1.predavanje

POVIJEST ZAVARIVANJA

Veina 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 Hrvatskoj

U 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".

ZAVARIVANJE 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

2.predavanje

Zona utjecaja topline - ZUT

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 se meme 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 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 % C

elik 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 % C

Zone unutar ZUT zavarenog spoja nelegiranog niskougljinog feritno-perlitnog elika s 0.2 % C

Zona 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 reetku:

Kod 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.

SLIKA 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.

SLIKA C) prikazuje zavar istog eljeza koje je bilo hladno deformirano. Kako isto eljezo ima dvije stabilne faze u krutom stanju, y eljezo iznad 910 oC i y 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 y eljezo pri zagrijavanju, a pri hlaenju y eljezo se ponovo pretvara u a 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 y zrna, koja se transformiraju u relativno velika y zrna pri hlaenju. U ZT se stvaraju za skruivanja y stubasta zrna, a ova se dalje pretvaraju u y zrna pri hlaenju, to uzrokuje sitniju strukturu. Meutim, obino e a zrna imati relativno veliku dimenziju i neto izdueni oblik kao i originalna y 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.

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 zrna

Zbog 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 zrna

Osnovni 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 poputanja Ova 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.

Glavne karakteristike izvora energije: -snaga izvora

-koncentriranost toka energije

-brzina kretanja izvora

Ove karakteristike se definiraju ovisno o:-fizikalnim svojstvima materijala

-obliku I dimenzijama predmeta koji se zavaruju

-metalurkim uvjetima u pogledu eljenih svojstva zav. spojeva

Izvor mora:

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

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, mm2

RAZDIOBA TOKA ENERGIJE/ TOPLINE

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

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 prolazu

Na oblik i dimenzije poprenog prejesjeka rastaljene kupke odnosno gusjenice utjeu:

1. Toplinski input:

Eef = . ,

2. Koncentriranost izvora energije izraena koeficjentom "k" mm- i gustoa toka q2 max W/mm

, koje opisuje izraz normalne Gaussove razdiobe toka energije:

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

2

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) b

Iz 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 AZT

Iz 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 . Eef

Za 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 = luka

I = 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:

IZVORI STRUJE ZA ZAVARIVANJE

Izvori struje za zavarivanje su takovi elektrini ureaji koji daju na mjestu zavarivanja elektrinu struju sa karakteristikama pogodnim za zavarivanje.

Kada su prikljueni na elektrinu mreu (trofaznu ili monofaznu) kae se da su u praznom hodu (ureaj je pod naponom, spreman za rad, ali se jo nije uspostavio elektrini luk). Napon praznog hoda mora biti dovoljan da se uspostavi elektrini luk, ali ne smije biti previsok da bi ugrozio ovjekov ivot (u nekim nepovoljnim sluajevima). Obino je napon praznog hoda kod runih ureaja oko 40 do 60 volti, a kod automatskih ne iznad 100 V (110 V).

Ureaji za zavarivanje:

1. Transformatori 2. Ispravljai 3. Rotacijski pretvarai 4. Agregati 5. Inverteri

Shema sistema za zavarivanje

1. Transformatori

Transformatori za zavarivanje su najproireniji, najvie upotrebljavani izvori struje za zavarivanje koji izmjeninu elektrinu struju transformiraju u takoer izmjeninu struju sa karakteristikama pogodnim za zavarivanje.

Rad transformatora se zasniva na principu elektromagnetske indukcije. Kada kroz

primar transformatora prolazi elektrina struja, formira se magnetsko polje (smjer silnica magnetskog polja se odreuje po pravilu desne ruke). Kada se vodi (u ovom sluaju sekundar transformatora) nae u promjenljivom magnetskom polju, tada se na njegovima krajevima detektira razlika potencijala, tj. napon.

Ako se koriste kod REL zavarivanja, njihova je statika karakteristika strma. Koeficijent iskoritenja takvog transformatora je =0,95 0,99. Statika karakteristika transformatora se moe mijenjati u odreenom podruju.

Naini promjene statike karakteristike transformatora: - pomina ili zakretna kotva,

- transformator sa prigunicom

2. Ispravljai

Ispravljai su takovi izvori struje za zavarivanje koji daju istosmjernu struju za zavarivanje sa karakteristikama pogodnim za zavarivanje. Uobiajeno se napajaju trofaznom izmjeninom strujom. Nakon transformacije struje pomou transformatora za zavarivanje, slijedi ispravljanje struje (poluvodike diode, tiristori, tranzistori, )

Princip ispravljanja izmjenine struje u istosmjernu pomou poluvodike diode.

Poluvodii ( Silicij, Arsen, Selen, ... )

N - poluvodi

Z - zaporni spoj

P - poluvodi

Sve te diode idu iza transformatora koji je tipian transformatoru za zavarivanje, ali ne i jednak. Danas se za ispravljanje izmjenine u istosmjernu struju koristi moderna tiristorska i tranzistorska tehnika, dok se ispravljanje struje pomou poluvodikih dioda rjee susree na starijim izvorima struje u pogonima.

Ovisno o namjeni (koji postupak zavarivanja), statika karakteristika izvora struje moe biti strma ili poloena. Napr. Za poluautomatsko zavarivanje MAG poloena, za EP (do promjera ice za zavarivanje 3 mm) poloena, za EP (preko 3 mm promjer ice) strma,

Izvedba ispravljaa za zavarivanje: Transformator + ispravljaki dio

Prednost ispravljaa nad transformatorima:

- daju stabilniji elektrini luk (nema promjena kretanja elektrinog luka 50 puta u sekundi)

Nedostaci u odnosu na transformatore:

- skuplji su od obinog transformatora,

osjetljivi su na pad napona,

imaju manji stupanj iskoritenja,

Rotacijski pretvarai

Rotacioni pretvarai su takvi izvori struje za zavarivanje koji struju iz elektrine mree posredstvom elektromotora i generatora pretvaraju u struju vrlo dobrih karakteristika pogodnih za zavarivanje. Namjenjeni su za rad u terenskim uvjetima i na mjestima sa

nestabilnom elektrinom mreom (velike i este oscilacije napona). Iako je to vrlo rijetko u praksi, iza generatora moe slijediti ispravljaki dio, pa se na mjestu zavarivanja moe imati pored izmjenine i istosmjerna struja.

Prednost pretvaraa pred ispravljaima ja da lako transformiraju elektrinu struju napona 380 V na 50 V. Nedostatak je to su buni u radu i imaju nii stupanj korisnog djelovanja. Cijena im je via u odnosu na transformatore i ispravljae.

Agregati za zavarivanje

Agregati za zavarivanje neovisni su o elektrinoj mrei, tj. pogodni su za montau. Pogone se od strane disel ili benzinskog motora, a on pokree generatorkoji daje struju karakteristika pogodnih za zavarivanje. Cijena im je znaajno via u odnosu na transformatore i ispravljae.

Invertori za zavarivanje

Invertori daju istomjernu ili visokofrekventnu pulsirajuu struju. Pojavili su se na tritu u relativno novije vrijeme i sve se vie koriste u praksi zbog niza prednosti u odnosu na ostale izvore struje za zavarivanje. Pored toga to daju stabilnu karakteristiku elektrine struje za zavarivanje, prednosti im je izuzetno mala teina u odnosu na ostale izvore struje za zavarivanje. Ova uteda u teini postignuta je smanjenjem dimenzija transformatora, koji je za frekvenciju mree od 50 Hz masivan da se onemogui pretjerano zagrijavanje u radu. Inverter se sastoji od ispravljaa koji daje istosmjernu struju napona gradske mree, zatim tiristorskog dijela koji sjecka istosmjernu struju i daje impulse fekvencije ak do 50 kHz. Ovi visokofekventni impulsni napona gradske mree se zatim transformiraju na napon potreban u zavarivanju. Zbog visoke frekvencije ne dolazi do zagrijavanja transformatora (skin - efekt). U sljedeem je koraku mogue te impulse stopiti da daju istosmjernu struju.

Intermitencija stroja za zavarivanje:

Vrijeme ciklusa (tc) = vrijeme rada (tr) + vrijeme hlaenja (th) = 10 min

Napr. izvor struje ima intermitenciju = 30 % kod jakosti struje 200 A. To znai da je mogue normalno vrijeme rada kod te struje tr = 10 min. = 0,3 10 = 3 min., a potrebno vrijeme

hlaenja th = 10 3 = 7 min.

Isti taj izvor struje moe napr. imati intermitenciju = 100 % kod jakosti struje 120 A. To bi znailo da izvor struje moe raditi neprestano kod te vrijednosti jakosti struje, a da se nee pregrijati u radu (nee se ukljuiti sigurnosna sklopka).

Podaci vezani uz intermitenciju stroja nalaze se na svakom izvoru struje za zavarivanje.

Kod zavarivanja se koristi i termin intermitencija pogona za zavarivanje. Ona se odnosi na udio

stvarnog gorenja elektrinog luka tijekom radnog dana. Kod REL zavarivanja se smatra dobrom intermitencijom pogona vrijednost intermitencije od 30 %. Samo kod dobro organiziranih

pogona moe dostii vrijednost ak do 50 %. Jasno je da pri zavarivanju postoje razliita pripremno zavrna i pomona vremena (izmjena elektrode, ienje ljake, okretanje komada i dr.). Ova se vrijednost koristi za proraun trokova zavarivanja i norme zavarivakih radova.

4. predavanje

Elektrini luk pojave u elektrinom luku i primjena u zavarivanju

Elektrini luk je trajno i snano pranjenje u ionizirajuem plinu na prostoru izmeu vrha elektrode i radnog komada u strujnom krugu tijekom elektrolunog zavarivanja.

Magnetsko puhanje elektrinog luka izraeno je kod zavarivanja istosmjernom (DC) strujom, a uzrikuje skretanje elektrinog luka (moe biti tako jako da izazove gaenje elektrinog luka nakon nekoliko skretanja otklanjanja elektrinog luka). Ako i ne doe do gaenja elektrinog luka, magnetsko puhanje elektrinog luka svakako smeta pri zavarivanju. Elektrini luk je nemiran (nestabilan), as je dui as je krai, dovoljno ne tali osnovni materijal, uzrokuje nepravilna gibanja kapljice na vrhu elektrode, te neeljena rasprskavanja kapljice. Na sljedeim je slikama prikazano nekoliko karakteristinih sluajeva magnetskog puhanja elektrinog luka pri zavarivanju.

Vee puhanje luka na poetku i na kraju ploe, a normalan luk u sredini ploe

Skretanje luka pri zavarivanju. Nedovoljno protaljivanje i jedne stranice lijeba ili naljepljivanje.

Mjere za spreavanje magnetskog puhanja elektrinog luka:

1. Naginjanje elektrode u smjeru magnetskog puhanja elektrinog luka pri REL zavarivanju (izvodi zavariva). Na taj se nain elektrini luk moe dovesti u vertikalni poloaj. Ovo i nije ba pouzdana metoda. Ukoliko ne postoji mogunost koritenja izmjenine struje, a puhanje je znaajno, postoji mogunost prikljuivanja druge mase.

Otklon elektrode u smjeru puhanja luka. Elektrini luk se dovodi u vertikalni poloaj.

2. Pravilnim postavljanjem prikljuaka elektrine struje

Iskoritenje efekta puhanja elektrinog luka. Lake izvoenje kutnog zavara.

3. Postavljanjem vie masa

4. Upotrebom pominog kontakta (mase) na osnovnom materijalu

5. Dodatno magnetsko polje za upravljanje elektrinim lukom

Greke u zavarenim spojevima u izradi i u eksploataciji

Svaki tehnoloki proces nosi stalnu opasnost od nastajanja odreenih greaka. S obzirom na veliki

broj utjecajnih imbenika na kvalitetu zavarenih spojeva, na tu je opasnost potrebno obratiti posebnu pozornost kako pri izradi zavarene konstrukcije, tako i u njenoj eksploataciji. Postoje

razliite klasifikacije greaka u zavarenim spojevima, a jedna od njih je sljedea (EN 26520): A. greke u zavarenim spojevima koje mogu nastati u izradi i B. greke u zavarenim spojevima koje mogu nastati u eksploataciji.

Greke u zavarenim spojevima koje nastaju u izradi mogu se podijeliti s obzirom na: 1. Uzrok nastajanja: - konstrukcijske greke, - metalurke greke i - tehnoloke greke. 2. Vrstu: - plinski ukljuci, - ukljuci u vrstom stanju, - naljepljivanje,

- nedostatak provara,

- pukotine i

- greke oblika i dimenzija. 3. Poloaj: - unutranje greke, - povrinske i podpovrinske greke i - greke po cijelom presjeku. 4. Po obliku: - kompaktne greke, - izduene greke, - otre greke (jako izraeno zarezno djelovanja), - zaobljene greke (manje izraeno zarezno djelovanje), - ravninske greke (moe se zanemariti trea dimenzija greke) i - prostorne greke (uzimaju se u obzir sve tri dimenzije greke). 5. Po veliini: - male greke, - greke srednje veliine i - velike greke. 6. Po brojnosti: - pojedinane greke, - uestale greke i - gnijezdo greaka.

Konstrukcijske greke nastaju zbog loeg konstrukcijskog oblikovanja zavarene konstrukcije (npr.

zavarivanje u nepristupanom i skuenom prostoru, loe oblikovanje detalja na zavarenoj konstrukciji sa stajalita dinamike izdrljivosti, i dr.). Metalurke greke vezane su uz metalurke, termodinamike i hidrodinamike pojave koji prate proces taljenja materijala, kristalizacije i hlaenja zavarenog spoja. Greke ovog tipa mogu biti razliite vrste pukotina, pore, ukljuci, troska, previe zakaljena struktura i dr. Tehnoloke greke posljedica su loe propisane tehnologije zavarivanja ili to je ei sluaj u praksi, a to je da se kvalitetno propisana tehnologija zavarivanja ne provodi u potpunosti pri

zavarivanju konstrukcije. Da bi se osiguralo provoenje propisane tehnologije zavarivanja kod

odgovornijih zavarenih konstrukcija esto puta je potreban nadzor (interni i/ili eksterni) i praenje kako stabilnosti procesa zavarivanja, tako i kvalitete rada pojedinih zavarivaa i pogona.

Najee greke iz ove skupine su: zajede, naljepljivanja, nedostatak provara, prokapljine, krateri, neodgovarajue dimenzije zavarenog spoja i konstrukcije, prevelike deformacije i napetosti, ...).

Daleko najopasnije greke u izradi zavarenih konstrukcija su pukotine, a one mogu biti:

- hladne (Cold cracking),

- tople (Hot cracking),

- uslijed naknadne toplinske obrade (Post weld heat treatment cracking) i

- uslijed slojastog ili lamelarnog odvajanja (Lamelar tearing).

Kada se radi o povrinskim pukotinama i pukotinama kroz cijeli debljinu lima, pokazalo se da se

najbolje otkrivaju metodom penetrantske kontrole i magnetskom metodom (uz obaveznu

vizualnu kontrolu prije svih kontrola, pomou odgovarajuih poveala i osvjetljenja). Pukotine u

unutranjosti lima mogu se otkriti ultrazvuno metodom.

Globalno gledajui, u praksi se najee susreu hladne pukotine, ali se jednako ozbiljno trebaju

shvatiti i ostale pukotine, jer svaka pukotina u uvjetima koji pogoduju irenju pukotine moe

dovesti do otkaza zavarenog spoja ili proizvoda u eksploataciji.

Hladne pukotine nastaju pri hlaenju zavarenog spoja na temperaturi ispod 200 C, a ak mogu

nastati i nekoliko dana nakon zavarivanja, pa su tako u tom sluaju dobile naziv "zakanjele"

hladne pukotine. Kontrolu kvalitete metodama bez razaranja na zavarenim konstrukcijama

potrebno je provoditi barem 48 sati nakon zavarivanja (to se smatra inkubacijskim periodom

nastajanja zakanjelih hladnih pukotina), kod elika koji pokazuju sklonost prema nastajanju

hladnih pukotina.

Hladne pukotine mogu nastati u zoni taljenja i u zoni utjecaja topline, a mogu biti orjentirane u

smjeru uzdune osi zavarenog spoja, okomito ili pod nekim kutem u odnosu na uzdunu os

zavarenog spoja. Tri su osnovna uzroka nastajanja hladnih pukotina, a to su:

- sklonost materijala prema zakaljivanju (ocjenjuje se preko razliitih eksperimentalno

dobivenih formula za ekvivalent ugljika),

- postojanje zaostalih napetosti (mogu se mjeriti jednom od tenzometrijskih metoda ili

procjenjivati s obzirom na debljinu materijala, oblik i poloaj zavarenog spoja na konstrukciji,

gustoi toplinskog toka i koliini uneene energije) i

- koliina difuzijskog vodika (moe se eksperimentalno odrediti, npr. glicerinskom

metodom).

Za nastajanje hladnih pukotina nuna su sva tri navedena uzronika, a vjerojatnost nastajanja je

tim vea to je vei njihov utjecaj.

Hladne pukotine mogu nastastati u metalu zavara (zoni taljenja) i/ili zoni utjecaja topline. Mogu

biti paralelne ili pod nekim kutem u odnosu na uzdunu os zavarenog spoaj, pa se tako, s

obzirom na smjer rasprostiranja govori o longitudinalnim (L) i transferzalnim (T) pukotinama.

Prijelomna povrina je svijetla, za razliku od toplih pukotina gdje dolazi do povrinske oksidacije

toplih pukotina koje nastaju na povienim temperaturama.

Tople pukotine nastaju pri kristalizaciji i hlaenju zavarenog spoja na relativno visokim

temperaturama (npr. kod elika od temperature kristalizacije do priblino 900 C), odnosno

temperatura skrutnjavanja eventualno prisutnih neistoa u zavarenom spoju, a koje su u

uvjetima naprezanja zbog hlaenja zavarenog spoja osnovni uzronik nastajanja toplih pukotina.

Ove pukotine mogu nastati u zoni utjecaja topline, ali isto tako i u zoni taljenja zavarenog spoja.

Za razliku od hladnih pukotina gdje je prijelomna povrina svjetlija, kod toplih pukotina

prijelomna povrina je tamna (zbog oksidacije povrine pukotine na visokim temperaturama).

Postoje dvija osnovna tipa toplih pukotina:

1. kristalizacijske i

2. podsolidusne ili likvacijske.

Kristalizacijske tople pukotine nastaju pri kristalizaciji u zoni taljenja. Pri hlaenju rastaljenog

materijala u lijebu zavara dolazi prvo do kristalizacije metala zavara, a eventualne neistoe

ostaju zarobljene izmeu kristala dendrita u gornjoj zoni zavara. Djelovanjem naprezanja

uslijed skupljanja zavara dolazi do nastajanja tople pukotine u zoni zavara, u gornjoj zoni zavara,

na mjestu gdje su koncentrirane neistoe.

Podsolidusne ili likvacijske pukotine najee nastaju u zoni utjecaja topline, popreno ili okomito na uzdunu os zavara, ili u smjeru debljine osnovnog materijala. Posljedica su postojanja strukturnih nehomogenosti neistoa koje su rasporeene po granicama zrna osnovnog materijala u zoni utjecaja topline (poput tankog sloja filma). Djelovanjem naprezanja pri hlaenju zavarenog spoja, dolazi do nastajanja toplih pukotina podsolidusnog ili likvacijskog tipa, na mjestima gdje su prisutne te neistoe koje zbog utjecaja topline pri zavarivanju djelomino ili potpuno rastaljene. Dakle, u zoni utjecaja topline nije dolo da taljenja osnovnog materijala, ali je dolo do pada vrstoe po granicama kristalnih zrna zbog omekavanja ili taljenja tankih slojeva filma od neistoa.

Lamelarno odvajanje ili slojasto trganje nastaje u zoni utjecaja topline i obino se dalje iri naosnovni materijal, a posljedica je postojanja nehomogenosti u osnovnom materijalu i

djelovanjanaprezanja zbog topline uneene zavarivanjem. Lamelarno odvajanje moe nastati i kod debljih, aliisto tako i kod tanjih limova koji imaju strukturne nehomogenosti. Te su

nehomogenosti valjanjemdospjele u sredini lima, a kod djelovanja naprezanja (okomito na smjer

rasprostiranja neistoa) uslijed hlaenja i skupljanja zavarenog spoja i materijala u podruju utjecaja toline, dolazi do slojastog trganja. Ove se pukotine mogu pojaviti kod neumirenih i

poluumirenih elika. Prisutnost nehomogenosti moe se pokazati Baumann-ovim testom. Ako se zna da postoji sklonost osnovnog materijala prema lamelarnom odvajanju i ako ne postojim

mogunost zamjene odgovarajuim materijalom koji nema sklonost prema lamelarnom odvajanju, mogue je uz odgovarajuu tehnologiju zavarivanja, kontrolu i osiguranje kvalitete smanjiti vjerojatnost nastajanja lamelarnog odvajanja.