roČno o loČno varjenje - razvoj-upd.si · tabela 5: označevanje elektrod po aws-a5.1-1991 [14]...
TRANSCRIPT
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
Drago Keše
ROČNO OBLOČNO VARJENJE Strokovno področje: STROJNIŠTVO
Datum objave gradiva: Oktober 2017
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
KOLOFON
Avtorj: Drago Keše
Naslov: Ročno obločno varjenje
Lektoriranje: Barbara Škorc, prof.
Elektronska izdaja
Založil: Konzorcij šolskih centrov
Novo mesto, oktober 2017
url: http://www.razvoj-upd.si/wp-content/uploads/2017/07/8.-ROCNO-OBLOCNO-
VARJENJE.pdf
Kataložni zapis o publikaciji (CIP) pripravili v
Narodni in univerzitetni knjižnici v Ljubljani
COBISS.SI-ID=293616896
ISBN 978-961-7046-05-2 (pdf)
To delo je ponujeno pod Creative Commons
Priznanja avtorstva – Nekomercialno deljenje
pod enakimi pogoji 2.5 Slovenija licenco
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
KAZALO VSEBINE POVZETEK ............................................................................................................................................................... 1
1. O VARJENJU ................................................................................................................................................... 2
1.1. ZGODOVINA VARJENJA ............................................................................................................................... 3
1.2. VARIVOST ................................................................................................................................................ 3
2. VARILSKA TERMINOLOGIJA .......................................................................................................................... 7
3. VARNOST PRI VARJENJU ............................................................................................................................... 9
4. ZVARNI ŽLEB, SPOJ IN OZNAČEVANJE ZVAROV ........................................................................................... 9
5. LEGA VARJENJA ........................................................................................................................................... 16
6. OSNOVNE NAPAKE V ZVARIH ..................................................................................................................... 17
7. PREISKAVE IN PREIZKUŠANJE ZVAROV (ZVARNIH SPOJEV) ....................................................................... 19
7.1. NEPORUŠITVENE PREISKAVE ...................................................................................................................... 19
7.2. PORUŠITVENE PREISKAVE .......................................................................................................................... 21
7.3. KAKOVOST VARILSKIH DEL ......................................................................................................................... 21
8. ROČNO OBLOČNO VARJENJE ...................................................................................................................... 22
8.1. VARNOST PRI OBLOČNEM VARJENJU ............................................................................................................ 23
8.2. VARILNA OPREMA ZA ROČNO OBLOČNO VARJENJE .......................................................................................... 25
8.3. DODAJNI MATERIAL ZA VARJENJE ................................................................................................................ 26
8.4. PRAKTIČNE SMERNICE ZA VARJENJE ............................................................................................................. 34
LITERATURA .......................................................................................................................................................... 39
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
KAZALO SLIK Slika 1: Energija, potrebna za varjenje .................................................................................................................... 2
Slika 2: Parametri, ki vplivajo na varivost [7] .......................................................................................................... 4
Slika 3: Vpliv vsebnosti ogljika na trdoto pod navarkom [2] ................................................................................... 5
Slika 4: Dopustna trdota 350 HV kot funkcija povečanja debeline varjenca [7]...................................................... 6
Slika 5: Žilavost v zvaru in TVP [3] ........................................................................................................................... 7
Slika 6: Enosmerni tok in izmenični tok ................................................................................................................... 8
Slika 7: Pojmi v zvarnem spoju [12] ......................................................................................................................... 8
Slika 8: Elementi žleba pri varjenju V-vara [10] ..................................................................................................... 10
Slika 9: Poimenovanje varov, oznak in grafični prikazi [5] ................................................................................... 12
Slika 10: Oblike zvarnih spojev [12] ....................................................................................................................... 12
Slika 11: Dodatni simboli za stanje temena in korena zvara [11] ......................................................................... 13
Slika 12: Označevanje zvarov [11] ......................................................................................................................... 13
Slika 13: Označevanje položaja zvara glede na kazalno črto [11] ......................................................................... 14
Slika 14: Primer označevanja prekinjenega vara [11] ........................................................................................... 14
Slika 15: Različno označevanje debeline kotnega zvara [11] ................................................................................ 15
Slika 16: Dodatne oznake (levo - varjeno po celotnem obodu, sredina - varjeno pri montaži, desno - varjeno s
poljubnim varilnim postopkom) [11] ..................................................................................................................... 15
Slika 17: Lege varjenja na pločevini in cevi [6] ...................................................................................................... 16
Slika 18: Razpoke v sočelnem zvaru [8] ................................................................................................................. 17
Slika 19: Vključek v zvaru [8] ................................................................................................................................. 17
Slika 20: Zlep in neprevarjen koren [4] .................................................................................................................. 18
Slika 21: Oblikovne napake (zamaknitev, zajeda, previsoko teme) [4] ................................................................. 18
Slika 22: Ugotavljanje višine temena zvara ........................................................................................................... 19
Slika 23: Penetrantska preiskava (napaka desno) ................................................................................................. 20
Slika 24: Razvit film pri RTG preiskavi ................................................................................................................... 20
Slika 25: Obrus pri metalografski preiskavi [13] .................................................................................................... 21
Slika 26: Odtaljevanje elektrode pri obločnem varjenju [15] ................................................................................ 23
Slika 27: Predpasnik in rokavice za varjenje .......................................................................................................... 24
Slika 28: Delovna obutev za varjenje ..................................................................................................................... 24
Slika 29: Varilna maska ......................................................................................................................................... 25
Slika 30: Oprema za obločno varjenje ................................................................................................................... 26
Slika 31: Oplaščena elektroda [1] .......................................................................................................................... 26
Slika 32: Označbe na embalaži elektrod [14] ........................................................................................................ 29
Slika 33: Polariteta pri varjenju ............................................................................................................................. 35
Slika 34: Varjenje sočelnega vara v vodoravni legi [1] .......................................................................................... 35
Slika 35: Varjenje večvarkovnega sočelnega zvara v steni [1] .............................................................................. 36
Slika 36: Varjenje temenskega varka v legah PF [1] .............................................................................................. 37
Slika 37: Varjenje kotnega vara v različnih legah [1] ............................................................................................ 37
Slika 38: Pihalni učinek na robu varjenca [1] ......................................................................................................... 38
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
KAZALO TABEL Tabela 1: Snovi v plašču in njihov namen [1]……………………………………………………………………………………………………. 27
Tabela 2: Označevanje elektrode po EN ISO2560-A (EN449) [14]…………………………………………………………………….. 30
Tabela 3: Označevanje elektrode po EN ISO 3581-A (EN1600) [14]………………………………………………………………….. 30
Tabela 4: Označevanje elektrod po DIN 1913 [14] ……………………………………………………………………………………………31
Tabela 5: Označevanje elektrod po AWS-A5.1-1991 [14] ………………………………………………………………………………….32
Tabela 6: Jakost varjenja nekaterih elektrod ……………………………………………………………………………………………………34
Tabela 7: Priprava zvarnega žleba za sočelno varjenje z oplaščeno elektrodo [1] …………………………………………….38
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
1
POVZETEK
Gradivo je nastalo zaradi potrebe po kadrih v gospodarstvu v okviru projekta »Razvoj UPD
2017« z namenom usposabljanja odraslih oseb s področja varjenja.
Vključuje tako strokovno teoretične vsebine kot praktične napotke pri usposabljanju varilcev s
področja ročnega obločnega varjenja. V uvodnem delu so podane splošne vsebine varilskega
področja, kamor sodijo definicije, pojasnila osnovnih varilskih pojmov, vsebine s področja
zagotavljanja kakovosti varilskih del in specifični ukrepi za zagotavljanje varnosti in zdravja pri
delu ter varovanja pred požarom. V nadaljevanju so podani praktični napotki za varjenje, kamor
sodi tako priprava, kot varjenje samo. Gradivo vključuje tudi povezave na svetovni splet.
Ključne besede: varjenje, varivost, varilske napake, lega varjenja, preiskave zvarov, pihalni
učinek
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
2
1. O VARJENJU
Definicija varjenja pravi, da je varjenje spajanje materialov: trdnih, omehčanih ali raztaljenih na
mestu varjenja s pomočjo različnih virov energije, z uporabo pritiska ali brez njega. [2]
V uporabi je veliko varilnih postopkov, ki se med seboj zelo razlikujejo. Za nobenega izmed njih
ne moremo trditi, da je kateri boljši, saj se skoraj vsak uporablja pri različnih pogojih dela.
Postopke varjenja torej delimo na tiste s taljenjem ali s pritiskom, ki ga lahko dosežemo na
različne načine. Ena izmed možnosti za delitev varilnih postopkov pa je tudi delitev glede na
energijo, ki je potrebna pri postopku varjenja, kar prikazuje spodnja slika.
Za posamezne varilske postopke se uporabljajo številske oznake in mednarodne kratice, ki jih
opredeljuje standard EN ISO 4063. V nadaljevanju je predstavljena številska oznaka z evropsko
kratico najpogosteje uporabljenih načinov varjenja:
– 111, ročno obločno varjenje z oplaščeno elektrodo, MMA; – 135, varjenje po MAG postopku, MAG; – 136, varjenje po MAG postopku s stržensko žico, MAG; – 131, varjenje po MIG postopku, MIG;
Postopek varjenja
glede na energijo
Slika 1: Energija, potrebna za varjenje
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
3
– 137, varjenje po MIG postopku s stržensko žico, MIG; – 141, varjenje po TIG postopku, TIG; – 311, plamensko varjenje s kisikom in z acetilenom, OFW;
1.1. Zgodovina varjenja
Začetki varjenja segajo v stari vek, ko so Sumerci že poznali način kovaškega varjenja, a se je
razvoj varjenja v pravem pomenu besede, s pomočjo električne energije, začel šele ob koncu
19. stoletja. [7]
Ruska raziskovalca Bernados in Oliševski sta z grafitno elektrodo vzpostavila električni oblok,
izkoristila nastalo toploto za varjenje ter postopek patentirala. Zvar je bil zaradi vdora zraka ter
ogljikovih delcev, ki so izhajali iz elektrode, oksidiran in nekakovosten. Za očeta sodobnih
varilnih postopkov štejemo Slavjanova, ki je namesto ogljikove elektrode uporabil kovinsko
palico in tako rešil težavo z ogljikovimi delci. Leta 1907 pa je švedski metalurg Kjellberg izboljšal
postopek varjenja s plaščem na elektrodi, ki je ščitil pred vdorom zraka na zvarno mesto,
izboljšal pa je tudi stabilnost in vžig obloka. Razvoj se je nadaljeval do leta 1941, ko se je začelo
pojavljati varjenje v zaščitnem plinu, najprej z netaljivo volframovo elektrodo, leta 1948 pa še s
taljivo elektrodo v zaščiti aktivnega plina CO2 . Tudi postopek plamenskega varjenja je star že
več kot 100 let. Postopek se uporablja tudi danes, čeprav ga izpodrivajo modernejši in bolj
avtomatizirani postopki varjenja, saj je plamensko varjenje vsestransko in energetsko
neodvisno, zato se je postopka prijel izraz »avtogeno varjenje«. [7, 9]
1.2. Varivost
Varivost materiala pomeni sposobnost materiala, da se da variti. Definicija mednarodnega
varivostnega inštituta pravi, da je kovinski material variv po nekem postopku za določeno rabo,
če lahko dosežemo kontinuiteto materiala med elementi konstrukcije s takšnimi zvarnimi spoji,
da s svojimi trajnimi karakteristikami in globalnimi posledicami zadovoljujejo predvidene
zahteve. Skrajšano bi torej lahko rekli, da varivost pomeni obnašanje materiala med varjenjem
(operativna varivost) in po varjenju (globalna ali konstrukcijska varivost), saj pri varjenju v
materialu nastanejo določene spremembe, ki so posledica toplotnih vplivov. [2]
Če kovino varimo brez bojazni, da bi v materialu nastale spremembe, ki bi porušile homogenost
zvarnega spoja, rečemo, da je kovina neomejeno variva. Na varivost vpliva več dejavnikov, kar
prikazuje slika 2. Varivostna lastnost je odvisna od kemijske sestave materiala, metalurških
lastnosti, ki jih določa postopek pridobivanja materiala, in fizikalnih lastnosti, kot so razteznost,
toplotna prevodnost, tališče, modul elastičnosti … Možnost izvajanja varjenja je odvisna od
Varjenje pomeni
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
4
priprave, izvedbe in obdelave po varjenju. Varnost varjene konstrukcije je zagotovljena, če
konstrukcija v svoji življenjski dobi pri normalni uporabi ne spremeni predvidenih lastnosti.
Odvisna je od konstrukcijske zasnove, stanja in vrste obremenitve, debeline materiala,
obratovalne temperature in podobno. [2, 7]
Slika 2: Parametri, ki vplivajo na varivost [7]
Kljub dokazani sposobnosti za varjenje se lahko zgodi, da se konstrukcija ob obratovanju poruši.
Vzrok za to so razpoke ali lomi. Temu se izognemo tako, da se preprečijo ostri prehodi pri
spajanju različnih debelin (zvare lahko konkavno zaoblimo), izogibamo pa se tudi
konstrukcijskim koncentracijam napetosti. Dober konstruktor se mora s svojo konstrukcijo znati
izogniti prevelikim notranjim napetostim, ki bi porušile zavarjeno konstrukcijo. [7]
Osnovni pogoj za kakovostno varjenje je kakovosten material, kar mora proizvajalec zagotavljati
s potrdili, certifikati ali atesti. Treba se je zavedati, da popolnega jamstva varivosti ne more
zagotoviti niti najboljši proizvajalec materiala, saj na varivost poleg sestave materiala vplivajo
tudi tehnološki pogoji. Osnovo za izbiro ustreznega osnovnega in dodajnega materiala dajejo
varivostni preizkusi. Glede na obseg in zahtevnost govorimo o treh vrstah preizkusov varivosti:
- Smallscale test (majhni preizkušanci) se uporablja za določanje posameznih lastnosti
materiala in spoja ter za določanje nagnjenosti k razpokam.
- Largescale test (večji preizkušanci) simulira dejansko stanje v bodoče obremenjeni
konstrukciji, pri katerem zasledujemo numerične vrednosti, ki dajejo kritično velikost napake,
ter določamo kritično temperaturo obratovanja konstrukcije ali stroja.
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
5
- Fullscale test (veliki preizkušanci) se izvaja na resnični velikosti, lahko tudi v pomanjšani
velikosti na modelu, kjer pod dejanskimi pogoji merimo obnašanje konstrukcije ali stroja v
obratovanju. To testiranje zaradi velikih stroškov redkeje uporabljamo, upravičeno pa pri
zahtevnih projektih, ko uvajamo novo varilno tehnologijo. [7]
Delež ogljika v jeklu je za oceno varivosti najpomembnejši, ta za oceno dobre varivosti ne sme
presegati 0,22 %, ker je to meja kaljivosti, v TVP (toplotno vplivano področje) nastajajo
mehkejše in bolj žilave mikrostrukture. Na spodnji sliki je razvidno, kako ogljik vpliva na trdoto
pod navarkom v TVP. Po standardu IIW (Mednarodni inštitut za varilstvo) je najvišja dopustna
trdota v TVP za nosilne konstrukcije iz fino zrnatih jekel 350 HV (trdota, merjena po Vickersu).
[2]
Slika 3: Vpliv vsebnosti ogljika na trdoto pod navarkom [2]
Na oceno varivosti vplivajo tudi drugi parametri (debelina, ostali legirni elementi, nečistoče …).
Za ugotavljanje varivosti je IIW predpisal način, kako na splošno ocenimo varivost jekla. To
naredimo tako, da izračunamo ogljikov ekvivalent po enačbi:
𝐶𝑒𝑞 𝐼𝐼𝑊 = 𝐶 +𝑀𝑛
6+
(𝐶𝑟 + 𝑀𝑜 + 𝑉)
5+
(𝑁𝑖 + 𝐶𝑢)
15
PRAVILA:
Če je 𝐶𝑒𝑞 𝐼𝐼𝑊 < 0,45, je jeklo dobro varivo, dovoljena je uporaba poljubnega dodajnega
materiala.
Če je C𝐶𝑒𝑞 𝐼𝐼𝑊 = 0,45 − 0,60, je potrebno predgrevanje med 100 in 200 oC in uporaba
bazičnega dodajnega materiala.
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
6
Če je 𝐶𝑒𝑞 𝐼𝐼𝑊 > 0,60, je potrebno visoko predgrevanje od 250 do 350 oC, uporaba
nizkovodičnih elektrod ter termična obdelava po varjenju [7].
Slika 4 prikazuje zniževanje 𝐶𝑒𝑞 ob naraščanju debeline materiala.
Slika 4: Dopustna trdota 350 HV kot funkcija povečanja debeline varjenca [7]
Na varivost vplivajo tudi drugi legirni elementi. Silicij deluje dezoksidacijsko, saj veže kisik in ga
odplavlja v žlindro. Povečuje tudi odpornost proti staranju. Jeklo ga mora vsebovati med 0,15
in 0,45 %. Kljub znižanju vsebnosti ogljika z manganom povečujemo trdnost jekla, saj tako
izboljšamo varivost in žilavost. Mangan veže nase žveplo in tako niža občutljivost za nastanek
razpok v vročem stanju. Žveplo v jeklu ni zaželeno, saj povzroča krhkost v toplem in pri varjenju
razpokljivost v vročem stanju. Običajno ga je v jeklu manj kot 0,035 %. Tudi fosfor pospešuje
krhkost v hladnem, sicer pa dviguje natezno trdnost ter mejo tečenja. Količine so primerljive z
žveplom. [7]
Pri varjenju, torej pri segrevanju in ohlajanju, pri materialu prihaja do sprememb
mikrostrukture, s tem pa tudi do sprememb lastnosti varjenega materiala. Slika 5 kaže različno
strukturo materiala v TVP pri sočelnem enovarkovnem varjenju pločevine. Zaradi različne
strukture je v TVP tudi različna žilavost. Najmanjša žilavost pri konstrukcijskem jeklu je dosežena
v področju grobozrnate strukture. Problematično je tudi medkritično področje, kjer nastajajo
MA-strukture (martenzitno-avstenitne), ki so za žilavost neugodne, ter ugodnejše MB-strukture
(martenzitno-bainitne). Po nekaterih teorijah naj bi bile ravno MA-strukture povzročitelji
krhkega loma. Krhkost povzročata prisilno raztopljeni ogljik v martenzitu in elastične napetosti
v zaostalem avstenitu. Pri večvarkovnem varjenju nastajajo MA in MB-strukture v vseh
medkritično segretih delih zvara. Zaradi večkratnega segrevanja in ohlajanja MA in MB-
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
7
strukture popustijo, s tem pa se spreminja tudi njihov vpliv. Pričakovati je ugodnejši vpliv na
žilavost kot pri enovarkovnem varjenju. [3]
Slika 5: Žilavost v zvaru in TVP [3]
2. VARILSKA TERMINOLOGIJA
– Osnovni material - je material, ki ga želimo variti. – Dodajni material - je material, ki ga pri varjenju dodajamo. Lahko ga dodajamo ročno ali
pa se dodaja avtomatsko. To so lahko taljive elektrode, varilne žice v obliki palice ali žice, navite na kolut.
– Oblok - je četrto agregatno stanje zraka, ko zrak zaradi ionizacije postane prevoden. Oblok zagotavlja energijo, ki je potrebna za taljenje osnovnega in dodajnega materiala. Nastane torej zaradi prehoda električnega toka skozi plinasti medij.
– Var - je material, ki je bil med varjenjem raztaljen (lahko tudi omehčan) in sestoji iz osnovnega, lahko pa tudi dodajnega materiala. Var je lahko skupek več posameznih varkov, ki nastanejo v eni potezi varjenja.
– Zvar - je var, ki spaja dva ali več elementov v nerazstavljivo celoto. – Uvar - je tisti del vara, ki sega v globino osnovnega materiala. – Navar - je var na površini osnovnega materiala z namenom dimenzijskega popravka
strojnega elementa ali z namenom spremeniti mehanske lastnosti površine osnovnega materiala.
– Teme vara - je del varka, ki nastane na tisti strani, na kateri varimo. – Koren vara - je tisti del varka, ki nastane na nasprotni strani varjenja. – Zvarni spoj - sestoji iz vsaj dveh elementov za varjenje. Oblike zvarnih spojev so odvisne
od medsebojnih leg elementov za varjenje.
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
8
– Toplotno vplivano področje/toplotno vplivana cona (TVP/TVC) - je področje osnovnega materiala ob varu, kjer ni prišlo do taljenja, je pa bila temperatura tako visoka, da so nastale strukturne spremembe v materialu.
– Napetost varjenja - je potencialna razlika med negativnim in pozitivnim polom na varilnem aparatu med varjenjem, ko je vzpostavljen varilni oblok. Meri se v voltih [V].
– Napetost praznega teka - je napetost, ki se pojavi takrat, ko je varilni aparat priklopljen na omrežno napetost, z njim pa ne varimo. Ta je navadno višja od napetosti pri varjenju.
– Varilni tok - steče skozi varilni oblok in ustvarja toploto za taljenje osnovnega in dodajnega materiala. Varilni tok je lahko enosmerni ali izmenični, kar prikazuje slika 6.
– Predgrevanje - je segrevanje pred varjenjem. S tem se lahko izognemo težavam med samim varjenjem ali pa preprečimo nastanek razpok po varjenju. Pri večvarkovnem varjenju je pomembna tudi vmesna temperatura med posameznimi varki (medvarkovna temperatura).
– Lega varjenja - je položaj varjenca med postopkom varjenja.
Spodnja slika predstavlja primere nekaterih pojmov v zvezi s sočelnim zvarnim spojem.
Slika 7: Pojmi v zvarnem spoju [12]
ELEK
TRIČ
NI T
OK
[A]
ČAS
ENOSMERNI TOK
-
+
ELEK
TRIČ
NI T
OK
[A]
+
-
ČAS
IZMENIČNI TOK
Slika 6: Enosmerni tok in izmenični tok
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
9
3. VARNOST PRI VARJENJU
Pri izvajanju varilskih del je zelo pomembno, da ne pozabimo na ustrezno izvajanje ukrepov, ki
zagotavljajo varno in zdravo delo. Pomembni so tako ukrepi kolektivne varnosti kot uporaba
osebne varovalne opreme, ki mora ustrezati posameznemu varilnemu postopku. Žal pa varilci
prepogosto pozabljajo tudi na zahtevano požarno varnost. Do največ požarov zaradi varjenja
pride na t.i. začasnih varilskih deloviščih, ko izvajalci varilskih del ne odstranijo gorljivih snovi iz
okolice varjenja (vsaj 5 metrov). Po varjenju je potrebno zagotoviti tudi požarno stražo.
Pri varilnem postopku so varilci izpostavljeni sledečim nevarnostim:
– nevarnost udara električnega toka; – opekline zaradi dotika z vročim predmetom; – opekline oziroma poškodbe zaradi sevanja obloka (obločni postopki varjenja); – zaslepitve zaradi močne svetlobe (plamenske tehnike); – zastrupitve in zadušitve; – poškodbe zaradi prekomernega hrupa; – poškodbe zaradi neergonomičnih delovnih mest; – mehanske poškodbe pri pripravi varjencev ter obdelavi zvarov …
Specifični ukrepi za varno in zdravo delo pri varjenju s praktičnimi napotki so opisani v
nadaljevanju gradiva.
4. ZVARNI ŽLEB, SPOJ IN OZNAČEVANJE ZVAROV
Pred varjenjem je pomembno pripraviti osnovni material za varjenje, kot so: priprava zvarnega
žleba ter čiščenje in razmaščevanje. Za kakovostno izvedbo varjenja mora biti varjenec na mestu
varjenja očiščen oksidov, barve, cinka, maščob in ostalih nečistoč. Postopek lahko izvedemo
mehansko (peskanje, ščetkanje, brušenje …) in/ali kemično.
Pri varjenju tankih osnovnih materialov posebne priprave zvarnega žleba (razen čiščenja) ni
potrebno izvajati, kar pa ne velja za varjenje debelejših varjencev, saj moramo poskrbeti za
dobro prevaritev korenskega varka. Koti posnetja zvarnega žleba ne smejo biti preveliki, saj se
tako povečajo stroški pri pripravi žleba in tudi varjenja samega (večja poraba energije, časa in
dodajnega materiala). Oblika zvarnega žleba je odvisna od tega, ali bomo varili enostransko ali
dvostransko, pa tudi od same oblike zvarnega spoja. Elemente žleba prikazuje spodnja slika.
Vedno pazi na
svojo varnost!
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
10
Slika 8: Elementi žleba pri varjenju V-vara [10]
Glede na obliko priprave zvarnega žleba v varjeni konstrukciji nastajajo različni zvari.
Prikazovanje spojev na risbah je določeno s standardom SIST EN ISO 2553. Nekaj oblik zvarnih
spojev z oznakami in s poimenovanji zvarov je prikazanih na sliki v nadaljevanju.
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
11
Vzemi si čas in dobro pripravi
zvarni rob, obrestovalo se bo.
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
12
Slika 9: Poimenovanje varov, oznak in grafični prikazi [5]
Najpogosteje uporabljena zvarna spoja sta sočelni zvarni spoj in T-spoj (v slednjem nastaja kotni
zvar), pojavljajo pa se še vogelni, prekrovni, robni in križni spoj. Shematsko jih prikazuje slika
10.
Slika 10: Oblike zvarnih spojev [12]
Poleg omenjenega pa standard SIST EN 22553 določa tudi dodatne simbole za stanje korena in
temena zvara, kar prikazuje slika 11.
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
13
Slika 11: Dodatni simboli za stanje temena in korena zvara [11]
Omenjeni standard določa tudi označevanje zvarov v tehnološki dokumentaciji. Uporablja se
poenostavljeno označevanje zvarov in zvarnih spojev. Poleg poenostavljenega označevanja
lahko za »pomembnejše« zvare podrobne informacije o posameznem spoju in zvaru najdemo
v opisu varilnega postopka (WPS).
Slika 12: Označevanje zvarov [11]
Slika 13 prikazuje označevanje zvara na delovni risbi s kazalno črto s puščico. Kadar je črtkana
referenčna črta pod polno referenčno črto oziroma na nasprotni strani polne referenčne črte,
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
14
kot je simbol za zvar, pomeni, da mora biti teme zvara na tisti strani, kot prikazuje kazalna črta
s puščico. V nasprotnem primeru, ko je črtkana referenčna črta nad polno referenčno črto
oziroma na isti strani polne referenčne črte, kot je simbol za zvar, mora biti teme zvara na
nasprotni strani, kot jo označuje puščica.
Slika 13: Označevanje položaja zvara glede na kazalno črto [11]
Slika 14 prikazuje primer označevanja zvara, ko ta ni varjen po celotni dolžini varjenca.
Slika 14: Primer označevanja prekinjenega vara [11]
Označevanje debeline kotnega zvara lahko izvedemo na več različnih načinov. Nekaj primerov
ponazarja slika 15. Običajna zahteva za izvedbo kotnega zvara znaša:
𝒂 = (𝟎, 𝟓 − 𝟎, 𝟕) 𝒕𝒎𝒊𝒏
𝑎 – dimenzija kotnega zvara
𝑡𝑚𝑖𝑛 – debelina tanjše pločevine
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
15
Slika 15: Različno označevanje debeline kotnega zvara [11]
Poleg vsega naštetega lahko že omenjenim načinom označevanja zvarov dodamo še simbole za
dodatno oznako, kot prikazuje slika 16.
Slika 16: Dodatne oznake (levo - varjeno po celotnem obodu, sredina - varjeno pri montaži,
desno - varjeno s poljubnim varilnim postopkom) [11]
V nadaljevanju lahko prikazanemu simbolu (sliki 16, desno) dodamo pomembne parametre
zvara, kot so: kakovostni razred, vrsta varilnega postopka, lega varjenja, vrsta dodajnega
materiala … Primer dodatne oznake za označevanje zvara, kot ga opredeljuje standard SIST EN
287-1, je podan v nadaljevanju.
– 111; MMA, ročno obločno varjenje z oplaščeno elektrodo
– P; pločevina
– FW; kotni zvar – W01; skupina materiala
– RR; vrsta oplaščene elektrode
– t08; debelina varjenca
– PA; lega varjenja
– ss; enostransko varjenje
– nb; varjenje brez podložke
– nl; enovarkovno varjenje
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
16
5. LEGA VARJENJA
Standard SIST EN ISO 6947 definira delovne lege varjenja v prostoru glede na smer varjenja.
Vsako varilno lego standard poimenuje z dvočrkovno oznako. Prva oznaka »P« pomeni pozicijo,
druga črka pa ponazarja posamezno lego, začenši z »A«, ki označuje vodoravno lego. Tipične
varilne lege na pločevini in cevi ponazarja slika 17. [6]
Slika 17: Lege varjenja na pločevini in cevi [6]
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
17
6. OSNOVNE NAPAKE V ZVARIH
Lahko bi rekli, da popolnega zvara skoraj ni. Nepravilnosti se lahko pojavijo tako v zvaru kot v
TVP. Zato moramo ločiti med nepravilnostmi in napakami. Nepravilnosti so odstopanja od
idealnega stanja, ki so običajno še sprejemljiva, napake pa presegajo nivo sprejemljivosti
nepravilnosti v zvaru. Tako kot smo v prejšnjem poglavju govorili, da je varivost odvisna od
mnogih dejavnikov, je tudi pri napakah zelo podobno. Pojavijo se lahko zaradi slabo izbranega
postopka varjenja glede na osnovni in dodajni material, neustrezne toplotne obdelave pred in
po varjenju, slabe priprave varjencev … Pogosto se napake pojavijo zaradi neupoštevanja
predpisanega postopka varjenja. Nepravilnosti v zvarih podaja standard SIST EN ISO 6250. V
tem standardu je vsaka napaka označena s 4-številčno oznako. Prva številka pomeni skupino
napake, ostale tri pa klasifikacijo napake znotraj skupine. Napake so v osnovi razdeljene v šest
skupin. [8]
V prvo skupino spadajo razpoke, ki jih štejemo med najbolj nevarne napake v zvaru ali v TVP,
prikazuje jih slika 18. Pojavijo se pri hitrem ohlajevanju zvarjenca. Pogoste so pri materialu z
večjo vsebnostjo ogljika, lahko pa nastanejo tudi nekaj dni po varjenju, če je v zvaru večja
količina vodika. [8]
Slika 18: Razpoke v sočelnem zvaru [8]
V drugi skupini se nahajajo tako imenovane votlinice. Te se pojavljajo v zvaru zaradi ujetega
plina, ki ni uspel priti na površje pred strditvijo taline. Navadno so črvaste oblike, pri dinamični
obremenitvi obstaja nevarnost pojava razpoke [8].
V tretji skupini se nahajajo trdni vključki, ki se v zvaru lahko pojavijo kot ostanki žlindre ali pa so
posledica odtaljevanja volframove elektrode oziroma bakrene podložke. Napako prikazuje slika
19. [8]
Slika 19: Vključek v zvaru [8]
Zelo pogosta napaka je pomanjkljivost zvarnega spoja, ki jo uvrščamo v četrto skupino napak.
Med najbolj pogoste napake te skupine štejemo slabo prevarjen koren tako na sočelnem kot
na kotnem zvaru. Napaka je prikazana na sliki 20. Pomanjkljivost se lahko pojavlja med samimi
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
18
varki ali med varkom in osnovnim materialom. Tej napaki z drugo besedo rečemo tudi zlep in
jo štejemo med zelo nevarne varilske napake. Vzrok je pogosto nepravilna drža gorilnika ali
elektrode, lahko tudi nezadostna jakost varilnega toka pri obločnih postopkih varjenja. [8]
Slika 20: Zlep in neprevarjen koren [4]
Peto skupino varilskih napak imenujemo oblikovne napake, ki so v veliki meri odvisne od varilca
samega. Pojavijo se zaradi nepravilnega naklona gorilnika ali elektrode, slabe priprave varjenca
in varilnega aparata ipd. Mednje uvrščamo previsoko ali prenizko teme, nesimetričnost zvara,
zajede ob zvaru na osnovnem materialu, zamik varjenca, slabo nadaljevanje zvara in podobno.
Nekaj vrst oblikovnih napak prikazuje slika 21. [8]
Slika 21: Oblikovne napake (zamaknitev, zajeda, previsoko teme) [4]
V šesti skupini se nahajajo varilske napake, ki jih še nismo omenili. Zelo pogosta napaka je
čezmerno brizganje, vžig obloka izven zvarnega žleba, oksidirana površina zvara, napake zaradi
prevelikih spenjalnih zvarkov, zabrusi in zaseki ter podobno. [8]
Napaka je prekomerna
nepravilnost v zvaru.
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
19
7. PREISKAVE IN PREIZKUŠANJE ZVAROV (zvarnih
spojev)
Nepravilnosti oziroma napake v zvarih lahko ugotavljamo na več različnih načinov. V osnovi
lahko ugotavljamo napake tako, da varjenca ne poškodujemo (neporušitvene preiskave), ali
tako, da varjenec oziroma zvar uničimo (porušitvene preiskave oziroma preizkusi).
7.1. Neporušitvene preiskave
Na ta način preiskujemo nepravilnosti in napake v zvarih oziroma neposredni okolici na površini
in v notranjosti. Ugotavljamo razpoke, pore, vključke …
Med najbolj razširjene metode štejemo t.i. VT (visual testing oz. vizualna kontrola). S to metodo
lahko seveda ugotavljamo le nepravilnosti na površini zvara. Izvaja se tako, da pogledamo zvar
z oddaljenosti največ 600 mm pod kotom največ 30°. Pomagamo si z merilniki za ugotavljanje
dimenzijske ustreznosti zvara, raznimi lupami, po potrebi pa tudi z dodatnimi osvetlitvami.
Slika 22: Ugotavljanje višine temena zvara
Zelo razširjena in relativno poceni je tudi metoda uporabe penetrantov. Preiskava poteka tako,
da varjenec najprej mehansko očistimo. Po mehanskem čiščenju na zvar nanesemo čistilo. Ko
se ta popolnoma posuši, nanj nanesemo še drugo komponento, navadno rdeč penetrant, ki ga
pustimo pronicati v morebitne nepravilnosti približno 15 min. Rdeč penetrant s krpo in z
uporabo čistila rahlo obrišemo in na zvar nanesemo še bel razvijalec, ki iz površinske napake
potegne rdeč penetrant in tako na mestu napake nastane rdeč madež na beli podlagi.
Najpogosteje penetrante najdemo v obliki spreja. Če so penetranti fluorescentni, moramo za
ugotavljanje napak uporabiti ultravijolično svetilko. S to metodo je mogoče preiskovati tudi
površinske napake na drugih materialih, ne le na zvarjencih.
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
20
Slika 23: Penetrantska preiskava (napaka desno)
Z radiografsko preiskavo, to je preiskava z RTG (rentgenskimi) in ϒ- žarki (gama žarki), ki
prodrejo skozi trdna telesa in tam oslabijo. Napake lahko preiskujemo na celotnem prerezu. Na
mestu napake na materialu je intenzivnost sevanja skozi material manjša. Na filmu, ki ga pri tej
preiskavi posnamemo, se napaka pokaže kot začrnitev. Za ugotavljanje položaja napake
moramo preizkušanec presvetliti z dveh smeri. Spodnja slika prikazuje napako slabe prevaritve
korena na 2 mm debeli pločevini.
Slika 24: Razvit film pri RTG preiskavi
Za materiale, debele nad 8 milimetrov, lahko uporabimo tudi ultrazvočno preiskavo. S to
preiskavo lahko napako najdemo, jo natančno lociramo in ugotovimo velikost napake v
notranjosti preizkušanca. Metoda spada med akustične metode in je primerna za preiskave
materialov, ki prevajajo zvok. Pri tej metodi napake odkrivamo tako, da s sondami vzbujamo
ultrazvočno valovanje, ki deluje na principu piezo-električnega elementa. Ob napaki se zvok v
sprejemnik vrne nekoliko oslabljen. Z analizo zvoka določimo karakteristike napake v materialu.
Ena izmed možnosti ugotavljanja napak je tudi preiskava z magnetnimi delci. S to metodo
poiščemo napake na površini preizkušanca ali tik pod njegovim površjem. Slabost metode pa
je, da lahko preiskujemo le feromagnetne materiale. Na površino, ki jo želimo preizkusiti, se
nanese tekočina z magnetnim prahom, ta se pri vzpostavitvi magnetnega polja okoli napake
odzove drugače kot pri homogenem materialu. Tako se locira in določi velikost površinske
napake na zvarjencu.
Pri varjenju cevovodov in tlačnih posod navadno izvedemo kontrolo tesnosti zvarov oziroma
celotnega elementa. Izvajanje te metode je zelo odvisno od vrste materiala in namembnosti
Napaka pri
varjenju je lahko
življenjsko
nevarna.
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
21
cevovoda. Ta preizkus lahko izvajamo s posebnimi črpalkami z uporabo tekočega ali plinastega
medija.
7.2. Porušitvene preiskave
Bistvo teh preiskav je, da se zvarjenec oziroma zvar poruši, s tem pa se ugotavljajo mehanske
lastnosti zvarjenca oziroma zvara. Seveda končni izdelek po preizkusu ni več uporaben. Lahko
pa se izdelajo varilski vzorci, ki so varjeni pod enakimi pogoji kot zvari v realni zvarni konstrukciji.
Tako lahko preizkušamo ustreznost varilskega postopka oziroma usposobljenost samega
varilca.
Med porušitvene preiskave spadajo:
- Natezni preizkus, ki ga izvajamo na posebnih trgalnih strojih, v katere vpnemo etalone
(narejene iz čistega vara oz. osnovnega materiala), ki jih raztegujemo do pretrganja. Pri tem
spremljamo posebni diagram napetosti v odvisnosti od raztezka.
- Tlačni preizkus, ki ga uporabljamo za krhke materiale oziroma za elemente, ki so večinoma
obremenjeni na tlak. V stiskalnici stiskamo vzorec do nastanka prvih razpok.
- Upogibni preizkus, s katerim lahko ugotovimo zlepe varjencev ali razpoke. Izdelek na podporah
s posebnim valjastim pestičem upogibamo do porušitve.
- Prelomni preizkus je zelo priročna metoda. V tem primeru zvar na določenem mestu nekoliko
oslabimo (lahko zarežemo z rezalko) in ga prelomimo. Ugotavljamo stanje ustrezne prevaritve
korena zvara, prisotnost por, vključkov in razpok.
- Metalografska preiskava je ena izmed možnosti za ugotavljanje strukture zvarnega spoja.
Potrebno je izdelati prerez varjenca, ki ga spoliramo in jedkamo. Pokaže se struktura površine,
ki jo lahko opazujemo s prostim očesom ali pa pod mikroskopom. Primer vzorca (obrusa)
prikazuje slika 25.
Slika 25: Obrus pri metalografski preiskavi [13]
7.3. Kakovost varilskih del
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
22
Za kakovost opravljenih varilskih del je potrebno upoštevati več dejavnikov. Zavedati se je treba,
da so slabo opravljena dela lahko zelo draga in velikokrat tudi življenjsko nevarna. Na končno
kakovost imajo zagotovo velik vpliv že sama izbira ustreznega varilskega postopka, izbira
osnovnega in dodajnega materiala ter ustrezna tehnologija dela.
Zagotavljanje kakovosti se začne že pri načrtovanju izdelka in se nadaljuje do končne kontrole.
V pomoč nam je standard ISO 9001, ki temelji na načelih vodenja kakovosti nenehnih izboljšav
in s tem povečanja zadovoljstva strank. Zahteve po kakovosti pri varjenju pa določa standard
SIST EN 729.
Natančna navodila za varjenje so praviloma podana v popisu varilnega postopka (WPS – Welding
Procedure Specification), ki izhaja iz standarda EN 288. V dokumentu najdemo navodila za izbiro
varilskega postopka, vrsto zvara in lego varjenja, podatke o osnovnem in dodajnem materialu,
pripravi zvarnih robov ter podatke o ostalih varilnih parametrih. Kadar se varilska dela opravljajo
na terenu, je potrebno voditi varilski dnevnik, kamor se vpisujejo podatki o izvedbi del. Sem
sodijo tudi zapisi o kontroli.
Pri zagotavljanju kakovostne izvedbe varilskih del ne moremo govoriti le o preiskavah in
preizkušanju varjencev, ampak tudi o zagotavljanju sposobnosti in preizkušanju varilcev. Varilci
se morajo usposabljati za varilska dela in za varjenje zahtevnih zvarov, periodično pa tudi
preverjati usposobljenost za opravljanje varilskih del. V procesu preverjanja (certificiranja)
morajo varilci dokazati ustrezni nivo teoretičnega in praktičnega znanja. Praktična znanja se
preverjajo z varjenjem predpisanih testnih varilskih vzorcev, ki se skladno s standardi tudi
preiskujejo in/ali preizkusijo. Varilcu, ki izpolnjuje pogoje, akreditirani certifikacijski organ izda
certifikat kvalifikacije varilca, na katerem so podatki njegove kvalifikacije. Kvalifikacijo mora
varilec periodično potrjevati vsakih šest mesecev pod pogojem, da je varilec v preteklem
obdobju opravljal varilska dela, skladna z njegovo kvalifikacijo. Kvalifikacija se podaljša za dve
leti, če sta v zadnjem šestmesečnem obdobju potrjevanja sprejemljivo ocenjena dva zvara (RT
ali UT). Kvalifikacija je pod posebnimi pogoji (zagotavlja jih proizvajalec) veljavna toliko časa,
dokler je potrjena. Potrjuje se vsakih šest mesecev. Varilec lahko podaljša kvalifikacijo tudi s
ponovnim opravljanjem celotnega postopka na vsaka tri leta. Eden izmed certifikatov, ki
dokazuje usposobljenost za varjenje, je certifikat nacionalne poklicne kvalifikacije, ki ima trajno
veljavo, velja pa za določen način varjenja (MIG/MAG varilec, TIG varilec, plamenski varilec …).
8. ROČNO OBLOČNO VARJENJE
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
23
Pri tem načinu varjenja gori oblok med konico elektrode in osnovnim materialom. Postopek
spada med talilne postopke varjenja z uporabo dodajnega materiala. Elektroda na konici pri
neposrednem kratkem stiku zažari in prične oddajati elektrone, ki potujejo od minusa k plus
polu. Ostanku atoma, ki je oddal elektron, pravimo pozitivni ion. Ta ni več nevtralen, ampak je
postal pozitiven in polni prostor med poloma. Elektroni se lahko pri trku z nevtralnimi atomi z
njimi spojijo, pravimo jim negativni ioni, in prav tako polnijo prostor obloka. V obloku so torej
molekule, atomi, elektroni, pozitivni in negativni ioni. Prostor med konico elektrode in
osnovnim materialom zaradi termične emisije elektronov postaja električno prevoden, pojav
imenujemo tudi plinsko razelektrenje. Električni tok steče skozi ta prostor v obliki obloka, v njem
pa nastaja temperatura, potrebna za taljenje osnovnega in dodajnega materiala.
Slika 26: Odtaljevanje elektrode pri obločnem varjenju [15]
V obloku nastaja temperatura od 4000 – 6000 °C. Zaradi visoke temperature se na elektrodi
(gola žica, oplaščena ali strženska elektroda) začne tvoriti kapljica, ki jo elektrodinamične sile
potiskajo proti talilni kopeli. Kapljico oblikuje tudi t.i. Pinch efekt, ki zaradi magnetnega polja
okoli vodnika (elektrode) stiska kapljico in jo še dodatno potisne proti osnovnemu materialu.
Če teh dodatnih sil ne bi bilo, bi na kapljico delovala le sila gravitacije, ki bi povzročila zelo grob
kapljični prehod dodajnega materiala v zvar.
Oblok oziroma talino je potrebno zaščititi pred vdorom zraka iz okolja. Pri varjenju z oplaščeno
elektrodo to nalogo opravi plašč na elektrodi. Kadar varimo z golo žico, pa moramo v ta namen
dovajati zaščitni plin.
8.1. Varnost pri obločnem varjenju
Tako kot vsako delo tudi varjenje predstavlja določeno mero tveganja za nastanek poškodb pri
delu oziroma za razvoj poklicnih bolezni. Pri postopku obločnega varjenja z oplaščeno elektrodo
je varilec izpostavljen nevarnostim udara električnega toka, sevanju obloka, dimnim plinom,
požaru … Potrebno je upoštevati določene varnostne ukrepe, da tveganja ne povzročijo
poškodb ali bolezni. Najpomembnejši ukrep za varovanje zdravja je zmanjšanje tveganja
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
24
oziroma nevarnosti samem mestu. Kljub ukrepom, ki zmanjšujejo tveganje, je potrebno
uporabljati ustrezno osebno varovalno opremo, ki je posebej prilagojena za postopke
obločnega varjenja. Sem sodijo:
– Varilska delovna obleka, ki je skladna s standardom varilne zaščite (EN ISO 11611) in toplotne zaščite (EN ISO 11612). Kot dodatek varilske obleke pa štejemo še usnjen predpasnik, usnjene narokavnike in gamaše, pri nadglavnih varilskih legah pa še ognjeodbojno kapuco oziroma naglavno varilsko ruto. Predvsem pa ne smemo pozabiti na zaščito rok, zato uporabljamo dolge varilske rokavice v skladu z EN 12477, EN 388 in EN 407.
Slika 27: Predpasnik in rokavice za varjenje
– Zelo pomembni so tudi varovalni delovni čevlji, ki naj bodo skladni s standardom CE EN ISO 20345:2011 S3 SRC HRO. Priporočljivo je, da je obutev iz usnja in ima temperaturno obstojni podplat, ki ne drsi. Prav tako je priporočljivo, da je obutev nekoliko višja, s pokritimi vezalkami, z možnostjo hitrega sezuvanja ter da ima kovinsko ali kompozitno kapico za zaščito prstov.
Slika 28: Delovna obutev za varjenje
– Za zaščito oči in obraza pred ultravijoličnim sevanjem uporabljamo varilno masko z ustrezno zatemnitvijo, skladno s standardom: »Oprema za varovanje oči in obraza pri varjenju in podobnih postopkih (EN 175)«. Uporabljajo se lahko maske z vložnimi mineralnimi stekli ali pa avtomatske varilne maske z možnostjo nastavljanja stopnje zatemnitve, pri čemer višja številka pomeni večjo zatemnitev. Za ročno obločno varjenje z oplaščeno elektrodo se uporabljajo zatemnitve od 9 do 13. Poleg ultravijoličnega sevanja, ki je nevidno in prodre v globino tkiva ter povzroči pekočo bolečino v očeh, se pri varjenju pojavi tudi infrardeče toplotno sevanje, ki je prav tako nevidno, povzroča pa toploto, ob kateri se koža poti in pordeči, zelo nevarno pa je tudi za oči, saj lahko povzroči odmiranje mrežnice ali celo oslepitev. Utrujajoče za oči je tudi svetlobno sevanje. Pomembna je tudi zaščita oči pri pripravi zvarnih robov in obdelavi zvarov (odstranjevanje žlindre in brušenje), v tem primeru uporabimo varovalna prosojna očala.
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
25
Slika 29: Varilna maska
– Za zaščito pred dimnimi plini lahko uporabljamo respiratorje kot samostojno varilno varovalno opremo ali v kombinaciji z naglavnimi varilnimi maskami. Pri stalnih varilnih mestih je potrebno dimne pline odsesavati. Priporočljivo je odsesavanje navzdol, kar je nekoliko manj učinkovito, ali na stran, da preprečimo prehod dimnih plinov mimo glave.
– Za zaščito sluha pred prekomernim hrupom, zlasti pri pripravi zvarnega robu in obdelavi zvarov z brušenjem, je potrebno uporabljati opremo za varovanje sluha. Sem sodijo ušesni čepki ali naušniki.
Poleg uporabe osebnih varovalnih sredstev je potrebno upoštevati tudi ostale varnostne ukrepe
kolektivne varnosti. Zaradi nevarnosti udara električnega toka je potrebno preprečiti mokroto
na delovnem mestu, izogibamo pa se tudi stiku elektrode z golo kožo. Poškodovane električne
vodnike in držala elektrode je potrebno nemudoma popraviti. Električno popravilo na varilni
opremi ali inštalaciji lahko odpravi le pooblaščena oseba. Zavedati se je potrebno, da je
izmenični tok nevarnejši od enosmernega. Dopustne napetosti prostega teka za izvore
električnega toka podaja standard EN 60 974-1. Te napetosti naj bodo pri transformatorjih nižje
od 50 V in pri usmernikih nižje od 100 V.
Zaradi poškodb z dimnimi in ostalimi plini se je potrebno izogibati varjenju v zaprtih in
utesnjenih prostorih. V kolikor je to neizogibno, je potrebno zagotoviti nadzor nad varjenjem
ter prostor intenzivno prezračevati. Velja pravilo, da varilec v varilnici nikoli ni sam.
Že v uvodu je bilo omenjeno, da je pri varjenju zelo pomembna tudi požarna varnost. Zavedati
se je potrebno, da varjenje spada med požarno nevarna dela, prav tako tudi rezanje in brušenje,
kar je pogosto opravilo pri pripravi zvarnih robov in obdelavi zvarov. Iz prostora, kjer se vari, je
torej potrebno umakniti vnetljive snovi ter zagotoviti prisotnost gasilnih sredstev na mestu
varjenja. Po varjenju na premičnih gradbiščih je potrebno zagotoviti požarno stražo, ki jo
opredeljuje Zakon o varstvu pred požarom (Uradni list RS, št. 3/07). Požarno stražo moramo
začeti izvajati pred pričetkom del, trajati pa mora, dokler traja povečana požarna nevarnost oz.
vsaj pol ure po končanem delu. Izvajajo jo gasilci.
8.2. Varilna oprema za ročno obločno varjenje
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
26
Za obločne postopke varjenja potrebujemo nizke napetosti in visoke jakosti varilnega toka. Pri
ročnem obločnem varjenju uporabimo vire toka s strmo padajočo karakteristiko, kar pomeni,
da se pri relativno veliki spremembi napetosti (20 V) jakost varilnega toka le malo spremeni
(cca. 30A). Za varjenje lahko uporabljamo transformatorje, ki nam dajo izmenični tok, ali
usmernike oziroma agregate, ki nam dajo enosmerni tok. V sodobnem času se namesto
klasičnih transformatorskih usmernikov uporabljajo inverterski izvori (elektronske naprave), ki
imajo veliko prednosti v primerjavi s klasičnim usmernikom (majhna teža, stabilnejši oblok,
boljši vžig elektrode …).
Poleg varilnega izvora, ki ga sestavljajo priključni vodnik, masni vodnik ter vodnik z držalom za
elektrode, varilno opremo navadno sestavlja še varilna miza, ki je lahko v izvedbi z različnimi
prijemali, ter sistem za odsesavanje dimnih plinov. K pomožni varilni opremi oziroma orodju
spadajo tudi šablone, prijemala, klešče, kladivo, žična ščetka, magneti za pričvrstitev varjencev
…
Slika 30: Oprema za obločno varjenje
8.3. Dodajni material za varjenje
Pri ročnem obločnem varjenju najpogosteje uporabljamo oplaščene elektrode, ki so narejene
iz varilne žice v obliki palice, obdane pa so z mineralno oblogo iz osnovnih žlindrotvornih
komponent (oksidi z bazičnimi ali kislimi lastnostmi). Označba na embalaži glede premera
elektrode govori o premeru elektrodne žice brez plašča.
Slika 31: Oplaščena elektroda [1]
Elektrode vedno
shranjuj v suhem
prostoru!
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
27
Elektrode lahko delimo na več načinov. Ena izmed delitev je glede na stopnjo legiranja. Delijo
se na malo, srednje in močno legirane elektrode. Glede na debelino plašča jih delimo na tanko,
srednje in debelo oplaščene. Za označevanje kemičnih lastnosti plašča na elektrodi govorimo o
bazičnosti le-tega, tako določimo razmerje med bazičnimi in kislimi oksidi. Plašč na elektrodi
ima torej zelo pomembno nalogo, saj mora vzpostaviti dobre varilno tehnične lastnosti,
zagotavljati mora stabilen oblok, poleg elektrodne žice lahko dodatno legira zvarno talino,
povečuje produktivnost varjenja (dodatni kovinski prah v plašču, ki povzroči, da je teža zvara
večja od teže elektrodne žice), predvsem pa mora tvoriti pline, ki ščitijo oblok in talino pred
vplivi zraka. Pri sami izdelavi srednje in močno legiranih elektrod ima legiranje iz plašča zelo
velik pomen, saj lahko uporabimo isto elektrodno žico za veliko vrst elektrod, katerih stopnjo
legiranja izvedemo iz plašča. Poleg tega pa pri legiranju iz plašča preprečimo tudi odgorevanje
legirnih elementov med varjenjem. Tudi žlindra, ki nastaja med varjenjem, ima pomembno
vlogo, saj iz zvara odstranjuje žveplo in fosfor.
V spodnji tabeli so navedene snovi, ki so sestavni del plašča na elektrodi, ter njihov namen.
Tabela 1: Snovi v plašču in njihov namen [1]
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
28
Elektrode ločujemo tudi glede na kemijsko sestavo plašča na:
– Bazične elektrode, ki imajo hidroskopičen plašč in jih je potrebno pred varjenjem sušiti dve uri pri 350 °C, vendar zvari, narejeni s to elektrodo, vsebujejo zelo malo vodika. Z njimi varimo zahtevna jekla, ker pa se odtaljujejo v obliki velikih kapljic, lahko polnimo tudi velike špranje. Varimo z enosmernim tokom, s plus polom na elektrodi.
– Rutilske elektrode imajo plašč iz kislih komponent (rutil in kremen), ki zagotavljajo dobre varilne lastnosti. Varimo lahko z izmeničnim ali enosmernim tokom s minus polom na elektrodi. Med seboj se razlikujejo glede na vsebnost rutila, celuloze in debelini oplaščenja.
– Kisle elektrode vsebujejo okside železa, mangana in kremena, ker se odtaljujejo v obliki drobnih kapljic, niso primerne za varjenje širokih špranj. Varimo z istim tokom kot pri rutilskih elektrodah.
– Oksidne elektrode so podobne kislim, le da žlindra povzroča veliko odgorevanje legirnih elementov.
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
29
– Celulozne elektrode so tanko oplaščene, vsebujejo veliko celuloze, ki pri varjenju izgori v CO2, kar zadržuje talino v žlebu zvara. Primerne so za varjenje v prisilnih legah. [1]
Na embalaži elektrod slovenskega proizvajalca Elektrode Jesenice, d.o.o., se nahajajo označbe,
ki so pojasnjene na spodnji sliki.
Slika 32: Označbe na embalaži elektrod [14]
V nadaljevanju je predstavljeno označevanje elektrod glede na različne standarde.
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
30
Tabela 2: Označevanje elektrode po EN ISO2560-A (EN449) [14]
Tabela 3: Označevanje elektrode po EN ISO 3581-A (EN1600) [14]
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
31
Tabela 4: Označevanje elektrod po DIN 1913 [14]
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
32
Tabela 5: Označevanje elektrod po AWS-A5.1-1991 [14]
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
33
Več podatkov o dodajnih materialih za varjenje lahko najdemo na spletni strani slovenskega proizvajalca dodajnih materialov za varjenje Elektrode Jesenice, d. o. o., oziroma na njihovi spletni strani: http://elektrode.demo.sij.si/sl/produkti/oplascene-elektrode/oplascene-elektrode/
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
34
8.4. Praktične smernice za varjenje
Prvo pravilo pri varjenju z oplaščeno elektrodo je izbira ustrezne elektrode za varjenje. To
zagotovo ni lahka naloga. Velja pravilo, da mora biti dodajni material čim bolj podoben
osnovnemu. Pri postopkih navarjanja pa po navadi izbiramo dodajne materiale, ki imajo boljše
mehanske in druge tehnološke lastnosti od osnovnega materiala, na primer boljša obstojnost
pri obrabi ali boljša korozijska obstojnost. Na izbiro ustrezne elektrode poleg vrste osnovnega
materiala vpliva tudi lega varjenja. Navadno za prisilne lege izbiramo tanjše oplaščene in
nekoliko gosteje tekoče elektrode. V spodnji tabeli je nekaj orientacijskih vrednosti nekaterih
najpogosteje uporabljenih elektrod pri izbiri ustrezne jakosti varjenja glede na debelino
elektrode. Res pa je, da tudi tukaj lega varjenja odigra pomembno vlogo. Pri varjenju v prisilnih
legah jakost nekoliko zmanjšamo.
Tabela 6: Jakost varjenja nekaterih elektrod
premer elektrode [mm]
vrsta elektrode
2
2,5
3,25
4
RUTILEN 13 (za splošna konstrukcijska
jekla, odlične varilne sposobnosti)
50-70 A 65-90 A 100-140 A 140-160 A
JADRAN S (za varjenje konstrukcij v vseh
legah)
50-60 A 65-85 A 110-135 A 140-170 A
EVB 50 (bazična elektroda za varjenje
zahtevnih konstrukcij)
50-70 A 65-95 A 110-140 A 140-180 A
E DUR 600 (bazična elektroda za zelo trdo
navarjanje, legirano z Mn in Cr)
/ 70-90 A 100-135 A 140-160 A
SUPER Ni (za hladno varjenje sive litine in
temprane litine)
/ 50-80 A 80-110 A 110-150 A
Po izbiri ustrezne elektrode moramo poleg jakosti paziti tudi na pravilno polariteto oziroma
vrsto toka. Nekatere elektrode niso primerne za varjenje z izmeničnim tokom, v takem primeru
moramo uporabiti usmernik oziroma invertor (prepoznamo ga po tem, da lahko vodniku za
maso in držalo elektrode zamenjamo pol +/-, transformator ima omenjena vodnika v aparatu
fiksna), Na njem izberemo obratno polariteto, kar pomeni, da je elektroda priključena na + pol.
Pri večini elektrod na usmerniku izbiramo normalno polariteto, - pol na elektrodi. Informacijo,
katera polariteta je primerna za posamezno elektrodo, dobimo na embalaži elektrode ali v
katalogu proizvajalca. Spodnja slika prikazuje načine označevanja polaritete pri elektrodi (levo:
primerno za varjenje z izmeničnim tokom ali – polom na elektrodi, sredina: pogojno primerno
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
35
za varjenje z izmeničnim tokom ali + polom na elektrodi, desno: ni primerno za varjenje z
izmeničnim tokom).
Slika 33: Polariteta pri varjenju
Elektrodo vedno vžgemo rahlo in hitro. S konico se za trenutek dotaknemo čistega osnovnega
materiala, pri čemer se vzpostavi oblok, ki začne odtaljevati konico elektrode. Ker se elektroda
med varjenjem odtaljuje, se z držalom stalno približujemo osnovnemu materialu. Dolžino
obloka prilagajamo občutku, običajno ta je enaka, kot je premer elektrode, pri elektrodah za
varjenje sive litine pa je ta razdalja nekoliko krajša. Za začetnika pa je še bolj zahteven ponovni
vžig elektrode, saj je zaradi odtaljevanja v obliki kraterja kovinsko jedro umaknjeno nekoliko v
plašč. Potreben je rahel udarec s konico elektrode po varjencu, da odkrušimo rob kraterja.
Pri varjenju je elektroda nagnjena v smeri varjenja za kot med 45° in 75°, nad talino nastaja
žlindra, ki lahko zaradi nepazljivosti zateče tudi pred elektrodo, v oblok. V tem primeru oblok
ugasne. Temu se izognemo tako, da popravimo dolžino obloka oziroma nagib elektrode. Pri
varjenju ozkih špranj navadno varimo brez nihanja elektrode, pri varjenju širših temenskih
varkov pa lahko izvajamo tudi nihanje. Pri varjenju sočelnih varkov je elektroda vedno
postavljena pravokotno glede na obe pločevini (𝛽) in nekoliko nagnjena v smeri varjenja (𝛼),
kar prikazuje slika v nadaljevanju.
Slika 34: Varjenje sočelnega vara v vodoravni legi [1]
Posebnost je varjenje v prisilnih legah, kar prikazuje slika spodaj. Najprej je prikazan položaj
elektrode pri varjenju sočelnega vara v steni, varilna lega PC.
= - ~ = + ~ = +
Pazi, da elektrode ne prižigaš
izven mesta varjenja!
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
36
Posebno zahtevno pa je tudi vertikalno varjenje. Varjenje od zgoraj navzdol (PG) je slabo, saj
lahko žlindra zateče pred elektrodo, ta način varjenja pa povzroča tudi slabe zvare. Pri varjenju
navzgor (PF) moramo preprečiti zatekanje zvarne taline, predvsem na temenskih zvarih, to
naredimo z nekoliko zmanjšano jakostjo in s posebnim nihanjem elektrode, kar prikazuje
naslednja slika.
Slika 35: Varjenje večvarkovnega sočelnega zvara v steni [1]
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
37
Slika 36: Varjenje temenskega varka v legah PF [1]
V nadaljevanju je predstavljeno še nekaj varilskih leg pri varjenju kotnega zvara.
Slika 37: Varjenje kotnega vara v različnih legah [1]
Pri varjenju z enosmernim tokom prihaja do odklona obloka smeri magnetnega polja z nižjo
gostoto. Pojav se z drugo besedo imenuje pihalni učinek. Težava se torej lahko pojavi na robu
varjenca, kar prikazuje slika 38. Odklon nekoliko izničimo z nagibom elektrode v smeri odklona
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
38
obloka. Pihalni učinek se lahko pojavi tudi v bližini večje mase ali pri varjenju zelo širokih špranj.
Posledica pihalnega učinka se ne kaže le kot estetska napaka na zvaru, pač pa povzroča tudi
slabe prevaritve korena in plitke uvare.
Slika 38: Pihalni učinek na robu varjenca [1]
Pihalni učinek pri močno legiranem jeklu in nemagnetnih materialih je usmerjen v nasprotno
smer kot pri splošnem konstrukcijskem jeklu. Pri varjenju s transformatorjem oziroma z
uporabo izmeničnega toka za varjenje pihalnega učinka ni.
Tabela 7: Priprava zvarnega žleba za sočelno varjenje z oplaščeno elektrodo [1]
»Razvoj UPD 2017« - Razvojne aktivnosti na področju izpopolnjevanja oziroma usposabljanja za potrebe dela v letu 2017
39
LITERATURA [1] Begeš J. (1989). Tehnologija spajanja in rezanja. Ljubljana: Tehniška založba Slovenije. [2] Čretnik D. (2003). Tehnologija spajanja in preoblikovanja. Ljubljana: Tehniška založba
Slovenije. [3] Gruden V., Godec B. (2002). Neugodne mikrostrukturne sestavine v zvarnih spojih
konstrukcijskih jekel. Materiali in tehnologije. [4] Köveš A. (2009). Osnovne napake v zvarih. Varilna tehnika (vol 59, 2010-3. str. 20-23).
Glasilo društev za varilno tehniko. [5] Köveš A. (2008). Varilna tehnika (vol 57, 2008-4). Glasilo društev za varilno tehniko. [6] Köveš A. (2009). Varilna tehnika (vol 58, 2009-1). Glasilo društev za varilno tehniko. [7] Rak I. (2008). Tehnologija varjenja. Ljubljana: Modrijan. [8] Šprajc P. (2009). Napake pri varjenju ter njihovo ugotavljanje. Varilna tehnika (vol 58,
2009-4. str. 21-23). Glasilo društev za varilno tehniko. [9] Splet Pridobljeno 1. 8. 2017 iz http://www2.sts.si/arhiv/tehno/varjenje/var17.htm [10] Splet Pridobljeno 3. 8. 2017 iz http://egradivo.ecnm.si/SIV/varjenje.html [11] Splet Pridobljeno 3. 8. 2017 iz
http://studentski.net/gradivo/ulj_fst_st2_ogt_vaj_risanje_varjencev_01?r=1 [12] Splet Pridobljeno 7. 8. 2017 iz
http://studentski.net/gradivo/ulj_fgg_gr1_jkk_sno_sola_varjenja_01?r=1 [13] Splet Pridobljeno 12. 8. 2017 iz
http://www.imk.si/dejavnosti/preskusanje/metalografske-preiskave/ [14] Splet Pridobljeno 13. 8. 2017 iz http://elektrode.demo.sij.si/assets/magazine-
files/Elektrode-dodajni-materiali-za-varjenje.pdf [15] Splet Pridobljeno 16. 8. 2017 i
https://sl.wikipedia.org/wiki/Ro%C4%8Dno_oblo%C4%8Dno_varjenje