Osnove tehnike varjenja
Varjenje je spajanje kovin istega ali podobnega sestava pod vplivom toplote z dodatkom ali brez dodatka iste ali podobne kovine. S pomočjo varjenja se deli neločljivo medsebojno povežejo, tako da nastane enotna celota. Dobro varjenje predpostavlja intimen spoj, ki se doseže le tedaj, če se na mestu varjenja tali tudi osnovni material (cona vara).
Elektroobločno varjenje
Za jeklene konstrukcije pride v prvi vrsti v poštev obločno varjenje, pri katerem se potrebna toplota dobi z električnim plamenskim lokom. Plamenski lok nastane med osnovnim kosom in tako imenovano elektrodo, ki se pri tem tali in daje dodajni material. Pravilna izbira dodajnega materiala (elektrode) najbolj vpliva na lastnosti varjenega spoja. Elektrode se izbirajo glede na značilno trdnost osnovnega materiala, ki se vari. Izbira elektrod, določanje varilnih pogojev predpostavlja strokovno znanje, zato je bila ustanovljena institucija posebej izobraženih “inženirjev specialistov za varilno tehniko”, katerih naloga je med drugim nadzirati varilna dela in redno ponavljati atestacije varilcev.
Plynové zváranie a rezanie
Pri plinskem varjenju se potrebna toplota proizvaja s zgorevanjem plina, tako da se osnovni in dodajni material stalita. Pomembnejše je rezanje. Rezalnik ima poleg toplotne cevi, ki deluje enako kot pri varjenju, še eno cev za rezanje s kisikom. S toplim plamenom segreto jeklo se prežge in izpiha s tokom kisika. Rezanje daje gladke in natančne površine, ki so za številne namene jeklenih konstrukcij dovolj brez nadaljnje obdelave.
Varivost
Pri ocenjevanju zvarnih spojev je treba upoštevati, da se lahko med varjenjem bistveno spremeni sestava dodajnega in tudi osnovnega materiala. Velik pomen ima tudi sprememba strukture – med staljenim zvarom in nespremenjenim osnovnim materialom je glede na stopnjo toplotnega učinka območje različne strukture in s tem različnih lastnosti. Ob zvaru je območje, v katerem se je osnovni material talil (talilno območje) in kjer se vzpostavi spoj med območjem varjenja in osnovnim materialom. Okolno območje materiala je prav tako še močno segreto, čeprav tam tališče ni več doseženo. V tem območju pregrevanja se pojavijo velike spremembe strukture, tako da je pogosto odločilno za lastnosti celotnega zvarnega spoja.
Pokanje zvara pomeni pojav razpok v zvaru, ki nastanejo neposredno po varjenju še pri visoki temperaturi ali morda šele pri hlajenju v območju modrega žarenja (okoli 300oC). Pokanje je v veliki meri lastnost elektrod, pojavlja se skoraj samo pri obloženih elektrodah, ki so prav posebno pomembne za jeklene konstrukcije. Za nastanek razpok morata biti izpolnjena dva pogoja, in sicer visoke napetosti zaradi varilnega procesa ali drugih zunanjih vzrokov ter povečanje togosti materiala.
Poleg metalurških sprememb v sestavi in strukturi materiala so pomembni tudi fizikalni procesi, ki so povezani z velikimi količinami toplote, ki se pri varjenju dovajajo materialu, in pri tem doseženimi visokimi temperaturami. Segrevanje ne poteka enakomerno, temveč le v ozko omejenih območjih. S segrevanjem povezana toplotna dilatacija je preprečena z notranjimi napetostmi segretega območja zaradi nezagretega materiala. Poleg tega nastopi še zunanja obremenitev, ker je treba dele pri varjenju trdno stisniti, zato se pri segrevanju pojavljajo plastična stiskanja. Pri ohlajanju se zvar in njegova okolica najbolj krčita (krčenje). Pri ohlajanju morajo zaradi preprečenega raztezanja nastati prisilne napetosti (napetosti zaradi krčenja). S predhodnim segrevanjem delov, ki se varijo, na 200 oC do 300 oC se lahko ohlajanje precej upočasni. Zaradi zmanjšanja učinka kaljenja se doseže boljša oblikovanost strukture, utrjevanje pa je manjše.
Preizkušanje materialov in varilskih del
Všeobecne: Keďže kvalita zváraných prác závisí od radu okolností a v neposlednom rade aj od zručnosti a spoľahlivosti odborného pracovníka, je potrebné presné sledovanie a skúšanie všetkých zváračských prác. Zo skúšok sa uvádzajú tie na zistenie zvariteľnosti materiálov a elektród, porovnanie podmienok zvárania a postupov zvárania pre daný prípad, skúšky vzoriek atď.
Obr. 1 - Skúška ohybom zvarového švu
Preizkus upogibanja zvarnega spoja: To je preizkus upogibanja enostavnega nosilca pravokotnega preseka (sl. 1), na katerem je polkrožno obdelan vzdolžni žleb v nateznem vlaknu ponovno zvarjen z enim slojem, in sicer pri sobni temperaturi. Zvar povzroči močno zmanjšanje deformabilnosti, zato se preizkušanci pogosto lomijo povsem krhko in nenadno. Kot upogiba je pri tankih ploščah večji, z večanjem debeline plošče pa se zmanjšuje.
Žilavost pri zarezu: Pri preizkusu upogibanja zvara se razpoke večinoma najprej pojavijo v zvaru, tako da nastopi krhek lom. Osnovni material mora biti sposoben prevzeti obremenitev, ki nastane nenadno pri krhkem pokanju zvara. Zahtevati je treba, da se razpoka v območju zvara ne širi hitro niti skozi osnovni material, temveč da sme napredovati le počasi. Osnovni material mora biti dovolj žilav, da prevzame to nenadno obremenitev, in ta sposobnost mora ostati v zadostni meri tudi pri nizkih temperaturah. Žilavost pri zarezu, pa tudi druge mehanske lastnosti, so v veliki meri odvisne od temperature, pri kateri se preizkus izvaja. Pri nizkih temperaturah, npr. pod 0 oC, lahko pade na del vrednosti pri 20 oC. Položaj tega nenadnega padca je pomemben za oceno materiala. Za varjene jeklene konstrukcije se danes zahteva material z dobro odpornostjo proti staranju, tj. visoka zarezna udarna žilavost pri hladno vlečenih preizkušancih.
Sl. 2 - Deformacija pri napetostnem stanju zareze
Trdota: Velik pomen imajo pojavi trdote v območju varjenja. Pomembno je poznavanje porasta trdote, saj raztezanje pri pretrgu hitro upada z naraščanjem trdote (sl. 3), medtem ko natezna trdnost σB narašča skoraj sorazmerno z Brinellovo trdoto HB. Za konstrukcijska jekla je približno σB = 0,36*HB. Primer trdote glavnega kotnega zvara I-nosilca je prikazan na sl. 4. V prehodnem območju obstajajo na zelo majhnih razdaljah velike razlike v trdoti. Potek trdote je odvisen od oblikovane strukture. σ-ε-l črta se podobno spreminja s trdoto kot tudi napetostno stanje zareze (sl. 2).
Sl. 3 - Brinellova trdota in raztezek
Sl. 4 - Trdote v območju zvara v vratu enega varjenega I-nosilca
Neporušitveno preskušanje gotovih varjenih spojev
Prosojnost – Pri prosojitvi majhnih debelin je mogoče rentgensko sliko narediti vidno na enem zaslonu. Namesto rentgenskih žarkov se lahko uporabljajo gama žarki radioaktivnih materialov. Rentgenska slika omogoča sklepanje o kakovosti vara. Vključeni žlindra ali pore, pa tudi napake v spoju in razpoke, se tako lahko ugotovijo in po potrebi odstranijo.
Magnetno posipavanje – V delu jekla, ki se preizkuša, se vzbudi magnetno polje, nato pa se naneseni opilki razporedijo po polju. Iz morebitnih nepravilnosti v magnetnem polju je mogoče odkriti razpoke. Postopek je zlasti učinkovit za iskanje površinskih razpok, vendar je razmeroma neobčutljiv za vključke žlindre in pore, pa tudi za razpoke v notranjosti debelejših plošč.
Preiskava z ultrazvokom – ultrakratki zvočni valovi se odbijajo ne le na mejnih površinah, temveč tudi na ločilnih površinah v notranjosti, na primer na razpokah ali dvojitvah.