na drugu stranu ako su opseg

posla većinom male konstrukcije, čelici osjetljivi na unos topline, kratkotrajan rad i slični

zahtjevi, bolji bi odabrio činio izvor struje kraće intermitencije i veće mobilnosti.


INTERMITENCIJA

Za poluautomatske i automatkse procese zavarivanja (MIG/MAG, EPP, Plazma) u pravilu se

koriste uređaji sa 100% intermitencijom – što daje veliku produktivnost, pouzdanost i

eksploatabilnost.

Za ručne proces zavarivanja (REL, TIG, Plazma) se zbog manjeg opsega posla – najčešće manjih

konstrukcija, ne standardnih radova, teško dostupnih mjesta koriste izvori struje sa 20% do

60% intermitencijom. Iako može se uočiti rastući trend izrade inverterski uređaja za

zavarivanje sa intermitencijama od 60% do 100%, ali uz nešto niže izlazne vrijednosti izlaznih

parametara.

PRIMJERI INTERMITENCIJA IZVORA STRUJE ZA ZAVARIVANJE:

MIG/MAG IZVOR STRUJE: 30 A / 15,5 V – 400 A / 34 V DC Uređaj X 50 % 60% 100%

U0 = 80 V I2 400 A 365 A 283 A U2 34 V 32.3 V 28.2 V

PLAZMA IZVOR STRUJE: 5 A / 10 V – 20 A / 25,5 V DC Uređaj X 100 %

U0 = 95 V I2 20 A U2 25,5 V

REL / TIG IZVOR STRUJE: 3 A / 10,1 V – 300 A / 22 V AC/DC Uređaj X 60% 100%

U0 = 56 V I2 300 A 260 A U2 22 V 20,4 V

REL / TIG IZVOR STRUJE: 5 A / 20,2 V – 180 A / 27,2 V DC Uređaj X 60% 100%

U0 = 80 V I2 175 A 155 A U2 26,8 - 17,2 V 26 - 16 V

EPP IZVOR STRUJE: 1000 A / 44 V DC Uređaj X 80% 100%

U0 = 64 V I2 1000 A 900 A U2 44 V 44 V

FSB – KATEDRA ZA ZAVARENE KONSTRUKCIJE V - 1

INDUKTIVITET

DEFINICIJA:

Induktivitet (eng. Inductance) je parametar kojim opisujemo brzinu porasta jakosti struje

unutar vremenskog perioda nakon ostvarivanja kratkog spoja. Induktivitet je istodobno i

svojstvo svakog vodiča da inducira elektromagnetno polje kada struja kroz njega proteče. Ako

kroz vodić protječe konstantna struja, elektromagnetno polje je nepromjenjivo. Ali ako se

jakost struje mijenja, proporcionalno se također inducira napon koji se protivi smjeru gibanja

struje.

GLAVNE ULOGE:

Induktivitet je jedan od glavnih parametara koji se mogu podesiti na izvoru struje za postupke

zavarivanja MIG/MAG. Koristi se isključivo za zavarivanje kratkim spojem, a kod ostalih načina

prijenosa materijala nema utjecaj jer se ne događa kratki spoj već je jakost struje približno

kontinuirana.

Induktivitet i njegov utjecaj je parametar kojega je teže objasnjti krajnjim korisnicima te se

često ne namještava već izostavlja. Namještava zadnji, nakon što smo cijeli uređaj podesili i

pripremili zavarivaču na korištenje, a pravilnom upotrebom i znanjem možemo bitno olakšati

posao zavarivača te ostvariti time veću produktivnost, manje greške i bolji međuljudski odnos.

Razlog zbog kojega se koristi je krajnje i fino podešavanje parametara kojima se želi postići

efikasniji prijenos materijala u električnom luku. Također o tome direktno ovisi i fizički izgleda

zavara.

Prilagodbu vršimo prema debljini radnog komada, vrsti materijala, položaju zavarivanja

(horizontalno, vertikalno, nadglavno) te vrsti sloja zavarivanja kojeg zavarivač popunjava -

korijenski, popunski ili završni prolaz bitno se razlikuju.


INDUKTIVITET

OBJAŠNJENJE:

Iako su današnji moderni uređaji namješteni da automatski reguliraju induktivitet ovisno nizu

namještenih parametara, postoje i stariji uređaji za MIG/MAG zavarivanje koji se oslanjaju na

konvencionalnu regulaciju grebenastim sklopkama, potenciometrima ili pomičnim kotvama.

Krajnji cilj, kako je navedeno je osigurati što ujednačeniji i prikladniji prijelaz materijala ovisno

o vrsti zavarenog spoja koji se izvodi. Kod namještavanja induktiviteta valja imati na umu da

uvijek postoje minimum - optimum – maksimum u svakom parametru te da je induktivitet vrlo

suptilan i osjetljiv parametar koji može u konačnici poboljšati ili narušiti potencijalno dobar

prijenos materijala te samu uspostavu električnog luka.

Slika V – 1. Utjecaj induktiviteta na uspon i silaz električnog impulsa [16]

MANJI INDUKTIVITET:


INDUKTIVITET

Smanjenje iduktiviteta se očituje bržim porastom jačine struje što rezultira učestalijim

odvajanjem manjih kapljica tijekom zavarivanja „kratkim spojem“. S obzirom da induktivitet

utječe na pohranu toplinske energije u kapljicu, koja je sada snižena i nije dovoljna da se

kapljica „mirno“ odvoji od elektrode već uzrokuje značajnije rasprskavanje.

Drugim riječima, manja energija unesena u kapljicu nije dovoljna da se jednako rastali kao kod

većeg induktiviteta te je napetost površine kapljice vrlo velika. Talina koja nastaje

zavarivanjem niskim induktivitetom je viskozna i gusta, ne razlijeva se i pogodnija je za

nadglavno zavarivanje (PE položaj) gdje imamo veću dozu sigurnosti da nam talina neće

„iscuriti“. Ako bismo previše smanjili induktivitet, dobili bi prenagli porast električne energije

do svojeg maksimuma što bi dalo izuzetno intenzivno rasprskavanje.

VEĆI INDUKTIVITET:

Povećanje induktiviteta je zapravo produljenje vremena koje je potrebno da jakost struje

dosegne svoju vršnu vrijednost čime utjećemo na brzinu formiranja rastaljene kapljice.

Ovakvu vrstu prijenosa materijala možemo koristiti za korijenski prolaz isključivo u PA – tj.

horizontalnom položaju kako nebi došlo do „curenja“ sada, vrlo tekuće taline. Zbog veće

topline i ujedno neviskoznije taline (vrlo tekuća) dobivamo i nježnije prijelaze između

osnovnog materijala i zavarenog spoja sa geometrijski povoljnijom linijom staljivanja.

Povećanim induktivitetom dakle dobivamo krupnije kapljice koje su više zagrijane zbog duljeg

formiranja te zbog manje površinske napetosti nisu sklone rasprskavanju.

U ekstremnijem slučaju, podešavanje previsokog induktiviteta s obzirom na ostale parametre,

može rezultirati presporim rastom struje i time kapljica nebi dobila dovoljno energije da se

rastali, a elektroda bi se jednostavno zabila u radni komad, bez uspostave električnog luka.

REGULACIJA INDUKTIVITETA:


INDUKTIVITET

Uređaj za kontrolu induktiviteta se naziva reaktor te je zasnovan na zavojnici koja različitim

mehanizmima može „gušiti“ izlaznu struju ovisno o podešenju.

Postoje tri načina regulacije induktiviteta:

• Promjena broja uključenih namotaja u zavojnici

• Pomicanje metalne jezgre kroz zavojnicu

• Zasićenje reaktora istosmjernom strujom

Promjena broja uključenih namotaja u zavojnici

• Zavojnica omotana oko metalne

jezgre sa većim brojem mogućih

priključaka

• Aktivacija grebenastom sklopkom

• Visoka pouzdanost regulacije

• Gruba i ograničena regulacija

• Fina regulacija vrlo rijetka

Slika V – 2. Dijagram sa promjenom broja uključenih namotaja u zavojnicu [1]

Pomicanje metalne jezgre kroz zavojnicu


INDUKTIVITET

• Zavojnica sa pomičnom jezgrom

• Kontinuirana i varijabilna

regulacija jakosti izlazne struje

• Ne oslanja se na princip

grebenaste sklopke

• Fina preciznost regulacije

dobivena potenciometrom ili

pomičnom kotvom

Slika V – 3. Dijagram pomicanja metalne jezgre kroz zavojnicu [1]

Zasićenje reaktora istosmjernom strujom

• Kontrola procesa se postiže

stavljanjem zasićenog reaktora

u sekundarni krug

• Koristi se istosmjerna struja za

regulaciju impendancije koju

stvara izmjenična struja na

glavnoj zavojnici

• Struja za zavarivanje se

kontinuirano može regulirati

istosmjernom preko kontrolnih

namotaja u srediti jezgre

• Skupa oprema, ali mogućnost

daljinskog upravljanja

potenciometrom

• Fina i precizna kontrola za vrlo

delikatno i brzo podešavanje

Slika V – 4. Dijagram zasićenja rekatora istosmjernom strujom [1]


INDUKTIVITET

GEOMETRIJSKI OBLIK ZAVARA:

Slika V – 5. Fotografija lica zavara i dijagrama napona i jakosti struje u ovisnosti o vremenu

za visoku vrijednosti induktiviteta [16]


za srednju vrijednosti induktiviteta [16]


za nisku vrijednosti induktiviteta [16]


INDUKTIVITET

PRAKTIČNI SAVJETI:

Problem induktiviteta je vrlo raširena pojava među zavarivačima jer je adekvatna zavarivačka

edukacija slabije zastupljena, te se zbog toga većina nepisane odgovornosti stavlja na

inženjere zavarivanja kako bi podigli razinu znanja i razumijevanja postupaka zavarivanja

kojima se zavarivači svakodnevno služe.

Znanje koje dolazi godinama te koje je samo po sebi razumljivo zbog učestalo korištenja i

ponavljanja relevantnih podataka za struku, novim zaposlenicima može pričinjavati prepreku

u komunikaciji ili neugodnost pred osobljem, te je važno da pronađu relevantne podatke kroz

pristupačnu komunikaciju ili pravilno usmjeravanje u odgovarajuću zavarivačku literaturu.

Zavarivači i nadređeni njima često nezaju što mogu dobiti promjenom induktiviteta te se često

taj parametar ostavlja neiskorišten kako bi se umanjio broj varijabli koje mogu prouzročiti

probleme pri namještanju izvora struje za zavarivanje.

Stariji uređaji često sadrže na priključcima kabela mase dva ili tri utora koji su označeni sa A,

B i C ili sa slikama zavojnice sa manje ili više zavoja. Noviji uređaji na svojim zaslonima

posjeduju tipku kojom se aktivira odabir induktiviteta te se elektronički regulira induktivitet, a

vrijednost se može trenutno očitati u mH – mili Henry-ima.


INDUKTIVITET

Slika V – 8. Usporedni prikaz tri različita izvora struje za zavarivanje, gdje je lijevi i srednji

predstavljaju stariji tip regulacije induktiviteta, dok na slici desno je digitalizirani prikaz finog

odabira induktiviteta. [18]

Prilikom impulsnog MAG zavarivanja, visok induktivitet je nepoželjan jer povećava vrijeme

uspona impulsa do vršne struje kao i spuštanje do osnovne struje, što negativno utječe na

odvajanje kapljice tijekom impulsa.

Glavna primjena induktiviteta je u prijenosu metala kratkim spojevima. Kod konvencionalnih

izvora struje za MAG zavarivanje struja kratkog spoja je izuzetno visoka zbog ravne (CV-

constant voltage) karakteristike.

Kao primjer uzmimo napon praznog hoda od 20 V te padajući nagib karakteristike od 2 V za

svakih 100 A, tako bi teoretska struja kratkog spoja bila 1000 A. U idealnom strujnom krugu

ova vrijednost bila bi dostignuta trenutno pri uspostavi kratkog spoja između žice i taline što

bi izazavalo eksplozivno ponašanje vrha žice uz značajno prskanje rastaljenog metala.

Povećanjem induktiviteta raste vrijeme kratkog spoja žice i taline i smanjuje se broj kratkih

spojeva, dok se smanjenjem induktiviteta povećava broj kratkih spojeva. Ako je induktivitet

preveliki, dolazi do nepravilnog rada pri čemu se električni luk teško uspostavlja i vrlo brzo

prekida radi prevelikog induktivnog otpora.

Za tanje žice i manje struje potrebno je podesiti niži induktivitet, a za deblje žice i jače struje

potrebno je podesiti viši induktivitet. Ako je induktivitet premali dolazi do intenzivnog štrcanja

kapljica rastaljenog metala. Dobra kombinacija brzine žice, napona i induktiviteta kod

konvencionalnih uređaja osigurava minimalno prskanje uz stabilan proces i dobar izgled

zavara.


INDUKTIVITET

Slika V – 9. Manipulacija uzlazne i silazne struje kratkog spoja pomoću induktiviteta [18]


INDUKTIVITET

• Manji unos toplinske energiju u kapljicu, ujedno i manji ukupni unos

energije u zavareni spoj

• Manja zona utjecaja topline

• Tanki limovi

• Mogućnost zavarivanja u svim položajima

• Nemirniji prijenos materijala - veće rasprskavanje i naljepljivanje kapljica

• Viskozna i gusta talina, veća površinska napetost

• Grubi izgled površine zavara, izražena linija staljivanja

• Veće nadvišenje i nepovoljnija geometrija zavara

• Prenizak induktivitet - izraženo štrcanje

Manji iduktivitet

• Veći unos toplinske energije

• Veća zona utjecaja topline

• Limovi srednje debljine i debeli limovi

• Zavarivanje u nadglavnom položaju izbjegavati

• Miran prijenos materijala - manje rasprskavanje

• Neviskozna talina, manje površinske napetosti

• Mekaniji prijelazi grebena zavara, povoljnija geometrija zavara

• Blaži prijelaz sa osnovnog materija na zavarenog materijala

• Induktivitet prevelik - nepraviln rad, teška uspostava električnog luka, vrlo

brzo prekida radi prevelikog induktivnog otpora

Veći induktivitet

FSB – KATEDRA ZA ZAVARENE KONSTRUKCIJE VI - 1

POLIKABEL

DEFINICIJA:

Polikabel (eng. GMAW Welding Cabel) objedinjava više crijeva i vodiča koji služe za dodavanje

dodatnog materijala, zaštitnog plina i električne energije čime se omogućava ostvarivanje

procesa zavarivanja. Polikabel je karakterističan za poluautomatske i automatske procese

zavarivanja poput svih inačica MIG i MAG zavarivanja.

GLAVNA ULOGA: Polikabelom je omogućeno provođenje 3 fundamentalna čimbenika:

Unutarnja građa polikabela ovisi o konfiguraciji izvora struje za zavarivanje, tj. koristimo li izvor

struje sa vodenim hlađenje ili obično zračno hlađenje pištolja za zavarivanje. Sitnija vlakna,

fino namotana daju veću felksibilnost polikabela. Pored dovoda i odvoda vode za hlađenje, u

kabelu je sadržan dovod za žicu, dovod za plin te strujni pinovi za provod signala za paljenje i

gašenje luka, te novih funkcija poput zaslona i kontrola na modernim pištoljima za zavarivanje.

Polikabel

MaterijalDodatni/rashladni

EnergijaElektrična

InformacijaUspostava luka


POLIKABEL

Slika VI - 1. Vodom hlađen MIG/MAG polikabel [25]

Slika VI - 2. Zrakom hlađen MIG/MAG polikabel [25]

Čimbenici koji utječu na količinu dobavljene električne energije kroz kabel su: promjer vodiča,

duljina kabela, ohmski otpor vodiča, granična temperatura izolacije polikabela te temperatura

okoliša.

Kraći kablovi mogu prenijeti više struje nego duži kablovi istog promjera vodiča struje. Razlog

je ohmski otpor koji se sa duljinom povećava do mjere gdje temperatura vodiča topi izolaciju.

Zbog toga se polikabeli gradiraju prema temperaturi koju mogu podnjeti unutrašnje izolacije

vodiča: 75°C (167° F), 90°C (194⁰F) i 105°C (221°F).


POLIKABEL

Važan faktor na koji se može utjecati je također i okolišna temperatura. U slučaju da je

temperatura u pogonu na 30°C ili više, količina topline koju kabel može predati u prostor nije

dovoljna da ga rashladi te se time smanjuje provodnost struje.

Također valja imati na umu da u velikim pogonima gdje više zavarivača radi na jednom radnom

komadu, bolje odvojiti polikabele jedne od drugih kako bi se osiguralo dovoljna količina

prostora za hlađenje.

Zbog taljenja izolatora se dovodi do opasnosti požara, strujnog udara te potencijalnih ljudskih

žrtava u ekstremnim slučajevima. Štete koje se mogu dogoditi na radnom komadu uključuju

loše vođenje procesa zavarivanja te stvaranje grešaka koje se moraju otkloniti te se zbog

nemarnosti i neznanja mogu dogoditi zastoji u proizvodnji te financijski troškovi.

Spajanje polikabela sa izvorom struje za zavarivanje se ostvaruje posebno patentiranim

spojnica, ovisno o lokaciji gdje se zavarivanje odvija te zemlji porijekla proizvođača izvora

struje za zavarivanja.

Slika VI - 3. Priključi koji se nalaze unutar polikabela za MIG/MAG zavarivanje: Priključak za

toplu i hladnu vodu, priključak za plin i priključak za uspostavljanje električnog luka [22]


POLIKABEL

• 2 kotrola kabela

• Izolacija između vodiča

i kontrolnih vodova

• Dovod plina odvojen

• Dovod struje kroz

dodatni materijal



i kontrolnih vodova

• Dovod plina kroz

zaštićeni dovod


zaštićeni dovod



i kontrolnih vodova

• Dovod plina sa strane


zaštićeni dovod

Slika VI - 4. Različite varijante priključaka polikabela [23]

Slika VI - 5. Prikaz muškog i ženskog priključka polikabela EURO tipa [23]


POLIKABEL

OŠTEĆENJA ZAVARIVAČKIH KABELA

Zaštita kabela je predviđena da bude vrlo izdržljiva na uvjete trošenja i oštećivanja zbog često

zloupotrebe i nepravilnog rukovanja opremom u radionici i na terenu. Unutrašnji su kablovi

zaštićeni vanjskim gumiranim kabelom koji ne provodi struju te su dovoljno savitljivi kako bi

se mogli smotati za vrijeme skladištenja.

Slika VI - 6. Nedozvoljena oštečenja zavarivačkog kabela za REL zavarivanje [21]


POLIKABEL

DULJINE POLIKABELA:

Glavni kriterij odabira duljine polikabela se temelji na vrsti materijala koji se spaja. S obzirom

da su najčešći materijali spajani MIG MAG postupkom zavarivanja čelik i aluminij, važno je

uzeti u obzir njihova svojstva krutosti.

Standardne duljine polikabela za čelične žice je 4 ili 5 metara, ovisno o proizvođaču. Zbog

svojeg visokog modula elastičnosti, čelik ne pokazuje učestale tendencije uvijanja i savijanja

pri povećanju duljine polikabela te se tijekom rada ne pojavljuje termička ekspanzija,

karakteristična za aluminijsku žicu.

Za aluminijske žice se preporuča koristiti kraće kablove duljina do 1.5 metara. Tijekom rada se

očekuje zagrijavanje žice te njezino linearno i radijalno istezanje, koje u slučaju krivog odabira

kotačića, uvodnice i duljine polikabela može dovesti do skupocjenih grešaka.

Prilikom odabira dakle polikabela trebamo i u kompletu izmjeniti kotačiće, teflonsku proširenu

uvodnicu te kraći polikabel za aluminij, a također je poželjno da se jednom namješten stroj ne

koristi više za zavarivanje čelika kako bi se održala prihvatljiva higijena postupka zavarivanja.


POLIKABEL

UTJECAJ DULJINE KABELA:

REL:

Unutrašnja građa izvora struje za REL zavarivanje čija je karakteristika strmopadajuća (eng.

Constant Current) znači da je razina napona struje neovisna o razini dobave jakosti struje te

zbog toga sam proces zavarivanj ne trpi veliki utjecaj od zbog duljine polikabela.

Konvencionalni izvori struje za zavarivanje (transformatori i ispravljači) su zbog svoje

robusnosti tako konstruirani da predaju veću razinu napona nego što to sam proces zahtjeva.

Takva prednost se iskorištava na gradilištima i brodogradilištima te lokacije gdje je

infrastruktura slaba ili nepostojeća te za teško dostupna mjesta gdje je pristupačnost

ograničena.

Jedno od rijetkih ograničenja koje se stavlja pred REL proces zavarivanja je nekonvencionalna

duljina kabela kod kojih izvor struje ne može proizvesti dovoljno visok nominalan napon. U

slučaju kratkog spoja pri zavarivanju, napon je zanemarivo nizak te velikih gubitaka tj. pada

napona.

Slika VI - 7. Dijagram ovisnosti pada napona o duljini kabela [4]


POLIKABEL

TIG:

Padovi napona također mogu biti značajni pri istosmjernom TIG zavarivanju. Tanki bakreni

vodiči se ponekad koriste u dugačkim, vodom hlađenim kabelima za TIG zavarivanje. Tu mogu

nastati iznenađujuće visoki padovi napona (10 V i više). S druge strane, budući da je napon pri

TIG postupku relativno nizak, navedeni problem nema veliki utjecaj.

Moderni AC TIG uređaji koriste pravokutne ili modificirane pravokutne oblike struje, čija su

vremena uspona i padova vrlo kratka, tj. njihovi nagibi su strmi. U određenim situacijama,

duljina kabela može imati znatan utjecaj na AC TIG zavarivanje zbog istih razloga kao i pri

impulsnom MIG zavarivanju.

MIG/MAG:

Klasični MIG/MAG uređaji su ispravljači sa izlaznom karakteristikom konstantnog napona (eng.

Constant Voltage) te razina napona nije direktno proporcionalna razini jakosti struje.

Zbog toga je ovaj proces zavarivanja vrlo osjetljiv na pad napona – sami gubitci na izlazu stroja

te gubici izazvani duljinom polikabela mogu biti odlučujući za kvalitetnu uspostavu i vođenje

električnog luka. Električni luk kratkoj spoja je najosjetljivija varijanta MIG/MAG zavarivanja

zbog vrlo male visine električnog luka, a nasuprot je primjer štrcajući električni luk čije cu

vrijednosti napona i jakosti struje znatno više te se zbog toga dozvoljavaju veća odstupanja.

U bilo kojem od slučaja svi su gubitci uračunati te kompenzirani povećanim izlaznim naponom

izvora struje za zavarivanje.

Posebna varijanta MIG/MAG procesa zavarivanja je zavarivanje praškom punjenom žicom koja

zbog svoje građe više podsjeća na REL tehniku zavarivanja te se također može koristiti sa vrlo

dugačkim kablovima.


POLIKABEL

IMPULSNO MIG ZAVARIVANJE:

Impulsno MIG zavarivanje stvara posebne probleme zbog brzine prijelaza sa jedne razine

jakosti struje na drugu, čime se ujedno mijenja i magnetno polje. Magnetno polje je generirano

strujnim tokom te jačina samog polja je proporcionalna jakosti struje. Energija utrošena u

generiranje magnetnog polja značajno raste sa duljinom polikabela, a dodatno se opterećenje

na izvor struje stavlja zbog brzine promjene razine jakosti struje. Veličina koja opisuje brzinu

promjene se naziva induktivitet.

Induktivitet se osim građom stroja može drastično mijenjati fizičkom izmjenom geometrije

namotaja polikabela.

Slika VI - 8. Grafički prikaz triju različitih geometrija namatanja polikabela te predviđene

razine induktiviteta [21]

Kao primjer je iskorišteno istraživanje u stranom laboratoriju gdje je kabel od 25 m bio

namotan prema primjeru B – gdje je izmjeren induktivitet bio 20 µH, te je zatim bio namotan

prema primjeru C – gdje je izmjeren iduktivitet 110 µH (5 puta veći).

Posebna namjena primjera C se može iskoristiti prilikom demagnetiziranja radnog komada,

gdje se kabelom omotani radni komad u vrlo kratkom vremenu propuštanjem struje kroz kabel

može demagnetizirati zbog poboljšanja fizikalnih i eksploatacijskih svojstava.


POLIKABEL

Tijekom zavarivanja se preporuča ipak da se induktivitet nastao fizičkom manipulacijom kabela

minimalizira te se duljina polikabela drži minimalnom mogućom za izvođenje procesa. Razlozi

leže u manjim gubitcima energije te manjim opterećenjem izvora struje za zavarivanje.

Slika VI - 9. Odnosi napona i jakosti struje u ovisnosti o geometriji namatanja kabela [21]


POLIKABEL

SAVJETI ZA ODABIR KABELA:

REL POSTUPAK ZAVARIVANJA:

Prilikom odabira REL zavarivačkog kabela ne vrijedi striktno pravilo – više je uvijek bolje. Kada

kroz manji kabel provodimo više struje, dolazi do taljenja izolacije bakrenih vodiča, te je stoga

uputno uzeti veći promjer žice. U slučaju da se koristi kabel koji je predimenzioniran s obzirom

na količinu struje koju provodi, njegova će cijena biti skuplja, ali se neće postići nikakvo

značajno hlađenje kada bi se umjesto većeg uzeo odgovarajući kabel za zadano strujno

opterećenje.

MIG/MAG POSTUPAK ZAVARIVANJA:

Za odabir MIG/MAG polikabela i pištolja za zavarivanje potrebno je imati na umu sljedeće:

Jakost struje zavarivanja:

• Važan faktor kod odabira pištolja • Zrakom hlađeni pištolji primjenjuju se za raspon struje od 150 do 300 A • Vodom hlađeni pištolji koriste u rasponu od 300 do 600 A • Korištenje pištolja pri jačim strujama dovodi do taljenja i raspadanja tijela pištolja • Zračni pištolji se može kratko koristit u preopterećenom stanju, uz kontrolu radnih

paramtera i radnog ciklusa.

Radno opterećenje:

• Definirano kao intermitencija ili radno opterećenje izvora struje

• Određuje se maksimalna struja u 10 minutnom periodu za koju granične temperature

pištolja ostaju u prihvatljivim granicama.

• Preopterećenje uzrokuje pregrijavanje pištolja što može dovesto do ozljeda i opeklina

zavarivača, a također i tehnoloških problema

• Kako ne postoji industrijski standard koji određuje radno opterećenje za pištolje za

zavarivanje moguće je da dva različita proizvođača nominalno odrede svoje pištolje za

npr. 400A a da pri tome imaju znatno različite karakteristike.


POLIKABEL

• Preporuka je da kupac prije nabavke isproba pištolj za svoje nazivno opterećenje sa

radnim opterećenjem prisutnim u proizvodnji i procijeni ponašanje i zagrijavanje

nakon zavarivanja. Isto tako, ako imamo uređaj sa 100% intermitencijom na 400A

onda nam zračno hlađeni 300A pištolj ne može iskoristiti sav potencijal izvora struje.

Ergonomija (masa i oblik pištolja):

• Cjelodnevno radno opterećenje zavarivača predstavlja znatan napor za ruke, ramena,

leđa kao i ostale dijelove tijela naročito ako se radi u skučenim prostorima ili teško

dostupnim položajima.

• Filozofija da se uvijek nabavljaju „predimenzionirani“ pištolji nije ispravna jer glomazni

i teški pištolji znatno više umaraju zavarivača i povećavaju rizik od grešaka.

• Vodom hlađeni pištolji su za nominalno istu vrijednost radnog opterećenja manjih

dimenzija jer rashladno sredstvo odvodi suvišak topline i nema pretjeranog

zagrijavanja ali istovremeno se smanjuje umor zavarivača.

• Zrakom hlađeni pištolji su teži i robusniji tako da kod nabavke treba isprobati pištolj i

ustanoviti stanje prema mišljenju zavarivača, kako je moguće s njim manevrirati.

Mjesto rada:

• Vodom hlađeni pištolji, zbog kompliciranosti građe, mogu biti nepraktični za

prenošenje posebno kod sistema koji imaju odvojeni izmjenjivač topline.

• Premještanje robusne opreme ponekad može zahtjevati dosta napora, problem sa

dobavljanjem u skučene prostore te može doći i do oštećenja crijeva.

• Zrakom hlađeni sustavi se znatno lakše premještaju i fleksibliniji su za rad gdje postoji

potreba za promjenom mjesta rada.

• Za rad na otvorenim prostorima ili u negrijanom ili nezaštićenom prostoru postoji

opasnost od smrzavanja rashladne tekućine čime može biti izazvana značajna šteta.

Vrsta proizvoda i debljina lima:

• Za korištenje provara korijena koristi se u zadnje vrijeme inačice MAG postupka

(FastROOT, STT) koje koriste relativno male struje zavarivanja. U takvim slučajevima

zrakom hlađeni pištolji zadovoljavaju kriterije.


POLIKABEL

• Za tanke limove nije preporučljivo koristiti glomazne vodom hlađene pištolje za 500 A,

koji mogu stvarati probleme kod rukovanja.

• Za rad sa štrcajućim lukom i sa strujama preko 300A na debelim materijalima, vodom

hlađeni pištolji će bolje podnijeti toplinsko opterećenje.

• Ako se radi s kombiniranim strujama (kratki spojevi i štrcajući luk) pištolj se mora

odabrati prema parametrima koji su više zastupljeni. Kao primjer - ako se stalno radi

sa malim strujama a samo kratko sa jačim strujama onda će zrakom hlađeni pištolji

zadovoljiti.

Troškovi:

• Ekonomskom analizom prije nabavke izvora struje ili pištolja za zavarivanje je pravilan

način procjene troškova prema vrsti i zahtjevima proizvodnje.

• Vodom hlađeni pištolji zahtjevaju izmjenjivač topline, rashladnu tekućinu ali su i

mogući problemi s oštećenjem crijeva, pumpom, brtvenim elementima itd. Posebno

treba voditi računa da se uzimaju namjenske rashladne tekućine kako bi se spriječilo

nakupljanje minerala, stvaranje algi ili jednostavno smrzavanje ako se koristi voda.

• Curenjem vode u pištolju nužno dovodi do problema u zavarivanju, stvaranju pora i

slično, a moguće je i oštećenje opreme zbog kontakta rashladne tekućine i električnih

dijelova.

• Zrakom hlađeni pištolji zahtjevaju znatno manje napora za održavanje ali opet kod

preopterećenja dolazi do prekomjernog trošenja dijelova pištolja. Iako se u praksi ti

sustavi preporučuju za manje struje postoje i zrakom hlađeni pištolji s nominalnim

opterećenjem do 600 A ali su njihove dimenzije znatno veće od odgovarajućih vodom

hlađenih sustava.

Postojeća oprema:

• Važna je napomenuti da nemaju svi izvori struje mogućnost modularne nadogradnje

pumpe i izmjenjivača te za takvu opremu nema svrhe kupovati vodom hlađene pištolje

već je bolje bolje koristiti kvalitetno odabrane i optimalizirane s aspekta radnog

opterećenja zrakom hlađene.


POLIKABEL

• Vanjski sustavi za hlađenju su moguća varijanta riješavanja problema, ali se mora

uvoditi dodatni novi strujni priključak te mijenjati postojeća infrasktruktura. Veliki

problemi se javljaju u montaži tj. na terenu gdje je infrastruktura ograničena ili

nepostojeća.

• Posebna problematika su roboti i automati gdje promjena sustava hlađenja zahtjeva

velike troškove pa je bolje ostaviti postojeći sustav uz optimalizaciju parametara

zavarivanja.

Za zavarivanje praškom punjenom žicom (FCAW) je ograničenje na duljinu kabela je izlazna

snaga izvora struje za zavarivanje, intermitencija tj. radni ciklus te udaljenost između izvora

struje za zavarivanje i radnog komada.

Slika VI - 10. REL kablovi za zavarivanje izraženi prema američkim i europskim dimenzijama [23]

Tablica VI - 1. Preporučene debljine polikabela za REL pri 75°C [25]

Preporučene debljine polikabela za REL pri 75°C

Jakost

struje:[A]

Intermitencija

[%]

Ukupne duljine polikabela i kabela mase

0 – 15 m 15 – 30 m 30 – 45 m 45 – 60 m 60 – 75 m

125 30 6 5 3 2 1 150 40 6 5 3 2 1 200 60 2 2 2 1 1/0


POLIKABEL

250 60 1 1 1 1 1/0 300 60 1 1 1/0 1/0 2/0


POLIKABEL

•Polikabel je unificiran dovod unutar kojega je više vodova spojeno u jedan čime

se osigurava veća manipulativnost i zaštita dovoda

•Stabilnost i ispravno vođenje procesa zavarivanja

Uloga polikabela:

•Materijal

•Dodatni materijal ovisno o procesu zavarivanja

•Zaštitni plin do pištolja za zavarivanje

•Rashladno sredstvo za pištolj zavarivanja

•Energiju

•Dodatni materijal u procesu zavarivanja je provodi električnu energiju od izvora

struje za zavarivanje.

•Procesom zavarivanja generiranu toplinu odvodimo rashladnom vodom

integriranom u polikabelu

•Informaciju

•Električni vodovi unutar kabela provode električni signal za paljenje i gašenje

električnog luka.

•Mogućnost povratne informacije ponašanja električnog luka

Polikabel provodi:

•Toplinska, električna izolacijoa te izvrsna otpornosti na trošenje

•Duljina polikabela ovisi o vrsti dodatnog materijala - procesu zavarivanja

•Dodatni materijal, zaštitni plin, rashladno sredstvo, električni vodovi

Svojstva polikabela:

•Ne smije se nasilno premotavati

•Ne smije se gaziti ili teškom opremom prelaziti preko kabela

•Ne smije se izrezivati te potom krpati jednom oštećena unutrašnja građa kabela

Rukovanje polikabelom:

KATEDRA ZA ZAVARENE KONSTRUKCIJE VII - 1

DODAVAČ ŽICE

ULOGA:

Uređaj za dodavanje žice služi za automatsko dodavanje žice – elektrode u MIG/MAG i EPP

procesima zavarivanja. Glavni parametri na koje možemo posredno utjecati putem dodavača

žice su slobodni kraj žice i brzina dodavanja žice.

Dodavač žice se može nalaziti unutar kućišta izvora struje za zavarivanje čime se želi dobiti

manji volumen uređaja, veća mobilnost i ušteda cijene proizvodnje.

Danas se dodavači žice većinom montiraju van kućišta kao zasebna jedinica zbog prednosti

poput, rotacije modula s obzirom na izvor struje za zavarivanje – vrlo korisno kod većih radnih

komada sa više stranica kojima je pristup otežan. Bolja preglednost namotaja žice na kolutu u

slučaju pogreške pri uvođenju.

Zbog robusnosti uređaja se najčešće cijeli sustav montira na kolica koja ga čine vrlo mobilnim

i prikladnim za rad po pogonu.

Mogući problemi koji se mogu javiti tijekom eksploatacije su:

• Krivi odabir kotačića i uvodnice s obzirom na materijal žice koja se dovodi

• Krivi odair kvalitete žice i kvalitete namotaja žice

• Prejako pritezanje uvodnih kotačića

• Osjetljivosti MIG/MAG postupka na atmosferske uvjete (vjetar, vlaga, kiša, mraz, itd.)

• Neodržavanje i loša higijena uređaja može imati značajan utjecaj na kvalitetu izrade

zavarenog spoja


DODAVAČ ŽICE

Slika 1. Prikaz dodavača žice spremljenog

unutar izvora struje za zavarivanje [30]

Slika 2. Dodavač žice kao zasebna jedinica

koja se može rotirati po potrebi

zavarivača neovisno o položaju izvora

struje [30]

Slika VII - 3. Prikaz kompletnog mehanizma za

dodavanje žice [30]

Slika VII - 4. Uvećani prikaz jednostavnijeg

mehanizma za dodavanje žice [30]


DODAVAČ ŽICE

Slika VII - 5. Prikaz važnih dijelova dodavača žice [30]

1. Elektromotor za dodavanje žice

2. Pogonski zupčanik za dodavanje žice

3. Pogonjeni zupčanici sa profilima za vođenje žice

4. Pogonjeni zupčanici sa profilima za vođenje žice sa zatezačima

5. Kotačići za uvođenje u polikabel

6. Uvodnica u polikabel

7. Zatezači kotačića za dodavanje žice

Slika VII - 6. Dodatna identifikacijska pločica izlaznih parametara dodavača žice [30]


DODAVAČ ŽICE

PRINCIP RADA:

Dodavanje žice vrši se automatskom regulacijom pomoću izvora struje za zavarivanje prema

visini napona struje. Izlazna karakteristika kod automatski reguliranih izvora struje je ravna –

tj. CV (eng. constant voltage – konstantan napon), a to ima za značaj da se promjenom visine

elektičnog luka, intenzivnije mijenja izlazna jakost struje dok se napon mijenja u puno manjem

intenzitetu.

Slika VII - 7. Dijagram prikazuje CV izlaznu karakteristuku izvora struje za zavarivanje [30]

Elektromotor za dodavanje žice reguliran je izlaznim naponom izvora struje koji zbog slabijeg

intenziteta promjene osigurava sporiju rekaciju dodavanja žice što znači i veću stabilnost

procesa, dok intenzivnija promjena jakosti struje utječe na brzinu taljenja žice.

Ako bi građa bila izmjenjena, da brzina dodavača žice ovisi o intenzitetu promjene jako struje

– tada bi svaka promjena visine električnog luka dovela do zabijanja žice u radni komad ili

uvlačenja žice u pištolj za zavarivanje. Obje su solucije dakle neprikladne za vođenje procesa

zavarivanja.


DODAVAČ ŽICE

ODABIR KOTAČIĆA ZA DODAVANJE ŽICE:

Kotačići se odabiru isključivo prema vrsti dodatnog materija kojim se izvodi zavarivanje. U

praksi se najčešće MIG/MAG postupkom spajaju čelici i aluminiji, dok je spajanje ostalih

materijala sa MIG/MAG postupkom manje zastupljeno.

Ovisno o vrsti materijala tojest žice (klasična žica ili praškom punjena žica), se odabiru kotačići

i uvodnica koji odmotavaju žicu, ravnaju je i uvode u bužir unutar polikabela. Cilj je odabrati

da je žica uvijek jednake ili manje tvrdoće od kotačića što osigurava da kotačići ne unište žicu

tijekom dovođenja do sapnice pištolja za zavarivanje.

Također se prilikom rada odvija toplinsko istezanje žice u svim smjerovima koje je izraženije

kod aluminija zbog svoje manje tvrdoće i većeg koeficijenta toplinske istezljivosti u usporedbi

sa čelikom.

Glavni problemi tijekom dovođenja žice se mogu dogoditi prilikom nedopuštenog savijanja ili

intenzivnog pritiska žice unutar polikabela što rezultira naboravanjem i nakupljanjem žice prije

same uvodnice u polikabel.

Nastala greška može rezultirati trajnim oštećenjem sustava za dovod žice i proizvesti lokalnu

štetu tijekom zavarivanja, koja dodatno košta kako bi se uklonila i ploča nanovo pripremila za

zavarivanje.


DODAVAČ ŽICE

Tablica VII - 1. Usporedni prikaz tri različita tipa kotačića za izravnavanje žice – ovisno o vrsti

žice

Četvrtasti profil,

Pritisak na žicu

Okrugli profil,

Prati oblik žice

Okrugli profil,

Prati oblik žice,

Dodatno nareckan

Čelik Teflon Teflon

Čelična žica Aluminijska žica Praškom punjena žica

Čelična žica se zbog svoje krutosti mora dodatno priklještiti kako bi se bez proklizavanja

uspješno provela kroz kotačiće. Aluminijska i praškom punjena žica zbog svoje krutosti moraju

imati kotačiće koje prate oblik i promjer žice kako se nebi oštetila prilikom

ODREĐIVANJE VARIJACIJE U BRZINI DODAVANJA ŽICE:

Tablica VII - 2. Formula prikazuje varijacije brzine izražene u postotcima [%] prema opterećenju

𝑟𝑟𝐼𝐼 =𝑣𝑣𝐼𝐼1 − 𝑣𝑣𝐼𝐼2𝑣𝑣𝐼𝐼2

× 100 (%)

rI - varijacija u brzini dodavanja žice izražena prema radnom opterećenju [%]

vI1 - brzina žice prilikom polovice maksimalnog radnog opterećenja [m/min]

vI2 - brzina žice prilikom maksimalnog radnog opterećenja [m/min]


DODAVAČ ŽICE

** Prije ispitivanja, dodavač žice mora raditi 30 min pri polovičnom nazivnom opterećenju

FSB – KATEDRA ZA ZAVARENE KONSTRUKCIJE VIII - 1

IDENTIFIKACIJSKA PLOČICA

DEFINICIJA: Identifikacijska pločica (eng. Identification plate) je specifikacijska tablica izlaznih parametara izvora struje za zavarivanje. Nalazi se na poleđini ili sa strana izvora struje te je vrlo važan faktor kada se odlučuje koji je izvor struje prilkadan za određeni proces zavarivanja.

GLAVNA ULOGA:

Očitavanjem podataka sa identifikacijske pločice možemo dobiti sljedće važne podatke:

• Vrsta unutrašnje građe izvora struje • Važeća norma prema kojoj je uređaj i identifikacija načinjena • Vrsta procesa zavarivanja • Izlazna karakteristika izvora struje: CC / CV • Minimalna i maksimalna kombinacija izlaznih parametara • Intermitencija • Ovisnost izlaznog napona i jakosti struje • Iskoristivost izvora struje za zavarivanje pri zadanoj jakosti struje • Opsežna tablica sa podacima o ulaznim vrijednostima napona i jakosti struje • Vrsta i broj faza strujnog priključka • Vrsta i klasa izolacije unutrašnje građe • Vrsta i način hlađenja unutrašnje građe • Vrsta i klasa zaštite izvora struje za zavarivanje • Vrsta i klasa uređaja prema okolišnim uvjetima

Tablica VIII - 1. Pojašnjenja standardne identifikacijske pločice prema normi HRN EN ISO 60974 – 1 [27]

Pojašnjenja standardne identifikacijske pločice prema normi HRN EN ISO 60974 - 1 1) Ime i adresa proizvođača i porijeklo uređaja 2) Tip i model izvora strujež 3) Sljedivost – serijski broj uređaja 4) Vrsta izvora struje za zavarivanje 5) Potvrda o pridržavanju međunarodne

norme 6) Prikladnost za procese zavarivanja 7) Zavarivanje moguće u opasnom okolišu 8) Vrsta struje 9) Napon praznog hoda 10) Opseg vršnih vrijednosti parametara (U / I) 11) Intermitencija (Radni ciklus) 12) a) – c) Izlazna jakost struje 13) a) – c) Izlazni napon struje 14) Simbol za vrstu unosa energije

15) Ulazni napon struje 16) Ulazna jakost struje 17) Ulazna maksimalna efektivna jakost struje 18) Brzina okretaja pri opterećenju 19) Brzina okretaja bez opterećenja 20) Brzina okretaja u praznom hodu 21) Maksimalna izlazna snaga 22) Razina zaštite 23) Klasa zaštite 24) Frekvencija i faze 25) Dodatni izlazni napon struje 26) Dodatna izlazna jakost struje 27) Dodatna intermitencija uređaja



Tablica VIII - 2. Standardni izgled identifikacijske pločice prema normi HRN EN ISO 60974 – 1 [27]

Slika VIII - 1. Fotografija identifikacijske pločice izvora struje za zavarivanje Uljanik MIG 500 E [30]

Identifikacija 1) 2) 3) 4) 5)

Izlazni parametri za zavarivanje 6) 7) 10)

11) 11)a 11)b 11)c

8) 9) 12) 12)a 12)b 12)c

13) 13)a 13)b 13)c

Ulazna energija 14) 15) ili 18) 16) 17)

19) 20) 21)

22) 23)

Dodatni izlazni uređaj 24) 25) 26) 27)



Slika VIII - 2. Fotografija identifikacijske pločice izvora struje za zavarivanje Kjellberg TINY 170 [30]



Slika VIII - 3. Fotografija identifikacijske pločice izvora struje za zavarivanje Castoline Eutectic 3002 [30]

Tablica VIII - 3. Slikovni prikazi podataka prema normi HRN EN ISO 60974 – 1 [27]

SLIKOVNI PRIKAZI PODATAKA PREMA NORMI HRN EN ISO 60974 - 1

111

SMAW: Shielded Metal Arc Welding

Ručno elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom

141

GTAW: Gas Tungsten Arc Welding

Elektrolučno zavarivanje netaljivom elektrodom u zaštiti inertnog plina

131 / 135

GMAW: Gas Metal Arc Welding

Elektrolučno zavarivanje taljivom žicom u zaštiti aktivnog/inertnog plina

136 / 137

GMAW: FCAW – Flux Cored Arc Welding

Elektrolučno zavarivanje samozaštičujućom praškom punjenom žicom

121

SAW: Submerged Arc Welding

Elektrolučno zavarivanje taljivom žicom pod zaštitnim praškom

83

Plasma cutting

Rezanje plazmom

88

Plasma gouging

Žljebljenje plazmom



Transformator, jednofazni

AC u primaru i sekundaru

Ispravljač - diodni, trofazni

AC u primaru, DC u sekundaru

Ispravljač – frekventni pretvarač, jednofazni i trofazni


Ispravljač – frekventni pretvarač, jednofazni i trofazni


Trofazni motor – generator


Trofazni motor – generator - ispravljač

AC ulazna i DC izlazna struja

Trofazni motor – jednofazni generator

AC u primaru i u sekundaru

Motor s unutrašnjim izgaranjem – jednofazni generator

AC izlazna struja

Motor s unutrašnjim izgaranjem – jednofazni generator – ispravljač

DC izlazna struja

Transformator - ispravljač

1. Grana: AC izlazna struja 2. Grana: DC izlazna struja

Vrsta strujnog priključka – 1 ili 3 fazni

S u kvadratu - Izvor struje za zavarivanje koji radi u opasnom okolišu i opasnosti od elektičnih udara. Dodatni kvadrat – U slučaju otkaza izvora struje za zavarivanje, vršne izlazne vrijednosti nesmiju prijeći vrijednosti napona praznog hoda ili jakosti struje u kratkom spoju.

FSB – KATEDRA ZA ZAVARENE KONSTRUKCIJE IX - 1

ZAŠTITA NA RADU

UREĐENJE RADNOG MJESTA I MJERENJE UČINKOVITOSTI SUSTAVA ZA FILTRACIJU DIMNIH

PLINOVA.

Zavarivanje i rezanje su povezani s nastankom različitih čestica, para i plinova kojima se

kontaminira okolina te generirane čestice dolaze u dišno područje zavarivača. Da bi se

koncentracija tih čestica, para i plinova minimalizirala potrebno je poduzeti preventivne mjere

poput lokalnog odsisa ili ventilacije te primjenom osobnih zaštitnih sredstava (eng. RPD-

respiratory protective devices).

Dobro je poznato da određene čestice, pare i plinovi koji nastaju tijekom zavarivanja imaju

kratkoročno i dugoročno negativan utjecaj na zdravlje poput npr. kancerogenog djelovanja

kroma (VI) kod nehrđajućih čelika.

Osnovne kontrolne mjere za smanjenje zagađenja

Osnovne kontrolne mjere za smanjenje zagađenja koje možemo primijeniti pri organizaciji

radnog mjesta i zaštiti zavarivača mogu se podijeliti kako slijedi:

1. smanjenje količine zagađivača principom supstitucije, što podrazumijeva

promjenu tehnologije, dodatnog materijala i parametara zavarivanja u cilju

smanjenja emisije čestica, para i plinova. Međutim, ovaj način je teško ostvariv u

realnim uvjetima.

2. izolacija izvora zagađenja u ventiliranom prostoru ili pod usisnim pokrovom koji

se nalazi iznad zone zavarivanja. Ovaj koncept je lako primjenjiv kod automatskih

radnih stanica ili robotskih ćelija te se sve više primjenjuje zbog povećanog obima

automatizacije. Slika 1. prikazuje robotsku ćeliju u ventiliranom prostoru.


ZAŠTITA NA RADU

Slika IX-1. Robotizirano zavarivanje u ventiliranom odvojenom prostoru [30]

3. kontrola zagađenosti lokalnim odsisom, pri čemu se primjenjuje princip odsisa tj.

skupljanja para i plinova nastalih zavarivanjem ili rezanjem direktno na izvoru

prije nego što dosegnu dišnu zonu zavarivača.

4. Osobna respiratorna zaštita, koja se primjenjuje kao dodatak ventilaciji ili kao

jedini način zaštite pri zavarivanju.

Najveću fleksibilnost i učestalost primjene ima kontrola zagađenosti lokalnom ventilacijom i

upotreba sredstava osobne zaštite koji su i detaljnije opisani.

Kontrola zagađenosti lokalnom ventilacijom

Pare i plinovi, te ozon koji nastaje u prostoru oko električnog luka direktno zbog pozitivnog

uzgona toplinske konvekcije dolaze u dišnu zonu zavarivača. Koncept opće ventilacije ne

smanjuje rizik izlaganju ali se vrlo često korist u praksi. Opća ventilacija se koristi za dobavu

svježeg zraka i odvođenje zagađivača koji nisu skupljeni lokalnim odsisom. Osnovni koncept

lokalnog odsisa je da se proizvede gibanje zraka pomoću odsisne nape koja će skupiti i odvesti

zagađene pare i plinove u usisni sklop i dalje u filterski sustav ili okolinu pri čemu se opća

ventilacija koristi kao dodatni mehanizam. Potrebna brzina strujanja zraka ovisi o položaju

usisne nape u odnosu na produkte isparavanja i izgaranja te njihovu brzinu u trenutku


ZAŠTITA NA RADU

hvatanja. Ako su poznate brzine pri hvatanju zagađivača, udaljenost od izvora te dimenzije

usisne nape može se izračunati potreban protok koji će ostvariti potrebnu dinamiku odsisa.

Preporučene brzine pri skupljanju para i plinova nastalih zavarivanjem ovise o položaju usisne

nape te iznose kako slijedi:

-odsis iznad zavara 0,5 do 1 m/s

- odsis sa strane 1 m/s

- odsis s donje strane 1 do 2 m/s

Nova norma prEN ISO 15012-2 definira metode ispitivanja performansi uređaja za odsis.

Podjela sustava za lokalnu ventilaciju

Sustavni za lokalnu ventilaciju mogu se podijeliti u tri grupe:

1. fiksne instalacije,

2. mobilne ili fleksibilne sustave,

3. odsis integriran u opremu za zavarivanje.

U situacijama kada se zavarivanje odvija na specifičnim lokacijama i pri čemu je radni komad

ograničene veličine primjenjuju se fiksne instalacije tj. usisni sustavi integrirani ili nadograđeni

na zavarivačke stolove. Veliku prednost ovakvog sustava predstavlja činjenica da nije potrebno

pomicati odsisnu kapu tijekom promjene pozicije zavarivanja. Preferira se odsis sa stražnje

strane sa ugrađenim pregradama na stolu kako bi se kanalizirao protok zraka. Stolovi s

odsisom s donje strane imaju kao veliki nedostatak visoku brzinu strujanja zraka kako bi se

poništio pozitivan uzgon toplih para i plinova. Brzina dizanja nastalih para i plinova pri

zavarivanju je od 0,2 do 1 m/s na udaljenosti 10-20 cm od električnog luka. Velike brzine imaju

za posljedicu protok velike količine zraka. Uz to velike brzine strujanja mogu utjecati na

kvalitetu plinske zaštite i lošu kvalitetu zavara. Za zavarivanje velikih komada preferiraju se

kabine s push-pull sustavom protoka zraka kako bi se poboljšalo odvođenje zagađivača od

operatera. Slika IX-2. prikazuje zavarivački stol s nadograđenom usisnom napom.


ZAŠTITA NA RADU

Slika IX-2. Zavarivački stol s nadograđenom usisnom napom

Zbog različitosti proizvoda i radnih zahtjeva većina lokalnih odsisnih sustava se dizajnira kao

fleksibilni sustavi za opću namjenu. Ovakvi sustavi su podijeljeni u dvije osnovne grupe;

niskovakuumski i visokovakuumski sustavi. Niskovakuumski sustavi moraju imati nizak otpor

strujanju zraka pa su promjeri cijevi veliki. Prednost ovakvih sustava je veliki protok zraka te je

zona hvatanja tj. skupljanja dosta velika. S druge strane veliki promjer cijevi otežava dovođenje

ovakvih sustava na velike konstrukcije. Za primjenu u radionicama niskovakuumski sustavi su

često oblikovani kao fleksibilne ruke montirane na zidu s protokom od 700 do 1500 m3/h, slika

IX-3.


ZAŠTITA NA RADU

Slika IX-3. Niskovakuumski usisni sustav

Visokovakuumski sustavi imaju dugačke usisne cijevi malog promjera. Sastoje se od malih

prenosivih usisnih kapa koje su povezane s fleksibilnim cijevima. Glavna prednost ovakvog tipa

uređaja je visoka fleksibilnost i prenosivost te je moguća primjena na velikim objektima,

skučenim prostorima, brodogradilištima itd. Nedostatak je niski protok zraka, uobičajeno

manje od 200 m3/h i vrlo mala usisna zona. Fleksibilni odsisni sustavi zahtijevaju pomicanje

usisne nape blizu para i plinova nastalih zavarivanjem. Zbog toga što to premještanje obavlja

operater/zavarivač, efikasnost fleksibilnih odsisnih sustava je određena korištenjem od strane

zavarivača. Iskustva iz prakse pokazala su da je efikasnost takvih sustava od 50 do 70% dok

visokovakuumski sustavi imaju znatno nižu efikasnost. Mala usisna zona visokovakuumskih

sustava zahtijeva pozicioniranje iznad zavara. Štoviše, mala uisisna zona znači da

visokovakuumski sustavi nisu u stanju pokupiti ozon nastao u okolini električnog luka kao i

dušične okside nastale plinskim zavarivanjem.


ZAŠTITA NA RADU

Slika IX-4. Visokovakuumski sustav za lokalni odsis

Slika IX-5. MIG zavarivanje s ugrađenom sapnicom za odsis

Odsisni sustav može biti integriran u pištolje za MIG/MAG i FCAW zavarivanje kao njihov

sastavni dio te se pri tome zahtjeva visoki vakuum. Promjer sapnice je relativno mali tako da

je protok nizak. Međutim efikasnost može biti i do 90% iako nema skupljanja ozona. Efikasnost

uvelike ovisi o nagibu pištolja i parametrima zavarivanja. Takvi odsisni sustavi postoje i za TIG

pištolje te su vrlo primjenjivi za robotizirano zavarivanje.


ZAŠTITA NA RADU

Osobna sredstva za respiratornu zaštitu

U idealnim situacijama svi problemi vezani za opasnosti od inhalacije se mogu riješiti efikasnim

lokalnim ventilacijama ili odsisom, pri čemu se preferiraju uređaji velikog protoka i niskog

tlaka. Međutim, ponekad je vrlo teško osigurati takve uvjete. Tada se prvenstveno primjenjuju

sredstva osobne zaštite čija efikasna primjena ovisi o adekvatnom odabiru i ispravnoj primjeni.

Jedino tada osobna zaštitna sredstva imaju pozitivnu ulogu u zaštiti zdravlja zavarivača.

Idealan način uspostave efikasne respiratorne zaštite je tzv. «metoda četiri koraka»:

1. identifikacija i određivanje zagađivača zraka (i/ili ostalih opasnosti) za koji je potrebno

odrediti zaštitu od udisanja;

2. određivanje zdravstvenih rizika i problema koji mogu nastati zbog udisanja

identificiranog zagađivača;

3. odabir osobnih zaštitnih sredstava koja štite od inhalacijskih rizika;

4. edukacija korisnika opreme u cilju svrsishodne i ispravne primjene, održavanja,

promjene filtera itd.

Osnovni tipovi i odabir respiratornih zaštitnih sredstava

Respiratorna zaštitna sredstva su oblikovana na dva osnovna načela:

1. Filtrirajuća sredstva koriste okolišni zrak i čiste ga uz primjenu odgovarajućih filtera. Za

svaku vrstu zagađivača nužno je primijeniti točno određeni filter. Međutim, filtrirajuća

sredstva ne štite od pomanjkanja kisika. Uz to, filteri za pare i plinove imaju ograničenja

za stupanj koncentracije zagađivača u zraku. Efikasnost takvih sredstava ovisi o filteru

ali i obliku maske.

2. Sredstva s dobavom čistog zraka za disanje (komprimirani okolišnji zrak) iz udaljenog

izvora do korisnika. Korisnik je izoliran od okolišnjeg zraka bez obzira na količinu

zagađivača i pomanjkanje kisika.

LITERATURA

FSB – KATEDRA ZA ZAVARENE KONSTRUKCIJE X

LITERATURA:

[1] Garašić I., Suvremeni postupci MAG zavarivanja, nastupno predavanje, Fakultet strojarstva i brodogradnje, 2011. [2] Norrish J., A Review of Metal Transfer Classification in Arc Welding, IIW doc XII-1769-03, 2003. [3] Joseph A., Webb C., Haramia M., Yapp D., Variable Polarity (AC) Arc Weld Brazing of Galvanized Sheet, IIW doc XII-1779-03, 2003. [4] Neessen F., Naber F., The GMAW – STT process – An advance welding process.Lincoln Smitweld B.V, Lincoln Electric Europe B.V. The Niederland, October 2003. [5] Cuiuri D., Norrish J., Cook C.D., Droplet size regulation in short circuit GMAW process using a controlled current waveform, Proc. AWS Conf. Gas Metal Arc Welding for the 21st Century, Orlando, Florida,6-8th December 2000. [6]. Arhiva Laboratorija za zavarivanje Fakulteta strojarstva i brodogradnje,Sveučilište u Zagrebu, 2011. [7] Uusitalo J., FastROOT™ – a new welding process for root pass and thin sheet welding, Kemppi Pro News, Vol. 2, 2006. [8] Staufer, H., Bruckner, J.; Himmelbauer, K., The CMT – Process – A Revolution in Welding Technology, Fronius International, Wels, 2005. [9] Ou Z., Wuang Y., Ushio M., Tanaka M., New concept for the characteristic of an arc welding power source (Report II) – New development of arc control system for CO2 welding, Trans. JWRI 28, 1999. [10] ........., Highly advanced AC MIG technology for input heat control, www.nachirobotics.com/media/applications_autogen/DW300.pdf

PRILOG PRIRUČNIKU IZ KOLEGIJA STROJEVI I OPREMA ZA ZAVARIVANJE

MOGUĆNOSTI AUTOMATIZACIJE PRI ZAVARIVANJU CJEVOVODA 1. UVOD U proteklih dvadeset godina svjedoci smo intenzivne izgradnje novih cjevovoda u svijetu. Sve veća dislociranost proizvodnih lokaliteta od potrošača zahtjeva izgradnju novih transportnih pravaca. Najveći projekti su u povezivanju ruskih i bliskoistočnih nalazišta sa potrošačima u Europi. Prema Studiji energetskog razvitka Republike Hrvatske i planu modernizacije i izgradnje plinskog transportnog sustava Republike Hrvatske predviđa se intenzivna izgradnja novih plinovoda prvenstveno zbog porasta potrošnje prirodnog plina, povezivanja novih proizvodnih polja sjevernog Jadrana kao i uključivanja novih dobavnih pravaca. Potreba za izgradnjom cjevovoda velikih promjera i duljine nekoliko tisuća kilometara rezultirala je intenzivnim istraživanjima na području zavarivanja kojima je osnovni cilj povećanje produktivnosti tehnika zavarivanja kod izgradnje cjevovoda i zadovoljiti sve veće zahtjeve na kvalitetu zavarenog spoja radi sve većih tehničkih i tehnoloških zahtjeva (upotrebe kvalitetnijih materijala, veći stupanj sigurnosti, manji gubici, veći radni tlakovi i sl.) . Izgradnja i montaža cjevovoda na terenu zahtjeva angažman velikog broja ljudi i opsežnu logističku podršku, ne samo za građevinske radove i zavarivanje, nego i za pripremu spojeva, rukovanje cijevima, nerazorna ispitivanja i sl. Osnovni faktor brzine napredovanja cjevovoda je brzina zavarivanja pojedinog spoja, što predstavlja kritični put projekta, a time zavarivanje postaje ključni element kod izgradnje cjevovoda. Brzina napredovanja, a time i ekonomičnost izrade cjevovoda, je određena s dva aspekta primijenjene tehnike zavarivanja:

1. Brzina zavarivanja korijenskog prolaza koja određuje ukupnu produktivnost izrade i napredovanja cjevovoda,

2. Učinkovitost zavarivanja popune i završnih slojeva koje određuju adekvatan broj zavarivačkih stanica za održavanje koraka s ekipom za zavarivanje korijenskog prolaza.

Vrlo često se određeni postupak zavarivanja koristi samo za zavarivanje korijenskog sloja, dok se za popunu i završne slojeve koristi drugi postupak, koji daje veću količinu nataljenog materijala. Zbog toga je vrlo važno imati adekvatno uvježbane i kvalificirane zavarivače za više postupaka zavarivanja, kako bi se tijekom trase mogli pratiti zahtjevi kod montaže i sanacije grešaka , te prateću organizaciju koja će osigurati uvjete za postizanje prihvatljive kvalitete zavarenih spojeva. Također, sve veća upotreba čelika gradacija X70 i X80 prema API 5L, a u posljednje vrijeme i X100, zahtijeva potpunu optimalizaciju i kontrolu parametara zavarivanja, te provedbu propisane tehnološke i operativne discipline, što se osigurava adekvatnim stručnim nadzorom zavarivačkih radova.

2. RUČNO ZAVARIVANJE CJEVOVODA REL –ručno elektrolučno zavarivanje se koristi za zavarivanje cjevovoda još od tridesetih godina 20. stoljeća. Tzv. «fall-naht» tehnika zavarivanja se i danas značajno primjenjuje kod zavarivanja cjevovoda. Obloga celulozne elektrode je vrlo tanka te zahtijeva malo energije za izgaranje prilikom kojeg oslobađa voluminoznu količinu plinova koji štite metal zavara od atmosfere čak i u slučaju kada duljina luka varira. Zavarivač može iskoristiti ovo svojstvo na način da promjenom duljine luka kontrolira brzinu taljenja elektrode i penetraciju, za što je potreban i izvor struje s adekvatnom statičkom karakteristikom. Vodikovi ioni u plazmi luka povećavaju energiju i penetraciju. Troska celuloznih elektroda se brzo skrućuje, te omogućuje upotrebu visokih struja kod zavarivanja u silaznoj poziciji , te se tako postiže bolja kontrola taline te nema bježanja tekuće troske ispred taline i blokiranja električnog luka. Razvojem elektroda dobivene su obloge koje su rezultirale mekanim i blagim električnim lukom s puno manje štrcanja. Upotreba celulozne elektrode rezultira s velikom količinom vodika u metalu zavara, ponekad i više od 50 ml H2/100 g zavara što može izazvati probleme kod zavarivanja visokočvrstih čelika. Da bi se to kompenziralo, razvijene su celulozne elektrode za zavarivanje « vrućeg» prolaza, tj. prolaza koji slijedi nakon zavarivanja korijena. Unos energije kod «vrućeg» prolaza toplinski obrađuje metal zavara i zonu utjecaja topline-ZUT, te se smanjuje opasnost pojave vodikovih pukotina. U slučaju zavarivanja čelika povišene čvrstoće, ili kada se sumnja u veliki rizik pojave vodikovih pukotina, za zavarivanje popune i završnih slojeva koriste se bazične elektrode, kojima se mogu zavarivati i čelici gradacije X80. REL postupak je pouzdan za sve vrste terena, ima veliku fleksibilnost, upotrebljiv je za gotovo sve materijale i u svim pozicijama zavarivanja. Također, nisu potrebni posebni alati i posebna oprema, a s aspekta ekonomičnosti osigurava solidan učin taljenja, ovisno o debljini stijenke i promjeru cjevovoda. Međutim, zahtijeva se vrhunska vještina zavarivača, efikasnost je niska , a gubitak dodatnog materijala je i do 30%. Osim ručnog elektrolučnog postupka, koristi se i TIG zavarivanje i to prvenstveno za zavarivanje korijena te za cjevovode manjih promjera. Niska produktivnost predstavlja glavni nedostatak ovog postupka, međutim vrhunska kvaliteta spoja i dobra fleksibilnost opravdavaju primjenu u određenim situacijama. 3. POLUAUTOMATSKO ZAVARIVANJE CJEVOVODA Zavarivanje taljivom elektrodom u zaštiti aktivnog plina-MAG je dominantna tehnika kod zavarivanja cjevovoda, te je doživjela razne optimizacije u cilju povećanja produktivnosti. Konstantan napredak kroz razvoj MAG zavarivanja s dvije žice, MAG tandem zavarivanja, te prilagobe MAG tehnike za zavarivanje korijena posebno definiranim načinom prijenosa metala doveo je MAG tehniku na visok stupanj razvoja. Jedna od tih tehnika je i MAG-STT zavarivanje korijena koje omogućava fleksibilniju izradu korijenskog spoja uz niz drugih prednosti. Algoritam upravljanja prijenosom metala minimalizira štrcanje i omogućava izradu korijena i kod nešto lošije pripreme spoja, npr. povećan razmak i smaknuće cijevi. Pune i praškom punjene žice omogućavaju široki spektar primjene. MAG postupak predstavlja referentnu razinu za komparaciju i procjenu drugih postupaka zavarivanja. S vremenom se razvilo i zavarivanje praškom punjenom žicom, u zaštiti ili bez zaštite plina. Praškom punjene žice eliminirale su niz nedostataka klasičnog MAG zavarivanja. Zavarivanje praškom punjenom žicom-FCAW se zbog svojih svojstava upotrebljava u svim granama industrije. Jedan od razloga zašto se još uvijek kod zavarivanja cjevovoda koristi REL postupak umjesto poluautomatskog MAG zavarivanja, je velika učestalost hladnog naljepljivanja. Praškom punjene žice nisu toliko osjetljive na pojavu navedenih nedostataka, te su s tog aspekta primjenjivije kod zavarivanja cjevovoda. Površina zavara je glatka i bez

ugorina. Nema štrcanja dodatnog materijala, električni luk je stabilan, a brzine hlađenja su manje nego kod klasičnog MAG postupka. Važno je napomenuti da je prašak pogodan za mikrolegiranje metala zavara. Za poluautomatsko zavarivanje danas se koriste rutilnim praškom punjene žice, s niskim sadržajem vodika. Te žice su pogodne i za zavarivanje korijenskog prolaza i alternativa su celuloznim elektrodama. Rutilne žice podržavaju prijenos metala štrcajućim lukom u širokom rasponu jačine struje, a isti se i lako kontrolira. Lako skrutiva i voluminozna troska podržava metal zavara i u slučaju kada se zavaruje prema gore, te se lako može kombinirati zavarivanje u silaznoj i uzlaznoj poziciji. Rutilne žice se dosta koriste kod održavanja cjevovoda i pripadajućih postrojenja, gdje se potpuno automatizirani sustavi ne mogu primijeniti. Relativno visoke brzine zavarivanja korijenskog prolaza MAG tehnikom se danas mogu realizirati i zavarivanjem metalnim prahom punjenim žicama u zaštiti ugljik-dioksida. U tom slučaju, priprema spoja mora biti kvalitetna, a preporuča se i korištenje unutarnjih pozicionera. Žice punjene metalnim prahom se sve više nameću kao zamjena punim žicama. Umjesto punih žica promjera 1mm koriste se, zbog manje gustoće, metalnim prahom punjene žice promjera 1.2mm. Produktivnost se u tom slučaju povećava i do 20%, dok se učestalost grešaka smanjuje ispod 5 do 6%, što je prihvatljivo i za pune žice. U slučaju kada se praškom punjene žice ne mogu koristiti u zaštititi plina, razvijene su praškom punjene žice kojima nije potrebna plinska zaštita. Međutim kod takvih žica , zbog raznih kompromisa na račun samozaštite, dolazi do zamjetnog pada produktivnosti. Tipičan primjer upotrebe tzv. «selfshielded» praškom punjenih žica je na cjevovodima koji se postavljaju u središnjoj Aziji, gdje postoje velike poteškoće s opskrbom zaštitnog plina. Zavarivanje praškom punjenom žicom je pouzdan proces za sve vrste terena, fleksibilan i primjenjiv u svim pozicijama, nije preosjetljiv na sadržaj vodika, te je stoga i tolerantniji s obzirom na predgrijavanje. Za razliku od REL-a, nije potrebna visoka vještina zavarivača, te ima dobru efikasnost i nema velikog gubitka dodatnog materijala. Učin taljenja je 40% veći nego kod celuloznih elektroda, a u slučaju zavarivanja bez plinske zaštite , a može se i raditi kod strujanja vjetra Međutim, kod FCAW postupka mogu se pojaviti problemi kod zavarivanja tanjih stijenki cjevovoda iz razloga što može doći do bježanja taline i mjestimičnog naljepljivanja, posebice u prisilnim položajima zavarivanja. Također, ako tehnika rada i parametri nisu optimirani, vrlo često se u zavaru javljaju uključci troske koji smanjuju kvalitetu spoja. Veliki problem može predstavljati i neujednačenost sastava praška u žici, što urokuje nestabilnosti u električnom luku i lošu geometriju zavara. 4. AUTOMATSKO ZAVARIVANJE CJEVOVODA Automatski sustavi za zavarivanje dolaze kod izražaja pri izradi dugačkih cjevovoda s debljom stijenkom. Potreba za izuzetno dobrom pripremom, posebnom opremom i izvorima struje te posebno educiranim operaterima predstavlja veliki trošak koji je isplativ samo na velikim projektima. Posebna filozofija izrade cjevovoda koja se primjenjuje kod primjene automatskih sustava zahtijeva daleko složeniju logistiku u odnosu na ručno i poluautomatsko zavarivanje. 4.1. Tandem MAG sustav za automatsko elektrolučno zavarivanje Vrhunski moderni sustavi koriste dvostruke tandem sisteme, kako bi se još više povećala produktivnost i smanjio broj radnih stanica. Takvi sustavi su već dobro ispitani i primijenjeni u praksi. Tandem MAG sustav se razlikuje od konvencionalnog zbog dvije žice koje prolaze kroz isti pištolj. Jedan pištolj s dvije kontaktne cjevčice se koristi da se obje žice deponiraju u jednu

talinu metala zavara. Iako je potencijal MAG zavarivanja s više žica razmatran još 1950.-ih, nikad nije ušao u primjenu zbog nestabilnosti u procesu uzrokovanih neadekvatnim izvorima struje. Tek odnedavno, kada su stvorene tehničke predispozicije za izradu kvalitetnih uređaja tj. izvora struje, MAG zavarivanje s više žica je ušlo u praktičnu primjenu. Moderni invertorski mikroprocesorski upravljani uređaji te bolje razumijevanje prijenosa metala kod procesa zavarivanja, omogućilo je značajnu primjenu MAG tandem postupka u praksi. CAPS-Cranfield Automated Pipelinewelding System koristi dva tandem pištolja na istoj pokretnoj glavi. Ovakav MAG sustav osigurava više brzine zavarivanja , te se dva prolaza deponiraju istovremeno što značajno reducira vrijeme izrade. Ovo višestruko smanjuje broj radnih stanica za zavarivanje potrebnih za postizanje dnevne norme, te se ostvaruju značajne uštede na opremi i radnoj snazi. Analiza troškova pokazala je da CAPS sustav ostvaruje 25 % uštedu kod izrade kružnih spojeva u usporedbi s konvencionalnim mehaniziranim MAG sustavom. Glavna prednost CAPS sustava je što je razvijen iz postojećih tehnologija. Kao što je prikazano na slici 2. , kompletan zavar ima sličnu pripremu i izgled, tako da se mogu koristiti konvencionalni postupci za nerazorna ispitivanja, poput radiografije i automatiziranog ultrazvučnog ispitivanja. Prikladnost automatiziranog ultrazvučnog sustava za ispitivanje je provjerena na terenu. Mikrostruktura zavara i metalurška svojstva su slična svojstvima zavara načinjenim konvencionalnim mehaniziranim MAG tehnikama. CAPS je primjenjiv i prikladan za zavarivanje materijala cijevi X100, te ne zahtjeva provjeru primjenom posebnih pravila i standarda. CAPS postupak je testiran u Kanadi na terenu u realnim uvjetima, na cijevima X80, promjera 40", debljine stijenke 19.1mm. Ispitivanje CAPS sustava na terenu je uspješno provedeno, te su demonstrirane mogućnosti sustava. Postojali su problemi s izvorima struje pri pokusima na niskim temperaturama, kao i s vodilicama pištolja. Uprkos tome, stabilnost električnog luka je bila dobra, te su dobiveni zavari zadovoljavajuće kvalitete.

Slika 1. CAPS sustav za automatsko zavarivanje cjevovoda[1]

Slika 2. Priprema spoja i presjek zavara načinjenog CAPS sustavom[1]

U bližoj budućnosti planira se uvođenje ovog sustava u praksu. Nastavljaju se istraživanja kako bi se poboljšao sustav. Eksperimentira se s manjom brzinom žice u drugom pištolju u odnosu na prvi, kako bi se smanjila količina taline koju je teško kontrolirati u prisilnim položajima. Također, planira se aplikacija izmjenične struje na drugom pištolju kako bi se povećala količina nataljenog materijala, te je za te potrebe proizveden prototip izvora struje. Veliki dio istraživanja se provodi i na području kontrolnih protokola CAPS sustava. 4.2. Usporedba automatskog MAG postupka s ručnim i poluautomatskim elektrolučnim postupcima Automatsko zavarivanje MAG postupkom zahtijeva velika ulaganja u radne stanice i logistiku, kao i u obuku operatera. Također, priprema spoja mora biti jako kvalitetna, te nema fleksibilnosti ako postoji npr. nejednolik razmak ili smaknuće cijevi. Da bi se osigurala dobra priprema, obavezna je primjena unutarnjih centralizera. Kvaliteta zavara je dobra i ujednačena, međutim problemi nastaju ako dođe do problema s radnim stanicama, te tada nema napredovanja u izgradnji cjevovoda. Iz tog razloga nužno je osigurati rezervne radne stanice koje se mogu upotrijebiti ako dođe do zastoja uslijed kvara.

Slika 3. Usporedba učinka pri automatskom, poluautomatskom i ručnom zavarivanju

Obostrano zavarivanje (samo za veće promjere)

1,361,8

3,6

0

0,51

1,5

22,5

3

3,54

Učin taljenja,

kg/h

Ručno Poluautomatsko Automatsko

Automatsko zavarivanje, ima u usporedbi s ručnim i poluautomatskim zavarivanjem najveći učin taljenja, najmanji gubitak osnovnog materijala i najveći operativni faktor, tj. najveća je iskoristivost uređaja i opreme, slike 3 i 4. Operativni faktor se definira kao omjer vremena trajanja električnog luka i ukupnog vremena zavarivanja, izražen u postocima. Često prekidanje luka kao i izvođenje nastavaka kod REL zavarivanja uzrokuju veći broj grešaka, gubitak dodatnog materijala i do 30% te najniži operativni faktor. Međutim, ulaganja u automatski postupak zavarivanja su daleko najveća, fleksibilnost je minimalna, a traži se i vrhunska priprema spoja. Prednosti automatskog zavarivanja dolaze do izražaja na velikim projektima, s većim promjerom cijevi i debljinom stijenke.

65

8590

35 35

80

0102030405060708090

100

Ručno Poluautomatsko Automatsko

Iskoristivost dodatnogmaterijala, %

Operativni faktor, %

Slika 4. Usporedba ručnog, poluautomatskog i automatskog zavarivanja

5. RAZVOJ OSTALIH AUTOMATSKIH POSTUPAKA Primjetan razvoj bilježi se i kod zavarivanja laserom gdje se posebno razvija Nd: YAG tehnologija zbog lagane automatizacije i fleksibilnosti. Također, brzo se razvijaju i diodni laseri, prvenstveno zbog niskih operativnih troškova i boljeg iskorištenja energije od Nd:YAG lasera. Dosta se je radilo i na primjeni hibridne MAG-Nd:YAG tehnologije. Elektrootporno sučeljeno i indukcijsko zavarivanje cjevovoda u raznim inačicama je također dosta istraživano, ali zbog velikih zahtjeva za električnom strujom i logistikom tehnički je vrlo složeno i nepraktično. Za cijevi manjih promjera i tanke stijenke, razvijeno je i sučeljeno zavarivanje magnetski pokretanim električnim lukom. Za veće debljine stijenke ova tehnika nije primjenjiva iz razloga što stalno rotirajući luk ne zagrijava dovoljno cijeli presjek materijala.

Slika 5. Glava za automatsko zavarivanje magnetski pokretanim lukom[1]

6. ZAKLJUČAK Konvencionalne metode zavarivanja još uvijek predstavljaju značajnu tehnologiju spajanja cjevovoda. Međutim, poluautomatski i automatski postupci dolaze sve više do izražaja, posebno u slučajevima velike duljine cjevovoda, velike debljine stijenke ili ako se radi o specijalnim zahtjevima na unos topline, geometriju zavara i sl. Automatski postupci zavarivanja podižu produktivnost i efikasnost izgradnje cjevovoda, ali i zahtjevaju izuzetnu tehničku logistiku i kvalitetnu pripremu. Velika financijska ulaganja su nužna za nabavu i instalaciju opreme za automatsko zavarivanje. S druge strane, ručno i poluautomatsko zavarivanje se lako mogu prilagoditi raznim tehnološkim zahtjevima i ne zahtjevaju velika financijska ulaganja. Međutim, utjecaj ljudskog čimbenika i potrebe za specifičnom radnom snagom ponekad mogu predstavljati značajne probleme u realizaciji projekta, tako da sve intenzivnija automatizacija zavarivanja cjevovoda predstavlja realnu alternativu. 7. LITERATURA [1] Blackman, S. A., Yapp, D. " Recent developments in high productivity pipeline welding", IIW document XII-1786-2004. [2] Hammond, J., Blackman, S. and Hudson,M., "Challenges of girth welding X100 linepipe for gas pipelines", Pipe Dreamer's Conference, Application and Evaluation of High-Grade Linepipes in Hostile Environments, Pacifico Yokohama, Japan, 7-8 November, 2002. [3] Blackman, S., "Developments forecast to reduce pipeline construction costs", Welding and Metal Fabrication, vol.69, no.8. Sept.2001. pp.7-10. [4] Blackman, S. A. and Dorling, D. V., "Advanced welding processes for transmission pipelines", Pipeline Technology. Proceedings, 3rd International Conference, Brugge, Belgium, 21-24 May 2000. [5] Dorling, D. V. and Rothwell, A. B. , "Field welding processes for pipeline construction", Pipeline Technology Conference., Oostende, Belgium, 15-18 Oct.1990. [6] Kitano,K., Shiraishi, H., Kasatani, T., "Development of Highly Efficient and Unmanned Welding System for Pipeline System", Automation Technology of Arc Welding, IIW Doc.XII-1471-96. [7] Stručna studija "Ispitivanje zavarljivosti čeličnih cijevi", Fakultet strojarstva i brodogradnje, 2004/2005.

AUTOMATIZIRANO TIP TIG ZAVARIVANJE 1. Osnovni koncept TIP-TIG zavarivanja TIG postupak ima mnogobrojne prednosti u odnosu na ostale postupke zavarivanja, no primjena konvencionalnog TIG postupka zavarivanja upitna je sa stanovišta produktivnosti i mogućnosti automatizacije. Primijenjena tehnološka rješanja kod TIP TIG postupka omogućavaju povećanje produktivnosti i integraciju u automatizirane sustave. TIP TIG zavarivanje je modernizirana varijanta TIG postupka zavarivanja uz primjenu automatskog dodavanja žice tj. dodatnog materijala koje se sastoji od dvije komponente. Žica za zavarivanje se primarno giba kontinuirano prema naprijed u smjeru zavara (kao kod MIG/MAG postupka) te se na to gibanje integrira sekundarno linearno gibanje „naprijed-nazad“ koje proizvodi dodavač žice preko mehaničkog sustava. Kinetička energija tog dinamičkog gibanja umanjuje utjecaj površinske napetosti taline što omogućava bolje spajanje i miješanje osnovnog i dodatnog materijala dok nečistoćama i plinovima omogućava izlaz iz rsataljenog metala. Depozit dodatnog materijala može se povećati i do 50% kad se radi o varijanti s vrućom tj. predgrijanom žicom. Dinamički efekti gibanja žice osiguravaju stabilan i upravljiv zavarivački proces. Brzina žice i oscilatorno gibanje naprijed-nazad su kontinuirano podesivi i njima je moguće nezavisno upravljati. Primjenom TIP TIG postupka zavarivanja mogu se vrlo efikasno zavarivati konstrukcijski čelici, nehrđajući čelici (feritni, austenitni i austenitno-feritni),aluminij i njegove legure, titan itd. Primjenom TIP TIG postupka zavarivanja dobiva se slijedeće:

- u odnosu na klasični TIG znatno veći depozit, - visoka kvaliteta zavara, - dobar estetski izgled i geometrija zavara bez potrebe za naknadnom obradom, - smanjeni unos topline u radni komad što rezultira smanjenjem deformacija radnog

komada te manji negativni utjecaj na mikrostrukturu. TIP TIG postupak se zbog svojeg koncepta vrlo lako automatizira, a efikasnost mu raste uporabom varijante s vrućom žicom. Zbog relativno nižeg unosa topline minimalizirano je i stvaranje metalnih para i plinova. Najčešće primjenjivana tehnika rada kod TIP TIG zavarivanja prikazana je na slici 1. Pištolj za zavarivanje je nagnut unazad za 10 do 20°, a dodatni materijal se dodaje u prednji rub taline .

Radni komad

Talina

Metal zavara

Dinamičkogibanjedodatnog materijala

Pištolj za zavarivanje

Smjer zavarivanja

10 do 20°

Slika 1. Koncept i tehnika rada kod TIP TIG zavarivanja

2. Uređaj za TIP TIG zavarivanje TIP TIG uređaj za zavarivanje sastoji se od mikroprocesorom upravljanog uređaja za dodavanje dodatnog materijala, izvora struje za predgrijavanje dodatnog materijala (predgrijač žice), pištolja za zavarivanje s cijevnim paketom i izvora struje za zavarivanje, slika 2.

Izvorstruje za

zavarivanje

Uređaj zadodavanje

žice

Uređaj zapredgrijavanje

žice

Pištolj zazavarivanje

Radni komad

Kabel zadavanjesignala

a) b)

Slika 2. Shematski prikaz spajanja komponenti a) i oprema za TIP TIG zavarivanje b)

2.1 Uređaj za dodavanje dodatnog materijala Na slici 3. prikazan je uređaj za dodavanje dodatnog materijala kojeg je 1999. godine osmislio i patentirao inženjer Plasch. Unutar samog uređaja za dodavanje dodatnog materijala nalazi se elektronička tiskana ploča s mikroprocesorom koja upravlja dodavanjem dodatnog materijala. Sustav za dobavu dodatnog materijala sastoji se od četiri kotačića sa zaobljenim utorima (oblik utora ovisi o vrsti dodatnog materijala), a razlika u odnosu na dodavač žice kod MIG/MAG zavarivanja jest u tome što ovaj sustav proizvodi dva različita gibanja čiji zbroj daje konačno dinamičko gibanje žice. Unutrašnjost dodavača žice, tj. sustav s četiri kotačića prikazan je na slici 3., a elementarni prikaz gibanja prikazan je slikom 4.

Slika 3. Unutrašnjost dodavača žice, sustav s četiri kotačića

Primarno gibanje: gibanje žice prema naprijed

Sekundarno gibanje: gibanje dodavača žice naprijed - nazad

Pogonski kotačić

Kotačići zapogon žice

Slika 4. Shematski prikaz gibanja koje ostvaruje dodavač žice

Primarno gibanje čini žica svojim kontinuiranim linearnim gibanjem prema naprijed.

Sekundarno gibanje čini dodavač žice svojim oscilatornim gibanjem naprijed-nazad. Parametri gibanja tj. brzina dovoda žice kod primarnog i frekvencija osciliranja kod sekundarnog pomaka mogu se podešavati neovisno jedno o drugome. Ovakvo dinamičko gibanje dodatnog materijala omogućava smanjivanje površinske napetosti taline metala

zavara, uslijed čega je moguće izvođenje zavarivanja uz primjenu nižih parametara nego što je to uobičajeno primjenom postupka zavarivanja koji nema dinamičko dodavanje dodatnog materijala. Također se dinamičkim dodavanjem dodatnog materijala postiže veći depozit dodatnog materijala.

Uređaj za dodavanje dodatnog materijala za TIP TIG zavarivanje ima mogućnost podešavanja parametara preko upravljačke ploče kako slijedi :

- brzina dodavanja dodatnog materijala, - frekvencija osciliranja dodatnog materijala, - početna brzina dodatnog materijala, - povrat dodatnog materijala.

Svaki od navedenih parametara utječa na oblik i geometriju zavara te na stabilnost procesa. 2.2 Izvor struje za predgrijavanje dodatnog materijala Kako je već ranije opisano postoje dvije varijante TIP TIG zavarivanja, zavarivanje s hladnom žicom i zavarivanje s vrućom žicom. Kod zavarivanja s vrućom žicom potrebno je žicu predgrijati na određenu temperaturu, koja ovisi o položaju zavarivanja, pripremi i vrsti osnovnog materijala. Predgrijavanje dodatnog materijala provodi se pomoću posebnog izvora struje, odnosno uređaja za predgrijavanje dodatnog materijala za zavarivanje. Dodatni materijal zagrijava se primjenom Jouleovog efekta, odnosno Jouleove topline čija se vrijednost izračuna prema sljedećoj formuli:

QDM = IDM2 RDM tz [J] (1)

gdje je: QDM – toplina dodatnog materijala [J], IDM – jakost struje predgrijavanja dodatnog materijala [A], RDM – otpor dodatnog materijala [Ω], tz – vrijeme zavarivanja [s]. Predgrijavanje dodatnog materijala provodi se prilikom zatvaranja strujnog kruga između negativnog pola izvora struje predgrijača i radnog komada, pri čemu je pozitivni pol predgrijača spojen preko stezaljke na radni komad. Uređaj za predgrijavanje dodatnog materijala koristi napon praznog hoda od 11,5 V. Polaritet izvora struje za zavarivanje i predgrijavanje je isti te je na taj način smanjena mogućnost pojave proboja električnog luka s volfram elektrode na dodatni materijal. Jakost struje predgrijavanja moguće je podešavati u rasponu do 160 A. 3. Varijante TIP TIG postupka zavarivanja-usporedba Postoje dvije varijante TIP TIG postupka zavarivanja:

- TIP TIG zavarivanje s hladnom žicom i, - TIP TIG zavarivanje s vrućom žicom.

Zavarivanje s hladnom žicom je jednostavnija varijanta TIP TIG postupka. Zavarivački sustav se sastoji od mikroprocesorom upravljanog dodavača žice s dinamičkim efektom, cijevnog paketa pištolja za zavarivanje i izvora struje za zavarivanje. Energija unosa tj. količina unešene topline u zavareni spoj je niža nego u usporedbi s varijantom koja koristi predgrijavanje žice, pa je stoga i efikasnost i brzina postupka manja.

Bitno je napomenuti da se primjenom ove varijante TIP TIG postupka mogu ostvariti brzine zavarivanja kao i primjenom impulsnog MIG zavarivanja. Primjenom TIP TIG postupka zavarivanja s hladnom žicom dobija se zavar izvrsne kvalitete i izgleda koji posjeduje izvrsna mehanička i metalurška svojstva, a također smanjeni su troškovi jer nema prskanja kapljica nataljenog metala pa niti nema potrebe za naknadnom obradom zavarenog spoja. Osnovna razlika između TIP TIG postupka zavarivanja s vrućom žicom i TIP TIG postupka zavarivanja s hladom žicom jest u predgrijavanju žice tj. dodatnog materijala. Žica se predgrijava efektom nastanka Joulesove topline, odnosno prolaskom električne struje, koju proizvodi dopunski izvor struje, kroz dodatni materijal (žicu). Predgrijavanjem se dodatnom materijalu povisuje temperatura pa je za njegovo taljenje potrebna manja energija električnog luka. Temeljna prednost ovog postupka u odnosu na druge postupke zavarivanja s taljivom elektrodom jest mogućnost odvojenog upravljanja unosom energije i unosom dodatnog materijala u talinu zavara. Ova prednost se u praksi najviše očituje u potpunoj kontroli početne i završne faze zavarivanja. TIP TIG postupak zavarivanja s vrućom žicom primjenjuje se za zavarivanje svih faza spoja (korijenski prolaz, popuna, završni prolaz). Značajke TIP TIG postupka zavarivanja s vrućom žicom su slijedeće:

- velika količina nataljenog materijala do 4,5 kg/h, - relativno niži unos topline uslijed čega dobivamo usku zonu ZUT-a, - minimalne deformacije radnog komada i minimalno odgaranje legirnih elemenata

uslijed niskog unosa topline, - mogućnost primjene tehnologije uskog žlijeba i za veće debljine stijenki,

Kod TIG zavarivanja veći dio topline električnog luka koristi se za taljenje osnovnog materijala. Ukoliko se u talinu zavarenog spoja dovodi prethodno zagrijan dodatni materijal tada je za njegovo taljenje potrebna manja količina energije električnog luka nego kada se u talinu spoja dovodi dodatni materijal koji nije prethodno zagrijan. To znači da je za zavarivanje s dodavanjem prethodno zagrijanog dodatnog materijala moguće koristiti niže parametre zavarivanja, ili je uz primjenu istih parametara zavarivanja moguće postizanje veće količine nataljenog dodatnog materijala. Usporedba količine nataljenog dodatnog materijala korištenjem TIG zavarivanja s hladnim i vrućim dodatnim materijalom prikazana je slikom 5.

4

2

Kol

ičin

a ra

stal

jeno

g do

datn

og m

ater

ijala

[kg/

h]6

150 200 250 300 350

Jakost struje zavarivanja [A]

0

Vruća žica

Hladna žica

400 450

8

Slika 5. Usporedba količine nataljenog dodatnog materijala pri

TIG zavarivanju s hladnom i vrućom žicom –promjer žice 1,6 mm, PA položaj [10] Upotrebom TIG zavarivanja s vrućom žicom postiže se količina nataljenog materijala od 6 kg/h pri jakosti struje zavarivanja od 400 A, dok se upotrebom hladne žice postiže depozit do 3,5 kg/h. Količina nataljenog materijala kod zavarivanja s hladnom žicom, pri određenoj jakosti struje zavarivanja i određenoj brzini dobave žice, je konstantna, dok se kod zavarivanja s vrućom žicom količina nataljenog materijala može mijenjati promjenom jakosti struje predgrijavanja žice. 4. Analiza unosa topline

Unos topline Q kod TIG zavarivanja vrućom žicom može se analizirati kao zajednički unos topline električnog luka i topline dobivene predgrijavanjem na vrućoj žici: Q = QEL + QDM (2) gdje je: Q – ukupna toplina [kJ/mm], QEL – toplina električnog luka [kJ/mm], QDM – toplina dodatnog materijala, tj. toplina predgrijane žice [kJ/mm]. Za izračunavanje energije električnog luka QEL koristi se sljedeća formula:

η××××

= 601000z

zEL v

UIQ [kJ/mm] (3)

gdje je: QEL – toplina električnog luka [kJ/mm], Iz – jakost struje zavarivanja [A], U – napon električnog luka [V], vz – brzina zavarivanja [mm/min],

η – stupanj iskoristivosti električnog luka prema HRN EN – 1011-1.1998. Za izračunavanje energije unešene u radni komad preko dodatnog materijala, odnosno za izračunavanje topline koju stvara predgrijavanje dodatnog materijala koristi se izraz (1).

Prema (4) računa se vrijednost otpora RDM koja ovisi o vrsti, duljini slobodnog kraja i promjeru dodatnog materijala, a računa se prema izrazu:

[ ]Ω×=

DM

DMDMDM S

lR

ρ (4)

gdje je: RDM –otpor dodatnog materijala [Ω], ρDM – specifični električni otpor dodatnog materijala [Ω mm2/m], lDM – duljina slobodnog kraja žice [m], SDM – površina poprečnog presjeka žice [mm2]. Na slici 6. prikazan je omjer toplina koje su unešene u radni komad preko dodatnog materijala i preko električnog luka za parametre zavarivanja u eksperimentalnom dijelu. Iz slike je uočljivo da udio topline nastala predgrijavanjem dodatnog materijala iznosi i do 15 % od ukupne topline koja je unešena u radni komad što dovodi do zaključka da predgrijavanje dodatnog materijala ima značajan utjecaj na ukupan unos topline . Svakako treba naglasiti da udio ovisi o jačini struje i parametrima dodavanja žice.

102030405060708090

100

Q, [%]

Topl

ina

uneš

ena

u ra

dni k

omad

Toplina unešenapredgrijanimdodatnimmaterijalom

Toplina unešenaelektričnimlukom

Ukupnaunešena toplina

Q

Slika 6. Omjer unešene topline pri TIP TIG zavarivanju

5. Eksperimentalni rad U eksperimentalnom radu provedeno je zavarivanje TIP TIG i TIG postupkom cijevi od duplex čelika X2 CrNiMoN 22-5-3 debljine stijenke 14mm i vanjskog promjera 115 mm. Upotrijebljen je dodatni materijal promjera 0,8mm. Zbog činjenice da je TIP TIG postupak zavarivanja poluautomatizirani postupak zavarivanja moguća je priprema spoja uskim žljebom kako je prikazano slikom 7. dok je za ručni TIG primjenjena klasična V priprema spoja. Glavna prednost pripreme spoja uskim žljebom je smanjenje broja potrebnih prolaza, čime se skraćuje vrijeme izradbe proizvoda, smanjuju troškovi izradbe uslijed manje potrošnje dodatnog materijala. No, priprema spoja uskim žljebom ima i nedostataka a to je nemogućnost njihanja pištolja za zavarivanje u žljebu, pa je stoga potrebno pažljivo odabrati parametre za zavarivanje da ne bi došlo do naljepljivanja.

1,52

R3

Slika 7. Priprema spoja cijevi za TIP TIG zavarivanje

Prije samog početka zavarivanja cijevi su očišćene i odmašćene te pripojene na 4 mjesta. Zavarivanje cijevi provedeno je na okretaljci u PA položaju. Zbog načina pripreme rubova cijevi udaljenost između vrha volfram elektrode i sapnice iznosila je 7 mm, dok je udaljenost između volfram elektrode i radnog komada iznosila 4 mm, slika 8. Za zaštitu zone električnog luka i korijenske strane zavara korišten je plin argon.

Slika 8. TIP TIG zavarivanje-radno mjesto za zavarivanje cijevi i detalj pripreme žlijeba.

Parametri zavarivanja korijenskog prolaza dani su u tablici 1. dok su parametri popune dani u tablici 2.

Tablica 1. Parametri zavarivanja korijenskog prolaza na cijevi.

Jakost struje zavarivanja,

[A]

Napon električnog

luka, [V]

Jakost struje predgrijavanja,

[A]

Frekvencija osciliranja,

[Hz]

Brzina dobave

žice, [m/min]

Količina unesene topline, [kJ/mm]

110 12 80 16 1,48 0,5487 * Protok zaštitnog plina q = 11 l/min, ** Protok korijenskog zaštitnog plina qk = 3 l/min, *** Brzina zavarivanja vz = 70 mm/min. Tablica 2. Parametri zavarivanja 2. prolaza zavara na cijevi.

Jakost struje zavarivanja,

[A]

Napon električnog

luka, [V]

Jakost struje predgrijavanja,

[A]

Frekvencija osciliranja,

[Hz]

Brzina dobave

žice, [m/min]

Količina unesene topline, [kJ/mm]

180 14 80 16 1,82 1,2075 * Protok zaštitnog plina q = 11 l/min, ** Protok korijenskog zaštitnog plina qk = 3 l/min, *** Brzina zavarivanja vz = 80 mm/min. Za zavarivanje 2. prolaza zavara na cijevi povećana je jakost struje zavarivanja i brzina dodavanja dodatnog materijala. Svrha povećanja parametara zavarivanja u odnosu na parametre zavarivanja koji su korišteni za zavarivanje korijena jest u tome da se dobije što je moguće veća količina nataljenog dodatnog materijala u jednom prolazu, a samim time i da se smanji ukupno potrebni broj prolaza zavara. 6. Analiza rezultata-usporedba TIP TIG i konvencionalnog TIG-a Na slici 9. prikazani su redoslijed zavara i makroizbrusci za TIG i TIP TIG postupak dobiveni iz zavarenih cijevi promjera 115mm i debljine stijenke 14mm. Oba zavara su homogena , uz prihvatljivo nadvišenje lica i korijena.

1. 2.

3.

4.5.

1. 2.

3.5.4.

6. 7.

TIP TIG

Slika 9. Usporedba poprečnih presjeka zavara.

Za TIG postupak upotrijebljeno je 7 dok je za TIP TIG bilo dostatno 5 prolaza. Na dijagramu na slici 10. dana je usporedba unosa topline po pojedinom prolazu. Vidljivo je da se za TIP TIG ukupno toplinsko opterećenje radnog komada značajno smanjuje. Uz to, samo u 2. prolazu (popuna) unos topline je viši kod TIP TIG-a za približno 6% .

Qmin = 0,50,60,70,80,91,01,11,21,31,4

Qmax = 1,5

1. 2. 3. 4.

Une

sena

topl

ina

Q, [

kJ/m

m]

5.Redni broj

prolaza6. 7.

TIG zavarivanje sa vođenim dodavanjem vrućeg materijala,

Klasični ručni TIG postupak zavarivanja.

Slika 10. Usporedba količine unesene topline tijekom zavarivanja.

Iz rezultata dobivenih eksperimentom vidljivo je da je korištenjem TIP TIG postupka zavarivanja moguće ostvariti niže količine unosa topline u radni komad, što je od značajne važnosti za zavarivanje materijala koji su osjetljivi na veliki unos topline. Bitno je napomenuti da se ovdje ne radi o značajnom snižavanju parametara zavarivanja već se radi o povećanju brzine zavarivanja uslijed čega je smanjen unos topline u radni komad. Povećanje brzine zavarivanja omogućeno je automatskim dodavanjem vrućeg dodatnog materijala što nije moguće kod klasičnog ručnog TIG zavarivanja. Na slici 11. dana je uspredba vremena zavarivanja potrebnih za pojedini prolaz.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Prolaz zavara

170

190

210

230

250

270

290

310

330

Vrij

eme

zava

rivan

ja, [

s]

TIG zavarivanje sa vođenim dodavanjem vrućeg dodatnog materijala

Klasični ručni TIG postupak zavarivanja

Slika 11. Usporedba vremena potrebnih za zavarivanje

pojedinih prolaza zavara.

Iz dobivenih rezultata vidljivo je da je primjenom TIP TIG zavarivanja potrebno 5 prolaza za zavarivanje materijala debljine stjenke 14 mm, dok je kod klasičnog TIG zavarivanja s ručnim dodavanjem dodatnog materijala potrebno 7 prolaza. Također, za zavarivanje pojedinog prolaza upotrebom TIP TIG potrebno je manje vremena nego što je to potrebno za zavarivanje s klasičnim ručnim TIG postupkom zavarivanja. Smanjenjem broja prolaza smanjuje se i potrebno vrijeme izrade proizvoda, što u konačnici dovodi do smanjenja troškova. 7. Zaključak TIP TIG zavarivanjem s vrućom žicom postiže se velika količina nataljenog dodatnog materijala čime se smanjuje potreban broj prolaza. Veliku količinu nataljenog dodatnog materijala moguće je ostvariti zahvaljujući zagrijavanju dodatnog materijala zasebnim uređajem. TIP TIG zavarivanje je postupak koji ima velik broj parametara za podešavanje (jakost struje zavarivanja, brzina dodavanja dodatnog materijala, frekvencija osciliranja dodatnog materijala, jakost struje predgrijavanja dodatnog materijala) za koje je nužno poznavati pojedinačni utjecaj na geometriju spoja i dinamiku zavarivanja. Posebno je važno naglasiti relativno smanjenje unosa topline uz zadržavanje produktivnosti što dolazi do izražaja kod zavarivanja teže zavarljivih materijala. Provedena analiza TIP TIG postupka pokazala je da je provedba automatskog zavarivanja ekonomski i tehnološki opravdana ali uz potpunu kontrolu procesa i poznavanje utjecajnih parametara.

8. Literatura [1] Panjković, V., Zavarivanje visokolegiranih nehrđajućih čelika TIG

postupkom s vrućom žicom, Diplomski rad, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Sveučilište u Zagrebu, 2009.

[2] Kralj S.; Andrić Š.: Osnove zavarivačkih i srodnih postupaka, Fakultet Strojarstva i Brodogradnje, Sveučilište u Zagrebu, 1992.

[2] Garašić I.: Predavanja iz kolegija „Postupci zavarivanja“, Fakultet Strojarstva i Brodogradnje, Sveučilište u Zagrebu, 2006.

[4] Grubić K.; Juraga I.; Šimunović V.: Zavarivanje i korozijska postojanost visokolegiranih nehrđajućih čelika, Zbornik radova, Spajanje korozijski postojanih materijala, Opatija, 2003., str. 25- 33.

[5] Wegst C.; Wegst M.: Stahlschlüssel, Herausgabe und Vetrieb, Verlag Stahlschlüssel Wegst GmbH, 2004.

[6] Ammann T.: Zavarivanje dupleks čelika u zaštiti plinova, Zbornik radova (proceedings), 4th European conference on welding, joining and cutting, Dubrovnik, 2001., str. 443 do 452.

[7] Novosel M.; Juraga I.: Austenitno-feritni čelici otporni na djelovanje korozije (čelici DUPLEX), dio prvi i dio drugi, Časopis „Zavarivanje“, 1992. g., str. 31 do 35 i 85 do 96.

[8] . . . Zaštitni plinovi za zavarivanje, Odabrane tablice, Messer. [9] Hori K.; Watanabe H.; Myoga T; Kusno K.: Development of hot wire

TIG welding methods using pulsed current to heat filler wire – research on pulse heated hot wire TIG welding processes, Welding International, No. 18 (6), 2004. g., str. 456 do 468.

[10] ....www3.fronius.com/worlldwide/us/products/paper_tig_hotwire_ surfacing_bochum_germany_gb.pdf.

[11] ....www.dvs-ev.de/bvrostock/downloads/schemadarstellung.pdf. [12] ....www.plasch.at/index.php?option=com_docman&task=cat_view

&gid=17&Itemid=45&lang=en [13] ....www.servus.hr, Karakteristike uređaja za zavarivanje. [14] . . . Böhler katalog dodatnih materijala za zavarivanje.

Documents

PRIRUČNIK IZ KOLEGIJA STROJEVI I OPREMA ZA ZAVARIVANJE · PDF filesveuČiliŠte u zagrebu. fakultet strojarstva i brodogradnje. priruČnik iz kolegija. strojevi i oprema za zavarivanje