8. GREŠKE U ZAVARENIM SPOJEVIMA 8.1. Greške u izradi zavarenih spojeva

Svaki tehnološki proces nosi stalnu opasnost od nastajanja određenih grešaka. Pod

greškama se smatraju one indikacije koje prelaze kriterije prihvatljivosti za pojedine tipove

grešaka. S obzirom na veliki broj utjecajnih čimbenika na kvalitetu zavarenih spojeva, na tu je

opasnost potrebno obratiti posebnu pozornost kako pri izradi zavarene konstrukcije, tako i u

njenoj eksploataciji. Postoje različite klasifikacije grešaka u zavarenim spojevima, a jedna od

njih je prema HRN EN 26520, pa se tako 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 (jako izraženo zarezno djelovanja),

- zaobljene greške (manje izraženo zarezno djelovanje),

- ravninske greške (može se zanemariti treća dimenzija greške) i

- prostorne greške (uzimaju se u obzir sve tri dimenzije greške).

5. Po veličini: - male greške,

- greške srednje veličine i

- velike greške.

6. Po brojnosti: - pojedinačne greške,

- učestale greške i

- gnijezdo grešaka.

Konstrukcijske greške nastaju zbog lošeg konstrukcijskog oblikovanja zavarene

konstrukcije (npr. zavarivanje u nepristupačnom i skučenom prostoru, loše oblikovanje detalja

na zavarenoj konstrukciji sa stajališta dinamičke izdržljivosti, i dr.).

Metalurške greške vezane su uz metalurške, termodinamičke i hidrodinamičke pojave

koji prate proces taljenja materijala, kristalizacije i hlađenja zavarenog spoja. Greške ovog

tipa mogu biti različite vrste pukotina, pore, uključci, troska, previše zakaljena struktura i dr.

Tehnološke greške posljedica su loše propisane tehnologije zavarivanja ili što je češći

slučaj u praksi, a to je da se kvalitetno propisana tehnologija zavarivanja ne provodi u

potpunosti pri zavarivanju konstrukcije. Da bi se osiguralo provođenje propisane tehnologije

zavarivanja kod odgovornijih zavarenih konstrukcija često puta je potreban nadzor (interni

i/ili eksterni) i praćenje kako stabilnosti procesa zavarivanja, tako i kvalitete rada pojedinih

zavarivača i pogona. Najčešće greške iz ove skupine su: zajede, naljepljivanja, nedostatak

provara, prokapljine, krateri, neodgovarajuće dimenzije zavarenog spoja i konstrukcije,

prevelike deformacije i napetosti, ...).

Daleko najopasnije greške 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 površinskim 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, pomoću odgovarajućih povećala i osvjetljenja).

Pukotine u unutrašnjosti lima mogu se otkriti ultrazvučno metodom.

Globalno gledajući, u praksi se najčešće susreću hladne pukotine, ali se jednako ozbiljno

trebaju shvatiti i ostale pukotine, jer svaka pukotina u uvjetima koji pogoduju širenju pukotine

može dovesti do otkaza zavarenog spoja ili proizvoda u eksploataciji.

Hladne pukotine 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. Kontrolu kvalitete metodama bez razaranja na zavarenim

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

inkubacijskim periodom nastajanja zakašnjelih hladnih pukotina), kod čelika 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 uzdužne osi zavarenog spoja, okomito

ili pod nekim kutem u odnosu na uzdužnu os zavarenog spoja. Tri su osnovna uzroka

nastajanja hladnih pukotina, a to su:

- sklonost materijala prema zakaljivanju (ocjenjuje se preko različitih 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 položaj zavarenog spoja na

konstrukciji, gustoći toplinskog toka i količini unešene energije) i

- količina difuzijskog vodika (može se eksperimentalno odrediti, npr. glicerinskom

metodom).

Za nastajanje hladnih pukotina nužna su sva tri navedena uzročnika, a vjerojatnost nastajanja

je tim veća što je veći 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 uzdužnu os zavarenog spoaj, pa se tako,

MIKROSTRUKTURA

VODIK

ZAOSTALE NAPETOSTI

KEMIJSKI SASTAV

DEBLJINA LIMA

UNOS TOPLINE

UTJECAJ OKOLINE

DODATNI MATERIJAL

PROCES ZAVARIVANJA

OBLIK ZAVARENOG SPOJA

UKLJUČCI

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

pukotinama. Prijelomna površina je svijetla, za razliku od toplih pukotina gdje dolazi do

površinske oksidacije toplih pukotina koje nastaju na povišenim temperaturama.

Ponekad vodik ostaje zarobljen u zavarenom spoju, ne izazove pukotine, ali se na površini

loma (napr. epruvete za ispitivanje vlačne čvrstoće, loma zavarenog spoja u eksploataciji, …)

mogu uočiti tzv. ”riblje oči” i “pahuljice”. To su mjesta gdje se nakupio vodik koji nije

efundirao iz zavarenog spoja, pa predstavljaju diskontinuitet u zavarenom spoju (smanjen

nosivi presjeka, zarezno djelovanje, …).

TEKKEN PROBA SA HLADNOM

PUKOTINOM VRH HLADNE PUKOTINE

METAL ZAVARA = ZONA TALJENJA

PRIJELAZNA ZONA (METAL ZAVARA - ZONA UTJECAJA TOPLINE)

OSNOVNI MATERIJAL ZONA UTJECAJA TOPLINE HIadna pukotina nastala pri ispitivanju zavarljivosti Tekken probom kod čelika povišene čvrstoće Nioval 50. Uz povećanje od 300 x daje se izgled vrha pukotine i mikrostruktura pojedinih zona zavarenog spoja.

Primjer hladne pukotine nastale u zoni utjecaja topline

Lokacije i orjentacije hladnih pukotina prema IIW (international Institute of Welding). Rastvorljivost vodika i dušika u čistom željezu prikazana je na sljedećoj slici. Sklonost hladnim pukotinama procjenjuje se analitički na osnovi različitih formula za ekvivalent ugljika (pokazuju sklonost zakaljivanju i nastajanju hladnih pukotina), a za eksperimentalno istraživanje postoji čitav niz laboratorijskih i pogonskih metoda.

Zona taljenja ili metal zavara (ZT)

Zona utjecaja topline (ZUT)

Osnovni materijal

Osnovni materijal

ZTT

ZTLZUTL

ZUTT

ZUTL

ZUTL

ZTT

ZTL

0

5

10

15

20

25

30

35

0,01

0,02

0,03

Rastvorljivost vodika, ml/100 grama metala zavara Rastvorljivost dušika, %

Temperatura, Co

0 300 600 900 1200 1500 1800

Dušik (N) u

Vodik (H) u

γ

α

δ

- Fe

- Fe

- Fe

- Feγ

H

N

približno 200 Co

U nastavku se daju češće korištene eksperimentalne laboratorijske i pogonske probe

zavarljivosti za procjenu sklonosti materijala prema nastajanju hladnih pukotina.

Implant metoda (daje kvantitativne pokazatelje, tzv. kritična implantacijska naprezanja).

Shematski prikaz uređaja za ispitivanje po Implant metodi

250

80 30 30 30 80

8

20

200

8,1

Izgled ispitne ploče za ispitivanje po Implant metodi

0 10 100 10000

2

4

6

8

10Implanti koji su pukli Materijal zavara

Implant

Vrijeme do loma, min

Opterećenje, KN

implantacijskoKritično

naprezanje

Implanti koji nisu pukli

16 sati x 60 min = 960 min

Dijagram opterećenja implant – epruveta tijekom vremena do loma

Trajanje opterećenja (min)

Sila (N)

Utezi

ZavarIspitna ploča

Ispitna epruveta(Implant)

Poluga

Kolotura

Oslonac

Registriranje trajanja opterećenja(maksimalno do 16 sati)

Kada se opterećenje podijeli sa površinom poprečnog presjeka implanta – epruvete, dobiju se

vrijednosti implantacijskog naprezanja. Ono naprezanje kod kojega 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

200

60 6080

Ispitni zavarPomoćni zavar(ukruta)

Pomoćni zavar(ukruta)

150

A

A

B

B

2 - 3

PRESJEK A - A PRESJEK B - B

60O60O

2

δ/2

δ/2

H

Hladna pukotina

Hc

Temperatura predgrijavanja, Co

20

405060

80

50 100 150 200 250 300

HcH

. 100, %

CTS (Control Thermal Severity – BS 709-1964) je metoda praktična za pogonska ispitivanja

sklonosti kutnih zavarenih spojeva prema hladnim pukotinama. Ova metoda simulira različite

modele vođenja topline (zavar uz rub ploče se brže hladi od onog koji je više udaljen od ruba

ploče). Moguće je između ploča postaviti napr. podložnu pločicu, pa se osjetljivost metode na

hladne pukotine značajno povećava. 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. Ovo je također kvalitativna

metoda ispitivanja zavarljivosti.

7676

188

100

Ispitni zavar

Ispitni zavar

Zavar za ukrućivanje

Zavar za ukrućivanje

Lehigh metoda je još jedna od metoda koje daju kvaliatativnu ocjenu zavarljivosti.

300

38 25

x

12,5

1,6 - 2

20°

R19

R6

6,3

200

12,5

Linija rezanja

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

temperaturama (npr. kod čelika od temperature kristalizacije do približno 900 °C), odnosno

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

uvjetima naprezanja zbog hlađenja zavarenog spoja osnovni uzročnik 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 površina svjetlija, kod

toplih pukotina prijelomna površina je tamna (zbog oksidacije površine 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 hlađenju rastaljenog

materijala u žlijebu zavara dolazi prvo do kristalizacije metala zavara, a eventualne nečistoće

ostaju zarobljene između 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 nečistoće.

DJELOMIČNO RASTALJENA ZONA

SMJER SKRUĆIVANJA

VLAČNO NAPREZANJE

Shematski prikaz nastajanja kristalizacijski segregacijskih pukotina

Primjeri toplih pukotina nastalih u proizvodnji.

v, mm/s

Rast kristala – dendrita u zoni taljenja

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 – nečistoća koje su raspoređene po granicama zrna

osnovnog materijala u zoni utjecaja topline (poput “tankog sloja filma”). Djelovanjem

naprezanja pri hlađenju zavarenog spoja, dolazi do nastajanja toplih pukotina podsolidusnog

ili likvacijskog tipa, na mjestima gdje su prisutne te nečistoće koje zbog utjecaja topline pri

zavarivanju djelomično ili potpuno rastaljene. Dakle, u zoni utjecaja topline nije došlo da

taljenja osnovnog materijala, ali je došlo do pada čvrstoće po granicama kristalnih zrna zbog

omekšavanja ili taljenja “tankih slojeva filma” od nečistoća.

Uzdužne tople pukotine u zoni taljenja

Uzdužne tople pukotine u zoni utjecaja toplinePoprečne tople pukotine u zoni taljenja

Poprečne tople pukotine u zoni utjecaja topline

Poprečne tople pukotine u smjeru debljine osnovnog materijala

Mehanizam nastajanja likvacijskog tipa pukotine

Djelimična kristalizacija

Luk

T -Temperatura kristalizacijezrna

1

2T -Temperatura kristalizacijenečistoća

Talina

Tekući film

TALJENJE NEČISTOĆA

Pritisak

Područje tekućeg filmaDjelimičnakristalizacija

Očvrsnuti šav

TalinaZatezanjeVruća

pukotina

Luk

VRUĆA PUKOTINA U OSNOVNOM MATERIJALU

TalinaZatezanje

Djelimična kristalizacijaPodručje tekućegfilma

Očvrsnutišav

VRUĆA PUKOTINA U ŠAVU Pojavljivanje toplih pukotina obzirom na odnos penetracije i širina zavara prema sadržaju ugljika u zavaru.

0,6

1,0

1,4

1,8

2,2

2,6

b/h

0,08 0,1 0,14 0,18%, C

0,22

Bez pukotina Pukotine

b

p

b

p

Fisco metoda za ispitivanje sklonosti toplim pukotinama

60°

30 MPa 30 MPa

6 MPa6 MPa

13080 ~~ 13080 ~~

a) b)

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

200180 ~~

Varestraint metoda za ispitivanje sklonosti prema poprečnim toplim pukotinama

200

A

F

C

100

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

a)

0,5 1,0 1,5 2 2,5

d

2R100%=ε

ε ( % )

Ukupna duljina pukotina (mm)b)

Transvarestraint metoda za ispitivanje sklonosti prema uzdužnim toplim pukotinama

350

F

100

R

Sh ik T i d

150

A

B

C

100

50

Lamelarno odvajanje ili slojasto trganje 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 unešene zavarivanjem. Lamelarno odvajanje može nastati

i kod debljih, ali isto tako i kod tanjih limova koji imaju strukturne nehomogenosti. Te su

nehomogenosti valjanjem dospjele u sredini lima, a kod djelovanja naprezanja (okomito na

smjer rasprostiranja nečistoća) uslijed hlađenja i skupljanja zavarenog spoja i materijala u

području utjecaja toline, dolazi do slojastog trganja. Ove se pukotine mogu pojaviti kod

neumirenih i poluumirenih čelika. Prisutnost nehomogenosti može se pokazati Baumann-

ovim testom.

Ako se zna da postoji sklonost osnovnog materijala prema lamelarnom odvajanju i ako ne

postoji mogućnost zamjene odgovarajućim materijalom koji nema sklonost prema

lamelarnom odvajanju, moguće je uz odgovarajuću tehnologiju zavarivanja, kontrolu i

osiguranje kvalitete smanjiti vjerojatnost nastajanja lamelarnog odvajanja.

Materijal koji se ispituje

Karakteristično područjelamelarnog cijepanja

Lokacija lamelarne pukotine u zavarenom spoju

Očekivane pukotine trganje u slojevima

ZUT

ZUT

Primjeri pukotine u smjeru osi zavarenog spoja uslijed lamelarnog odvajanja. a) pogled na pukotinu sa strane lica zavarenog spoja b) pogled na prijelomnu površinu

Window metoda – metoda za ispitivanje sklonosti prema lamelarnom odvajanju

a )

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

300350

75

75

150

1

23

4

l30

10

b )

30Pukotina

Anker šavovi

Ispitni šavovi45o

182

190

193

206

214

216

216 214 216

210

221219

212206

192

199183

193

221

225234

183205199

b

c

d

e

f

Pukotina nastala pri zavarivanju čelika Č.0563 EPP postupkom zavarivanja (a). Mikroskopska analiza (a do f) uz povećanje od 300 x pokazala je prisutnost velikog broja nemetalnih uključaka. Tvrdoće HV5 u zav. spoju (g) u očekivanim granicama.

Det Norske Veritas metoda (preporuke prema IIW)

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.

Ispitivani lim

Presjeci

Priprema epruveta prema Det Norske Veritas Cranfield metoda (test)

Pomoćni

lim

Lamelarno cijepanje

Lim koji se ispituje

120

60°

Shematski prikaz ispitivanja Cranfieldovim testom

7 do 12slojeva

100

34

7

zavar od

smjer deformacije pomoćnog lima

Pukotine zbog naknadnog zagrijavanja ili naknadne toplinske obrade zavarenoog spoja

najčešće nastaju u tzv. niskotemperaturnom području zbog prevelike brzine zagrijavanja (kada

postoji preveliki gradijent temperature u odnosu na površinu i sredinu zavarenog spoja) i pri

naglom hlađenju zavarenog spoja (također prevelik gradijent temperature na površini lima u

odnosu na sredinu lima).

Izgled pukotine u zavarenom spoju zbog naknadnog zagrijavanja

Poseban tip pukotina otkriven je ispod platiranog sloja, pa je po tome dobio i naziv. Ovaj je

tip pukotina sasvim slučajno otkriven kod čelika koji su platirani navarivanjem EP

postupkom. Izgled tih pukotina prikazan je na sljedećoj slici.

Prvi sloj Drugi sloj Treći sloj

Zona utjecaja topline (ZUT)

Zona taljenja (ZT)

Lokacija pukotina ispod platiranog slojaOsnovni materijal (OM)

smjerzavarivanja

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

Drugim slojem se postiže negativni efekt pregrijavanja u zoni utjecaja prvog navarenog sloja.

Tako gruba struktura ima loša mehanička svojstva, što može imati za posljedicu pojavu

pukotina ispod platiranog sloja (ima puno utjecajnih čimbenika, između ostaloga čelik koji se

platira (“crni čelik”) ima skoro dvostruko manji koeficijent linearnog istezanja u odnosu na

austenitnu plakaturu). Ove se pukotine mogu izbjeći primjenom dvoslojnog platiranja, tako da

se prvi sloj navaruje sa manjim toplinskim inputoma, a drugi sa većim toplinskim inputom

(time se postiže efekt normalizacijskog žarenja zone utjecaja topline prvog sloja).

0,1

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,8

- 0,1

- 0,7

- 0,6

- 0,5

- 0,4

- 0,3

- 0,2

- 0,8

0

10 100 1000Trajanje hlađenja od 800 do 500 C, to

8/5

Područje sklonosti pukotinamazbog ponovnog zagrijavanja(napr. normalizacija, platiranje, ...)

G = 3,3 Mo + 8,1 V + Cr + 8,1 V - 2 (prema autoru Ujii-u i dr.)

Ispitivanje sklonosti pukotinama zbog naknadnog zagrijavanja po metodi BWRA

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

32

19

30o

150 x 150 minimalno

76 do 150minimalno 25

13

37

temperaturi 600 do 690 oC. 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 CrMoV čelike.

Glavni parametri toplinske obrade zavarenih spojeva koji su uz vrstu i debljinu osnovnog

materijala, oblik i dimenzije zavarenog spoja ujedno utjecajni čimbenici kod nastajanja

pukotina usljed naknadnog zagrijavanja zavarenog spoja su:

• temperatura progrijavanja (Ts), ovisi o izabranoj toplinskoj obradi;

• vrijeme progrijavanja (ts), preporučuje se na osnovu izabrane temperature (npr. za

popuštanje zaostalih napetorti 2,5 min/mm debljine pri 600 oC);

• brzina zagrijavanja posebno je važna u niskotemperaturnom području radi mogućih

pukotina zbog prevelikog temperaturnog gradijenta (vh = 5000 / minimalna debljina u mm,

ali

mora zadovolji uvjet 50 < vh < 250 oC/h);

• brzina hlađenja je bitna kako od temperature toplinske obrade (značajna za toplinsku

obradu), tako i u niskotemperaturnom području zbog prevelikog gradijenta temperature

jer može doći do pojave pukotina (u niskotemperaturnom području vc = 6500 / minimalna

debljina u mm, ali mora zadovoljen uvjet 50 < vh < 250 oC/h).

Predgrijavanje, temperatura između prolaza, dogrijavanje. Svrha, potreba, izračunavanje To Predgrijavanje podrazumijeva zagrijavanje područja zavarivanja iznad temperature okoline,

na propisanu temperaturu To, prije početka zavarivanja, te održavanje te temperature za

vrijeme zavarivanja. Predgrijavanje je primarno unošenje topline u zavar, a kasnije se

izvorom energije zavarivanja (napr. el. lukom) sekundarno unosi toplina u zavar, pa su

konačni efekti rezultat primarnog i sekundarnog unošenja topline.

Ciljevi predgrijavanja

Najčešće (za nelegirane, niskolegirane i visokočvrste čelike) se predgrijavanje vrši u cilju

izbjegavanja hladnih pukotina, jer se predgrijavanjem postižu efekti suprotni onima, koji

uzrokuju hladne pukotine. Hladne pukotine uzrokuje krhka zakaljena struktura, difuzijski

vodik i reakcijska zaostala naprezanja. Predgrijavanjem se postižu ovi efekti:

a) Smanjenje brzine hlađenja ZUT i ZT u odnosu na veće brzine, ako se ne vrši

predgrijavanje. Smanjenjem brzine hlađenja se smanjuje količina tvrdih faza: (zakaljene

martenzitne ili nekih manje tvrdih struktura).

b. Omogućavanje izlaska (efuzije) difuzijskog vodika. Atomarni difuzijski vodik lakše

difundira kroz metalnu kristalnu rešetku pri višim temperaturama, jer je srednji razmak

između atoma metala veći.

Manja su zaostala naprezanja. Budući da je područje zavarivanja na višoj temperaturi, ono je

produženo za ∆l, pa će stezanje sredine zavara nakon hlađenja ∆l biti manje, nego ako nije

bilo predgrijavanja, pa će i rezultirajuća zaostala naprezanja biti manja.

Ako se pretpostavi da se može izdvojiti zavar od okolnih limova, tada bi on nakon hlađenja

bio kraći od okoline (HLADNO). Budući da je vezan za okolinu, rezultat su zaostala

naprezanja na vlak u sredini zavarenog spoja i naprezanja na tlak u susjednim zonama.

Predgrijavanjem se hladna okolina također istegne, pa će se pri hlađenju skraćivati zajedno

sa sredinom zavara, ali za manju veličinu, što ima za posljedicu manje zaostale napetosti uz

predgrijavanje.

Tipični slučajevi predgrijavanja: Pri zavarivanju martenzitnih čelika (npr. 12 % Cr) predgrijava se područje zavarivanja na

temperaturu iznad Ms, da bi ZT i ZUT bili tijekom zavarivanja u području strukture austenita.

Nakon zavarivanja se namjerno vrši hlađenje ispod Mf, da bi se struktura pretvorila u igličasti

krhki martenzit (600 HV), koji se kasnije popuštanjem raspada, pa se postiže žilava struktura

raspadnutog martenzita. U ovom slučaju nije cilj predgrijavanja izbjegavanje krhke

martenzitne strukture nakon zavarivanja, nego tijekom zavarivanja. I kod ovih čelika

predgrijavanje ima za cilj olakšanje izlaska difuzijskog vodika i smanjenje zaostalih

naprezanja.

Pri zavarivanju niskolegiranih čelika, napr. Cr-Mo (do 2.5 % Cr i do 1% Mo) preporuča se da

se predgrijavanje nakon zavarivanja ne prekida, nego se u nastavku temperatura podigne i

vrši se toplinska obrada popuštanja tvrdoće. Na taj način se:

• olakša izlazak difuzijskog vodika,

• manja su toplinska naprezanja zbog hlađenja i grijanja,

• štedi se energija i vrijeme.

Pri zavarivanju visokočvrstih mikrolegiranih i niskolegiranih čelika (HSLA) temperatura

predgrijavanja To ne smije biti niti suviše visoka, niti niska, nego se se mora držati u strogim

granicama To min i To max (To max = Tm ... temperatura između prolaza) napr. 150-220 oC.

Preniska temperatura predgrijavanja može dati pretvrdu i krhku strukturu, a previsoka

grubozrnatu i krhku strukturu uz omekšanje pojedinih zona.

Pri zavarivanju austenitnih čelika, napr. 18/8 tipa, zabranjuje se predgrijavanje, jer je štetno.

Potrebno je što kraće vrijeme hlađenja zavara kroz područje 850-450 oC, u kojem se izlučuju

krhki Cr karbidi na granicama zrna, a koji su uzrok kasnije interkristalne korozije u prisustvu

agresivnih medija u eksploataciji. Čak se preporuča dodatno hlađenje zavara vodom da bi

hlađenje bilo brže. Temperatura pri zavarivanju svakog prolaza se također ograničava na napr.

najviše 100 oC. Time se osigurava brže hlađenje zavara i izbjegavanje stvaranja Cr karbida.

Određivanje temperature predgrijavanja

Na koju temperaturu je potrebno zonu zavarivanja predgrijati i da li je uopće potrebno vršiti

predgrijavanje (ili dovoljna temperatura metala, koja je jednaka temperaturi okoline) određuje

se na temelju:

• Preporuka iz literature i/ili iskustva.

• Probama sklonosti hladnim pukotinama: implant, CTS, Tekken i druge... Na probama se

mjeri veličina i broj pukotina, ako se pojave.

• Kvalifikacijom (atestom) postupka. Zavaruju se probni uzorci uz preporučene uvjete:

temperatura predgrijavanja, temperatura između prolaza, toplinski input, količina

difuzijskog vodika, debljina materijala, geometrijski oblik predmeta (lim, cijev, upetost). Iz

zavarenih uzorka se izrezuju palice za utvrđivanje svojstava: Rm, Re, A5, Z, Kv, dinamička

čvrstoća, čvstoća na puzanje, otpornost na razne vrste korozije, tvrdoća ... Koja svojstva će

se mjeriti ovisi o otkazu, koji je moguć na proizvodu: krhki lom (Kv), žilavi lom (Rm),

trajne deformacije (Re), lom zbog umora (dinamička čvrstoća) i drugi. Ako na uzorcima

dobijemo zadovoljavajuće rezultate, tada se smatra da su uvjeti zavarivanja uključujući

temperaturu predgrijavanja To i temperaturu između prolaza Tm dobro izabrani.

• Proračunima temperature predgrijavanja prema Ito i Bessyo, Seferianu, ili drugim

autorima. Formule i način određivanja temperature predgrijavanja su dane u poglavljima za

mikrolegirane, niskolegirane i martenzitne čelike. Da li treba predgrijavati i na koju

temperaturu ovisi o kemijskom sastavu materijala (OM i DM) koji se izražava

ekvivalentom ugljika (Ce), debljini materijala, broju smjerova odvođenja topline, upetosti

i sadržaju difuzijskog vodika.

• Preporuke za predgrijavanje za slučajeve kada proračun ili probe ne traži predgrijavanje.

Ako je temperatura okoline ispod + 5 oC, tada se preporuča predgrijavanje na temperaturu

60-80 oC, da bi materijal bio žilaviji čime se smanjuje opasnost krhkog loma, inicijacije i

propagacije pukotina zbog zaostalih naprezanja. Ako materijal ima dobru žilavost pri

niskim temperaturama može se odustati od ovog predgrijavanja. Prije početka zavarivanja

pri niskim temperaturama poželjno je predgrijavanje na 15-50 oC da bi se odstranila

kondenzirana vlaga s površine metala. Ovakvo predgrijavanje može biti samo početno, jer

će se kasnije materijal dovoljno zagrijati zavarivanjem.

• Pri zavarivanju pripoja (heftova) i kratkih zavara

Preporuke i formule za predgrijavanje vrijede za stacionarne uvjete zavarivanja koji se

ostvaruju na dovoljno dugim zavarenim spojevima. Drugačiji, nepovoljniji se uvjeti

javljaju na pripojima, počecima prolaza, nastavcima prolaza, kao i na završecima. Zato se

napr. za pripoje, koji su uvijek kratki, preporuča temperatura predgrijavanja 20-40 oC viša

od temperature predgrijavanja propisane za zavarivanje. Viša temperatura predgrijavanja

za pripoje i kratke zavare se može sažeto obrazložiti slijedećim činjenicama:

a. Na kratkim zavarima se ne uspostavlja stacionarno (kvazistacionarno) temperaturno polje.

Napr.brzine hlađenja su veće. Za REL zavarivanje se može uzeti da se nakon oko 50 mm

dužine prolaza uspostavlja stacionost uvjeta dovođenja i odvođenja topline. Kod

automatskog EP zavarivanja ta dužina je veća, oko 200 mm.

b. Reakcijska zaostala naprezanja od stezanja su zbog malog nosivog presjeka pripoja velika,

pa je vjerojatnost hladnih

pukotina na pripojima i kratkim malim zavarima povećana.

c. Elektrode za REL zavarivanje su na početku hladnije, s više vlage, koja može na početku

zavara uzrokovati pukotine i/ili poroznost.

Jedan praktičan način za izbjegavanje grešaka odnosno loše kvalitete zavara na počecima i

završecima zavara je postavljanje “produžnih ploča”, koje se kasnije odrezuju i odstranjuju

skupa s početnim i završnim (kraterske pukotine) dijelovima zavara.

Potrebno je zagrijati šire područje zavarivanja na temperaturu predgrijavanja, a ne samo

rubove spoja. Što je zona predgrijavanja šira, bit će temperaturni gradijent manji i manja će

biti termička naprezanja pri predgrijavanju. Preporuča se širina zone predgrijavanja 3-4

debljine lima sa svake strane spoja kako je prikazano na sljedećoj slici.

4 s 4 s

As

Širina zone predgrijavanja

4 s 4 sŠirina zone predgrijavanja

Mjereći od ruba žlijeba preporučuje se

širina predgrijavanja na svaku stranu

4 debljine, ali ne više od 30 mm.

Za debljine preko 50 mm treba posebno

odrediti širinu zone predgrijavanja

( Prema DIN 32524 )

Mjerenje temperature predgrijavanja se vrši u zoni širine 4s, a temperature između prolaza na mjestu A. Temperatura između prolaza Tm se kontrolira neposredno prije zavarivanja slijedećeg

prolaza, sl. 7.29 u točki A. Tm je ustvari maksimalno dopuštena temperatura predgrijavanja To

max. Tm i To su temperature metala i nije dobro ako se jače razlikuju. Tako se za visokočvrste

čelike preporuča Tm = To max = 220 oC. Za niskolegirane čelike, koji su manje osjetljivi se

preporuča Tm = 400 - 500 oC.

Dogrijavanje se provodi nakon završetka zavarivanja nastavljajući grijanje područja

zavarivanja na temperaturi 200-300 oC u trajanju oko 2 h. Cilj ove naknadne toplinske obrade

je omogućavanje izlaska difuzijskog vodika iz ZUT i ZT da se smanji vjerojatnost pojave

hladnih pukotina u inkubacijskom periodu. Više temperature, do 500 oC i duže vrijeme daju

bolji efekt izlaska vodika. Dogrijavanje se provodi kao nastavak predgrijavanja uz obično

nešto višu temperaturu. Dogrijavanje se često primjenjuje pri zavarivanju visokočvrstih

čelika.

Određivanje temperature predgrijavanja. Ukoliko nema podataka iz proteklih procesa

zavarivanja ili podataka iz literature, prvi je korak korištenje jedne od računskih metoda za

određivanje minimalno potrebne temperature predgrijavanja. Tako je za čelike povišene

čvrstoće pogodna metoda autorima Ito i Bessy-u. Po ovoj metodi potrebno je za proračun

temperature predgrijavanja uzeti u obzir mikrostrukture, vodika i vlačnih reakcijskih

naprezanja da bi se spriječila pojava hladnih pukotina.

Karakteristični radiogrami pojedinih tipova grešaka

Smaknuće

Smaknuće sa nedostatkom provara

Nedovoljna debljina

Prevelik provar

Zajedi

Brazda u korijenu

Nedostatak provara (blago neprovaren korijen)

Šupljine uslijed skupljanja u korijenu

Nedostatak provara (oštro neprovaren korijen)

Pojedinačni uključci troske

Nedostatak taljenja

Mjestimično naljepljivanje između osnovnog materijala i metala šava

Pojedinačni plinski mjehuri

Gnijezdo plinskih mjehura

Izduženi plinski mjehuri i šupljine

Poprečne pukotine

Uzdužne pukotine

Uzdužne pukotine u korijenu

Uključci volframa

Izvor: /Radiographer's weld interpretation reference, AGFA/