1. Uvod

U razvoju metalne industrije značajno mjesto zauzima način spajanja metala i njihovih legura. Između mnogih načina spajanja posebice se ističe jedan. Zavarivanje.

Zavarivanje je spajanje dvaju ili više istorodnih ili raznorodnih materijala, taljenjem ili pritiskom sa ili bez dodavanja dodatnog materijala na način da se dobije homogeni zavareni spoj.Zavarivanje ima neograničeno područje primjene u proizvodnji gotovo svih metalnih proizvoda. Svoju primjenu nalazi u automobilskoj, zrakoplovnoj, građevinskoj, strojarskoj, energetskoj industriji, odnosno kao najekonomičniji način spajanja metala našlo je svoju primjenu u gotovo svakoj oblasti ljudske proizvodnje.

1

2. Osnovni pojmovi i definicije

Osnovni materijal je materijal koji se zavaruje. To je materijal od koga su izrađeni dijelovi koje treba spojiti.

Dodatni materijal je materijal koji prije zavarivanja ne pripada dijelovima koji se spajaju nego se dodaje pri procesu zavarivanja, topi se zajedno s osnovnim materijalom i tako popunjava prostor na mjestu spoja.

Žlijeb je prostor između dijelova pripremljenih za zavarivanje. Dijelovi koji se zavaruju postave se jedan do drugoga na određenom razmaku. Taj prostor između njih naziva se žlijeb. Ovisno o obliku poprečnog presjeka žlijeb može biti različit i imati različite nazive. (I-žlijeb, V-žlijeb, X-žlijeb).

Zavar je očvrsnuti rastopljeni materijal nastao topljenjem osnovnog i dodatnog materijala u samo jednom prolazu. Zavar koji se prvi izvodi naziva se korjeni zavar. On se polaže u korijen žlijeba. Ostali se nazivaju ispuna.

Šav je očvrsnuti rastopljeni metal koji je nastao prilikom topljenja osnovnog i dodatnog materijala pri jednom ili više zavara.

Zavareni spoj je cjelina ostvarena zavarivanjem koja obuhvata dodirne dijelove osnovnog materijala. Njegov oblik ovisi od međusobnog položaja dijelova pa tako imamo sučeoni spoj, preklopni spoj, kutni spoj, križni spoj itd.

Zavarljivost je sposobnost materijala da se može zavariti. To je pojam pomoću kojegse izražava osobina osnovnog materijala. Za onaj materijal koji se može zavarivati bez posebnih problema, s tim da zavareni spoj ima osobine kao osnovni spoj ili još bolje kažemo da takav materijal ima dobru zavarljivost. U suprotnom kažemo da ima otežanu zavarljivost.

2

3. Povijest zavarivanja

Povijest zavarivanja metala započela je prije nekoliko tisuća godina još u brončanom i željeznom dobu na prostorima današnje Europe i Bliskog istoka. Prvi i najstariji postupak zavarivanja je kovačko zavarivanjekoje se razvilo kao sastavni dio vještina kovača, zlatara i ljevača pri izradi oruđa za rad, oružja, nakita i građevina. Kovačko zavarivanje svoj vrhunac je doživjelo u srednjem vijeku.

Otkrića acetilena i električnog luka su presudna za nastanak modernih postupaka zavarivanja. Električni luk između ugljene elektrode i metala prvi koristi Nikolaj Bernardos 1882. godine. Postupak je patentiran 1885. u Engleskoj a 1887. u SAD. 1907. švedski znanstvenik Kjelberg prvi patentira i primjenjuje metalnu elektrodu sa mineralnom oblogom.

Početkom 20-og st. prvi puta se zavaruje plinskim plamenikom koji je koristio kisik i vodik. Kasnije se razvilo zavarivanje kisik acetilenskim plamenom.1914. izgrađen je prvi brod u potpuno zavarenoj izvedbi. Zavarivanje topivom elektrodom pojevljuje se 1920. godine. H.M. Hobart 1926. godine prvi je upotrijebio inertni plin i plinsku mlaznicu. 1920. godine upotrebom helija stvara preduvjete da bi 1941. nastao TIG (Tungsten Inert Gas) postupak namjenjen zrakoplovnoj industriji za zavarivanje lakih metala.1948. godine pojavljuje se MIG (Metal Inert Gas) postupak, a 1953. zavarivanje MAG (Metal Active Gas) postupkom sa CO2 aktivnim plinom.U drugoj polovici 20-og stoljeća razvijaju se razni postupci zavarivanja kao što su zavarivanje trenjem (1956.), zavarivanje ultrazvukom (1960.), zavarivanje laserom (1960.), zavarivanje plazmom (1961.) i mnogi drugi.

Prvo podvodno zavarivanje izvedeno je u Rusiji 1932., aprvo zavarivanje u svemiru izvršeno je 1969. godine na sovjetskom svemirskom brodu Sojuz 6.

3

4. Postupci zavarivanja

Uobičajena podjela postupaka zavarivanja je podjela na postupke zavarivanja topljenjem i postupke zavarivanja pritiskom.

Ova se podjela dobiva preko toplotne energije. Ukoliko je toplotna energija tolika da se dijelovi na mjestu spoja tope i nakon skrućivanja vežu u jednu cjelinu onda je to zavarivanje topljenjem. Ukoliko je ta energija niža onda, pa se osnovni materijal ne topi onda je potrebno izvršiti spajanje međusobnim pritiskanjem dijelova odnosno izvšiti zavarivanje pritiskom.

Zavarivanje topljenjem je spajanje metalnih dijelova u rastaljenom stanju na mjestu spajanja, s korištenjem ili bez dodatnog materijala, bez djelovanja pritisaka ili udaraca.

Zavarivanje pritiskom je spajanje metalnih dijelova pritiskom, bez ili uz lokalno zagrijavanje uglavnom bez korištenja dodatnog materijala.

Zavarivanje topljenjem, s obzirom na način zagrijavanja mjesta spoja djeli se na:- plinsko zavarivanje- elektrolučno zavarivanje- zavarivanje pod troskom- aluminotermijsko zavarivanje- zavarivanje elektronskim snopom- zavarivanje laserom- zavarivanje plazmom

S obzirom na vrstu primjenjenog izvora topline, koja je potrebna da se osnovni materijal dovede u omekšano stanje zavarivanje pritiskom dijelimo na:

- kovačko zavarivanje- plinsko zavarivanje pritiskom- elektrootporno zavarivanje- aluminotermijsko zavarivanje pritiskom- indukciono zavarivanje- zavarivanje trenjem- zavarivanje eksplozijom- zavarivanje ultrazvukom

4

4.1 Kovačko zavarivanje

Kovačko zavarivanje je najstarija vrsta zavarivanja metala, koja je svoj vrhunac dosegla u srednjem vijeku. Dijelovi koji se spajaju prvo se zagriju u kovačkoj vatri na određenu temperaturu, odnosno do „bijelog usijanja“. Ukoliko je potrebno dijelovi se posipaju određenim prahom za čišćenje. Udarcima čekića po mjestu spoja istiskuju se s dodirnih površina rastaljeni oksidi ili troska, te se sučeljavaju čiste metalne površine. Tada počinju djelovati međuatomske sile između dijelova te nastaje čvrsti zavareni spoj.

Najbolje oštrice u srednjem vijeku rađene su od niskougljčnog čelika, te bi se na njihove rubove kovački zavarivale trake od visokougljičnog čelika koje bi uz određenu toplinsku obradu davale tvrde čvrste i oštre bridove.

Prvi zapisi o kovačkom zavarivanju željeza i dolaze iz Grčke. U njima se spominje da je kovačko zavarivanje korišteno u 6. stoljeću prije Krista za izradu postolja posuda.

4.2 Plinsko zavarivanje

Plinsko zavarivanje spada u grupu zavarivanja topljenjem gdje se osnovni i dodatni materijal tope plamenom koji nastaje izgaranjem gorivog plina s čistim kisikom ili kisikom iz zraka. Kao gorivi plin koriste se acetilen, propan, butan i vodik. Najtopliji plamen daje izgaranje acetilena s čistim kisikom (3100°C), koji se najčešće primjenjuje.

Mješanje gorivog plina i kisika vrši se u plameniku. (slika 1)

Oprema za plinsko zavarivanje sastoji se od boce gorivog plina, boce kisika, redukcijskih ventila, plamenika i dodatnog materijala.

Plinskim zavarivanjem zavaruje se čelik, sivi lijev, bakar, aluminij te njihove legure.

Sam postupak je jednostavan, oprema je relativno jeftina ali je brzina zavarivanja mala.

5

Kisik se skladišti u plavim bocama pod tlakom od 150 bar, a acetilen u bijelim pod tlakom od 15 bar.

Slika 1: Plinski plamenik

4.3 Elektrolučno zavarivanje

Elektrolučno zavarivanje je jedno od najčešće upotrebljavanih postupaka zavarivanja u praksi. Izvor energije za zavarivanje je električni luk.Pri zavarivanju sa topljivom elektrodom onda je ona ujedno i dodatni materijal, a kod korištenja netopljive elektrode može se zavarivati sa ili bez dodavanja dodatnog materijala. Elektrode mogu biti gole, obložene ili punjene.Dodatni materijali i elektrode su standandizirani za pojedini način zavarivanja te za materijal koji se zavaruje. Također i priprema zavarenih površina je standardizirana.

6

Električni luk se može uspostaviti u zraku, neutralnim (inertnim) plinovima (argon, helij), u aktivnim zaštitnim plinovima (ugljik dioksid), pod troskom (mineralni prašci) te u posebnim okolnostima kao što su podvodno zavarivanje i zavarivanje u vakuumu.

Elektrolučno zavarivanje možemo podijeliti na zavarivanje s topljivom elektrodom i zavarivanje s netopljivom elektrodom.

Pod zavarivanje s topljivom elektrodom spadaju: – ručno elektrolučno zavarivanje– zavarivanje MIG postupkom– zavarivanje MAG postupkom– zavarivanje pod praškom– zavarivanje pod troskom

Postupci zavarivanja s netopljivom elektrodom su:– zavarivanje TIG postupkom– zavarivanje plazmom

Slika 2: Šema uređaja za elektrolučno zavarivanje sa zaštitnim plinom

7

4.4 Elektrootporno zavarivanje

Elektrootporno zavarivanje je način zavarivanja električnom energijom gdje se koriste pritisak i toplina.

Toplina nastaje zbog velikog električnog otpora na mjestu dodira zavarenih površina. Ta toplina naziva se Jouleova toplina.

Ovaj postupak je brz, čist i radi se bez dodatnog materijala. Elektrootporno zavarivanje se koristi za zavarivanje tankih limova (do 6mm). Ovaj postupak zavarivanje se može relativno jednostavno automatizirati i robotizirati.

Elektrootporno zavarivanje dijeli se na:– točkasto zavarivanje– bradavičasto zavarivanje– šavno zavarivanje– indukcijsko zavarivanje

4.5 Zavarivanje eksplozijom

Zavarivanje eksplozijom je spajanje metala pritiskom u hladnom stanju. Koristi se udarni val eksplozije brzine (do 6500m/s) veće od brzine zvuka i velike energije (tlak do 100 000 bar) tako da se materijal rastali i dijelovi zavare u spoj.Sam postupak je kratkotrajan, ali je potrebna duža priprema.Zavarivanjem eksplozijom zavaruje se čelik, aluminij, bakar, titan, cink i dr.

8

5. Greške u zavarenim spojevima

Svi tehnološki postupci nose opasnost od nastajanja određenih pogrešaka. Na kvalitetu zavarenog spoja utječe veoma velik broj čimbenika kao što su sam odabir postupka zavarivanja, količina i koncentracija ulazna topline, zavarljivost osnovnog materijala, geometrija zavarenog spoja te sam varioc ukoliko se ne radi o automatiziranom ili robotiziranom postupku zavarivanja. S obzirom na velik broj faktora koji utječu na kvalitetu zavarenog spoja i mogućnost pogreške je velika.

Jedna od klasifikacija grešaka u zavarenom spoju dijeli greške na greške nastale u procesu izrade i greške u eksplotaciji zavarenog spoja.

Greške u zavarenom spoju koje nastaju prilikom izrade možemo podijeliti s obzirom na:

- uzrok nastajanja greške (konstrukcijske,metalurške i tehnološke greške)- vrstu greške (plinski uključci, uključci u čvrstom stanju, nedostatak provara,

pukotine, greške oblika i dimenzija)- greške položaja (unutrašnje greške, površinske i podpovršinske greške, greške

po cijelom presjeku)- greške po obliku (kompaktne, izdužene, oštre,zaobljene, ravninske i prostorne

greške)- greške po veličini (male, srednje i velike greške)- greške po brojnosti (pojedinačne, učestale i gnijezdo grešaka)

Da bi ispitali kvalitetu zavara postoje razne kontrole, a dijele se na kontrole bez razaranja i kontrole s razaranjem.Neke od kontrola bez razaranja su vizuelna kontrola, penetrantska kontrola, magnetna kontrola, ultrazvučna kontrola i radiografska kontrola.U kontrole s razaranjem spadaju vlačne kontrole na kidalici, mjerenja tvrdoće, tlačne probe s razaranjem, različita korozijska ispitivanja itd.

9