Kako funkcionira zavarivanje?

Neboderi, egzotični automobili, lansiranja raketa - određene stvari jednostavno privlače vašu pažnju. Zavarivanje, po svemu sudeći, nije jedan od njih. Možda ste proveli cijeli svoj život bez da ste ikada razmišljali o toj temi. Sigurno će vas iznenaditi podatak da zavarivanje utječe prema nekim procjenama na čak 50 posto bruto nacionalnog proizvoda Sjedinjenih Američkih Država . Bez zavarivanja ni jedan od onih nevjerojatnih nebodera, automobila ili raketa ne bi postojali.

Zavarivanje je u svojoj srži jednostavno način povezivanja dva komada metala. Iako postoje i drugi načini za spajanje metala (zakivanje, lemljenje...), zavarivanje je postalo prvi izbor zbog svoje snage, učinkovitosti i svestranosti.

Postoji mnogo različitih metoda zavarivanja, a nove se otkrivaju. Neki postupci koriste toplinu da bi se u osnovi otopila dva komada metala, često dodavajući "punilo" u zglob kako bi djelovalo kao vezivno sredstvo. Druge se metode oslanjaju na pritisak da se metal veže zajedno, a neke koriste kombinaciju topline i tlaka. Za razliku od lemljenja, gdje se metalni dijelovi koji se spajaju ostaju nepromijenjeni, proces zavarivanja uvijek mijenja materjal koji se spaja.

Ovo se može činiti donekle nevažnim, ali je ključno za razumijevanje zašto zavarivanje proizvodi tako snažne spojeve. U postupcima lemljenja i lemljenja spojeni su dva komada metala uvođenjem trećeg materijala (s nižom točkom taljenja) u smjesu. Dodavanje tog trećeg materijala između površina originalnih komada vezuje komade zajedno. Veza je, međutim, jaka koliko i spojni materijal. Zavarivanje, s druge strane, eliminira posrednika i spaja originalne komade izravno jedne s drugima. Rezultat je snažna, kohezivna veza koja je često snažna kao i sam materijal.

U ovom članku ćemo pažljivije pogledati kako točno funkcionira zavarivanje. Također ćemo ispitati neke od brojnih sutiacija gdje se koristi zavarivanje, uz stručnost i opremu koja je potrebna kako bi se sve to moglo dogoditi. Ali prije nego što radimo, pogledajmo gdje je sve počelo.

Sa svim strojevima uključenim u procese zavarivanja, možda razmišljate o zavarivanju kao relativno novom procesu. U stvarnosti zavarivanje je prisutno već tisućama godina. Rani primjeri zavarivanja pronađeni su na lokacijama u rasponu od Irske do Indije, a neki datiraju iz brončanog doba. Naravno, ove civilizacije nisu imale veliku količinu alata i strojeva kojima zavarivači sada imaju pristup. Kako su uspjeli zavarivati?

Postupak koji su koristili poznat je kao kovanje. Da bi započeli proces, kovači bi zagrijali metal dok ne postane svijetlo crvene boje (ali još uvijek nije u tekućem stanju). Kovači bi zatim stavili dva komada, malo preklopljena, na nakovanj i zakovali ih zajedno. Zakivanje ima više ograničenja. Samo relativno meki metali mogu se zakivati jedan za drugog i proces je vrlo naporan. Na mjestima bez struje, međutim, postupak se i dalje koristi.

Kovanje je bila jedina mogućnost sve do 19. stoljeća. Međutim, s početkom industrijske revolucije, brojna otkrića gurnula su razvoj zavarivanja. Istraživanje električne energije donijelo je elektrode i električne lukove. Rudimentarne baklje razvijene su do sredine stoljeća. Oba otkrića će znatno utjecati na metode zavarivanja sljedećeg stoljeća.

Do kasnih 1800-ih, zavarivanje je postajala pokretačka snaga u proizvodnji. Ipak, metode ove ere nisu bile savršene. Oksidacija (proces vezivanja metala u česticama kisika u atmosferi) događala se tijekom postupka zavarivanja te su zavareni spojevi bili porozni i krhki. Takvi zavari predstavljaju ozbiljan rizik za radnike. Na primjer, tijekom razdoblja od 1895. do 1905., slabo izrađeni kotlovi eksplodirali su svakodnevno, uzrokujući tisuće smrti. Jasno je postojala hitna potreba za boljim metodama zavarivanja. U nastavku ćemo saznati više o novim i poboljšanim metodama, počevši s bližim pogledom na specifičnosti zanata.

Zavarivanje na moru i u svemiru
Ronioci zavarivači rutinski popravljaju brodove i naftne platforme, obično koriste elektrolučno zavarivanje (negirajući upotrebu plamena). Zavarivanje u svemiru je na drugom kraju spektra. Vakuum prostora stvara idealno okruženje za zavarivanje jer nema plinova za interakciju s mjestom zavarivanja. Zavarivanje izvan zemljine atmosfere je omogućilo nastajanje Međunarodne svemirske postaje.

Specifičnosti u zavarivanju

Do sada ste vjerojatno zaključili da zavarivanje nije nužno složen proces. U samo nekolio sati možete naučiti osnove nekoliko metoda zavarivanja. Kao i šah, zavarivanje je lako naučiti, ali teško je svladati. Stručni zavarivači imaju veliki broj različitih varijabli koje treba uzeti u obzir prilikom obavljanja posla. Bez obzira na to koliko je posao kompliciran, potrebne su samo tri stvari kako bi ga obavili: zavarivačka oprema, materijal za zavarivanje i sigurnosna oprema.

Najosnovnija zavarivačka oprema, za povremenu uporabu u kućnoj radionici, može se pronaći za manje od 100 Eura. Uobičajeno je da su ovi uređaji namjenjeni elektrolučnom zavarivanju (REL) ili zavarivanju elektrodom. Mnoge jedinice imaju samo prekidač za uključivanje / isključivanje što se tiče upravljanja, što ih čini jednostavnim za rad. No, neki uređaji (poput onih koji se koriste u laserskom zavarivanju) su tako skupi i složeni da se koriste samo u velikim industrijama.

Što se tiče materijala, neki se lakše zavaruju od drugih. Čelik može biti odličan izbor zbog svoje čvrstoće, dostupnosti i zavarivosti. U pravilu, što je jači čelik, to ga je teže zavarivati. Prema tome, nekoliko čeličnih slitina razvijeno je zavarivanjem. Naravno, gotovo svaki metal može biti zavaren, uključujući lijevano željezo, broncu, aluminij, pa čak i titan, premda ovaj potonji zahtijeva vrlo zaštićenu atmosferu jer je metal jako reaktivan.

Što god zavarujete, sjetite se: sigurnost na prvom mjestu. Ako ste ikad osobno vidjeli zavarivanje, možete svjedočiti zasljepljujućoj svjetlosti koju proces stvara. Gledanje izravno na mjesto zavarivanja bez zaštite može proizvesti bolnu upalu rožnice uz osjećaj kao da imate pijesak u vašem oku. Nije ni čudo da je dobra maska za zavarivanje preduvjet za bilo kakvu zaštitnu opremu.

Maske za zavarivanje dolaze u mnogim stilovima. Najjednostavnije su one koje imaju zamračenu ploču kroz koju zavarivač gleda dok zavaruje. Naprednije maske se automatski zatamnjuju kako mjesto zavarivanja postaje sjajnije. Uz zasljepljujuću svjetlinu, zavarivanje može generirati temperature do 5.500 stupnjeva Celzijusa i brojne iskre, što zahtjeva rukavice i duge rukave.

Konačno, pravilna ventilacija je presudna, ovisno o metodi zavarivanja. Zavarivači mogu biti izloženi štetnim tvarima kao što su olovo, živa i ugljični monoksid. Ventili za odzračivanje mogu spriječiti nakupljanje dimova u radnom prostoru.

Kako zavarivanje funkcionira
Spremni smo za početak zavarivanja. Većina danas zavarenih spojeva spada u jednu od dvije kategorije: elektrolučno zavarivanje i plinsko zavarivanje.

Zavarivanje lukom koristi električni luk za taljenje radnih materijala kao i materijala za punjenje za zavarene spojeve. Zavarivanje lukom podrazumjeva pričvršćivanje žice za uzemljenje na materijal za zavarivanje ili drugu metalnu površinu. Druga žica stavlja se na materijal koji treba zavariti. Nakon što se žica malo odvoji od materijala, stvara se električni luk. Izgleda kao kada kada povlačite kabele za paljenje s akumulatora. Luk zatim spaja radne dijelove zajedno s materijalom za punjenje koji pomaže pri spajanju komada.

Dovođenje punila u spojni zglob zahtjeva mirnu ruku i oko za detalje. Kako se šipka topi, zavarivač mora kontinuirano puniti dodatni materijal u zglob pomoću malih, sigurnih pokreta. Ti pokreti su ono što zavarima daje njihov osobit izgled. Prebrzo ili polagano premještanje, ili držanje luka preblizu ili daleko od materijala može stvoriti loše zavare.

REL zavarivanje, zavarivanje pod zaštitnim plinom (uobičajeno poznato kao metalni inertni plin ili MIG, zavarivanje) i zavarivanje plinom volframskog luka (često zvan tungsten inertni plin ili TIG, zavarivanje) predstavljaju zavarivanje lukom.

Ove tri uobičajene metode imaju svoje prednosti i nedostatke. Zavarivanje elektrodom, na primjer, je jeftino i lako je naučiti. Također je sporije i manje svestrano od nekih drugih metoda. Nasuprot tome, TIG zavarivanje je teško naučiti i zahtijeva posebnu opremu za zavarivanje. TIG zavarivanje, međutim, proizvodi visokokvalitetne zavare i može zavarivati materijale koje druge metode ne mogu.

Plinsko zavarivanje predstavlja još jedan popularan način zavarivanja. Ovaj proces obično koristi acetilen/kisik plamenik za taljenje radnog materijala i šipke za zavarivanje. Zavarivač istovremeno kontrolira baklju i šipku, tako stvarajući punu kontrolu nad zavarom. Dok je plinsko zavarivanje manje uobičajeno u industriji, još uvijek se često koristi za održavanje i popravke, kao i na skulpturama (više o tome kasnije).

„Ekstremno zavarivanje“
Užareno vrući električni lukovi i baklje nisu dječja igra, ali postoje ekstremniji načini za zavarivanje. Zavarivanje eksplozijom koristi tlak koji nastaje snažnom eksplozijom da bi spojio metale. Zavarivanje laserskim snopom oslanja se na moćne lasere kako bi se metali zajedno spojili. Ultrazvučno zavarivanje koristi visokofrekventne vibracije koje uzrokuju da molekule metala rezoniraju i tako se spoje.

Dobar zavar teško je pronaći
Možemo se prisjetiti povijesti zavarivanja te da su lomljivi, porozni zavarovi izazvali ozbiljne sigurnosne probleme u industrijskim primjenama. Velik dio problema s tim prvim zavarama proizlazi iz oksidacije. Kao je znanost o zavarivanju napredovala, napredovale su i metode za zaštitu mjesta zavarivanja od kisika. Pšri zavarivanju elektrodom, na primjer, elektroda je presvučena zaštitom. Ta zaštita ima nekoliko različitih namjena, od kojih je jedan stvaranje plinskog štitnika za mjestu zavarivanja. MIG i TIG zavarivanje idu toliko daleko da koriste plinske spremnike koji neprestano omataju mjesto zavarivanja u inertnim plinovima. Zaštita mjesta zavarivanja od oksidacije ključno je za formiranje snažnog zavara.

Sam proces pripreme možda je jednako važan za proizvodnju jakih zavara. Osiguravanje da su radni materijali bez masti, prljavštine i prašine samo je prvi korak u pravilnom pripremanju zavarenog spoja. Odabir odgovarajuće vrste spoja od ključne je važnosti za kvalitetan zavar.

Nakon zavarivanja, možete provjeriti kvalitetu zavara na nekoliko načina. Vizualni pregled može pokazati da je zavarivač radio pogrešnom brzinom ili snagom struje stvarajući pukotine i duge nepravilnoasti. Zavarivači također mogu kontrolirati svoj rad magnetskim ispitivanjem čestica, penetracijom tekućine, ultrazvučnim ispitivanjem, rendgenskim pregledom, ispitivanjem tlaka ili drugim metodama Destruktivno ispitivanje koje uništava zavar u postupku kontrole također se često koristi za određivanje kvalitete zavarivanja. Bez obzira koji se test koristi, osiguravanje da je zavar snažan i siguran je važan korak u tom procesu.

Zavarivanje u industriji i umjetnosti
Većina poslova zavarivanja povezana je s proizvodnjom u industrijama. Automobilska industrija, brodogradnja, komercijalna izgradnja, izgradnja mostova - popis zavarivačkih poslova se nastavlja unedogled.

Iako su većina zavarivača muškarci, tisuće žena zarađuju za život zavarivanjem. Žene zavarivači imale su ključne uloge u brodogradnji tijekom Drugog svjetskog rata.

Jedna od zanimljivijih primjena zavarivanja dolazi iz umjetničke zajednice. Neki od prvih primjera zavarivanja ikad su umjetnička djela, poput željeznog stupa Delhija u Indiji i zlatnih zdjela i kapa koji datiraju prije više od 1000 godina. Strukture poput lukova St. Louis Gatewaya (192 metra visoki i izrađeni da traju 1.000 godina) i Bruxellesov Atomium ilustriraju koliko daleko je otišla umjetnost zavarivanja.

Tradicija umjetničkog zavarivanja ostaje snažna, jer zavarivanje stvara masivne skulpture koje imaju težinu od nekoliko tona. Iako umjetnici čine samo mali segment industrije zavarivanja, mogu prikazati potencijale zavarivanja milijunima drugih.