Osnove tehnike zavarivanja
Zavarivanje je spajanje metala istog ili srodnog sastava pod djelovanjem topline sa ili bez dodavanja istog ili srodnog metala. Pomoću zavarivanja dijelovi se nerazdvojivo međusobno povezuju tako da nastaje jedinstvena cjelina. Dobro zavarivanje pretpostavlja intiman spoj, koji se postiže samo onda ako se na mjestu zavarivanja tali i osnovni materijal (zona vara).
Zavarivanje električnim lukom
Za čelične konstrukcije u prvom redu dolazi u obzir elektrolučno zavarivanje pri kojem se potrebna toplina dobiva električnim plamenim lukom. Plameni luk stvara se između osnovnog komada i tzv. elektrode, koja se pri tome tali i daje dodatni materijal. Pravilan izbor dodatnog materijala (elektrode) od najvećeg je utjecaja na svojstva zavarenog spoja. Elektrode se biraju prema karakterističnim čvrstoćama osnovnog materijala koji se zavaruje. Izbor elektroda i utvrđivanje uvjeta zavarivanja pretpostavlja stručno znanje, zbog čega je stvorena institucija posebno obrazovanih “inženjera specijalista za tehniku zavarivanja”, čiji je zadatak, među ostalim, nadzirati radove zavarivanja i redovito obnavljati atestacije zavarivača.
Plinsko zavarivanje i rezanje
Pri plinskom zavarivanju potrebna se toplina proizvodi izgaranjem plina, tako da osnovni i dodatni materijal dolaze do taljenja. Važnije je rezanje. Plamenik za rezanje ima, osim toplinske cijevi, koja radi kao i pri zavarivanju, još jednu cijev za rezanje za kisik. Čelik zagrijan toplim plamenom probija se i produbljuje strujom kisika. Rezanje daje glatke i precizne površine koje su dovoljne za mnoge svrhe čeličnih konstrukcija bez daljnje obrade.
Zavarivost
Pri ocjeni zavarenih spojeva treba imati na umu da se tijekom postupka zavarivanja može znatno promijeniti sastav dodatnog, kao i osnovnog materijala. Veliko je značenje i promjena strukture – između rastaljenog zavara i nepromijenjenog osnovnog materijala postoji, prema stupnju toplinskog djelovanja, zona različite strukture i prema tome različitih svojstava. Uz zavar se nalazi područje u kojem se topio osnovni materijal (zona uvara) i u kojem se ostvaruje spajanje između zone zavarivanja i osnovnog materijala. Okolna zona materijala također je još jako zagrijana, iako ondje više nije postignuta točka taljenja. U toj zoni pregrijavanja javljaju se velike promjene strukture, tako da je ona često presudna za svojstva cijelog zavarenog spoja.
Pucanje zavara podrazumijeva pojavu pukotina u zavaru, koje nastaju neposredno nakon zavarivanja još pri visokoj temperaturi ili možda tek pri hlađenju u području plavog usijanja (na oko 300oC). Pucanje je u velikoj mjeri svojstvo elektroda, javlja se gotovo samo kod obloženih elektroda, kakve su upravo važne za čelične konstrukcije. Za pojavu pukotina potrebno je da su ostvarena dva uvjeta, naime visoki naponi uslijed procesa zavarivanja ili drugih vanjskih utjecaja, kao i povećanje krutosti materijala.
Osim metalurških promjena u sastavu i strukturi materijala važni su i fizički procesi, koji su u vezi s velikim količinama topline, koje se pri zavarivanju dovode materijalu i pri tome dostignutim visokim temperaturama. Zagrijavanje se ne odvija ravnomjerno, nego samo u usko ograničenim područjima. S zagrijavanjem vezana toplinska dilatacija spriječena je unutarnjim naprezanjem zagrijane zone nezagrijanim materijalom. Uz to dolazi i vanjsko naprezanje, jer se dijelovi pri zavarivanju moraju čvrsto stegnuti, stoga se pri zagrijavanju javljaju plastična sabijanja. Prilikom hlađenja skuplja se šav i njegova okolina najjače (skupljanje). Pri hlađenju moraju zbog spriječenog istezanja nastati prisilni naponi (naponi od skupljanja). Prethodnim zagrijavanjem dijelova koji se zavaruju na 200 oC do 300 oC može se hlađenje znatno usporiti. Zbog smanjenja djelovanja kaljenja dobiva se bolje oblikovanje strukture, otvrdnjavanje ostaje manje.
Ispitivanje materijala i zavarenih spojeva
Općenito: Budući da kvaliteta zavarenih radova ovisi o nizu okolnosti, a nipošto i o vještini i pouzdanosti stručnog radnika, potrebno je točno nadziranje i ispitivanje svih zavarivačkih radova. Od ispitivanja se navode ona za utvrđivanje sposobnosti zavarivanja materijala i elektroda, usporedbu uvjeta za zavarivanje i postupaka varenja za jedan dani slučaj, ispitivanja uzoraka itd.
Sl. 1 - Ispitivanje savijanjem zavarenog šava
Ispitivanje na savijanje zavarenog šava: To je ispitivanje na savijanje jednostavne grede pravokutnog presjeka (sl. 1), na kojoj je polukružno obrađeni uzdužni žlijeb u zategnutom vlaknu ponovno zavaren jednim slojem i to na sobnoj temperaturi. Šav uzrokuje jako smanjenje deformabilnosti, tako da se ispitci često lome posve krto i naglo. Kut savijanja je kod tankih ploča veći, a opada s debljinom ploče.
Žilavost pri zarezu: Kod probe na savijanje zavara većinom se najprije javljaju pukotine u zavaru, tako da nastupa krti lom. Osnovni materijal mora biti u stanju prihvatiti opterećenje koje se javlja naglo pri krtom pucanju zavara. Treba zahtijevati da se pukotina u zoni zavara ne širi brzo i kroz osnovni materijal, nego da pukotina smije napredovati samo polako. Osnovni materijal mora biti dovoljno žilav da prihvati ovo iznenadno opterećenje i ta sposobnost mora ostati u dovoljnoj mjeri i pri niskim temperaturama. Žilavost pri zarezu kao i druga mehanička svojstva u velikoj mjeri ovise o temperaturi na kojoj se provodi ispitivanje. Pri niskim temperaturama, npr. ispod 0 oC može ona pasti na dio vrijednosti pri 20 oC. Položaj tog naglog pada važan je za ocjenu nekog materijala. Za zavarene čelične konstrukcije danas se zahtijeva materijal dobre otpornosti pri starenju, tj. visoka čvrstoća s zarezom pri udaru na hladno rastegnutim uzorcima.
Sl. 2 - Deformacija pri naponskim stanjima zareza
Tvrdoća: Veliko značenje imaju pojave tvrdoće u zoni zavarivanja. Važno je poznavanje porasta tvrdoće, jer dilatacija pri lomu brzo opada s povećanjem tvrdoće (sl. 3), dok se vlačna čvrstoća σB penje gotovo razmjerno Brinellovoj tvrdoći HB. Za građevinske čelike približno je σB = 0,36*HB. Jedan primjer tvrdoće glavnog kutnog zavara I-nosača prikazan je na sl. 4. U prijelaznoj zoni postoje na vrlo malim udaljenostima velike razlike u tvrdoći. Tijek tvrdoće ovisi o oblikovanoj strukturi. σ-ε-l linija mijenja se slično tvrdoćom kao i naponskim stanjem zareza (sl. 2).
Sl. 3 - Brinellova tvrdoća i istezanje
Sl. 4 - Tvrdoća u zoni zavara u grlu jednog zavarenog I-nosača
Ispitivanje zavarenih spojeva gotovih proizvoda bez razaranja
Prozračivanje – Pri prozračivanju malih debljina može se rendgenska slika učiniti vidljivom na jednom ekranu. Umjesto rendgenskih zraka mogu se koristiti gama zrake radioaktivnih materijala. Rendgenska slika omogućuje zaključivanje o kvaliteti vara. Uključene troske ili pore, kao i greške u vezivanju i pukotine, mogu se tako utvrditi i po potrebi ukloniti.
Magnetno prostrujavanje – Izaziva se magnetsko polje u onom dijelu čelika koji se ispituje i tada se nanesene strugotine raspoređuju prema polju. Iz eventualnih nepravilnosti u magnetskom polju mogu se otkriti pukotine. Postupak je učinkovit naročito za pronalaženje površinskih pukotina, ali razmjerno neosjetljiv prema uključcima troske i porama, kao i prema pukotinama koje su u unutrašnjosti debljih ploča.
Ispitivanje ultrazvukom – Ultrakratki zvučni valovi reflektiraju se ne samo na graničnim plohama, nego i na razdjelnim plohama u unutrašnjosti kao npr. na naprslinama ili udvostručenjima.