Elektrolučno zavarivanje: osnove, procesi zavarivanja i trendovi

Facebook Twitter LinkedIn

Postoji mnogo različitih varijanti elektrolučnog zavarivanja. Objašnjavamo kako rade, za šta su najprikladniji i koji su trenutni trendovi u industriji tehnologije zavarivanja.

DIO I / Pod pokroviteljstvom FRONTLINE-a /

Mnogo se govori i piše o zavarivanju laserskim snopom. Još uvijek je relativno novo i uzbudljivo. Konzervativne, ali važne alternative često se gube iz vida: procesi elektrolučnog zavarivanja.

Elektrolučno zavarivanje se može izvesti na mnogo različitih načina: bilo da se radi o ručnom zavarivanju, zavarivanju pod troskom ili TIG zavarivanju – objašnjavamo najvažnija svojstva procesa

“Lasersko zavarivanje je sjajan proces. Postoje vrlo zanimljive primjene koje su moguće samo s njim i koje nikako ne bi funkcionisale kod elektrolučnog zavarivanja. Ipak, procesi elektrolučnog zavarivanja dominiraju u industrijskim primjenama i stoga su vrlo važni”, kaže prof. Uwe Reisgen, šef Instituta za tehnologiju zavarivanja i spajanja u RWTH Aachen, u razgovoru za PRODUKTION. “Procjenjujemo da elektrolučno zavarivanje čini oko 80 posto svih primjena zavarivanja u industriji. To je ogroman udio. Lasersko zavarivanje čini nešto manje od deset posto.”

Činjenica da je električni luk tako dominantan kao izvor energije u zavarivanju dijelom je posljedica dugogodišnjeg iskustva, sveobuhvatnih prednosti i mnogih različitih procesa zavarivanja koji pripadaju ovoj grupi. Ovdje smo za vas saželi najvažnije informacije o elektrolučnom zavarivanju.

Definicija: Šta je elektrolučno zavarivanje?

Elektrolučno zavarivanje je proces fuzionog zavarivanja koji se koristi za spajanje metala. Električni luk napajan iz izvora energije stvara intenzivnu toplotu koja spaja metalne dijelove. Može se voditi ručno ili mehanički duž dijelova koji se spajaju.

Luk se stvara između elektrode i osnovnog materijala, pri čemu elektroda ili samo provodi struju ili se topi u isto vrijeme i predstavlja dodatni materijal za metalnu kupku.

Koje vrste elektrolučnog zavarivanja postoje?

Postoji mnogo različitih procesa zavarivanja i varijanti procesa, ali oni se mogu podijeliti u sveobuhvatne grupe. Glavna razlika je da li se elektroda topi ili ne tokom procesa zavarivanja.

Proces zavarivanja topivim elektrodama

Najčešće korištena metoda spajanja sa potrošnim elektrodama je zavarivanje metala u zaštiti inertnog gasa (ukratko: MSG zavarivanje), koje je takođe poznato kao MIG/MAG zavarivanje. Kao što ime govori, ovi procesi koriste zaštitni gas za zaštitu luka od reaktivnog kisika u okolini. Zaštitni gas istiskuje kisik oko mjesta zavarivanja i na taj način spriječava oksidaciju na luku i zavaru.

MIG zavarivanje koristi mješavine gasova koje ne stupaju u hemijske reakcije sa metalom radnog komada. To ga čini posebno pogodnim za visokolegirane čelike i obojene metale.

Pri MAG zavarivanju, reaktivni gasovi se koriste kao zaštitni gas, što je dobro za nelegirane ili niskolegirane čelike.

*Ovako MIG/MAG postupci zavarivanja izgledaju u praksi. Ovdje se koristi MicorMIG sistem za zavarivanje*

Ručno elektrolučno zavarivanje (također MMA zavarivanje ili zavarivanje elektrodama) je idealan proces za spajanje crnih i obojenih metala. Koristi se ručno vođena elektroda, čiji se premaz topi tokom zavarivanja, oslobađajući plin i šljaku koji prekrivaju metalnu kupku kako bi zaštitili zavar.

Kod zavarivanja pod troskom, mineralni, granulirani prah se koristi kao dodatni materijal pored automatski napajanih žičanih ili trakastih elektroda. Rezultat je visoka stopa topljenja, zbog čega je postupak pogodan za limove debljine od oko šest milimetara. Prah se takođe koristi kao materijal ispune za zavarivanje žicom sa jezgrom, ali je prekriven metalnim omotačem tako da se može ubaciti kao žica.

Zavarivanje elektrošljakom je snažno: sa njim se u jednom prolazu mogu zavariti predmeti debljine više od 25 milimetara. Proces je sličan zavarivanju pod troskom, ali tok elektrošljake je električno provodljiv, stvarajući dodatnu toplotu.

Zavarivanje klinova, s druge strane, štedi mnogo vremena jer se luk zapaljuje direktno između radnog komada i klinova. U stanju topljenja, dva metalna dijela se spajaju laganim pritiskom. Proces je prikladan samo za električno provodljive obratke.

Proces zavarivanja sa netopivim elektrodama

Postoje i vrste elektrolučnog zavarivanja sa elektrodama koje se ne troše: zavarivanje volframskom elektrodom u zaštiti inertnog gasa (skraćeno TIG zavarivanje) i plazma zavarivanje. TIG zavarivanje koristi čistu ili legiranu volframovu elektrodu i inertne zaštitne gasove poput argona ili helijuma. Proces spajanja je posebno pogodan za legirane čelike ili lake metale. Kod plazma zavarivanja, luk se stvara između netopiva elektrode i anode smještene u gorioniku. Tamo se gas ionizira, što zatim stvara plazmu. Ova plazma se usmjerava na radni predmet kroz rupu na anodi. Prednost procesa je uski stub luka i precizno podesiva dubina prodiranja.

Kao što je već spomenuto, svi navedeni procesi su samo grupe procesa unutar kojih su dostupne dalje varijante. Dakle, raznolikosti ne nedostaje, što pokazuju i područja primjene.

Za koje je primjene prikladno elektrolučno zavarivanje?

Zbog raznovrsnosti procesa, pogodan je za gotovo sve primjene. „S obzirom na materijal koji se može zavariti, minimalnu debljinu komada, odgovarajuću opremu za zavarivanje i dobrog zavarivača, malo je toga što se ne može zavariti elektrolučnim zavarivanjem metala ili procesima elektrolučnog zavarivanja općenito“, napominje Reisgen. Stoga bi se prije trebalo postaviti pitanje: Za šta je elektrolučno zavarivanje posebno pogodno?

Prilikom zavarivanja sa materijalom ispune, električni luk je najbolji izbor.

Elektrolučno zavarivanje ističe se u primjenama s materijalom ispune, odnosno kada je cilj popuniti praznine sa zavarom ili metalurški intervenirati sa zavarom. Ovo se može dobro i lako uraditi korištenjem postupka elektrolučnog zavarivanja sa topivim elektrodama. “Možete raditi i sa materijalom ispune pri zavarivanju laserskim snopom, ali to je mnogo teže”, komentirao je Reisgen.

Zahvaljujući mogućnosti zavarivanja materijala ispune, elektrolučno zavarivanje je pogodno i za popravke. Ostala moguća područja primjene u industrijskom okruženju su, na primjer, konstrukcija vozila i brodova ili mašinstvo općenito. Elektrolučni procesi su takođe zastupljeni u svim oblastima metaloprerađivačke djelatnosti.

Kontroliranom površinom dominira električni luk.

Postoje i oblasti u kojima čak nije bilo konkurencije za električni luk. Reisgen kao primjer navodi konstrukciju kontejnera i aparata i čelične konstrukcije u javnom sektoru (mostovi, tornjevi, ograde itd.). U ovoj oblasti postoji mnogo zakonskih uslova koji moraju biti ispunjeni, a koji su definisani standardima i propisima. „U ovoj regulisanoj oblasti 100 % dominiraju procesi elektrolučnog zavarivanja“, kaže čelnik instituta. „To su područja primjene koja su osigurana već dugi niz godina i u kojima svaka nova procedura mora proći kroz dug proces kvalifikacije i certifikacije.“ Stoga laser još uvijek nije konkurent u ovim aplikacijama.

U drugim područjima, međutim, laser je vrlo dominantan. „Laser je veoma moćan kada su u pitanju izuzetno osjetljivi materijali ili materijali sa tankim zidovima“, objašnjava Reisgen. To bi bilo zbog toga što laserski zraci uzrokuju samo mali unos energije ili toplote tokom zavarivanja. Time se minimiziraju negativni efekti zavarivanja na materijal, što je posebno važno za osjetljive materijale.

Električni luk prodire u polja u kojima dominira laserski snop.

Međutim, postupci lučnog zavarivanja sve su bliži laseru kada su u pitanju tanki materijali i osjetljivi materijali, izvještava stručnjak za tehnologiju zavarivanja, i to s novim postupcima.

Osim kada su u pitanju zavareni šavovi koji zahtijevaju najviši nivo preciznosti, kao što je to u avio industriji, gdje su zavarivanje laserskim i elektronskim snopom dominantni. “Često je potrebna preciznost u rasponu stotih dijelova milimetra, a to ne možete postići električnim lukom”, kaže Reisgen.

Drugo polje primjene je aditivna proizvodnja. I ovdje su laserske metode uglavnom u prvom planu, ali postoje i neke druge koje rade s električnim lukom.

Koje su prednosti elektrolučnog zavarivanja?

Najveća prednost postupaka elektrolučnog zavarivanja je svakako fleksibilnost postupaka, a samim tim i raznolikost mogućih primjena koje su gore opisane. Zavarljive komponente se kreću od tankog lima za konstrukciju karoserije do gotovo beskonačno debelih i velikih metalnih dijelova, a raspon zavarljivih metala je ogroman.

Osim toga, oprema je relativno jeftina. “Možete imati standardni niskotehnološki sistem za elektrolučno zavarivanje metala u zaštiti gasa za nekoliko hiljada eura”, objašnjava Reisgen. U slučaju automatiziranog sistema za industriju ili robotske ćelije za elektrolučno zavarivanje, radi se o redu veličine nekih srednjih petocifrenih brojki . Sa laserom, s druge strane, brzo postaje skupo, jer troškovi brzo odlaze u red veličine od šest cifara ili čak i više ako investirate u sistem zavarivanja laserskim snopom.

Još jedna prednost je što se proces može izvoditi ručno od strane zavarivača ili vrlo automatizirano pomoću robota za zavarivanje ili drugih rješenja za automatizaciju. Osim toga, pravo znanje i obuku je obično lakše steći ili je već dostupno u kompanijama nego što je to slučaj kod laserskog zavarivanja.