Pored procesnih faktora, i drugi faktori procesa zavarivanja, kao što su veličina žlijeba i veličina zazora, ugao nagiba elektrode i obratka, te prostorni položaj spoja, također mogu utjecati na formiranje i veličinu zavara.
Utjecaj struje zavarivanja na formiranje zavara
Pod određenim uslovima, kako se struja elektrolučnog zavarivanja povećava, dubina prodiranja i ojačanje zavarenog šava se povećavaju, a širina zavara se neznatno povećava. Razlozi su sljedeći:
1) Kako se struja zavarivanja povećava, povećava se sila luka koja djeluje na zavareni spoj, povećava se unos topline luka u zavareni spoj, a položaj izvora topline pomiče se prema dolje, što pogoduje provođenju topline u smjeru dubine rastopljenog kupatila i povećava dubinu prodiranja. Dubina prodiranja je približno proporcionalna struji zavarivanja. Dubina prodiranja zavara H je približno jednaka Km × I. U formuli, Km je koeficijent prodiranja (broj milimetara za koji se dubina prodiranja zavara povećava kada se struja zavarivanja poveća za 100 A), koji je povezan s metodom elektrolučnog zavarivanja, promjerom žice, vrstom struje itd., kao što je prikazano u Tabeli 1-1.
| metode elektrolučnog zavarivanja | prečnik elektrode/mm | struja zavarivanja/A | napon/V | brzina zavarivanja/mh-1 | koeficijent prodiranja/m m-100A-1 |
zavarivanje volframom i argonom | 3.2 | 100~350 | 10~16 | 6~18 | 0,8~1,8 |
plazma elektrolučno zavarivanje | Otvor mlaznice 1,6 | 50~100 | 20~26 | 10~60 | 1,2~2 |
| Otvor mlaznice 3,4 | 220~300 | 28~36 | 18~30 | 1,5~2,4 |
| | 2 | 200~700 | 32~40 | 15~100 | 1,0~1,7 |
| 5 | 450~1200 | 34~44 | 30~60 | 0,7~1,3 |
zavarivanje argonom s elektrodom za fuziju | 1,2~2,4 | 210~550 | 24~42 | 40~120 | 1,5~1,8 |
| CO2 zavarivanje | 0,8~1,6 | 70~300 | 16~23 | 30~150 | 0,8~1,2 |
| 2~4 | 500~900 | 35~45 | 40~80 | |
Tabela 1-1 Koeficijent dubine topljenja Km za različite metode i parametre elektrolučnog zavarivanja (čelik za zavarivanje)
2) Brzina topljenja jezgre za zavarivanje ili žice za zavarivanje kod elektrolučnog zavarivanja proporcionalna je struji zavarivanja. Budući da povećanje struje zavarivanja kod elektrolučnog zavarivanja dovodi do povećanja brzine topljenja žice za zavarivanje, količina rastopljene žice za zavarivanje se povećava približno proporcionalno, dok se širina zavara manje povećava, pa se pojačanje zavara povećava.
3) Nakon povećanja struje zavarivanja, promjer stupca luka se povećava. Međutim, dubina na kojoj luk prodire u radni komad se povećava, a raspon kretanja točke luka je ograničen. Stoga je povećanje širine zavara relativno malo.
Kod zavarivanja metala u zaštitnoj atmosferi inertnog plina (MIG), kada se struja zavarivanja poveća, dubina prodiranja zavara se povećava. Ako je struja zavarivanja prevelika, a gustoća struje previsoka, sklona je pojavi prstastog prodiranja, posebno pri zavarivanju aluminija.
Utjecaj napona luka na formiranje zavara
Pod određenim uslovima, kada se napon luka poveća, snaga luka se povećava, a time se povećava i unos toplote u zavareni spoj. Međutim, povećanje napona luka postiže se povećanjem dužine luka. Povećanje dužine luka dovodi do povećanja radijusa izvora toplote luka i povećanja rasipanja toplote luka. Kao rezultat toga, gustina energije koja se dovodi u zavareni spoj se smanjuje, pa se dubina prodiranja neznatno smanjuje, dok se širina zavarenog spoja povećava. Istovremeno, budući da struja zavarivanja ostaje nepromijenjena, a količina topljenja žice za zavarivanje nepromijenjena, ojačanje zavarenog spoja se smanjuje.
Kod različitih metoda elektrolučnog zavarivanja, da bi se postiglo pravilno formiranje zavara, odnosno da bi se održao odgovarajući koeficijent formiranja zavara φ, potrebno je odgovarajuće povećati napon luka, dok se struja zavarivanja povećava. Potrebno je da napon luka i struja zavarivanja imaju odgovarajući odnos usklađivanja. Ovo je najčešće kod elektrolučnog zavarivanja potrošnom elektrodom.
Utjecaj brzine zavarivanja na formiranje zavara
Pod određenim uslovima, povećanje brzine zavarivanja dovest će do smanjenja unosa toplote zavarivanja, čime se smanjuje i širina zavara i prodiranje. Budući da je količina nanesene žice po jedinici dužine zavara obrnuto proporcionalna brzini zavarivanja, to također dovodi do smanjenja ojačanja zavara.
Brzina zavarivanja je važan pokazatelj za procjenu produktivnosti zavarivanja. Da bi se poboljšala produktivnost zavarivanja, brzina zavarivanja treba se povećati. Međutim, da bi se osigurala veličina zavara potrebna u konstrukcijskom dizajnu, uz povećanje brzine zavarivanja, struja zavarivanja i napon luka trebaju se shodno tome povećati. Ove tri veličine su međusobno povezane. Istovremeno, treba uzeti u obzir i da se pri povećanju struje zavarivanja, napona luka i brzine zavarivanja (tj. korištenjem luka za zavarivanje velike snage i zavarivanja velikom brzinom zavarivanja) mogu pojaviti nedostaci zavarivanja poput podrezanja i pukotina tokom formiranja rastopljenog kupatila i procesa skrućivanja rastopljenog kupatila. Stoga je povećanje brzine zavarivanja ograničeno.
Utjecaj vrste i polariteta struje zavarivanja i veličine elektrode na formiranje zavara
1. Vrste i polariteti struje zavarivanja
Vrste struje zavarivanja dijele se na istosmjernu i naizmjeničnu struju. Među njima, zavarivanje istosmjernom strujom dalje se dijeli na konstantnu istosmjernu struju i pulsirajuću istosmjernu struju prema tome da li postoji puls u struji; dijeli se na istosmjernu struju s pozitivnim priključkom (zavareni spoj je spojen na pozitivan pol) i istosmjernu struju s inverznim priključkom (zavareni spoj je spojen na negativan pol) prema polaritetu. Zavarivanje naizmjeničnom strujom dalje se dijeli na sinusnu naizmjeničnu struju i pravokutnu naizmjeničnu struju prema različitim oblicima valnih oblika struje. Vrsta i polaritet struje zavarivanja mogu utjecati na količinu topline koja se dovodi iz luka u zavareni spoj, tako da mogu utjecati na formiranje zavara. Istovremeno, mogu utjecati i na proces prijenosa kapljica i uklanjanje oksidnog filma na površini osnovnog metala.
Kada se volframovo elektrolučno zavarivanje u inertnom plinu koristi za zavarivanje metalnih materijala poput čelika i titana, prodiranje zavara je najveće kada se jednosmjerna struja spoji u pozitivnom smjeru, prodiranje je najmanje kada se jednosmjerna struja spoji u suprotnom smjeru, a naizmjenična struja je između te dvije. Budući da je prodiranje zavara najveće kada se jednosmjerna struja spoji u pozitivnom smjeru, a volframova elektroda ima najmanji gubitak sagorijevanja, pozitivni priključak jednosmjerne struje treba koristiti kada se volframovo elektrolučno zavarivanje u inertnom plinu koristi za zavarivanje metalnih materijala poput čelika i titana. Kada se koristi pulsno zavarivanje jednosmjernom strujom, budući da se parametri pulsa mogu podešavati, veličina zavara se može kontrolirati po potrebi. Kada se volframovo elektrolučno zavarivanje u inertnom plinu koristi za zavarivanje aluminija, magnezija i njihovih legura, potrebno je koristiti učinak čišćenja katode luka kako bi se očistio oksidni film na površini osnovnog metala. Naizmjenična struja je bolja. Budući da se parametri valnog oblika pravokutne naizmjenične struje mogu podešavati, učinak zavarivanja je bolji.
Kod plinskog elektrolučnog zavarivanja, kada je istosmjerna struja spojena u suprotnom smjeru, prodiranje i širina zavara su veći nego kod pozitivnog priključka istosmjerne struje. Prodiranje i širina zavara naizmjenične struje su između ta dva. Stoga se kod zavarivanja pod praškom, obrnuti priključak istosmjerne struje obično koristi za postizanje većeg prodiranja; dok se kod zavarivanja pod praškom, pozitivni priključak istosmjerne struje koristi za smanjenje prodiranja. Kod plinskog elektrolučnog zavarivanja sa zaštitnim plinom, budući da obrnuti priključak istosmjerne struje ne samo da ima veliku dubinu prodiranja, već su i luk za zavarivanje i proces prijenosa kapljica stabilniji nego kod pozitivnog priključka istosmjerne struje i naizmjenične struje, te ima učinak čišćenja katode, široko se koristi. Pozitivni priključak istosmjerne struje i naizmjenična struja se uglavnom ne koriste.
2. Utjecaj oblika vrha volframove elektrode, promjera žice za zavarivanje i dužine produžetka
Ugao i oblik prednjeg kraja tun, gsten elektrode imaju veći uticaj na koncentraciju luka i pritisak luka. Treba ih odabrati prema struji zavarivanja i debljini radnog komada. Općenito, što je luk koncentriraniji i pritisak luka veći, to je veća formirana dubina prodiranja, dok se širina zavara shodno tome smanjuje.
Kod plinskog elektrolučnog zavarivanja, kada je struja zavarivanja konstantna, što je žica za zavarivanje tanja, to je zagrijavanje luka koncentriranije, dubina prodiranja se povećava, a širina zavara se smanjuje. Međutim, pri odabiru promjera žice za zavarivanje u stvarnim projektima zavarivanja, treba uzeti u obzir i jačinu struje i morfologiju zavarivačke kupke kako bi se izbjeglo loše formiranje zavara.
Kada se dužina izduženja žice kod plinskog elektrolučnog zavarivanja poveća, povećava se i otporna toplina koju stvara struja zavarivanja koja prolazi kroz produženi dio žice, što dovodi do povećanja brzine topljenja žice. Stoga se pojačanje zavara povećava, dok se dubina prodiranja donekle smanjuje. Zbog relativno velikog otpora čeličnih žica za zavarivanje, utjecaj dužine izduženja žice na formiranje zavara relativno je očit kod zavarivanja čeličnim i finim žicama. Otpor aluminijskih žica za zavarivanje je relativno mali, tako da njegov utjecaj nije značajan. Iako povećanje dužine izduženja žice može poboljšati koeficijent topljenja žice, uzimajući u obzir sveobuhvatno aspekte stabilnosti topljenja žice i formiranja zavara, postoji dozvoljeni raspon varijacija za dužinu izduženja žice.
Utjecaj drugih procesnih faktora na faktore formiranja zavara
Pored gore navedenih faktora procesa, i drugi faktori procesa zavarivanja, kao što su veličina žlijeba i veličina zazora, ugao nagiba elektrode i obratka, te prostorni položaj spoja, također mogu utjecati na formiranje i veličinu zavara.
1. Žljeb i razmak
Prilikom zavarivanja sučeonih spojeva elektrolučnim zavarivanjem, obično se određuje da li treba rezervisati razmak, veličina razmaka i oblik otvorenog žlijeba u skladu s debljinom ploče za zavarivanje. Pod određenim drugim uvjetima, što je veća veličina žlijeba ili razmaka, to je manja armatura zavarenog vara, što je ekvivalentno smanjenju položaja zavara. U ovom trenutku, omjer fuzije se smanjuje. Stoga, ostavljanje razmaka ili otvaranje žlijeba može se koristiti za kontrolu veličine armature i podešavanje omjera fuzije. U usporedbi s ostavljanjem razmaka i neostavljanjem razmaka i otvaranjem žlijeba, uvjeti odvođenja topline kod ova dva su donekle različiti. Općenito govoreći, uvjeti kristalizacije pri otvaranju žlijeba su povoljniji.
2. Nagib elektrode (žice za zavarivanje)
Tokom elektrolučnog zavarivanja, prema odnosu između smjera nagiba elektrode i smjera zavarivanja, ono se dijeli na dvije vrste: nagib elektrode prema naprijed i nagib elektrode prema nazad. Kada je žica za zavarivanje nagnuta, osa luka je također nagnuta u skladu s tim. Kada je žica za zavarivanje nagnuta prema naprijed, učinak sile luka na ispuštanje rastopljenog metala iz kupke prema nazad se slabi. Sloj tekućeg metala na dnu rastopljene kupke postaje deblji, dubina prodiranja se smanjuje, dubina na kojoj luk prodire u zavareni spoj se smanjuje, raspon kretanja tačke luka se proširuje, širina zavara se povećava, a ojačanje se smanjuje. Što je manji ugao nagiba žice za zavarivanje prema naprijed α, to je ovaj utjecaj očigledniji. Kada je žica za zavarivanje nagnuta unazad, situacija je suprotna. Kod zavarivanja zaštićenim metalom, uglavnom se primjenjuje metoda nagiba elektrode prema nazad, a ugao nagiba α između 65° i 80° je relativno prikladan.
3. Nagib zavarenog komada
Nagib zavara se često susreće u stvarnoj proizvodnji i može se podijeliti na uzbrdo zavarivanje i nizbrdo zavarivanje. U ovom trenutku, pod djelovanjem gravitacije, rastopljeni metal kupke teži da teče prema dolje duž nagiba. Kod uzbrdo zavarivanja, gravitacija pomaže da se rastopljeni metal kupke ispusti na kraj rastopljenog kupke, tako da je prodiranje duboko, širina zavara uska, a armatura visoka. Kada je ugao uzbrdo α od 6° do 12°, armatura je prevelika i lako se stvaraju podrezi na obje strane. Kod nizbrdo zavarivanja, ovaj efekat sprečava da se rastopljeni metal kupke ispusti na kraj rastopljenog kupke. Luk ne može duboko zagrijati metal na dnu rastopljenog kupke, prodiranje se smanjuje, raspon kretanja tačke luka se širi, širina zavara se povećava, a armatura se smanjuje. Ako je ugao nagiba zavara prevelik, to će dovesti do nedovoljnog prodiranja i prelijevanja rastopljenog tekućeg metala kupke.
4. Materijal za zavarivanje i debljina
Prodiranje zavara povezano je sa strujom zavarivanja, kao i sa toplinskom provodljivošću i volumetrijskim toplinskim kapacitetom materijala. Što je bolja toplinska provodljivost materijala i veći volumetrijski toplinski kapacitet, to je potrebno više topline da se otopi jedinica zapremine metala i povisi temperatura za isti iznos. Stoga će se, pod određenim drugim uvjetima, kao što je struja zavarivanja, dubina prodiranja i širina zavara smanjiti. Što je veća gustoća ili viskoznost tekućine materijala, to je luku teže istisnuti tekući rastopljeni metal iz kupke, a prodiranje zavara pliće. Debljina zavarenog dijela utječe na provođenje topline unutar zavarenog dijela. Kada su ostali uvjeti isti, kako se debljina zavarenog dijela povećava, povećava se i odvođenje topline, a smanjuju se i širina zavara i dubina prodiranja.
5. Fluks, premaz elektrode i zaštitni plin
Različiti sastavi fluksa ili premaza elektroda dovode do različitih padova napona na elektrodnim područjima luka i različitih gradijenata potencijala stupca luka, što će neminovno utjecati na formiranje zavara. Kada fluks ima nisku gustoću, veliku veličinu čestica ili malu visinu slaganja, pritisak oko luka je nizak, stupac luka se širi, a tačka luka ima veliki raspon kretanja. Stoga je prodiranje malo, širina zavara velika, a ojačanje malo. Kada se za zavarivanje debelih radnih komada koristi elektrolučno zavarivanje velike snage, korištenje fluksa sličnog plovućcu može smanjiti pritisak luka, smanjiti prodiranje i povećati širinu zavara. Osim toga, troska za zavarivanje treba imati odgovarajuću viskoznost i temperaturu topljenja. Ako je viskoznost previsoka ili je temperatura topljenja relativno visoka, troska će imati slabu ventilaciju i lako je formirati mnoga udubljenja na površini zavara, što rezultira lošim formiranjem površine zavara.
Sastav zaštitnih plinova za elektrolučno zavarivanje (kao što su Ar, He, N2, CO2) je različit, a različita su i njihova fizička svojstva poput toplinske provodljivosti. Zbog toga se pad napona u polarnom području luka i gradijent potencijala stupca luka, provodni presjek stupca luka, sila protoka plazme i raspodjela specifičnog toplinskog fluksa razlikuju. Svi ovi faktori utječu na formiranje zavarenih šavova.
Ukratko, postoji mnogo faktora koji utiču na formiranje zavara. Da bi se postiglo dobro formiranje zavara, potrebno je odabrati odgovarajuće metode zavarivanja i uslove zavarivanja u skladu sa materijalom i debljinom zavarenog dijela, prostornim položajem zavara, oblikom spoja, uslovima rada, zahtjevima za performanse spoja i veličinom zavara. Istovremeno, najvažnije je stav zavarivača prema zavarivanju! U suprotnom, formiranje zavara i njegove performanse možda neće ispuniti zahtjeve, pa čak se mogu pojaviti i razni nedostaci zavarivanja.
