[ A VRAM MAJSTOROVIC [ MILORAD JOVANOVIC

OSNOVI ZAVARIVANJA LEMLJENJA I LEPLJENJA

PETO lZDANJE

-~,!~~ B E O G RA D.I995.

I Dr Avram MajslOrovic I Dr Milorad Jovanovic

OSNOVI ZA V ARlV ANJA. LEMUENJA 1 LEPUENJ A

Izdavat IP .Nautna Jrnjiga" Beograd. Uzun-Mirkova 5

Receozenti Dr Vladislav 2ukic Dr SYelislavJoyitic

Za izdavata glavni i odgovomi w-ednik Dr Blaio Peroyic

Tehnitl::i w-ednik MUojo DrinjiJkoyic

TITa! 1.000 primeraka

ISBN 86-2343109-X

Stamp.: Stamp.rsko-izd.v.~ko prcduzctc ,Bok.r' - Bor

PREDGOVOR UVOD

SAD R ~ A J

I, OSNOVNI TEHNOLOSKI PARAMETR I ZAVARIVANJA 1. OSNOVI SPAJANJA ZAVARIVANJEH

1. 1. OSNOVNI POJMOVI U TEH NIC I ZAVARIVANJA 1.1 . 1. Zavareni spojevi i ~avovi 1.1.2. Elementi sava 1. 2. PRIPREMA DELOVA ZA ZAVARIVANJE 1.3 . KLASIFIKACIJA NACINA ZAVARIVANJA 1. 4. IZBOR POSTUPKA ZA VARIVAIiJA 1.4 . 1. Oznacavanje postupka zavari vanja

crteHma na

1.4 . 2 . 02J\a~avanje postupka zavarivanja u lite-raturi po UDK

Str.

1 3

3 6 8

13 13 16 18

20

20

2 . IZBOR OSNOVNOG MATERIJALA Z~ SPAJi .WNJEM 22 2. 1. OCENA ZA VARLJIVOSTI OSNOVNOG A 26 2.1 . 1 . Pojam i definicija zavar1jivosti 26 2.1.2. Hetode za ispitivanje zavarljivosti 30

1. Ra~ unske me tode 2. prakticne metode

3. IZVORI TOPLOTE ZA ZAVARIVANJE 3. 1. KARAKTERISTIXE T OPLOTNIH IZVORA 3.2 . VRSTE TOPLOTNIH IZVORA 3.2.1. Gasni plamen 3 . 2.2 . Elektri~ni luk 3 . 2 . 3. Elektricni otpor 3.2.4. Mlaz plazme 3.2.5. Laserski zrak 3 . 2.6. Elektronski snop 3.2 . 7. Egzotermicke reakcije 3.2 . 8. Mehanicko trenje i pritisak

4. TCPLO'INI BIIANS PRI ZAVARIVl\NJU

30 39 42 42 43 43 44

52 52 53 54 54 55 55

, . , .

Str. 4.1. Prostiranje toplote i temperatursko polje 55 4.1.1. Eksperimentalno odredjivanje temperaturskog

ciklusa 60 4.1.2. Analiti~ki prora~un temperaturskog polja 62

1. Nepokretan trenutan toplotni izvor 67 2. Pokretan i nepokretan trajan izvor toplote 67 3. Odredjivanje brzlne hladjenja 69

2. METALURSKI PROCESI I PROMENE PRI ZAVARIVANJU 1. TOPLJENJE METAIA I OBRAZOVANJE f,AVA

1.1. TOPLJENJE OSNOVNOG METALA 1.2. TOPLJENJE DODATNoa MATERIJALA 1.3. HEMIJSKE REAKCIJE U RASTOPU 1.3.1. Isparavanje

72

72

72 74 77 77

1.3.2. Apsorpcija gasova u Aavovima 78 1.3.3. Pre~iA~avanje (rafinaclja) metala ava 83 1.3.4. Legiranje metalaa ava 84 1.3.5. Uticaj difuzije u procesu zavarlvanja 84 1.4 . OBRAZOVANJE SA VA I PROMENE PRI O~VRSt1A VAIIJU 86 1.4.1. Pojava 1 vrste prslina u zavarenim spojevima 89 1.~. STRUKTURNE PROMENE PRI ZAVARIVANJU 97 1.5.1. Promene u viAefaznim metalima 1.5.2. Promene u jednofaznim metalima 1.5.3. Termi~ka obrada zavarenlh spojeva

2. NAPONSKO I DEFORMACICllO STANJE U ZAVARENIM SPOJEVIMA 2.1. SOPSTVENI NAPONI I DEFORMACIJE 2.1.1. Termi~kl naponi i deformacije 2.1.2. Strukturni naponl 2.2. MERE ZA SMANJENJE SOPSTVENIH NAPONA I

DEFORMACIJA 2.3. MERE ZA OTKLANJANJE DEFORMACIJA ISMANJENJE

NAPONA

97 102 103

105 105 107 113

114

116

Str.

3, POSTUPCI ZAVARIVANJA I TERMl t KOG SEtENJA METALA 118 1. TEHNOLOGIJA ZAVARIVANJA METALA 'rOPLJENJEM

1.1. CA S/IO - PL AMENO ZAVAR I VA NJE 1.1.1. GasQv1 za zavarivanje 1.1.2 . Plamen za zava riv anje 1.1.3. Dodatni materijal i topitelji za z avariva-

118 119 119 123

nje 12 6 1.1.4. Priprema osnovnog materijala i t e hnika

gasnog zavari vanj a 128 1.1.5. Zavarivanje razli~itih metala i legura 130 1.2. RUtNO EL EXTROLUtNO ZA VARI VANJE 137 1. 2.1. Priprema osnovnog materijala i tehnika

zavarivanja 14 3 1.2.2. Zavarivanje razli~itih metala i legura 14 8 1.3. ELEXTROLUtNO ZA VA RIVANJE POD PRASXOM 153 1.3.1. Zavariva~ki automat za EPP zavarivanje 154 1.3.2. Dodatni materijal za EPP zavarivanje 155 1.3.3. Metalurke reakcije pri EPP zavariv anju 158 1.3.4. Tehnika EPP zavarivanja 159 1. 4. ZAVARIVANJE POD TROSXOM 162 1.4.1. Zavariva~ki uredjaj za zavarivanje pod

troskom 1.4.2. Dodatni materijal za zavari v anje p o d

troskorn

163

164 1.4.3. Tehnika izv odjenja zavarivdnj a p o d trosk om 165 1.5. ZA VARIVANJE NETOPL JIVOM ELEXTRODOM U

INER TNO M CASU (TIC ) 16 6 1.5.1. Uredjaji za TIG zavari van je 1.5.2. Dodatni materijal za TIG zavari vanje

16 7 168

1.5.3. Tehnologija i tehnika TIG za vari v anja 169 1.5.4. TIG zavarlvanje razli~itih metala i legura 176 1.6. ZA VARIVA NJE TOPLJ IVOM EL EXTRODNOM t I COM

U IN ERT NOM GASU 179 1.6.1. Dodatni materijal za MIG zavariv anje 180 1.7. ZAVARI VANJE TOPLJI VO M ELEKTR OD NOM tIC OM U

ZA STITI UCLJENDI OXSIDA (MAC) 181 1.7.1. Zavariva~ki uredjaji za MAG zavarivanje 183 1. 1.2. Dodatni materijali za MAG zavarivanje 184 1.7.3. Metalur ke reakc i je pri MAG-zavarivanju 185 1.7.4. Tehnika MAG zavarivanja 187

1. B. ZAVARIVANJE PLAZMOM 1.8.1. Uredjaji za zavarlvanje plazmom

Str. 189 190

1.8.2. Dodatni materijal za zavarivanje plazmom 191 1.8.3. Tehnlka zavarivanja plazmom 192

2. ZAVARIVANJE ELEKTRI~NIM OTPOROM 2.1. TAtKASTO ZA VARIVANJE

193

194 2.1.1. Uredjajl za tatkasto zavarlvanje 194 2.1.2. Elektrode za tackasto zavarlvanje 195 2.1.3. Tehnika i tehnologija tackastog zavarivanja 198 2.2. SAVNO ZAVARII'ANJE 211 2.1.1. Tehnlka i tehnologlja avnog zavarivanja 213 2.3. RELJEFNO ZAVARIVANJE 217 2.4. SUtEONO ZAVARIVA NJE ELEKTRltNIM OTPOROM 218 2. 4.1. Suceono zavarlvanje zbljanjem 2.4.2. Su~eono zavarivanje varni~enjem

3. OSTALI POSTUPCI ZAVARIVANJA 3.1. ZA VARIVANJE TRENJEM 3. 2. ZAVARIVANJE ULTRAZVUKOM 3. 3. ZAVARIVANJE ELEKTRONSKIM SNOPOM 3.4. ZA VARIVANJE LASERSKIM ZRACIMA 3. 5. ZA VARIVANJE SVETLOSNIM ZRACIMA 3. 6. ZA VARIVAIIJE DIFUZIJOM 3.7. INDUKCIONO ZAVARIVANJE 3.B. ZAVARIVANJE VRTLOZNIM LUKOM 3.9. TERMITNO ZAVARIVANJE 3 . 10. ZA VARIVANJE EKSPLO ZIJOM 3.11. HLADNO ZAVARIVANJE 3.12. KOVAtKO ZAVARIVANJE 3.13. ARK-ATOM ZAVARIVANJE

4 . TERMI~O SECENJE METAloA

4.1. GASNO PLAMENO SEtENJE 4.2. ELEKTROLUtNO SEtENJE

5. ZAVARIVANJE I SE~NJE POD VODOM 5 . 1. GASNO PLAMENO ZAVARIVANJE I SEtENJE POD

VODOM

5.2. ELEKTROLUtNO ZAVARIVANJE I SEtENJE POD VODOM 5.3. OSTALI POSTUPCI SEtENJA POD VODOM

218 219

220 220

225 227 229 230

231 232 232 233 236 237

239 239

241 242 246 247

248

249 250

Str .

4. NAVARIVANJE METALA 25 1 4.1. PREGLED MET ODA NAVARIVANJA 2 55 4.1.1. Gasno nava rivanje 255 4.1.2 . Ruc no elektroluUno navarivanje oblozenim

elektrodama 25 6 4.1.3 . Navariv anje u a tmosferi zastitni h gasova 25 6 4. 1.4. Navarivanje pla~Gm 257 4 . 1.5. Navariv anje p od pras kom i t r o skom 25 7

S. LEMLJENJE I LEPLJENJE 259 1. LEMLJENJE 25 9

1.1. TOPITELJI ZA LENLJENJE 1. 2 . LENOVI 1 . 3 . VRS T E LENLJENJA 1. 3.1 . Lemljenje 1emili com 1.3.2. Gasno l e mlj e nje 1.3.3. Elektrootpors ko lemljen j e 1.3.4. Lemljenje u pe6ima 1.3.5. Indukciono lemljenje 1.3.6. Lemljenje potapanjem 1. 4. LEML J ENJE RAZL I tITIH METALA I LGURA 1. 5. ZAVARIVAG'KO LEMLJEIIJE tELIKA I LIVENOG

GVO'tDJA 1. 6 . VRSTE LEMLJENIII SPOJEVA

2. LEPLJENJE 2 .1. PODELA LEPKO VA 2 . 2 . VRSTE L EPLJENIII SPOJEVA 2 . 3 . TE HNO LOGIJA LEPLJENJA

6. KDNTRDLA I DeENA KVALITETA LAVARENIH SPDJEVA 1. ZADACI I PODELA KONTROLE 2. GREljKE U ZAVARENIM SPOJEVllI!A

2 . 1 . DOPUSTENE GRESKE U ZAVARENIM SPOJEVIMA 3. KRTI LOM

LIT ERA T U R A

262 263 265 265 266 268 269 271 272 274

278 280 282 28 3 284 285

287 287 28 9 291

29 7

U v 0 D

Intenzlvan razvoj prolzvodnlh slstema, a posebno tehnlke 1 njenlh dlsclpllna,kao 1 pctreba lzrade nerazdvojlvlh 1 hermetlckih spojeva uz odgovaraju6u pouzdanost 1 ekonomicnost dovodl do sve ve-6e prlmene zavarlvanja 1 srodnlh tehnlka.

Usavr~avanje postupaka zavarlvanja, lemljenja 1 lepljenja razllcltlh proxzvoda od cellka, obojenlh 1 drugih metala i legura, kao 1 nemetalnih materljala, uz prlmenu mehanizovanlh 111 potpuno automatlzovanlh procesa, doprinosl pove6anju kvallteta, proizvod-nosti 1 ekonomicnostl, odnosno pojevtlnjuje prolzvodnju.

Spomenutlm postupclma spajanja mogu se povezlvati u nerazd-vojlve spojeve ne sarno metall, ve6 1 kerarnlckl materljal~plasticne rnase, staklo i drugi materlja11 koji se pr1menjuju u ma~1nstvu, gradjevinarstv u, elektronlci, rUdarstvu, ltd.

Zavarenl spojevl su razllclto optere6enl u radnlm uslovlma, npr. mogu biti lz10zeni vlsokim prltlsclma, povl~enlm temperatura-rna, dinamicklm optere6enjlma, raznlm agresivnim sredinama, brzim promenama temperature i naprezanja 1 sl.

Uvodjenjem zavar1vanja, umesto starih tehnologij~ spajanja metala, postize se u~teda u vremenu i materijalu. Tako je, na prl-mer,zavarena konstrukcija laka od zakovane i do 20%, a od livene i do 50%, a vreme potrebno za izvodjenje odgovaraju6e konstrukclje cesto je i deset puta kra6e. Navedeni primer ukazuje na savremene teznje pri izboru raclonalnog postupka izrade metalnih konstrukci-ja. Treba naglasltl da se prlmenom postupaka nerazdvojlvog spaja-nja metala, u komblnacljama sa drug 1m tehnologljama izrade (llve-njem, kovanjem, presovanjem) mogu proizvesti veorna slo~eni delaY!, to je do sada bl10 veoma teko 111 neekonomicno.

~lroke mogu6nost1 1 perspektlvu pruza u budu6nostl prlmena novlh metoda zavar1vanja koje se zasnivaju na kori6enju solame energije, laserskih zraka, energije atoma; tu su jo i mogu6nosti zavar1vanja u vakuumu i bestezinskom stanju, to se za sada 1zvod1 sarno u eksper1mentalne svrhe pr1 vas1onsk1m 1straz1vanj1ma.

Neki izvori toplote za zavarivanje kao npr. plazma, laser-ski zrak 1 dr. sve vle se kor1ste 1 za druge tehnolo~ke procese

- 2 -

kao to su se~enje, termil::ka obrada, povrAinsko legiranje, rreta-11zaclja ltd. Zbog toga uredjajl za zavarlvanje p1azmom, 1asersk-1m zraclma 1 s1. clne osnovu tzv. f1ekslbl1ne tehnologlje kojl-rna se veoma lake rroife preci sa jednog proizvodnog programa na drugi.

Prema tome, pr1mena razllcltlh tehnologlja spajanja u svlm oblastima tehnlke, a posebno u maslnstvu, obavezuje projektante, konstruktore 1 lzvodjace da sve v1e pa~nje posvecuju 1 metalur-k1m problemlma oslm tehnolokih. Zbog toga se metalurg1ja zava-rivanja mora razfuatratl zajedno sa tehnologijom, naro~ito pri spajanju raznovrsnlh cellka 1 drugih metalnlh materljala, 1 pr1 tome korlstltl dosadanja saznanja a spajanju materljala 1 rea-vanju aktuelnih konstruktlvnlh problema.

Osnovnl problem pr1 spajanju metala 1 legura je zavarlj1-vast (lemlj1vost 1 leplj1vost), ukljucujuc1 1 sklonost ka nasta-janju prslina usled strukturnih preobra~aja i obrazovanja novih faza 111 usled dejstva spoljn1h naprezanja odnosno sopstven1h napona izazvanih tehnoloskim prooesom. Tehnologiju zavarlvanja U odnosu na druge tehnologlje prate znatno veei sopstveni napani 1 deformacije, naro2:ito pri zavarlvanju delova veeih debljina i pr1mene razl1c1tih dodatnih mater1jala.

Razmatrane pojave 1 ut1cajn1 faktor1 na kval1tet 1 pouz-danost zavarenih, lemljen1h 1 lepljen1h spojeva pr1padaju os nov-n1m tehnolosko-metalursklm saznanjima koja se lzlazu U odgovara-juc1m poglavlj1ma.

OSNOVNI TEHNOLOSKI PARAMETRI ZAVARIVANJA

1 OSNOVI SPAJANJA ZAVARIVANJEM

Prema osnovnim koncepcijarna spajanja elemenata konstrukcl-je, posebno zavarivanjem, uo~ava se da je eksploataclona sigurnost zavarene konstrukcije prema lomu ad opterecenja jedan ad najva~nijih zahteva pri njenom projektovanju,konstruisanju i izradi.

I pored pravilno predvidjenih i primenjenih konstruktivno-sigurnosnih mera u praksi ipak dolazi do lomova, sto usmerava na dalja nova istrazlvanja i prou~avanja kriterijuma sigurnosti, od-nosno ispitivanja uslova i uzroka nastajanja lorna, kao i mera po-trebnih za dobijanje proizvoda trazenog kvaliteta.

Kako nema tehnicki i ekonomski idealnog resenja, to se pri izradi neke zavarene konstrukcije (elementa) tezi optimizaciji i racionalizaciji zavarenog prolzvoda, odnosno tezi se podesnom 1%-boru:

1. elemenata - konstrukcije 2. materijala 3. tehnologije. Istrazivanje i prucavanje ova tri cinioca proizvodnog sis-

tema zasniva se na utvrdjivanju: - sposobnosti spajanja, odnosno da 11 se razmatrani materi-

jal moze spojiti odredjenim postupkom i dodatnim materi-jalom, a da se pri tome bltno ne promene svojstva spaja-nog materijala;

- 4 -

_ sigurnosti izvedenog spoja, odnos no da 11 au kon s trukt lv-na reenja i zavareni spojev i tako izvedeni da obezbedju-ju otpornost u toku radal

_ mogu6nosti spa j anj a , tj. da 1i se mo~e 'ostvariti spa jan je odredjenim postupkom u datim p'roiz v odnim us1ovima.

Za prakti~no ostvarivanje projektnog zahte v a odgovoran je: _ konstruktor, za konstruktivna reenja uk1ju~uju6i i i zbor

materij a1a l _ proizvodja~, za tra~ena Bv ojstva osnovnog 1 dodatnog ma-

terij a1a l - tehno1og zavarivanja, za razradu tehno1o~kog procesa i

njegovo izvodjenje. Pri tome se te!i opt~lnom izboru i ostvarivanju parame-

tara proizvodnog sistema, ~ija se interakcija mo~e prikazati ~emom

~~ I MATERIJAL TEHNOLOGIJA I Na prikazanoj emi, asnovni faktor - konstrukoi j u ~ine konstruk-. I

--' tivni i dimenzijski deta1ji, materijaZ - karakterUu fizi l::ko-he-'~mjjska svojstva bitna za zavarivanje i t ehn oZogiju - odredjuju

; tehno1oski, tehni~ki i ekonomski faktori. " .' Tra!eni kvalitet proizvoda, sigurnost i pouzdanost 'proiz-voda u radu kao i ekonomi~nost njegove proizvodnje mo gu se ostva-riti same prollcAvanjem svih cinilaca vezanih za:

- projoktov anje, - lzradu 1 - eksp1oateciju. S obzlrom na medjuzavlsnost ovlh clnl1aca, s vaka promena

jednog od njih us1ov1java va6u i1i manju promenu i osta1ih, to se na kraju odra!ava na tehnl~ko-funkclonalne, pa i na ekonomsko-proizvodne pakazabelje zavarene konstrukclje.

Iz izlo!enog se mo!e zapaziti da je za izradu elementa -konstrukcije, odnosno prolzvoda, bitan i zahtev za optimalnu re-allzaclju zavarl v anja, kako sa druAtveno-ekonomskog tako 1 sa

~ tehno1okog i eksp1oatacionog stanovi~ta (sl. 1).

*' Pouzdanost - sigurnost za odredjeno vreme rada.

- 5 -

USLOv/

/'

- 6 -

materijal ima dobru zavarljivost i da daje av i spoj sa potreb-nlm svojstv~a za odredjene uslove eksploatacije (pogodnost za date svrhe).

Tehnologija zavarivanja se bira prema vrsti i abliku e1e-menta konstrukclje, kao i vrsti zavarivanog materijala, i povezu-je se sa rezultatima analize uticajnih parametara koji dovode do spontane iIi dlrigovane promene svojstava osnovnog materijala eke sava. Stoga nedovoljno poznavanje problematike zavarivanja maze dovest! do pojave gresaka zavarenog spoja .1 opasnih havarija za vrerne eksploatacije, sto se sa aspekta slgur,nostl i ekonomicnostl u svakom slucaju mora spreciti. . . '

U najve6em broju slucajeva za izradu zav~renih proizvoda se koriste ugljeni~ni i legirani ~elici, a 'u poslednje vreme i tzv. ~elici poviene ~vrsto6e (ja~ine), kao i drugi metali. Za njihova spajanje u savremenoj tehnici razvijenl BU brojni nacini 1 postupci, uz sve ve6u primenu automatizacije eime se povecava 1 odr~ava tra~enl kvalitet, proizvodnost i ekonomicnost. Zbog to-ga se danas u svetu primenjuju 74 metoda zavarivanja, a u naoj zemlji oko 15, i sve vie potiskuju raniji postupci spajanja me-talnih i nemetalnih materijala (npr. zakivanje). Zavareni spoje-vi u poredjenju sa zakovanim obezbedjuju vecu ravnornernost osobi-na spoja, ekonomi~nije izvodjenje, sigurniju eksploataciju i du-

~i vek rada .Medjutlm, za izvodjenje zavarenih proizvoda tra~i se veca strucnost izvodjaca radova,a posebno je pojacan zahtev ~a

. "

"Kontrolu pripreme i lzvoojenja zavarjvacklh radova. lsto tako su veorna otri zahtevi u pogledu kontrole kvaliteta i pouzdanosti za-varene konstrukcije.

1.1 OSNOVNI POJMOVI U TEHNICI ZAVARIVANJA

Prou~avanjem metala utvrdjeno je da se oni odlikuju odre-djenom unutranjom polikrista~1 tnom gradjom tj. strukturom. Unutranja gradja metala (legure) uslovljena je rasporedom atoma kao i prisustvom 1 raspadelom strukturnih faza . Vrste medjuatom-skih veza u ~vrstim metalima uti~u na njihove fizi~ke, hemijske i m.hani~ke osobine. Veli~ina energije medjuatomskih veza zavisi od hUmijskog sAstava lequre kao i ad vrste kristalne reetke. Unut-raAnji ato~ u ~vrstom telu uravnote!eni su delovanjern okolnih atoma, dok au atom! na spoljnim povrinama neuravnote~eni, jer se grani~e sa vazduhom iIi drugim sredinama (sl. 2). Dovodjenjem

' spoljne energije menja se atanje posmatranog sistema, a promena se ispaljava u vecim amplitudama oscilovanja atoma,posebno na gra-

- 7 -

nl~nim povr~lnama. U slu~aju kada su spoljne energetske pobude dovoljno ve l ike rno~e doti do savladjivanja tzv. energetske ba-rijere 1 obrazovanja metalne veze, kao posledica aktlvacije va-lentnih elektrona 1 form1ranja zajedn1~kog elektronskog oblaka .

r. E povrinska -p c.

enerija Eu - unutranja

energ1ja [,-111.- C.-Ilt n - pay. energ. atoma

N - unut . energ. atoma

51. 2 . Prikaz energetskog stanja atoma Stoga proizilazi da se spajanje zavarlvanjem rno~e os tva-

r 1t1 sarno istovremen1rn delovanjern dva faktora: (1) medjusobn1rn pr1b l1~avanjern delova (sl. 3a);(2) dovodjen jem potrebne kol1~1ne energije npr . prit1ska (51 . 3b).

~ ::t rI-!: ~ .>-r Fp f'p ~

.1: il,

- 8 -

Prema pojavama koje uslovljavaju obrazovanje zav arenog Bpoja razllkuju Be:

- zavarlvanje topljenjem, 1 - zavarlvanje prltlskom.

Z a v a r 1 v a nj e top Ij e nj e m je proees neraz-dvojlvog spajanja zavarlvanih delova prl temperaturama n a mestu spajanja vllm od temperature topljenja, uz prlmenu dodatnog ma-terljala 111 bez njega.

Z a v a r 1 v a nj e p r 1 t 15k 0 m je proees spaja-nja primenom mehanl~kog dejstva s11e, stati~kog ill dlnami~kog ka-raktera.

U praksl ovl procest spajanja nlsu uvek jasno razgrani~enl. Ako se kod pojedinlh metoda dopunjuju - spajan j e spada u pos-tupke t e r m o-m e han i ~ k 0 9 z a v a r 1 v a nj a.

lato take u pro c e s e s rod n e z a v a r 1 v a-nj u ubrajaju se: terml~ko rezanje, zlebljenje, navarlvanje, 10-kalna terml~ka obrada, rnetallzaclja a takodje 1 lemljenje 1 lep-Ijenje.

1.1.1 Zavarenl spojevi i !avovl

Z a v are n i s p 0 j (51. 5) je dec nerazdvojlvog spoja izveden zavarivanjem cd elemenata zavarivanog materijala~ Zapa!a se da se zavareni spoj sastojl 1z a v a i 0 S n 0 v -n 0 q mat e r 1 j a 1 a od kojeg su lzradjenl elementl kojl se spajaju zavarivanjem.

1. osnovnl materijal 2. av 3. zona uticaja toplote 4. zona stapanja

51. 5. 5u~eono zavarenl spoj

a v (111 v a r) je deo zavarenog spoja kojl se obrazu-je o~vrA~lvanjem rastopa rneavlne lstopljenog osnovnog 1 dod a-t n 0 9 mat e r 1 j a 1 a na rnestu spoja. U neklm slu~ajevlma, ~pr. prl zavarlvanju tanklh limov8, av se obrazuje BArno stapanjem 1 o~vrA~avanjem lvlea osnovnog rnaterljala.

Dod a t n 1 mat e r 1 j a 1 je dec metalnog materl-jala-elektroda 111 11ce - kojl se prl zavarivanju topljenjem doda-je u latopljenom atanju u met a 1 n 0 k u pat 1 1 0, radl

- ~ -

ispunjenja mesta spoja, pri ~emu se mea i ocvr~6ava zajedno sa rastopom osnovnog Inate ri :ia l a obrazujuci met a 1 s a v a.

Met a 1 n 0 k u pat i 1 0 je loka lno istopljeni i udublj e ni dec os novnog ma terijala na :uestu spa j anj a u kame je jednovremeno unet i umesan ideo istopljenog dodiltnOg materijala.

Met a 1 S a v a je o c v r sla me s a v ina rastopa metalnog kupatlla .

Z 0 n a 5 tap a nj a je granic na po v rs l na izmedju ~ava i zone utica j a lvplote .

Z 0 n aut i c a j a t op lot e (skraceno Z U T) je deo osnovnog rnaterijala, uz say , u k a me je do s io do hemijsko-fizickih i struk turnih promena usle d toplote unete pri zavariva -nju. ~irina zone uticaja toplote,za da t i materijal , zavisi o d ukupne kollcine unete top lotne energi je i nj e ne k on centra ci je . Pri metalografsKom ispitivanju ZUT-a vidl jive su r a zl i k.e u struk.-turi pojedinih obl asti ave zone prema udaljcn ; u a d o se ~ava .

Zona stapanja i ZUT p onekad se skupa n d zi va j u a k. 0 1 o -s a v n a z 0 n a (iI i zona ok.o sava ) .

Izgled neko g ~ava u:;}ov l j en j e p re t hodnom pripremom stra -nice elernenta cd osnovnog mate rijaIa , o dno sno vrsLom zIeba i teh-noloskog postupka zavarivanja, .to je U odgovara j1lcim poglavljima objasnjeno.

Zavareni spoje vi odnosno s avovi, sa konstruktivne tack.e qlediSta i naeina izvodjenja moqu biti:

l. prema vrsti spoja (s!. 6) - 5 U IS e o n i ( a) , p .t" e -k lop n i (b) , T - s P 0 j ( c) , i v i C n i iIi r u b n i ( d) i k r s t a 5 t i 5 P 0 j (e)

a . b .

c. . d . e.

51. 6. Vrste zavarenih spojeva

- 10 -

Ugaoni sav se kori s ti za i zvodjenje p reklopnih, ugaon ih, T- i krstastlh s p o j eva.

2. pre ma po l oza ju u pro5 to ru av mo ze b1 t i (51. 7) -h 0 r i z 0 n tal a n i Ii p o l o 1 e n (a ), h 0 r i z~ n-t al a n u ve r t i ka ln o j ra v n (c) i i z n a d 9 1 a v e (11i nadg l avni )

HO l'iz onta l an poZ.oia j

HO l' i?ontal.no v e l, tihiLni po z. ozaj

a .

Vel'tikalni polozaj

5 1. 7. Prosto rni poloza ji ava

i (b) , (d)

v e rtikal a n

lIadg l a v ni poloiaj

Najvlse je u pri men1 i najlakse se iz v o di say u hori zon -t a lnom polo~aju . ~a vovi u os tal irn polo~ajima se i zvode kada je to uslovljeno tehnoloskim razlozima i za n j i ho va i zvodjenje t ra-! i se ve~a stru~nos t zavarivac a.

3. prema kontinuitetu av moze biti (51. 8) - n e p r e -kid a n (a) ili i s prekidan (b, c i d). Kod obo5trano i 5preki-danlh savova razllkuju se uporedn o (c ) i naizmeni~no isprek i dan hv (d) .

Navedani s avovi se p r i menjuj u za spa j an j e de lova vece duHne.

r r=-~

ww W!1l

a . b. a . d .

S 1. 8. Prikaz kon t lnulteta ava

4. prema broju zavara , odno s no s lojeva, av ( 51 . 9) mo~e biti : jed n 0 pro 1 a z a n (a) ako je izvede n jedni m zava-rom 1 v 1 A e pro 1 a z a n (b) ako j e l zve den s a v l e z ava ra , il1 v 1 e s 1 0 1 a n (c) ~ko je i zvede n s a vie s lo j e va .

- 11 -

a. ~----'

c.

51 . 9. Vrs te savova: j edno-prolazni, viseprol azni i vise-s10 jni

a.

~av se prakticno maze izvesti popunjavanjem ~1eba jednlm po-tezom 111 sa vise poteza sto zavisi od duzine sava i popre-cnog preseka zIeba , metoda za-varivanja 1 51 . Ocvrsnut mate-rijal sava pri jednom prol azu zove s e zavar; pry! zavar , oz-nacen brojem (1) na s1. 9.b. zove se koreni , a poslednji (6) pok rivni zavar . Aka se zleb ispunjava poprecnim kld-cenjem vrha e l ektrode izmcdju zidova Zleba dobija se vise -s10jni say, ( s 1. 9. c) , pri ce-mu hrojevi 1, 2 , 3 i 4 Qznaca-vaju s l ojeve.

Vgaoni savovi (s1 . 10) ta-kodje se rnogu izvesti sa jednirn (a) iIi vise zavara: U 'lormal-

nom po1o~aju (b) i u koritas -tom po l ozaju (c) .

c,

S1. 10. I zvodjenje ugaonih savova u normalnom polo-zaju (a , b) i u koritu (c)

5. prema dejs t vu spo1 jne g optere6en ja sav (sl . 11) mo~e bit i p o p r e can - upravan na pravac dejstva sile (a), pod u za n - para1e1an pravcu dejstva si l e (b ) , i k 0 s -pod nekim ug10m u odnos u n a pravac sile (c) i k 0 m bin 0 -van (d ) Pored navedenih termina koji se cesta srecu u literaturi, koriste se 1 termini prema JUS C.T3 . 001. Tu se daje izraz c e o-n i urnesto poprecn i say i b 0 C n i u gao n 1 umesto podu~ni bv

a.

mogu bi ti n i (c)

- 12 -

b. c . d .

51. 11. Prikaz savova prema de j stvu sile

6 . Prema obliku povrs ine a v ova (51. 12) , a ni i 5 pUp c e ~; (a), r a v n i (b) i u d tl b 1 j e -

b. c.

SI. 12. Prikaz ugaonih savova prema ob li k u njlhove povrsine

Ravn! savovi se najvise i z vode , dok se ispupteni dopus-taju sarno za statlcka opterecenja jer p ri dinamickom opterecenju stvaraju veliku koncentraciju naponu, a iz vode se uz vee! utrosak dodatnog materijala. Udubljeni ugaoni savov i najpogodniji .su za promenljiva opteretenja zbog povoljnij eg taka naponskih I1ni ja sila. U pogledu dirnenzija, ugaoni say treba da 1ma a = 0,7 b, odnosnokatetub = 1,4 a .

) 7. Prerna nameni say maze biti r a d n i iii v e z u-j u ~ i, zavlsno od toga da Ii prenosi spoljne opterecenje koje deluje na spoj iii slu~i sarno za povezivanje elemenata u zavare-hoj konstrukciji.

8. Prerna ja~ini savovi se svrstavaju u k 1 a se c v r -s t 0 ~ e, a prema kornpaktnosti iIi narneni savovi mogu biti za -ptiv"i tj. hermeti~ni.

Klasa ~vrsto~e sava pokazuje da say i zavareni spoj 05 i-guravaju prenos odredjenog opterecenj a sa jednog spojnog e lement~ na drug!, pri ~ernu se ne tra ~i uvek i hermeticnost (npr. tackas to *) Po JUS-u: nosivi odnosno spojni

- 13 -

zavareni spoj). Nasuprot tome, brojni au primeri avova k o ji po-red tra!ene ~vrstoce moraju da obezbede dobru hermeticnost (npr ~ sudovi za f luide).

9. P rip 0 j i su kratki zavari (avovil od nekoliko millmetara, Kojima se pripajaju element! pre zavarivanja radl

monta~e, sprecavanja de formacij a i krivljenja itd., a njihov broj, du~ina, rastojanje i raspored se odredjuju prema tehnoloskim uslo-virna.

1.1.2 Element! gava

Osnovni elementi sava prikazani su na sl . 13. na prlmeru 8llceono zavarenog spoja. Izgled sava zavisi od prethodne pripre-

1

,1

2 s

51. 13 . Elementi ava

1 - lice ava

2 - k oren

3 - nadvisenje 4 - Sirina

5 - uvar

me stranioe ~leba, tipa zIeba, tehnoloskog postupka zavarivanja kao i vrste i debljine osnovnog materijala.

Na crtezima savovi se oznacavaju prema nasern standardu JU5.C.T3 . 011/80, sto je predme t detaljnijeg razmatranja u oblas-tima konstruisanja i projektovanja zavarenih rnetalnih konstrukci-ja.

1. 2 PRIPREMA DELOVA ZA ZAVARIVANJE

Posle odgovaraju6e tehnolo~ke abrade elementa za zavari-vanje (postupcima termicke i maAinske izrade, obrade deformisa-njem, rezanjem i 51.) potrebna je priprema stranica n a mestirna za Bpajanje . Navedena priprema je u skladu sa konstruktlvnim cr-te!ima i tehnolokim preporukama, kojima se, pored ostalog, mo-raju uzeti u obzir 1 Bopstveni naponi 1 deformacije koji nastaju u toku zavarivanja. Naro~itu pa~nju treba posvetiti pripremi stra nica jer ona odredjuje oblik i dimenzije samog sava. Tipovi avo-va mogu biti razl icit i i za iZabran postupak zavarivanja daju se u tehnickim propisima u zavisnosti od debljine zavarivanog mate-rijala i vrste SpOj4; u normama se odredj uje na~in izrade z l eba

- 14 -

prema vrsti spoja: 5ucean!, ugaoni . Prema standardu JUS.C.T3 . 030 preporueuje se ob1ik i dimenzije ~leba za zavariv anje ee1ika to-pljenjem. Iz spomenutog standarda ovde se nav ade najce ~6e prime -njivani ~lebovi i daju njihove karakteristike.

1. V - ~ 1 e b - ob1ika i dirnenzija kao na 91. 14, pre-porueuje se za ee1iene 1imove deb1jine do 16 mm .

a a =

'\ /Y h=I- 3 mm \/ \

= 2 - 4 mm

.d 51

51. 14. Izgled i dimen zije V - Heba Dimenzije ~leba: u gao 0 t v 0 r a ~ 1 e b a 0 ,

z a t u p Ij e nj e k 0 r e n a Z 1 e b a h, 5 i r ina 9 rIa Z 1 e b a 51 biraju s e, u datim granlcama, prema deb-1jlni materlja1a 1 postupku zavarlvanja.

Izvodjenjem zavarlvanja u V -zlebu c esto se dobijaju avovi sa greskom pozna tom pod nazivom n ~provar e n koren. Ova gre-ka ava se jo vie ispo1java kod ~lebova sa re1ativno ve1ikim u 9 10m s t ran ice Z 1 e bay. Kada se trazi potpuna pro~arenost korena V -sava, potrebno je koren! zavar odstraniti

(l~lebltl) sve do materlja1a kojl nema greaka 1 lzvestl naknad-no zavarivanje sa suprotne, tj. korenske strane .

2. X - ~ 1 e b - obl1ka i dimenzija prema 51. 15 . pri-menjuje se za 1imove debljine 15 - 40 rom, eime se posti~e bo1je

a

a = 50 - 70 0

.

- 15 -

3. K -z 1 e b- prlkazan na sl. 16, obleno se korlstl za lzvodjenje ugaonlh i T - spojeva, ad mate rl jala debljih ad

h ; 0

Sl.16. Izgled i dimenzije K - zleba 15 mm te se postize potpuno uvarivanje i smanjuju ugaone de for-maclje. Kod sueeonlh spo jeva K - z leb se prlmenjuje sarno u slu-

~aju zavarivanj a u horizontalno-vert ika lnom po lo zaju, takodje za materljale deblje ad 15 mm.

Pored navedenih vrsta z l ebova primenjuju se , za sllceone spojeve, jo 1 Hebovl: I, U, 1/2 V, J, dupl1-U, . prl ~emu je osnova za izbor da se odg o varajutim o blikom i dimenzijama sava doblje zavarenl spoj kojl o dgovara za date svrhe.

Na primer, I- sav se izvodi na materijalima male debljine i bez dodatnog materijala. Mo~e se zavarivati sa ra2makom izmedju elemenata ili be z razmaka, sa prirnenom podlos ke ili bez nje, kao 1 jed nos t ran 1 m (za debljine do 4 mm) 111 a bas -t ran 1 m zavarlvanjern (za debljlne do 8 mm).

~ i e b a v 1-U ill d u P 1 1-U se prlmenjuju za deblje l1move (10-15 mm) umesto V- Heba. Tlme se smanjuje potronja dodatnog materijala i skracuje vreme zavarivanja, j e r je llpr. povr1na duplog U 1 X - z Ieba aka dva puta rnanja ad povrSlne U 1 V - zieba. Osirn toga, kad obostranog zavarivanja deformacije su manje, to proizilazi 1z tehnoloskog procesa, a ne posebno p re -duzetih rnera.

Sa povrlne stranica zIeba 1 njlhove bl1 ze okollne potre-: '. bno je pre zavarivanja odstraniti vlagu, rdju, kovarinu, boju, '. tnasno6u 1 druge neelsto6e.

Uspeh izvedenog zavarivanja, izmedju ostalog zavisi i cd elsto6e stranlca z leba 1 njihove okol1ne, jer navedene materije mogu izazvati pojavu niza greaka u zavarenom spoju.

Povr~lne u ~lebu 1 okolinl koje treba ~ls tltl prikazane su na sl. 17. ~lrlna (1) oe l6ene p ovrlne mo ra lznosltl najrnanje !O rnrn prl REL* p05tupk~ 1 30 rom kod EP P" - postupka. Pristupae -)REL-ru~no elektrolu~no zavarivanje, **)EPP-zavarivanje pod prakom

c::J1 I DO DO -D-l.-

- 16 -

r - --'-,

..., ,

S1. 17. povrine koje t r eba ~ ~stiti

1. 3 KLASIFlKACIJA NA t I NA ZA VA RI VANJA

n e povr~ine ~is te se meh a -n1~k i ( ~eli~n im ~e tkama, peskare n j em ) a ne p r i s tupa -t na mesta, npr . k a d repa-raturnih rado vd, gasnim plameno m.

Zavarivanje, kao tehnologija spajanja dva i li vie e l e -rnenata u jedinstvenu celinu razl icitim postupcima, nepre ki dno s e razvija i sve vle primenjuje zbog niza tehnicko-ekonomskih pred-nesti U OdnOBU n~ druge metode spajanja. Ve~ spomenuta c injenic a da je danas U industrijskl razvijenim zernljama u primeni znatno

ve~i broj nacina zavarivanja nego kad nas, ukazuje da je potrebno sve viAe uvoditi i u naoj lndustriji ovaj nacin izrade metaln i h

.

konstrukcija. Primena raznih nacina zavarivanja U odnosu na Bve os tale proizvodne procese (livenje, kovanje, presovanje, dubok o

izvla~enje, rezanje, itd.) dosti~e 25%, sto potvrdjuje ulogu i opravdanost uvodjenja zavarivanja u savremenoj industriji.

Ranije je spomenuto da je za medjusobno spajanje materi-jala potrebna neka vrs ta i koli~ina energije, pod ~ijirn uticajern moze nastati odredjeno kretanje i preme~ tanje naelektrisani h ces-tica, odnosno ohrazovanje zajedni~kih veza na grani~nirn povr ina-rna spajanja. Bez obzira na vrstu energije koja se koristi (hernij-ska, mehanicka, toplotna), uvek je potrebno da kolicina dovedene energije hude veta od energije aktivacije atoma, jer sa njihovorn pobudom nastaju uslovi za rnedjusobno spajanje elemenata .

Zboq brojnih na~ina i postupaka zavarivanja postoji ve6i broj moqu6ih klasifikacija, prema:

- 1 7 -

- na me n! (z a varivanje , nava rivan je); _ stepenu mehanizaclje (ruc no , mehanizovano, autornatizo-

V3lO ); _ agr ega tnom stanju (topljenjem , pritiskom ); _ vrsti elektroda (top l jivom, netopljivom , golom , obloze-

nom, sa jezgr om , ltd,) ; _ za~t i ti rastopa (bez za ~ti tne a tmosfe r e i l i u za~tttnoj

atrnosfer! - inertnog, akt i vnog gasa); _ stanju e l ektrlcnog luka (sa o t vorenim , pokrivenim luk~m ,

i td. ) I - vr sti e~ergjje. Me todska pode l a zavariva n ja prerna v r sti pr lme n jen e energlje

d ata je u t ab . l. Tabl i ca 1 . Klasif!kacij a nae i na z ava r iva nja prema vrs ti

energije

v r sta e nergije Izvor t op l ote Naein zava r lvanja

Gorivo u c vr s t om kovaeka i tee norn s ta n j u vatr a , kovatko,

'" eksploziv , e ksp l ozijorn

.><

" on termi t na r eakci j a termi t no ...,

~ Gorivo u g a sovi- p l amen C2H2 + 02 gasno plameno: top-'"

lj e n j em i pr ! ti s kom tom s t a n j u .' H2+0 2 i o sta-lih qorivih q asova

Elektric n:l l u k REL, EPP , TI G, MI G, MAG .

'" J ednosmerna ili Elektr ien i r astopa pod tro s kom

" nal zmeni~na otpor : evr:~og e lektrootporsko >0

..., str uja mp h 1 , k

+' e l e ktrons k i sna p u e lektr onsk im .>< vakuumu "

s nopo m ....

'" svet l os ni zrac i la ser om

" -" Pr itisak unutra~nje trenje hlad no kov a eko, >0 ..., ' ekso lozi1om " Tre nje .. povr ins ko trenje trenj e m

.

- 18 -

U praks1 se ponekad primenjuje medjusobno kombinovanj e n ave -denih vrsta energlje, odnosno na~ina 1 izvodjenja zavarlv anja sa gledita mehan1zaeije, tako da data podela n1je otro uslovlj e na; to znaei da se neki naein mo~e svrstati 1 u drugu grupu.

1.4 I ZBOR POSTUPKA ZAVARIVANJA

Pri izboru postupka zavarivanja potrebno je viAe fakto ra uze-t1 u obzir:

_ kval1tet 1 dimenzije zavarivanog materijala sa 5vim njego-vim osobinama koje karakteriu njegova f1zieko-tehnoloka svoj s t va

(~vrsto6.u, plasti~nost, zavarljivost, ltd.); - kolil:in,u ' i kvalitet prolzvoda kao i ekonomi~nost zav arenog

proizvoda, - karakteristlke lzvora energije, odnosno raspolo~ lvu opre mu

za izvodjenje radova,kao 1 potrebno vreme izrade; - velil:inu zavarene konstrukclje odnosno elementa.l ~to j e o d

uticaja na izbor mesta zavarivanja - u radionic! ili na te renu; krupnogabaritni delay! i konstrukcije zavaruju se pomo6u rucnih

. .

ili poluautomatizovan1h prenosnih uredjaja. Elementi i konstrukei-je malih dimenzija mogu se zavarivati, zavisno od broja k omada,sa automatizovanim uredjajima ili rueno,

- cenu uredjaja, koja se iskazuje orijentaclono pomo~u re-lat1vnih pakazatelja dat1h u tab. 2.

Tabliea 2. Relativni pokazatelji eene zavarivaekih uredjaja Postupak za-

varivanja

Rueno elekt-rolu~no Elektrol ueno pod prakom Elektrieno, pod troskom

Oznaka post.

REL

EPP

EPT

Elektrolueno netoplj1vom elektrodom u TIG inertDom gasu lsto kao go-re same sa impulsnim lukom

TIG

Indeks cene uredj

1

10

> 20

> 2

6-10

Stepen mehanlza- Dodatnl cije:A-automatskl materijal R-rueno,A/2 poluaut .

R

A,A/2

A

R + A

A

elektroda

prah + z 1ea

prah + ziea

gas (Ar, He) sa Heom 11i bez nje

gas, obi~no bez Bee

- 19 -

Nastavak tabl1ce 2 :

Elek tro 1 ucno to-pIjivom elektro- ~lIG 1,5-5 A/2 , A gas + Hca dorn u inertnom gasu

Elektrootporsko: - tackasto EOT 1,5-15 R + A - savno Eoll 0,5-10 R + A - 8uceono EOS 0,5-10 A + A - reIjefno EOR 1,5-15 A + A - varnicenjem EOV - zbijanjem EOZ ~-50 R + A

Gasno- plameno GPZ >0,2 R + A gas sa zicom ili bez nje

Al-termi tsko AIT >0,2 R + A Al - termit Mikroplazma MPZ >2 R + A gas obi~no

bez zj.ce Elek tronskim ZES 10-50 A snopom Difuzni DZ > 10 A

Cena dodatnog materijaia mo~e da cini znatan dec rashoda pri izvodjenju zavarene konstrukcije pa treba, kada je to mogute, dati prednost postupcima koji ne tra~e dodatni materijal, pri cemu pored oblika i debijine zavarivanog deia uticu pristupac-nost i poIo~aj zavarivanja. Stega se preporucuju slede6i postu~~ ci zavarivanja prema debijini materijaIa:

zavarivanje: - ul trazvucno - mikroplazmom - laserom, 2kW - tackasto i ~avno - plazmom - gasno-plameno - laserom (20 kW) - MIG (kratkim lukom) - MIG (normainim lukom) - elektronskim snopom

- TIG - MAG

(5 kW) (25 kW) (75 kW)

debljina materijala,mm do 1 0,25-2 do 3 0,25 - 5 0,5-8 0 , 5-4(4-8) 0,5-15 0,5-4(4-15) 2-8 (8 - 50) do 30 1 - 75 5 - 300 do 4 (4-10) 15 - 45

- REL

- EPT - EPP

- 20 -

2-5 (5 - 150) 25 - 450

- AIT (al- termi tsko ) 5 - 2 5 (25-300)

> 10

Date vrednosti odnose s e n a jednos lojho zavari vanje , a vre -dnos t u zagra dama na vieslojno zavarivanj~ .

1.4.1 Ozna~avanje postupaka zavarivanja na crte~ima

Radi jednostavnog i brzog ozna~ava_n ja metoda zavarlvanj a, lemljenja i zavariva~kog leml je~ n a crte ~ ima, standardom JUS.C.T3.012/BO se utvrdjuju oznake brojevima , prema slede6em: - oznaka: 1 - elektrolucno zavarivanje

2 - elektrootporsko z avarivanj e 3 - gasno z a varivanje 4 - zavarivanje u cvrstom stanju - prltl skom 7 - drug1 pos t upc1 9 - lemljenje.

Stan dardizovano oznac a v anje po j ed lnih postupaka zavariva-nja se b11~e odre djuje pr1dodavanjem jos j ednog , dva 111 tr1 broja kojl se odnase na postupke, odnosno pc dgrupe. Na - prlme r , slede6e oznake se odnose na:

11 zavarivanje elektrolucno bez zah1tnog gasa 111- oblo!enom elektrodorn (REL)

12 - pod zast1tn1m slojem (EPP) 121 - EPP sa dodatnom ! lcom 122 - EPP sa trakom

21 elektrootporsko tackasto (EOT) " 22 - ~avno (EOS)

Na sll~an na~in na crte! lma se o zna~avaju i oatal! postupci zavarivanja to je detaljno objanjeno u spomenutom standardu .

1.4.2 Ozna~avanje POBtupaka zavarivanja u liberatur! po UDK Qznaka - univerzalne decimalne klasifikacij e (UDK) sastoji

se od odredjene kombinac1je arapsk1h brojeva koj1 da ju 1nforma-clje iz 8vlh podru~ja znanja i slu!e za laka pronala!enje potreb-nih poda taka, i pored nepoznavanja stranih jezlka.

UDX je podatak .un1verzaln1h pojmova sredjenih po namenskoj povezanostl predmeta , a nazivA se declmalnim jer U svojim ozna-

- 21 -

kama primenjuje declma l nu podelu. Sva postoj~ca saznanja po UDK, svrstavaju se u 10 grupa i ozna~avaju celim brojevima 0 do 9, prema slede6em redosledu:

o - Op~ta biologija . Bibliotekars tvo 1 - Filozofija 2 - Religija. Teologija. 3 - Specijalne nauke 4 - Nauka 0 jezicima. Fi l ologija 5 - Matematika. Prirodne nauke. 6 - Primenjene n auke . Medlcina. Tehnika 7 - Umetnost. Umetni~ki zanati, Fotogra f ija. Muzika. Igre.

Sportovi 8 - Nauka 0 knjizevnosti. Beletristika 9 - Geografija. Biografija . Is to rija.

SVaka od ovih g rupa deli se na daljih novih 10 grupa. Na ovaj nacin se mo!e nexi pojam ra ~ laniti do na jrnanjeg detalja .

Na sledecem primeru prikazano je konkre tllO obele z avanje pojrna - elektrolucno zavarivanje topljivom metalnom elektrodom u za s titnom gas u argonu:

UDK 621.791.7 5 3.9 3 gde je: 6 - grupa: Primenjene nauke . Hedicina. T e h n i k a.

62 - podgrupe: I n z e n j e r 5 t v o . Tehnika. 621 - M a i ns t v 0 621.7 - fabrike . Radionice. Post up c i 0 bra de 62 1. 79 - R a z 1 i ~ ]. t i postupc i o brade 621 .791 - Z a v a r i v a nj e 1 slieni postupci 6 21. 79 1.7 E 1 e k t ri c n 0 zavarivan j e 621 .79 1.75 - E 1 e k t r 0 1 u c n 0 zavarivanje 621.791.75 3 - Elektrolu~no zavarivan je met a 1 nom

e 1 e k t rod 0 m 621. 79 1.753. 9 - ELZ t opljivom metalnom elektrodom u

z a tit n om gas u 62 1.791. 753.93 - ELZ t opljivom me talnom e l ektrodom u

za~titnom gas u a r 9 0 n u.

Na sll~an na~ln ozna~avaju s e saznanja i za druge metode, postupke i pojave i 91., primenom glavnih i pomocnih brojeva s tim Ato ce za u~ i pojam oznaka po UDK biti du~a. Stoga ge pre-poru~uje da se sa podelom ide sarno do min imalnog broja decimala, koji zadovo1java odredjenu namenu, a po potrebi rnogu se uzeti u

- 22 -

obz1r 1 dodatB1 brojev1 koj1 blUe odredjuju potr.eban pojam 1 . s'aznanje. Ovde nlje mogu6e, zbog opirnosti, detaljno navesti

ove oznake metoda, postupaka 1 pojmova~ oblasti zavarivanja, all se detaljnije informaclje megu na61 u blblio tekama .

2 IZBOR OSNOVNOG MATERIJALA ZA SPAJANJE ZAVARIVANJEM

Odgovaraju61 po~tupak i tehnologija zavarivanj a bira s e prema materijalu i vrsti konstrukcij e koja se zavaruje. Odnosno , rnaterijal za izradu clcmenta l1i k on s trukcije bira konstruktor, 1z postoje6eg velikog asartimana materijala razli~ltih kvalite-ta, sa cl1jem da se dobrim izborom odgovaraju6eg materijala i postupka zavarlvanja ostvari pouzdan zavareni spoj koji se mo ! e trajno eksploatisati u datirn radnim uslovima.

Ovaj po deflnlciji jednostavan zadatak je u su~tinl vrlo kompleksan, jer zahteva sveobuhvatna tehnlcka saznanja, to se u savremenlm uslovima slolenih poslova mo l e ostvariti "timsklm radom" strucnjaka razlicitlh specijalnostl. Stoga su inzenjeri zavarivanja, koj1 rade na zavarivanju 111 srodnlm tehn1kama, pri izradi gotovo sv1h zavaren1h konstrukcija i njihov1h elemenata, ad najkrupn1j1h do on1h najmanjih, odgovorni u pogledu koncepc!-je, prolzvodnje 1 ekonoroike - jer zavar1vanje kao postupak spa-janja !ma presudan utlcaj na pona~anje i cvrstoeu konstrukc1j a pr1 eksploatac1j1 .

Osnovn1 zahtev koj1 se pr1 zavar1vanju mora ispuniti u cilju dob1janja kvalitetn1h spojeva je stoga dobro poznavanje problemat1ke ad strane 1nlenjera, jer u suprotnom dolazi do ne-prav11nog 1zbora materijala uz pojave gre aka i lorna, do pojava pogresn!h lokacija zavarenih savova na mestirna velikih lokalnih promenljlvlh optere6enja, kao i do tesko6a aka izvodjenja iIi nemogu~nostl lzvodjenja konstrukcije.

Ako se ova problematika nedovoljno poznaje 111 n~va~ava dobijaju se neekonomi c ni i nepouzdani zavarenl prolzvadi. U tom slucaju su potrebne spore 1 skupe popravke koje us lovl j avaju zaka-s l1 jenje u Isporucl 1 mogu dovest! do havarlj e u rad nim us lov lma.

Veliki broj postupaka zavar1vanja omogu6uje ekonornicno 1 sigurno spajanje, budu61 da se danas mogu koristltl razliciti ma-ter1ja11 - raz11~1t1h hemijsk1h sastava, mehan1~ko-tehnolok1h

~yo~stava, struktura i zavarlj1vosti, sto Bve utlce na ni vo teh-

- 23 -

nologije u masinskaj prolzvodnji. Odnosno,danas se mogu spaja~i delovi ma~ina i konstrukeija svih debljlna 1 konflguraelja - od najsitnijih do gigantsklh, primenom mehanizovanih, polu- ill potpuno automatizovanih procesa zavarivanja, to dovod! do pove-canja proizvodnosti rada, kvaliteta , ekonomicnosti i pojevtinje-nja proizvodnje.

Usavr~avanje postupaka zavarivanja omogu6ava spajanje raz-nih vrs t a celika, obojenlh i drugih meta la i legura, kao i ne me-

taL~lh materijala. Navedeni rnaterijali se sve vise koriste u energetici~ elek-

tronici, baznoj i preradjivackoj hemiji, vazduhoplovstvu, raket-noj tehnici itd gde su izlo~eni razlicitim radnirn uslovima npr. visokirn temperaturama, pritisclma, brzinama, razlicitim agresiv-nlm sredinama, produktima sagorevanja, hrzim promenama temperatu-re i naprezanja, itd.

Primena odgovaraju~eg materijala uz odgovaraju~e spajanje obezbedjuje n jihovu postojanost u radnim uslovima, tako da 1m se svojstva ne menjaju pri radu.

Prema navedenom, od izbora osnovnog materljala u velikoj me ri zavisi uspeh i zrade zavar~ne konstrukcije. Takodje je od znaeaja da pri koris~enju zavarivanja,kao naeina spajanja osnov-nog odabranog materijal~moze doei pri proceslrna spajanja do lz-mene mehaniekih, hemijskih i dr. svojstava, zbog eega se pri iz-boru postupka rukovodl time da osnovni materijal mora da ostvari

tra~ena svojstva posle zavarlvanja bazirajuti to na dobroj zavar-ljivosti i ekonomienosti. Stoga se pri izboru tezl da se u stedi najvise na rnaterijalu,pa se usvajaju najlaksi delavi i sa najrna-nje otpada pri njihovoj izradi, a koji te za date radne uslove i optereeenje bltl najboljl.

U najvecem broju slueajeva ovaj zahtev ispunjavaju, kao $to je vee lstaknuto, ugljenlcnl cellel (111 ~L), au slucaju toplot-nlh 1 hemljsklh dejstava biraju se leglranl cellel ill druge le-gure.

Pozna to je da se srnanjenje te~ine za predvidjeno opterete-nje moze postiel:

- pogodnim konstruktivnim resenjem koje te obezbediti naj-ravnomernija opterecenja 5vih elemenata;

- korlscenjern odgovarajuteg rnaterijala, kao i poboljsanjern njegovih osobina odgovarajucorn tehnoloskom obradom npr. terrniekom obradom, defo rmacijom i 51 .

- 14 -

Pri izboru rnaterijala npr. cellka, pored ekonomske opravdanosti , treba uzetl U obzir cinioce k oje za samu konstrukciju i us love rada nije laka kvalitn tivno proceniti. I pored toga cini oc i kao:

- temperatura eksploatacije, - debljina osnovnog materijala, - stepen znacaja elementa,

vrsta opterecenja 1 naponsko stanje, moraju 5e uvek uzeti U obzir. Jer, npr. niska radn a t empe ratura , veca debljina e lementa i povecani radni zahtevi , udarna d inami ck a opterecenja, a posebno prome na napona ad jednoosnog na dvoosno u prisustvu koncentratora napona, uslovljavaju da konst r uktor mora uzeti U obzir ave utlcaje.

Xao ~to je napomenuto te~nja ka smanjenju tezine k onstrlik-cije izborom odgovarajuceg rnaterijala i p ostupka abrade u zavis-nost! od nabavne cene materijala i cene naknadne obrade, doprine -la je razvoju novih vrsta materijala povi~ene c vrstoce , medju ko -jlma veliku primenu nalaze celiei poviene cvr stoee.

Karakteristicno za ove ce like je da se u odnosu na ug l jen i-cne odlikuju povecanim svo jstvima cvrstoce i pored ni skog sadrza -ja ugljenika (C

- 25 -

prema granicnim stanjima. Polazna jednaclna za ovaj proracun je F ....!. < mR So -

gde je: F - racunska sila, So - povrs ina preseka ; R - racunska r

cvrstoca - jac ~na ma t e rijala, m - koefic ijent radnih uslova. Koeficijento m m uzima s e u obzir stepen znacajnos ti konstrukcije, krutost delova, mbgucnost dopunskih deforma cija pri eksploataci-ji, itd.

Uglavnom se pro racun po dopustenim n aponima primenjuje u rna-sinstvu, a po granicnim sta njima pri projekto vanju gradjevinskih konstrukcija. Medjutim, kao s to je po~nato, u praksi dolazi do lomova elemenata , odnosno zavarenih konstrukcija, i pored svih predvidjenih i primenjenih konstruktivno-sigurnosnih mera, s to ukazuje da usvojeni krlterijumi ocene sigurnosti nisu uvek bili potpunl. Sa tog gledista se ispitivanja znac ajnih zavarenih kons-trukcija usmeravaju ka proucavanju slucajeva i uslova nastajanja prslina i njihovog rasprostiranja do potpunog lorna kao zavrsne faze dekohezije i deformacije pri odredjenlm uslovima. Neminovno je da zahtev za proizvodima trazenog k vali teta n amece s ve odre -djenije us l o ve za ispitivanja i proizvodnju, jer se konstruisanje zasniva i na odredjivanju i poznavanju karakteristika materijala odnosno naponskog stanja; a posebno na utvrdjivanju uzroka i tre -nutka nastanka prslina i njenog daljeg sirenja. Ova pitanja pro-ucavaju se u posebnoj naucnoj disciplini koja se naziva Mehani -ka lorna.

Obimna i raznovrsna proizvodnja r a zlicitih zavarljiv ih ma -terijala prosirila je mogucnost povoljnog izbora osnovnog materi-jal a kojl obezb edjuju pouzdanost konstrukclje; to s u grupe legura , npr. ugljenicnih i legiranih celika ili u pos lednje vreme mikro-legiranih celika povi~ene c vrstoce (jacine) kao i nekih ne zelez-nih legura.

Mogu6nost da se odgovarajucorn termic k orn obradom poboljsava-ju svojstva ovih materijala jo vie proiruje njihovu primenu.

Za pravilan izbor osnovnog materij a la pozvan je i odgovo ran konstruktor, a za xvalltet proizvodjac. Tehnoloska razrada postu-pka zavarivanja 1 njegova prlmena su u domenu tehnologa za zava-rivanje, odnosno rtikovodioca proizvodnje 1 strucno proverenih (atestiranih) zavariva~a.

- 26 -

Z.l oeENA ZAVAR[,JIVOSTI OSNOVIIOG MA TERIJALA

2.1.1 pojam i definiclja zavarljivosti

Zavarljivost je kompleksna tehnoloka karakteristlka mate-rijala kojom 5e uglavnom izra~avu uticaj procesa zavarlvanja na zavareni spoj i njegovo pona~anje ~a vreme i posle zavarivanja u toplotnom i deformacionom s mislu. Stoga 5e mo~e reel da po jam zavarljivosti od=edjuje relatlvnu sposobnost materijala da stva-ra zavarene spojeve odabranom tehnologijom zavarivanja i da iz-vedeni spojevi udovoljavaju trazenim zahtevima i radnim uslovirna. To znac! da, npr. pri REL zavarivanju, materijal zavarljiv ovim postupkorn mora obrazovati spoj cija su trazena svojstva pribllz-no jednaka svojstvima zavarivanog materijala. Tra~ena svojstva svode 5e na ispunjavanje odredjenih zahteva u vezi sa mehani~kim, strukturnim i hemijskim osabinarna metala s a va i zone aka sava.

S obzirom na k ompleksnost zavarljivosti, definicije i oce-ne, podela na u~e p o jrnove olak~ava proucavanje i ocenu pogadnos-t1 rnaterija1a za odredjene

- met a 1 u r s k a zavarene konstrukcije. Prema tome, z a v a r Ij i v 0 s t materijala za-

viSi od nlza faktora: hemijskog sastava, strukture, nacina pro-lzvodnje materijala, sadrzaja gasova i nemetalnih uk1jucaka itd . Prl tome ova zavarljivost obuhvata sve metalurs ke promene u ma-

teri~~u nastale dejstvom toplote unete pri zav arlvanju. U t o ku procesa zavarivanja maze do6i do nedopustenog snizenja mehani c klh i tehnoloskih svojstava spoja, narocito u zon1 oko sava, sto zna-~i da kod materijala rdjave zavarljivosti mogu nastatl znatne promene hemijskog sastava, prsline, tvrde i krte strukturne kom-penente 1 sl., Bve zavisno od datog slucaja.

Utvrdjeno je da su metali i legure nezavarljivi sa meta-lurskog aspekta kada se njihovi sastavni hernijski element! me-djusobno ne rastvaraju u ~vrstom stanju ve6 obrazuju t vrda 1 krta hemijska jedinjenja.

Nasuprot tome, zavarljlvl BU svi h o mogeni metalnl materija-11 kojl stvaraju cvrste rastvore i neeutektlcke l1i eutektic ke sme~, odnosno sv! materijali koji poseduju metalur s ku zavarlji-yost mogu se uspeno zavariti prlmenom odgovaraju6eg metoda, po_ stupka i tehnologije zavarlvanja.

- 27 -

_ K 0 n 5 t r u k t i v n a a a v a r Ij i v 0 5 t pokazuje uticaj niza pararnetara na reenja zavarenih elemenata konstrukci-je, npr. debljine, vrste, broja i rasporeda spoja, velicine ~avova i njihove raspodele, ltd., koje konstruktor postavlja proje-ktnlm zahtevom za datu konstrukclju zavisno od naeina opteretenja i drugih radnih uslova.

- T e h n 0 1 0 ~ k a z a v a r Ij i v 0 5 t obuhvata uti-caj tehnoloskih parametara na zavareni spoj , npr. dodatnog mate -rijala, naeina i postvpka zavarivanj a, linijske energije zavari-vanja, brzine hladjenja, ltd. Pri tom se ceni da Ii se tehnoloski postupak izvodi bez teskoea iIi se moraju primeniti posebne mere (predgrevanje, zarenje , rad u specij alnim atmosferama), a oeena se daje prema preduzetlm merama i postignutirn svojstvima spoja.

Sa operativnog aspckta koji se odnesi na ponaanje nekog materijala u toku zavarivanja iIi navarivanja, oni se ocenjuju sa "dobro zavarljivim" kada je av ~ist i homoge n, tj. kada se osnovni i dodatni materijal spajaju u homogenu leguru, a pri tom se tope bez te sko6a, bez prskanja i pojave prslina, gas nih mehu-rova i drugih gre~aka.

Ne~istoce na stranicama ~ leba - prljavstine, masti i ulja, kovarine i 51. - pogorsavaju operativnu zavarl jivost pa je neop-hodno da se one odstrane pre zavarivanja.

Opsta zavarljivost stoga predstavlja g10balnu ocenu poje-d1na~no objasnjenih pojrnova zavarljivosti pri cemu se uzima u ob-zir ve~i broj faktora za ocenu kvalite ta - osnovni i dodatni ma-terija1j zavarivacki rad, karakter naprezanja u savovima i u blizini koncentratora napona, keji su promenljivi od slucaja do slucaja. Pri proceni sklonosti spoja ka krtom lomu, vazan krite-rijum jeste da Ii je spoj spesoban da sve velike sopstvene napo-ne smanji do neke kriticne vrednosti putem plas ticnog deformisa-nja .

Osnovni problemi zavarljivosti metala i legura s vode se na njihova svojstva koja se tra~e pes Ie zavarivanja. Konacna svoj -stva za dati materijal zavise cd procesa i pojava koji nastaju u osnovnim zonama zavarenog spoja:

- u avu , gde se materijal potpuno topl 1 me~a sa dodatnim materijalom a zatim o~vrscava ,

- u prelaznoj zonl - zoni stapanja - poluistopljenog mate-rljala,

- u zonl uticaja toplote (ZUT), gde se osnovnl materljal menja usled zaqrevanja i hladjenja u cvrstom agreqdtnom stanju.

- 28 -

Mnogl procesl i promene koje nastaju U ovim zonama ne-posredno 5e ne mogu zapazlti, vet se 0 njima sud! sarno ispitiva-njem ve6 izvedenih spojeva, odnosno ocenjuje 5e sklonost ma teri-jala ka obrazovanju prslina, sklonost prema krtom lornu, stare-nju i 51.

lz lz1o~enog 5e mo~e zaklju~lti da jc prl zavarivanju odredjenog materijala potrebno utvrditi:

_ kako se materljal ponaa za vreme zavarivanja usvoje-nlm tehnoloklm postupkom,

_ kako se zavareni spoj ponaa u najnepovoljnijim ~slo-virna zavarivanja.

To zna~i da se cd zavarivanog materijala tra~i dobra ' zavarljivost 1 pauzdanost spoja, odnosno da su zavari kompaktnl i spojevi neprekidnl a av i njegova oKollna dovoljno jaki i plasticn! da lzdrfe 1 sva naprezanja u procesu zavarivanja, tj. da poseduju odgovaraju6u tehnolo~ku ~vrstocu i da izdrze nepre d-vidjena prenaprezanja u toku rada.

Obrazovanje odredjene vrste strukture u zavarenom spoju uslovljeno je kinetikom kristalizacije i preobra!ajlma unutra ~nje gradje sve zavisno od uslova zavarivanja, he mijskog sastava osnovnog i dodatnog materijala 1 stanja rastopa.

Stoga za neke materijale (liv, bakar), metalur ~ka za var-Ijivost ne odredjuje u potpunostl mogu6nost dobijanja zavarenih spojeva koji 6e udovoljiti zahtevu globalne zavarljivosti. Iz razloga to se metal ava i zona oko ava, i pored dobre metalu-rke zavarljivosti, mogu znatno razlikovati od osnovnog materi-jala i to mogu imati veoma nepovoljne osoblne.

Zato ce i pri zadovoljavajucoj metalurkoj zavarljivosti, tek,tehnoloka zavarljivost karakterisati spoaobnost osnovnog materijala da se sa odabranom tehnologijom ostvare trazena svoj-atva i kompaktan spoj. To dokazuje da se metali koji imaju dobru metalurku zavarljivost mogu zavariti lzborom odgovaraju6eq na-

~lna i postupka, t~. ~ehnologije. Iz do sada poznatih saznanja za ocenu 1 defi~iciju zava-

rljlvosti zapaza se da nema unlformnih i eksplicltnlh def1nlci-ja, ovoq za praksu vatnog svojstva. Mote se zato,kao primer, na-vesti najrasprostranjen1ja definic1ja zavarljivost1 Medjunarodne organlzacije za zavarivanje (Doc.IIS-II~-22-59) koja 91a51:

RHetaln1 materijal se smatra, na odredjen na~in zavar-Ijiv, ako pomo6u zavarivanja, pri korl6enju odgovarajuce tehnl-ke spajanja, nastaju jedinstveni metalni spojevi, koji lspunja-

/

- 29 -

vaju zahteve, koji se postavljaju za svojstva lokalnih avova i njihov uticaj na cvrstocu konstrukcije" .

Glabalni smisaa ave definiclje 1 drugih definlcija je da au nepotpune i nedovoljne za praksu to upucuje na dalja istra-

~ivanja zavarljivosti posebno sa aspekta pouzdanosti. To je ra -zumljiva, jer je zavarljivost kompleksan poj am i svojstvo zavls-no cd materijala i njegovog ponaanja u toku i posle zavarlva-nja a takodje i ad tehnolokog postupka zavarivanja , kao i ad vrste zavarene konstrukcije. Iz navedenog se zapa~a da za ocenu zavarljivos ti treba uvek uzimati u obzir uz a jamnu vezu (1) k a n s t r u k c i j e (krutost, debljina, vrsta spaja) , (2) mat e r i j a 1 a (pagodnast za zavarivanje) i (3) t e h n a -log 1 j e (mogucnost zavarivanja). Zbog povezanosti ovih cini-laca proizvodnog sistema nije uvek nuguce zavarljivost oceniti sarno jednom vrstorn praktitnih proba zavarljivosti, pa se za teli -ke uvode dopunski p 0 k a z ate Ij 1 koji se odnose na :

- s truktunu , - kompaktnost , - mchani6ka svojst.va U praksi su uobltajena dva pristupa za ocenu zavarljivo-

sti: - procena zadovoljavajucih vrednosti pokazatelja zavar-

Ijlvosti za ispltlvani oblik s poja, materljal i nacin zavarlva-nja (testiranje rnaterijala);

- izbor uslova i druglh mera prl zavarivanju da bi se re-alizovali zadovoljavajucl rezultati (potvrda tehnologlje) ..

Ovim pristupima odredjuju se pojedinl vidovi zavarljivos-ti i donose ocene 0 pogodnos t ima i mogucnostlma zavarivanja lspi-tivanog mate rljala sa odabranom tehnologijom. Najva~niji kriterl-jum za ocenu zavarljivostl je neprekldnost, tj. metalni kontinui-tet zavarenog spoja , koji mo~e biti naru~en prisustvom prslina odredjene veli6ine i rasporeda (0 cemu se detaljno razmatra U delu 2). Prema mehanizmu nastajanja prsline mogu biti:

- v r u c e (tople), - h lad n e, - lam e 1 a r n e, - p r 5 1 i n e ! are nj a . Pored navedenog kriterijurna homogenosti bltan je i krite-

rljurn ocene mehanlckih osobina:

- 30 -

- t v r d 0 6 e z a v are n 0 g 8 P 0 j a (uklju~ujucH ZUT) ,

- s v 0 j s t v a ~ v r s t 0 6 e 1 - u dar n e ! i 1 a 'v 0 S t 1.

vrednosti tvrdo6e i zatezne ~vr8to6e,kao medjusobno 11ne-arne zavisne vell~1ne,kori8te se kao jednostavan pokazatelj zava-rljlvosti jer njihovo povetanje ukazuje na smanjenje plasti~nosti i udarne ~ilavost1.

Udarna !llavost najosetljivlje ukazuje na promene tehno-logije i/i11 relima zavarivanja, koje se naro~ito ispoljavaju u ZUT-u, pa se kao krlterljum naj~e6e usvaja ocena zavarljivosti ispitivanjem lilavosti (npr. proba eabelke).

2.1.2 Metoda za ispitivanja zavarljivosti .

U praktl~nim uslovima nema "ldealne zavarljivostl, tj. ne IIJQ!@ se nljednom metodorn zavarlvanja dobitl spoj potpuno istlh svojstava u ~avu, ZUT-u i osnovnom materljalu.

Kako se atvarna zavarljivost razlikuje cd Idealne, usled razlike U 8VOjStVima prouzrokovane procesom zavarlvanja, to se krlterljumi za ocenu zavarljlvostl evade na procenjivanje potreb-nih vrednosti usvojenih pokazatelja zavarljivostl.

Prema nek1m preporukama polazna osnova za procenu zava-rljivoat1 je ispltivanje oat1ovnog materijalal na osnovu dobljenlh rezultata odredjuju se i eventualno potrebne mere za pobolj!anje zavarljlvost1.

U ovu svrhu koriste se: 1. raZ::unske metode, 2. prak ti~ne probe. Podaci potrebni ZA ocenu zavarljlvosti navedenim metoda-

me. au:

- bemijski sastav materijala (~elika), - debljina, tip 1 ponekad krutoat zavarenog spoja i - naZ::in zAvarivanja.

1.R4~un8ke metode

Procena zavarljivosti prema hemijskom sastavu Z::elika je orljentaclona metoda koja se zAsnlva na lzra~unavanju tzv. h e-m 1 j a k 0 g e k v 1 val e n t n 0 9 u q Ij e n 1 k a CE , koj 1 lakazuje poznatu ~lnjenic_u da se sa pove~anjem aadr!aja uq-Ijenika pogorAava zavarljlvost. Pri tome se uticaj netoq hemija-keg elementa aadrlanoq u Z::ellku,na zavarljlvoB~lzralava koeflci-

- 31 -

jentom ekvivalentnosti U odnosu na ugljenLk . Taka 5e za zakal jive ugljeni~ke eel ike CE izra~unava

pomo6u izraza

iz kojeg se zapaza da pove6anje sadrzaja ugljenik a utice na po-gorsanje zavarljivosti cetiri puta vise ad pr.:ltecih ele menata 51 i Mn . Za ugljenicne celike sa dodacima mangana i ostalim e1e-mentima Cr i Mo , koji povecavaju sklonost ka zakaljlvanju a po-gorsavaj u zavarljivost, koristi 5e izraz

U formulama za CE hernijski s imbol! pojedinih elemenata ozra~avaj u njihove procentualne sadrzaje u ~eliku.

Povezujuci zavarl j ~vos t i (Z) sa prokaljivoscu (P) kao reciprocnim svojstvima (Z = IIp) i poznavajuci faktore koji pove-cavaju prokaljivost 1 smanjuju kriticnu brzinu h l adjenja (vkr ) orijentaciono 5e maze suditi 0 uticaju tih faktora na zavarlji-vost (s1. 18).

p

%e , l leg . el ., v z ' ' . .

51. 18 . Odnos zavar1jivosti i proka1jivosti

Promena zavarljivosti, u zavis-nosti od kvalitativno-kvantlta-tivnog sastava materi j ala i n j 1hovog uticaja srazmerno ug-Ijeniku , proucavana je od stra-ne brojnih autora, pa se u 11-teraturi mo~e naci veliki broj jednac ina za izracunavanje CE i ocenu zavarl jivos ti. U prak-s1 se najvi~e koristi formula (MIZ- a) :

CE = C + Mn + Cr + Mo + V Ni + Cu r 5 + IS %

Prou~avan jem uticaja CE na tvrdocu u ZUT- u ustanovljena je kore-lacion a ve za

HVmax ~ 12~OC~ - 2UO i

HVmin ~ 1200CE - 260

- 32 -

koja vall u qranlcama 0,2 < CE < p,6, jer za vc~e vrednostl CE zav18nostvl~e nije linearna. Uz velika upro6enja, zanemarlva-njem nlza utlcajnlh faktora, mole se prihvatlti da je ~ellk za-varljiv ako kona~na tvrdo~a u ZUT-u ne predje JSO HV, jer se sma-tra da se do eve vrednosti oe formira martenzlt. Ova granl~na tvrdo6a odgovara vrednosti CE g 0,45 pa se usvaja da su ~ellci SA CE < 0,45\ zavarljlvl bez pr1mene posebnih mera, dok 8U ~ellc1 sa CE > 0,45\ uslovno zavarljivi (uz primenu pose bnih mera) l1i nezavarljlvl.

Na sll~nom prlnclpu pojedini autori ocenjuju zavarljl-vost ~ellka poviAene ja~lne prlmenom par a met a r s k 1 h jed n a ~ 1 n A, koje pored uticaja hemdjskih elemenata uvode 1 uticaj debljlne, dlfundovanog vodonika 1 krutostl spoja na poqorJanje zavarljivost1. Tako au japanskl autorl Jta 1 Bessya uvell parametarake jedna~1ne u obliku:

P - CE C

pr1 l!emu je:

+ a + H ~ ~ 1

+ H ~

CE - C + S1 + Mn + Cu + Ni + Mo + V 11i ~ ~ ~ T!f T!f+ CE - hem. ekvlvalentnl ugljenlk; - deblj1na l1ma u mml

+ sa

H - aadr!aj difundovanoq vodonika u em3 na 100 9 metala lava;

K = 69.a - intenzltet krutost1 u N/mm, samo za debele 11move, B < 150 mm.

Oaim navedenih parametarakih jedna~lna u l1teratur1 se mo!e na-61 1 8lede6a jednal!1na Mus1p16enka 1 K08atkina:

PCE

G C + ~ + 51 + Ni + Cr + Me V + 7t llf ;- .+14

Cu TI

P + 7 + 0,0024.8

Predqrevanje, r&d! apre~avanja pojave prsl1na, preporu~uje se ako au vrednoat1 lzra~unate prema parametaraklm jedna~1nama PC' PW' PCE va6e od 0,3.

5adr!aj vodonlka, tvrd~a, debljina 1 krutost ut1~u na pojavu hladnih pral1na, pa ae %bog madjuaobne Interakc1je ne mo-fe odreditl mak.1malna dozvoljena tvrdo6a ZUT-a a da ae ne uzme u obzlr aadrlaj dlfuzoog vodonika. Zbog toga ae za ~elike povllene

- 33 -cvrstoce, kad kojih se pararnetarske jednaclne uglavnorn i prime-njuju, vrednost maksimalne tvrdoce povezuje sa sadr~ajem difun-dovanog vodonika prema sledecem:

za H cm3/100g dopusta se HV 20 350 10-20 375 5-10 1-5

400 450

Sadr~aj vodonika u metal~ ~ava odredjuje se propisanlrn metodama (po JUS. C. H3. 0 18/ 82 glicerJ.nskim testom) ili se mo~e usvoJ i ti prema odgovarajucern tehnolo~kom postupku (v. tab. 9 ).

Za ugljenicne i niskolegirane celike moze se ocekivana maksimalna tvrd06a u ZUT-u izracunati pomocu njihovog hemijskog sastava:

HV = 90 + 1050C + 47Si + 75Mn + 30Ni + 31Cr. max

Novijim istrazlvanjima uveden je poseban izraz A(C) za korekciju uticaja legirajucih elemenata zavisno od sadrzaja ug-Ijenika u celiku:

CEN = C + A(C)"CE' gde je A( C) dato tablicom:

C% do 0,08 0,08 0,12 0,16 0,20 0,26

A(C) 0,500 0,584 0,750 0,916 0,980 0,988 ,

a CE lzratom:

CE'= ~ + ~ + Cu + Ni + Cr+Mo+V+Nb + 5B H 0 Em 5

Jednacina za CEN daje mogucnost odredjivanja temperature predgrevanja sa vecom tacno~6u nego jednacine za CE i parametars-ke jednatine za Pi tj, PC' Pw, PeE"

Statistitko m obradom eksperimentalnih rezultata doslo se 1 do jednacine obllka,

CEK = 2C + eE' 3 + 0,05

Na osnovu prakti~nih ispitivanja preporutuje se jednatina za CE ked telika sa C > 0,17 %, a kombinovana jedna~ina CEK iIi jednatina CEN za t elike sa C < 0,17%.

- 34 -

Iz navedenih i drugih formula za CE zapa1a se razl i k a u veli~inama koeflcijenata uticaja pojedinlh hemijsk lh elemenata,

~to je posledica razli~itih individualnih pristupa i ekspe rirnen-talnih provera.

2.1.3 Prora~un temperature predgrev~~ ja

Ve6ina ~elika, posebno celiei pov!ene c ~rsto6e , s k lon a je pojavi hladnih prsllna, pa mere da se to spree ! obuhva ta j u prlmenu takvih tehnologija zavarivanja ko j e iskljuc uju trans f o r-maclonu krtost. Hladne praline se pojavljuju aka u ZUT-u nastane martenzitna l1i donja beinitna struktura i lstovremeno se po jave velike kolicine difundovanog vodonika 1 sopstvenl napani. Ova po -slednja faktora uslovljena su konstruktivno-tehnolo~kim re~ enj ima, te se na njih ne mo~e znatnije uticatl. Stoga, os taje mogu6nos t da se spre~i pojava strukture ka1jenja pri transforma ci j i, to se ug1avnom postl!e pove6anjem 1inijske energlje z avari vanj a 111 predgrevanjem; to zna~i smanjenjem brzlne hladjenja u oblas -ti najmanje stabl!nostl austenlta.

Met 0 d S e fer 1 jan a se najvlse korl s ti za prora~un potrebne temperature predgrevanja prema lzra zu

T = 350 V lel- 0,25 e gde je:

lei = lel h + leis - ukupni ekvivalentni ugljenik , lel h - heroijski ekvivalentni ugljenik odredjen iz f or-

mule : 360lelh = 360e + 40 (Mn+er) + 20Ni + 28Mo leis - ekvivalentni ugljenik debljine 5 u mrn od red j en

po formuli leis = 0,005.slel h odnosno

lei ~ lelh(l + 0,005.s) \. Met 0 d B W R A (British Welding Research As s o c iation).

Prora~un temperature predgrevanja po metodi BWRA (danas The Welding Institute) znatno je sl~!eniji. Polazl se od hemijsk o g sABtaV& ~el1ka, faktora oblika spoja- broja BTS i parame t a r a ru~-nog elektrolu~noq zavarlvanja. ekvlvalentnim uqljenlkom CE:

CE a C + Mn + N1 + Cr :!n" 'I;

Hemijski sastav ~ellka lzra!ava se

+'Mo+V 10 ,

- 35 -Prora~unatim vrednostima CE i ~eklvanom sadr!aju vodonika (zava-rlvanje bazl~nim 111 rutl1nim elektrodama) prldodaju se poka

- 36 -

Tablica 4, BTS za razne vrs.te s .poj eV.A Vrsta spoj a

OVa smera o dvodjenja toplote

k~!- W-~ 1 1~~11(q ~NI )

-

Tri smera odvodjenj a toplote

ra-f ~

1 - - '" \ ~

eetiri smera odvodjenja toplote

8

-- ~

j 8 3

Deb~j.1na lima mm

6

6 i 6 6 i 12 6 i 18

12 i 12 24 i 24 24 i 48

6 i 6 12 l. 12 24 i 24

6 i 6 12 i 12 24 i 24

+ 12 + 1 2 + 1 2

BTS

2 3 4 4 8

12

3 6

12

4 8

1 6 7

Minima lna t emperatur a predgrevanj a prema BWRA d a t a je u zavlano at l ad br o ja termi~ke at rogostl , poka7.a t e lj a z avarl j i v o s -ti i p r el!nilta elektroda (t a blica 5 ).

- 37 -

Tablica 5. Temperatura pred2,revanja Broj termi~ke Minlmalna temperatura predgrev anja strogosti Pokazatelj zavarlvanih komada (BTSl zavarljlvosti Pre~nik elektroda u nun

3,2 4 5 6 8 (oCl (oCl (oCl (oCl (oCl

D 0 2. E 50 0

F 125 25 C 0

3. D 75 0 E 100 25 0 F 150 100 25 C 50

4. D 100 25 E 125 75 0 F 175 125 75 0 B 50 C 100 25

6. D 150 100 25 E 175 125 75 0 F 225 175 125 75 0 A 25 B 75 25 C 125 75 25 8 . D 175 125 75 0 E 200 150 125 50 25 F 225 200 175 125 50 A 75 25 B 125 75 25 C 150 125 75 0 12 . D 200 175 125 75 0 E 225 200 175 100 50 F 250 225 200 150 125 A 75 25 0 B 125 75 50 0 C 175 150 125 50 25 16. D 200 175 175 125 50 E 225 200 200 150 100 F 250 250 225 200 150 A 75 25 0 B 125 75 50 25 C 175 150 125 75 25 24. D 200 175 175 125 100 E 225 200 200 175 15C F 250 250 225 200 200

*** I : pa~am6ta r8 ke jednac in o Plmo!e se izra~unat1 tempe-ratura predgrevanja prema lzrazu

TpQ 1440P1 - 392 c

ZUT-a taje

- 38 -_ U I1teraturi uporedjuje se

v pri 300C 1 kriti~na brzina s ~isto martenzltna struktura. Ta

s tvarna brzlna hl ad jenj a vkr ' pri k o j oj u ZUT-u nas -brzina vkr se mo~e lz ra~u-

nati iz izraza: o

logvkr = 3,O-(4,62C+l,OSMn +O,54Nl+0 ,S OC r+O, 66 MO ) Ci s

U zavarenim spo jevlma sa log (vs / vkr ) < -0, 6 prsl ine se ne javljaju, dok se za log (vs / vkr ) > 0,3 p r s line uvek javl j aj u . Brzina hladjenja Vs lzra~unata iz odno sa l og (vs / vkr ) = - 0 , 6 o d-redjuje uslove zavarlvanja sa pre dg r e van j em l1i be z pre"dgre van j a.

-Za oeenu sklonosti ka prsllna ma prirnenjuje se 1 izraz kojim se uzlma U obzir sadrf aj difundovano g vodonika ltost spoja (k);

Ps

= l09~ + vkr

k +~

za P a -0,5 praline se ne pojavl~ju, za P = 0 , 3 verovatno6a s S

pojave praline je 50% 1 prl P > I prslinc se uve k p o javl juju. s

-Intenzltet krutosti "k " i z ra~unava se u zavl s n os ti od debljine lima "9" u mrn prema izrazu k=66.s; a "H" se us va ja i z tablice 9.

Stavljajuei u qornji izraz Ps

= -0,5 moz e se izrac un a ti povol)na . brzina hladjenja prl 300 0C i na o s no vu t o ga, za pozn a -te parametre zavarivanja,i temperatura predqrevanj a ( v. str. G8).

Bez obzira na na~in proracuna tempera t ure predgre va n j a, nlje opravdano da ona bude iznad temperature poc etka martenzit-nog preobrazaja. To je i razloq Ato se temperature predgrevan ja dan as sve manje odredjuje lz dijagrama izo terrnalnog ill kontin ual-nog razlaganja austenita za dati c elik, jer se pri korl~6enju tih dijagrama preporucuje temperatura predqrevanja 30-S0o C lzna d tem-perature Ms.

-Sa qledlta pospelvanja lzdva janja ~odonika iz obla s-ti zavarenog spoja, velikl znac aj ima i naknadno zagrevanje z a v a -ra 111 ava pre njihovoq hladjenja do sobne tempe rature . Uno ~en je

~elova u pe~ t ~LOO-200oC deluj e posebno na brzlnu hladjenja pri t~mperaturama iapod 300C. Za konstrckclc ne cellke p o v len e ja-~~ne cesto je dov_oljno zagrevanje u taku 30 do 60 minuta pri 100-lSOoC, dok je za debljine iznad 10 mm ponekad potrebna nak-nadna zagrevanje od nekoliko sati (3 do 5 h). Pri zavarlvanju delova veoma vellkih preseka (npr. 300 mm) zavarivanje se moze viAe puta prekldati 1 primenltl naknadno zagrevanje ~lme se stva-raju uslovl ze pouzdano zavarivanje.

- 39 -

2. P r a k t 1 c n e met 0 d e

Odredjrvanje zavarljivostl opitima zasniva se n a pro uc a-vanju pojave prsllna u zav arenom spoju u (1) toku proc e s a za vari-vanja, (2) neposredno p osle toga l1i (3) pesle odredjenog v remena ( - 48 h). Me djutim, procena zavarljivosti primenom praktic nih me -toda proslrena je 1 na ispitl v anje p o jave prslina usled naknadnog zagrevanja tj . termiCKe abra de, kao i na nast~janje prslina pri radnim naprezanjima , tzv. eksplo ata=io ne prsline.

Po java p r s lina u zavare nirn spojevima uop teno je re zul tat napo nsko-deformacio nog stanja, koje materljal s manjene plas ticnos-ti u zavarenom spoju ne mo~ e podnetl.

Kriterijumi za ocenu zavarljivosti mogu biti razliciti i zasnivaju s e na odredjivanju kriticne deformacije u funkcijl tem-perature pri z a varivanju, kao i na odredjivanju kritic nog napona prl kame dolazi do poj ave prs l ina.

Zbog veliko g broja praktic nih metoda za ispitiv anje za-varlji vosti (oko 900) n ij e moguce pOjedinacno ih obrazloziti, ali je bitno da sve one utvrdjuju vrstu i stepen promene ispltlvanog probnog uzor ka .

Kod ve6ine prakti~nlh metoda isplti v anja zavarljlvosti probe se izlazu termi~kom ciklusu: lokalno,po celom profilu ili zagre v anju i hladje nju isto k ao i pri zavarlvanju (sirnuliranje termickih ciklusa) i sl. Stepen nastalih promena utvrdjuje se po-znatim me t odama lspitlvanja (zatezanjem, savijanjem, merenjem tvrdo 6e, !ilavosti i 51.), pre i posle termickog de jstva, a po po t rebi se ispituje i pojava prslina u ~avu i okolini .

U cilju prikaza sus tine pojedinih grupa prakticnih lspi-tlvanja za o cenu z avarljivosti daju se objanjenja karakteristlc -nih proba iz po j edinih grupa.

Probe sk lo noa ti ka lomu ( toplom 1 hladnom) Ove probe su veorna znacajne 1 najvie se koriste prl

osva j anju novlh vrs ta osno vnih i dodatnih materijala, pri nj1-h ovoj sistematlzaclji, izboru i potv rdl kva llteta, odnosno meto-da i postupaka z avarivanja. Na jve6u primenu ima ju probe sklonos-ti ka poj av1 hladn1h prslina, jer se pri ispitiv anju moze uzeti u obzlr 1 uticaj parametara z a vari v anja.

Probe hladnog lorna, t j. probe sklonosti ka hladnim prs-11nama,dele se na dYe g rupe :

1. probe s lob odnih ( ne ukr ude ni h ) apoj e va 2 . probe ukru de nih Bpoje va.

- 40 -

U grupi 2. razllkuju se probe: - sa samouklje s tenjemi pomocu takve montaz e elemena ta

probnog spoja da izvedeni ~av iIi spo j izaziva s amoukljes t e n j e ; - sa nasilnirn uklje s tenjem; primenom pos e bnih a l ata i

naprava sa Kojima se elementi spoja prinudno ukrucuju. P ri tome , kod nekih proba postoji mogucnost promene stepene ukrucenja i li brzine hladjenja spoja tzv. toplotne strogosti (o s t r ine), pa se stoqa primenjuju za ocenu uticaja velicine po jedini h f akto ra na hladni lorn.

Probe sa diI't. go vanim na pl' e zan j i ma primenjuju se za oce-nu sklonosti ka hladnom lomu posle zavari vanj a , delovanjem spo-Ijnih opterecenja na zavarenirn opitnim epruve t ama odmah posle zavarlvanja. Prednost ovih prob a je svakak o mogucnost izbora v r -ste i velicine opterecenja, .elme se procenjuje njiho v uticaj na hladni lorn.

Probe simuLil"anj em tel"mi ~kih aik Lusa se izvo de na p o seb-no konstruisanim uredjajima - simulatorima i po metodi BWRA. U slmulatorlma se probni nezavareni uzorci izlazu temperaturskim clklusima koji odgovaraju pojedinim ta~kama razlicito udaljenim od ose ~ava. Na taj se nacin mogu utvrditi promene svojstava ot-pornosti i plasti~nosti u ZUT-u, zavisno od reiima zavarivan j a.

Postoje nekoliko vrsta slmulatora zasnovanih na elektro -otporskom iIi lndukcionom zagrevanju. U svetu su danas najpozna-tlji simulatori UMET (SSSR), Weld Thermal Cycle Simulato r firme Sroit-Wels (USA) 1 Thermorestor - W (Japan). Therrnores tor, f i r me Fujl Electronlk Industrlal Co. Ltd. je najsavremeniji simulator jer lmitira ne sarno termicki vee i deformacioni ciklus zavari va -nja, sa moguenoeu uvodjenja vodonika za vreme hladjenja.

Za ispitivanje po metodi BWRA koristi se jednostavna t eh-nika simullranja koja se sastojl u zagrevanju uzoraka u pecima do 950C 1 zatlm hladjenju; potom se uzorcl lspituju zatezanjem 1/111 udarnlm zatezanjem.

Pregled neklh praktlcnlh metoda za ispltiv~je zavarlji-vostl dat je u tablici 6.

Na osnovu rezultata analltlcke procene zavarljivosti i .

. ljene provere prime nom praktlcnih proba,iz tabllce 6. I mole se ocenitl zavarljivost i predloflti mere i uslove da se ona po bolj-Aa. Odnosno, krlticne veliclne usvojenog pokazatelja zavarljlvos-t1 (tvrdo~e, !11avoatl, praline, itd.) mogu se ostvariti zavari-vanjem:

Tablica 6 . Pregl ed prak ti~nih proba z a ocenu zava r ljivostl

'" ~ ~

....

...

..

...

0-

'" .J< ...

..

0

" 0 ...

.J< til

Q) .:< >0" .... c " -.. "'.0 " 0 " .. '" 0

Kr i te ri j um Vrste probe Naziv probe

samoukrucene CTS , krs tas til Fisca , Te}cken , Kruzna

h l adnlm sa regu lisan im TRe , HRC , IHPLANT , naponom LTP

-~ -sa slmulisanim termi~ - - BWRA i imitacijom zagrevanja: kim ciklusima

- elektri~n im otpororn, - indukcijom ( strujorn visoke

frekvence) ukru6ena Teken , Pisco , Kruzna

toplim s a regullsanim naponom Vares t raint , Bauman

metalografska- Ispltivan je zatezanjem u pra vcu lamelarnlm s truk tu rna debljine lima

mehanicka !arenj:> i zote l'micka

k ra tk o vremen o g t e c c n ja t vr do6a merenje t vrdoce me t o d Vi kcr~ svo j stva i s p i ci v anj e z a t e zan j e m za ee z 3n j e c vrs t oce ud a r na zilavo f: t i sp j t i\'an j e :' i.~avos ti metod Sarp i

CTS - Cont rol led 'l'h erma l SC:l~ rl t~ ; 'l'RC - Te ns i le Re~traint Cracki n g RRC - Rigid Re s t r a in t \vel d Cr a Cki n g ; Ot.: - o snovn l materijal, S - say.

Ocena

OJ -n OJ

-n -< OJ > -n

" ::> on

-n 0 0- -< > Q) .... .. ..

... -n

.... 0 Q) a. c .. .... c -<

- 42 -

_ bez posebnlh mera, kada je materijal zavarljlv, _ sa pr!menom posebnlh mera, kada je materljal uslovno

zavarljlvJ _ sa prlmenom takvlh mera koje su neopravdane sa tehno-

ekonomske ta~ke gledlta za slu~aj da je materljal teAko zavar-lj1v.

Pr! egzaktnoj acen! zavarljivostl,budu61 da je strUktura ZUT-a zavlsna ad niza pojedlna~nlh pOkazatelja - hemijskog sasta-VA, debljine, kao 1 ad parametara zavarlvanja (npr. I1nljske enerqije qt :::I UI/V z- kojl su povezanl sa temperatursklm clklu-som, treba uzeti U obzlr 1 temperature transformacija lzra~unatlh 111 odabranih za us love kontlnualnog hladjenja 1z modiflkovanih KH - dijagrama. Poredjenjem (ovako) odabranih vrednostl sa real-no dobljenlm strukturama prl zavarlvanju - ocenjuje se mogu6nost dirigovane promene strukture odnosno svojstva.

3 IZVORI TOPLOTE ZA ZAVARIVANJE

3.1 KARAKTERISTIKE TOPLOTNIH IZVORA

Osnovni top1otnl izvori za zavarlvanje meta1nlh materlja-1a mogu biti: gasni ptamen, 6l6ktri~ni tuk,8tQktri~na struja,

m6hani~ka energiJa, evetlosni Braoi i snop ot.ktrona. U princlpu se top1otna energlja os1obadjA: - e1ektromagnetnlrn zrA~enjem (radljacljom), - elektromagnetnom Indukcljom, - proticanjem e1ektrl~ne struje (Dfulov zakon), - reakcljom sAgorevanja (oksidacije), - egzotermi~kom reakcijom (oksl-redukcljom), - trenjem 111 mehan1~k1m pr1t1skom. Glavne karakterlstik.e pojedlnlh lzvora toplote za zavari-

vanje au: stepen koncentraclje toplotnog fluksa, na~ln prenosa toplote 1 stepen 1skor1Atenja.

Raspodela spec1f1~noq toplotnoq fluksa (protoka) pr1 de-lovanju koncentrlsanog izvora(odgovara Gausovoj jedna~lnl normal-ne raapodele) (al. 19), datajelzrazom.

_kr2 q - q e max

qde je: ~x - maks1maln1 toplotn1 fluks,J/s.m2;k - koef1c1jent koncentracije toplotnog fluksa U 8/cm2 , r - radljalno ra8tojanje date ta~ke ad oae u em.

- 43 -

51.19. Raspodela top1otnog fluksa - Gausova kriva

t as e p l

t. eZek tronski snop

Koncentraclje pojedinih lzvo ra to-plate prikazane su na 51. 20. Naj-manju konoentraciju toplote, ispod 5.10 3kW/m2 ima oksi-aceti1enski plamen, dok se elektricnirn lukom

352 postize 5.10 - 10 kW/m a p1az-mom 5.10 3 - 10 6 kw/m2.

Toplotna energija se predaje osnovnom materijalu zracenjern , bom-bardovanjem elektronima i struja-njem fluida (konvekcijom). Kod pos-tupaka elektrolucnog zavarivanja to-plata se uglavnom predaje zracenjem i bombardovanjem elektronima, a kad 9a5n09 85 % predate kolicine top lo-te otpada na konvekc iju a sarno 15% na =racenje .

plazma

vrsta izvora

elekt r icni Luk

gasni

&~ 51. 20. Koncentracija zavarivackih izvora toplote'

3. 2 VRSTE TOPLOTNIH IZVORA

3.2.1 Gasni p1amen

Gasn! plamen se odlikuje lakom regulacijom kako po sasta-vu tako i snazi. Primenjuje se za zavarivanje, navarivanje, lem-Ijenje, metalizaciju,ispravljanje, povrinsko ~i~enje i razne vrste povrinske obrade metala.

Gorivi gasovi kojl se korlste za zavarlvanje, predgre-vanje i rezanje su uglavnom ugljovodonici i ponekad vodonik.

- 44 -Ta~nije, rno~e S~ re6i da se za zavarlvanje ~ellka gotovo redo-vno koristi acetilen; dok se za lake topljive metale i legure, kao i za termi~ko rezanje mogu takodje primeniti propan 1 butan ill za rezanje pod vodom vodonik.

Iako ovi gasovl mogu sagorevati 1 u vazduhu, prak tlc no se za zava r ivanje i rezanje koristi tehnic kl cis t ki seonik koji se dovodi iz celicnih boca, U Ko j ima se ~uva pod prltlskom od 150 bara .

Reakcije sagorevanja gorivih gasova, kao i kolicina top-lote koja se pri tom oslobadja, date s u slede61m hemijskim jed-nacinama:

- acetilen C2H2 + 2,502 = 2C02 + H20 + 1264kJ - butan: C4H10 + 6,52 = 4C02 + 5H 20 + 2880,1 kJ

- propan: C3H8 + 52 = 3C02 + 4H 2O + 1925,9 kJ

vodonik: H2 + O,~O2 = H20 + 242,8 kJ

Acetilensko- kiseonicki plamen ( oKs i - acetllenskl) daje maksimalnu temperaturu od 3100o C, dok se primenom butand i p r opa-na najvle postl ~e 2830, odnosno 2850oC~ plamen vodonlka dostl~e najvle 2520 o C. Osim najvie temperature medju navedenlm gasovi-ma, plamen C2H2 - 02 mogu6no6u regulaclje acetilena:

a =

~e odlikuje najvecom brzinom ~agorevanja, sas tava tj . o dnoBa pot r oBnje kiseonika i

dvostepen im sagorevanjem i najmanjom potronjom kiseonika po je-di n ic1 zapremine gorivog gasa. Propan 1 butan sagorevaju jednoste -peno uz obrazovanje gasova CO2 i H20, pa u toku zavarivanja nasta-je Atetna pojava - oksldac~ t ecnog metala.

3.2 . 2 Elektrlcnl luk

Zauariuacki elektri c ni luk predstavlja trajno elektric no prafnjenje kroz medjuprostor , izmedju elektrodl3;,.tspunjen jonizo-vanim gaBovlma i parama metala. U luku se elektricna energlja preob ra!ava u toplotu, kojom se topi deo osnovnog materljala 1 dodatnl materljal. Oslm toga, posredstvom elektricnog luka (de-lovanjem elektrodinami~kih s11a) olakava se prelazak lstopljenog dodatnog metala u Aav 1 ponekad se otklanjaju teko topljlvi po-vrAinskl oks1di, tzv. katodn1m c16enjem. Naj bitnije parametars-ke karakter1stlke zavariva~kog luka BU: napan luka, gustina i jacinQ struje u luku 1 duiina luka .

- 4 5 -

Elektrl~ni luk. 1 l z vor njegovog napajan j a - .3 av cri'!.a ~ki tran8formator~ qrupa mo t or - gsn e r ator 111 i 8 p ravlj a ~ - ~ine od-govaraju~i energetskl sistem. Ra z likuju se dva karakterlBtl~na na~1na odr!avanja elektri~nog luka : usta ljeni -.t a ti~ki u.~ovi , kada napan 1 struja u toku dovoljno dugog vrernen a ne men j aju s vo-je vrednosti 1 neustaljeno - dinamidko odr~a lJan j8 luk a , kada napan i atruja mcnjaju Bvoje vrednos t i po d dej stvorn spol jnih t inila ca, 111 zbog promeno pararnetara zavarivan ja.

U savremen im metodima elektrolu~nog zavarlva~ j a e lek trl~ -ni luk se uspostavlja i odr~ava :

- u atmosfe.ci vazduha, - u atmos fe ri z aAti tn ih gasova (Ar, He , CO2 i Broe ~a ), - pod s lojem praAka .

Razli~iti na~ini od r ! a vanj a ele ktrit nog luka uslovlj a va -ju i razlike u toplotnoj moti i koncen traciji toplotnog f luksa, Ate S8 dalje odraf ava 1 na tokove metalurkih reakcija prl zava-rivonju.

Polov i,izmedju kojih se uspostavlj a i odrzava elektrl~ni luk,vezu ju se za izvor elektrl~ne s truje odgovaraju6e snage i napona pra anog hoda . I z flz i ke j e poznato da se provodjen j .~ e1e -ktrl~ne struje kroz metalne provodnike ostvaruje kretanjern 81~hodnih elektronA. Budu~i da se gasov~ u norma1nim us10v ima sastoje 1% elektrl~no neutralnlh molekula, onl u tom stanju ne provode elektri~nu atruju.

Gas mo!e pos t atl provodnlk elektrl~ne struje ako se pre-veda u tzv . jonsko stanje. Joni1Ja oi,; a gaBQ mo! e se ostvarltl bom-batdovanjem mlazom elektrona , ozra~lvanjem 1 z aqrevanjem. Prevo-djenje gAS a u jonsko stanje ozra~ lvanjem poznato je k ao fot o jo ni -.aoiJa, a zaqrevanjem kao ~ e rmojoni 1J aci j a.

Zavariva~ki luk se uspostavlja i odr!av a bomba r do vanjem vazluAnog stuba rnetalnim jonima i termojonizacijorn. Odlika je ve-

~ine poatupaka 81ektrolu~nog zavarivanja da a8 elektrit ni luk od-ralava izmedju vrha dodatnog materijala (elektrode) i zavariva-nog materijala (al. 21). Veli~ina i r a apodela temperatura u elek-

tri~nom luku zavisi od v r ate elek trode, pola riteta (+ 11i - pol na elektrod1), vrstB qasa 11i pare kojl ispunj a va prostor lzme-dju polo VA i od parame tara z avarivan j a. Zavariva~kl luk s e konl-~no Airi prema zavarivanom materlj a lu ne zaviano od pol a rlteta. Zavlsnoet temperature luka od atmosfera izmedju elektrode 1 08no-vnog materijala data j8. U t ablici 7

- 46 -

Elektl"oda

08novni matel"i.ial

51. 21. Elektri~ni luk u 810-bodnoj atmosferi

Tabllca 7. Temperatura elektri~n09 luka

Vrsta ga8a 11i pare Tempera tura u stubu luka lukoa., c

Vazduh 5800 + 200 -

Pare Na2C0 3 4500 + 200 -

Pare K2C0 3 4000 + 100 -Pare Fe oko 6000 Volfram u at.mc.sferi oko 5700 vodonlka Ugljenlk u atmosferi 6200 + 300 vazduha

-

x 0 m p 0 11 e n tee l e k t ri c n 0 g t u k a Luk jednosmerne struje se uslovno mole podeliti n-a tri

glavna dela: kato dnu oblast, anodnu oblast 1 stub lu'ka . Katoda (- pol) uvek emituje, a anoda (+ pol) privla~i elektrone. U ka-todnoj i anodnoj oblasti moqu se uo~lti mala udubljenja odnosno i8pu~enja (mrlje) 1 odgovarajuce oblasti peda katodnog 1 anodnog napona. Xatodna mrtja je ulStvari mala udubljena povrAina na vrhu katode lz kojeg se emltuju elektroni, a anodna mrtja predstavlja deo pozitivne elektrode koji prima elektrone.

Fraces emitovanja elektrona 1z katode mole biti izazvAn dovedenom toplotom (termi~kom jonizacijom), dejstvom elektri~nog polja,kao i udarom ~estica suprotnog naelektrlsanja.

Stub elektri~noq luka je jonlzovan prostor izmedju elek-troda u kome au qasovi i pare metala u velikom stepenu disocira-ni i jonizovanl pa stoga sprovode elektri~nu struju. Pojava joni-zacije u stubu luka je pra~ena suprotnom pojavom r8'kombinaaij s , tj. obrazovanjem neutralnih atoma 1 molekula, pri udaru naelekt~ risanih ~e8tica 0 elektrode. Dvoatomni qasovi,- kojl se gotovo uvek nalaze u stubu elektrl~nog luka ("2' 02' CO2 , H20, N2 ) disociraju pri temperaturama 4000-8000 oC, a budu~i da je u stubu luka temperatura t ~ 5000-30000 DC, to zna~i da je stepen joniza-clje vrlo vlsok 111 potpun.

Stub luka je u elektrostati~kom pogledu neutralan jer je broj elektrona jednak broju pozitivnih jona. Elektronl 1 neqa-tivnl joni kre6u S8 prema anodi brzinom koja je arazmerna napon-skoj razlici AU - UK - UA lzmedju katode i Anode

1 2 6U - UK - UA - ,-neve

*) Hlor 1 fluor moqu prlvu~l elektrone i obrazovati neqativne jone Cl-, F-

- 47 -gde je: me - mas a elektrona, v~ - brzina elektrona. S druge strane 5e kLnetlcka energija pozitivnih jona u trenutku njihovog udara 0 katodu mo!e izrazltl jedna~inom

gde k =

je: ~ - masa molekula , vM - brz i na molekula , -23 1,3805.10 J / K - Bolcmanova konstanta; T - temperatura uK .

Klncticka energija elektrona znatno je veca ad k inetlcke energije molekula, .jer je tu presudan utlcaj br z i ne (" e :> vM a me < ~). Zbog toga 5e po pravilu osnovni materijal vez uje za + pol tj . i z la~e 5e bombardovanju e lektrona a dodatni materijal na - pol~ pa je stoga vi s a t empe r a tura na radnom predmetu tj. anodnoj mrlji. U elektric norn luku naizmenic ne struje menja se na-lzmenic no smer protlcanj a elektrona i pozitivnih jona, a elektro-de (katoda 1 anodal menjaju s voj polaritet 100 puta u toku 1 5 za elektrienu struju frekvencije f = 50 Hz_ Zbog toga se luk naiz me-nicno prekida i uspostavlj a , sto sman j uje stepen jonizacije pa stoga i temperaturu u odnosu na l uk jednosmerne struje.

Elektricni luk s e , zavisna ad napanske razlike izmedj u elektroda, moze uspostaviti na dva nae ina:

-"preskakanjem"elektrona u sluc aju ve like naponske raz-like lzmedju razmaknutih elektroda;

- dodirom e l ektroda, a zatim njihovim neznatnirn razffi1ca -njem.

U prvom slueaju protlcanje elektrona maze nastati ako se primene specijalni uredjaji - jonizatori - koji stvaraju impulse visoke frekvencije i napona od nekollko hiljada volti.

Nasuprot tome, u drugom slueaju, dovoljan je napon Uo -velic1ne nekoliko desetina volti, ugla vnom 1spod 80 Vi pri dodi-r u elektroda nastaje jaka struja kratkog spoja , rnesto dodi ra se zagreva 1 time olaksava termicka ernisija elektrona i jonizacija gasa,koj a je praeena t fotoemisijom 1 emisijom usled dejstva e l e -ktr1c nog polja .

S tat 1 c k a 1 d 1 n ami c k a k a r a k t e r 1-s t 1 k a z a v a r 1 v a e k 0 9 1 u k a

U stabilnom elektricnom luku,kOjl se odrza va lzmedju dva rnetal a u datoj gasnoj a tmosferi, ustaljuje se odredjena zavisnos t izmedju napona 1 trenutne jacine struje . Takva zavisnost se nazi-VA Btatidk a ka~akt B ~i B tika Blek t ~ i dno g lu ka . Vee i deo elektricne struje protice kroz sredisnl - osn1 - deo luka, pri cemu velie ina

- 48 -

preseka stuba luke zavisi cd pre ~ nlka elektrode i tempera t ure luka. Kaka je raspodela tempratura u stubu luka promenljiva, to

. .

1 zavisnost i zmedju jacine struje i napona luka nije linearna ( zna~l

se trl

ne ' pokorava se Omov om zakonu). ,

Na krivoj statl~ke karakteristike luka (51. 22) uce a va j u dela. U oblasti malih gust ina elektri~ne struje (51. 22-1 )

otp or u luku je veliki,jer temperatura 1 pracesi jonlzacije nisu dovolj n i za emitovanje elektrona u p o trebnom broju, a isto vreme no se znatna koll~lna toplo te odvodl lz luka ~ to ope t povecava n j e -gOY ukupan otpor. u toj oblasti je koeficijent pravca krive tqa,l < 0, to znaci da je to dec u kame je statlc ka k a rakterls t i-ka negatlvna l1i opad a j u r.!a,.

60

'"

"

4 0 0 0.

" '"