Elektrolučno zavarivanje
<s>Elektrolučno zavarivanje jedan je od najčešće upotrebljavanih načina zavarivanja u praksi.</s><s>Izvor energije za zavarivanje je električni luk.</s><s>Dio koji se zavaruje obično je plosnat, dok je elektroda štapičasta.</s><s>Ako se elektroda ne tali (ugljena, volframova), zavarivati se može bez dodavanja ili s dodavanjem materijala.</s><s>Pri zavarivanju taljivom elektrodom, ona je ujedno dodatni materijal (obično istorodan s osnovnim materijalom koji se zavaruje).</s>

<s>Elektrode za zavarivanje mogu biti gole (ugljeni ili metalni štap, žica ili traka), obložene (metalna jezgra, a obloga mineralni materijal) ili punjene (mineralna jezgra i metalna obloga) ili nekih drugih oblika.</s><s>Dodatni materijali i elektrode za elektrolučno zavarivanje (i druge načine zavarivanja) su standardizirani za pojedine načine zavarivanja i prema vrsti osnovnog materijala.</s><s>Priprema, odnosno oblici dodirnih površina koje se zavaruju i njihovih rubova, je standardizirana za pojedine načine zavarivanja i prema vrsti osnovnog materijala.</s>

<s>Što se tiče okoliša u kojem gori električni luk, razlikuje se zavarivanje na zraku, u neutralnim (inertnim) zaštitnim plinovima (argon, helij), u aktivnim zaštitnim plinovima (ugljikov dioksid), u smjesi plinova (argon, ugljikov dioksid, kisik, helij), pod troskom (mineralni prašci), te u posebnim okolnostima (pod vodom, u vakuumu, u bestežinskom stanju).</s><s>Vrste zaštitnih plinova i plinskih smjesa za zavarivanje i za postupke srodne zavarivanju (npr. EN 439: 1995.), te zaštitni prašci (npr. EN 760: 1996.) su standardizirani.</s>

<s>Povijest zavarivanja
Povijest spajanja metala je započelo prije nekoliko tisuća godina, u brončano doba i u željezno doba, na prostorima današnje Europe i Bliskog istoka.</s><s>Razvilo se kao sastavni dio vještina kovača, zlatara i ljevača pri izradi oruđa za rad, oružja, posuda, nakita i građevina.</s>

<s>U srednjem vijeku se razvilo kovačko zavarivanje, gdje su se dva dijela koja su se spajala, na kovačkoj vatri, doveli do bijelog usijanja i ako je bilo potrebno, posipali bi se određenim prahom ili pijeskom za “čišćenje”.</s><s>Čekićanjem spoja istiskivali bi se s dodirnih površina rastaljeni oksidi ili troska, te se sučeljavaju čiste metalne površine, kada počinju djelovati međuatomske sile dvaju dijelova i dolazi do čvrstog spoja.</s><s>Najbolji mačevi iz čelika u srednjem vijeku bili su rađeni iz niskougljičnog čelika (do 0,4% ugljika), a na njihove rubove su kovački zavarivane (udarcima čekića u toplom stanju) trake od visokougljičnog čelika (od 1,0 do 2,1% C), koje su uz određenu toplinsku obradu davale tvrde i oštre bridove.</s><s>Mačevi, vrhovi strijela i koplja, noževi i drugo, kod kojih su primjenjivali kovačko zavarivanje, bili su poznati u Grčkoj, Franačkoj državi, Kini, Japanu, Indoneziji, te u Siriji.</s><s>Poznata je bila tehnika spajanja traka iz različitih vrsta željeznih materijala kovanjem kao “damasciranje” (od Damask, Sirija), a u cilju postizanja posebnih dobrih svojstava za mačeve i puške.</s>

<s>1802. ruski znanstvenik Vasilij Petrov istražuje električni luk za opću namjenu i predlaže primjenu za zavarivanje.</s><s>1882. ruski znanstvenik Nikolaj Benardos prvi koristi električni luk između ugljene elektrode i metala, uz dodavanje žice u metalnu kupku.</s><s>1888. ruski znanstvenik Nikolaj Slavjanov je predložio postupak elektrolučnog zavarivanja metalnom elektrodom.</s><s>1895. počinje se koristiti aluminotermijsko zavarivanje tračnica i za popravak odljevaka.</s><s>U isto vrijeme prvi puta se zavaruje plinskim plamenikom, koji je koristio kisik i vodik.</s><s>Kasnije se razvija plinsko zavarivanje kisik-acetilenskim (O2 + C2H2) plamenom.</s>

<s>1907. švedski znanstvenik prvi patentira i primjenjuje obloženu elektrodu.</s><s>Obložena elektroda se proizvodila uranjanjem gole žice u otopinu minerala, a od 1936. obloga se nanosi isprešavanjem ili ekstrudiranjem.</s><s>Od 1925. počinje zavarivanje u zaštitnoj atmosferi vodika, a kasnije se prešlo na argon i helij.</s><s>Od 1930. primjenjuje se automatsko zavarivanje pod praškom u brodogradnji SAD-a.</s>

<s>Pred, a posebno poslije Drugog svjetskog rata, počinje razvoj i primjena zavarivanja u zaštitnom plinu - zavarivanje TIG postupkom.</s><s>Zavarivanje MIG postupkom se počinje primjenjivati 1948., a od 1953. u Sovjetskom Savezu se prvi puta primjenjuje zavarivanje MAG postupkom s CO2 zaštitnim aktivnim plinom.</s><s>Hladno zavarivanje pod pritiskom se primjenjuje od 1948.</s>

<s>Iza 1950. se razvijaju mnogi novi postupci kao što su: zavarivanje pod troskom (1951.), zavarivanje trenjem (1956.), zavarivanje snopom elektrona (1957.), zavarivanje ultrazvukom (1960.), zavarivanje laserom (1960.), zavarivanje plazmom (1961.) i drugi.</s>

<s>Prvo zavarivanje i toplinsko rezanje u svemiru izveli su 1969. u sovjetskom svemirskom brodu Sojuz 6. 1932. u Rusiji, Konstantin Khrenov je prvi uspješno primjenio podvodno elektrolučno zavarivanje.</s>

<s>Zavarivački električni luk
Središnji ili strujni dio zavarivačkog električnog luka sadrži pare i kapljice rastaljenog metala i troske, te je blještavo žuto zelenkaste boje.</s><s>Vanjski dio ili omotač sastoji se uglavnom od užarenih plinova svijetlo crvene boje.</s><s>Kada je električni luk prevelike duljine, plinovi u vanjskom dijelu ne mogu više zadovoljavajuće štititi središnji dio luka, kojim se kreću kapljice rastaljenog metala, a dolazi i do pojave rasprskavanja metala i tekuće troske.</s><s>Duljina zavarivačkog električnog luka određuje se kao udaljenost vrha elektrode od
površine kupke rastaljenog metala.</s><s>Kratkim lukom naziva se električni luk približne duljine 2 do 4 mm.</s><s>Kao normalna duljina luka uzima se 4 do 6 mm.</s><s>Luk duljine preko 6 mm naziva se dugačkim: on je nestabilan, rastaljeni metal koji prolazi električnim lukom oksidira i spaja se s dušikom iz okolnog zraka, povećava se rasprskavanje rastaljenog metala i troske, dobiva se vrlo krhak metal zavara.</s>

<s>Električni se luk, po svojoj duljini, može podijeliti u tri svojstvena područja i to: anodno područje, katodno područje, te stup električnog luka.</s><s>Uobičajene temperature katodnog područja su do 3500 °C. Temperatura anodnog područja nešto je malo viša.</s><s>Temperature u stupu električnog luka kreću se od 5000 °C do 6000 °C.</s>

<s>Uzimajući sve zajedno, za jedan zavarivački električni luk može se kazati da ima slijedeće značajke:
 predstavlja zonu plinova, koji se izravno dovode kao zaštitni plinovi ili nastaju izgaranjem obloge ili praška, a bez njih je dobra ionizacija nemoguća,
 provodi električnu struju i dio je strujnog kruga,
 ima odredenu duljinu (najčešće od 3 do 5 mm) koja ne smije biti niti prevelika niti previše mala, a koja odgovara održavanju stabilnog električnog luka,
 ima određeni električni otpor koji odgovara duljini luka, zbog čega dolazi do znatnog porasta temperature u prostoru električnog luka,
 ima određeni pad napona između vrha elektrode i površine zavarivanog metala.
 stvara vlastito magnetsko polje, koje ponekad stvara poteškoće kod zavarivanja,
 toplinski je provodljiv,
 razvija visoke temperature, pa i do 6000 °C u stupu luka,
 izgaranjem obloge elektrode stvara plinove koji snažno struje prema površini rastaljenog metala u krateru električnog luka,
 dolazi do raznih metalurških i kemijskih reakcija,
 emitira svjetlosne, infracrvene i ultraljubičaste zrake, pa je zbog opasnosti
njihovom izlaganju potrebna odgovarajuća zaštita očiju i dijelova tijela, da se izbjegne suzenje očiju, opekotine na koži, i drugo.</s>

<s>Izvori struje za zavarivanje
Izvor struje za zavarivanje su takvi uređaji koji daju na mjestu zavarivanja električnu struju sa karakteristikama pogodnim za zavarivanje.</s><s>Najčešće se koristi napajanje sa konstantnom jačinom struje i drugi tip, napajanje sa konstantnim naponom.</s><s>Kod elektrolučnog zavarivanja, dužina električnog luka je u direktnoj vezi sa naponom, dok je sa jačinom struje direktno povezan unos topline na zavarenom spoju.</s>

<s>Napajanje s konstantnom jačinom struje se često koristi za ručne postupke zavarivanja, kao što je zavarivanje TIG postupkom i ručno elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom.</s><s>To je važno, jer je vrlo teško održavati elektrodu mirno, a time se razmak i napon mijenjaju.</s><s>Napajanje s konstantnim naponom se češće koristi za automatske postupke, kao što je elektrolučno zavarivanje taljivom žicom u zaštiti aktivnog ili inertnog plinom (zavarivanje MIG ili MAG postupkom).</s><s>Kod tih postupaka duljina električnog luka se održava konstantnim, mijenjajući jačinu struje po potrebi.</s><s>Na primjer, ako je žica i osnovni materijal preblizu, pojača se jačina struje, pa se dio žice istopi, i time vraća prvobitni razmak.</s>

<s>Vrsta električne struje kod elektrolučnog zavarivanja isto igra vrlo važnu ulogu.</s><s>Postupci s taljivim elektrodama, kao što je ručno elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom (REL), uglavnom koristi istosmjernu struju, ali elektroda može biti pozitivno ili negativno nabijena.</s><s>Kod zavarivanja, pozitivno nabijena anoda će imati veću koncentraciju zagrijavanja i zavar će biti dublji.</s><s>Ako je elektroda pozitivno nabijena, onda će to rezultirati u plićem zavaru.</s><s>Postupci sa stalnim elektrodama, kao što je zavarivanje TIG postupkom, može koristiti istosmjernu ili izmjeničnu struju.</s><s>Kod istosmjerne struje, zavar će biti dublji ili plići, ovisno ako je elektroda pozitivna ili negativna.</s><s>Izmjenična struja će stvoriti srednje dubok zavar.</s><s>Nedostatak izmjenične struje da se električni luk mora stalno ponovo paliti, kada jačina struje bude nula, u svakom ciklusu, riješen je sa specijalnim uređajima koji stvaraju kvadratni val, umjesto normalnog sinusnog vala.</s>

<s>Vrste elektrolučnog zavarivanja</s>

<s>Elektrolučno zavarivanje taljivom elektrodom
U elektrolučno zavarivanje taljivom elektrodom spadaju ručno elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom, zavarivanje MIG postupkom ili elektrolučno zavarivanje taljivom žicom u zaštiti neutralnog (inertnog) plinom, zavarivanje MAG postupkom ili elektrolučno zavarivanje taljivom žicom u zaštiti aktivnog plina, zavarivanje pod praškom ili elektrolučno zavarivanje taljivom žicom pod zaštitnim praškom i zavarivanje pod troskom ili elektrolučno zavarivanje taljivom žicom pod zaštitnom troskom.</s>

<s>Ručno elektrolučno zavarivanje
Ručno elektrolučno zavarivanje (kratica: REL), točnije izraženo ručno elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom (engl.</s><s>Manual Metal Arc Welding – MMA) ili elektrolučno zavarivanje obloženom elektrodom (engl.</s><s>Shielded Metal Arc Welding – SMAW) je postupak koji se najviše koristi.</s><s>Električna struja se koristi da pokrene električni luk, između osnovnog materijala i potrošnih elektroda, čija obloga stvara zaštitu zavara od oksidacije i zagađivanja stvaranjem ugljikovog dioksida (CO2).</s><s>Elektroda služi i kao dodatni materijal za stvaranje zavara.</s><s>Postupak je vrlo raznovrstan i može se obaviti s relativno jeftinom opremom, tako da se koristi u radionicama i na otvorenim gradilištima.</s><s>Zavarivač može postati dovoljno iskusan i sa skromnijom obukom, a vješt majstor postaje sa iskustvom.</s><s>Vrijeme zavarivanja je relativno sporo, budući da se elektrode moraju često zamjenjivati i troska se mora čistiti nakon svakog zavara.</s><s>Taj postupak je uglavnom ograničen na čelične proizvode, iako specijalne elektrode postoje i za lijevano željezo, nikal, aluminij, bakar i ostale metale.</s>

<s>Zavarivanje MIG postupkom 
Zavarivanje MIG postupkom (engl.</s><s>Metal Inert Gas) ili elektrolučno zavarivanje taljivom žicom u zaštiti inertnog plinom (engl.</s><s>Gas Metal Arc Welding – GMAW), je vrsta elektrolučnog zavarivanja.</s><s>To je poluautomatski ili automatski postupak, koji koristi stalno dovođenje gole žice kao elektrode za zavarivanje, a zaštićen je sa inertnom (neutralnom) ili poluinertnom mješavinom zaštitnih plinova (obično argon), da zaštiti zavareni spoj od zagađenja.</s><s>Postupak je brži od ručnog elektrolučnog zavarivanja.</s><s>Elektroda je ujedno i dodatni materijal, koji je obično istorodan s osnovnim materijalom koji se zavaruje.</s>

<s>Zavarivanje MAG postupkom
Zavarivanje MAG postupkom (engl.</s><s>Metal Active Gas) postupkom je vrsta elektrolučnog zavarivanja talljenjem u aktivnom zaštitnom plinu (obično ugljikov dioksid CO2) ili u plinskoj smjesi (argon + ugljikov dioksid, argon + ugljikov dioksid + kisik) taljivom elektrodom u obliku gole žice, slično zavarivanju MIG postupkom.</s><s>Ovaj postupak zavarivanja izvodi se u svim položajima.</s><s>Zavarivanje kratkim električnim lukom (engl. short arc) daje najmanji unos energije u zavareni spoj, tako da je postupak pogodan za zavarivanje tankih limova.</s><s>Kada je poželjan lijep izgled zavara, a istodobno i dobra zavarivost, zavarivanje MAG postupkom se izvodi u plinskoj smjesi s približno 80% argona i 20% CO2.</s><s>Impulsno zavarivanje se izvodi u svim položajima bez raspskavanja kapljica.</s>

<s>Zavarivanje pod praškom
Zavarivanje pod praškom (engl. flux-cored arc welding – FCAW) ili elektrolučno zavarivanje pod zaštitnim praškom (kratica: EPP) je poluautomatska ili automatska vrsta elektrolučnog zavarivanja, gdje se koristi taljiva elektroda u obliku žice ili trake, koja se mehaniziranim načinom dovodi na mjesto gdje gori (prikriven) električni luk u plinovima od mineralnog praška.</s><s>Rastaljeni prašak, tj. tekuća troska, štiti električni luk i talinu zavarenog spoja, a skrutnuta troska hladeći se štiti zavareni spoj od okolnog zraka.</s><s>Električni luk je stalno prekriven i praktički nevidljiv tijekom zavarivanja, što bitno smanjuje izravno djelovanje svjetlosnog i drugih zračenja, kao i rasprskavanje čestica rastaljenog metala i troske, a uz vrlo malo dima.</s><s>Nakon što se ohladi, skrutnutu trosku treba odstraniti.</s>

<s>Zavarivanje pod troskom 
Zavarivanje pod troskom (engl.</s><s>Submerged Arc Welding – SAW) ili elektrolučno zavarivanje taljivom žicom pod zaštitnom troskom (kratica: EPT) je elektrootporno zavarivanje taljenjem (bez pritiska), pod talinom troske taljivom elektrodom, kao dodatnim materijalom, u obliku jedne ili više žica, jedne ili više traka što se dovode u talinu troske.</s><s>Talina se održava u tekućem stanju Joulevom toplinom, koja se razvija zbog omskog otpora u troski, kroz koju protječe električna struja zavarivanja između elektrode i taline zavara.</s><s>Zavarivanje se obično izvodi okomito ili koso prema gore.</s><s>Ima više načina zavarivanja pod troskom, pa tako i način zavarivanja pod troskom tračnom elektrodom.</s><s>Ovaj postupak posebno je prikladan za zavarivanje debelih i veoma debelih komada.</s>

<s>Elektrolučno zavarivanje netaljivom elektrodom
U elektrolučno zavarivanje netaljivom elektrodom spadaju zavarivanje TIG postupkom i zavarivanje plazmom .</s>

<s>Zavarivanje TIG postupkom
Zavarivanje TIG postupkom (engl.</s><s>Tungsten Inert Gas) ili elektrolučno zavarivanje netaljivom elektrodom u zaštiti inertnog plinom (engl.</s><s>Gas Tungsten Arc Welding – GTAW), je ručni postupak zavarivanja u neutralnom zaštitnom plinu ili neutralnoj smjesi plinova, koji koristi netaljivu volframovu elektrodu (ili volfram s dodacima, npr. torijevog oksida ili oksida drugih elemenata kao cirkonij, lantan, itrij) i posebno dodatni materijal.</s><s>Svojstvo ovog postupka je stabilan električni luk i visoko kvalitetan zavar, ali zahtjeva izuzetne vještine zavarivača i relativno je spor.</s><s>Iako se može koristiti za skoro sve vrste materijala, najčešće se koristi za zavarivanje nehrđajućih čelika i lakih metala (aluminijeve legure, titanijeve legure).</s><s>Pogodan za zavarivanje tankih limova (do debljine 6 mm), a često se koristi kod proizvodnje bicikla, zrakoplova i brodova, te kod zavarivanja u prinudnim položajima.</s><s>U pravilu se volframova elektroda priključuje na (-) pol izvora istosmjerne struje, zbog znatno manjeg trošenja volframove elektrode.</s><s>Koristi se pulsirajuća struja zavarivanja.</s>

<s>Zavarivanje plazmom
Zavarivanje plazmom ili plazma zavarivanje se ponekad uspoređuje sa zavarivanjem TIG postupkom iz kojega je razvijeno.</s><s>Kod oba se postupka koristi netaljiva volframova elektroda, i relativno malo je unošenje topline.</s><s>Kod zavarivanja plazmom, volframova elektroda je upuštena u sapnicu (mlaznica).</s><s>Plin pod tlakom izlazi kroz mali otvor na donjem dijelu sapnice.</s><s>Oko tog mlaza vrućeg plazmenog plina postoji i drugi koncentrični omotač zaštitnog plina.</s><s>Postoje dvije vrste luka koji stvaraju plazmu: "preneseni luk" na radni komad i nepreneseni luk.</s>

<s>Greške u zavarenim spojevima
Svaki tehnološki postupaknosi stalnu opasnost od nastajanja određenih grešaka.</s><s>S obzirom na veliki broj utjecajnih čimbenika na kvalitetu zavarenih spojeva, na tu je opasnost potrebno obratiti posebnu pozornost kako pri izradi zavarene konstrukcije, tako i u njenoj primjeni.</s><s>Postoje različite klasifikacije grešaka u zavarenim spojevima, a jedna od njih je sljedeća (EN 26520): greške u zavarenim spojevima koje mogu nastati u izradi i greške u zavarenim spojevima koje mogu nastati u eksploataciji.</s>

<s>Greške u zavarenim spojevima koje nastaju u izradi mogu se podijeliti s obzirom na:
 Uzrok nastajanja grešake: konstrukcijske greške, metalurške greške i tehnološke greške;
 Vrstu grešake: plinski uključci, uključci u čvrstom stanju, naljepljivanje, nedostatak provara, pukotine i greške oblika i dimenzija;
 Greške položaja: unutrašnje greške, površinske i podpovršinske greške i greške po cijelom presjeku;
 Greške po obliku: kompaktne greške, izdužene greške, oštre greške (jako izraženo zarezno djelovanja), zaobljene greške (manje izraženo zarezno djelovanje), ravninske greške (može se zanemariti treća dimenzija greške) i prostorne greške (uzimaju se u obzir sve tri dimenzije greške);
 Greške po veličini: male greške, greške srednje veličine i velike greške;
 Greške po brojnosti: pojedinačne greške, učestale greške i gnijezdo grešaka.</s>

<s>Zaštita na radu pri zavarivanju
Zavarivanje bez odgovarajućih mjera zaštite, može biti opasno i nezdravo.</s><s>Danas se s novim tehnologijama i odgovarajućom zaštitom, taj rizik dosta smanjio.</s><s>Da bi se smanjio utjecaj plamena i električnog luka, zavarivači moraju nositi zaštitnu odjeću i opremu, kao što su maske, rukavice, zaštitna odjeća.</s><s>Zbog visokog intenziteta ultraljubičastog i infracrvenog zračenja, i mogućeg oštećenja očiju (upala rožnice i opekotine na mrežnici oka), maske i naočale trebaju biti opremljeni sa specijalnim staklima.</s><s>Često se i mjesta zavarivanja trebaju prekriti sa zaštitnim zavjesama i pregradama, posebno od polivinil klorida, da se zaštite ostali radnici koji ne zavaruju.</s>

<s>Mjesta zavarivanja sadrže značajnu količinu metalnih čestica promjera nekoliko μm, i što su čestice manje, to su opasnije za zdravlje (male čestice mogu proći kroz krvno-moždanu pregradu).</s><s>Uz to dolazi do stvaranja i ozona.</s><s>Posebno su opasne pare koje sadrže kadmij.</s><s>Kod Cr-Ni čelika, posebno je opasna visoka koncentracija šesterovalentnog kroma Cr (VI), koji je kancerogena tvar.</s><s>Kod zavarivanja MAG postupkom prisutna je velika količina ugljikovog monoksida CO i ugljikovog dioksida CO2.</s><s>Kod rada sa pocinčanim materijalima, potreban je oprez zbog zagađenja sa cinkovim oksidom ZnO.</s><s>Manganske pare, čak i u manjim koncentracijama (<0,2 mg/m3), mogu dovesti do neuroloških problema i oštećenja pluća, jetre, bubrega i centralnog nervnog sistema.</s><s>Zbog toga se preporučuje vrlo dobra ventilacija radnog mjesta, a u težim situacijama i aparati za disanje.</s><s>Bitno je dobro se zaštititi i od električnog udara, koji nastaje zbog loše izolacije, skučenog vlažnog prostora, visokonaponskih uređaja.</s>

<s>Izvori</s>

<s>Literatura 
 
 
 
 
 ASM International (society) (2003).</s><s>Trends in Welding Research.</s><s>Materials Park, Ohio: ASM International.</s><s>Blunt, Jane and Nigel C. Balchin (2002).</s><s>Health and Safety in Welding and Allied Processes.</s><s>Cambridge: Woodhead. .</s><s>Hicks, John (1999).</s><s>Welded Joint Design.</s><s>New York: Industrial Press. .</s>

<s>Vanjske veze 
 Arc Flash Awareness video (25:39) from U.S. National Institute for Occupational Safety and Health</s>

<s>Zavarivanje</s>

