001-pdf-greske-u-zavaru.pdf

TEHNOLOGIJA III (2+2) • Prof.dr.sc. Ivan Samardžić, IWE • Predavač Marko Horvat, dipl.ing.stroj. http://www.sfsb.unios.hr/kth/zavar/zavar/pitanja.html http://www.sfsb.unios.hr/kth/zavar1

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

1/51

Greške u zavarenim spojevima u izradi i u eksploataciji Postoje različite klasifikacije grešaka u zavarenim spojevima, a jedna od njih je sljedeća (HRN EN 26520) HRN EN ISO 6520-1: A. greške u zavarenim spojevima koje mogu nastati u izradi B. greške u zavarenim spojevima koje mogu nastati u eksploataciji.

Greške u zavarenim spojevima koje nastaju u izradi mogu se podijeliti s obzirom na: 1. Uzrok nastajanja

- konstrukcijske greške, - metalurške greške i - tehnološke greške.

2. Vrstu

- plinski uključci, - uključci u čvrstom stanju, - naljepljivanje, -nedostatak provara, -PUKOTINE i -- greške oblika i dimenzija.

3. Položaj

- unutrašnje greške, - površinske i podpovršinske greške i - greške po cijelom presjeku.

4. Po obliku

- kompaktne greške, - izdužene greške, - oštre greške, - zaobljene greške, - ravninske greške i - prostorne greške.

5. Po veličini

- male greške, - greške srednje veličine i - velike greške.

6. Po brojnosti

- pojedinačne greške, - učestale greške i - gnijezdo grešaka.

Podjela grešaka s obzirom na uzrok nastajanja: Metalurgijske greške. Početno stanje strukture i svojstava isporučenog materijala se u proizvodnji raznim toplinskim i mehaničkim operacijama (npr. deformiranjem) bitno mijenja, a posebno nepovoljan lokalni utjecaj može imati zavarivanje. Nepovoljne posljedice su metalurgijske greške: • • •

omekšivanje, zakaljivanje-povećanje krhkosti, izlučivanje raznih faza (sigma faza, karbidi, nitridi ...), što ima za posljedicu krhkost i smanjenje otpornosti na različite oblike korozije, • anizotropnost svojstava i nosivosti podužno i poprečno na spoj zbog inherentnih grešaka zavarenog spoja po liniji zavara. Spoj ima manju nosivost ako opterećenje djeluje okomito na liniju zavara

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

Podjela grešaka s obzirom na uzrok nastajanja: Geometrijske greške nastale greškama u proizvodnji - pri pripremi spojeva ili nepravilnom tehnologijom (npr. slijedom) zavarivanja, kada dolazi do odstupanja od teorijskog oblika. Zbog grešaka geometrijskog oblika na mjestu spoja se javljaju dodatna naprezanja u eksploataciji. Geometrijske greške su: • • • • •

denivelacije (posmaknuća rubova) kutne deformacije, ekscentričnost (npr. kod cijevi i posuda), uvučenost ili izbočenost mjesta zavara, odstupanja od teorijskog zahtjevanog oblika i dimenzija spoja (premala dimenzija kutnog spoja, nepravilan oblik kutnog zavara, ...)

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

Podjela grešaka s obzirom na uzrok nastajanja: Konstruktivne greške: • Lokacija spoja. Izbjegavati spoj na mjestu najvećih naprezanja (najvećeg momenta napr.). • Izbor oblika spoja. Kutni spoj ima veliku koncentraciju naprezanja u odnosu na sučeoni spoj, pa je povoljnije izabrati sučeoni spoj. Odstranjivanjem nadvišenja na licu zavara i korijenskog provara poboljšava se nosivost sučeonog zavarenog spoja, jer se odstranjuju koncentratori naprezanja. • Nagle promjene oblika i konstruktivni zarezi su koncentratori naprezanja, koji nepovoljno djeluju na zavarene spojeve, ako su u blizini ili baš na mjestu koncentratora naprezanja. Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

Greške u zavaru

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

Residual stresses (Zaostale nepetosti)

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

Podjela grešaka s obzirom na uzrok nastajanja: Konstrukcijske greške nastaju zbog lošeg konstrukcijskog oblikovanja zavarene konstrukcije. Metalurške greške vezane su uz metalurške, termodinamičke i hidrodinamičke pojave koji prate proces taljenja materijala, kristalizacije i hlađenja zavarenog spoja.

Tehnološke greške posljedica su loše propisane tehnologije zavarivanja ili se kvalitetno propisana tehnologija zavarivanja ne provodi u potpunosti pri zavarivanju konstrukcije.

PUKOTINE Daleko najopasnije greške u izradi zavarenih konstrukcija su pukotine, a one mogu biti: - hladne, - tople/vruće, - uslijed naknadne toplinske obrade i/ili naknadnog zagrijavanja, te - uslijed slojastog ili lamelarnog odvajanja/trganja.

Katedra za zavaivanje i površinsku zaštitu

Vrste pukotina Smjer i izgled - podužne na os šava - poprečne - zvjezdaste - kraterske - ostale

Dimenzije - mikro - makro

U odnosu na površinu - površinske - podpovršinske

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

U odnosu na zavar - u ZUT - u ZT

Hladne pukotine (Cold cracking) nastaju pri hlađenju zavarenog spoja na temperaturi ispod 200 C, a čak mogu nastati i nekoliko dana nakon zavarivanja, pa su tako u tom slučaju dobile naziv "zakašnjele" hladne pukotine.

Zona utjecaja topline (ZUT) Zona taljenja ili metal zavara (ZT) ZTT ZUTL

ZTL

ZUTT

ZTT

ZTL

Osnovni materijal

ZUTL

Osnovni materijal

ZUTL

Lokacije i orjentacije hladnih pukotina prema IIW (International Institute of Welding).

S obzirom na smjer rasprostiranja postoje longitudinalne (L) i transferzalne (T) pukotine.

Tri su osnovna uzroka nastajanja hladnih pukotina, a to su (za nastanak hladnih pukotina nužna su sva tri čimbenika!) : - sklonost materijala prema zakaljivanju (visok % C, visok Ceq), - postojanje zaostalih napetosti (velika debljina OM) i - količina difuzijskog vodika. HLADNE PUKOTINE .

MIKROSTRUKTURA

DIF. VODIK

NAPREZANJA

+ ZUT

ZT

Sklonost hladnim pukotinama procjenjuje se analitički na osnovi različitih formula za ekvivalent ugljika, a za eksperimentalno istraživanje postoji čitav niz laboratorijskih i pogonskih metoda.

Ponekad vodik ostaje zarobljen u zavarenom spoju, ne izazove pukotine, ali se na površini loma mogu uočiti tzv. ”riblje oči” i “pahuljice”.

http://www.lincolnelectric. com/knowledge/articles/c ontent/fillermetals.asp “Riblje oči” na površini loma uzorka zavara.

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

Rastvorljivost vodika i dušika u čistom željezu

19/51

Eksperimentalne laboratorijske i pogonske probe zavarljivosti za procjenu sklonosti materijala prema hladnim pukotinama. Implant metoda (daje kvantitativne pokazatelje, tzv. kritična implantacijska naprezanja).

Oslonac

Ispitna ploča

Zavar

Sila (N) Kolotura Ispitna epruveta (Implant) Trajanje opterećenja (min)

Poluga

Registriranje trajanja opterećenja (maksimalno do 16 sati)

Utezi 20/51

Implant method

80

30

30

30

80

8,1

200

8

250

20

Izgled ispitne ploče za ispitivanje po Implant metodi 22/51

10

Implanti koji su pukli Implanti koji nisu pukli

Opterećenje, KN

Materijal zavara

8 Implant

6 Kritično implantacijsko naprezanje

4 2

16 sati x 60 min = 960 min

0

0

10

100

Vrijeme do loma, min

1000

Dijagram opterećenja implant – epruveta tijekom vremena do loma

Kada se opterećenje podijeli s površinom poprečnog presjeka implanta – epruvete, dobiju se vrijednosti implantacijskog naprezanja. Ono naprezanje kod kojega ne dolazi do loma implanta – epruvete naziva se kritično implantacijsko naprezanje (poželjno je da je ono što više, jer je tada bolja zavarljivost materijala). Kako se povećava sadržaj difuzijskog vodika, razina zaostalih napetosti i zakaljivost materijala, do loma epruvete dolazi ranije i kod nižih naprezanja. U tim je slučajevima kritično implantacijsko naprezanje niže, što je nepovoljno jer znači slabiju zavarljivost.

Tekken metoda (daje kvalitativne pokazatelje, tj. ima ili nema pukotina uz određenu tehnologiju i uvjete zavarivanja).

Shematski prikaz ispitivanja sklonosti hladnim pukotinama po Tekken metodi

Shematski prikaz ispitivanja sklonosti hladnim pukotinama po Tekken metodi

CTS (Control Thermal Severity – BS 709-1964) je metoda praktična za pogonska ispitivanja sklonosti kutnih zavarenih spojeva prema hladnim pukotinama. Ovo je također kvalitativna metoda ispitivanja zavarljivosti. Ispitni zavar

76

76

Zavar za ukrućivanje

Ispitni zavar

188

100 Zavar za ukrućivanje

Ova metoda simulira različite modele vođenja topline (zavar uz rub ploče se brže hladi od onog koji je više udaljen od ruba ploče). Prvo se izvode zavari za ukrućenje (bočni zavari) koji su nešto deblji od ispitnih. Ispitni su debljine 4 – 6 mm, duljine 75 mm. Nakon zavarivanja i hlađenja (uvažavajući inkubacijski period od 48 sati nakon zavarivanja), vrši se odgovarajuće isjecanje uzoraka i mikroskopska analiza zavarenih spojeva.

Lehigh metoda je još jedna od metoda koje daju kvalitativnu ocjenu zavarljivosti. 300 20°

200

R6

12,5 1,6 - 2

6,3

x 12,5 R19

38 25

Linija rezanja

29/51 Juraga I; Ljubić, K; Živčić, M: Pogreške u zavarenim Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu spojevima, HDTZ Zagreb 1998.

Mjere za sprječavanje nastajanja hladnih pukotina • Eliminiranje vodika iz zavara (kvalitetna zaštita električnog luka i zavarivačke kupke, kvalitetno čišćenje žlijeba za zavarivanje od masnoća, okujne i ostalih nečistoća, ispravno rukovanje dodatnim materijalom, predgrijavanje od temperature +5 C i niže zbog površinske vlage) • Predgrijavanja (smanjuje se brzina hlađenja što ima za posljedicu manje zakaljivanje, dulje trajanje hlađenja i posljedično veću mogućnost izlaska vodika iz zavara, niže vrijednosti zaostalih naprezanja zbog manjeg T) • Korištenje austenitnog dodatnog materijala (manja naprezanja kod skupljanja zavara)

Tople pukotine (Hot cracks)

Postoje dva osnovna tipa toplih pukotina: kristalizacijske i podsolidusne ili likvacijske. Kristalizacijske tople pukotine nastaju pri kristalizaciji u zoni taljenja. Podsolidusne ili likvacijske nastaju u ZUT-u, a mogu se proširiti u pravcu ZT ili OM. Uzročnici: niskotaljive faze u strukturi osnovnog materijala (nečistoće) i naprezanja usljed stezanja (pri ohlađivanju) zavara.

Tople pukotine (Hot cracks) nastaju pri kristalizaciji i hlađenju zavarenog spoja na relativno visokim temperaturama (npr. kod čelika od temperature kristalizacije do približno 900 C).

http://www.twi.co.uk/professional/protected/band_3/jk44.html

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

Utjecaj odnosa b/p na pojavu kristalizacijskih pukotina kod EPP zavarivanja 2,6 b za nelegirani čelik p 2,2

b

b/p p

1,8

Pored sadržaja C na pojavu kristalizacijskih pukotina utječu i S i P, koji nisu obuhvaćeni dijagramom. Slični rezultati se dobivaju i za ostale postupke zavarivanja.

Bez pukotina

Pukotine

1,4

1,0

0,6 0,08

0,1

0,14

0,18

0,22

Utjecaj koeficijenta oblika b/p na svojstva ZT %, C Pri EPP zavarivanju karakter izvora topline omogućava postizanje dubokopenetrirajućeg oblika zavara s koeficijentom oblika b/p = 0,7. Ovakav oblik nije povoljan zbog smanjenja otpornosti metala kristalizacijskim pukotinama i smanjenja udarne žilavosti. Potrebno je tako odabrati parametre zavarivanja (U, I, v), da se dobije koeficijent oblika ZT b/h = 1,3 - 3,0.

Rast kristala – dendrita u zoni taljenja

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

Postoje dva osnovna tipa toplih pukotina: kristalizacijske i podsolidusne ili likvacijske. Kristalizacijske tople pukotine nastaju pri kristalizaciji u zoni taljenja. VLAČNO NAPREZANJE

SMJER SKRUĆIVANJA

DJELOMIČNO RASTALJENA ZONA Shematski prikaz nastajanja kristalizacijski segregacijskih pukotina

Likvacijski ili podsolidusni tip toplih pukotina

Podsolidusne ili likvacijske pukotine najčešće nastaju u zoni utjecaja topline, poprečno ili okomito na uzdužnu os zavara, ili u smjeru debljine osnovnog materijala. Posljedica su postojanja strukturnih nehomogenosti. Djelovanjem naprezanja pri hlađenju zavarenog spoja, dolazi do nastajanja toplih pukotina podsolidusnog ili likvacijskog tipa, na mjestima gdje su prisutne te nečistoće koje su zbog utjecaja topline pri zavarivanju djelomično ili potpuno rastaljene.

Mehanizam nastajanja likvacijskog tipa pukotine Djelimična kristalizacija Talina Pritisak

Tekući film

Očvrsnuti šav Područje tekućeg filma Luk

T1 -Temperatura kristalizacije zrna T 2 -Temperatura kristalizacije nečistoća

Očvrsnuti šav

Djelimična kristalizacija

Zatezanje

VRUĆA PUKOTINA U ŠAVU

Vruća pukotina

Zatezanje

Luk Talina

VRUĆA PUKOTINA U OSNOVNOM MATERIJALU

TALJENJE NEČISTOĆA

Područje tekućeg filma

Djelimična kristalizacija

Talina

Pojavljivanje toplih pukotina obzirom na odnos penetracije i širina zavara prema sadržaju ugljika u zavaru. 2,6

b p

2,2

b

b/p b/h p

1,8 Bez pukotina

Pukotine

1,4

1,0

0,6 0,08

0,1

0,14

0,18

0,22 %, C

Fisco metoda za ispitivanje sklonosti toplim pukotinama

a)

30 MPa

30 MPa

b)

60° 6 MPa

180 ~ ~ 200 6 MPa

80 ~ ~ 130

Shematski prikaz izvođenja Fisco testa a - izgled alata ; b - izgled probe

80 ~ ~ 130

Eksperimentalna procjena sklonosti toplim pukotinama: varestraint i transvarestraint metoda

Varestraint metoda za ispitivanje sklonosti prema poprečnim toplim pukotinama b) Ukupna duljina pukotina (mm)

200

a)

A

=

d 2R

100%

F 0,5

C

1,0

1,5

2

2,5

 

100 R

Shema prikaz Verestraint metode: (a) i grafički prikaz rezultata ispitivanja (b)

Transvarestraint metoda za ispitivanje sklonosti prema uzdužnim toplim pukotinama 350

C 150 B A

F

50 100

100 R

Shema prikaz Transvarestraint metode

Likvacijska pukotina (zavarivanje legure aluminija) http://files.aws.org/wj/supplement/02 -2004-HUANG-s.pdf

Juraga I; Ljubić, K; Živčić, M: Pogreške u 50/51 zavarenim spojevima, HDTZ Zagreb 1998.

Lamelarno odvajanje ili slojasto trganje (Lamellar tearing ) nastaje u zoni utjecaja topline i obično se dalje širi na osnovni materijal, a posljedica je postojanja nehomogenosti u osnovnom materijalu i djelovanja naprezanja zbog topline unesene zavarivanjem.

http://www.aws.org/wj/jan 04/still_feature.html

Izgled lomne površine kod lamelarnog odvajanja www.twi.co.uk/j32k/ getFile/jk47.html

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

Karakteristično područje lamelarnog cijepanja

Materijal koji se ispituje

Lokaciaj lamelarne pukotine u zavarenom spoju

Lamelarno odvajanje može nastati i kod debljih, ali isto tako i kod tanjih limova koji imaju strukturne nehomogenosti.

Očekivane pukotine trganje u slojevima

b

193 182

e

d

190 212 206 192

c 183 ZUT ZUT

f

199 193

205 199

210

214

219 221 183

216 206 234

221 225 216 214 216

Primjer pukotine nastale pri zavarivanju čelika Č0563, EPP postupkom zavarivanja. Na skici su označene lokacije mjerenja tvrdoće i pripadajuće vrijednosti tvrdoće HV10.

Window metoda – metoda za ispitivanje sklonosti prema lamelarnom odvajanju b)

a)

45

Ispitni šavovi 75 150

350

2

3 l

30 10

75

o

4

1

300 Anker šavovi 30

Shematski prikaz ispitivanja Window testom ( a ) i presjeka uzorka ( b )

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

Pukotina

Det Norske Veritas metoda (preporuke prema IIW) Presjeci

Ispitivani lim

Priprema epruveta prema Det Norske Veritas

Kod ove se metode za veće debljine limova izrađuju epruvete za vlačno kidanje iz čistog osnovnog materijala. Za manje debljine limova zavaruju se probne ploče (elektrolučnim postupkom ili elektrootporno), nakon čega se izrađuju epruvete za vlačno kidanje.

Cranfieldov test smjer deformacije pomoćnog lima 34

100

Pomoćni lim zavar od 7 do 12 slojeva

60° 7

Lamelarno cijepanje 120

Lim koji se ispituje Shematski prikaz ispitivanja Cranfieldovim testom Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

58/51 Juraga I; Ljubić, K; Živčić, M:zavarivanje Pogreškei površinsku u zavarenim Katedra za zaštituspojevima, HDTZ Zagreb 1998.

Pukotine zbog naknadnog zagrijavanja ili naknadne toplinske obrade zavarenog spoja najčešće nastaju u tzv. niskotemperaturnom području zbog prevelike brzine zagrijavanja.

www.twi.co.uk/j32k/ getFile/jk48.html

1. Niskotemperaturne pukotine (nastaju do temperature 300 °C) 2. Pukotine ispod platiranog sloja 3. Pukotine koje nastaju na temperaturi toplinske obrade (precipitacijski tip pukotina) Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

1. Niskotemperaturne pukotine (nastaju do temperature 300 °C) Najčešći tip pukotina. Nastaju kao posljedica prevelikog gradijenta temperature (prevelika brzina zagrijavanja do temperature 300 °C).

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

60/51

2. Pukotine ispod platiranog sloja Ovaj je tip pukotina sasvim slučajno otkriven kod čelika koji su platirani navarivanjem EP postupkom. Prvi sloj

Drugi sloj

Treći sloj

Zona taljenja (ZT) Zona utjecaja topline (ZUT) Osnovni materijal (OM)

Lokacija pukotina ispod platiranog sloja

smjer zavarivanja

Pukotine ispod platiranog sloja (npr. navarivanje austenitnih čelika EP postupkom, trakom)

Drugim slojem se postiže negativni efekt pregrijavanja u zoni utjecaja za zavarivanje i površinsku zaštitu prvog navarenog sloja –Katedra efekt dvostrukog toplinskog ciklusa.

61/51

3. Pukotine koje nastaju na temperaturi toplinske obrade (precipitacijski tip pukotina) Za vrijeme toplinskog ciklusa kod čelika koji su očvrsnuti dodavanjem precipitata (različiti tipovi karbida) dolazi do rastvaranja precipitata i smanjenja mehaničkih svojstava materijala.

BWRA metoda Ispitivanje sklonosti pukotinama zbog naknadnog zagrijavanja

U kružnoj rupi provodi se zavarivanje cijevi prema gornjoj slici. Svakim se zavarivanjem naknadno zagrijava prethodni zavar, a nakon svega se provodi toplinska obrada na temperaturi 600 do 690°C. Pri tome se koriste različite brzine zagrijavanja i hlađenja proba. Nakon toplinskog tretiranja, uzorak se na odgovarajući način reže, te se metalografski ispituje homogenost zavarenog spoja. Metoda je pogodna za CrMo i 63/51 CrMoV čelike.

Procjena sklonosti pojedinim pukotinama – eksperimentalno dobivene formule

>

Uloga zaštite električnog luka, rastaljenog metala i zavara tijekom hlađenja kod elektrolučnog zavarivanja

Uloga zaštite električnog luka i rastaljenom materijala pri zavarivanju Pri zavarivanju elektrolučnim postupcima zavarivanja uloga zaštite je dvostruka, odnosno trostruka (ovisno o tome radi li se o zaštiti od obložene elektrode, praškom punjenoj žici, zaštitnom prašku kod EP zavarivanja ili zaštitnom plinu / plinskoj mješavini). Tako npr., funkcije obložene elektrode su: 1. Fizikalna ili fizička (odvaja rast. mat od okoline) 2. Električna ili stabilizacijska (manja osj. el. luka) 3. Metalurgijska ili legirajuća Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

69

1. Fizikalna funkcija: a) Stvaranje zaštitne atmosfere, koja svojim prisustvom onemogućava nepovoljan utjecaj O, N i H na rastaljeni metal. b) Prisustvo sloja rastaljene viskozne troske oko kapljice i na površini kupke zaštićuje rastaljeni metal. Svojim Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu prisustvom, troska

70

2. Električna funkcija Već je Kjelberg 1908. g. otkrio da obloga elektrode daje električki stabilniji luk. Električno luk lakše se pali i lakše održava. Potrebno je u oblogu elektrode dodati stabilizatore električnog luka: Cs, K, Ca ili druge elemente koji imaju nisku energiju ionizacije. Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

71

3. Metalurgijska funkcija a) Rafiniranje rastaljenog metala odstranjivanjem S i P, tvorbom sulfida i fosfida, koji isplivaju na površinu metalne kupke i odstranjuju se s troskom. b) Vezanje vodika npr. u HF, koji izlazi iz rastaljenog metala, a time se smanjuje opasnost hladnih pukotina. c) Dolegiranje elemenata, koji izgaraju u električnom luku (Cr, Ni, Mn, Si). Obično se u oblogu dodaju fero - krom, fero - nikl, fero - mangan i fero - silicij. d) Dodavanje elemenata za stvaranje finog zrna: Ti, Al, jer ovi elementi tvore puno klica kristalizacije u fazi skrućivanja. e) Dodavanje elemenata za dezoksidaciju rastaljenog metala: Al, Si, Mn. f) Dodavanje Fe praha za povećanje proizvodnosti (randmana) - količine rastaljenog depozita. Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

72

Vrste obloge elektrode prema sastavu obloge • • • • •

A (Acide) ......................kisela obloga, B (Basic) ......................bazična obloga C (Cellulosic) ................celulozna R (Rutile) ......................rutilna (rutil =TiO2) O (Oksidne) ………….. FeO, SiO2

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

73

KISELE ELEKTRODE nije preporučljivo koristiti za zavarivanje čelika sa višim sadržajem sumpora radi opasnosti od toplih pukotina. Ove se elektrode mogu koristiti u svim položajima zavarivanja uz primjenu istosmjernih ili izmjeničnih izvora struje za zavarivanje. Ove elektrode u normalnim uvjetima zavarivanja (bez vlažnosti okoline, uz dobro skladištenje i rukovanje elektrodama) nije potrebno sušiti. BAZIČNE ELEKTRODE daju zavareni spoj dobrih mehaničkih svojstava (posebno izduženje i žilavost), a zbog manje prisutnosti štetnih plinova i nemetalnih uključaka (sastav troske veže O2, H2, S i P), manja je sklonost pukotinama i poroznosti. Nedostaci primjene ovih elektroda su : teže čišćenje troske, poroznost u korijenu zavara ako je dulji električni luk (zavarivanje pod 90°!), nešto grublji izgled lica zavara, slabija stabilnost električnog luka kod zavarivanja, (zbog visokog sadržaja CaF2), velika ovisnost svojstava zavara o zavarivaču. Ove se elektrode koriste kod zavarivanja zahtjevnih zavarenih 74 konstrukcija. Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

RUTILNE ELEKTRODE se mnogo koriste zbog dobrih mehaničkih svojstava zavara, stabilnosti električnog luka, mogućnosti korištenja DC i AC struje zavarivanja, lijepog izgleda zavara, lakog čišćenja troske. Nedostatak primjene ovih elektroda očituje se kod zavarivanja čelika sa višim sadržajem sumpora, mogućnosti nastajanja toplih pukotina, slabije žilavosti zone taljenja u odnosu na bazične elektrode. CELULOZNE ELEKTRODE se koriste za zavarivanje u svim položajima DC i AC strujom. Brzina taljenja im je velika, a nastala se troska lako odvaja. Radi velikog provara koriste se za zavarivanje korijena u cijevi. OKSIDNE ELEKTRODE se koriste za zavarivanje manje zahtjevnih spojeva kada je izgled zavara važniji od njegovih mehaničkih svojstava. Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

75

Ti

Obloga

Razvija zaštitne plinove

A

Oksidi i karbonati Fe i Mn sa silikatima.

40% H2 40%(CO+CO 2) 20% H2O

10 - 20

Glatka površina. Lako odstranjivanje troske. Niska udarna žilavost.

B

60% CaCo3, 30% CaF2, Kvarc, rutil, ferolegure u ostatku.

80% CO 20%CO2

0.5 - 7.5

Čista ZT. Niski sadržaj vodika. Dobra udarna žilavost. Teško se odstranjuje troska. Hrapava i izbočena površina.

C

40% Celuloza, 25% TiO2, 20%MgSiO3,1 5% Fe Mn vezani s K i Na silikatima.

40% H2 40%(CO+ CO2) 20% H2O

15 - 30

Elektrode za zavarivanje cijevi "odozgo - dole". Velika penetracija. Koriste se i za rezanje. Visok sadržaj vodika 30-100 ppm.

R

50% Ti; 20% tinjac, 10% Fe-Mn, 6% SiO2; 4% celuloza.

40% H2 40%(CO+CO 2) 20% H2O

10 - 30

Stabilan električni luk. Koriste se za razne namjene.

p

Difuzijski H ml/100g Fe

Karakteristike

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

76

Zahtjevi za elektrode: 1. Zavarivački

2. Ekonomski

3. Metalurgijski

dobro paljenje i održavanje luka, stabilan luk;

dobra proizvodnost (količina depozita);

dobra mehanička svojstva;

zavarivanje u prisilnim položajima;

malo prskanje kapljica;

mala osjetljivost na rđu (cunder), masnoće i druge nečistoće površine;

mala količina dimova, otrovnih plinova i para;

lako odstranjivanje troska;

otpornost pojavi hladnih i vrućih pukotina, te poroznosti;

obloga koja ne otpada;

glatka površina zavara;

mala osjetljivost prema vlažnosti obloge;

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

77

Reakcije plinova s rastaljenim metalima Rastaljeni metal (kapi metala, kupka) otapa u sebi veće količine O, H, N, pa dolazi do međusobnih reakcija plin – metal. Kao izvori plinova pri zavarivanju mogu se navesti nečistoće osnovnog i dodatnog materijala. Također, iz atmosfere, koja okružuje rastaljene kapi i kupku metala utječu prisutni plinovi (O, H, N, CO2, H2O). Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

Zbog disocijacije i ionizacije molekula plinova, atmosfera u električnom luku je vrlo aktivna. U električnom luku temperatura plinova doseže lokalno 5 000-15 000 °C, pa se molekularni plinovi disociraju u atome, a djelomično i u ione. Takovo stanje plinova zovemo plazmom. Npr. vodik se potpuno disocira na atome pri 5 000 °C, a dušik pri 10 000 °C. Najčešće korišteni načini zavarivanja REL i MAG zahtijevaju posebno dobro poznavanje reakcija plin metal.

Dezoksidacija Kisik je uvijek, u većoj ili manjoj količini, prisutan u rastaljenom metalu. Mora se spriječiti njegova reakcija sa ugljikom iz Fe3C, jer može uzrokovati poroznost i razugljičenje: C + O  CO (plinski mjehurići, poroznost). Dodajući u oblogu elektrode ili u žicu za zavarivanje elemente, koji imaju veliki afinitet prema kisiku: Al, Si, Mn, Ti i Zr dolazi do reakcija: Si + 2O → SiO2 2Al + 3O → Al2O3 Mn + O → MnO Produkti dezoksidacije su troska ili nemetalni mikrouključci u strukturi ZT.

Veći sadržaj dezoksidanata u dodatnom materijalu bit će potreban, ako je: •osnovni materijal sadrži više kisika, •veća jakost struje zavarivanja i/ili toplinski input, •veća veličina zone taljenja, •veća količina cundera i rđe, •jače oksidirajući zaštitni plin; 100% CO2 plin je jače oksidirajući od Ar + 2% O2 ili čisti Ar.

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

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

Poroznost Poroznost nastaje zbog reakcija plin - metal i zbog otapanja velike količine raznih plinova u talini, koji pri skrućivanju moraju napustiti talinu zbog velikog pada rastvorljivosti - topivosti plinova u talini. Rastvorljivost vodika je veoma različita pri raznim temperaturama.

Velike količine vodika, se mogu apsorbirati u talini, a kasnije izlaze u obliku mjehurića ili ostaju u krutnini kao difuzijski vodik i u rešeci tvori visoki tlak, koji uzrokuje hladne pukotine. Da bi bilo što manje prisutnog vodika u zavarenom spoju potrebno je elektrode sušiti ili peći neposredno prije upotrebe. Tako odstranjujemo higroskopnu i vezanu vlagu.

Kod zavarivanja u zaštitnim plinovima (TIG, MIG/MAG) poroznost može biti uzrokovana nedovoljnom zaštitom plina zbog: • • • •

premale količine, propuha ili vjetra - predaleko se nalazi sapnica, turbulencija, injektorsko djelovanje struje zaštitnog plina, koji uvlači druge plinove, • nedovoljna sekundarna zaštita (korijena) U rastaljenom metalu prisutni

Najčešći plinski mjehurići

Uzrok

H+H

H2

pad rastvornosti

N+N

N2

pad rastvornosti

C+O

CO

reakcija plin - metal

Utjecaj Mn i Si na oblikovanje zone taljenja

Veći sadržaj Mn i Si povećava fluidnost kupke zavara te se postiže povoljniji oblik zavara za pozicionirano zavarivanje i manja osjetljivost rđavih i oksidiranih površina rubova, koje se zavaruje.

Sadržaj dezoksidanata utječe na oblik i svojstva zavara a) Manji sadržaj Si i Mn

b) Veći sadržaj Si i Mn

Veliko nadvišenje i konveksan oblik zavara

Malo nadvišenje zavara

Slabo vlaženje rubova

Dobro vlaženje rubova i glatka površina lica zavara

Oštar prijelaz ZT - ZUT

Blagi prijelaz ZT - ZUT

Veća količina kapljica uz zavar zbog prskanja

Malo prskanje kapljica u okolinu

Katedra za zavarivanje i površinsku zaštitu

Literatura • Semjan, Vladimir, Katnić, Ljiljana, Imamović, Azra, Petrović, Žarko. Teorija zavarljivosti čelika. Energoinvest – Institut za zavarivanje, Sarajevo, 1989. • Hrivnjak, Ivan. Zavarljivost čelika. IRO Građevinska knjiga, Beograd, 1982. • Lukačević, Zavarivanje, Strojarski fakultet u Slavonskom Brodu, 1988. • Juraga Ivan, Ljubić, Kruno, Živčić, Milan. Pogreške u zavarenim spojevima, HDTZ Zagreb 1998.