Zone zavarenog spoja (Z): zona taljenja (ZT), zona utjecaja topline (ZUT).

Zavareni spoj (Z) se sastoji od zone taljenja ZT i zone utjecaja topline ZUT (ZUT se naziva i "prelazna zona").

Zona taljenja (ZT) je onaj dio zavarenog spoja koji je za vrijeme zavarivanja bio rastaljen i u kojem je došlo do pojave kristalizacije i do skrućavanja. Može se sastojati od samo osnovnog materijala ili mješavine osnovnog i dodatnog materijala.

Zona utjecaja topline (ZUT) je dio osnovnog materijala, koji se nalazi neposredno uz rastaljenu zonu, a gdje dolazi do promjene kristalne strukture i mehaničkih svojstava zbog topline unešene zavarivanjem.

Zona taljenja

U kapljicama rastaljenog metala i kupki zavara dolazi do sličnih pojava kao pri proizvodnji - taljenju metala u pećima. Javlja se međusobno djelovanje rastaljenog metala, troske i okolne atmosfere. Djelovanjem izvora topline dolazi do izgaranja pojedinih elemenata: C, Mn, Si, Cr, Ni, Ti i drugih ili je pak moguće iz troske (obloga elektrode, prah) dolegirati rastaljeni metal raznim elementima. Zbog utjecaja atmosfere oko rastaljenog metala i sastava rastaljenog metala dolazi u većoj ili manjoj mjeri do stavaranja oksida, nitrida, karbida, karbonitrida, sulfida, eutektika, intermetalnih spojeva i drugih faza. Metalna kupka se može sastojati samo od osnovnog materijala, ako ne koristimo dodatni materijal, ili najčešće, od mješavine dodatnog i osnovnog materijala, jer pri zavarivanju dolazi do taljenja rubova koje zavarujemo. Kod lemljenja ZT se sastoji samo od dodatnog materijala.

Kasnije dolazi do kristalizacije - skrućavanja kupke i taj dio spoja nazivamo zona taljenja. Daljim hlađenjem u ZT, ovisno o vrsti metala, može doći do strukturnih promjena, izlučivanja različitih faza i pojave grešaka (pore, pukotine).

Konačni kemijski sastav i kristalna struktura ZT moraju se naći u određenim granicama kao napr. kod lijevanog čelika, da bismo postigli određena mehanička, antikorozijska i eventualno neka druga svojstva.

Kod zavarivanja pod pritiskom do spajanja dolazi difuzijom pored koje se može javiti i kristalizacija, ali taljenje u principu nije potrebno.

U ZT kod zavarivanja u više prolaza pojavit će se pojedine zone utjecaja topline oko svakog prolaza.

Karakteristike zone taljenja u različitim zavarenim spojevima

Zavar u jednom prolazu

Rast stubastih kristala je okomit na rubove, koji se zavaruju. Sredina se zadnja skrućuje. Ako postoje nečistoće u čeliku, napr. sumpor, postoji sklonost vrućim pukotinama u sredini zavara.

Povoljniji smjer kristalizacije, jer se kristali ne sukobljavaju u sredini zavara, gdje se mogu javiti vruće pukotine.

tii117.jpg (11395 bytes)

Kutni zavar zavaren CO2 ili EPP.

Zbog duboke penetracije ZT sadrži veliki dio rastaljenog OM, koji ima više nečistoća, nego DM. Nepovoljan je smjer kristalizacije, pa je moguća pojava vrućih pukotina.

 

tii118.jpg (3127 bytes)

 

 

Kutni zavar zavaren REL obloženom elektrodom zbog manje penetracije u OM daje manje miješanje DM sa OM i povoljniji smjer kristala.

 

 

tii119.jpg (8771 bytes)

Zavar iz više prolaza. Svaki prolaz ima svoju ZT i ZUT.

Šrafirana je ZUT samo za prolaze br.5 i 6. Cjelokupna zona taljenja "X" zavara sastoji se od više ZT i ZUT. Svaki slijedeći prolaz odžaruje prolaz ispod. Zadnji prolazi 4 i 8 ostaju neodžareni.

Slijed polaganja prolaza. Ako se želi izbjeći da nakon zavarivanja u ZUT na osnovnom materijalu ostane tvrda zakaljena struktura, tada slijed polaganja zavara treba tako planirati da zakaljene ZUT na OM budu odžarene (popuštene), bliskim zavarima, a to postižemo preklopom 1-3 mm.

Šrafiranu zakaljenu zonu u OM visokočvrstog čelika treba popustiti-odžariti. Da bi se ostvarilo popuštanje potreban je preklop 1 - 3 mm.

 

Poseban prolaz za odžarivanje (engl. temper bead). Na slici "f" zadnji prolaz 6 ostaje neodžaren. Ako je u zadnjem prolazu i njegovoj ZUT došlo dovoljno brzim hlađenjem do stvaranja martenzitne strukture, tada se može dodati još jedan (ili više posebanih prolaza), napr br. 7 koji će odžariti-popustiti martenzit i dobit će se u zavarima ispod zavara 7 struktura popuštenog martenzita. Prolaz 7, koji je neodžaren, obično brušenjem kasnije odstranimo. Ovakovo "odžarivanje" zavara se ponekad primjenjuje za jače zakaljive čelike, kada je drugi način odžarivanja (popuštanja tvrdoće) teže provesti. Napr. na montažnim zavarima cjevovoda, ako nema mogućnosti odžarivanja nekom standardnom metodom lokalnog odžarivanja: indukcijski, elektrootporno ili plinskim plamenikom.

U ZT je samo OM ili samo DM

Zavarivanjem snopom elektrona i nekim drugim načinima (TIG, plazma) moguće je zavarivati bez DM. ZT se sastoji samo od DM.

Kod lemljenih spojeva ZT se sastoji samo od dodatnog materijala (DM).

 

 

Zavarivanje dva raznorodna materijala se ponekad izvodi trećom vrstom dodatnog materijala, pa je tada ZT mješavina tri vrste materijala, a sastav ZT je četvrtog sastava. U pojedinim prolazima se javljaju razni udjeli pri mješanju OM i DM, pa će kemijski sastav i strukture biti različite.

tii120.jpg (16525 bytes)

Utjecaj koeficijenta oblika b/h na svojstva ZT

Pri EPP zavarivanju karakter izvora topline omogućava postizanje dubokopenetrirajućeg oblika zavara s koeficijentom oblika b/h = 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 koeficjent oblika ZT b/h = 1,3 - 3,0, približno polukrug. Na slici uz ovaj tekst je prikazan dijagram utjecaja odnosa b/h na pojavu kristalizacijskih pukotina kod EP zavarivanja za nelegirani čelik. Pored sadržaja C na pojavu kristalizacijskih pukotina utječu i S i P, koji nisu obuhvaćeni dijagramom. Iako su podaci za sliku dobiveni na temelju ispitivanja kod EPP zavarivanja, slični rezultati će se dobiti i za ostale postupke zavarivanja.

tii122.jpg (8119 bytes)

Pogled odozgo na kupku pri zavarivanju prikazuje smjer rasta kristala. Kristali su u svakom trenutku okomiti na liniju izoterme. Oblik izoterme tališta je različit i ovisi o temperaturnom polju.

Iz izloženog se mogu uočiti sljedeće pojave u ZT:

· izgaranje i dolegiranje elemenata,

· pojava nepoželjnih spojeva,

· rafiniranje i dezoksidacija kupke,

· miješanje OM i DM,

· smjer orijentiranosti kristala ovisno o smjeru odvođenja topline,

· broj prolaza, koji utječe na miješanje OM i DM i "odžarivanje" (više ZUT u ZT),

· zaostale napetosti i trajne deformacije,

· moguće nehomogernosti - greške ZT (pukotine, poroznosti, troska ),

· brzo ili sporo hlađenje koje može štetno utjecati zbog zakaljivanja pri brzom ili zbog porasta zrna i izlučivanja raznih nepoželjnih faza pri sporom hlađenju.

Zona utjecaja topline - ZUT

ZUT teorijski obuhvaća područje OM, u kojem se OM nije talio za zavarivanja, ali u kojem je došlo do promjene mikrostrukture, mehaničkih, korozijskih ili drugih svojstava zbog unošenja topline zavarivanjem, lemljenjem ili termičkim rezanjem.

Izrazite promjene strukture kod dovoljno sporog hlađenja za nelegirani čelik su iznad A1 (723 oC) pa se meme na makro izbrusku lako uočiti ZUT (temperature izme|u Ac1 i tališta). Ova zona će dati drugačiji refleks svjetlosti u odnosu na osnovni materijal, jer je u toj zoni došlo do promjene veličine zrna, usmjerenja zrna i strukture.

Za one poboljšane čelike, koji se kale i popuštaju pri relativno niskim temperaturama, napr. na 300 oC, bilo kakovo grijanje iznad 300 oC će uzrokovati bitne promjene svojstava OM (dobit će se niža čvrstoća), pa će ZUT obuhvatiti zonu zagrijavanu na temperature 300 do 1500 oC. Širina ZUT ovisi o toplinskom inputu i iznosi najčešće 2 - 8 mm.

Za Al - legure, koje se toplinski obrađuju na 120 oC, ZUT će obuhvatiti područje, koje je bilo zagrijavano na temperature 120 oC do tališta.

Povratak na početnu stranicu - povratak na popis pitanja iz Tehnologije zavarivanja !!