POVIJEST ZAVARIVANJA

POVIJEST ZAVARIVANJAVeina postupaka zavarivanja otkriven je u ovom vijeku. Samo neki postupci kao to su zavarivanje (spajanje) kovanjem, zavarivanje lijevanjem i lemljenje bili su poznati ve u starom vijeku. Zavarivanje metala je vezano za njegovo dobivanje.

Prvo koritenje samorodnog bakra zapoelo je prije 10000 godina, ali koritenje metala nije bilo ire mogue dok ovjek nije nauio izdvajati metale iz ruda taljenjem.

Prije 7000 godina, oko 5000 godina prije Krista (p.K.) u Perziji i Afganistanu je zapoelo izdvajanje metala bakra iz ruda - kamena, taljenjem u vatri.

Oko 3800 g. p. K. otkrivena je na srednjem istoku bronca, a kasnije je prenesena vjetina njena dobivanja u Kinu, ime je potpomognut procvat kineske civilizacije, posebno za dinastije ang oko 1500 g.p.K. Bronca je mnogo tvra od bakra, pa je bila i korisnija za upotrebu. Talite bakra i bronce je znatno nie od talita eljeza, to olakava njihovo dobivanje.

Zavarivanje se razvijalo kao sastavni dio vjetina kovaa, zlatara i ljevaa pri izradi orua za rad, oruja, posuda, nakita i graevina (ograde, vrata, mostovi, okovi, reetke na prozorima,...).

Ljevako zavarivanje se razvilo usporedo s vjetinom lijevanja. Krasne tankostijene lijevane vaze iz bronce imaju na sebi i "zavarenih" dijelova. Kasnijim lijevanjem su se spajali razni drai, oslonci i figure na ve ranije odliveno osnovno tijelo vaze ili nekog drugog predmeta 1 .

Lemljenje je spajanje taljenjem legure s niim talitem od materijala predmeta koji se spajaju. Kroz povijest se lemljenje kao tehnika spajanja primjenjivalo na nakitima i figurama.

eljezo se takoer prvo poelo koristiti samorodno. Izprva se nalo na povrini zemlje od meteorita (meteorit je meteor koji stigne do zemlje), pa su ga Sumerani zvali "nebeski metal". Prvi tragovi izdvajanja eljeza iz ruda datiraju oko 2500 g. p.K., a do ire primjene dolazi kasnije. eljezno doba odnosno eljezni predmeti se poinju nalaziti oko 1500 g.p.K., a prvi zapisi (Herodot) o kovakom zavarivanju eljeza u staroj Grkoj govore da je zavarivanje koriteno u VI st. p.K., za izradu postolja posuda. Dobivanje elika poinje oko 1000 g.p.K. u Indiji.

Kovako zavarivanje. Najbolji maevi iz elika u srednjem vijeku bili su raeni iz niskougljinog elika, a na njihove rubove su kovaki zavarivane (udarcima ekia u toplom stanju) otrice (trake) od visokougljinog elika (1.0-2.1%C), koje su uz odreenu toplinsku obradu davale tvrde, vrste i otre bridove. Maevi, vrhovi strijela i koplja, bodei i drugo oruje kod kojih su primjenjivali kovako zavarivanje bili su poznati u Grkoj, Franakoj dravi, Kini, Japanu, Indoneziji, te u Siriji. Poznata je tehnika spajanja traka iz razliitih vrsta eljeznih materijala kovanjem kao "damasciranje" (od Damask-Sirija) 2 , a u cilju postizanja posebnih dobrih svojstava za maeve i puke. I za dananji stadij razvoja tehnike ova tehnologija izrade dijelova iz kompozitnih materijala kovakim zavarivanjem je interesantna.

Kod kovakog zavarivanja se krajevi dva dijela koje elimo zavariti - spojiti zagriju u kovakoj vatri do bijelog usijanja i ako je potrebno pospu odreenim prahom (pijeskom) za ienje". ekianjem spoja istiskuju se s dodirnih povrina rastaljeni oksidi ili troska, te se sueljavaju iste metalne povrine kada poinju djelovati meuatomske sile dvaju dijelova i dolazi do vrstog zavarenog spoja.

Razvoj dananjih postupaka zavarivanja 3, 4, 5 i 6 *1802. Petrov istrauje elektrni luk za opu namjenu; jo ne za zavarivanje.

*1856. Joule prvi primjenjuje sueono elektrootporno zavarivanje ica.

*1882. N.N. Bernardos (Rusija) prvi koristi elektrini luk izmeu ugljene elektrode i metala kao izvor energije za zavarivanje uz dodavanje ice u metalnu kupku. Kao izvor istosmjerne struje koristio je bateriju galvanskih lanaka (akumulatora). Do tada se elektrini luk izmu dvije ugljene elektrode koristio za osvjetljenje.

*1888. N.S. Slavjanov (Rusija) je predloio postupak elektrolunog zavarivanja metalnom elektrodom. Elektrini luk je uspostavio izmeu metalne elektrode i metalnih predmeta, koji su spajani.

*1894. Sottrand zavaruje prvi puta plinskim plamenom O2+H2. Kasnije se razvija plinsko zavarivanje kisik-acetilenskim (O2+C2H2) plamenom, koje se od 1916. uspjeno i iroko primjenjuje u industriji.

*1895. Poinje se koristiti aluminotermijsko zavarivanje za zavarivanje tranica i za popravak odljevaka.

*1907. Oscar Kjelberg (vedska) prvi patentira i primjenjuje obloenu elektrodu. Obloena se elekroda proizvodila uranjanjem gole ice u otopinu minerala, a od 1936. g. obloga se nanosi ekstrudiranjem. Bazine elektrode su se poele proizvoditi 1940. g.

*1925. Otkrie postupka zavarivanja u zatitnoj atmosferi vodika "arcatom".

*1930. Poela je primjena automatskog zavarivanja pod prakom - EP u brodogradnji SAD.

*1936. Poela je primjena zavarivanja u zatitnoj atmosferi He -TIG postupak .

Pred, a posebno poslije drugog svjetskog rata, poinje razvoj i primjena zavarivanja u zatitnim plinovima TIG (arc-atom s vodikom, te argonarc s argonom ili helijem kao zatitnim plinom). MIG zavarivanje se poinje primjenjivati 1948. kao Sigma postupak (Shielded Intert Gas Metal Arc), a 1953. u bivem SSSR se prvi puta primjenjuje MAG postupak s CO2 zatitnim aktivnim plinom. Hladno zavarivanje pod pritiskom se primjenjuje od 1948.g.

Iza 1950. godine se razvijaju mnogi novi postupci kao to su: zavarivanje pod troskom (1951.), trenjem (1956.), snopom elektrona (1957.), ultrazvukom (1960), laserom (1960.), plazmom u SAD (1961.) i drugi.

Prvo zavarivanje i toplinsko rezanje u svemiru izveli su 16. 10. 1969. u sovjetskom svemirskom brodu "Sojuz 6". Zavarivanje se izvodi i pod vodom (primjenjuju se razliite tehnike).Razvoj zavarivanja u HrvatskojU Hrvatskoj se prije II. svjetskog rata primjenjivalo plinsko zavarivanje, runo elektroluno zavarivanje s golim, s jezgrom i dijelom obloenim elektrodama. U to vrijeme su se odgovorne konstrukcije izvodile uglavnom u zakovanoj izvedbi. To su bile posude pod tlakom, kotlovski bubnjevi, veliki cilindrini rezervoari, nosive eline konstrukcije, mostovi, vagoni i drugi proizvodi. Buai rupa za zakovice, zakivai i podbijai, koji su radili u velikoj buci od zakivanja i podbijanja bila su tada vana zanimanja, koja su danas isezla zajedno sa zakovanim konstrukcijama.

Znaajniji razvoj zavarivanja u Hrvatskoj postignut je uoi II. svjetskog rata kada je realizirano nekoliko veih objekata u zavarenoj izvedbi. Meu njima je i veliki zavareni cestovni most preko rijeke Save, u produetku Savske ceste u Zagrebu. To je jedan od prvih veih uspjeno zavarenih mostova u svijetu. Izradilo ga je i montiralo poduzee "?uro akovi", Slavonski Brod. (tada "Prva jugoslavenska tvornica strojeva mostova i vagona"). Na tom mostu su se zavarivali limovi debljine do 95 mm, vrstoe 440 MPa, uz predgrijavanje i kontrolu industrijskom radiografijom (Rntgen).

U periodu 1950 - 1960. brzo se naputaju zakovane konstrukcije, a pored REL postupka postupno se uvode ostali postupci zavarivanja koji se i danas koriste (poluautomatski i automatski postupci).

Sloenost rada u podruju zavarivanja i dalji razvoj. Zavarivanje je interdisciplinarna tehnologija. Za razumjevanje i koritenje ove tehnologije nuna su znanja sa podruja:

Znanosti o materijalima i metalurgije (metalurgija zavarivanja),

termodinamike (temperaturna polja pri zavarivanju),

elektrotehnike (izvori struje, elektrini luk, spajanje razliitih senzori U, I, zvuk, svjetlost,),

kemije (metalurki i drugi procesi koji se odvijaju pri zavarivanju),

informatike (ekspertni sustavi, razliiti prorauni, baze podataka, ) i dr.

Opseg zavarivanja samo na jednom objektu moe biti velik. Na primjeru jednog broda tankera nosivosti 82 000 t izgraenog u naem brodogradilitu zavaruje se 261.6 km kutnih spojeva i 11.6 km sueonih spojeva. Na postrojenjima velikih termoelektrana ili na nuklearnim elektranama, rafinerijama nafte ima po 10000 do 100000 zavarenih spojeva cijevi pod tlakom. Dovoljno je da samo jedan zavar otkae (lom, pukotina, poroznost, proputanje...), pa da doe do skupog zastoja ili u nepovoljnijem sluaju do katastrofalnog oteenja s tekim posljedicama za ljude, imovinu i bioloku okolinu. Primjer je lom primarnog cjevovoda nuklearne elektrane na mjestu zavarenog spoja. Budui da zavareni spoj moe biti najslabije mjesto u konstrukciji, on je najvaniji za istraivanje. "Lanac je toliko jak koliko je jaka najslabija karika lanca".

Termini i definicijeZAVARIVANJE JE SPAJANJE DVAJU ILI VIE, ISTORODNIH ILI RAZNORODNIH MATERIJALA, TALJENJEM ILI PRITISKOM, SA ILI BEZ DODAVANJA DODATNOG MATERIJALA, NA NAIN DA SE DOBIJE HOMOGEN ZAVARENI SPOJ.Zavariva je osposobljen i provjeren radnik za odreeni opseg zavarivakih radova: postupak, materijali (OM,DM), poloaj zavarivanja, geometrijske oblike radnog predmeta, (uvjete zavarivanja, npr. arktik, svemir, ...).Zavareni spoj je cjelina ostvarena zavarivanjem, koja obuhvaa dodirne dijelove zavarenih komada, a karakterizirana je meusobnim poloajem zavarenih dijelova i oblikom njihovih zavarenih krajeva.Zavarljivost je sposobnost materijala, da se pri odreenim povoljnim uvjetima zavarivanja ostvari kontinuirani zavareni spoj, koji e svojstvima udovoljiti predvienim uvjetima i vijeku eksploatacije.Navarivanje je nanoenje dodatnog materijala na odreenu povrinu u cilju dobivanja sloja eljenih dimenzija i svojstava.Zona taljenja - ZT (zavar, navar, av) je dio povrine poprenog presjeka zavarenog spoja koji je bio rastaljen. Sastoji se najee od mjeavine OM i DM, ali ponekad samo od DM (lemljenje) ili samo od OM (zavarivanje bez DM).Zona utjecaja topline - ZUT (prelazna zona) je onaj dio OM (uz ZT) koji se nije rastalio, ali ija su se mikrostruktura i svojstva izmjenili pod utjecajem topline zavarivanja (lemljenja ili toplinskog rezanja).

Predgrijavanje. Zagrijavanje neposredno prije zavarivanja u zoni OM gdje e se zavarivati, lemiti ili toplinski rezati. Potrebno je propisati minimalno potrebnu temperaturu predgrijavanja To s tolerancijama (To min, To max). Temperatura predgrijavanja se najee mora odravati sve do zavretka zavarivanja.Metalna kupka (kupka) je volumen rastaljenog metala u trenutku zavarivanja.

Prolaz je depozit (rastaljeni metal) ostvaren u jednom prolazu elektrodom kod runog zavarivanja ili automatom kod automatskog zavarivanja.Sloj se sastoji od vie paralelnih prolaza.

Osnovni materijal - OM je materijal koji se zavaruje, lemi ili ree.Dodatni materijal - DM je materijal koji se dodaje u zoni taljenja pri zavarivanju, lemljenju ili nabrizgavanju.

Automatsko zavarivanje se ostvaruje opremom kod koje se operacija zavarivanja provodi bez runog podeavanja komandama operatora (zavarivaa).Poluautomatsko zavarivanje se ostvaruje opremom kod koje se automatski upravlja dodavanjem DM, a brzinom zavarivanja se upravlja runo.

Kratice

DM - dodatni materijal

EP - elektroluno zavarivanje pod prakom

EPT - elektrozavarivanje pod troskom

IIW - International Institute of Welding

KBR - Kontrola bez razaranja

MIG/MAG - elektroluno zavarivanje u zatiti inertnog/aktivnog plina (Metal Inert Gas/Metal Active Gas) taljivom metalnom ektrodom

MIZ - Meunarodni institut za zavarivanje = IWW

OM - osnovni materijal

REL - runo elektroluno zavarivanje

TIG - elektroluno zavarivanje netaljivom (volfram) elektrodom u zatiti inertnog plina (Tungsten Inert Gas)

ZT - zona taljenja

ZUT - zona utjecaja topline

HRVATSKIENGLESKINJEMAKI

ZavarivanjeWeldingSchweissen, das

Schweissung, die

ZavarivaWelderSchweisser, der

ZavarljivostWeldabilitySchweissbarkeit, die

Zavareni spojWelded joint WeldSchweissverbindung, die

Schweissnaht, der

Zona utjecaja topline ZUTHeat Affected Zone-HAZWrmebeinflusste Zone- WEZ, die

Zona taljenjaFusion Zone, Weld Metal-WMSchweissgut, der

Osnovni materijal OMBase metal BMGrundwerkstoff, der

Dodatni materijal - DMFiller Metal-FMZusatzwerkstoff, der

NavarivanjeCladding, Build -upAuftragschweissen, das

PredgrijavanjePreheatingVorwrmen, das

Metalurgija zavarivanja: pojam, opseg, specifinosti.iri pojam metalurgije obuhvaa znanost i vjetinu izdvajanja metala iz njihovih ruda, te pripremu metala za koritenje.

Procesna metalurgija obuhvaa izdvajanje metala, proiavanje, legiranje, lijevanje, oblikovanje, toplinsku obradu i spajenje metala, da bi se dobio poluproizvod ili gotov proizvod, dok fizikalna metalurgija obuhvaa kristalografiju, mehanika ispitivanja, odreivanje fizikalnih karakteristika, metalografiju i mnoge druge znanstvene oblasti, koje primjenjujemo pri ispitivanju metala odnosno proizvoda iz metala.

Metalurgija zavarivanja obuhvaa i procesnu i fizikalnu metalurgiju.Napredak zavarivanja u svijetu ili, ako se ue gleda, u nekom poduzeu, mnogo zavisi o praktinoj primjeni metalurgije zavarivanja. Zato brzo hlaenje tetno djeluje na niskolegirane elike, a povoljno na austenitne CrNi nerajue elike, kako nastaju i kako se sprijeaju razne greke zavarenih spojeva, napr. pukotine, te druge pojave objanjavaju se znanjima metalurgije zavarivanja. Ova znanja osim zavarivanja pomau i drugim srodnim (toplinsko rezanje i ljebljenje, lemljenje, nabrizgavanja) i vezanim tehnologijama (oblikovanje, deformiranje, toplinska obrada, obrada odvajanjem estica, zatita od korozije, kontrolne operacije).

Specifinosti kod zavarivanja taljenjem, lemljenja, nabrizgavanja i toplinskih rezanja.Posebnost kod veine postupaka zavarivanja u odnosu na ostale proizvodne postupke predstavljaju vremenski brze promjene temperature (i preko 1000 oC/s), te lokalno unoenje topline nekim izvorom topline. Lokalne temperature se kreu od temperature iznad talita i vrelita metala, pa sve do temperature okoline, a ponekad i ispod 0 oC, za sluajeve posebnih obrada kaljenjem. Navedeni uvjeti uzrokuju lokalna istezanja i stezanja (deformacije, napetosti), kemijske reakcije izmeu rastaljenog metala i okoline (troske, atmosfere), razliitu rastvorljivost meu elementima i meu fazama, te difuzijske procese. Posljedica temperaturnih promjena kod zavarivanja je neujednaena mikrostruktura presjeka zavarenog spoja uz prisustvo trajnih deformacija i zaostalih napetosti.

Iz navedenog proizilazi, da zavarivanje znatno utjee na promjene kemijskog sastava (ZT) i strukture (ZT i ZUT), a time obino dolazi do pogoravanja mehanikih, antikorozijskih i ostalih svojstava zavarenog spoja.

Kod lemljenja i nabrizgavanja ne dolazi do taljenja osnovnog materijala, vea samo lema kod lemljenja i dodatnog materijala za nabrizgavanje. Ukoliko se raspolae odgovarajuim dodatnim materijalaom, te uz odgovarajuu tehnologiju lemljenja i nabacivanja, moe se dobiti kvalitetan spoj lemljenjem, odnosno nabacivanjem. Pored pripreme povrine (odmaivanje) koja je znaajna sa stajalita efekta adhezijskih sila kod lemljenja je znaajno i konstrukcijsko oblikovanje detalja spoja (poeljna vea povrina spoja, omoguiti efekt kapilarnosti). Sam lem mora dobro kvasiti povrinu, to je uz prethodno navedeno preduvjet za dobivanje kvalitetnog spoja lemljenjem. Temperature su kod lemljenja reda veliine do 450 oC (tzv. meko lemljenje), odnosno do 650 oC (tzv. tvrdo lemljenje).

Kod nabrizgavanja su temperature na povrini materijala koji se tretira ovom tehnologijom reda veliine 300 oC. Nabrizgani sloj najee ima zadatak da sam sebe nosi, no ponekad podnosi i odreena naprezanja (napr. istroene osovine na mjestu kliznog leaja). Priprema povrine (pjeskarenje, samarenje, tokarenje, ...) treba osigurati efekt mehanikog sidrenja kod nabrizgavanja.

Toplinska rezanja (plinskim plamenom, elektroluno arc-air postupkom, plazmom, laserom, elektronskim mlazom) daje vrlo usku zonu utjecaja topline. Razliita istraivanja su pokazala da ona nema znaajniji utjecaj kod zavarivanja (ta se zona ponovno pretaljuje pri zavarivanju i ulazi u zonu taljenja zavara). Obino se radi o zoni utjecaja toline irine oko 1 mm (kod plinskog rezanja), odnosno nekoliko desetinki milimetra (kod lasera i plazme).

Zone zavarenog spoja (Z): zona taljenja (ZT), zona utjecaja topline (ZUT).

Zavareni spoj (Z) se sastoji od zone taljenja ZT i zone utjecaja topline ZUT (ZUT se naziva i "prelazna zona").Zona taljenja (ZT) je onaj dio zavarenog spoja koji je za vrijeme zavarivanja bio rastaljen i u kojem je dolo do pojave kristalizacije i do skruavanja. Moe se sastojati od samo osnovnog materijala ili mjeavine osnovnog i dodatnog materijala.Zona utjecaja topline (ZUT) je dio osnovnog materijala, koji se nalazi neposredno uz rastaljenu zonu, a gdje dolazi do promjene kristalne strukture i mehanikih svojstava zbog topline uneene zavarivanjem.Zona taljenja U kapljicama rastaljenog metala i kupki zavara dolazi do slinih pojava kao pri proizvodnji - taljenju metala u peima. Javlja se meusobno djelovanje rastaljenog metala, troske i okolne atmosfere. Djelovanjem izvora topline dolazi do izgaranja pojedinih elemenata: C, Mn, Si, Cr, Ni, Ti i drugih ili je pak mogue iz troske (obloga elektrode, prah) dolegirati rastaljeni metal raznim elementima. Zbog utjecaja atmosfere oko rastaljenog metala i sastava rastaljenog metala dolazi u veoj ili manjoj mjeri do stavaranja oksida, nitrida, karbida, karbonitrida, sulfida, eutektika, intermetalnih spojeva i drugih faza. Metalna kupka se moe sastojati samo od osnovnog materijala, ako ne koristimo dodatni materijal, ili najee, od mjeavine dodatnog i osnovnog materijala, jer pri zavarivanju dolazi do taljenja rubova koje zavarujemo. Kod lemljenja ZT se sastoji samo od dodatnog materijala.

Kasnije dolazi do kristalizacije - skruavanja kupke i taj dio spoja nazivamo zona taljenja. Daljim hlaenjem u ZT, ovisno o vrsti metala, moe doi do strukturnih promjena, izluivanja razliitih faza i pojave greaka (pore, pukotine).

Konani kemijski sastav i kristalna struktura ZT moraju se nai u odreenim granicama kao napr. kod lijevanog elika, da bismo postigli odreena mehanika, antikorozijska i eventualno neka druga svojstva.

Kod zavarivanja pod pritiskom do spajanja dolazi difuzijom pored koje se moe javiti i kristalizacija, ali taljenje u principu nije potrebno.

U ZT kod zavarivanja u vie prolaza pojavit e se pojedine zone utjecaja topline oko svakog prolaza.Karakteristike zone taljenja u razliitim zavarenim spojevimaZavar u jednom prolazu

Rast stubastih kristala je okomit na rubove, koji se zavaruju. Sredina se zadnja skruuje. Ako postoje neistoe u eliku, napr. sumpor, postoji sklonost vruim pukotinama u sredini zavara.

Povoljniji smjer kristalizacije, jer se kristali ne sukobljavaju u sredini zavara, gdje se mogu javiti vrue pukotine.

Kutni zavar zavaren CO2 ili EPP.

Zbog duboke penetracije ZT sadri veliki dio rastaljenog OM, koji ima vie neistoa, nego DM. Nepovoljan je smjer kristalizacije, pa je mogua pojava vruih pukotina.

Kutni zavar zavaren REL obloenom elektrodom zbog manje penetracije u OM daje manje mijeanje DM sa OM i povoljniji smjer kristala.

Zavar iz vie prolaza. Svaki prolaz ima svoju ZT i ZUT.

rafirana je ZUT samo za prolaze br.5 i 6. Cjelokupna zona taljenja "X" zavara sastoji se od vie ZT i ZUT. Svaki slijedei prolaz odaruje prolaz ispod. Zadnji prolazi 4 i 8 ostaju neodareni.

Slijed polaganja prolaza. Ako se eli izbjei da nakon zavarivanja u ZUT na osnovnom materijalu ostane tvrda zakaljena struktura, tada slijed polaganja zavara treba tako planirati da zakaljene ZUT na OM budu odarene (poputene), bliskim zavarima, a to postiemo preklopom 1-3 mm.

rafiranu zakaljenu zonu u OM visokovrstog elika treba popustiti-odariti. Da bi se ostvarilo poputanje potreban je preklop 1 - 3 mm.

Poseban prolaz za odarivanje (engl. temper bead). Na slici "f" zadnji prolaz 6 ostaje neodaren. Ako je u zadnjem prolazu i njegovoj ZUT dolo dovoljno brzim hlaenjem do stvaranja martenzitne strukture, tada se moe dodati jo jedan (ili vie posebanih prolaza), napr br. 7 koji e odariti-popustiti martenzit i dobit e se u zavarima ispod zavara 7 struktura poputenog martenzita. Prolaz 7, koji je neodaren, obino bruenjem kasnije odstranimo. Ovakovo "odarivanje" zavara se ponekad primjenjuje za jae zakaljive elike, kada je drugi nain odarivanja (poputanja tvrdoe) tee provesti. Napr. na montanim zavarima cjevovoda, ako nema mogunosti odarivanja nekom standardnom metodom lokalnog odarivanja: indukcijski, elektrootporno ili plinskim plamenikom.

U ZT je samo OM ili samo DM

Zavarivanjem snopom elektrona i nekim drugim nainima (TIG, plazma) mogue je zavarivati bez DM. ZT se sastoji samo od DM.

Kod lemljenih spojeva ZT se sastoji samo od dodatnog materijala (DM).

Zavarivanje dva raznorodna materijala se ponekad izvodi treom vrstom dodatnog materijala, pa je tada ZT mjeavina tri vrste materijala, a sastav ZT je etvrtog sastava. U pojedinim prolazima se javljaju razni udjeli pri mjeanju OM i DM, pa e kemijski sastav i strukture biti razliite.

Utjecaj koeficijenta oblika b/h na svojstva ZT

Pri EPP zavarivanju karakter izvora topline omoguava postizanje dubokopenetrirajueg oblika zavara s koeficijentom oblika b/h = 0,7. Ovakav oblik nije povoljan zbog smanjenja otpornosti metala kristalizacijskim pukotinama i smanjenja udarne ilavosti. Potrebno je tako odabrati parametre zavarivanja (U, I, v), da se dobije koeficjent oblika ZT b/h = 1,3 - 3,0, priblino polukrug. Na slici uz ovaj tekst je prikazan dijagram utjecaja odnosa b/h na pojavu kristalizacijskih pukotina kod EP zavarivanja za nelegirani elik. Pored sadraja C na pojavu kristalizacijskih pukotina utjeu i S i P, koji nisu obuhvaeni dijagramom. Iako su podaci za sliku dobiveni na temelju ispitivanja kod EPP zavarivanja, slini rezultati e se dobiti i za ostale postupke zavarivanja.

Pogled odozgo na kupku pri zavarivanju prikazuje smjer rasta kristala. Kristali su u svakom trenutku okomiti na liniju izoterme. Oblik izoterme talita je razliit i ovisi o temperaturnom polju.

Iz izloenog se mogu uoiti sljedee pojave u ZT:

izgaranje i dolegiranje elemenata,

pojava nepoeljnih spojeva,

rafiniranje i dezoksidacija kupke,

mijeanje OM i DM,

smjer orijentiranosti kristala ovisno o smjeru odvoenja topline,

broj prolaza, koji utjee na mijeanje OM i DM i "odarivanje" (vie ZUT u ZT),

zaostale napetosti i trajne deformacije,

mogue nehomogernosti - greke ZT (pukotine, poroznosti, troska ),

brzo ili sporo hlaenje koje moe tetno utjecati zbog zakaljivanja pri brzom ili zbog porasta zrna i izluivanja raznih nepoeljnih faza pri sporom hlaenju.Zona utjecaja topline - ZUTZUT teorijski obuhvaa podruje OM, u kojem se OM nije talio za zavarivanja, ali u kojem je dolo do promjene mikrostrukture, mehanikih, korozijskih ili drugih svojstava zbog unoenja topline zavarivanjem, lemljenjem ili termikim rezanjem.

Izrazite promjene strukture kod dovoljno sporog hlaenja za nelegirani elik su iznad A1 (723 oC) pa se meme na makro izbrusku lako uoiti ZUT (temperature izme|u Ac1 i talita). Ova zona e dati drugaiji refleks svjetlosti u odnosu na osnovni materijal, jer je u toj zoni dolo do promjene veliine zrna, usmjerenja zrna i strukture.

Za one poboljane elike, koji se kale i poputaju pri relativno niskim temperaturama, napr. na 300 oC, bilo kakovo grijanje iznad 300 oC e uzrokovati bitne promjene svojstava OM (dobit e se nia vrstoa), pa e ZUT obuhvatiti zonu zagrijavanu na temperature 300 do 1500 oC. irina ZUT ovisi o toplinskom inputu i iznosi najee 2 - 8 mm.

Za Al - legure, koje se toplinski obrauju na 120 oC, ZUT e obuhvatiti podruje, koje je bilo zagrijavano na temperature 120 oC do talita.

Zone zavara za elik s 0,2 % Celik s 0,2 % C zavaren taljenjem sastoji se os ZT i ZUT-a. ZUT teorijski obuhvaa podruje OM, u kojem se OM nije talio za zavarivanja, ali u kojem je dolo do promjene mikrostrukture, mehanikih, korozijskih ili drugih svojstava zbog unoenja topline zavarivanjem, lemljenjem ili termikim rezanjem.

Izrazite promjene strukture kod dovoljno sporog hlaenja za nelegirani elik su iznad A1 (723 oC) pa emo na makro izbrusku lako uoiti ZUT (temperature izmeu Ac1 i talita). Ova zona e dati drugaiji refleks svjetlosti u odnosu na osnovni materijal, jer je u toj zoni dolo do promjene veliine zrna, usmjerenja zrna i strukture.

Za one poboljane elike, koji se kale i poputaju pri relativno niskim temperaturama, napr. na 300 oC, bilo kakovo grijanje iznad 300 oC e uzrokovati bitne promjene svojstava OM (dobit e se nia vrstou), pa e ZUT obuhvatiti zonu zagrijavanu na temperature 300 do 1500 oC. irina ZUT ovisi o toplinskom inputu i iznosi najee 2 - 8 mm.

Za Al - legure, koje se toplinski obrauju na 120 oC, ZUT e obuhvatiti podruje, koje je bilo zagrijavano na temperature 120 oC do talita.

Utjecaj unosa topline na strukturu zavarenog spoja za ugljini elik s 0.2 % CZone unutar ZUT zavarenog spoja nelegiranog niskougljinog feritno-perlitnog elika s 0.2 % CZona taljenja obuhvaa toke zavarenog spoja, koje su bile iznad likvidus linije, tj. koje su pri zavarivanju bile potpuno rastaljene. Za ohlaivanja dolazi do kristalizacije, koja e dati strukturu razliitu od strukture osnovnog materijala. Pojava klica i rast kristala ovisit e o pothlaivanju rastaljenog metala. Obino kristali rastu okomito na rubove spoja, a sukobljavaju se u sredini, stvarajui zonu segregacija neistoa s niim talitem, koja moe uzrokovati vrue pukotine ili biti slabo mjesto pri optereenju.Djelomino rastaljena zona (izmeu solidusa i likvidusa). Bogata je legirnim elementima i neistoama, jer imaju niu toku taljenja, a sadri i plinove. Lokalno povien sadraj neistoa kod brzog hlaenja nakon zavarivanja ne moe se difuzijom izjednaiti sa okolinom, pa ostaje mrea otvrdnutih segregiranih neistoa (submikroskopskih dimenzija).

Pri ovako visokim temperaturama dolazi i do taljenja ostalih nemetalnih faza (sulfidi, fosfidi, oksidi), ime metalna veza slabi i omoguuje pojavu vruih pukotina.Zona pregrijanja se nalazi ispod solidus toke i dosta iznad Ac3 (1100-1150 oC). Dolazi do porasta - pogrubljenja zrna austenita, koja pri brzom hlaenju prelaze u Widmannstaettenovu strukturu, koja je neto tvra i krhkija nego to je poeljno. U sluaju da se pojavi Widmannstaettenova struktura u eliku, tada moemo ponovo postii fino zrno i ilavu feritno-perlitnu strukturu normalizacijom, tj. zagrijavanjem neto iznad Ac3 i relativno sporim hlaenjem. Na taj nain usitnjavamo zrna pri zagrijavanju, pri prelasku granica transformacija (Ac1 i Ac3) i ponovo pri hlaenju (Ar3 i Ar1).

Zona normalizacije se nalazi neto iznad Ac3. Struktura je finozrnata, normalizirana i obino posjeduje bolja svojstva od osnovnog materijala. Ovdje je zagrijavanjem dolo do pune transformacije ferita i perlita u austenit, a za hlaenja dolazi ponovno do transformacije u perlit i ferit stvaranjem klica i njihovim rastom u vrlo finu feritno-perlitnu strukturu.

Ako je elik zakaljiv, tada u ovoj zoni kao i u ostalim zonama zagrijanim iznad Ac3 moe doi do zakaljivanja, a u krajnjem sluaju do 100% strukture martenzita, to ovisi o brzini hlaenja i sastavu elika. Izbjegavanje zakaljivanja se moe postii podgrijavanjem ili unoenjem vee koliine topline zavarivanjem (veim inputom). Kod vieslojnog zavarivanja svaki naredni sloj odari-normalizira, bar djelomino sloj ispod, to povoljno djeluje na nosivost spoja. Zavari u jednom prolazu imaju relativno grubu kristalnu strukturu.

Zona djelomine prekristalizacije U podrujima gdje je maksimalna temperatura bila izmeu Ac1 i Ac3 (preko 723 oC i preko 875 oC za elik s 0,2% C) dolazi do strukturnih promjena. Originalna strukturu osnovnog materijala je feritno-perlitna. Feritna zrna su oznaena s F, a perlitna s P.

Kada se metal zagrijava iznad Ac3, perlitna zrna se pretvaraju u austenitna, sa istim sadrajem ugljika, kako je to prikazano na doljnjoj slici b, gdje je austenit oznaen slovom A.

Daljnjim povienjem temperature ometamo stanje ravnotee izmeu ferita i austenita. Austenitna zrna rastu na raun feritnih, a sadraj ugljika u austenitu se smanjuje. Isprekidana linija na doljnjoj slici b prikazuje nain na koji austenitna zrna rastu na raun feritnih. U ovoj zoni gdje maksimalna temperatura nije dosegla temperaturu A3, samo dio ferita se transformira. Nastala zrna austenita su vea nego poetna perlitna zrna.

Za vrijeme ohlaivanja ponovo se ometa ravnotea izmeu ferita i austenita. Kao rezultat toga dolazi do stvaranja klica ferita unutar austenita, ponajvie na granicama zrna, ali takoer i unutar austenitnih zrna (slika c). Kako se nastavlja sa hlaenjem, ove klice nastavljaju rastom, pa ostali austenit postaje zbog toga obogaen ugljikom. Kada temperatura padne na Ar1 temperaturu, preostali austenit se pretvara u perlit pojavom klica perlita i daljim porastom zrna perlita.

Struktura zone djelomine prekristalizacije: a i b - pri zagrijavanju c i d - pri sporom hlaenju

Kao rezultat kompletnog temperaturnog ciklusa zagrijavanja i dovoljno sporog hlaenja originalna feritna zrna su se smanjila, a originalna perlitna zrna su zamijenjena novim kolonijama, koje su vee, a sastoje se od malih feritnih i perlitnih zrna, (slika d). Ovakova heterogena struktura sastavljena od jako sitnih i relativno krupnih zrna nema dobra mehanika svojstva. Kod veih brzina hlaenja u ovoj zoni se mogu javiti vrlo tvrda mjesta vrlo visoke tvrdoe (napr. 847 HV), kako je objanjeno na sljedeoj slici koja prikazuje strukturne promjene koje se dogaaju u ovom dijelu prelazne zone, ako se ona brzo hladi. Razmatran je obini ugljini elik s niskim sadrajem ugljika, x% C. Struktura zone djelomine prekristalizacije pri brzom hlaenju. Nastala austenitna zrna s koncentracijom y oko 0,7 %C, ako se brzo hlade, pretvorit e se u martenzit, iako je sadraj C vrlo nizak, oko 0.15 %.

Pri sobnoj temperaturi, prije zavarivanja prisutna je uglavnom feritna struktura s malo perlita. Kada se zagrijava na Ac1 perlit se transformira u austenit istog sadraja ugljika, kakav ima perlit (0,8%).

Tamo gdje je maksimalna temperatura neto iznad Ac1 temperature, samo mali dio ferita se transformira i sadraj ugljika u austenitu biva visok. Sadraj ugljika (y) austenita moe se oitavati direktno iz ravnotenog dijagrama za razliite maksimalne temperature.

Na prethodnoj slici prikazan je nastali austenit, koji ima tendenciju da se iri uzdu granica zrna ferita. Austenit s velikim sadrajem ugljika ima niu kritinu brzinu hlaenja od austenita s niim sadrajem ugljika, koji se nalazi u zoni gdje je dolo do potpune transformacije austenita. Ako se brzo hladi, tada austenit izmeu feritnih zrna moe biti pretvoren u martenzit, a moe se nai i rasprostranjen uzdu granica zrna kao mrea visokougljinog martenzita izmeu feritnih zrna.

Ovaj martenzit, zbog visokog sadraja ugljika, bit e veoma tvrd i krhak, a stoga e i struktura u cijelosti biti krhka, ak i onda ako je ukupni sadraj ugljika u eliku veoma nizak.

Podruja ispod A1- obuhvaaju zonu rekristalizacije i zonu plavog loma. Osnovna feritno-perlitna struktura se ovdje ne mijenja, no dolazi do pojava izluivanja nekih faza ili poputanja kod poboljanih ili zakaljenih elika. Takoer je mogua koagulacija nekih faza ukljuujui i perlit.

Ako je podruje zavarenog spoja bilo prethodno hladno deformirano, moe doi u ovoj zoni do rekristalizacije s pojavom grubog zrna.

Ispod 400 oC moe doi do starenja, ako je prethodno bilo hladnih deformacija, a i pri samom zavarivanju dolazi do plastinih deformacija, pa starenje moe uzrokovati krhkost. Kod elika sklonih starenju, u zoni 200 - 400 oC doi e do znatnog pada udarne ilavosti.

Zone zavarenog spoja na metalima, koji ne mijenjaju kristalnu reetkuKod metala kod kojih postoji samo jedna stabilna faza u krutom stanju, doi e samo do poveanja zrna u ZUT, ukoliko materijal nije bio hladno deformiran prije zavarivanja. Ovo je shematski prikazano na slici a. Ovakav sluaj javlja se u zavarima istih metala, kao napr. kod aluminija i bakra, te kod feritnih elika (16-30%Cr). Kod hladno deformiranih metala, napr.valjanih limova, do rekristalizacije dolazi tamo gdje je temperatura dosegla neto iznad temperature rekristalizacije za odreeni metal i stupanj deformacije.

Tamo gdje temeperatura upravo dosegne temperaturu rekristalizacije, stvaraju se mala zrna, ali se veliina zrna poveava na mjestima gdje su temperature vie. Shematski je rekristalizacija prikazana na slici b za sluaj metala samo s jednom stabilnom fazom u krutom stanju.Slika c prikazuje zavar istog eljeza koje je bilo hladno deformirano. Kako isto eljezo ima dvije stabilne faze u krutom stanju, eljezo iznad 910 oC i eljezo ispod ove temperature, to e zone transformacije biti blie zavaru uz postojanje i zone rekristalizacije. U tom dijelu prelazne zone, gdje maksimalna temperatura prelazi 910 oC, rekristalizirana zrna pretvaraju se u eljezo pri zagrijavanju, a pri hlaenju eljezo se ponovo pretvara u eljezo. Gdje maksimalna temperatura upravo prelazi 910 oC, stvorena zrna nakon dvostruke transformacije su vrlo fina, ali neposredno uz liniju taljenja dolazi do porasta zrna javljaju se poveana zrna, koja se transformiraju u relativno velika zrna pri hlaenju. U ZT se stvaraju za skruivanja stubasta zrna, a ova se dalje pretvaraju u zrna pri hlaenju, to uzrokuje sitniju strukturu. Meutim, obino e zrna imati relativno veliku dimenziju i neto izdueni oblik kao i originalna zrna.

Gdje god dolazi do zavarivanja na metalu koji je bio hladno deformiran, tvrdoa i zatezna vrstoa rekristalizirane zone osnovnog materijala se smanjuju kao rezultat neutralizacije otvrdnjavanja koje je nastalo hladnom deformacijom.

Treba napomenuti, da se poviena vrstoa kod nekih legura, koja se postie nekim postupkom izluivanja faza, obino smanjuje u ZUT. esto se hladno valjani limovi, ili limovi koji su bili ovrivani starenjem, izabiru zbog poveane vrstoe, no moramo biti svjesni, da u ZUT vrstoa obino nee biti bolja od vrstoe metala u odarenom stanju.Zone zavarenog spoja iz poboljanog elika (slika d)Sa slike d uoavaju se tri bitne zone:

1. zona grubog zrna,

2. zona sitnog (finog) zrna i

3. zona poputanja.

Zona grubog zrnaZbog visokih temperatura koje dosee materijal uz granicu taljenja dolazi do poveanja zrna austenita. Takoer, u ovoj zoni dolazi do rastvaranja - otapanja u krutom nekih elemenata ako su prisutni kao napr. Ti, V i Nb, da bi se ponovo izluili pri hlaenju. Zbog ovih pojava u ovoj zoni moe doi do nepovoljnog smanjenja udarne ilavosti. Ako je bio koriten nizak toplinski input, u ovoj zoni e se javiti nakon hlaenja zavara martenzit i donji bainit. Vii toplinski input e rezultirati u grubljoj strukturi bainita i ferita uz smanjenje udarne ilavosti.

Zona finog zrnaOsnovni materijal, koji je strukture poputenog martenzita, u ovoj se zoni transformira u strukturu ferita i perlita koja je metalurki slina normaliziranoj strukturi, s dobrom udarnom ilavosti.

Zona izmeu A1 i A3 se sastoji od sorbita i troostita (trostita).

Zona poputanjaOva zona moe biti meka - nie vrstoe i granice razvlaenja od OM ako koristimo velike toplinske inpute. Ova zona ima dobru udarnu ilavost.

U kojem e iznosu doi do pada vrstoe i granice razvlaenja u ZUT poboljanog elika ovisi o toplinskom inputu pri zavarivanju. Ako je toplinski input prenizak, tada e vrstoa i granica razvlaenja biti via, a ilavost u ZUT nia u odnosu na OM.

Zahtjevi koje mora zadovoljiti izvor energije za zavarivanje taljenjem. Izvor mora:

1. Djelovati lokalno na odreenu povrinu ili volumen radnog komada, koji se zavaruje.

2. Snaga izvora P W mora biti dovoljna da lokalno zagrije odreenu zonu do zahtijevane temperature, te da kompenzira toplinske gubitke odvoenja topline u okolni hladni materijal i gubitke konvekcijom i radijacijom u okolinu.

3. Gustoa toka energije na povrinu zavarivanog predmeta q2 mora prekoraiti odreenu vrijednost ovisno o obliku, dimenzijama i fizikalnim svojstvima predmeta, koji se zavaruje, da bi dolo do taljenja odnosno zavarivanja.

Prema obliku energije koja se koristi za zavarivanje izvore energije moe se podijeliti na:

1. elektrine,

2. kemijske,

3. mehanike,

4. difuzijske i

5. optike.Sam oblik koritene energije nije bitan za dovoenje materijala u stanje za zavarivanje, ve gustoa toka energije. Kod zavarivanja dolazi do pretvorbe energije iz jednog oblika u drugi.

Prema gustoi toka energije na mjestu zavarivanja, izvore moe se podijeliti na izvore s:

1. Visokom gustoom, koji tale i isparavaju materijal (vie od 102 do 104 )

2. Normalnom gustoom, koji tale materijal (10-1 do 102 ) odnosno ostvaruju zavareni spoj taljenjem.

3. Niskom gustoom, koji dovode materijal u zagrijano stanje kada je difuzija olakana, ali ne tale materijal (ispod 10-1).

Vrste koncentriranih izvora energije - obzirom na fizikalni karakter izvora:

1. Mlaz vruih plinova: plinski plamen i mlaz plazme. Izmjena energije s povrinom zagrijavanog tijela vri se uglavnom konvekcijom.

2. Elektrini luk izmeu vanjske elektrode (taljive ili netaljive) i zagrijavanog podruja (kruga grijanja) na povrini zagrijavanog tijela. Energija se prenosi na predmet direktno udarom elektrona (pretvorbom kinetike energije u toplinsku), konvekcijom i radijacijom topline iz elektrinog luka, te prijenosom topline kapljicama materijala.

3. Tok nabijenih estica ubrzanih u elektrinom polju: mlaz elektrona ili iona u vakuumu. Energija se generira udarom estica u tijelo.

4. Tokovi zraenja - optiki izvori: sunano zraenje, laser (snop zraenja optikog kvantnog generatora), zraenje tijela visoke temperature i drugi.

5. Elektrina struja na kontaktnim povrinama uzrokuje zagrijavanje tih povrina kod elektrootpornog zagrijavanja, a ista pojava se javlja i pri prolazu inducirane struje visoke frekvencije kod VF zavarivanja, te prolaskom struje kroz rastaljenu trosku kod EPT zavarivanja. U svim ovim sluajevima stvara se Jouleova toplina ili na kontaktnim povrinama zbog poveanog elektrinog otpora ili prolazom struje kroz odreen volumen, koji ima elektrini otpor.

Q = J

R = , ; R ovisi o temperaturi pa se moe pisati:

Rt = Ro (1+ T), ; otpor pri temperaturi T

temperaturni koeficijent elektrinog otpora, oC-1

l duina vodia, mm

A presjek vodia, mm2Bilanca snage/energije kod elektrolunog zavarivanja

INCLUDEPICTURE "http://www.sfsb.hr/kth/zavar/tii/slike/Image322.gif" \* MERGEFORMATINET

INCLUDEPICTURE "http://www.sfsb.hr/kth/zavar/tii/slike/Image324.gif" \* MERGEFORMATINET

INCLUDEPICTURE "http://www.sfsb.hr/kth/zavar/tii/slike/Image326.gif" \* MERGEFORMATINET

INCLUDEPICTURE "http://www.sfsb.hr/kth/zavar/tii/slike/Image327.gif" \* MERGEFORMATINET Efektivna energija za elektroluno zavarivanje (Eef):

Krug grijanja i razdioba toka energije

Iskoritenje energije za taljenje. Dimenzije zone taljenja Glavni zadatak izvora energije je taljenje metala za vrijeme zavarivanja. Koliina metala, koja se tali pri zavarivanju ovisi o obliku i dimenzijama spoja, vrsti metala, o broju prolaza (slojeva) i o postupku zavarivanja. Poeljno je ponekad da se zavaruje s manjim toplinskim inputom, to je lake ostvarivo ako su gustoe toplinskog toka vee.Koliina topline potrebna da se jedinica mase 1g zagrije od To do Tt, rastali i da se talina zagrije do neke temperature T1:

QG = c . (Tt - To) + qt + ct (T1 - Tt), J/g

gdje su:

c - specifina toplina krutog metala za interval To do Tt , J/g C

ct - specifina toplina taline za interval Tt do T1, J/g C

qt - latentna toplina taljenja, J/g

To - poetna temperatura metala, oC

Tt - temperatura talita, oC; Za elik ~ 1500 oC

T1 - temperatura taline, T1 > Tt, oC; Za elik ~ 1800 oC

Koliina topline potrebna za zagrijavanje do talita, taljenje i povienje temperature taline na T1 za masu metala poprenog presjeka AZT = ADM + AOM koji se istali u 1 s:

Q1= QG . AZT . v . , gdje su:

- gustoa, v - brzina zavarivanja, Q1 = Ptaljenja, W

Ako se stavi Q1 u odnos prema efektivnoj snazi izvora:

Eef = . U . I , dobit e se stupanj korisnog djelovanja energije za taljenje

INCLUDEPICTURE "http://www.sfsb.hr/kth/zavar/tii/slike/Image367.gif" \* MERGEFORMATINET

INCLUDEPICTURE "http://www.sfsb.hr/kth/zavar/tii/slike/Image368.gif" \* MERGEFORMATINET Stupanj korisnog djelovanja energije za taljenje t ovisit e o postupku zavarivanja, materijalu kojeg zavarujemo, debljini materijala i obliku spoja. to je vea toplinska vodljivost materijala, to e biti nii t, jer e se bre odvoditi toplina od mjesta zavarivanja u okolni hladniji materijal.

Utjecaj toplinske vodljivosti je izraeniji za izvor s malim gustoama toplinskog toka. Kada se napr. zavaruje plinskim plamenom aluminij, t = 2 %, a 98 % su gubici topline.

Oblik i dimenzija ZT u jednom prolazuNa oblik i dimenzije poprenog prejesjeka rastaljene kupke odnosno gusjenice utjeu:

1. Toplinski input:Eef = . , 2. Koncentriranost izvora energije izraena koeficjentom "k" mm-2 i gustoa toka q2 max W/mm2 , koje opisuje izraz normalne Gaussove razdiobe toka energije:

q2 = q2 max . exp (- k . r2); q2 max = .Pef , W/mm2

3. Temperatura predgrijavanja odnosno izmeu prolaza To.4. Fizikalno - toplinske karakteristike materijala , c,

5. Karakter postupka zavarivanja i poloaj zavarivanja.Smanjivanjem brzine zavarivanja obino raste penetracija "p".

Ako je brzina premala tada e velika metalna kupka ispod

izvora energije spreavati dalju penetraciju elektrinog luka.

Poloaj zavarivanja i smjer napr. odozgor-dole i nagnutost predmeta utjeu na oblik i penetraciju zavara odnosno ZT.

Dimenzije zone taljenja - ZT.

irina gusjenice (irina ZT) bIz izraza za irinu ZT mogu se uoiti utjecaji na dimenzije ZT za elik:

za trodimenzionalno voenje topline.

rZT = rZT (U, I, v, , c, , To); b = 2 . rZT3 dim.

yZT = , za dvodimenzionalno voenje topline

yZT = yZT (U, I, v, , c, , , To); b = 2 . yZT2 dim

Duina izvlaenja jedne elektrode li= Eef = = ; gdje su :

t - vrijeme taljenja jedne elektrode, s

li, - duina izvlaenja jedne elektrode, mm pri emu se unosi Eef=li = . ;

li = .

li = li Obino se za praktinu primjenu treba primjenjivati koriteni toplinski input na temelju mjerenja nekih veliina, koje se mogu u praksi mjeriti, a to su:AZT, mm2 - povrina presjeka zone taljenja; AZT b, mm - irina prolaza; b li, mm - duina izvlaenja jednog prolaza; li , jednom elektrodom kod runog REL zavarivanja.

Veliine b i li se mogu kontrolirati za svaki prolaz u proizvodnji, AZT pri analizi makro izbrusaka, napr. kod atesta postupka ili analiza otkaza.

Povrina presjeka zone taljenja AZTIz izraza za t moe se izraunati:

AZT = = ; QV = . QG, AZT = QV ..... Koliina topline potrebna da se 1 mm3 metala zagrije od temperature okoline do talita, da se rastali i da temperatura taline dosegne T1.

AZT = . Eef

AZT = const . Eef = Kt . EefZa neki postupak zavarivanja i t se ne mijenjaju bitno pri promjenama napona, struje i brzine zavarivanja, pa je priblino popreni presjek jednog prolaza proporcionalan toplinskom inputu.Primjer. Elektrolunim zavarivanjem polaemo gusjenicu /prolaz/ na elik uz sljedee uvjete:U = 20 V = 0,9 = lukaI = 200 A t = 0,3

v = 5 QV = 10 AZT = = = 21.6 mm2 ili

AZT = . Eef = 0.03 . Eef= 0.03 . 720 = 21.6 mm2 ; Kt = 0.03 = const.

Veza AZT = f (q/v), bi = f (q/v), li = f (q/v)

Duljina izvlaenja prolaza (gusjenice) iz elektrode standardne duljine odreuje se na sljedei nain:

Iz gornje jednadbe jasno se sagledava obrnuto proporcionalna povezanost duljine izvlaenja i uneene energije.Povezanost povrine zone taljenja i uneene energije moe se pokazati sljedeim pristupom: Koliina topline potrebna da se 1 gram metala zagrije od poetne temperature To do temperature taljenja Tt, da se rastali, te da temparatura rastaljenog materijala dosegne temperaturu T1:

Za cijelu masu materijala potrebna je koliina topline Q1:

Poznata je relacija za izraunavanje stupnja iskoritenja energije za taljenje:

Odnosno, jednadba koja pokazuje povezanost povrine zone taljenja i uneene energije:

Povezanost irine zone taljenja (zavara) moe se sagledati iz pojednostavljenih rjeenja proizalih iz Fourijer-ove diferencijalne jednadbe voenja topline. Za dvodimenzijski model voenja topline vrijedi sljedea formula:

dok za trodimenzijsko voenje topline formula:

Iz navedenih formula moe se sagledati proporcionalna veza irine zavara (zone taljenja) i uneene energije.Kvalitativna ocjena povezanosti:

Vea uneene energija iri zavar, vea povrina zone taljenja, manja duljina izvlaenja.

ili

Manja uneene energija ui zavar, manja povrina zone taljenja, vea duljina izvlaenja.irina zone utjecaja topline za 2D model:

irina zone utjecaja topline za 3D model:

Kontrola kvalitete nakon zavarivanja moe se podjeliti na kontrolu metodama bez razaranja (KBR) i kontrolu metodama sa razaranjem (KSR). Metode kontrole bez razaranja su:

- vizualna kontrola (VK),

- dimenzionalna kontrola (DK),

- penetrantska kontrola (PK),

- magnetska kontrola (MK),

- ultrazvuna kontrola (UK),

- radiografska kontrola (RK) i

- akustika emisija (AE),

- ostale metode.

- kontrola nepropusnosti

Prije bilo koje druge metode kontrole zavara (KBR ili KSR), primjenjuje se vizualna kontrola. Ta metoda kontrole relativno je jeftina, ne oduzima puno vremena, a moe dati vrlo korisne informacije kako o kvaliteti zavarenih spojeva, tako i o potrebi kontrole nekom drugom metodom. Za pomo kod vizualne kontrole u skuenim i nepristupanim dijelovima konstrukcije koriste se razliita poveala - lupe uz osvjetljenje. Sljedea po redu je dimenzionalna kontrola, kod koje se koriste razliiti ureaji - naprave za mjerenje debljine zavara i slino.

Kontrola penetrantima esto se koristi kod kontrole zavarenih spojeva na konstrukcijama. Na slici prikazan je shematski princip kontrole penetrantima.

Shematski prikaz procedure provoenja kontrole tekuim penetrantimaNa prethodno oienu i odmaenu povrinu (slika 9a) naosi se penetrant (obino crvene boje). Nakon penetriranja u eventualnu pukotinu (vrijeme penetriranja, tj. prodiranja u pukotine ovisi o vrsti penetranta i o dimenzijama pukotine, ali se priblino uzima 10 do 15 minuta), odstranjuje se penetrant na odgovarajui nain (vodom, suhom krpom). Kod penetranata koji se odstranjuju vodom treba biti paljiv i mlaz vode usmjeriti paralelno sa povrinom lima, kako mlaz vode ne bi istisnuo penetrant iz pukotine. Nakon suenja povrine lima (suha krpa) nanosi se razvija (obino je bijele boje), koji izvlai penetrant iz pukotine, pa je na bijeloj povrini lima lako uoljiva crvena linija od penetranta iz pukotine (slika 9d). Kod tanjih limova na jednu se stranu nanosi penetrant, a na drugu razvija. Ukoliko postoji pukotina kroz cijelu debljinu lima, tada e razvija izvui penetrant na svoju stranu, to e se detektirati kao lako uoljiva crvena linija od penetranta iz pukotine na bijeloj (od razvijaa) povrini lima.

Ovom je metodom mogua detekcija pukotine, ali ne i dimenzije i ostale karakteristike pukotine. Kontrola tekuim penetrantima ne primjenjuje se kod zavarenih spojeva zavarenih proizvoda za prehrambenu industriju, kao ni kod zavarenih spojeva gdje postoji sklonost prema koroziji (posebno koroziji uz naprezanje). Na sljedeoj je slici prikazano nekoliko indikacija karakteristinih za kontrolu penetrantima.

a) Koncentracija crvenih toaka - poroznost i piting

b) naglo crvenjenje, kontinuirano ravno - velike pukotine i otvaranja

c) slomljene linije od toaka koje se pojavljuju nakon nekoliko minuta - sitne pukotine

d) niz crvenih toaka formiran u nepravilnu liniju - pukotine od umaranja

Nekoliko shematskih primjera indikacija kod kontrole penetrantima

Magnetska metoda kontrole kvalitete koristi se za otkrivanje povrinskih i podpovrinskih greaka (priblino do dubine 6 mm) kod feromagnetinih materijala. Zasniva se na principu magnetske indukcije. Oko vodia kroz koji prolazi elektrina struja (magnetski jaram, magnetske elektrode) formira se magnetsko polje (istosmjerne ili izmjenine struje), ije silnice, po pravilu desne ruke, prolaze izmeu ostaloga i kroz feromagnetini materijal koji se ispituje, odnosno koji je u kontaktu sa magnetskim jarmom ili magnetskim elektrodama. Da bi se otkrila pukotina potrebno je da smjer silnica magnetskog polja bude to vie okomito na pukotinu. Pospu li se magnetske estice (suhe sitne estice ili estice pomjeane sa vodom) po povrini ispitivanog materijala, ako postoji pukotina okomito na smjer prolaska silnica magnetskog polja, sitne estice e se okupiti oko pukotine. Ova je metoda kontrole kvalitete jeftina i brza, ali ima ogranienje s obzirom na ne feromagnetine materijale, greke duboko ispod povrine, te nemogunost odreivanja dubine pukotine koja je otkrivena kod feromagnetinih materijala. Na sljedeoj se slici prikazuje shematski princip magnetske metode i indikacija povrinske pukotine.

Shematski prikaz kontrole magnetskim esticama i indikacija povrinske pukotine.

U praksi se pored magnetskih jarmova esto koriste i odvojene elektrode (slika 12).

Magnetske elektrode

Ultrazvuna metoda kontrole kvalitete zasniva se na svojstvu ultrazvika da se iri kroz homogene materijale i da se odbija na granici materijala razliitih akustikih osobina (otpornosti), odnosno od nehomogenosti (greaka) u materijalu. Od izvora ultrazvuka ire se ultrazvuni valovi kroz materijal koji se kontrolira. Ako u materijalu postoji greka, iza nje e, ovisno o vrsti greke, ultrazvuni valovi oslabiti ili se nee pojaviti (odbiju se od greke).

Ultrazvuk je vrsta mehanikih valova frekvencije 20 KHz do 10 GHz, a kod ispitivanja materijala najee se koriste frekvencije od 0,5 MHz do 10 MHz. Iako postoje razliite tehnike ultrazvunog ispitivanja, obino se u praksi koristi metoda impuls - odjek i metoda prozvuavanja, pri emu se koriste ravne i/ili kutne ultrazvune glave. Na slici 13 prikazan je shematski princip ultrazvunog ispitivanja.

Shematski prikaz ultrazvune metode kontrole kvalitete

Iako je ultrazvuna metoda posebno prikladna za otkrivanje greaka tipa pukotina (ravninske ili planarne greke), ovom je metodom mogue detektirati i druge greke (ukljuke troske, plinske mjehurie, mjehurie u nizu).

Pri kontroli kvalitete metodama prozraavanja u praksi se koriste X - zrake (Rendgenske) i - zrake. Rendgenske ili X - zrake nastaju pri naglom koenju ubrzanog snopa elektrona na metalnoj ploi (antikatodi u rendgenskoj cijevi), dok (gama) - zrake nastaju prilikom spontanog raspada nestabilnih atomskih jezgri (prirodnih radioaktivnih materijala i radioaktivnih izotopa). Oba su zraenja u biti elektromagnetska zraenja.

Atomi nekog elementa koji se razlikuju po broju neutrona u jezgri nazivaju se izotopi, razlikuju se po atomskoj teini ali su im kemijska svojstva jednaka. Danas se stvaraju na umjetni nain "bombardiranjem" neutronima, protonima, X-zrakama ili nekim drugim subatomskim esticama. Neke jezgre od tako dobivenih izotopa nisu stabilne ve se raspadaju, pri emu takav izotop koji se jo naziva i radioizitop zrai energiju (radioaktivan je). Jedan dio osloboene energije zrai se u obliku gama zraka koje se koriste u defektoskopiji. Najei radioizotopi su Co-60 (vrijeme poluraspada 5,3 godine), Ir-192 (vrijeme poluraspada 74,4 dana) i Cs-137 (vrijeme poluraspada 30 3 godine).

Intenzitet zraenja opada po dubini prozraavanog materijala po sljedeoj formuli:

, gdje je:

Io ...ulazni intenzitet zraenjaI ... intenzitet zraenja na izlazu iz materijala

d ... debljina prozraavanog materijala

... linearni koeficijent apsorbcije zraenja (slabljenja zraenja)

Ovisno o nainu registracije promjene intenziteta zraenja govori se o jonizacijskoj (informacije o greci u obliku elektronikih signala), radioskopskoj (informacije o prisutnosti greke na monitorima zatvorenih televizijskih sistema) i o radiografskoj kontroli (informacije o kontroli biljee se na redggenskom filmu).

Shematski prikaz kontrole radiografske metode kontrole prikazan je na sljedeoj slici.

Shematski prikaz radiografske kontrole kvalitete

Interpretacija rezultata kontrole prozraavanjem u prvom redu ovisi o kvaliteti snimke. Kod radiografske kontrole za ocjenu kvalitete radiograma koriste se razliiti oblici indikatora kvalitete snimka (penetrametri). Postavljaju se ispod prozraavanog predmeta, sa gornje strane radiografskog filma. Najee su to iice standardiziranih razliitih promjera ili provrti standardiziranih razliitih dimenzija, ovisno o propisima koji se primjenjuju kod kontrole.na primjer, penetrametar prema DIN 54109 napravljen je tako da se izmeu folija od plastine mase nalaze pravilno rasporedenih sedam kalibriranih ica razliitih dimenzija (ovi se indikatori izrauju sa tri podruja debljina) od materijala koji priblino odgovara materijalu koji se prozrauje. Iznad i ispod ica nalaze se informacije o materijalu (Fe, Al, Cu) i o podruju debljina. Kvaliteta snimke iskazuje se preko promjera ice kojase vidi na radiogramu. Kvaliteta razaznavanja radiograma Z moe se iskazati formulom:

, gdje je:

dmin ... debljina najtanje ice ili detalja penetrametra

d ... debljina prozraavanog predmeta

to je veliina Z manja, to je razaznavanje radiograma bolje.

Shematski prikaz radiografske kontrole zavarenih spojeva na cilindrinim elementima

1. izvor zraenja, 2. zavareni element, 3. radiogram

Kontrola nepropusnosti uglavnom se provodi kod posuda pod tlakom, a ovisno o zahtijevanoj kvaliteti i primjenjenim propisima provodi se tlaenjem zraka ili vode na odreenu vrijednost tlaka, ili pomou vakuumske komore.

Na sljedeoj slici shematski je prikazana kontrolakvalitete tlaenjem fluida.

Shematski prikaz kontrole nepropusnosti tlaenjem fluida u zavarenoj posudi

Shematski prikaz kontrole nepropusnosti vakuumskom komorom prikazan je na sljedeoj slici.

Kontrola nepropusnosti vakuumskom komorom

U donjoj tablici navedene su orjentacijske vrijednosti minimalnih dimenzija greke koju je mogue detektirati pojedinim metodama KBR.

Orjentacijska osjetljivost otkrivanja pukotina kod pojedinih metoda KBR.

Metoda KBRirina pukotine, mmDuina pukotine, mmDubina pukotine, mmPrimjedba

Penetranti0,12-Ovisno o stanju povrine i optikim pomagalima

Magnetske estice0,0110,2Ovisno o stanju povrine

Ultrazvuk0,0110,2Samo za feromagnetske materijale

Radiografija0,350,3-

Akustika emisija0,0010,0010,001-

Metode kontrole sa razaranjem obino se provode na zavarima pri certifikaciji postupaka zavarivanja, ali se esto provode i nakon izvoenja zavara na proizvodima i konstrukcijama iz pogona (npr. "nastavne ploice" kod krunih zavara na platu vagonske cisterne, tlana proba sa razaranjem u proizvodnji propan/butan boca za domainstva i dr.). Metode kontrole sa razaranjem su: - vlano kidanje epruvete (najee se trae naprezanje teenja, vlana vrstoa, prekidna vrstoa, kontrakcija i izduenje, ali se mogu traiti i neka druga svojstva),

- mjerenja tvrdoe (najee jedna od sljedeih metoda: HV30, HV10, HV5, HV1, rjee HB ili neka druga metoda),

- ispitivanje udarne ilavosti (Charpy - V),

- ispitivanja iz podruja mehanike loma (COD, CTOD, JIC , KIC , ...),

- razliita korozijska ispitivanja (opa korozija, korozija uz naprezanje pri djelovanju razliitih agresivnih medija, piting, selektivna korozija, ...),

- razliita dinamika ispitivanja,

- tlane probe sa razaranjem,

- razliite radionike probe i probe zavarljivosti,

- ispitivanja sadraja kemijskih elemenata (kemijska metoda na temelju strugotine metala),

- tlana proba sa razaranjem

- ostale metode.

Shematski prikaz opreme za ee koritena ispitivanja zavarenih spojeva sa razaranjem

Reakcije plinova s rastaljenim metalima

Rastaljeni metal (kapi metala, kupka) otapa u sebi vee koliine O, H, N, pa dolazi do meusobnih reakcija plin - metal, koje bitno utjeu na svojstva i kvalitetu zavarenog spoja.

Metali ve pri sobnim temperaturama sadre male koliine plinova (residualni O,H,N). Dodatno, kao izvori plinova pri zavarivanju mogu se navesti neistoe osnovnog i dodatnog materijala kao to su: ugljikovodici, oksidi, hidroksidi i drugi organski i anorganski materijali, koji se pri visokim temperaturama raspadaju i oslobaaju plinove. Takoer, iz atmosfere, koja okruuje rastaljene kapi i kupku metala utjeu prisutni plinovi (O, H, N, CO2, H2O).

Kod napr. MAG prijelaza materijala u finim kapima u elektrinom luku, reakcije mogu biti vrlo intenzivne unato vrlo kratkog vremena prijelaza kapi. Sitne kapi metala u luku zagrijanog visoko iznad talita (1800-2400 oC) pruaju relativno veliku povrinu za reakciju.

Zbog disocijacije i ionizacije molekula plinova, atmosfera u elektrinom luku je vrlo aktivna. ak i duik, koji se smatra neutralnim, pri visokim temperaturama u elektrinom luku postaje vrlo aktivan.

U elektrinom luku temperatura plinova dosee lokalno 5000-15000 oC, pa se molekularni plinovi disociraju u atome, a djelimino i u ione. Takovo stanje plinova zovemo plazmom. To je etvrto agregatno stanje materije. U svemiru se veina materije nalazi u stanju plazme: Sunce, zvijezde, a samo neznatan dio materije "u tragovima" se nalazi u krutom i tekuem stanju (Zemlja, Mjesec i planete). Vodik se potpuno disocira na atome pri 5 000 oC, a duik pri 10 000 oC.

Neki procesi, kao TIG i MIG/MAG s kratkim lukom daju manju mogunost reakcije plin metal, jer metal prelazi u grubim kapima, koje imaju manju povrinu izloenu okolnoj atmosferi i kapi ne "lete" slobodno kroz plazmu luka, gdje bi se zagrijale na visoke temperature. Temperatura ovih relativno velikih kapi je samo oko 100 oC iznad talita.

Kod zavarivanja pod zatitnim prakom dolazi do stvaranja zatitnog sloja troske izmeu rastaljenog metala i atmosfere, pa su mogue reakcije s plinovima minimalne.

Najee koriteni naini zavarivanja REL i MAG zahtjevaju posebno dobro poznavanje reakcija plin - metal.

U razvoju zavarivanja je uoeno da se bolja kvaliteta zavara postie dodavanjem u oblogu materijala za stvaranje zatitne atmosfere luka, kojom iskljuujemo utjecaj zraka: O2, N2, H2O, koji su jako aktivni u atmosferi - plazma luka, a time i tetni.

DezoksidacijaKisik je uvijek, u veoj ili manjoj koliini, prisutan u rastaljenom metalu. Mora se sprijeiti njegova reakcija sa ugljikom iz Fe3C, jer moe uzrokovati poroznost i razugljienje: C + O CO (plinski mjehuri}i, poroznost). Dodajui u oblogu elektrode ili u icu za zavarivanje elemente, koji imaju veliki afinitet prema kisiku: Al, Si, Mn, Ti i Zr dolazi do reakcija:

Si + 20 SiO2

2Al + 30 AL2O3

Mn + O Mn O

Produkti dezoksidacije su troska ili nemetalni mikroukljuci u strukturi ZT.

Ti, Al i Zr su jaki dezoksidanti, oko 5 puta jai od Mn ili Si.

Ako ovi produkti ostanu u metalu, a ne isplivaju u obliku troske, tada se oni u strukturi skrutnutog metala nalaze u obliku fino rasprenih nemetalnih mikro ukljuaka, koji bitno ne utjeu na svojstvo zavara, pa su daleko manje tetni od poroznosti.

Treba napomenuti da previsok sadraj dezoksidanata Al i Si u eliku smanjuje njegovu ilavost i istezljivost, posebno pri niskim temperaturama. Dezoksidanata treba dodati obzirom na prisutan kisik tek neto malo vie, nego je teorijski potrebno. Smatra se da Si treba biti vie od 0.35 % da se ne pojavi porozonst u eliku zbog mjehuria plina pri skruavanju napr. ingota.

Vei sadraj dezoksidanata u dodatnom materijalu bit e potreban, ako:

osnovni materijal sadri vie kisika, napr. neumiren elik ima vie kisika od umirenog,

ako je jakost struje zavarivanja i/ili toplinski input vei,

ako je veliina zone taljenja vea,

ako je koliina cundera i re vea npr. kod toplo valjanih limova ili toplo oblikovanih dijelova (napr. danca),

ako je zatitni plin jae oksidirajui; 100% CO2 plin je jae oksidirajui od Ar + 2% O2 ili isti Ar.

Izvori kisika su: atmosfera u luku (O2, CO2, H2O), okujina (FeO,Fe2O3,Fe3O4) na metalu, ra (OH skupina) i residualni kisik iz OM i DM.

PoroznostKao to je ve objanjeno u prethodnom tekstu o dezoksidaciji poroznost nastaje zbog reakcija plin - metal i zbog otapanja velike koliine raznih plinova u talini, koji pri skruivanju moraju napustiti talinu zbog velikog pada rastvorljivosti - topivosti plinova u talini. Plinovi se izdvajaju iz taline u obliku mjehuria, koji mogu ostati zarobljeni u metalu inei poroznost - plinske ukljuke, ako je dolo do brzog skruivanja, pa mjehuri nije imao vremena isplivati na povrinu.Uoiti treba da je rastvorljivost vodika veoma razliita pri raznim temperaturama:

10-3 cm3 H2/100 g Fekod 20 oC

6 cm3 - " -kod 1536o C u krutom stanju

27,5 cm3 - " -kod 1536 oC u rastaljenom stanju

33.0 cm3 - " -1800 oC (temperatura kupke)

42.5 cm3 - " -2500 oC

Velike koliine vodika, se mogu apsorbirati u talini, a kasnije izlaze u obliku mjehuria ili ostaju u krutnini kao difuzijski vodik i u reeci tvori visoki tlak, koji uzrokuje hladne pukotine.

Da bi bilo to manje prisutnog vodika u zavarenom spoju potrebno je elektrode suiti ili pei neposredno prije upotrebe. Tako odstranjujemo higroskopnu i vezanu vlagu. Temperatura peenja se preporuuje oko 400-450 oC za bazine elektrode u trajanju od 1h. Za ostale vrste elektroda se preporuuje temperatura peenja 250-350oC, a kasnije dranje na temperaturama 100-150oC u peima - skladitima.Kod zavarivanja u zatitnim plinovima (TIG, MIG/MAG) poroznost moe biti uzrokovana nedovoljnom zatitom inertnog plina zbog:

premale koliine,

propuha ili vjetra - predaleko se nalazi sapnica,

turbulencija,

injektorsko djelovanje struje zatitnog plina, koji uvlai druge plinove,

nedovoljna sekundarna zatita (korijena)

U zakljuku se mogu navesti najei uzroci pojave poroznosti u obliku tablice:

U rastaljenom metalu prisutniNajei plinski mjehurii U z r o k

H + HH2pad rastvornosti

N + NN2pad rastvornosti

C + OCOreakcija plin - metal

Utjecaj Mn i Si na oblikovanje zone taljenjaVei sadraj Mn i Si poveava fluidnost kupke zavara te se postie povoljniji oblik zavara za pozicionirano zavarivanje i manja osjetljivost ravih i oksidiranih povrina rubova, koje se zavaruje. Za zavarivanje u prisilnim poloajima povoljnije je koristiti manje fluidnu (tekuu) kupku odnosno vie viskoznu.

Sadraj dezoksidanata utjee na oblik i svojstva zavara

a) Manji sadraj Si i Mnb) Vei sadraj Si i Mn

Veliko nadvienje i konveksan oblik zavara Malo nadvienje zavara

Slabo vlaenje rubova Dobro vlaenje rubova i glatka povrina lica zavara

Otar prijelaz ZT - ZUT Blagi prijelaz ZT - ZUT

Vea koliina kapljica uz zavar zbog prskanja Malo prskanje kapljica u okolinu

Dijagram rastvorljivosti H i N u istom eljezu pri normalnom atmosferskom tlaku.

Zavarljivost materijala je sposobnost zavarivanja materijala. Zavarljivost je komparativno svojstvo (usporeuje se zavarljivost dva ili vie materijala uz primjenu iste ili razliitih tehnologija zavarivanja). Ocjena je najee kvalitativna (zadovoljavajua / ne zadovoljavajua), ali moe biti i kvantitativna (kada postoji dovoljan broj eksperimentalno dobivenih podataka o svojstvima zavarenih spojeva i svojstvima osnovnog materijala obzirom na dominantni otkaz/otkaze zavarenih spojeva). Dominantnim se otkazom smatra onaj otkaz kojemu pripada najvea vjerojatnost pojavljivanja u eksplaoataciji.Shematski prikaz utjecajnih imbenika na zavarljivost daje se na sljedeoj slici.

Istraivanja zavarljivosti obuhvaaju itav niz aktivnosti nunih za dobivanje kvalitetne tehnologije zavarivanja koja je osnova za dobivanje kvalitetnog zavarenog spoja u proizvodnju, koji e biti pouzdan u predvienim uvjetima i vijeku eksploataciji. Osnovne aktivnosti ispitivanja zavarljivosti odnose se na ispitivanja sklonosti razliitim vrstama pukotina (hladne, tople, lamelarno odvajanje/cijepanje, pukotine uslijed naknadnog/ponovnog zagrijavanja), transformacijskom otvrdnjavanju, smanjenju ilavosti (snienje prijelazne temperature iz ilavog u krhko stanje) i dr.. Posebna ispitivanja zavarljivosti se provode s obzirom na mogunosti oteenja i/ili otkaza zavarenog spoja u eksplaoatciji. Ispitivanja se provode se s obzirom na dominantni otkaz zavarenog spoja, odnosno otkaz kojemu pripada najvea vjerojatnost pojavljivanja (napr. interkristalna korozija, korozija uz naprezanje, ).

Verifikacija postupka zavarivanja (atest postupka zavarivanja) je potvrda valjanosti odreene tehnologije zavarivanja. Vrijedi uz odreene uvijete i parametre zavarivanja (osnovni i dodatni materijal, debljina materijala, postupak zavarivanja, poloaj zavarivanja, glavni parametri zavarivanja, ). Nakon zavarivanja probne ploe, koju u prisutnosti inspektora za zavarene konstrukcije izvodi verificirani (atestirani) zavariva uz koritenje verificirane (atestirane) ureaja i opreme za zavarivanje, probna ploa se oznaava igom inspektora. Iz nje se na odgovarajui nain izrauju epruvete za razliita ispitivanja koja se provode u jednom od ovlatenih (akreditiranih) laboratorija. Rezultati tih ispitivanja potvruju ili ne potvruju odreenu tehnologiju zavarivanja. U sluaju pozitivnih nalaza ispitivanja, ta verifikacija postupka vrijedi sve dok su uvjeti i parametri kod probnog zavarivanja nepromjenjeni. Bilo kakva odstupanja zahtjevaju novu verifikaciju postupka zavarivanja.

Verifikacija zavarivaa (atest zavarivaa) predstavlja potvrdu praktine i teorijske izobrazbe zavarivaa za odreene poslove iz domene zavarivanja (odreeni materijal, postupak zavarivanja, poloaj zavarivanja, debljina materijala, ). Verifikacija zavarivaa se moe produiti odreeno vrijeme (na osnovu praenja kvalitete rada zavarivaa od strane inenjera specijaliste zavarivanja i inspektora za zavarene konstrukcije). Nakon maksimalno 4 godine ponovo se provodi verifikacija zavarivaa (a po potrebi moe i ranije).

Tri su osnovana nivoa na kojima se razmatra zavarljivost. Tako postoje:

1. Operativna zavarljivost,

2. Metalurka ili lokalna zavarljivost i

3. Konstrukcijska ili opa zavarljivost

Cilj operativnih istraivanja zavarljivosti je istraivanje ponaanja materijala pri taljenju, te mogunosti dobivanja kvalitetnog zavarenog spoaja sa ili bez primjene operativnih vjetina (predgrijavanje, oblaganje ivica lijeba za zavarivanje, dogrijavanje, ).

Cilj istraivanja metalurke ili lokalne zavarljivosti je istraivanje transformacija osnovnog materijala i materijala zavarenog spoja, koje su posljedica toplinskog ciklusa zavarivanja.

Cilj istraivanja konstrukcijske ili ope zavarljivosti je istraivanje ponaanja zavarenog spoja na zavarenoj konstrukciji (lokacija zavarenog spoja i utjecaj zareznog djelovanja, konstrukcijsko oblikovanje, mogunost zavarivanja pristupanost, ).

Prvi je pristup kod istraivanja zavarljivosti nekog materijala pretraivanje dostupnih baza podataka (arhiva tehnologija zavarivanja tvornice, razliiti znanstveno-struni asopisi, zbornici znanstveno strunih savjetovanja, knjige, internet, ). Poeljno je koritenje razliitih eksperimentalno-iskustvenih formula (koje vrijede uz odreena ogranienja: odreeni materijali, odreene vrijednosti sadraja kemijskih elemenata, odreene debljine i mehanika svojstva, stanje isporuke, Na ovaj se nain moe priblino procjeniti koje se potekoe mogu oekivati pri zavarivanju, imajui u vidu i poznate uvjete eksploatacije zavarenih spojeva, te zahtjeve za kvalitetu.

Drugi je korak provoenje razliitih pogonskih ispitivanja koja prethode verifikaciji postupka zavarivanja. Budui da se zavarivanjem spajaja veliki broj istorodnih, ali i raznorodnih materijala, pristupi ispitivanju zavarljivosti imaju odreenih sistematskih slinosti, ali i praktinih razliiti. Tako se zavarljivost materijala (istorodnih i raznorodnih) detaljnije obrazlae posebno za svaku grupu materijala.

Utjecaj pojedinih elemenata na zavarljivost elika. Ekvivalent ugljikaelik je legura eljeza (Fe) , ugljika (C do 2% masenog udjela) i ostalih legirajuih elemenata.Uobiajene su kemijski elementi koji se dodaju eliku dezoksidanti (Mn, Si, Al) i elementi koje nije moge izdvojiti iz elika u masovnoj proizvodnji.

Legirajui elementi su elementi koji se namjerno dodaju u elik da bi se dobila odgovarajua struktura i svojstva elika. To su napr.: Cr, Ni, Mo, V, T, Nb, Cu i drugi.

Nepoeljni elementi koji se takoer nalaze u odreenom postotku u eliku O, H i N.Zavarljivost osnovnog materijala esto se procjenjuje na osnovu ekvivalenta ugljika.To je osobito vano kod elika poviene vrstoe, ali i kod ostalih elika koji pokazuju sklonost prema zakaljivanju i hladnim pukotinama. Mikrostruktura zavarenog spoja dobije se djelovanjem ugljika i drugih kemijskih elemenata koji ine sastav elika, uz odreeni toplinski input, brzinu hlaenja i druge imbenike. Ugljik ima znaajan utjecaj na strukturu i mehanika svojstva elika. Budui da u velikoj mjeri poveava tvrdou i vrstou elika, ugljik ima odluujui utjecaj na njegovu zavarljivost. Sa stajalita zavarivanja poeljno je imati to nii sadraj ugljika u eliku. U ovisnosti o sadraju ugljika u eliku, koristi se odgovarajua eksperimentalno dobivena formula navedena u sljedeoj tablici. Formule za izraunavanje ekvivalenta ugljika za ocjenu sklonosti elika prema hladnim pukotinama i korelacija pojedine metode s pojavljivanjem pukotina.

MetodaEksperimentalna formulaKorelacija sa pojavom pukotina

72,2 %

CE(IIW)78,1 %

Graville82,6 %

Tanaka82,8 %

Dren84,0 %

Ito-Bessyo84,9 %

Stout86,6 %

CEN

91,1 %

Razvojem novih elika drugaijeg kemijskog sastava od elika za koje vrijede postojee formule, potrebno je modificirati i postojee formule za izraunavanje ekvivalenta ugljika.

Prema Suzukiju, postoje ogranienja za koritenje pojedinih formula: Formula za ekvivalent ugljika po metodi Ceq (WES) i CE(IIW) vrijedi za elike sa sadrajem ugljika C0,18% ili C0,20% i vlanom vrstoom od 400 do 700 MPa.

Formula za ekvivalent ugljika po metodi Ito-Bessyo predlae se za elike sa sadrajem ugljika C0,17 i vlanom vrstoom od 400 do 900 MPa

Napomena: Kombinacijom formula po metodi Ito-Bessyo i metodi CE(IIW) proizala je nova formula po metodi CEN.

U nastavku se daje prikaz utjecaja znaajnijih kemijakih elemenata na svojstva elika.

ElementUtjecaj

Ugljik (C)Sa poveavanjem sadraja C poveava se vlana vrstoa i granica razvlaenja, smanjuje se udarna ilavost i sposobnost deformiranja. Preko 0,25% C pogorava se zavarljivost.

Mangan (Mn)Poveavanjem sadraja Mn poveava se vlana vrstoa i tvrdoa, a u manjoj mjeri i granica razvlaenja. Takoer se smanjuje udarna ilavost. Pri sadraju Mn iznad 1% poveava se sklonost elika prema zakaljivanju i zavarivanje je oteano. Smanjenjem sadraja Mn ispod 0,5% vlana se vrstoa znatno smanjuje, ali se udarna ilavost poveava.

Silicij (Si)Sa poveavanjem sadraja Si poveava se granica razvlaenja i vlana vrstoa. Preko 2% Si smanjuje se izduenje. Preko 1,2% Si pogorava se zavarljivost.

Krom (Cr)Do sadraja od 5% poveava granicu razvlaenja i vlanu vrstou, a iznad 5% se smanjuju. Uz sadraj Cr od 4 do 6 % poveava se izduenje, daljnjim poveavanjem do 12% Cr, izduenje se smanjuje. Daljnje poveanje Cr nema znaajniji utjecaj na izduenje. Sadraj Cr iznad 1% smanjuje udarnu ilavost. U granicama od 3 do 12% Cr poveava se otpornost prema oksidaciji na povienim temperaturama. Preko 12% Cr poveava se otpornost prema koroziji u agresivnim medijima. Poveava sklonost prema zakaljivanju i pogorava zavarljivost.

Nikl (Ni)Do 10% Ni poveava se granica razvlaenja i vlana vrstoa, a neznatno se smanjuje istezljivost. Preko 1,59 Ni smanjuje se krhkost pri niskim temperaturama. Udarna ilavost na niskim temperaturama naroito se poboljava ako je sadraj O, N, S, P, Mn i Si nizak.

Molidben (Mo)Poveavanjem sadraja Mo iznad 0,2% poveava se granica razvlaenja, vlana vrstoa i izduenje. Do sadraja 2,25% Mo poveava udarnu ilavost, a iznad 2,25% je smanjuje. Poboljava mehanika svojstva na povienim temperaturama. Spreava krhkost i poboljava korozijsku otpornost.

Aluminij (Al)Male koliine Al u eliku (ak i 0,06%) poveavaju vlanu vrstou, ali smanjuju plastinost i udarnu ilavost. Poveava sklonost prema pukotinama. Zajedno sa Cr i Si poveava otpornost prema oksidaciji na povienim temperaturama.

Vanadij (V)Poveavanjem sadraja V poveava se: vlana vrstoa. Udarna ilavost sa sadrajem V iznad 0,5% opada. Poveavanjem sadraja iznad 0,05% poveava se otpornost prema starenju. Poveava otpornost prema oksidaciji na povienim temperaturama.

elici legirani vanadijem su pri zavarivanju osjetljiviji na pukotine i zahtjevaju posebnu tehnologiju zavarivanja.

Volfram (W)Poveava vlanu vrstou, granicu razvlaenja i tvrdou na sobnoj i povienoj temperaturi. Iznad sadraja 0,2% W smanjuje se udarna ilavost.

Bakar (Cu)Poveavanjem sadraja Cu iznad 0,5% poveava se vlana vrstoa i granica razvlaenja. Poveavanje sadraja Cu iznad 3,9% neznatno poveava izduenje i ubrzano smanjuje udarnu ilavost. Sa sadrajem Cu iznad 0,2% poveava se otpornost prema atmosferskoj koroziji i koroziji u morskoj vodi.

Titan (Ti)Sadraj Ti do 0,63 efikasno djeluje na poveanje vlane vrstoe, ali i smanjenje udarne ilavosti. Poboljava mehanika svojstva na povienim temperaturama, ali pogorava zavarljivost. Zbog afiniteta prema C, koristi se kao stabilizirajui element kod elika kod kojih se zahtjeva otpornost prema interkristalnoj koroziji.

Niobij (Nb)Poveava zateznu vrstou do sadraja 1,2%, ali utjee na smanjenje udarne ilavosti. Kao i Ti vee uz sebe C i ne doputa stvaranje CrC, te time poboljava otpornost zavarenih spojeva prema koroziji u agresivnim medijima (interkristalnoj koroziji).

Fosfor (P)Poveavanjem sadraja P smanjuje se udarna ilavost i izduenje, a poveava se krhkost. Ima sklonost prema segregacijama koje se nalaze u eliku i pri zavarivanju mogu prei u ZT.

Sumpor (S)Sadraj S iznad 0,04% smanjuje granicu razvlaenja, vlanu vrstou i ilavost. Pogorava zavarljivost jer ima sklonost segregacijama koje poveavaju sklonost prema nastajanju toplih pukotina.

Kisik (O)Smanjuje vlanu vrstou, granicu razvlaenja i ilavost. Sadraj ispod 0,002% je potreban za dobru ilavost i nema utjecaj na vlanu vrstou.

Duik (N)N moe uzrokovati starenje elika, a sa time i smanjenje ilavosti, poveanje krhkosti i tvrdoe. Povean sadraj N poveava vlanu vrstou i granicu razvlaenja, ali smanjuje istezanje i udarnu ilavost. Uz prisustvo Al, Nb, V i nekih drugih elemenata pozitivno djeluje na usitnjenje zrna elika.

Vodik (H)Smanjuje plastinost i poveava sklonost prema krhkom lomu. U ZT moe izazvati poroznost i pukotine u ZUT-u i ZT.

Toplinske obrade zavarenih spojeva.Nakon zavarivanja najee se provode sljedee toplinske obrade:- smanjenje (poputanje) zaostalih napetosti (naprezanja),

- poputanje tvrdoe,

- normalizacija,

- rekristalizacijsko arenje,

- gaenje,

- poboljavanje (kaljenje + poputanje tvrdoe),

- dehidrogenizacija, smanjivanje sadraja difuzijskog vodika dogrijavanjem,

- difuzijsko arenje

- kombinirane toplinske obrade.

Glavni parametri toplinske obrade zavarenih spojeva su:

temperatura progrijavanja (Ts), ovisi o izabranoj toplinskoj obradi;

vrijeme progrijavanja (ts), preporuuje se na osnovu izabrane temperature (npr. za poputanje zaostalih napetorti 2,5 min/mm debljine pri 600 oC);

brzina zagrijavanja posebno je vana u niskotemperaturnom podruju radi moguih pukotina zbog prevelikog temperaturnog gradijenta (vh = 5000 / min. debljina u mm, ali mora zadovoljiti uvjet 50 < vh < 250 oC/h);

brzina hlaenja je bitna kako od temperature toplinske obrade (znaajna za toplinsku obradu), tako i u niskotemperaturnom podruju zbog prevelikog gradijenta temperature jer moe doi do pojave pukotina (u niskotemperaturnom podruju vc = 6500 / min. debljina u m, ali mora zadovoljen uvjet 50 < vh < 250 oC/h)

Glavni parametri toplinske obrade

Pri stavljanju zavarenog proizvoda u pe, temperatura pei ne bi smjela biti iznad 400 oC.

U nastavku se daju shematski prikazi pojedinih toplinskih obrada.

Toplinska obrada - poputanje zaostalih napetosti (naprezanja)

Poputanje tvrdoe

Normalizacija

Poboljavanje

Gaenje

Difuzijsko arenje

Kombinirana (viekratna) toplinska obrada

Predgrijavanje, temperatura izmeu prolaza, dogrijavanje. Svrha, potreba, izraunavanje ToPredgrijavanje podrazumijeva zagrijavanje podruja zavarivanja iznad temperature okoline, na propisanu temperaturu To, prije poetka zavarivanja, te odravanje te temperature za vrijeme zavarivanja. Predgrijavanje je primarno unoenje topline u zavar, a kasnije se izvorom energije zavarivanja (napr. el. lukom) sekundarno unosi toplina u zavar, pa su konani efekti rezultat primarnog i sekundarnog unoenja topline.Ciljevi predgrijavanjaNajee (za nelegirane, niskolegirane i visokovrste elike) se predgrijavanje vri u cilju izbjegavanja hladnih pukotina, jer se predgrijavanjem postiu efekti suprotni onima, koji uzrokuju hladne pukotine. Hladne pukotine uzrokuje krhka zakaljena struktura, difuzijski vodik i reakcijska zaostala naprezanja. Predgrijavanjem se postiu ovi efekti:a) Smanjenje brzine hlaenja ZUT i ZT u odnosu na vee brzine, ako se ne vri predgrijavanje. Princip je prikazan na sl. 7.27. Smanjenjem brzine hlaenja se smanjuje koliina tvrdih faza: (zakaljene martenzitne ili nekih manje tvrdih struktura).

b. Omoguavanje izlaska (efuzije) difuzijskog vodika. Atomarni difuzijski vodik lake difundira kroz metalnu kristalnu reetku pri viim temperaturama, jer je srednji razmak izmeu atoma metala vei.Manja su zaostala naprezanja. Budui da je podruje zavarivanja na vioj temperaturi, ono je produeno za l, pa e stezanje sredine zavara nakon hlaenja l biti manje, nego ako nije bilo predgrijavanja, pa e i rezultirajua zaostala naprezanja biti manja, sl. 7.28.

Ako se pretpostavi da se moe izdvojiti zavar od okolnih limova, tada bi on nakon hlaenja bio krai od okoline (HLADNO). Budui da je vezan za okolinu, rezultat su zaostala naprezanja na vlak u sredini zavarenog spoja i naprezanja na tlak u susjednim zonama. Predgrijavanjem se hladna okolina takoer istegne, pa e se pri hlaenju skraivati zajedno sa sredinom zavara, ali za manju veliinu, to ima za posljedicu manje zaostale napetosti uz predgrijavanje.

Tipini sluajevi predgrijavanja:

Pri zavarivanju martenzitnih elika (npr. 12 % Cr) predgrijava se podruje zavarivanja na temperaturu iznad Ms, da bi ZT i ZUT bili tijekom zavarivanja u podruju strukture austenita. Nakon zavarivanja se namjerno vri hlaenje ispod Mf, da bi se struktura pretvorila u igliasti krhki martenzit (600 HV), koji se kasnije poputanjem raspada, pa se postie ilava struktura raspadnutog martenzita. Detaljnije vidjeti u poglavlju 12.0 - Zavarivanje martenzitnih elika. U ovom sluaju nije cilj predgrijavanja izbjegavanje krhke martenzitne strukture nakon zavarivanja, nego tijekom zavarivanja. I kod ovih elika predgrijavanje ima za cilj olakanje izlaska difuzijskog vodika i smanjenje zaostalih naprezanja.Pri zavarivanju niskolegiranih elika, napr. Cr-Mo (do 2.5 % Cr i do 1% Mo) preporua se da se predgrijavanje nakon zavarivanja ne prekida, nego se u nastavku temperatura podigne i vri se toplinska obrada poputanja tvrdoe. Na taj nain se:

olaka izlazak difuzijskog vodika,

manja su toplinska naprezanja zbog hlaenja i grijanja,

tedi se energija i vrijeme.

Pri zavarivanju visokovrstih mikrolegiranih i niskolegiranih elika (HSLA) temperatura predgrijavanja To ne smije biti niti suvie visoka, niti niska, nego se se mora drati u strogim granicama To min i To max (To max = Tm ... temperatura izmeu prolaza) napr. 150-220 oC. Preniska temperatura predgrijavanja moe dati pretvrdu i krhku strukturu, a previsoka grubozrnatu i krhku strukturu uz omekanje pojedinih zona.Pri zavarivanju austenitnih elika, napr. 18/8 tipa, zabranjuje se predgrijavanje, jer je tetno. Potrebno je to krae vrijeme hlaenja zavara kroz podruje 850-450 oC, u kojem se izluuju krhki Cr karbidi na granicama zrna, a koji su uzrok kasnije interkristalne korozije u prisustvu agresivnih medija u eksploataciji. ak se preporua dodatno hlaenje zavara vodom da bi hlaenje bilo bre. Temperatura pri zavarivanju svakog prolaza se takoer ograniava na napr. najvie 100 oC. Time se osigurava bre hlaenje zavara i izbjegavanje stvaranja Cr karbida.

Odreivanje temperature predgrijavanjaNa koju temperaturu je potrebno zonu zavarivanja predgrijati i da li je uope potrebno vriti predgrijavanje (ili dovoljna temperatura metala, koja je jednaka temperaturi okoline) odreuje se na temelju:

Preporuka iz literature i/ili iskustva.

Probama sklonosti hladnim pukotinama: implant, CTS, Tekken i druge... Na probama se mjeri veliina i broj pukotina, ako se pojave.

Kvalifikacijom (atestom) postupka. Zavaruju se probni uzorci uz preporuene uvjete: temperatura predgrijavanja, temperatura izmeu prolaza, toplinski input, koliina difuzijskog vodika, debljina materijala, geometrijski oblik predmeta (lim, cijev, upetost). Iz zavarenih uzorka se izrezuju palice za utvrivanje svojstava: Rm, Re, A5, Z, Kv, dinamika vrstoa, vstoa na puzanje, otpornost na razne vrste korozije, tvrdoa ... Koja svojstva e se mjeriti ovisi o otkazu, koji je mogu na proizvodu: krhki lom (Kv), ilavi lom (Rm), trajne deformacije (Re), lom zbog umora (dinamika vrstoa) i drugi. Ako na uzorcima dobijemo zadovoljavajue rezultate, tada se smatra da su uvjeti zavarivanja ukljuujui temperaturu predgrijavanja To i temperaturu izmeu prolaza Tm dobro izabrani.

Proraunima temperature predgrijavanja prema Ito i Bessyo, Seferianu, ili drugim autorima. Formule i nain odreivanja temperature predgrijavanja su dane u poglavljima za mikrolegirane, niskolegirane i martenzitne elike. Da li treba predgrijavati i na koju temperaturu ovisi o kemijskom sastavu materijala (OM i DM) koji se izraava ekvivalentom ugljika (Ce), debljini materijala, broju smjerova odvoenja topline, upetosti i sadraju difuzijskog vodika.

Preporuke za predgrijavanje za sluajeve kada proraun ili probe ne trai predgrijavanje.

Ako je temperatura okoline ispod + 5 oC, tada se preporua predgrijavanje na temperaturu 60-80 oC, da bi materijal bio ilaviji ime se smanjuje opasnost krhkog loma, inicijacije i propagacije pukotina zbog zaostalih naprezanja. Ako materijal ima dobru ilavost pri niskim temperaturama moe se odustati od ovog predgrijavanja. Prije poetka zavarivanja pri niskim temperaturama poeljno je predgrijavanje na 15-50 oC da bi se odstranila kondenzirana vlaga s povrine metala. Ovakvo predgrijavanje moe biti samo poetno, jer e se kasnije materijal dovoljno zagrijati zavarivanjem.

Pri zavarivanju pripoja (heftova) i kratkih zavara

Preporuke i formule za predgrijavanje vrijede za stacionarne uvjete zavarivanja koji se ostvaruju na dovoljno dugim zavarenim spojevima. Drugaiji, nepovoljniji se uvjeti javljaju na pripojima, poecima prolaza, nastavcima prolaza, kao i na zavrecima. Zato se napr. za pripoje, koji su uvijek kratki, preporua temperatura predgrijavanja 20-40 oC via od temperature predgrijavanja propisane za zavarivanje. Via temperatura predgrijavanja za pripoje i kratke zavare se moe saeto obrazloiti slijedeim injenicama:

a. Na kratkim zavarima se ne uspostavlja stacionarno (kvazistacionarno) temperaturno polje. Napr.brzine hlaenja su vee. Za REL zavarivanje se moe uzeti da se nakon oko 50 mm duine prolaza uspostavlja stacionost uvjeta dovoenja i odvoenja topline. Kod automatskog EP zavarivanja ta duina je vea, oko 200 mm.

b. Reakcijska zaostala naprezanja od stezanja su zbog malog nosivog presjeka pripoja velika, pa je vjerojatnost hladnih pukotina na pripojima i kratkim malim zavarima poveana.

c. Elektrode za REL zavarivanje su na poetku hladnije, s vie vlage, koja moe na poetku zavara uzrokovati pukotine i/ili poroznost.

Jedan praktian nain za izbjegavanje greaka odnosno loe kvalitete zavara na poecima i zavrecima zavara je postavljanje produnih ploa, koje se kasnije odrezuju i odstranjuju skupa s poetnim i zavrnim (kraterske pukotine) dijelovima zavara.irina zone predgrijavanja Potrebno je zagrijati ire podruje zavarivanja na temperaturu predgrijavanja, a ne samo rubove spoja. to je zona predgrijavanja ira, bit e temperaturni gradijent manji i manja e biti termika naprezanja pri predgrijavanju. Preporua se irina zone predgrijavanja 3-4 debljine lima sa svake strane spoja kako je prikazano na slici dolje

Mjerenje temperature predgrijavanja se vri u zoni irine 4s, a temperature izmeu prolaza na mjestu A. Temperatura izmeu prolaza Tm se kontrolira neposredno prije zavarivanja slijedeeg prolaza, sl. 7.29 u toki A. Tm je ustvari maksimalno doputena temperatura predgrijavanja To max. Tm i To su temperature metala i nije dobro ako se jae razlikuju. Tako se za visokovrste elike preporua Tm = To max = 220 oC. Za niskolegirane elike, koji su manje osjetljivi se preporua Tm = 400 - 500 oC.

Dogrijavanje se provodi nakon zavretka zavarivanja nastavljajui grijanje podruja zavarivanja na temperaturi 200-300 oC u trajanju oko 2 h. Cilj ove naknadne toplinske obrade je omoguavanje izlaska difuzijskog vodika iz ZUT i ZT da se smanji vjerojatnost pojave hladnih pukotina u inkubacijskom periodu. Vie temperature, do 500 oC i due vrijeme daju bolji efekt izlaska vodika.

Dogrijavanje se provodi kao nastavak predgrijavanja uz obino neto viu temperaturu. Dogrijavanje se esto primjenjuje pri zavarivanju visokovrstih elika.

Odreivanje temperature predgrijavanja. Ukoliko nema podataka iz proteklih procesa zavarivanja ili podataka iz literature, prvi je korak koritenje jedne od raunskih metoda za odreivanje minimalno potrebne temperature predgrijavanja. Tako je za elike poviene vrstoe pogodna metoda autorima Ito i Bessy-u. Po ovoj metodi potrebno je za proraun temperature predgrijavanja uzeti u obzir mikrostrukture, vodika i vlanih reakcijskih naprezanja da bi se sprijeila pojava hladnih pukotina.Parametar sklonosti pukotinama:

Pw = PCM + , %

ili Pw = PCM + , %

H ....sadraj difuzijskog vodika u zoni taljenja prema japanskoj glicerinskoj probi.

Konverzija IIW probe u glicerinsku probu vri se formulom:

Hjap= 0.64 HIIW - 0.39

d ......... debljina materijala, mm

K ......... reakcijska zaostala naprezanja ovisna o upetosti zavarenog spoja, N mm-2K = Ko . d , (10 N mm-1) d = debljina lima u mm (formula vrijedi za debljine do 150 mm).

Kasnije su istraivai Suzuki i Yurioka predloili toniji izraz za debljine do 38 mm:K = 1352 d - 14.75 d2 PCM...... ekvivalent ugljika prema Ito i Bessyo

PCM = C + Temperatura predgrijavanja za ZUT, ako se uvrsti sastav OM ili za ZT, ako se uvrsti sastav ZT.

To = 1440 .Pw - 392, oC

Podruje vanosti izraza za To :

C = 0.07 - 0.22 %

Si = 0.60

Mn = 0.4 - 1.4

Cu < 0.5

Ni < 1.2

Cr < 1.2

Mo < 0,7

V < 0.15

B < 0.05

Sadraj difuzijskog vodika: 1-5 cm3/100 gr Fe , debljina materijala: d < 50 mm.

Izraunavanje temperature predgrijavanja prema Ito i Bessyo se preporua za visokovrste elike (HSLA)

Zaostala naprezanja i zaostale deformacije (ZN I ZD)Za vrijeme i nakon zavarivanja, termikog rezanja ili lijebljenja javljaju se zaostala naprezanja i deformacije. Zbog pojmovnog razlikovanja zaostala naprezanja od zavarivanja nazivaju se i zaostale napetosti. U daljnjem tekstu se razmatraju ZN i ZD nakon zavarivanja.

Zaostale napetosti kod zavarivanja su posljedica lokalnog zagrijavanja.

Uzrok i mehanizam nastajanja Zn i ZDLokalno unoenje topline je uzrok ZN i ZD. Kada se pri zagrijavanju ili hlaenju javljaju naprezanja u bilo kojoj zoni preko Re (granice razvlaenja) dolazi do trajnih deformacija, tada e se nakon potpunog hlaenja u tom dijelu javiti ZN. ZN se javljaju i u hladno deformiranim predmetima, pri toplinskim obradama u odljevcima i otkovcima, pri svakom lokalnom grijanju na temperature kada materijal prelazi u plastino stanje. I bruenje sa jakim lokalnim zagrijavanjem rezultirat e vlane ZN.

Zagrijavanje upetoe ipke u eljustima kripca. Nakon hlaenja upeta ipka ispada iz eljusti.Ako se zagrijava ipka umetnuta u eljust kripca trebalo bi doi do produenja ipke za l. Ako se sprijei istezanje ili stezanje l, javit e se naprezanja (pri emu moe doi do izvijanja iple ili poprimanja bavastog oblika) .

l1 = . l 0 . T ; = e ;

x = x . E

= . T . E

Vrste zaostalih naprezanjaPodjela, prema dimenzijama u kojima ih promatramo:

I. vrste - makro dimenzija, podruja preko 1 mm.

II. vrste - mikro dimenzija 1-0.01 mm. Napr. unutar kristalnih zrna, izmeu lamela Fe3C i lamela ferita u strukturi perlita. Ove dvije faze imaju razliit koeficijent linearnog toplinskog istezanja, pa e izmeu njih postojati naprezanja.

III. vrste - submikroskopskih dimenzija, 10-2 do 10-6 mm zbog nepravilnosti kristalne reetke.

Podjela prema smjeru:

x ..... u smjeru osi zavara

y ..... popreno na smjer zavara

z ..... okomito na debljinu zavara (u smjeru debljine lima)

Vrst