Autogeno zavarivanje

ZAVARIVANJE GASNO ZAVARIVANJE I REZANJE

1

1. UVOD Plinsko zavarivanje ili zavarivanje plinskim plamenom spada u grupu zavarivanja taljenjem, gdje se osnovni materijal topi toplinom plamena, koji nastaje izgaranjem gorivog plina (acetilen, propan, butan, vodik) s čistim kisikom ili kisikom iz zraka. Najtopliji plamen daje izgaranje acetilena s čistim kisikom (temperatura je 3 160 ºC), uz oslobađanje ugljikovog dioksida (CO2) i vodene pare (H2O). Plinsko zavarivanje se izvodi s dodatnim materijalom, ali ponekad i bez njega. To je jedan od najstarijih načina zavarivanja i najsvestranijih postupaka zavarivanja, ali u zadnje vrijeme je sve manje zastupljen. Uglavnom se danas koristi za zavarivanje čeličnih cijevi i cijevi od sivog lijeva, a koristi se i za popravke. Oprema relativno nije skupa, plamen je više raspršen od električnog luka, uzrokujući sporije hlađenje, koje vodi većim zaostalim naprezanjima i deformacijama. Sličan postupak je plinsko rezanje, uz dodatno dovođenje čistog kisika. Kisik-acetilen plamen ima vrlo veliku industrijsku primjenu kod tvrdog lemljenja, toplinskog rezanja i lokanih toplinskih obrada. Zavarivanje plinskim plamenom koristi se za zavarivanje čelika, sivog lijeva, bakra, aluminija i njihovih legura. Postupak zavarivanja je jednostavan, oprema jeftina, ali je brzina zavarivanja mala, dok upaljivost i eksplozivnost rada povećava opasnost pri radu.

Slika 1. Gasno zavarivanje i rezanje

2

2. OPREMA ZA GASNO ZAVARIVANJE Oprema za plinsko zavarivanje sastoji se iz boce acetilena, boce kisika, redukcijskih ventila, cijevi za zavarivanje, plamenika i dodatnog materijala. Plinski plamen se primjenjuje za zavarivanje, navarivanje, tvrdo lemljenje, nabrizgavanje, ravnanje,rezanje, površinsko čišćenje i duge vrste površinske obrade materijala. Za zavarivanje se koristi acetilen (kao gorivi plin) i kisik (kao plin koji podržava gorenje). Boce za tehničke gasove spadaju u posude pod pritiskom i podležu odgovarajućem JUS. Ove boce se izrađuju dubokim izvlačenjem od konstrukcionog ugljeničnog ili niskolegiranog čelika.

Slika 2. Oprema za gasno zavarivanje

3

2.1.

Boca kisika

Za zavarivanje i rezanje, kisik se isporučuje u plavim bocama pod tlakom od 150 bara. Gorivi materijali oslobađaju veću količinu topline kada sagorjevaju u čistom kisiku, a ne na zraku. Kada se prazni boca kisika, mora se ostaviti određena količina kisika u boci da se izbjegne prodor zraka i vlage u bocu (minimalno očitanje na regulacijskom ventilu – manometru je 0,5 bara). Kod rukovanja sa bocama za kisik treba paziti da su uvijek čiste (ne smije biti nečistoća i masti oko regulacijskog ventila), a otvaranje i zatvaranje boce mora biti pažljivo – najviše do pola okreta ventila za otvaranje i zatvaranje boce).

Slika 2.1. Boca kisika

Kisik se dobiva frakcionom destilacijom zraka (rijeđe elektrolizom vode jer je skuplji postupak). Osnovni princip frakcione destilacije je da se zrak prvo pretvara u tekuće stanje (što se postiže tlačenjem na 40 bara i pothlađivanjem na –200 ºC). Prilikom zagrijavanja smjese tečnosti A i B, nastaće gasovita faza koja je u ravnoteži sa tečnom fazom. Gasovita faza biće više obogaćena isparljivijomkomponentom, a tečna faza manje isparljivom. Na ovaj način ne dolazi do potpunog razdvajanja. Da bi se razdvajanje poboljšalo, potrebno je obogaćenu gasovitu fazu kondenzovati, a zatim

4

taj kondenzat ponovo destilovati. Svakim ponavljanjem se dobija gasovita faza koja je više obogaćena isparljivijom komponentom. Ovakav postupak se nazivafrakciona destilacija. [2] Kolona za frakcionisanje je duga vertikalna cijev, koja sadrži niz ploča poredanih jedna iznad druge, koje se nazivaju tavanima

Slika 2.2. Laboratorijska aparatura za frakcionu destilaciju:1.plamenik; 2.balon okruglog dna; 3.kolona za frakcionisanje;4.termometar; 5.voda (izlaz); 6.hladilo; 7.voda(ulaz); 8.kondenzat

Ako se tekući zrak potom zagrije, isparit će dušik koji ključa pri –196 ºC, tako da u aparaturi za frakcijonu destilaciju ostaje samo kisik (koji ključa pri –183 ºC). Specifična masa kisika pri temperaturi 20 ºC i tlaku 1,013 bara je 1,43 kg/m3. Približna količina kisika ili volumen kisika (Vkisika, m3) u boci računa se pomoću sljedeće formule:

V kisika =Vol ,boce ( m3 ) x tlak u boci ( Pa ) x koeficijent O pri temp .15 ºC

(2.1)

Koeficijent stlačenja kisika pri temperaturi 15 ºC je 1,078 10-5. Volumen boce je 0,04 m3. Tako na primjer u punoj boci ima kisika: 3

V kisika =0,04 ˑ15 106 ˑ1,078 10−5=6,468 m .

2.2.

Boca acetilena

5

Acetilen ili etin se isporučuje u bijelim bocama pod tlakom od 15 bara. Vrlo je nestabilan i eksplozivan u smjesi sa zrakom ili kisikom. S povećavanjem tlaka eksplozivnost acetilena raste, tako da je dovoljno 3% acetilena u smjesi sa zrakom da dođe do eksplozije. Isto tako pri zavarivanju ili rezanju bakra (Cu) ili srebra (Ag) dolazi do reakcije acetilena i spomenutih elemenata, te nastaju spojevi koji su eksplozivni pri udarcima ili povišenim temperaturama. Iz navedenih razloga potrebno je pridržavati se pravila koja vrijede za rukovanje s bocama acetilena i kisika u proizvodnji, transportu i skladištenju. Acetilen je plin iz grupe nezasićenih ugljikovodika, bezbojan je i neotrovan plin karakterističnog mirisa. Otapa se u vodi u omjeru 1 : 1, a u acetonu 1 : 25 pri atmosferskom tlaku i temperaturi 20 ºC. Acetilen u boci se rastvara u acetonu, jer je sam acetilen kao nezasićeni ugljovodonik vrlo eksplozivan na povišenom pritisku. Osim toga, boca se prethodno puni poroznom masom (najčešće drveni ćumur ili mešavina uglja i infuzorijske zemlje) u koju se uliva aceton, a zatim rastvara acetilen. Rastvorljivost acetilena u acetonu raste s porastom tlaka, a opada sa porastom temperature. U bocu za acetilen, koja je volumena 40 litara, pri tlaku od 15 bara i temparaturi 20 ºC stane 6 m3 acetilena. Na izlazu iz boce postavlja se regulator tlaka (manometar) koji snižava tlak acetilena na vrijednosti ispod 1,5 bara (ako je na izlazu iz boce tlak acetilena prelazi 1,5 bar može doći do stvaranja mjehurića plina i spajanja sa zrakom, što može prouzročiti eksploziju plina). Približna količina plina u boci ili volumen acetilena (Vacetilena, m3) može se odrediti pomoću sljedeće formule:

V acetilena =0,35 x vol . boce (m3) x rastvorljivost H 2 O 2 x tlak u boci(Pa) x 10−5 (2.2)

Koeficijent rastvorljivost acetilena u acetonu pri 15 ºC je 23. Volumen boce je 0,04 m3. Tako je na primjer sadržaj acetilena u punoj boci:

Vacetilena = 0,35 ˑ 0,004 ˑ 23 ˑ15 ˑ 105 ˑ 10-5 = 4,8 m3

6

Slika 2.3. Boca kisika

Pri pražnjenu boce brzina istjecanja acetilena, odnosno protok acetilena mora biti manji od 1 m3/h, da ne bi došlo do isparavanja acetona iz boce i smrzavanja redukcionog ventila (manometra). Isto tako, boca se ne smije potpuno isprazniti, već se mora ostaviti određena količina acetilena koja odgovara tlaku na manometu od 1 do 1,5 bara, ovisno o vanjskoj temperaturi. Plamen acetilena i čistog kisika daje maksimalnu temperaturu od 3160 ºC, dok plamen butana i propana s čistim kisikom daje maksimalnu temperaturu 2830 ºC, odnosno 2850 ºC. 2.3.

Regulacioni ventili

Kako je radni pritisak znatno niži od pritiska u boci, boce je neophodno snabdjeti redukcionim ventilima za kiseonik i za acetilen, sl. 1.4. Oba redukciona ventila imaju po dva manometra, jedan za pritisak u boci, drugi za radni pritisak. Princip rada redukcionih ventila je isti, a jedina konstruktivna razlika je u načinu vezivanja za bocu – kod kiseonika vezivanje je preko navrtke, a kod acetilena preko uzengije , što isključuje mogućnost pogrešnog vezivanja. Osim toga, razlika je i u opsegu mjerenja , kod kiseonika manometri su do 300 bara (pritisak u boci), odnosno 16 bara (radni pritisak), a kod acetilena do 40 bara (pritisak u boci), tj. 2,5 bara (radni pritisak). Posebnu pažnju treba obratiti na rukovanje redukcionim ventilom za kiseonik. Kako dodir kiseonika sa mašću, uljem ili nekom sličnom materijom može da izazove eksplozivno paljenje, zabranjeno je rukovanje redukcionim ventilom za kiseonik masnim ili prljavim rukavicama. Osim toga za ovaj ventil je karakteristična pojava zaleđivanja usljed razlike pritisaka na ulasku i izlasku i odgovarajućeg pada temperature.

7

Slika 2.4. Regulacioni ventili: a) za kisik, b) za acitilen

Slika 2.5. Regulacioni ventili: a) za kisik, b) za acitil

Osim redukcionih ventila koriste se i tzv. suvi ventili, koji se postavljaju između reduk-cionih ventila i gorionika, sl. 1.5. Princip rada suvog ventila je sljedeći: kroz gumeno crjevo dotiče gas u cjevni nastavak (2) ventila i otvara nepovratni ventil (4), protiče kroz ventil u unutrašnjost poroznog uloška (5), zatim kroz njegov porozni zid u sredinu uloška, a otuda u nastavak (3) i u gorionik. U slučaju eksplozije povratni udar plamena stiže do komore između zida cjevi ventila (1) i uloška (5) i tu se gasi, jer se pri prolasku kroz porozni uložak ohladi ispod temperature paljenja mješavine gasova. Povećani pritisak od eksplozije gotovo trenutno zatvara nepovratni ventil.

Slika 2.6. Šematski prikaz suvog ventila

8

2.4.

Gorionici za zavarivanje i rezanje

2.4.1.

Gorionik za zavarivanje

U gorionicima se dobijaju potrebne smješe kiseonika i acetilena, pri čemu se zahtjeva stabilan plamen određenog oblika i toplotne moći. Osnovni djelovi gorionika prikazani su na sl. 2.6. Koristi se više tipova gorionika koji se djele prema pritisku napajanja (gorionik niskog i visokog pritiska) i prema regulaciji protoka (gorionik stalnog i višestrukog protoka).

Slika 2.7. Gorionik, šematski prikaz

Prema pritisku napajanja gorionici se djele na osnovu pritiska smješe u mlaznici i pritiska svakog od gasova. Ako je pritisak smješe manji od pritiska gasova onda se radi o gorioniku niskog pritiska, a u slučaju da je pritisak smješe veći od pritiska bar jednog gasa, onda se radi o gorioniku visokog pritiska. Prema regulaciji protoka gorionici se djele na one kod kojih je promena protoka moguća u vrlo malim granicama (gorionik stalnog protoka - bez promjene cjevi) i one kod kojih je regulacija moguća, najčešće izmjenom pritiska napajanja (gorionik višestrukog protoka - sa izmjenom cjevi). Osim prema svojstvima, gorionici se razlikuju i po veličini mlaznice, koja se bira na osnovu debljine osnovnog metala. Po ovoj podjeli gorionici su obilježeni brojevima od 1 do 8, a biraju se prema debljini osnovnog metala.

9

Slika 2.8. Različite vrste gorionika

Pri rukovanju gorionicima treba voditi računa o slijedećem:  popravke smije da radi samo stručna osoba;  mlaznica se čisti posebnim iglama koje daje proizvođač;  za povremeno čišćenje injektora upotrebljavaju se posebne četke;  kod zamjene cjevi krunastu navrtku treba dobro pritegnuti, jer se kod slabog zaptivanja javlja povratni udar plamena;  plamen se pali tako da se najprije malo otvori kiseonik, a zatim acetilen; tek kada se smješa upali, plamen se reguliše (gasi se obrnutim redosljedom);  kada gorionik "zviždi" to znači da plamen gori kod injektora umjesto na mlaznici; dovod gasa treba brzo zatvoriti; ako se gorionik previše zagrijao, treba ga ohladiti; U tab. 2.1. dati su najčešći kvarovi gorionika, njihovi uzroci i načini otklanjanja. Tabela 2.1. Najčešći kvarovi u radu gorionika Kvar Plamen neće da se upali

Uzrok kvara - krunasta navrtka nije stegnuta

Otklanjanje - navrtku stegnuti - očistiti ventil

- ventil začepljen Plamen kos ili ustranu - mlaznica delimično začepljena

- očistiti mlaznicu

Plamen gori dalje od mlaznice

- regulusati ventile na gorioniku ili redukcionom ventilu

- preveliki pritisak kiseonika - preveliki pritisak acetilena

10 Plamen nestabilan, povremeno povećan Povratni plamen i pucketanje

- voda u gumenom crevu

- vodu iscediti

- redukcioni ventil zamrznut

- odmrznuti redukcioni ventil

- mlaznica se u radu zagreva

- ohladiti gorionik u vodi

- premali pritisak kiseonika

- povećati pritisak

- mlaznica je preblizu predmetu

- odmaknuti mlaznicu 35 mm - pritegnuti cev na spoju

- gorionik ne zaptiva Plamen "zviždi" i gori - mlaznica i cev pregrejani unutra (obično posle - prljava mlaznica povratnog udara) - oštećen otvor na mlaznici

2.4.2.

- ohladiti gorionik - očistiti mlanzicu - promeniti mlaznicu

Gorionik za rezanje

Uređaj (gorionik) za gasno rezanje je tako konstruisan da omogućava pravilno stvaranje smjese kiseonik-gorivi gas, plamena za zagrejavanje i dovođenje posebne struje kiseonika za rezanje, slika 5. Gorionici su oblikom prilagođeni za ručno i mašinsko rezanje. Od ključnog značaja za uspješno rezanje su mlaznice, koje mogu da budu veoma raznovrsne i prilagođene specifičnim zahtjevima (mlaznice za različite gorive gasove, za različite debljine, za posebne uslove).

11

Slika 2.9. Šematski prikaz ručnog i automatskog gorionika za rezanje

U koncepcijskom smislu, postoje dva tipa gorionika za rezanje: gorionici kod kojih se goriva smješa stvara unutar gorionika u tzv. mješačkoj komori i gorionici kod kojih se goriva smjesa stvara unutar mlaznice. Gorionik za ručno gasno rezanje je komplikovaniji od gorionika za zavarivanje, mada su neki djelovi isti, kao npr. Držač (rukohvat). Osnovna razlika je u cjevima koje treba da obezjbede dovod smjese gorivog gasa i kiseonika i nezavisni dovod kiseonika za sagorjevanje, kao i u mlaznici čija konstrukcija treba da obezjbedi isticanje gasova. Zato se gorionik za rezanje sastoji od cjevi za dovod smjese gasova, uključujući mješačku komoru i injektor, cjevi za dovod kiseonika za rezanje, propusnim ventilima za dovod kiseonika i gorivog gasa i mlaznice sa centralnim otvorom za kiseonik i perifernim otvorima za smjesu.

12

Slika 2.10. Ručni gorionik za rezanje 2.5.

Dodatni materijali i topitelji

Dodatni materijali se isporučuju u obliku žica i šipki. U slučaju zavarivanja niskouglje-ničnih i niskolegiranih čelika dodatni materijal je u obliku šipki dužine 1000 mm ili koturova žice mase 40 kg, standardnih prečnika: 2; 2,5; 3,25; 4; 5; 6,3 mm (JUS C.H3. 051/81). Oznaka dodatnog materijala se sastoji iz dva djela: opšteg (slovo P) i dopunskog (slovo O, Z, Y ili cifre od 1 do 6).Žice su prevučene tankim slojem bakra radi zaštite od korozije. Za zavarivanje Al i njegovih legura se koriste iste žice i šipke kao za TIG postupak (JUS C.H3.061). Za zavarivanje bakra i legura koriste se žice i šipke prema JUS C. H3.071 (S.CuSn1 i S.CuAg1), a za zavarivanje bronzi šipke prema JUS C.H3.072 (S.CuSn10Zn4 i S.CuSn4Zn7) i JUS C.H3.073 (S.CuSn4–12). Topitelji, oblika praha ili pasta, se primenjuju pri zavarivanju livenog gvožđa, obojenih metala i legura, nehrđajućeg čelika i drugih legura. Osnovni razlog primjene topitelja su teškotopljivi oksidi koji se obrazuju pri zavarivanju navedenih materijala i svojim prisustvom sprječavaju uspješno zavarivanje. Nanošenjem topitelja na dodatni ili osnovni materijal postiže se dvojaki efekt – sprečava se donekle oksidacija tečnog metala, s jedne strane, i snižava temperatura topljenja oksida, s druge strane, čime se obezbeđuje njihovo uklanjanje u obliku troske. Topitelji se dele prema hemijskom sastavu na kisele i bazične. Najčešće se koriste kiseli topitelji na bazi bora, kao što su borna kiselina, H3BO3, (prvenstveno za bakar i njegove legure), ili boraks (natrijumtetraborat – Na2B4O7⋅10H2O), koji lako razgrađuje okside mnogih metala (npr. Cu, Zn, Mn), i bazni topitelji, kao što su natrijum karbonat, Na2CO3, i potaša,

13

K2CO3, (prvenstveno za sivi liv). Djelovanjem Na2CO3 na teškotopljivi oksid SiO2 stvara se tečno hemijsko jedinjenje Na2O⋅SiO2 koje prelazi u trosku i gas, CO2, koji odlazi u okolinu.

Slika 2.11. Dodatni materijal za gasno zavarivanje

3. GASNI PLAMEN I GORIVI GASOVI – OSOBINE I PRIMJENA Osnovni zahtjevi koje treba da ispuni gorivi gas da bi se koristio za zavarivanje su da temperatura plamena bude znatno viša od temperature topljenja osnovnog i dodatnog metala, da brzina sagorjevanja bude što veća, da se razvija dovoljna količina toplote za topljenje osnovnog i dodatnog metala, kao i za nadoknadu gubitaka toplote, i da hemijska reakcija plamena sa osnovnim i dodatnim materijalom bude što manja. 3.1.

Gorivi gasovi

Najčešće se koriste gorivi gasovi na bazi ugljovodonika: metan (CH4), metilacetilen-propadijen (C3H4 – trgovački naziv MAPP), acetilen (C2H2), propan (C3H8), propilen (C3H6), butan (C4H10) i vodonik (H2). Za detaljniju analizu karakteristika gasova treba imati u vidu da ugljovodonici sagorjevaju u dvije faze, primarnoj i sekundarnoj, osim H2 koji sagorjeva u jednoj fazi. Pod primarnim sagorjevanjem se podrazumeva reakcija sa kiseonikom iz boce, a pod sekundarnim reakcija sa kiseonikom iz vazduha.

14

Slika 3.1. Plamen za gasno rezanje

Primarni plamen je neutralan kada je reakcija primarnog sagorjevanja ravnotežna, a proizvodi sagorjevanja ugljen-monoksid i vodonik. U tom slučaju atmosfera primarnog plamena je redukujuća. Kako sekundarno sagorjevanje zavisi od produkata primarnog sagorjevanja, to pojam „neutralan“ treba shvatiti kao pogodan način za definisanje količine kiseonika potrebnog za potpuno sagorjevanje i za poređenje različitih karakteristika gorivih gasova. Brzina sagorjevanja (brzina širenja plamena) je brzina kojom se front plamena kreće upravno na njegovu površinu kroz okolni nesagorjeli gas. Brzina sagorjevanja bitno utiče na veličinu i temperaturu primarnog plamena. U tab. 1.1 su dati osnovni podaci o gorivim gasovima, kao što su maksimalna temperatura neutralnog plamena, tmax, količina oslobođene toplote kod primarnog i sekundarnog sagorjevanja (osim za H2 koji sagoreva u jednoj fazi), Qprim i Qsek, ukupna količina toplote po jedinici zapremine i po jedinici mase, Qvol i Qmas, količina kiseonika potrebna za potpuno sagorjevanje jedinične količine gasa (stehiometrijska smeša) – oznaka O2 (ukupno) i količina kiseonika koja se u tu svrhu dobija iz boce (ostatak se dobija iz vazduha) – oznaka O2 (boca), odnos gustine gasa prema gustini vazduha (na temperaturi od 15°C, atmosferskom pritisku i gustini vazduha ρvaz = 1,21 kg/m3), molarna masa, M, specifična zapremina, υ, i brzina sagore-vanja neutralnog plamena, vsag.

15

Tabela 3.1. Osnovne osobine najčešće korišćenih gasova acetile n

propa n

buta n

meta n

propile n

MAPP

vodoni k

tmax

(°C)

3087

2526

2300

2538

2865

2927

2655

Qprim

(MJ/m 3)

18,9

9,5

–

0,4

16,3

19,3

–

Qsek

(MJ/m 3)

35,9

83,6

–

37

71,9

70,4

–

Qvol

(MJ/m 3)

54,8

93,1

130

37

88,3

89,6

12

Qmas

(MJ/k g)

50

51

–

56

49

49

120

O2 (ukup no)

(mol)

2,5

5

–

2

4,5

4

0,5

O2 (boca )

(mol)

1÷1,3

3,5

–

1,5

2,6

2,5

0,3÷0, 4

ρ/ρva z

(–)

0,91

1,52

2,10

0,62

1,48

1,48

0,074

M

(g/mo l)

26,0

44,0

58,1

–

–

–

–

υ=V/ m

(m3/k g)

0,91

0,54

0,39

1,44

0,55

0,55

11,77

vsag

(m/s)

5,7

3,9

–

5,5

–

–

11

Iako je sekundarna količina toplote veća, za zavarivanje je bitnija primarna količina toplote jer je koncentrisana na mjestu zavarivanja. Osim nje, kao što je već pomenuto, od najvećeg značaja za primjenu u zavarivanju je brzina sagorjevanja, koja je za neke gorive gasove (acetilen, propan, metan, vodonik) data na sl. 3.2, u zavisnosti od udjela gorivog gasa u smeši. Kombinacijom ove dvije veličine, tj. proizvodom primarne količine toplote i brzine sagorjevanja, definiše se intenzitet primarnog sagorjevanja, koji se, osim tmax, koristi kao osnovni

16

kriterijum primjenljivosti gorivog gasa. sagorjevanja je najveći za acetilen, sl. 3.3.

Intenzitet

primarnog

Analogno se definiše intenzitet sekundarnog sagorevanja, kao proizvod sekundarne količine toplote i brzine sagorjevanja. Intenzitet sekundarnog sagorjevanja utiče na temperaturski gradijent u okolini spoja, tako što smanjuje brzinu hlađenja. Kao i u slučaju primarnog sagorjevanja, najveći intenzitet sekundarnog sagorjevanja ima acetilen.

Slika 3.2. Brzina sagorjevanja nekih gorivih gasova

17

Slika 3.3. Intenzitet primarnog sagorjevanja nekih gorivih gasova

Gustina gasa ukazuje na njegovo ponašanje u slučaju procurivanja. Gasovi sa gustinom manjom od vazduha odlaze uvis i nestaju, dok gasovi veće gustine od vazduha padaju na dno i sakupljaju se na mirnim mjestima. U prvu grupu spadaju acetilen, metan i vodonik, a u drugu butan, propan i MAPP, tab. 3.1. 3.2. Plamen acetilen–kiseonik Zavisno od odnosa acetilena i kiseonika, razlikuju se redukujući (manjak kiseonika), neutralni (potpuno sagorjevanje) i oksidišući plamen (višak kiseonika). Iako je teorijski smješa kiseonika i acetilena kod neutralnog plamena 1:1, u praksi se pod neutralnim plamenom podrazumjeva smješa O2:C2H2 = (1,1–1,2):1. Višak kiseonika se troši na sagorjevanje okolnih gasova. Kod neutralnog plamena uočljive su tri različite zone, sl. 3.4. Jezgro oblika konusa ili cilindra (zavisno od načina isticanja gasova), u kojem se odvija dio primarnog sagorjevanja. Pri tome sagorjeva manji dio smješe gasova, dok se veći dio razlaže na ugljenik i vodonik. Oslobođena količina toplote zagrijava slobodni ugljenik stvarajući svjetli omotač jezgra, što daje utisak jarko bjele boje. Srednja zona, oblika klina, gdje se odvija ostatak primarnog sagorjevanja, a počinje i sekundarno sagorjevanje, odnosno oksidacija 2CO i H2 kiseonikom iz vazduha. U ovoj zoni se postiže najviša temperatura plamena (do 3100°C, sl. 7.6a), na 4–6 mm od vrha jezgre, pa se ona koristi za zavarivanje. Stoga se srednja zona zove i zona zavarivanja. Omotač plamena, u kojem se odvija sekundarno sagorjevanje na račun kiseonika iz vazduha. Temperatura u zoni sekundarnog sagorjevanja je znatno niža od maksimalne, sl. 1.3. Boja u ovoj zoni prelazi od plavoljubičaste boje u sredini do žuto-narandžaste na krajevima.

18

Slika 3.4. Šematski izgled plamena (a – oksidišući, b – neutralni, c – redukujući)

U odnosu na neutralni plamen, specifičnosti oksidišućeg plamena su manje jezgro koničnog oblika i manji omotač, sl. 1.3a. Kod redukujućeg plamena jezgro i omotač su veći, a oko jezgra postoji zona oblika pera, sl. 1.3c, koja je bjele boje slično jezgru, pa ih je ponekad teško razlikovati. Količnik dužine ove zone i jezgra odgovara količniku sadržaja acetilena i kiseonika. Smanjenjem sadržaja acetilena ili povećanjem sadržaja kiseonika u plamenu, ova zona se gubi, što se koristi pri vizuelnom podešavanju plamena. Slika 3.5. Izgled oksidirajućeg i redukujućeg plamena (gornji-oksidirajući,donji-

redukujući)

Gasovi koji se javljaju u omotaču plamena i zoni redukcije sprječavaju kiseonik i azot iz vazduha da dopru do rastopljenog metala, što obezbjeđuje njegovu dobru zaštitu. Osim toga u okviru primarnog sagorjevanja ugljenik nepotpuno sagorjeva u ugljen-monoksid, a

19

vodonik ostaje slobodan. Nepotpuno sagorjeli ugljen-monoksid ima veliki afinitet prema kiseoniku, pa mu ne dozvoljava pristup u rastop, a ako se stvore oksidi, ugljen-monoksid ih redukuje. Stoga je veoma važno održavanje propisanog rastojanja između jezgra i površine radnog komada (3–5 mm), jer inače nastaju sljedeće greške: – ako je jezgro suviše blizu rastopljenog metala dobija se oksidirani tvrdi sloj; – ako je jezgro suviše udaljeno, provarivanje je otežano, a pojava gasnih mjehurova česta. Neutralan plamen se koristi za zavarivanje čelika, bakra, nikla i njegovih legura, bronze i olova. Redukujući plamen se primenjuje kada se traži porast ugljenika u zavaru kao npr. kod zavarivanja sivog liva, kao i za zavarivanje aluminijuma i njegovih legura, legura magnezijuma i navarivanja tvrdim legurama. Oksidišući plamen se izbjegava, jer reakcija kiseonika ima veoma štetno djelovanje na svojstva legura, sem kod zavarivanja mesinga gde se višak kiseonika koristi da bi se sprječilo isparavanje cinka. Temperatura plamena sa viškom kiseonika je viša od ostalih vrsta plamena zbog reakcije sagorevanja metala ili prisutnih elemenata, pa se oksidišući plamen ponekad koristi da bi se povećala produktivnost zavarivanja čelika, zbog čega u metalu šava po pravilu nastaju greške tipa oksida. Prema brzini isticanja razlikuju se meki plamen (50–80 m/s) i tvrdi plamen (120–180 m/s), što zavisi od pritiska i protoka gasova. Meki plamen je nestabilan i osetljiv na poja-vu povratnog plamena, a koristi se za zavarivanje visokolegiranih čelika, lakotopljivih metala (Pb, Zn) i za lemljenje. Tvrdi plamen je teško kontrolisati, a česta je pojava izduvavanja rastopljenog metala iz metalne kupke. Stoga se u praksi najčešće koristi srednji plamen sa brzinama isticanja 80–120 m/s. 4. TEHNOLOGIJA GASNOG ZAVARIVANJA 4.1. Propisivanje tehnologije gasnog zavarivanja

Propisivanje tehnologije gasnog zavarivanja uključuje izbor i nagib gorionika, izbor žice za zavarivanje, kao i izbor tehnike i parametara zavarivanja (veličina mlaznice, prečnik žice, brzina zavarivanja, potrošnja acetilena, kiseonika i žice za zavarivanje). Veličina i jačina gorionika se bira na osnovu vrste i debljine osnovnog materijala. Jačina gorionika mjeri se protokom acetilena (l/h). Položaj gorionika značajno utiče na stepen iskorišćenja toplote plamena, kao i na zaštitu rastopa. Iskorišćenje toplote je najveće kod držanja gorionika upravno u odnosu na mesto zavarivanja, sl. 4.1. Ovakav položaj gorionika daje dublje uvarivanje i uži zavar, što je kod debljih materijala povoljnije, kao i bolju zaštitu rastopa. Odstupanje položaja gorionika od upravnog daje znatno pliće uvarivanje i širi zavar, što je povoljnije kod zavarivanja tankih materijala. Kod gasnog zavarivanja najčešće se

20

koriste nagibi gorionika 60–80°, sem kod vrlo tankih limova, gde se koriste manji nagibi, 45–60°, sl. 1.10. Vrsta i prečnik žice se bira u zavisnosti od osnovnog materijala i njegove debljine. Pri tome treba imati u vidu zahtev da se žica topi optimalnom brzinom, ni prebrzo ni presporo u odnosu na topljenje osnovnog materijala. Kod zavarivanja bakra, aluminijuma i njihovih legura, žica se brže topi nego kod zavarivanja čelika, pa se biraju gorionici veće jačine. Iz ovog proizlazi da prečnik žice u odnosu na debljinu osnovnog materijala treba da bude veći nego kod zavarivanja čelika.

Slika 4.1. Uticaj nagiba gorionika na oblik zavara

4.2. Tehnike zavarivanja unaprjed i unazad U zavisnosti od kretanja gorionika i žice postoje dvije tehnike gasnog zavarivanja: unaprijed i unazad (u smislu međusobnog položaja žice i gorionika), sl. 4.2. Ove dvije tehnike se zovu još i ulijevo i udesno, što je odgovarajući naziv samo ako se gorionik drži u desnoj ruci. Tehnika zavarivanja unaprijed se sastoji u sledećem, sl. 4.2.a: Plamen je usmjeren prema ivicama osnovnog metala (žljeba). Žica se drži ispred plamena, njen vrh je blizu mjesta zavarivanja, povremeno se uranja u metalnu kupku i treba da bude u zaštiti plamena. Način vođenje i nagibi žice i gorionika zavise od položaja zavarivanja i debljine osnov-nog metala. U slučaju sučeonog „I“ spoja na tankom limu (do 3 mm), žica se vodi bez poprečnih oscilacija, a gorionik od jednog do drugog kraja žljeba, poprečnim („cik–cak“) ili kružnim kretanjem, dok su im nagibi oko 45°. Tehnika zavarivanja unazad se sastoji u sledećem, sl. 4.2b: Plamen je usmjeren prema metalnoj kupki i ravnomjerno zagrijava i topi osnovni i dodatni materijal. Žica se drži iza plamena, i nalazi se između

21

osnovnog materijala i gorionika. Vrh žice je neprestano uronjen u rastop, pomjera se u krug, i stalno mješa rastop. Način vođenje i nagibi žice i gorionika takođe zavise od položaja zavarivanja i debljine osnovnog metala. U slučaju sučeonog V spoja na limu debljine preko 3 mm, žica je nagnuta pod 45° i pomjera se ukrug od ivice do ivice žljeba, a gorionik je nagnut 45–70°, zavisno od debljine, i kreće se pravolinijski.

Slika 4.2. Tehnika zavarivanja a) unaprijed i b) unazad

Zavarivanje unaprjed je jednostavnije za rad, regulacija metalne kupke je lakša i dobijaju se lijepi i glatki zavari, dok je kod zavarivanja unazad bolje iskorišćenje toplote i bolja zaštita metalne kupke. Zavarivanje unaprjed je sporije, a utrošak acetilena sa povećanjem debljine znatno brže raste nego kod zavarivanja unazad. Ako se materijali veće debljine zavaruju tehnikom unaprjed teško se postiže jednoličan korjen zavara (obično se javljaju prokapljine), a takođe je povećana mogućnost pojave uključaka oksida. Stoga je primjena tehnike zavarivanja unaprjed ograničena na debljine do 5 mm, a za veće debljine se koristi tehnike zavarivanja unazad, jer njene prednosti tada dolaze do izražaja. S druge strane ako se ima u vidu činjenica da se gasni postupak praktično ne koristi za komade veće debljine, jasno je da se tehnika zavarivanja unazad primenjuje veoma rjetko, npr. u nekim varijantama zavarivanja cjevi.

22

Slika 4.3. Ram zavaren gasnim zavarivanjem

5. ZAKLJUČAK Kako je gasno zavarivanje jedno od najstarijih postupaka zavarivanja, ima i široku primjenu. Pojavom novih tehnologija u zadnje vrijeme sve je manje zastupljen. Može se zaključiti da gasno zavarivanje daje širok spektar prednosti i nedostataka. Osnovna prednost gasnog zavarivanja je mogućnost kontrole koju zavarivač ima nad brzinom unošenja toplote, temperaturom u zoni zavarivanja i oksidacijom u atmosferi metala šava. Osim toga, oblik i veličina šava mogu bolje da se kontrolišu, jer se dodatni metal uvodi nezavisno od izvora toplote. U prednosti postupka se ubrajaju i niska cjena opreme, njena pokretljivost i relativno jednostavno rukovanje. S druge strane, količina i koncentracija toplote je manja nego kod ostalih postupaka zavarivanja, pa je za gasno zavarivanje karakteristično duže vrijeme zagrijavanja i hlađenja, usljed čega su strukturne promjene u ZUT izraženije i nepovoljnije. Shodno tome, ovaj postupak je pogodan jedino za zavarivanje tankih limova i cjevi, posebno manjeg prečnika, kao i za njihovo reparaturno zavarivanje.

23

6. LITERATURA [1] [2] [3] [4] [5]

www.wikipedia.com www.scribed.com V.Martinovski, Noviteti u termičkim postupcima obrade, O. Pašić, Zavarivanje, IP „Svijetlost“ d.d. 1998. Institut GOŠA, Postupci zavarivanja i oprema za zavarivanje

24

7. SADRŽAJ 1. UVOD..................................................................................................... ....................1 2. OPREMA ZA GASNO ZAVARIVANJE.........................................................................2 2.1. Boca kisika............................................................................................... ...........2 2.2. Boca acetilena.......................................................................................... ...........4 2.3. Regulacioni ventili............................................................................................... 6 2.4. Gorionici za zavarivanje i rezanje.........................................................................7 2.4.1.Gorionik za zavarivanje..............................................................................7

25

2.4.2.Gorionik za rezanje....................................................................................9 2.5. Dodatni materijali i topitelji...............................................................................11 3. GASNI PLAMEN I GORIVI GASOVI – OSOBINE I PRIMJENA………. ……..………...………...12 3.1. Gorivi gasovi………………………………………………………………………………………… …..12 3.2. Plamen acetilen– kiseonik........................................................................................15 4. TEHNOLOGIJA GASNOG ZAVARIVANJA………………………..……….. ………………...….18 4.1. Propisivanje tehnologije gasnog zavarivanja...........................................................18 4.2. Tehnike zavarivanja unaprjed i unazad.................................................................19 5. ZAKLJUČAK............................................................................................ .................21 6. LITERATURA........................................................................................... ................22 7. SADRŽAJ................................................................................................ .................23