MIZ IIWIIISIIWIX-1963-2000NobutakaYuriokaNippon Steel
CorporationNAUKA I TEHNOLOGIJA ZAVARIVANJA I SPAJANJA U 20-0M VEKUI
PERSPEKTIVE ZA 21.VEKCELICIINJIHOVa ZAVARIVANJE 1. UVODNapocetku
novog milenijumajapansko drustvo zazavarivanje objavilo je
specijalno izdanje Nauka itehnologija zavarivanja i spajanja u
20-om veku. Ovoizdanje obuhvata obuku i obrazovanje u
zavarivanju,materijalezazavarivanje, postupkezavarivanjai
spajanjaikonstrukcijski integritet zavarenihkonstrukcija.
Meduovimtemama, za ovaj izvestaj izabran je razvoj celika
itehnologija zavarivanja ovih celikau Japanu.2.
RAZVOJKONSTRUKCIJSKIH CELIKA IMETALURGIJE ZAVARIVANJA U 20-0M
VEKUKrajem 1890. godine u Nemacko] je
razvijenoaluminotermijskozavarivanje.Ovajpostupak za
zavarivanjezeleznickih sina koristi egzotermnu reakciju
cistogaluminijuma i oksida zeleza, To je pocetak
zavarivanjacelicnihmaterijala, a ova tehnika za
zavarivanjezeleznickihsinasekoristi sirornsveta. U
Japanutonijebiostuca] svedo 1951. godine, kada je aluminotermijsko
zavarivanjeprimenjeno za rnontazno zavarivanje potpuno
zavarenogsistema slna linije brzog voza (Sinkansen).
Osimaluminotermijskogzavarivanja,za zavarivanjena Iicu mestaove
Iinije, korisceno je i rucnoelektrolucno zavarivanje.Uprvimgodinama
20-og veka prva visoka pee uJapanuproradilajeuvaljaonici Yawata,
acellcni limovi subili debljinedo10mm, a tusuproizvedenei
celicnesine.Tosubilegodineodmah izakinesko-japanskog ratai
trigodine pre rusko-japanskog rata. U cilju promenenacionalnog
bogatstva i vojne snage, uJapanu
setadapojavilapotrebazarnnostvornkonstrukcijskihcelika, Tadasu
secelicnl mostovi i brodovi proizvodili zakivanjem. UUjedinjenom
kraljevstvu (UK) potpuno zavareni brodproizvedenje 1921. godine.
Samogodinu danaposletoga,ubrodoqradilistu Nagasaki uJapanu,
zavrsenje SUWA-MARU, potpuno zavareni brodod421 tone.U tabeli 1
prikazanajeistorijarazvojakonstrukcijskihcelikai
tehnologijezavarivanjau20-omveku, zasvaki tipzavarene konstrukcije.
Iz tabele 1 je uocljivo da sagodinamarasterazvijanjei
koriscen]enovihcelika.
Razlogtomejesirenjezahtevakorisnikazapovecan]e
efikasnostiproizvodnje, da mnogo ugodnije zive i da
povecajukonstrukcijski integritet i
ispunezahteveocuvanjazivotnesredine.Utabeli 1 naznaceno je da je
razvoj novih celikanastao usled rnnostva faktora, koji ne
obuhvataju samozahteve ugodnijegzivota, bezbednosti i
ocuvanjazivotnesredine, veetakode i usled razvoja procesa
proizvodnjeIimova, kao i zbog incidenata lomova
zavarenihkonstrukcija, i kombinacijeovihfaktora. U tabeli 2dati
surazlozi i primeri razvijenih celika na osnovu ovih
faktora.Cudnojeda nema mnogotipovacelika koji su
razvijeniusledrazvoja postupaka zavarivanja.Napocetku1950.
godinejapanski brodograditelji suuveli primenu visoko produktivnog
postupka zavarivanjaelektronskim snopom(ES), ali je ona donekle
bilousporenazbog prslina usled sumporauzavarenomspoju.
Tadajeiznaden uzrok nastajanja ovih prslina, a to je sto
sukorisceni obicni neumireni celici, tako da je
upotrebapoluumirenih iii umirenih celika zabrodogradnju
postalopravilo. VCLCC - vrlo duqacki tankeri za prevoz
naftedozlveli susvoj bumukonstruisanjupredkraj sezdesetihgodina,
taka da je pocelo intenzivno koriscenje EPPzavarivanjasa
velikomkolicinorn unetetoplote. Tokom70-tih, proizvodaci celika
razvili
subrodogradevinskecelikecijajeZUTbiladovoljnofinaposlezavarivanjasavelikomkolicinorn
unete toplote. Pocetkorn 80-ih uspesno jeprimenjen terrnornehanicki
kontrolisani proces (TMCP),tako da su proizvedeni celicni limovi sa
daljimunapredenjem zavarljivosti. Ove tri inovacije
sumaterijalizovane zajednicklm istrazivanjern industrije inauke
zavarivanja brodogradevinskog i gradevinskoginztnjerinqa, aradi
resavan]aproblemakoji suvezani zaupotrebu novih celika. Takva
industrijsko-akademskasaradnjaupromovisanjukorlscen]a
novihcelikaznacajnajeza Japan. Zajednicka istrazivanja u ovoj
oblasti obavilaje, kao svetskilider, japanska industrija
celika.Razvoj potrosnih materijala za zavarivanje nijepomenut u
tabeli 1. Postojepostupci zavarivanja kao stosuzavarivanje
elektronskim snopom, laserom, trenjem iiielektricnimotporom, kod
kojih se generalno ne koristedodatni materijali. Medutim,
konstrukcijski konvencionalnicelici se najvise zavaruju uz pornoc
elektricnoq luka, uzkorlscenie dodatnih materijala. Kada god se
razvije novicelik, potrosni materijali za zavarivanje se moraju
takoproizvesti da budu pogodni za novorazvijeni celik, Naprimer
cellci otporni navatru - pozare zagradevinarstvo,nisuirnali
slruprimenusvedoknisukompletirani potrosnimaterijali za E, TIG,
MIG, EPP.TMCP jeinovirani procesproizvodnjecelicnihIimova.On
ornoqucava da odaberemonajboljukombinacijupravilatoplogvaljanjai
brzinahladenja, takodasemogu
postlcinajpogodnijemetalurskemikrostrukture celika, azavisnood
njegovenamene, kaostosubrodovi, zgrade, mostovi,skladisni
rezervoari iii posudepod pritlskorn. TMCPcelicisu termornehanicki
ojacani, tako da se mogu smanjitikolicine legirajuCihelemenata,
stodoprinosi unapredenjuzavarljivosti, jer se postize manje
otvrdnjavanje ZUT.Medutim, pri zavarivanju sa velikom kolicinorn
unetetoplote, ZUTima tendenciju orneksavan]a. Neki
potrosnimaterijali, za zavarivanjeTMCP ce!ikasa
velikomkouclnomtoplote, proizvodesesaqorajirn hemijskimsastavom,
t.j.ZAVARIVANJEI ZAVARENEKONSTRUKCIJE(3/2001), str,
123-128123IIWIIISMIZsadrza] legirajueih elemenata se povecava, tako
da sepreko efekta naprezanja plasticnorn deformacijomminimizira
orneksavanje spoja. Unapredenicelici otporni napuzanje, kao stosu
2.25 Cr - 1 Mo sa dodatkom V, i 9-13 Crsa dodatkomW, proizvode se
DO(direktnimkaljenjem),jednimtipomTMCP. Poboljsanje se odnosi i na
prslineusledpuzanja kojese javljajuu ZUT i metalusava spojeva,posle
dugogodisnjeeksploatacijeenergetskihpostrojenja.Ucilju sprecavanja
prslinausled puzanja u metalu sava(tzv. tipI i tipII prslina),
sastav savajetakavdanavisokimtemperaturama, doodqovarajuceqnivoa,
rnozedase obezbedi rnehanicko ojacavan]e (overmatching).
Kaoposledice ovoga, prslineusledpuzanja u ZUT, zvane
tipIV,zahtevaju odqovarajucu pazn]u. Mehanicko
ojacavan]e(overmaching)i gornjihemijski sastavmetalasava doveli
sudoproizvodnjeopremekojaradi na visirntemperaturamaipritiscima.Za
delove automobila izlozene koroziji koriste
secelicnetrakesagalvanskomprevlakom.
Odslojaprevlakegalvanskiprevucenoq cellkazahtevase ne samo
otpornostna koroziju, vee je pozelina zavarljivost
tackastimelektrootporskimpostupkomi pogodnost za
deformacijupritiskom. Neki proizvodacl,
uciljupoboljsanjazavarljivostitacke, zavrsnom oksidacijom
obezbeduju sloj Fe-O natrakama koje se zasticujusa Zn
prevlakom.Galvanski prevucene celicne trake se
ponekadzavarujuuzastiti gasa. U tomslucajuse, zbogisparavanjacinka,
u metalu sava stvaraju gasni rnehurici. Radiobezbedenjaotpornosti
nastvaranje gasnihmehura, nekiproizvodaci dodatnih materijala
menjaju hemijski sastavelektrodnezice [1]. Medutim, koriscen]e
unapredenezicenijedovoljno.
Zapotpunoizbegavanjenastankamehurovapotreban je sinergetski efekt
kontrolepulzirajucornstrujom.Ovoseodnosi samo nacelike
otpornenapozare, TMCPcelici i galvanizirani celici su primeri
zajednlckoq razvojacelika i potrosnih materijala. Odqovarajuci
potrosnimaterijali uvekmoraju dabudu pogodni zabilo koji
druginovorazvijeni celik.3. RAZVOJCELIKA I METALURGIJE
ZAVARIVANJATokom1936. godine,zbogprslina u zavarenomspojucelikaSt
52 visokecvrstoce, dogodio se incident lomaZOOmosta,
stojekasnijepracenosllcnlrnincidentimauEvropi.Otvrdnjavanje iii
plastlcnost ZUT dobija veliki znaca], Tokom1940. godine,
uciljuobezbedenjaplastlcnosti ZUTcelika,Dureni0 Nil (O'Neil) [2]
supredlozili koncept ekvivalentaugljenika. Ovaj ekvivalent
ugljenikaje modifikovan u MIZ(IIW) ekvivalent ugljenika, koji
sedanas siromsvetakoristikaoindeks zavarljivosti celika.TokomII
svetskogrataza vojnetenkovesukoriscenipancir Iimovi sa sadrzajern
ugljenika od 0.35 %.
SvakazemljajeimalaozbiljneproblemesaZUTusledzakasnelihprslinauovimlimovima.
Americkaarmija je pronasla daupotreba austenitnih dodatnih
materijala rnoze sprecitinastanak zakasnelih prslina. Tada je
potvrdeno dazakasneleprslinenastajuusledvodonika, a austenitni
celikrastvara mnogovisevodonika nego feritni. Ovo
otkicejeizazvalorazvojniskovodonicnih elektroda.Tokom1952.
godineamericki, UScelik, uspesnojeproizveo opremu za kaljenje i
otpustan]e (OT) za strokecelicneIimovebezlzrazenoqkrivljenja, i
proizveden je celikT-1 klase TS 780 MPa, sa hemijskimsastavom
slicnirnpancir plocarna, ali sasmanjenimsadrzajern
ugljenikana0.15%. Zaovaj celik sesmatralodajeveomazavarljiv izilav.
Medutim, vodonikomizazvaneprslinesuS8josuvekjavljale na rnnostvu
celicnih mostova izradenih od T-1celika, zbog ceqa je bilo potrebno
predgrevanje nadovoljno visokim temperaturama. Pred kraj 60-ih
godinapostupak valjanja i kaljenja zamenio je
postupakkonvencionalnogvaljanjaikaljenja, omoqucivsi
ojacavan]etezlh Iimovanegoranije. Tokom1990. godineprimenjenoje
direktno kaljenje (DO), kao jedan od tipova TMCP, iproizvedeni
surazliciti novi tipovi celika, kaostojecelikTS780 MPa sa
talozenjernbakra. Na slici 1 prikazanajeistorijapromena sadrza]a
ugljenika kod visokocvrstih celika, sarazvojempostupka proizvodnje
Iimova.0.41I Lim za okove0.30-/ QT- kaljen i otpustenMax dozvoljeni
C kodSM 490IJ2000 1990TMCP198QAPI X65'-----'---.---Celik bez
prslinaI1970/ CR - kontrolisano valjanre Kaljenje
konstrukcioni"navaljcima celik1960Celik za cevovodeC u metalu sava
- - 1950OL- L-__---.l ----L. ---L _19400.10 -
'e 0.20-J:;OJ:J'iii" ul'O(f)GodinaSlika 1, Promene sadrza]a
ugljenikau konstrukcijskim celicirna124ZAVARIVANJEI
ZAVARENEKONSTRUKCIJE (3/2001), str.
123-128N~>'"~.....mN~~mz:mjlll;oz:~'"Cjlll;nom-~......Noo....-..III....:"N"'lI....Nco-.~~Konstrukdja
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000Visokapee
Potpuno zavareni US Liberti brodovi EPP, prsline usledS Ultra dugi
tankeri za prevoznafte Visokocvrsti Incidenti VisokootporniBrodovi
Proizvodnja brodu Japanu krti 10m Limovi za veliki unos toplote
TMCPcelict izlivanjanafte celicijapanskih celika TS 580 ratni
bradMorskePoluzaronjena oprema Zahtevani CTOD Celici sa Ti 0 Gelici
otporniplatformeLokalna krtost ZUT na koroziju upriobalnoj
linijiPotpuno zavarene Toranj u Tokiju Visokegradevine Jako siroki
i debeli lukovi Gelici niskeReJako otporniGradevinar- gradevine u
Japanu HT celik otporne na Prslineu zavar.spoju SN celicistvo
zemljotrese (Amerika) Gelid za gradevinarstvouJapanu jakovisokih
performansiGelicni most St 52 T-1 celik CORTENcelik Minato most
celik Most u Tokiju Akasi mostMostovi 10mzavar.spoja Prslineu
zavar. otporan na HT80 celiksa dodatkom HT980 cefik(Nemacka) spoju
atmosferu Japan Ti (talozeni Cu)Potpuno zavarene
Oh-hirahidrocentrala SvajcarskaBrane brane celikHT 780
hidrocentrala(Japan) (Japan) celikHT980Kontrolisano valjani
Vodonikom induk.prsline API-X80 ZavarljiviCevovodi limovi (UK)
cevovod Aljaska PocetakTMCP 13 Cr ceviCR eel. masovna
upotrebaSkladisni9 % Ni kaljen Rezervoar za TNG(Katar) Rezervoar sa
9 % Ni cellkrezervoarii otpusten celik Curenje i pozar duplim zidom
sa debelimRezervoarza TNG(prslineuslednapona, Japan)
zidom(TMCP)Posude podT-1(TS 980)celik Rezervoar za propilen HT
780sferni rezervoar Posuda generatora pare ASTM 9 Cr
celikpritiskompreko US celika krti 10m(J) prslineu metalusava
zavarenelekton. snopomA387G91 saWModifikovani 9
CrAutomobilskaGeliksa niskim C Ultra niski C Visoko cvrsti celik
Zavarljivi galvaniz. limovi RezervoarIndustrijaza duboko izvlacen]e
za delove bezolovnbenzin Kanadska pravilaza antikoroz. zastitu
Zavarivanje i krojenje laseromNerdajuciNuklearne energane Potpuno
nerdajuCi celik Nerdajuci celikza konstrukcionuceliciu Japanu SUS
304 opremu.prevuceni celik Nerdajuci celikza peracemasineVisokapee
u Japanu Elektrootporsko suceono zavar. Sine sa otvrdnutom Prslineu
savu alumino- Term.obrada Metal sava sa Bejnitni celikZeleznica
zeleznicke sine Elektrolucno zavarivanje glavom termijski zavar.
otvrdnjavanje glave visokim C za sineTehnike elektroluc. zavar.
naIiniji-iI ~IIIC"(1)iii......:nOJN
