izvor: Sedmak, A., Šija

ki-Žerav

, V., Milosavljevi

, A.,

evi

, V., Vuki

evi

, M.:

Mašinski materijali II deo, izdanje Mašinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu, 2000
(uskoro ponovo u štampi)

5. ELEKTROLU

NO ZAVARIVANJE

Pod pojmom

elektrolu

nog zavarivanja

podrazumevaju se postupci zavarivanja koji kao

izvor toplote koriste

elektri

ni luk

uspostavljen izme

u elektrode i osnovnog materijala, a

dodatni materijal je sama elektroda (postupci sa topljivom elektrodom) ili

žica za zavarivanje

(postupci sa netopljivom elektrodom). Konvencionalni postupci elektrolu

nog zavarivanja su

E (

obložena elektroda

), MAG/MIG (topljiva

elektrodna žica

u zaštiti inertnog ili aktivnog

gasa), TIG (netopljiva elektroda i dodatni materijal oblika žice, u zaštiti inertnog gasa), EPP
(topljiva elektrodna žica pod praškom) i zavarivanje

punjenom elektrodnom žicom

u zaštiti

gasa ili bez nje (samozaštitna žica). Svaki od ovih postupaka koristi toplotu elektri

nog luka

za topljenje dodatnog i osnovnog materijala i odgovaraju

e izvore elektri

ne struje (ure

aje za

zavarivanje). Topljenje dodatnog materijala i njegov prenos u metalnu kupku je pra

en poja-

vom sila, kao što su elektromagnetna i gravitaciona, sile od strujanja i eksplozije gasova, sila
od pritiska plazme i sila od površinskog napona, koje bitno uti

u na proces zavarivanja.

5.1. ELEKTRI

NI LUK

Elektri

ni luk je stabilno elektri

no pražnjenje (usmereno kretanje elektrona) kroz

jonizovani vazduh ili gas

. Da bi vazduh bio jonizovan u njemu moraju da postoje elektroni i

joni, koji svojim usmerenim kretanjem obezbe

uju protok elektri

ne struje. Elektroni i joni u

vazduhu nastaju kao posledica procesa koji se odvija pri uspostavljanju elektri

nog luka. Ovaj

proces može da se objasni u osnovnim crtama na primeru uspostavljanja luka kratkim spojem,
što se koristi kod E postupka (dodir elektrode i osnovnog metala, sl. 5.1). Zbog mikroskopskih
neravnina na dodirnim površinama, sl. 5.1, kontakt i protok struje se uspostavlja na veoma
maloj površini, gustina struje je veoma velika, pa se dodatni i osnovni materijal tope gotovo
trenutno, a delimi

no i isparavaju. Dejstvom jakog elektri

nog polja, stvorenog

naponom

praznog hoda

(uklju

en izvor struje, ali strujno kolo još nije uspostavljeno), atomi metalnih

para gube elektrone koje privla

i pozitivna elektroda (anoda), dok preostali deo atoma

(pozitivni jon) privla

i katoda, sl. 5.2. Istovremeno mehanizmom termi

ke jonizacije katoda

inje da emituje elektrone, koji se kre

u velikom brzinom (10

cm/s) prema anodi. Pri

kretanju elektroni se sudaraju sa okolnim atomima i molekulima, stvaraju

i tako nove elektro-

ne i jone,

ije usmereno kretanje održava elektri

ni luk. U me

uvremenu elektroda se odmi

na pogodno rastojanje, proces uspostavljanja luka je završen i postignuto je stabilno stanje u
strujnom kolu koje

ine izvor struje, elektroda, luk i osnovni metal. Pri tom temperatura u

elektri

nom luku dostiže (kod E postupka) 6000°C, odnosno oko 4200°C (na anodi) i 3600°C

(na katodi), što obezbe

uje efikasno topljenje osnovnog i dodatnog metala.

Slika 5.1. Šema uspostavljanja luka

Slika 5.2. Elektri

ni luk - šematski prikaz

Da bi se ostvarila jonizacija vazduha potrebno je utrošiti odre

enu energiju, koja je za

razli

ite materijale odre

ena tzv.

potencijalom jonizacije

, tab. 5.1. Potencijal jonizacije je

najniži za zemnoalkalne metale, a najviši kod gasova kao što je azot (tab. 5.1). Zbog niskog
potencijala jonizacije zemnoalkalni metali se dodaju oblozi elektrode da bi stabilizovali
elektri

ni luk kod E postupka.

Tabela 5.1. Potencijal jonizacije za neke materijale

element K

W N

potencijal jonizacije (V) 4,3 5,1 6,0 6,1 7,8 11,2 13,5 13,6 14,0 14,5

S obzirom na karakteristi

an pad napona u elektri

nom luku mogu da se uo

e tri razli

ite

oblasti: katodna (2), anodna (4) i stub luka (3), sl. 5.3. Stub luka nije u direktnom kontaktu ni
sa anodom ni sa katodom, ve

je od njih odvojen užarenim oblastima koje se zovu anodna i

katodna mrlja, sl. 5.3, pozicije (1) i (5). U atmosferi stuba luka se nalaze elektroni, kao i
pozitivni i negativni joni, koji su ukupno elektri

no neutralni. U oblasti katodne mrlje

osloba

aju se elektroni, potrebni za održavanje struje u stubu luka. Dužina katodne mrlje je

približno 10

-5

cm, anodne mrlje 10

-3

cm, a vrednosti katodnog (

) i anodnog (

) pada

napona su date u tab. 5.2. Na osnovu vrednosti katodnog i anodnog pada napona za razli

ite

metale, date za razli

ite ja

ine struje i gasne sredine, može da se zaklju

i da gasna sredina ima

znatno ve

i uticaj od ja

ine struje, tj. da zaštitni gasovi kao što su Ar i CO

zna

ajno smanjuju

katodni i anodni pad napona.

Tabela 5.2. Vrednosti katodnog i anodnog pada napona

katoda anoda ja

ina struje (A) gasna sredina

(V) U

(V)

Fe Fe

12-17

6-9

Cu, Al

100-200 vazduh

12-14 10-11

Fe Fe

13-13,5

7-8

Cu, Al

200-250 vazduh

13,5-15 8,5-11

Fe Fe 150-250 Ar 8,3-8,7

2,3-3,2

Fe Fe 100-250 CO

7,5-9 1,2-3,3

Ukupni pad napona u luku,

, definisan je izrazom

= U

(5.1)

gde je

pad napona u stubu luka. Ukupni pad napona i dužina luka su povezani izrazom

=a+b

⋅

(5.2)

gde je

koeficijent anodnog i katodnog pada napona, koji ne zavisi od dužine luka

, a

srednji pad napona po jedinici dužine luka.

5.2. PRENOS DODATNOG MATERIJALA KROZ ELEKTRI

NI LUK

Mehanizam prenosa dodatnog metala kroz elektri

ni luk je vrlo komplikovan i još uvek

nerazjašnjen u potpunosti, ali se zna da uklju

uje slede

e bitne pojave: gravitaciju, površinski

napon, magnetno polje oko luka, pritisak od strujanja gasova, pritisak plazme i eksploziju
gasova.

Gravitacija uvek deluje nadole, što zna

i da, osim u horizontalnom položaju, ometa

proces prenosa dodatnog metala.

Površinski napon u po

etnoj fazi teži da stvori kapljicu sfernog oblika i spre

ava njeno

odvajanje od elektrode, a kada se kapljica odvoji i do

e u metalnu kupku spre

ava njeno

razlivanje, što pomaže zavarivanje u prinudnim položajima. Sila površinskog napona zavisi od
viskoziteta rastopljenog metala.

Magnetno polje oko elektri

nog luka (provodnika), proizvodi elektrodinami

ku silu. U

slu

aju provodnika konstantnog preseka ova sila deluje samo u radijalnom pravcu, a u slu

aju

provodnika promenljivog preseka, kakav je rastopljeni vrh elektrode, osim radijalne postoji i
aksijalna komponenta. Smer dejstva radijalne komponente elektrodinami

ke sile je prema osi

provodnika, što izaziva suženje preseka kapljice (tzv. "

pin

efekt

", sl. 5.5), dok aksijalna

komponenta deluje u smeru prenosa dodatnog metala, a intenzitet sile je proporcionalan
kvadratu ja

ine struje, sl. 5.5. Stoga se pove

anjem ja

ine struje poja

ava pin

efekt i olakšava

prenos dodatnog metala, ali se tako

e pove

ava i rasprskavanje dodatnog metala.

Od pritiska plazme nastaje sila koja uti

e na oblik metalne kupke i metala šava kod

zavarivanja jednosmernom strujom. Naime, kada je elektroda na negativnom polu ova sila
deluje u pravcu prenosa dodatnog metala, stvaraju

i udubljenje u metalnoj kupki, i obrnuto,

kada je elektroda na pozitivnom polu, sila od pritiska plazme deluje suprotno kretanju
dodatnog metala, stvaraju

i ispup

enje, sl. 5.6.

I(A)

Slika 5.5. Pin

efekt

Slika 5.6. Delovanje pritiska plazme

Pritisak od strujanja gasova (koji postoje ne samo kod MAG/MIG i TIG postupka, ve

kod E postupka - usled isparavanja obloge) tako

e deluje u smeru prenosa dodatnog metala, a

uti

e i na obrazovanje ivica šava. Sila pritiska je proporcionalna koli

ini gasova, odnosno

debljini elektrode.

Eksplozije gasova zarobljenih u kapljici dodatnog metala po pravilu pomažu prenos

dodatnog metala jer izlaze iz kapljice na njenoj zagrejanijoj strani (prema elektrodi), što stvara
silu reakcije u pravcu kretanja kapljice. S druge strane, eksplozije gasova mogu da izazovu i
rasprskavanje dodatnog metala van metalne kupke.

Osim navedenih sila, na rastopljenu kapljicu deluju još neke manje bitne sile, kao što su

aerodinami

ka sila usled kretanja kapljice i sila pri neutralizaciji jona na katodi.

Prenos dodatnog metala se ostvaruje na razne na

ine, od kojih su naj

eš

i prenos

krupnim kapima u kratkom spoju

(sl. 5.7a), prenos

krupnim kapima bez kratkog spoja

(sl. 5.7b), prenos

sitnim kapima u mlazu

(sl. 5.7c), i

impulsni

prenos (sl. 5.7d).

a) u kratkom spoju

b) krupnim kapima

c) u mlazu

d) impulsni

Slika 5.7. Osnovni na

ini prenosa dodatnog metala

Prenos krupnim kapima u kratkom spoju se odvija u više faza: pod uticajem toplote na

vrhu elektrode (ili elektrodne žice) obrazuje se kap te

nog metala, koja se izvesno vreme ne

odvaja usled dejstva površinskog napona, sl. 5.8a. Pove

anjem veli

ine kapi raste uticaj sila

koje približavaju kap rastopu, uz primetno sužavanje preseka usled delovanja površinskog
napona i elektrodinami

ke sile. Usled delovanja površinskog napona kap se pri dodiru sa

rastopom odvaja od vrha elektrode, a neposredno pre odvajanja se izdužuje i kratko spaja elek-
trodu sa rastopom, prekidaju

i luk. Pri tome napon luka brzo pada do nule, a ja

ina struje

raste, sl. 5.7a. Posle prelaska kapi u rastop, luk se ponovo uspostavlja, napon luka brzo raste, a
ja

ina struje opada.

Slika 5.8 Prenos dodatnog metala: a) krupnim kapima; b) prenos u mlazu

Prenos krupnim kapima bez kratkog spoja je sli

an prethodnom, s tim da se kap odvaja

od dodatnog metala pre dodira sa rastopljenim metalom, sl. 5.7b. Promena napona i ja

ine

struje je sli

na, ali manje izražena nego u slu

aju prenosa u kratkom spoju, sl. 5.7b. Oba na-

ina prenosa krupnim kapima su karakteristi

na za tankoobložene elektrode kod E postupka

zavarivanja i za MAG/MIG postupka u zaštiti aktivnog gasa. U slu

aju prenosa krupnim

kapima bez kratkog spoja kod MAG/MIG postupka u zaštiti aktivnog gasa javlja se zna

ajna

reaktivna sila koja deluje odbojno na kap, što se smatra modifikovanim na

inom prenosa

ukoliko ne do

e do zna

ajnog rasprskavanja kapi.

Prenos sitnim kapima je karakteristi

an po sitnim i mnogobrojnim kapima, koje se pod

dejstvom pritiska gasova kre

u u mlazu prema rastopu, sl. 5.7c. Promena napona i je mala, a

ina struje je prakti

no konstantna, sl. 5.7c. Kako je sila gravitacije u ovom slu

aju mala,

prenos u mlazu je pogodan za prinudne položaje zavarivanja, a s obzirom na velike ja

ine

struje koje koristi, ovaj na

in prenosa je pogodan za deblje limove. Kod E postupka prenos u

mlazu je karakteristi

an za debeloobložene elektrode, sl. 5.8b, a kod MAG/MIG postupka za

zaštitu inertnim gasom.

Impulsni prenos je kombinacija prenosa krupnim kapima i prenosa u mlazu, a postiže se

namernim i velikim pove

anjem struje u kratkom vremenskom periodu, sl. 5.7d. Ovaj na

zavarivanja uklju

uje i vreme pauze,

, potrebne npr. za zamenu elektrode, tokom koje je

izvor u praznom hodu:

X=100

⋅

/(t

)

(5.3)

Kada se odre

uje intermitencija ukupno vreme

nije proizvoljno ve

se uzima 10

minuta. Tipi

na vrednost intermitencije za izvor struje za E postupak je 50%, što zna

i da je u

ciklusu od 10 minuta izvor optere

en najviše 5 minuta, a najmanje 5 minuta je u praznom

hodu. Za (polu)automatske ure

aje izvori struje treba da imaju intermitenciju 100%. Na os-

novu vrednosti intermitencije može da se odredi približno i trajna ja

ina struje koju daje izvor,

prema izrazu

100

nom

⋅√

X/10

(5.4)

gde je

100

trajna ja

ina struje, a

nom

nominalna ja

ina struje.

5.3.1. Transformatori

Transformatori za zavarivanje se sastoje od jezgra od železnih limova (1) - sl. 5.10, primarnog na-

motaja (2) vezanog za mrežu, sekundarnog namotaja (3) vezanog za strujno kolo u kome su radni komad
(5) i elektroda (6), i regulator ja

ine struje. Primarni i sekundarni namotaji smanjuju napon mreže (380

ili 220 V) na napon praznog hoda (najviše 100V). Postoje razli

iti na

ini regulacije ja

ine struje, a

naj

eš

e se koriste pomi

na kotva, prigušnica i promenljiv broj namotaja. Transformatori se uglavnom

koriste za E postupak, pa se prave tako da daju strmopadaju

u karakteristiku.

Kod transformatora sa pomi

nom kotvom, pozicija (4) na sl. 5.10a, ja

ina struje se reguliše po-

dužnim pomeranjem, sl. 5.10b, ili zaokretanjem kotve, sl. 5.10c, a odgovaraju

e stati

ke karakteristike (u

rasponu minimalne i maksimalne ja

ine struje) su date na sl. 5.10d. Ovi transformatori mogu da

obezbede ja

ine struje do 1200 A, a pomeranje kotve je ru

no ili automatsko.

Slika 5.10. Šema transformatora sa pomi

nom kotvom

Transformatori sa prigušnicom u sekundarnom kolu, oznaka B na sl. 5.11, daju stati

karakteristike sli

no prethodnim. Prigušnica je namotaj sa železnim jezgrom (5), koji može da reguliše

inu struje kontinualno u opsegu od I do II pomo

u kotve (6) koja se kre

e od položaja I do II, ili

stepenasto, nekim drugim konstruktivnim rešenjem. Ovi transformatori obezbe

uju srednje i velike

ine struje i veoma su pogodni za rad na terenu jer nisu osetljivi na promenu napona mreže.

Transformatori sa promenljivim brojem namotaja imaju nekoliko mogu

ih položaja sklopke

(pozicija 5 na sl. 5.12a),

ime se menja ne samo ja

ina struje, ve

i napon praznog hoda, sl. 5.12b. Ovi

transformatori daju relativno male ja

ine struje i visoke napone praznog hoda, i naj

eš

e se koriste za

ne (neprofesionalne) aparate za zavarivanje.

Slika 5.11. Transformator sa prigušnicom

Slika 5.12 Transformator sa promenljivim brojem namotaja

5.3.2. Ispravlja

i i invertori

Ispravlja

i su komplikovanije konstrukcije, jer osim transformatora, imaju još i ispravlja

elemente i upravlja

ki sistem. Ispravlja

ki deo može da bude od selenskih ili germanijumskih plo

odnosno od silicijumskih (poluprovodnih) dioda. Ispravlja

i mogu da rade sa velikim ja

inama struje, pa

se koriste za sve postupke zavarivanja. Stati

ka karakteristika može da bude (strmo)padaju

a ili

konstantna. Iako struja na izlazu iz ispravlja

a ima izvesnu talasavost (do 5%, što nema bitnog uticaja na

stabilnost luka), ovaj izvor jednosmerne struje se znatno više koristi od pretvara

a, jer je jeftiniji i ne

pravi buku.

U novije vreme sve više se koriste invertorski ispravlja

i, koji su znatno lakši, jeftiniji i pogodniji

za upotrebu od ostalih izvora struje za zavarivanje. Prva faza rada invertorskih ispravlja

a je pretvaranje

naizmeni

ne struje gradske mreže u jednosmernu struju, koja se zatim uvodi u invertorsko kolo. U

invertorskom kolu se jednosmerna struja pretvara u naizmeni

nu, ali se ujedno znatno pove

ava njena

estanost (sa 50 Hz na 5-50 kHz). Ova struja se zatim svodi na potrebni napon i ja

inu pomo

transformatora koji je znatno manji od klasi

nog, jer radi pri visokoj u

estanosti, sl. 5.13a.

Transformisana naizmeni

na struja se zatim ispravlja u jednosmernu struju uobi

ajenim elektronskim

komponentama, a na kraju prolazi kroz induktor, koji je tako

e znatno manji od konvencionalnog

induktora, sl. 5.13b. Kontrola svih navedenih procesa zahteva dodatnu elektroniku, što ne pove

ava

zna

ajnije masu ure

aja, a omogu

ava zadavanje proizvoljnog vremenskog ciklusa napona i ja

ine struje

i time prenos dodatnog metala po želji. Zahvaljuju

i tome invertorski izvor struje može da proizvodi

razli

ite stati

ke i dinami

ke karakteristike, što omogu

ava primenu jednog ure

aja na više postupaka

zavarivanja (npr. E, MAG/MIG i TIG).

Dodatna prednost invertora je njihova pove

ana efikasnost jer su gubici u bakarnim namotajima u

transformatoru manji u odnosu na konvencionalne transformatore, pa je stepen korisnosti invertora ve

od svih ostalih izvora zavarivanja.

a) transformatori

b) induktori

Slika 5.13. Pore

enje veli

ine konvencionalnih i invertorskih ure

aja

5.4. RU

NO ELEKTROLU

NO ZAVARIVANJE OBLOŽENOM ELEKTRODOM

no elektrolu

no zavarivanje obloženom elektrodom (E) je postupak spajanja metala

topljenjem obložene elektrode i dela osnovnog metala u elektri

nom luku koji se uspostavlja i

održava izme

u radnog komada (osnovnog metala) i elektrode, sl. 5.16. Topljenjem jezgra

elektrode obezbe

uje se dodatni materijal za popunu žleba, a topljenjem, sagorevanjem i ispa-

ravanjem obloge obezbe

uje se zaštita metalne kupke od okolnih gasova i vazduha. Istopljeni

sastojci obloge se mešaju sa rastopljenim metalom, pre nego što isplivaju na površinu jer
imaju manju gustinu od metalne kupke, i o

vrsnu u obliku troske. Troska štiti metal šava od

uticaja okoline i usporava njegovo hla

enje, a posle zavarivanja se uklanja specijalnim

eki

em.

Slika 5.16. Šematski prikaz E postupka zavarivanja

S obzirom na jednostavno rukovanje i relativno nisku cenu ure

aja i dodatnog materijala

s jedne, a dobar kvalitet spoja s druge strane, ru

no elektrolu

no zavarivanje obloženom

elektrodom je donedavno primenjivano više od svih ostalih postupaka zajedno. Njegovoj
širokoj primeni doprinose još i

injenica da su ograni

enja u vezi sa oblikom predmeta i

vrstom materijala koji se zavaruje, kao i položajima zavarivanja, manja od svih ostalih
postupaka zavarivanja. S druge strane, zbog nedostataka E postupka u novije vreme se umesto
njega sve

eš

e koriste ostali elektrolu

ni postupci. Osnovni nedostaci E postupka su mala

produktivnost usled

este zamene elektroda i uklanjanja troske (brzina topljenja dodatnog

metala je 1-2 kg/h), komplikovana i dugotrajna obuka zavariva

a, uticaj zavariva

a na kvalitet

šava, blještava svetlost i štetni gasovi nastali sagorevanjem troske.

5.4.1. Dodatni materijal i na

ini njegovog prenosa - obložena elektroda

Elektroda za E postupak zavarivanja ima metalno jezgro, koje je obloženo sem na

slobodnom kraju, sl. 5.17. Jezgro obložene elektroda kao deo strujnog kola prenosi struju
(slobodni kraj je povezan drža

em elektrode za izvor struje), a istovremeno služi kao dodatni

materijal. Osnovne uloge obloge elektrode su:
- zaštita zone zavarivanja od okolnog kiseonika, azota i vodonika;
- stabilizacija i jonizacija elektri

nog luka;

- usporavanje hla

enja metala šava;

- pre

iš

avanje i legiranje metala šava;

- omogu

avanje zavarivanja u prinudnim položajima.

Slika 5.17. Obložena elektroda (

- pre

nik,

- slobodni kraj,

- dužina,

- pre

nik obloge)

Zaštita zone zavarivanje od okolnih štetnih gasova (prvenstveno kiseonik, vodonik i

azot) se ostvaruje gasovitim i

vrstim produktima topljenja i sagorevanja obloge. Ova uloga

obloge se ostvaruje višestruko:
- rastopljena kap dodatnog materijala je zašti

ena troskom koja je okružuje pri njenom

prelasku u metalnu kupku;

- metalna kupka je zašti

ena troskom koja pliva na njenoj površini;

- gasovi okružuju mesto zavarivanja i ne dozvoljavaju pristup štetnim okolnim gasovima.

Stabilizacija i jonizacija elektri

nog luka se postiže dodavanjem soli natrijuma, barijuma,

kalcijuma i kalijuma u oblogu, koje stvaraju gasove sa velikom sposobnoš

u jonizacije,

ime

bitno pove

avaju sposobnost vazduha da provodi struju.

Troska, obrazovana od o

vrslih delova rastopljene obloge prekriva metal šava i usporava

njegovo hla

enje, jer ima znatno manju toplotnu provodnost. Posle zavarivanja troska se

uklanja specijalnim

eki

em.

Da bi se obavila dezoksidacija metala šava oblozi se dodaju elementi sa velikim afini-

tetom prema kiseoniku kao što su Ti, Al, Si, Mn, a da se pri tom obrazovani oksidi lako
uklanjaju iz metala šava. Pre

iš

avanje ostalih ne

isto

a metala šava se ostvaruje na sli

in kao dezoksidacija. Radi se prvenstveno o uklanjanju vodonika iz metala šava,

emu

služi CaF

, zatim fosfora i sumpora,

emu služe CaO i MnO, kao i svih ostalih štetnih ele-

menata, npr. azota. Legiranje metala šava je potrebno da bi se nadoknadio sagoreli udeo
pojedinih elemenata ili da bi se poboljšala svojstva metala šava. U tom cilju naj

eš

e se

dodaju Mn, Si i Ni.

Uloga obloge u omogu

avanju prinudnih položaja zavarivanja (npr. nadglavni) se ostva-

ruje pove

anjem njene viskoznosti, što se postiže prvenstveno dodavanjem baznih i celuloznih

sastojaka.

Prema sastavu obloga je u metalurškom smislu kisela, kiselo-rutilna, bazna, celulozna,

oksidna i rutilna. Osim navedenih postoje i specijalne vrste obloge. Hemijski sastav i osobine
ovih obloga su dati u tab. 5.4. Prema odnosu ukupnog pre

nika (uklju

uju

i oblogu, sl. 5.18),

, i pre

nika jezgra,

, elektrode se dele na tanko obložene (

D/d< 1,2

), srednje obložene

(

1,2<D/d<1,4

) i debelo obložene (

D/d>1,4

Tabela 5.4. Hemijski sastav i osobine razli

itih obloga

eli

nih elektroda

Obloga Hemijski

sastav

Osobine

kisela

oksidi Fe i Mn,

alumosilikati, feromangan

smanjen viskozitet troske, lep izgled i loše

mehani

ke osobine metala šava

rutilna

rutil, alumosilikati, ferolegure

lep izgled i dobre mehani

ke osobine šava

kiselo-rutilna

kao kisela, uz dodatak rutila

kombinacija osobina kisele i rutilne obloge

bazna

karbonati, fluoridi, oksidi,

hematit

dobra mehani

ke osobine šava, posebno

žilavost (nizak sadržaj H)

celulozna

celulozna vlakna, rutil, silikati,

dezoksidatori

svi položaji, visok sadržaj H,

koreni zavari cevovoda

oksidna

oksid Fe i Mn, kvarc,

alumosilikati

lep izgled i loše mehani

osobine metala šava

5.4.2. Vrste i izvori struje, ure

aji i oprema za E postupak

Ure

aj za E postupak se sastoji od izvora struje, dovodnih i odvodnih kablova, drža

elektrode, stezaljke za masu, a u dodatnu opremu spadaju zaštitna ode

a i maska zavariva

a i

njegov ru

ni alat. Za E postupak koriste se obe vrste struje, jednosmerna i naizmeni

na, pri

emu izbor prvenstveno zavisi od vrste obloge i obi

no je preporu

en od strane proizvo

elektrode. U svakom slu

aju koristi se izvor sa strmopadaju

om stati

kom karakteristikom,

koji obezbe

uje malu promenu ja

ine struje pri slu

ajnoj promeni dužine luka, koja je

neminovna kod ru

nog zavarivanja. Na sl. 5.17 je pokazano kako se menja ja

ina struje (

) i napon (

) pri pove

anju dužine luka (

). Kao što se vidi sa sl. 5.18, promena

napona je zna

ajna, dok je promena ja

ine struje mala. Kako promena napona ne uti

e bitno

na ostale parametre zavarivanja, strmopadaju

om karakteristikom je obezbe

eno dovoljno

kvalitetno zavarivanje, jer se parametri procesa, koji najviše zavise od ja

ine struje, održavaju

u uskim granicama.

Slika 5.18. Promena radne ta

ke kod strmopadaju

e karakteristike

Zaštitna ode

a i maska zavariva

a, kao i druge mere zaštite su bitne kod svih elektro-

nih postupaka zavarivanja, a posebno kod E postupka. Opasnosti pri elektrolu

nom

zavarivanju su udar struje, prejaka svetlost, zaga

ena atmosfera i prskanje troske i metala. Da

bi se spre

ili udari struje ure

aj mora da bude atestiran, uz strogu periodi

nu proveru zaštitne

izolacije i uzemljenja. Zaštitna ode

a se sastoji od specijalnog radnog odela, kecelje, rukavica,

potkolenice i nadlaktice, a najvažniju ulogu ima zaštitna maska, bez koje elektri

ni luk ne sme

da se gleda.

5.4.3. Tehnologija zavarivanja

Tehnologija zavarivanja obuhvata pripremu osnovnog materijala, izbor elektrode, izbor

parametara i tehniku zavarivanja. U pripremi osnovnog materijala najvažnije je oblikovanje
žleba, a ponekad je potrebno i

iš

enje okolnih površina do metalnog sjaja. Pri izboru oblika i

dimenzija žleba, osim o debljini osnovnog materijala, treba da se vodi ra

una o pristupa

nosti

korenu, spre

avanju pojave prokapljina, deformacijama zavarenog spoja i što manjem utrošku

dodatnog materijala. Uticaj oblika žleba na masu šava je prikazan na sl. 5.19, gde se vidi da ne
postoji jedinstveno rešenje za najmanju masu šava, ve

se za razli

ite debljine osnovnog mate-

rijala najmanja masa šava dobija razli

itim oblicima žleba. Rešenje sa najmanjom masom šava

je po pravilu i rešenje sa najmanjom deformacijom zavarenog spoja, jer se unosi najmanje
toplote. Pristupa

nost korenu i spre

avanje pojave prokapljina zahtevaju suprotne mere: u

prvom slu

aju razmak u korenu treba da bude što ve

i, a u drugom slu

aju što manji.

Slika 5.19. Uticaj oblika žleba na masu šava

Rubni šav (tab. 1.2, prvi red) je pogodan samo za limove tanje od 2 mm i priprema se sa-

vijanjem i stezanjem ivica, "I" žleb je pogodan za limove debljine od 3 do 5 mm i priprema se
ravnim odsecanjem ivica, a "V" žleb je pogodan za limove debljine od 3 do 20 mm i priprema
se zakošenjem ivica, naj

eš

e pod uglom 60

. Razmak u korenu treba da bude što ve

i da bi se

omogu

io pristup elektrodi, ali je ograni

en zahtevom za minimalnom potrošnjom dodatnog

metala i što manjim deformacijama zavarenog spoja. Za predmete ve

ih debljina koristi se "Y"

žleb, tj. "V" žleb sa zatupljenjem u korenu,

ime se smanjuje opasnost od prokapljina. S druge

strane, ovakvim oblikom žleba se pove

ava opasnost od uklju

aka troske u metalu šava, pa se

po pravilu "Y" žleb radi dvostrano, tako što se koren ižlebi, pa ponovo zavari sa druge strane.
Tako

e, za predmete ve

ih debljina se koristi "X" žleb, tj. dvostrani "V" žleb,

ime se

smanjuju deformacije, posebno ugaone, koje se ina

e javljaju kod debljih i dužih limova sa

"V" žlebom. Osim toga, površina "X" žleba je bitno manja od odgovaraju

eg "V" žleba, pa su

uštede dodatnog metala zna

ajne. Osnovne preporuke za izbor oblika i dimenzija žlebova su

date u tab. 1.2, zajedno sa preporukama o primeni podložne plo

ice i/ili žlebljenju korenog

zavara.

Pre

nik i vrste obloge elektroda se biraju prema osnovnom metalu i specifi

nim zah-

tevima konkretnog problema zavarivanja. Pre

nici elektroda su standardizovani prema

slede

em nizu: 2; 2,5; 3,25; 4; 5; 6; 8 i 10 mm, a biraju se tako da se uzima najve

i pre

nik

koji veli

ina žleba dozvoljava. U slu

aju višeprolaznog zavarivanja, za koren šava se koriste

elektrode pre

nika 2,5

4 mm, a za popunu žleba se koriste elektrode ve

eg pre

nika, zavisno

od debljine osnovnog materijala. Osim osnovnih preporuka za izbor pre

nika elektrode, treba

uzeti u obzir vrstu struje, položaj i redosled zavarivanja.

Položaj zavarivanja zna

ajno uti

e i na izbor obloge elektrode. Za prinudne položaje se

uglavnom biraju elektrode sa tankom oblogom ili oblogom srednje debljine, a da bi se spre

ilo

curenje te

nog metala šava koriste se rutilne ili celulozne obloge. Osnovne smernice pri izboru

obloge elektrode su slede

- Ugljeni

ni i niskolegirani

elici:

vrsto

a metala šava treba da bude ista ili ve

a nego kod

osnovnog metala. Ako se traži posebno dobra žilavost koristi se bazna obloga, kao i u
slu

aju ve

ih debljina i krutosti konstrukcija.

- Kombinacija ugljeni

nih i niskolegiranih

elika: kod su

eonih spojeva elektroda se bira

prema

eliku manje

vrsto

e, a kod ugaonih prema

eliku ve

vrsto

- Visokolegirani

elici: metal šava treba da ima

vrsto

u bar kao osnovni metal.

- Obojeni metal i legure: elektroda se bira prema osnovnom materijalu jer po pravilu ne pos-

toje razli

ite elektrode za jedan materijal.

Pri izboru parametara treba imati u vidu prvenstveno vrstu, polaritet, ja

inu i napon

struje, dužinu elektri

nog luka, ugao nagiba i pravac kretanja elektrode i brzinu zavarivanja.

Napon luka ima mali uticaj na oblik šava, posebno ako se ima u vidu mali raspon prome-

ne kod E postupka, 22-32 V. Pove

anjem napona luka pove

ava se širina šava, a promene

dubine uvarivanja i nadvišenja su neznatne.

Pove

anjem dužine luka pove

ava se širina šava, a dubina uvarivanja i nadvišenje sma-

njuju, sl. 5.24. Suviše kratak luk "uranja" u rastop, pove

avaju

i turbulenciju te

nog metala

koji "beži" prema nezagrejanim površinama žleba, što daje loš kvalitet spoja sa greškama tipa
nalepljivanja i uklju

aka troske. S druge strane, preduga

ak luk je nestabilan i rasprskava do-

datni metal. Stoga je potrebno odrediti optimalnu dužinu luka, prema slede

im preporukama:

l=(0,9

1,1)

⋅

(su

eoni spojevi ugljeni

nih i niskolegiranih

elika)

(5.11a)

l=(0,8

0,9)

⋅

(ugaoni spojevi ugljeni

nih i niskolegiranih

elika)

(5.11b)

l=(0,8

0,9)

⋅

(su

eoni spojevi visokolegiranih

elika)

(5.11c)

l=(0,7

0,8)

⋅

(ugaoni spojevi visokolegiranih

elika)

(5.11d)

Treba imati u vidu i uticaj vrste obloge na izbor dužine luka. Kod kiselih i rutilnih

obloga preporu

uje se dužina približno jednaka pre

niku elektrode, a kod baznih obloga i kod

elektroda od obojenih metala preporu

uje se dvostruko manja dužina, uglavnom radi bolje

zaštite metalne kupke.

Slika 5.24. Zavisnost oblika šava od dužine luka

Nagib elektrode u ravni upravnoj na ravan predmeta koji se zavaruju uti

e prvenstveno

na dubinu uvarivanja, a u manjoj meri na širinu i nadvišenje šava. Najve

a dubina se postiže

pri uglu od 90°, odnosno kada je elektroda upravna na površinu zavarivanja, sl. 5.25. Izbor
nagiba elektrode zavisi od osnovnog materijala, obloge elektrode, položaja zavarivanja i vrste
spoja.

Slika 5.25. Uticaj nagiba elektrode na oblik šava

5.4.3.1. Tehnika zavarivanja

Uspostavljanje elektri

nog luka je osim dodirom i odmicanjem (sl. 5.26a), mogu

e i

povla

enjem vrha elektrode, uz prelazak na potrebno rastojanje (sl. 5.26b). Drugi na

in ima

prednost, jer se luk uspostavlja bez ošte

enja obloge, a dužina luka se reguliše pove

anjem, a

ne njegovim smanjenjem, što je daleko lakše.

Slika 5.26. Uspostavljanje luka (a) primicanje-odmicanje (b) povla

enje

Prekidanje elektri

nog luka je najbolje izvesti povla

enjem elektrode unazad (sl. 5.27b)

na o

vrslu trosku i udaljavanjem nakon toga. Pri direktnom podizanju elektrode (sl. 5.27a)

može da nastane greška u šavu tipa poroznosti.

Slika 5.27. Prekidanje elektri

nog luka a) nepravilno; b) pravilno

Posebnu pažnju treba posvetiti nastavku prekinutog šava, s obzirom na krater koji može

pri prekidu da nastane na kraju zavara. Da bi se izbeglo popunjavanje kratera "na hladno",
primenjuju se posebne tehnike, zavisno od vrste zavara (koreni ili popuna), kao što je u dve
projekcije prikazano na sl. 5.28. U prvom slu

aju (koreni zavar - sl. 5.28a), luk se uspostavlja

na 15 do 20 mm od kraja zavara, na ve

izvedenom korenom zavaru, posle

ega se prelazi u

koren, radi popune žleba. U drugom slu

aju (zavar popune - sl. 5.28b), luk se uspostavlja na

donjem delu (prethodni zavar) ili na stranici žleba, zatim se vra

a nazad na aktuelni zavar i tek

onda se nastavlja sa daljom popunom žleba.

a) koreni zavar

b) zavar popune

Slika 5.28. Nastavljanje zavarivanja