Lučno zavarivanje: Osnovna znanja, postupci zavarivanja i trendovi
Lučno zavarivanje je izuzetno raznovrsno i nezamjenjivo u industriji. Objašnjavamo kako postupci zavarivanja funkcionišu, za šta su najprikladniji i koji su trenutni trendovi u industriji zavarivanja.
O laserskom zavarivanju se mnogo priča i piše. Ova tehnologija je relativno nova i uzbudljiva. Međutim, često se zanemaruju konzervativne, ali važne alternative: postupci zavarivanja svjetlosnim lukom.
„Lasersko zavarivanje je odličan postupak. Omogućava vrlo zanimljive primjene koje su tek s njim postale moguće i koje nisu izvodive sa zavarivanjem svjetlosnim lukom. Ipak, postupci zavarivanja svjetlosnim lukom izrazito dominiraju u industrijskoj primjeni i stoga su veoma važni“, kaže prof. Uwe Reisgen, direktor Instituta za zavarivanje i spajanje na RWTH Aachen, u razgovoru za časopis Produktion. „Procjenjujemo da otprilike 80% svih primjena zavarivanja u industriji spada u područje zavarivanja svjetlosnim lukom. To je ogromno. Lasersko zavarivanje obuhvata možda jedva 10%.“
Dominacija električnog svjetlosnog luka kao izvora energije za zavarivanje rezultat je dugogodišnjeg iskustva, sveobuhvatnih prednosti i brojnih različitih postupaka zavarivanja koji pripadaju ovoj grupi. Ovdje smo za vas saželi najvažnije informacije o zavarivanju svjetlosnim lukom.
Najvažnije o zavarivanju svjetlosnim lukom
- Šta je zavarivanje svjetlosnim lukom?
- Koje vrste zavarivanja svjetlosnim lukom postoje?
- Postupci zavarivanja s taljenjem elektroda
- Zavarivanje metalnim zaštitnim plinom (MIG/MAG zavarivanje)
- Ručno elektrolučno zavarivanje
- Podvodno zavarivanje
- Elektroslakasto zavarivanje
- Zavarivanje zavrtnjima
- Postupci zavarivanja s netaljivim elektrodama
- WIG zavarivanje
- Plazma zavarivanje
- Postupci zavarivanja s taljenjem elektroda
- Za koje primjene je zavarivanje svjetlosnim lukom posebno pogodno?
- Koje su prednosti zavarivanja svjetlosnim lukom?
- Koji su trendovi u zavarivanju svjetlosnim lukom?
- Varijante postupaka za specifične primjene
- Industrija 4.0
- Tehnologija izvora struje
- Održivost
Definicija: Šta je zavarivanje svjetlosnim lukom?
Zavarivanje svjetlosnim lukom je postupak topljenja koji se koristi za spajanje metala. Električni svjetlosni luk, napajan iz izvora struje, stvara intenzivnu toplinu koja spaja metalne dijelove. Može se voditi ručno ili mehanički duž dijelova koji se spajaju.
Svjetlosni luk nastaje između elektrode i osnovnog materijala, pri čemu elektroda može služiti samo za provod struje ili se istovremeno taliti, dodajući dodatni materijal u rastaljeno kupatilo.
Koje vrste zavarivanja svjetlosnim lukom postoje?
Postoji mnogo različitih postupaka i varijanti zavarivanja, ali se mogu svrstati u dvije glavne grupe. Glavna razlika je u tome da li se elektroda tokom postupka zavarivanja tali ili ne.
Postupci zavarivanja s taljenjem elektroda
Najčešće korišteni postupak spajanja u ovoj grupi je zavarivanje metalnim zaštitnim plinom (MSG zavarivanje), poznato i kao MIG/MAG zavarivanje. Kao što naziv sugerira, kod ovog postupka se koristi zaštitni plin kako bi se svjetlosni luk zaštitio od reaktivnog kisika iz okoline. Zaštitni plin istiskuje kisik oko mjesta zavarivanja i na taj način sprječava oksidaciju svjetlosnog luka i rastaljenog metala. MIG zavarivanje koristi smjese plinova koje ne ulaze u hemijsku reakciju s metalom radnog komada. Zbog toga je posebno pogodno za visokolegirane čelike i obojene metale.
Kod MAG zavarivanja koriste se reaktivni plinovi kao zaštitni plin, što ga čini pogodnim za nelegirane ili niskolegirane čelike.
Ručno zavarivanje svjetlosnim lukom (poznato i kao E-ručno zavarivanje ili zavarivanje elektrodama) idealan je postupak za spajanje željeznih ili neželjeznih metala. Koristi se ručno vođena obložena elektroda, čija se obloga tokom zavarivanja tali i oslobađa plin i trosku koji stvaraju zaštitni sloj preko rastaljenog kupatila.
Kod podvodnog zavarivanja koristi se dodatni materijal u obliku automatski dovedenih žičanih ili trakastih elektroda, zajedno s mineralnim, zrnastim prahom. Ovaj postupak omogućava veliku brzinu taljenja, zbog čega je pogodan za debljine limova od otprilike šest milimetara. Kod zavarivanja punjenom žicom također se koristi prah kao dodatni materijal, ali je prah obavijen metalnim omotačem, što omogućava njegovo dodavanje u obliku žice.
Elektroslakasto zavarivanje je vrlo moćno: omogućava zavarivanje radnih komada debljine veće od 25 milimetara u jednom prolazu. Ovaj postupak je sličan podvodnom zavarivanju, ali se elektroslakasto zavarivački prah ponaša kao električni provodnik, čime stvara dodatnu toplinu.
Zavarivanje zavrtnjima, s druge strane, štedi vrijeme jer se svjetlosni luk direktno stvara između radnog komada i zavrtnja ili klinova. U rastaljenom stanju, dva metalna dijela se spajaju uz lagani pritisak. Ovaj postupak je pogodan samo za radne komade koji provode struju.
Postupci zavarivanja s netaljivim elektrodama
Također postoje vrste zavarivanja svjetlosnim lukom s netaljivim elektrodama: zavarivanje volfram-inertnim plinom (skraćeno: WIG zavarivanje) i plazma zavarivanje. Kod WIG zavarivanja koristi se elektroda od čistog ili legiranog volframa, kao i inertni zaštitni plinovi poput argona ili helija. Ovaj postupak je posebno pogodan za legirane čelike i lake metale.
Kod plazma zavarivanja svjetlosni luk se stvara između netaljive elektrode i anode, koje se nalaze unutar gorionika. Plin se u tom procesu ionizira, čime nastaje plazma. Ta plazma se kroz otvor u anodi usmjerava na radni komad. Prednost ovog postupka je uski svjetlosni luk i precizno podesiva dubina penetracije.
Kod svih ovih navedenih postupaka radi se, dakle, samo o grupama postupaka, unutar kojih su dostupne i druge varijante. Raznovrsnost ovih postupaka pokazuje se i kroz širok spektar primjena.
Za koje primjene je zavarivanje svjetlosnim lukom pogodno?
Zbog raznovrsnosti postupaka, zavarivanje svjetlosnim lukom je pogodno za gotovo sve. „Ako su zadovoljeni uvjeti poput materijala koji se može zavarivati, minimalne debljine lima, odgovarajuće opreme za zavarivanje i vještog zavarivača, malo je toga što se ne može zavariti pomoću zavarivanja metalnim zaštitnim plinom ili postupaka zavarivanja svjetlosnim lukom općenito“, kaže profesor Reisgen. Stoga bi bolje pitanje bilo: Za šta je zavarivanje svjetlosnim lukom posebno pogodno?
Zavarivanje s dodatnim materijalom – najbolji izbor je svjetlosni luk
Zavarivanje svjetlosnim lukom se posebno ističe kod primjena koje zahtijevaju dodatni materijal, tj. kada je potrebno popuniti praznine u zavarima ili postići određene metalurške promjene kroz zavarivanje. To je jednostavno i efikasno izvodivo pomoću postupaka zavarivanja svjetlosnim lukom s taljivim elektrodama. „Iako je moguće raditi s dodatnim materijalom i kod laserskog zavarivanja, to je značajno teže“, dodaje Reisgen.
Zahvaljujući mogućnosti dodavanja dodatnog materijala, zavarivanje svjetlosnim lukom je idealno i za popravke. Ostale industrijske primjene uključuju automobilski i brodograđevni sektor, kao i opću mašinsku industriju. Postupci zavarivanja svjetlosnim lukom su također zastupljeni u svim oblastima metaloprerađivačkog zanatstva.
Regulirani sektori u kojima dominira svjetlosni luk
Postoje i sektori gdje svjetlosni luk nema konkurenciju. Primjeri su proizvodnja rezervoara i aparata, kao i čelične konstrukcije u javnim sektorima (mostovi, tornjevi, ograde za stepeništa itd.). U ovim oblastima potrebno je zadovoljiti veliki broj zakonskih zahtjeva definisanih normama i pravilnicima. „U ovom reguliranom sektoru postupci zavarivanja svjetlosnim lukom dominiraju 100%“, ističe Reisgen. „To su oblasti u kojima su metode dugo godina testirane i gdje svaka nova tehnologija mora proći dug proces kvalifikacije i certifikacije.“ Zbog toga laser trenutno nije konkurentan u ovim primjenama.
Laser – dominantan u drugim oblastima
S druge strane, laser dominira u primjenama koje uključuju izuzetno osjetljive ili tanke materijale. „Laser je vrlo efikasan kod ovih materijala jer unosi minimalnu energiju i toplinu tokom zavarivanja“, objašnjava Reisgen. Time se smanjuju negativni efekti zavarivanja na materijal, što je posebno važno kod osjetljivih materijala.
Svjetlosni luk prodire u oblasti gdje dominira lasersko zavarivanje
Postupci zavarivanja svjetlosnim lukom sve više se približavaju laseru kada je riječ o tankim materijalima i osjetljivim materijalima, izvještava stručnjak za zavarivanje, i to zahvaljujući novim postupcima.
Međutim, kada su u pitanju zavarni šavovi koji zahtijevaju izuzetnu preciznost, poput onih u avioindustriji i svemirskoj tehnologiji, laser i elektronsko zavarivanje dominiraju. „U tim slučajevima se često traži preciznost u stotinkama milimetra, što nije moguće postići svjetlosnim lukom“, kaže Reisgen.
Dodatno područje primjene: aditivna proizvodnja
Još jedno polje primjene je aditivna proizvodnja. Iako ovdje laserski postupci uglavnom zauzimaju prvo mjesto, postoje i neki drugi postupci koji funkcionišu sa svjetlosnim lukom. Na primjer, zavarivanje svjetlosnim lukom za primjenu dodatnog materijala (poznato i kao Wire-Arc-Additive-Manufacturing).
Koje su prednosti zavarivanja svjetlosnim lukom?
Najveća prednost postupaka zavarivanja svjetlosnim lukom svakako je fleksibilnost ovih postupaka, a samim tim i raznolikost mogućnosti primjene, što je već ranije opisano. Mogu se zavarivati dijelovi od tankih limova za proizvodnju karoserija pa sve do praktično neograničeno debelih i velikih metalnih dijelova, a spektar materijala koji se mogu zavarivati je ogroman.
Također, oprema je relativno jeftina. „Standardna niskotehnološka oprema za zavarivanje metalnim zaštitnim plinom može se nabaviti za nekoliko hiljada eura“, objašnjava Reisgen. Kod automatiziranih sistema za industriju ili robotskih ćelija za zavarivanje svjetlosnim lukom cijena je u srednjem petocifrenom rasponu. S druge strane, troškovi laserskog zavarivanja brzo rastu i dosežu šestocifrene iznose ili čak više, ako se investira u lasersku opremu za zavarivanje.
Dodatna prednost je to što se postupak može izvoditi ručno od strane zavarivača ili visoko automatizirano uz pomoć robotskih sistema za zavarivanje ili drugih rješenja za automatizaciju. Osim toga, potrebno znanje je obično lakše savladati ili već postoji u kompanijama, za razliku od laserskih postupaka.
Trendovi u zavarivanju svjetlosnim lukom
Iako je zavarivanje svjetlosnim lukom relativno star postupak, stalno dobija novi sjaj zahvaljujući modernim varijantama postupaka. „Posebno unutar zavarivanja metalnim zaštitnim plinom postoji čitav niz podvrsta postupaka koje su različiti proizvođači razvili“, izvještava prof. Uwe Reisgen, direktor Instituta za zavarivanje i spajanje na RWTH Aachen, u razgovoru za časopis Produktion. „To je donijelo ogroman napredak u posljednjih nekoliko godina, uključujući i digitalizaciju.“
Nove varijante postupaka za specifične primjene
Proizvođači opreme za zavarivanje kontinuirano usavršavaju postupke kako bi zavarivanje svjetlosnim lukom postalo čišće i energetski efikasnije.
Primjeri kompanija EWM, Fronius, Cloos i Lorch pokazuju da ove moderne varijante postupaka uglavnom rade s manjom potrošnjom energije i smanjenim unosom topline, što im omogućava da u određenim područjima zaista konkurišu laserskom zavarivanju.
„S modernim varijantama postupaka moguće je značajno pomjeriti granice koje su dugo ostale nepromijenjene“, komentira Reisgen. Zavarivanje svjetlosnim lukom tako pravi korak naprijed ka zavarivanju tanjih materijala, ali i ka značajnom poboljšanju kvaliteta zavara.
Kreiranje interfejsa za rješenja Industrije 4.0
Još jedan trend koji se sada pojavljuje i u industriji zavarivanja je digitalizacija. Mnogo toga se fokusira na rješenja za Industriju 4.0, iako napredak u ovom sektoru ide sporije nego u drugim industrijama, kako objašnjava stručnjak za zavarivanje Reisgen: „U oblasti Industrije 4.0, industrija zavarivanja u cjelini zaostaje jer je vrlo konzervativna.“
Ipak, svi relevantni proizvođači rade na sistemima i interfejsima kako bi svoju opremu integrisali u veće mreže. Glavni cilj je omogućiti da se podaci o procesu zavarivanja prenesu u šire sisteme i tamo dalje obrađuju.
Primjer za to je Xnet od kompanije EWM. To je sistem za upravljanje zavarivanjem prilagođen Industriji 4.0. Ova rješenja omogućavaju objedinjeno upravljanje proizvodnjom, planiranjem, upravljanjem kvalitetom, nadzorom zavarivanja i administracijom. Time se poboljšavaju i ekonomičnost i kvalitet. Ovo se postiže, između ostalog, prikupljanjem i analizom podataka o zavarivanju u realnom vremenu, čime se sprječavaju greške. Pored EWM uređaja, u ovaj sistem se mogu integrisati i uređaji drugih proizvođača.
Tehnologija izvora struje postaje sve digitalnija
Pored globalno aktuelne teme Industrije 4.0, digitalizacija u oblasti zavarivanja također uključuje digitalno upravljanje izvorima struje. Zahvaljujući naprednoj tehnologiji izvora struje, moderne varijante postupaka zavarivanja, spomenute ranije, postale su moguće. „Tehnologija izvora struje sada je na nivou razvoja gdje se dovod energije može praktično slobodno programirati“, kaže stručnjak za zavarivanje. „To znači da je u ovu tehnologiju ugrađeno mnogo elektronike i softvera.“
Primjenom ovih trendova, zavarivanje svjetlosnim lukom ulazi u dodatna područja primjene koja su ranije bila pod dominacijom drugih postupaka zavarivanja. Zbog toga korisnici sada imaju širi izbor među različitim tehnologijama.
Održivost postaje sve značajnija
Kao postupak koji se često koristi u proizvodnji, tehnologija zavarivanja također mora raditi na održivosti. Zavarivanje svjetlosnim lukom troši energiju i proizvodi zavarivački dim, trosku i druge otpatke koji mogu opteretiti okoliš. Smanjenjem potrošnje energije, otpada i emisija, moguće je umanjiti negativan utjecaj zavarivanja na okoliš.
Proizvođači su to već prepoznali. „Održivost razumijemo kao crvenu nit u zavarivanju“, kaže Boyan Ivanov, tehnički direktor prodaje u kompaniji EWM. „Ta nit se proteže od proizvodnje uređaja, preko energetske efikasnosti i integracije održivijih postupaka zavarivanja, pa sve do njegovog odlaganja i ponovne upotrebe materijala.“
Efikasnom upotrebom materijala i energije mogu se sačuvati prirodni resursi i smanjiti ekološki otisak procesa zavarivanja. Uz to, ovakvi napori često istovremeno povećavaju ekonomičnost i omogućavaju kompanijama konkurentsku prednost nudeći ekološki prihvatljive proizvode i pokazujući svoju posvećenost održivosti prema kupcima.
Dodatna često postavljana pitanja o zavarivanju svjetlosnim lukom
Koji materijali se mogu povezati zavarivanjem svjetlosnim lukom?
Zavarivanje svjetlosnim lukom može se koristiti za širok spektar materijala, uključujući čelik, nehrđajući čelik, aluminij i bakarne legure.
Koje sigurnosne mjere treba poduzeti kod zavarivanja svjetlosnim lukom?
Kod zavarivanja svjetlosnim lukom važno je koristiti odgovarajuću zaštitnu opremu kako bi se spriječile povrede. To uključuje zaštitne naočale, kacigu, rukavice za zavarivanje i zaštitno odijelo. Također je važno osigurati da je radni prostor dobro ventiliran kako bi se izbjeglo udisanje otrovnih isparenja.
Koliko vremena je potrebno da se nauči zavarivanje svjetlosnim lukom?
Vrijeme potrebno za učenje zavarivanja svjetlosnim lukom varira ovisno o individualnim sposobnostima i stilu učenja. Međutim, obično je potrebno nekoliko mjeseci da bi se savladale osnove postupka i razvila čvrsta tehnika zavarivanja.
. . .
Tekst Stručno znanje o zavarivanju s lučnim zavarivanjem preveden je sa portala Produktion.
