PREISKAVA ZVARNIH SPOJEV V PODJETJU PALFINGER D.D. · 2017-11-28 · UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Jernej ŠLAMBERGER PREISKAVA ZVARNIH SPOJEV V PODJETJU PALFINGER

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Jernej ŠLAMBERGER

PREISKAVA ZVARNIH SPOJEV V PODJETJU

PALFINGER D.D.

Diplomsko delo

visokošolskega strokovnega študijskega programa

Strojništvo

Maribor, april 2014

PREISKAVA ZVARNIH SPOJEV V PODJETJU

PALFINGER D.D. Diplomsko delo

Študent: Jernej ŠLAMBERGER

Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program Strojništvo

Smer: Strojništvo

Mentor: red. prof. dr. Franc ZUPANIČ

Somentor: doc. dr. Tomaž VUHERER

Maribor, april 2014

-II-

I Z J A V A

Podpisani Jernej ŠLAMBERGER izjavljam, da:

• je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom red. prof.

dr. Franca ZUPANIČA in somentorstvom doc. dr. Tomaža VUHERERJA ;

• predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev

kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

• soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor, 2/9/2014 Podpis: ___________________________

-III-

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr. Francu

ZUPANIČU in somentorju doc. dr. Tomažu

VUHERERJU za pomoč in vodenje pri opravljanju

diplomskega dela. Zahvaljujem se tudi podjetju

Palfinger, d. d. in g. Vladimirju Orniku, ki so mi

omogočili dostop do določene literature in izdelka za

analizo.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili

študij.

-IV-

PREISKAVA ZVARNIH SPOJEV V PODJETJU PALFINGER D.D.

Klju čne besede: Palfinger

MAG – varjenje

Napake zvarnih spojev

Konstrukcijska jekla

Metalografska priprava vzorcev

Trdota po Vickersu

Mikrostruktura zvara

UDK: 620.18:621.791.053(043.2)

POVZETEK

V diplomskem delu smo s porušno preiskavo analizirali zvarne spoje stebra žerjava podjetja

Palfinger d.d.. Določili smo zvarne spoje, ki so najbolj obremenjeni, jih izrezali iz zvarjenca

in metalografsko pripravili za makroskopsko in mikroskopsko analizo. Na nekaterih vzorcih

smo preverjali trdoto. Pri preiskavi zvarnih spojev niso bile najdene kritične napake. Našli

smo majhne pore in manjše zlepe. Trdote so sicer nekoliko presegale predpisane vrednosti,

vendar še ni bilo kritično. Glavna poglavja v teoretičnem delu diplome so: MAG − varjenje,

konstrukcijska jekla, napake zvarnih spojev, postopek metalografske priprave vzorcev,

merjenje trdote po Vickersu in mikrostruktura zvara.

-V-

EXAMINATION OF WELD JOINTS IN PALFINGER D.D.

Key words: Palfinger

MAG–welding

Errors of weld joints

Constructional steel

Metallographic sample preparation

Vickers hardness

Microstructure of weld

UDK: 620.18:621.791.053(043.2)

ABSTRACT

The aim of this thesis was to analyze the welded joints in pillars of Palfinger’s crane using the

destructive testing. The testing revealed the most burdened welded joints, which were cut out

of the workpiece and prepared for metallographic macroscopic and microscopic analysis.

Some of the samples were also tested for hardness. The analysis of welded joints showed no

vital errors, although several minor pores and incomplete fusions were found. The surpassed

measured thickness was not critical. Main topics in the theoretical part of the thesis are: MAG

– welding, constructional steel, errors of welded joints, metallographic sample preparation,

Vickers hardness and microstructure of weld.

-VI-

KAZALO VSEBINE

KAZALO VSEBINE ............................................................................................................................ VI

KAZALO SLIK .................................................................................................................................... IX

KAZALO PREGLEDNIC ................................................................................................................ XIII

UPORABLJENI SIMBOLI IN NJIHOV POMEN .........................................................................XIV

UPORABLJENE KRATICE IN NJIHOV POMEN ......................................................................... XV

1 UVOD ............................................................................................................................................ 1

2 PALFINGER ................................................................................................................................. 2

2.1 Koncern Palfinger ...................................................................................................................... 2

2.2 Zgodovina koncerna Palfinger [3] .............................................................................................. 2

2.3 Palfinger v Mariboru [3] ............................................................................................................ 3

3 ZAGOTAVLJANJE KAKOVOSTI .............................................................................................. 4

3.1 Šolanje varilcev ......................................................................................................................... 4

3.2 Atestiranje varilcev s strani zunanje inštitucije ......................................................................... 5

3.3 Notranja kontrola zvarnih spojev .............................................................................................. 5

3.4 Zunanja kontrola zvarnih spojev ............................................................................................... 5

4 ZVARJENEC ZA PREISKAVO ZVARNIH SPOJEV ............................................................... 6

5 VARJENJE ..................................................................................................................................... 8

5.1 MAG −−−− varjenje ......................................................................................................................... 8

5.2 Nastanek in območje zvara ......................................................................................................10

-VII-

5.3 Priprava zvarnega žleba ...........................................................................................................11

5.4 Varjenje stebra žerjava ............................................................................................................11

5.5 Predgrevanje ............................................................................................................................13

5.6 Vnos toplote ............................................................................................................................17

5.7 Čas ohlajanja zvara med 800 in 500 °C .....................................................................................18

6 NAPAKE ZVARNIH SPOJEV ................................................................................................. 19

7 KONSTRUKCIJSKA JEKLA IN NJIHOVA VARIVOST ...................................................... 26

7.1 Jekla v stebru žerjava ...............................................................................................................29

7.2 Varivost jekel ...........................................................................................................................29

8 METALOGRAFIJA ................................................................................................................... 31

8.1 Makroskopska metalografija ....................................................................................................31

8.2 Svetlobna mikroskopska metalografija ....................................................................................31

8.3 Elektronska metalografija ........................................................................................................32

8.4 Kvantitativna metalografija .....................................................................................................32

9 METALOGRAFSKA PREISKAVA ......................................................................................... 33

9.1 Načrtovanje odvzema ..............................................................................................................34

9.2 Označevanje vzorcev ................................................................................................................35

9.3 Jemanje vzorcev .......................................................................................................................36

9.4 Vlaganje vzorcev ......................................................................................................................37

9.5 Brušenje vzorcev ......................................................................................................................38

9.6 Poliranje...................................................................................................................................38

9.6.1 Mehansko poliranje .................................................................................................................. 39

-VIII-

9.7 Jedkanje ...................................................................................................................................40

9.8 Slike vzorcev od označevanja do jedkanja ................................................................................40

10 MERJENE TRDOTE PO VICKERSU ................................................................................ 42

10.1 Predstavitev postopka .............................................................................................................42

10.2 Predstavitev naprave za merjenje trdote .................................................................................44

10.3 Ugotavljanje točnosti in natančnosti merilnika trdote .............................................................44

10.4 Merjenje trdote na zvarnih spojih ............................................................................................46

11 ANALIZA ............................................................................................................................... 48

11.1 Makroskopska analiza zvarnih spojev preizkušanca .................................................................48

11.2 Napake v zvarnih spojih ...........................................................................................................54

11.3 Kontrola trdote zvarnih spojev .................................................................................................57

12 MIKROSTRUKTURA ZVARA ........................................................................................... 62

12.1 Oprema ....................................................................................................................................63

12.1.1 Svetlobni mikroskop ............................................................................................................. 63

12.1.2 Vrstični elektronski mikroskop ............................................................................................. 65

12.2 Slabo očiščena ali pripravljena raziskovana površina ...............................................................66

12.3 Črne pike v mikrostrukturi .......................................................................................................68

12.4 Osnovne mikrostrukture na vzorcu št. 8 ...................................................................................71

12.5 Spreminjanje mikrostrukture v prečni smeri vzorca št. 9 ..........................................................74

12.6 Pogled v mikrostrukturo dodajnega materiala .........................................................................76

13 ZAKLJUČEK .......................................................................................................................... 78

14 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV .................................................................................. 79

-IX-

Kazalo slik

Slika 1: Nakladalni žerjavi z zgibno roko [2] ............................................................................. 2

Slika 2: Žerjav za lesno industrijo [2]. Z oranžnim okvirjem je označen steber žerjava ........... 6

Slika 3: Izdelek - zvarjenec za porušitveno preiskavo zvarov.................................................... 7

Slika 4: Prikaz MAG varjenja. 1 − smer varjenja, 2 – kontaktna šoba, 3 – dodajni material –

žica, 4 – zaščitni plin, 5 – zvarna talina, 6 – var, 7 – osnovni material [6] ........................ 8

Slika 5: Prikaz območja zvara (var in TVO) [8] ...................................................................... 10

Slika 6: Nastanek zvara pri šivnem varjenju jekla z 0,2 % ogljika [9]..................................... 11

Slika 7: Prikaz vpetega stebra žerjava za robotsko varjenje po MAG postopku ...................... 12

Slika 8: Prikaz mesta merjenja temperature (100 mm od mesta vara) in prikaz mesta

predgrevanja materiala (nikoli greti neposredno na mestu vara, če je možno greti na

drugi strani vara) [3] ......................................................................................................... 14

Slika 9: Diagram – vnos toplote kot funkcija hitrosti varjenja ................................................. 17

Slika 10: Prikaz napak na zvarnem spoju [15] ......................................................................... 23

Slika 11: Odklon obloka od idealne črte [16] ........................................................................... 24

Slika 12: Prikaz pravilne drže gorilnika [16] ........................................................................... 24

Slika 13: Prikaz nepravilne drže gorilnika, ki povzroči zlep [16] ............................................ 24

Slika 14: Prikaz pobega taline vara v smeri varjenja ................................................................ 25

Slika 15: Shematski prikaz metod in poteka postopkov metalografske analize [1] ................. 31

Slika 16: Primerjalne slike iz standarda za določevanje velikosti kristalnega zrna [20] .......... 32

Slika 17: Shematski prikaz metod in poteka postopkov metalografske analize [1] ................. 33

Slika 18: Prikaz območij varov 1−5, vzetih za makroskopsko preiskavo ................................ 34

Slika 19: Prikaz območij zvarov 6−9, vzetih za makroskopsko preiskavo .............................. 35

Slika 20: Ožigosan vzorec št. 1 ................................................................................................ 36

Slika 21: Prikaz določanja velikosti vzorca .............................................................................. 36

-X-

Slika 22: Vlaganje varilne žice, a) hladno vlaganje varilne žice za vzdolžen pregled

mikrostrukture b) vroče vlaganje varilne žice za vzdolžen pregled mikrostrukture c)

vlaganje varilne žice v poseben primež za prečen pregled mikrostrukture ...................... 37

Slika 23: Merjenje trdote po Vickersu [23] .............................................................................. 42

Slika 24: Prikaz najmanjše debeline vzorca, najmanjše razdalje med robom vzorca in vtiskom,

ter najmanjše razdalje med zaporednima vtiskoma [21] .................................................. 43

Slika 25: Shematski prikaz naprave za merjenje trdote po Brinellu ali Vickersu [21] ............ 44

Slika 26: Točnost in natančnost treh različnih merilnikov trdote [21] ..................................... 45

Slika 27: Prikaz merjenja trdote na večvarkovnem soležnem zvarnem spoju po ISO 9015-1

[24] ................................................................................................................................... 46

Slika 28: Prikaz merjenja trdote na enovarkovnem kotnem zvarnem spoju po ISO 9015-1 [24]

.......................................................................................................................................... 46

Slika 29: Območja merjenja trdote zvarnih spojev po EN ISO 9015-1 [24] ............................ 47

Slika 30: Prikaz vzorca zvarnega spoja št. 3; a) skica priprave zvarnega žleba b) slika

jedkanega zvara ................................................................................................................ 50


jedkanega zvara ................................................................................................................ 51


jedkanega zvara ................................................................................................................ 52


jedkanega zvara ................................................................................................................ 53

Slika 34: Prikaz vzorca zvarnega spoja št. 8; a) skica priprave spoja b) slika jedkanega zvara

.......................................................................................................................................... 53


.......................................................................................................................................... 54

Slika 36: Prikaz napak na vzorcu št. 2 ...................................................................................... 54


Slika 38: Prikaz napake – zlepa na zvarnem robu dolžine 1 mm ............................................. 55

Slika 39: Prikaz napake – zlepa na zvarnem robu dolžine 1,4 mm .......................................... 56

-XI-


Slika 41: Prikaz posameznim območjih merjenja trdote zvarnega spoja na vzorcu št. 1 ......... 58

Slika 42: Prikaz posameznih območij merjenja trdote na dodajnem materialu ....................... 60

Slika 43: Prikaz posameznih območij merjenja trdote na osnovnem materialu ....................... 61

Slika 44: Prikaz spremembe mikrostrukture v varu in TVO. Slika prikazuje tudi žilavost v

različnih območjih. [26] ................................................................................................... 63

Slika 45: Prikaz svetlobnega mikroskopa v prerezu [21] ......................................................... 64

Slika 46: Vrstični elektronski mikroskop Univerze v Mariboru: Quant 3D [Lasten vir] ......... 65

Slika 47: Umazanija – nit na raziskovani površini ................................................................... 66

Slika 48: Premalo spoliran vzorec. Vidne so še sledi brušenja. ............................................... 66

Slika 49: Na vzorcu je vidna umazanija. Vzorec ni bil ultrazvočno očiščen. .......................... 67

Slika 50: Prikaz črnih pik v mikrostrukturi na vzorcih, še posebej zgoščenih na območju v

varu, tik ob prehodu v TVO. Slika je bila posneta na vzorcu št. 8. .................................. 68

Slika 51: Podrobnejši pogled na eno izmed večjih črnih pik v mikrostrukuri. Slika je bila

posneta na elektronskem mikroskopu UM ....................................................................... 69

Slika 52: Črne pike na nevplivanem osnovnem materialu S460. Slika je bila posneta po

postopku poliranja, pred jedkanjem. ................................................................................ 70

Slika 53: Črne pike na vzdolžnem prerezu varilne žice. Slika je bila posneta po postopku

poliranja, pred jedkanjem. ................................................................................................ 70

Slika 54: Prikaz območij fotografiranja mikrostrukture na vzorcu št. 8. ................................. 71

Slika 55: Prikaz območij vara, grobozrnatega dela TVO-ja, drobnozrnatega dela TVO-ja in

osnovnega materiala na vzorcu št. 8. ................................................................................ 71

Slika 56: Mikrostruktura osnovnega materiala na vzorcu št. 8. Slika je bila posneta na

območju št. 2, razvidno na sliki 47. .................................................................................. 72

Slika 57: Mikrostruktura drobnozrnatega dela TVO-ja na vzorcu št. 8.. Slika je bila posneta na


Slika 58: Mikrostruktura grobozrnatega dela TVO-ja na vzorcu št. 8.. Slika je bila posneta v


-XII-

Slika 59: Mikrostruktura vara na vzorcu št. 8. Slika je bila posneta v območju št. 5, razvidno

na sliki 47. ........................................................................................................................ 73

Slika 60: Prikaz fotografiranja mikrostrukture na vzorcu št. 9 ................................................ 74

Slika 61: Mikrostruktura 1. in 2. varka vzorca št. 9; a) 1. varek b) 2. varek ............................ 74

Slika 62: Slikovni prikaz spreminjanja mikrostrukture od temena vara do osnovnega

materiala. 1 – teme vara, 2,3,4 – prehod med obema varkoma, 5 – prehod med varkoma

in TVO-jem, 6 – prehod iz TVO-ja na osnovni material.................................................. 75


materiala. 7,8 – osnovni material ..................................................................................... 76

Slika 64: Mikrostruktura varilne žice Böhler EMK8 a) v prečni smeri b) v vzdolžni smeri ... 76

Slika 65: Prečni prerez varilne žice Böhler EMK8 premera 1 mm .......................................... 77

Slika 66: Plast bakra na varilni žici debeline približno 1 µm ................................................... 77

-XIII-

Kazalo preglednic

Tabela 1: Prikaz materialov stebra žerjava ................................................................................ 7

Tabela 2: Prikaz vpliva zaščitnega plina na var [7] .................................................................. 10

Tabela 3: Prikaz kemijske sestave varilne žice Böhler EMK8 v masnih % ............................. 12

Tabela 4: Prikaz kemične sestave jekel, zvarjenih v steber žerjava ......................................... 12

Tabela 5: Povzetek napak iz standarda EN ISO 5817 [14] ...................................................... 19

Tabela 6: Razdelitev jekel v skupine po standardu EN ISO 15608 [17] .................................. 26

Tabela 7: Prikaz oznak brusnega papirja z ustrezno velikostjo abrazivnih sredstev [21] ........ 38

Tabela 8: Prikaz jedkal za jedkanje jekel za analizo makrostrukture in mikrostrukture [1] .... 40

Tabela 9: Slikovni prikaz spreminjanja vzorca od označevanja do jedkanja ........................... 40

Tabela 10: Vrednosti meritev trdote na vzorcu št. 1................................................................. 58

Tabela 11: Vrednosti meritev trdote na vzorcu št. 5................................................................. 59

Tabela 12: Vrednosti meritev trdote na dodajnem materialu ................................................... 60

Tabela 13: Vrednosti meritev trdote na osnovnem materialu................................................... 61

-XIV-

Uporabljeni simboli in njihov pomen

O2 - kisik

CO2 - ogljikov dioksid

Si - silicij

Mn - mangan

C - ogljik

P - fosfor

S - žveplo

Cr - krom

Mo - molibden

Ni - nikelj

V -vanadij

Cu - baker

Ti - titan

Zr - cirkonij

Al - aluminij

-XV-

Uporabljene kratice in njihov pomen

SiC - silicijev karbid

Cr2O3 - kromov trioksid

MgO - magnezijev oksid

Al 2O3 - aluminijev trioksid

MAG - varjenje v zaščiti aktivnega plina (metal active gas)

OM - osnovni material

TVO - toplotno vplivno območje

FW - kotni zvar (fillet weld)

BW - sočelni zvar (butt weld)

PA - lega varjenja – vodoravno v žlebu

PB - lega varjenja – vodoravno kotno

VT - vizualna preiskava

UT - ultrazvočna preiskava

MT - preiskava z magnetnimi delci

PT - penetrantska preiskava

RT - radiografska preiskava

EWT - evropski varilni tehnolog (European Welding Technologist)

WPS - navodilo za varjenje

SEM - Scanning Electron Mikroscope

REM - Rasterelektronenmikroskop

HV - Trdota po Vickersu

HBS - Trdota po Brinellu

-XVI-

Seznam norm:

P-NORM – Palfinger norma

ISO 9015-1:2001 – Merjenje trdote na zvarnih spojih

EN 287-1 – atestiranje varilcev

DIN EN 29692 – priprava zvarnega žleba

DIN EN ISO 13916 – merjenje temperature predgrevanja in medvarkovne temperature

EN 1011-2 – varjenje – priporočila za varjenje kovinskih materialov

EN ISO 5817 – varjenje – obločno varjeni spoji jekla, niklja, titana in njihovih zlitin

EN ISO 15614-1 – dovoljene vrednosti trdote na zvarnih spojih

EN ISO 15608 – razdelitev kovinskih materialov v skupine

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

1

1 UVOD

Varjenje je spajanje dveh ali več delov v eno, nerazdružljivo celoto, ki jo imenujemo

zvarjenec. Z varjenjem je mogoče spojiti kovine, polimere, stekla, keramike, karbide,

kompozite itd.. Lahko pa se med seboj varijo tudi kovine in nekovine. Pri varjenju kovinskih

materialov poznamo v osnovi dva tipa varjenja. Prvi tip varjenja je varjenje pod pritiskom,

drugi način pa je varjenje s taljenjem.

Glavna tema diplomskega dela je varjenje, preiskava je potekala v podjetju Palfinger,

d. d., v Mariboru, v katerem opravljam študentsko delo. Podjetje je priskrbelo en njihov

izdelek – zvarjenec, na katerem smo opravili preiskavo zvarnih spojev. Zvarjenec je sestavni

del njihovih serijskih žerjavov, ki se montirajo na tovorna vozila. Preučili smo, kateri so

najbolj kritični in najbolj obremenjeni zvari na njem. Nato smo iz dela izrezali vzorce teh

varov in jih pripravili na makroskopsko in mikroskopsko preiskavo. S preiskavo smo

ugotovili kaj je v notranjosti zvarov, npr. če so se pojavile napake. Napake smo preučili, saj je

glavni namen takšne preiskave, da se za najdene napake ugotovijo vzroki nastanka, da se

napake sanirajo, in da se v prihodnje ne pojavljajo več. Na ta način hočemo zagotoviti čim

višjo kakovost in zanesljivost varjenja v podjetju.

Na začetku so podani osnovni podatki o podjetju Palfinger, opisan je način varjenja ter

materiali, ki so vgrajeni. V nadaljevanju je predstavljen postopek metalografske priprave

vzorcev. V drugi polovici diplomskega dela je analiza in predstavitev rezultatov.


2

2 PALFINGER

2.1 Koncern Palfinger

Slika 1: Nakladalni žerjavi z zgibno roko [2]

Palfinger AG je avstrijski proizvajalec dvižnih nakladalnih in skladiščnih sistemov. Najbolj

znan je po nakladalnih žerjavih z zgibno roko, kateri so vgrajeni na tovorna vozila. S skoraj

150-imi modeli in 35 % tržnim deležem zaseda eno vodilnih svetovnih vlog v tej tehnologiji.

Drugi, prav tako zelo pomembni proizvodi, so še: gozdarski in reciklažni žerjavi, sistemi za

menjavo zabojnikov, železniške naprave, dvižni odri, nakladalne rampe in viličarji. Družbe

Palfinger najdemo v državah po celem svetu, in sicer v: Avstriji, Nemčiji, Franciji, Argentini,

Belgiji, Indiji, Nizozemski, Romuniji, Italiji, Veliki Britaniji, Bolgariji, Sloveniji, Hrvaški,

Braziliji, Singapurju, Kitajski, Rusiji, ZDA, Južni Afriki, Vietnamu, Slovaški in Kanadi.

Skupaj je v skupini Palfinger zaposlenih že več kot 6200 sodelavcev. [3, 4]

2.2 Zgodovina koncerna Palfinger [3]

1932 G. Richard Palfinger je v kraju Scharding v Gornji Avstriji ustanovil firmo

Palfinger kot servisno delavnico.

1945 Firma se preseli v Salzburg v Vogelweiderstrasse 40 A. Izdelava prikolic,

prekucnikov, nadgradenj na vozilih in stiskalnic šote.

1959 Izdelava prvega žerjava.

1964 Podjetje z 18-imi sodelavci prevzame sin, gospod inž. Hubert Palfinger. Začetek

programa specializacije v proizvodnjo hidravličnih kamionskih žerjavov.


3

1971 Prve izvozne pošiljke v Švico in Francijo. Od istega leta dalje sledi nenehna

širitev izvoznih poslov in vzpostavljanje mednarodne prodajne mreže.

1974 Odprtje novozgrajenega proizvodnega in montažnega obrata Salzburg/Kasern.

1984 Odprtje novozgrajenega proizvodnega obrata Lengau v Gornji Avstriji.

1988 Z nakupom firme Epsilon razširi Palfinger svoj program tudi na proizvodnjo

žerjavov za lesno industrijo.

1990 Promet prvič preseže 1 milijardo avstrijskih šilingov (okoli 71,5 mio EUR).

1991 Odprtje novega prodajnega središča pri Niagarskih slapovih v Kanadi.

1992 Ustanovitev družbe Palfinger Deutschlang GmbH kot samostojne prodajne družbe

v Nemčiji. Zagon in odprtje montažnega obrata dvižne tehnike v Köstendorf /

Avstrija.

1993 Ustanovitev družbe v Mariboru v Sloveniji. Proizvodni program obsega v

glavnem ročno izdelavo jeklenih komponent za žerjave. Proizvodnja firme

Epsilon se iz Nemčije preseli v Avstrijo.

1995 Ustanovitev družbe v kraju Cadelbosco di Sopra v Italiji. Od leta 1995 dalje

izdelujejo žerjave v razredu izpod 10 MT (ton-metrov) v Italiji.

1996 Odpre se področje dejavnosti odvaljnih nakladalnikov v okviru proizvodne palete

Palift.

1998 Sprejeta je nova, na željo kupca naravnana strukturiranost podjetja. Ustanovitev

družbe nakladalnikov Palfinger Staplertechnik GmbH v kraju Henndorf / Avstrija,

ki izdeluje transportirane, daljinsko krmiljene nakladalne sisteme, imenovane

Crayler.

1999 Od 4. julija dalje kotira delniška družba Palfinger AG na dunajski borzi. Sledi

nakup združbe podjetij francoskega izdelovalca samonakladalnikov Guima S.A.;

na Norveškem pa se ustanovi nova prodajna podružnica. Ustanovi se firma

Palfinger Bergmüller GmbH s proizvodno paleto Mobiler.

20.. Diverzifikacija proizvodnega programa in nadaljnji razvoj mednarodne strategije.

2.3 Palfinger v Mariboru [3]

- V podjetju je zaposlenih 426 sodelavcev in sodelavk

- 78,60 % zaposlenih ima poklicno ali srednješolsko izobrazbo, svoje tehnično znanje

pa dopolnjujejo z različnimi usposabljanji in izobraževanji

- V povprečju letno opravi šolsko prakso 45 dijakov ali študentov


4

3 ZAGOTAVLJANJE KAKOVOSTI

V koncernu Palfinger dajejo velik poudarek kakovosti izdelave žerjavov, zato je to tudi

pomembna naloga v podjetju. Kakovost zagotavljajo na različne načine. Najpomembnejši

izmed njih so:

� Šolanje varilcev

� Atestiranje varilcev s strani zunanje inštitucije

� Notranja kontrola zvarnih spojev: VT (vizualna kontrola), UT (ultrazvočna kontrola),

MT (preiskava z magnetnimi delci), PT (penetrantska preiskava)

� Zunanja kontrola zvarnih spojev: RT (radiografska preiskava), makrospopska analiza

3.1 Šolanje varilcev

V podjetju Palfinger d.d. v Mariboru je zaposlenih približno 200 delavcev, ki opravljajo delo

varilca ali ključavničarja. Za kakovostno izvajanje svojega dela mora vsak varilec ali

ključavničar imeti ustrezno praktično in teoretično znanje za svoje področje. To v podjetju

izvajajo na ta način, da približno vsak mesec poteka teoretično izobraževanje teh delavcev, ki

ga vodi ustrezno usposobljena oseba – EWT (European Welding Technologist – evropski

varilni tehnolog). Na ta način se vsak delavec letno udeleži teoretičnega predavanja, na

katerem se nauči ali obnovi različna varilno-tehnična znanja, kot so na primer:

Nastavitve parametrov varjenja na varilnem aparatu

Osnovno orodje, ki ga mora imeti v delovnem boksu

Varjenje iztekov in vrste

Predgrevanje

Spenjanje

Oznake na načrtih

Razlaga navodil za varjenje

Osnovni materiali

Dodajni materiali

Osnovne napake v zvarih

Seznanitev z rezultati predhodnih internih auditov

Atestiranje


5

Na koncu vsakega takšnega teoretičnega predavanja se piše preizkus znanja, ki je

sestavljen približno iz 50-ih vprašanj. Na ta način dokaže delavec svoje teoretično znanje.

Praktično znanje se posebej preverja pri na novo zaposlenem delavcu ob vstopu v podjetje,

sicer se praktično znanje preverja in šola tekom proizvodnje. Praktično znanje pokaže varilec

tudi vsaki dve leti ob varjenju atesta.

3.2 Atestiranje varilcev s strani zunanje inštitucije

V podjetju Palfinger d.d. mora vsak varilec in ključavničar imeti veljavno spričevalo o

preizkusu varilca za postopke in materiale po EN 287-1 za:

kotni zvar: EN 287-1 135 B FW S 3 W03 t 12 PB ml

sočelni zvar: EN 287-1 135 B BW S 3 W03 t 12 PA ss nb.

Atestiranje opravljajo zunanje inštitucije, v Palfingerju so to:

TÜV AUSTRIA

DNV

LRS

GL

3.3 Notranja kontrola zvarnih spojev

Kontrolo v Palfingerju izvajajo tudi sami znotraj podjetja, ker imajo usposobljeno osebje s

pridobljenimi certifikati. Podjetje ima certificirano osebje za različne metode kontrole zvarnih

spojev, kot so vizualna kontrola, ultrazvočna preiskava, preiskava z magnetnimi delci in

penetrantska preiskava.

3.4 Zunanja kontrola zvarnih spojev

Ob potrebi in zahtevi podjetje uporablja zunanje inštitucije za kontrolo zvarnih spojev. Ob

metodah preiskav, omenjenih v odseku 3.3, še podjetje občasno zahteva radiografsko

preiskavo zvarnih spojev in makro analizo zvarnih spojev.


6

4 ZVARJENEC ZA PREISKAVO ZVARNIH SPOJEV

Zvarjenec – steber žerjava, ki je bil izbran za porušitveno preiskavo zvarnih spojev, je izdelek

serijske proizvodnje podjetja Palfinger, d d., v Mariboru. Izdelek se vgrajuje na žerjave za

lesno industrijo. Ti žerjavi so zelo dinamično obremenjeni, še posebej steber žerjava.

Slika 2: Žerjav za lesno industrijo [2]. Z oranžnim okvirjem je označen steber žerjava


7

Slika 3: Izdelek - zvarjenec za porušitveno preiskavo zvarov

Materiali pozicij, ki so zavarjene in sestavljajo ta zvarjenec, so prikazani v naslednji tabeli.

Tabela 1: Prikaz materialov stebra žerjava

S460 Nelegirano konstrukcijsko jeklo z minimalno napetostjo tečenja ReH

= 460 N/mm2

18NiMoCr3-6 Z nikljem legirano jeklo

S355 Nelegirano konstrukcijsko jeklo z vsebnostjo ogljika 0,2 % in z

minimalno napetostjo tečenja ReH = 355 N/mm2

S235 Nelegirano konstrukcijsko jeklo z vsebnostjo ogljika 0,15 % in z

minimalno napetostjo tečenja ReH = 235 N/mm2

S355J2

Nelegirano konstrukcijsko jeklo z vsebnostjo ogljika 0,2 % in z

minimalno napetostjo tečenja ReH = 355 N/mm2, ter z zahtevano

žilavostjo 27 J pri −20 °C

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo

5 VARJENJE

Varjenje je spajanje dveh ali ve

celoto z dodajanjem dodajnega materiala ali brez. Z varjenjem je mogo

polimere, stekla, keramike, karbide, kompozit

med seboj [5].

Za varjenje kovinskih mat

skupina postopkov varjenja je, kjer nastaja zvarni spoj pod pritiskom, v drugi skupina pa s

taljenjem.

V podjetju Palfinger d.d

v tem poglavju opisan MAG

5.1 MAG −−−− varjenje

MAG − varjenje pomeni varjenje v zaš

taljenjem kovine, gorenjem

ki se uporabljajo pri postopku MAG varjenja

varjenja je najbolj nepogrešljiv pri varjenju vseh vrst konstrukcijskih jekel.

prikazuje MAG postopek va

Slika 4: Prikaz MAG varjenja. 1

žica, 4 – zaščitni plin, 5

Fakulteta za strojništvo

8

Varjenje je spajanje dveh ali več delov (osnovnih materialov) v nerazdružljivo in nepretrgano

celoto z dodajanjem dodajnega materiala ali brez. Z varjenjem je mogo

, keramike, karbide, kompozite idr., lahko pa se varijo tudi kovine in nekovine

Za varjenje kovinskih materialov poznamo dve veliki skupini postopkov


d.d v Mariboru obsega varjenje zelo velik del proizvodnje. Za

poglavju opisan MAG − postopek varjenja, ki se uporablja za varjenje stebra žerjav

pomeni varjenje v zaščiti aktivnega plina. Aktivni plin potrebujemo,

em obloka in strjevanjem taline vara kemijsko aktivno sodeluje. Plini,

ki se uporabljajo pri postopku MAG varjenja, so: CO2, Ar+O2 in Ar+CO

varjenja je najbolj nepogrešljiv pri varjenju vseh vrst konstrukcijskih jekel.

prikazuje MAG postopek varjenja.

: Prikaz MAG varjenja. 1 − smer varjenja, 2 – kontaktna šoba, 3

čitni plin, 5 – zvarna talina, 6 – var, 7 – osnovni material

Diplomsko delo

delov (osnovnih materialov) v nerazdružljivo in nepretrgano

celoto z dodajanjem dodajnega materiala ali brez. Z varjenjem je mogoče spojiti kovine,

varijo tudi kovine in nekovine

postopkov varjenja. Ena


v Mariboru obsega varjenje zelo velik del proizvodnje. Zato bo

za varjenje stebra žerjava.

iti aktivnega plina. Aktivni plin potrebujemo, da med

taline vara kemijsko aktivno sodeluje. Plini,

in Ar+CO2. Omenjen postopek

varjenja je najbolj nepogrešljiv pri varjenju vseh vrst konstrukcijskih jekel. Naslednja slika

kontaktna šoba, 3 – dodajni material –

osnovni material [6]


9

Pri MAG varjenju se kot dodajni material uporabljajo žice, ki so navite na kolutih. Te

žice so lahko masivne ali strženske, masivne so lahko okrogle ali ploščate. Najpogostejši

premeri masivnih žic so 0,8, 1,0, 1,2 in 1,6 mm. Ploščate žice pa od 0,3 X 2 mm in od 0,6 X 4

mm, kar uporabljamo pri navarjanju. Izbira žice je povezana z izbranim zaščitnim plinom in

obratno. Na primer, če je zaščitni plin čisti CO2 moramo uporabiti žice, ki imajo povečan

odstotek dezoksidantov. Tipična dezoksidanta sta Si in Mn. Strženske žice so sestavljene iz

kovinskega plašča in stržena. Stržen ima podobno vlogo kot plašč pri oplaščenih elektrodah.

Delimo jih po različnih kriterijih:

• Glede na način izdelave (iz šivne cevi ali iz traku)

• Glede na zaščito obloka med varjenjem (samozaščitne ali žice, ki

potrebujejo zaščitni plin)

• Glede na sestavo stržena (prevladujejo mineralne ali kovinske snovi)

• Glede na kemijski karakter stržena (rutilne, bazične ali mešane)

• Glede na namen uporabe (za varjenje malolegiranih jekel,

konstrukcijskih jekel, jekel odpornih proti lezenju, jekel za delo pri

nizkih temperaturah, za nerjavna jekla, za aluminij, itd.)

• Glede na lego varjenja (za pet različnih leg varjenja)

• Glede na zunanjo obliko (okrogle, ploščate in tračne)

• Glede na stanje zunanje površine (pobakrene ali brez zaščite)

• Glede na kovinsko sestavo plašča (iz malolegiranega jekla,

nerjavnega jekla ali pa tudi iz drugega materiala)

•

Naloga zaščitnega plina je, da pri varjenju zaščiti talino vara in celotni zvarni spoj pred

plini iz ozračja. Zaščitni plin tudi zaradi svojih fizikalno-kemijskih lastnosti vpliva na način

gorenja obloka, porazdelitev energije v obloku, na velikost obločne napetosti in s tem tudi na

količino pretaljenega osnovnega in dodajnega materiala.


10

Tabela 2: Prikaz vpliva zaščitnega plina na var [7]

Vpliv na Vrsta zaščitnega plina

Ar + 18% CO2 Ar + 8% O2 CO2

Globina uvara

Širina uvara

Kakovost površine Fino luskava Zelo fino luskava Grobo luskava

Škajavost Mala Srednja Velika

Obrizganost Mala Zelo mala Povečana

Poroznost Mala Srednja Zelo mala

Oblike električnega obloka

Kratek oblok

Dolgi oblok

Pršeči oblok

Kratek oblok

Dolgi oblok

Pršeči oblok

Kratek oblok

Dolgi oblok

5.2 Nastanek in območje zvara

Slika 5: Prikaz območja zvara (var in TVO) [8]

Pri varjenju je dovajanje toplote ali mehanskega dela izrazito lokalno. Rezultat lokalnega

dovajanja toplote je določen toplotni vpliv na osnovni material varjencev. Vpliv varjenja je

viden tem bolj, čim bolj se material med varjenjem segreje. Na sliki 6a je prikazano, kako se

material segreje v primeru varjenja na različnih oddaljenostih od črte, ki označuje pot vira

toplote. Spodaj je prikaz zvar, ki nastane pri tem. Material, ki je bolj oddaljen od vara, se

kasneje segreje do maksimalne temperature. Ta zakasnitev ni pomembna pri varjenju in za


11

posledice toplotnega vliva. V območju slike 6b je Fe-Fe3C diagram, ki prikazuje, katere

temperaturne vrednosti dosežejo različna območja zvara. [9]

Slika 6: Nastanek zvara pri šivnem varjenju jekla z 0,2 % ogljika [9]

5.3 Priprava zvarnega žleba

Pri MAG postopku je potrebno pri velikih konstrukcijah z velikimi preseki zvarov, ki so

mehansko zelo močno obremenjeni, napraviti zvarni žleb. Brez njega konstrukcijskih

elementov večjih debelin ne bi mogli spojiti.

V podjetju Palfinger, d. d., pripravo zvarnega žleba izvajajo po DIN EN 29692. Za

pripravo zvarnih robov velja kvaliteta B po DIN EN ISO 9013. Pripravo zvarnih robov lahko

izvajamo z avtogenim plamenskih rezanjem, ročnim brušenjem ali mehansko s struženjem ali

rezkanjem. Površina zvarnih robov ne sme vsebovati mikrorazpok. Po pripravi zvarnih robov

s plamenskim ali plazemskim rezanjem je potrebno peskati do čiste površine. Pred pričetkom

varjenja se morajo vsa onesnaženja na robovih in ob njih temeljito odstraniti. Škaja, rja, olje

in barva vodijo do poroznosti.

5.4 Varjenje stebra žerjava

Varjenje stebra žerjava (zvarjenca za porušno preiskavo) je potekala no robotu za MAG-

varjenje, kot prikazuje naslednja slika.


12

Slika 7: Prikaz vpetega stebra žerjava za robotsko varjenje po MAG postopku

Kot dodajni material je bila uporabljena žica Böhler EMK8 premera Ø1 mm. Kemijska

sestava varilne žice Böhler EMK8 je naslednja:

Tabela 3: Prikaz kemijske sestave varilne žice Böhler EMK8 v masnih %

C Si Mn P S Cr Mo Ni V Cu Ti Al

0,07 0,92 1,64 0,008 0,013 0,02 0,01 0,03 0,003 0,03 0,008 0,002

Tabela 4: Prikaz kemične sestave jekel, zvarjenih v steber žerjava

Jeklo Kemična sestava jekla v %

S460

1.3

1.8903

C Si Mn P S N Al

0,09 0,28 1,58 0,014 0,002 0,005 0,038

Cu Cr Ni Mo V Ti Nb

0,04 0,05 0,06 0,004 0,07 0,003 0,04


13

Nadaljevanje tabele 4.

S355

1.2

1.0546

C Si Mn P S N Al

0,13 0,22 1,28 0,013 0,003 - 0,029

Cu Cr Ni Mo V Ti Nb

0,110 0,146 0,117 0,027 0,041 0,002 0,014

18NiMoCr3-6

9.1

1.6759

C Si Mn P S N Al

0,18 0,50 1,00 0,01 0,007 - -

Cu Cr Ni Mo V Ti Nb

- 0,62 0,71 0,46 - - -

5.5 Predgrevanje

Predgrevanje osnovnega materiala pred pričetkom spenjanja in varjenja je zelo pomembno,

dobro zavarjenega stebra žerjava in podobnih izdelkov si brez predgrevanja sploh ne bi mogli

zamisliti. Pravzaprav predgrevamo zato, da se izognemo vodikovi hladni pokljivosti in da

podaljšujemo čas ohlajanja zvara [10]. Tudi med varjenjem je potrebno gretje osnovnega

materiala, če samo varjenje ne vzdržuje zahtevane temperature. Temperatura med varjenjem,

med prvim in zadnjim varkom – medvarkovna temperatura ne sme pasti pod določeno

temperaturo predgretja [10]. Glavni nameni za predgrevanje so:

• Da odstranjujemo iz materiala vodik, ki je glavni povzročitelj tako imenovanih

vodikovih razpok.

• S predgrevanjem podaljšamo čas ohlajanja, s tem preprečimo nastanek krhkega

martenzita [10].

• S predgrevanjem osnovnega materiala zmanjšamo tudi notranje napetosti zaradi

varjenja [10].

Za merjenje temperature predgrevanja in medvarkovne temperature velja DIN EN ISO

13916 [3]. Meritve temperature lahko izvajamo z odgovarjajočimi temperaturnimi kredami ali

z digitalnimi merilnimi napravami.


14

Slika 8: Prikaz mesta merjenja temperature (100 mm od mesta vara) in prikaz mesta

predgrevanja materiala (nikoli greti neposredno na mestu vara, če je možno greti na drugi

strani vara) [3]

Za predgrevanje se uporablja gorilni plin z majhno vsebnostjo vodika. Kdaj in koliko

predgrevati, se moramo odločiti, ko sestavljamo navodilo za varjenje – WPS. Pri določanju

predgrevanja je potrebno biti zelo natančen, saj prekomerno predgrevanje materiala povzroča

velike stroške in podaljšuje proces varjenja [10].

Temperatura predgrevanja je odvisna od kemične sestave jekla, debeline materiala, vnosa

energije, … Temperaturo predgrevanja predpišejo dobavitelji jekla, lahko pa jo tudi sami na

različne načine izračunamo ali izberemo iz različnih tabel ali grafov. V nadaljevanju so

prikazani trije različni načini določevanja temperature predgrevanja z izračunom.

- Temperatura predgrevanja z izračunom ogljikovega ekvivalenta - Cekv (tudi po

standardu EN 1011-2) [10]

[%]1556

CuNiVMoCrMnCCekv

++++++= [11] (1)

Cekv = do 0,4 ……………………..predgrevanje ni potrebno

Cekv = od 0,4 do 0,6 ……………...predgrevanje na 100 – 200 °C

Cekv = nad 0,6 ……………………predgrevanje na 200 – 350 °C


15

- Temperatura predgrevanja z izračunom ogljikovega ekvivalenta z upoštevanjem

debeline varjenca (po Sefferianu) [10]

)( 25,0350 CCT ekvp °−×= (2)

shekv CCC += (3)

[%] 360

25

360

20

360

)(40 MoNiCrMnCCh ++++= (4)

hs CsC ××= 005,0 (5)

Tp = temperatura predgrevanja

Cekv = ogljikov ekvivalent

Ch = ogljikov ekvivalent, ki upošteva kemično sestavo jekla

Ch = ogljikov ekvivalent, ki upošteva debelino predmeta

s = debelina materiala v mm

- Izračun temperature predgrevanja z upoštevanjem kemijske sestave, debeline

osnovnega materiala in količino absorbiranega vodika v zvaru glede na vrsto

dodajnega materiala [10].

)( 3921440 CKTp °−×= (6)

[%] 5600601015602030

BsHVMoNiCuCrMnSi

CK ++++++++++= (7)

H = vodik (ml/100g)

s = debelina materiala v mm


16

Primer izračuna temperature predgrevanja jekla S460 in 18NiMoCr3-6 debeline 10 mm po

Sefferianu:

S460:

CCT ekvp °≈−×=−×= 6925,02884,035025,0350

2884,00137,02747,0 =+=+= shekv CCC

360

004,025

360

06,020

360

)05,058,1(4009,0

360

25

360

20

360

)(40 ×+×+++=++++= MoNiCrMnCCh

2747,0=hC

013702747,010005,0005,0 ,CsC hs =××=××=

18NiMoCr3-6:

CCT ekvp °≈−−×=−×= 131)25,01090,0(35025,0350

1090,00052,01038,0 =+=+= shekv CCC

360

46,025

360

71,020

360

)62,01(4018,0

360

25

360

20

360

)(40 ×+×+++=++++= MoNiCrMnCCh

1038,0=hC

005201038,010005,0005,0 ,CsC hs =××=××=


17

5.6 Vnos toplote

Pri obločnem varjenju se energija prenaša iz varilne žice oz. elektrode na osnovni material z

električnim oblokom. Ko varilec prične variti, se vzpostavi oblok, ki omogoča, da se osnovni

material in dodajni material stalita in se ustvari var. Vnos toplote je količina prenesene

energije na enoto dolžine vara. Tako je tudi vnos toplote pri varjenju pomembna

karakteristika za nastajanje mikrostrukture vara in TVO-ja. [12]

Vnosa toplote ni mogoče meriti neposredno pri varjenju. Odvisen je od parametrov

varjenja: napetosti varjenja, varilnega toka, hitrosti varjenja in izkoristka varilnega postopka.

Vnos toplote je mogoče izračunati. Naslednja enačba prikazuje slednji izračun.

60×××= ηv

IUE [3] (8)

E = vnos toplote [J/cm]

U = varilna napetost [V]

I = varilni tok [A]

v = hitrost varjenja [cm/min]

ƞ = izkoristek dovedene energije v oblok

Slika 9: Diagram – vnos toplote kot funkcija hitrosti varjenja

Hitrost varjenja [cm/min]

Vnos toplote [J/cm]


18

Na zgornji sliki so v območju med črnima premicama ter vijolično in rdečo krivuljo

dovoljene vrednosti za vnos toplote pri določeni hitrost varjenja po MAG postopku, pri polni

žici Ø 1,2 mm in zaščitnem plinu M21 (Ar/CO2). Priporočljivo je da vnos toplote pri določeni

hitrosti varjenja ne presega omenjenega območja vrednosti v diagramu. Na x-osi so podatki za

hitrost varjenja v cm/min, na y-osi pa vnos toplote v J/cm.

5.7 Čas ohlajanja zvara med 800 in 500 °C

Čas ohlajanja zvara med 800 in 500 °C označimo kot t8/5. Ohlajanja zvara v tem

temperaturnem območju vpliva na lastnosti novo nastalih mikrostruktur v toplotno vplivanem

območju. Čim krajši je čas ohlajanja t8/5, tem višja je žilavost v TVO-ju. Ob prehitrem

ohlajanju se lahko zgodi, da ne dosežemo zadovoljivih rezultatov žilavosti materiala.

Če je ohlajanje hitro, lahko nastane martenzit in bainit, pri počasnejšem pa lahko v

mikrostrukturi dobimo še perlit in ferit. Počasnejše ohlajanje tako zmanjšuje trdoto materiala.

[13]


19

6 NAPAKE ZVARNIH SPOJEV

Popolnoma brezhibne zvare je težko izvesti. Zelo pogosto se v varih pojavijo napake, ki pa so

lahko tudi dopustne. Dopustnost napak v zvarnih spojih predpisuje standard EN ISO 5817. Iz

njega bomo povzeli dopustnosti za najpogostejše napake na zvarnih spojih. Kriteriji po EN

ISO 5817 so razdeljeni v 3 razrede B, C in D. Pri tem so zahteve po kakovosti zvarnega spoja

v razredu B najvišje. Razrede zvarnih spojev predpiše konstrukter, ki pozna napetostno stanje

izdelka.

Tabela 5: Povzetek napak iz standarda EN ISO 5817 [14]

Vrsta

napake Skica t (mm) D C B

Razpoka ≥ 0,5 Ni

dovoljena

Ni

dovoljena

Ni

dovoljena

Razpoka v

kraterju

zvara

≥ 0,5 Ni

dovoljena

Ni

dovoljena

Ni

dovoljena

Površinske

pore

Od 0,5

do 3

mm

d ≤ 0,3s

d ≤ 0,3a

Niso

dovoljene

Niso

dovoljene

Površinske

pore > 3 mm

d ≤ 0,3s

d ≤ 0,3a

(ampak

največ 3

mm)

d ≤ 0,2s

d ≤ 0,2a

(ampak

največ 2

mm)

Niso

dovoljene

Zajeda na

koncu vara -

kraterju

Od 0,5

do 3

mm

h ≤ 0,2t Ni

dovoljeno

Ni

dovoljeno


20

Nadaljevanje tabele 5

Zajeda na

koncu vara -

kraterju

> 3 mm

h ≤ 0,2t

(ampak

maksimalno

2 mm)

h ≤ 0,1t

(ampak

maksimalno

1 mm)

Ni

dovoljeno

Zlep ≥ 0,5 Ni dovoljen Ni dovoljen Ni

dovoljen

Mikro zlep ≥ 0,5 Dovoljen Dovoljen Ni

dovoljen

Neprevarjen

koren zvara ≥ 0,5

Dovoljen v

kratki

dolžini

h ≤ 0,2t

ampak max.

2 mm

Ni dovoljen Ni

dovoljen

Zajeda na

temenu

zvara

Od 0,5

do 3

mm

Kratka

dovoljenost

h ≤ 0,2t

Kratka

dovoljenost

h ≤ 0,1t

Ni

dovoljena

Zajeda na

temenu

zvara

> 3 mm

h ≤ 0,2t

ampak max.

2 mm

h ≤ 0,1t

ampak max.

0,5 mm

h ≤ 0,05t

ampak

max. 0,5

mm

Zajeda v

korenu

zvara

Od 0,5

do 3

mm

h ≤ 0,2 +

0,1t

Kratka

dovoljenost

h ≤ 0,1t

Ni

dovoljena


21


Zajeda v

korenu

zvara

> 3 mm

Kratka

dovoljenost

h ≤ 0,2t

ampak max.

2 mm

Kratka

dovoljenost

h ≤ 0,1t

ampak max.

1 mm

Kratka

dovoljenos

t

h ≤ 0,05t

ampak

max. 0,5

mm

Preveliko

nadvišenje

soležnega

zvara

≥ 0,5

h ≤ 1 +

0,25b

ampak max.

10

h ≤ 1 +

0,15b

ampak max.

7

h ≤ 1 +

0,1b

ampak

max. 5

mm

Preveliko

nadvišenje

kotnega

zvara

≥ 0,5

h ≤ 1 +

0,25b

ampak max.

5

h ≤ 1 +

0,15b

ampak max.

4 mm

h ≤ 1 +

0,1b

ampak

max. 3

mm

Preveliki

kotni zvar

≥ 0,5 Dovoljen

h ≤ 1 + 0,2b

ampak max.

4 mm

h ≤ 1 +

0,15b

ampak

max. 3

mm

Premajhen

kotni zvar

Od 0,5

do 3

mm

Kratka

dovoljenost

h ≤ 0,2 +

0,1a

Kratka

dovoljenost

h ≤ 0,2mm

Ni

dovoljen


22


Premajhen

kotni zvar > 3 mm

Kratka

dovoljenost

h ≤ 0,3 +

0,1a ampak

max. 2 mm

Kratka

dovoljenost

h ≤ 0,3 +

0,1a ampak

max. 1 mm

Ni

dovoljen

Preveliko

nadvišenje

korena

Od 0,5

do 3

mm

h ≤ 1 + 0,6b h ≤ 1 + 0,3b h ≤ 1 +

0,1b

Preveliko

nadvišenje

korena

> 3 mm

h ≤ 1 + 1b

ampak max.

5 mm

h ≤ 1 + 0,6b

ampak max.

4 mm

h ≤ 1 +

0,2b

ampak

max. 3

mm

Asimetri-

čnost

kotnega

zvara

≥ 0,5 h ≤ 2 + 0,2a h ≤ 2 +

0,15a

h ≤ 1,5 +

0,15a

Napake pa se lahko pojavijo tudi v notranjosti zvarnega spoja, kar ni bilo prikazano v

zgornji tabeli. Takšne napake so lahko pore, zlepi, vključki nečistoč, razpoke.


23

Slika 10: Prikaz napak na zvarnem spoju [15]

Zlep je varilska napaka v zvarnem spoju, ki se je največkrat pojavila v naših vzorcih.

Pojavi se, ko ne dosežemo popolne spojitve med dodajnim in osnovnim materialom. Zlep

lahko poteka tudi med dvema varkoma ali dvema slojema varkov. Nastane med varjenjem,

največkrat brez vednosti varilca ali operaterja na stroju. Ker se zlep pri obremenjevanju

obnaša kot razpoka, ni dovoljen v nobenem razredu zvara. Zlepe najlažje odkrijemo s porušno

metodo upogib preko zvarnega spoja. Z neporušnimi metodami pa težje. Glavni vzrok

nastanka zlepa je ne dovolj dovedene energije na mestu varjenja. To pomeni, da osnovni

material v zvarnem žlebu ali pa predhodno izdelani varki niso segreti do tališča, da bi skupaj z

raztaljenim dodajnim materialom tvorili enoten spoj. Drugi vzroki za nastanek zlepa so še

[16]:

- Pihalni učinek

O pihalnem učinku govorimo, kadar se nam varilni oblok odkloni od idealne lege.

Vzroka za odklon obloka sta elektromagnetna sila in mehanska sila zaradi prepiha zraka ali

plina.


24

Slika 11: Odklon obloka od idealne črte [16]

- Nepravilna lega gorilnika

Zlep zaradi nepravilne drže gorilnika povzroči varilec med postopkom varjenja.

Navadno varilec drži gorilnik preveč položno glede na vodoravno lego varjenca pri varjenju v

vodoravni legi.

Slika 12: Prikaz pravilne drže gorilnika [16]

Slika 13: Prikaz nepravilne drže gorilnika, ki povzroči zlep [16]

- Nekontroliran pobeg taline vara

Pri obločnem talilnem varjenju z dodajnim materialom, ko je prisotna velika količina

taline, se lahko zgodi, da talina vara nekontrolirano steče naprej v smeri varjenja. Pri tem

talina prepreči ogrevanje zvarnega žleba in se med talino dodajnega materiala in osnovnim


25

materialom tvori zlep. Če varimo v širokem zvarnem žlebu, z veliko količino taline, lahko ta

pobegne tudi v levo ali v desno in na steni zvarnega žleba tvori zlep. [16]

Slika 14: Prikaz pobega taline vara v smeri varjenja

- Varjenje z majhnim vnosom energije v varjenec

Varilni parametri pri obločnem talilnem varjenju imajo različen vpliv na končno obliko

in dimenzijo vara. Jakost varilnega toka vpliva predvsem na globino uvara, manj pa na

njegovo širino. Z obločno napetostjo se spreminja dolžina obloka, ki vpliva na širino uvara.

Hitrost varjenja pa vpliva na globino in širino uvara. Vsi ti trije parametri so zajeti v enačbi

(8) v poglavju 5.6, ki popisuje količino vnesene energije v varjenec. [16]


26

7 KONSTRUKCIJSKA JEKLA IN NJIHOVA VARIVOST

Konstrukcijska jekla so skupina jekel, ki se uporabljajo za različne konstrukcijske namene.

Najpomembnejši lastnosti teh jekel sta napetost tečenja in natezna trdnost.

Tabela 6: Razdelitev jekel v skupine po standardu EN ISO 15608 [17]

Skupina Pod-

skupina Vrsta jekla

1

Jekla z napetostjo tečenja (ReH) manjšo od 460 N/mm2 in kemično

sestavo v %:

C ≤ 0,25

Si ≤ 0,60

Mn ≤ 1,70

Mo ≤ 0,7

S ≤ 0,045

P ≤ 0,045

Cu ≤ 0,4

Ni ≤ 0,5

Cr ≤ 0,3

Ni ≤ 0,05

V ≤ 0,12

Ti ≤ 0,05

1.1 Jekla z napetostjo tečenja ReH manjšo od 275 N/mm2.

1.2 Jekla z napetostjo tečenja ReH večjo od 275 in manjšo od 360 N/mm2.

1.3 Normalizirana finozrnata jekla z napetostjo tečenja ReH večjo od 360

N/mm2.

1.4

Jekla, ki imajo povečano odpornost proti atmosferski koroziji.

Vsebnost posameznih elementov iz skupine 1 sme presegati zahtevane

meje.

2 Termo mehansko valjana drobnozrnata jekla in jeklene litine z

napetostjo tečenja ReH večjo od 360 N/mm2


27


2.1 Termo mehansko valjana drobnozrnata jekla in jeklene litine z

napetostjo tečenja ReH večjo od 360 in manjšo od 460 N/mm2.

2.2 Termo-mehansko valjana drobnozrnata jekla in jeklene litine z

napetostjo tečenja ReH večjo od 460 N/mm2.

3 Poboljšana visokotrdnostna jekla, vendar ne nerjavna jekla, z

napetostjo tečenja ReH večjo od 360 N/mm2.

3.1 Poboljšana jekla z napetostjo tečenja ReH večjo od 360 in manjšo od

690 N/mm2.

3.2 Poboljšana jekla z napetostjo tečenja ReH večjo od 690 N/mm2.

3.3 Visokotrdnostna jekla, vendar ne nerjavna jekla.

4 Malo legirana jekla Cr-Mo-(Ni) z vsebnostjo molibdena manj kot 0,7

% in vanadija manj kot 0,1 %.

4.1 Jeklo z vsebnostjo kroma manj kot 0,3 % in niklja manj kot 0,7 %.

4.2 Jeklo z vsebnostjo kroma manj kot 0,7 % in niklja manj kot 1,5 %.

5 Krom – molibdenova jekla z vsebnostjo ogljika manj kot 0,35 %.

5.1 Jekla z vsebnostjo kroma med 0,75 in 1,5 % in molibdena manj kot 0,7

%.

5.2 Jekla z vsebnostjo kroma med 1,5 in 3,5 % ter molibdena med 0,7 in

1,2 %.

5.3 Jekla z vsebnostjo kroma med 3,5 in 7 % ter molibdena med 0,4 in 0,7

%.

5.4 Jekla z vsebnostjo kroma med 7 in 10 % ter molibdena med 0,7 in 1,2

%.

6 Močno legirana jekla Cr-Mo-(Ni).

6.1 Jekla z vsebnostjo kroma med 0,3 in 0,75 %, molibdena manj kot 0,7

% ter vanadija manj kot 0,35 %.


28


6.2 Jekla z vsebnostjo kroma med 0,75 in 3,5 %, molibdena med 0,7 in 1,2

%, ter vanadija manj kot 0,35 %.

6.3 Jekla z vsebnostjo kroma med 3,5 in 7 %, molibdena manj kot 0,7 %,

ter vanadija med 0,45 in 0,55 %.

6.4 Jekla z vsebnostjo kroma med 7 in 12,5 %, molibdena med 0,7 in 1,2

%, ter vanadija manj kot 0,35 %.

7 Feritna, martenzitna ali visokotrdnostna nerjavna jekla z vsebnostjo

ogljika manj kot 0,35 % in kroma med 10,5 in 30 %.

7.1 Feritna nerjavna jekla.

7.2 Martenzitna nerjavna jekla.

7.3 Visokotrdnostna nerjavna jekla.

8 Avstenitna jekla

8.1 Avstenitna nerjavna jekla z vsebnostjo kroma manj kot 19 %.

8.2 Avstenitna nerjavna jekla z vsebnostjo kroma več kot 19 %.

8.3 Avstenitna jekla z vsebnostjo mangana med 4 in 12 %.

9 Z nikljem legirana jekla z vsebnostjo niklja manj kot 10 %.

9.1 Z nikljem legirana jekla z vsebnostjo niklja manj kot 3 %.

9.2 Z nikljem legirana jekla z vsebnostjo niklja med 3 in 8 %.

9.3 Z nikljem legirana jekla z vsebnostjo niklja med 8 in 10 %.

10 Avstenitno – feritna nerjavna jekla.

10.1 Avstenitno – feritna nerjavna jekla z vsebnostjo kroma manj kot 24 %.

10.2 Avstenitno – feritna nerjavna jekla z vsebnostjo kroma več kot 24 %.

11 Jekla iz skupine 1 vendar z vsebnostjo ogljika med 0,25 in 0,5 %.

11.1 Jekla iz skupine 11 z vsebnostjo ogljika med 0,25 in 0,35 %.

11.2 Jekla iz skupine 11 z vsebnostjo ogljika med 0,35 in 0,5 %.


29

7.1 Jekla v stebru žerjava

V stebru žerjava so bila zvarjena konstrukcijska nelegirana ogljikova jekla z vsebnostjo

ogljika manj kot 0,20 %. Glava stebra žerjava je bila iz nikelj legiranega jekla z vsebnostjo

niklja manj kot 3 %. Kemična sestava teh jekel je navedena v tabeli 4.

7.2 Varivost jekel

Pojem varivost je težko definirat. V rabi je splošna definicija: »Varivost konstrukcijskega

elementa ali sklopa iz kovine ali zlitine je dobra, če z varjenjem po določenem postopku

dosežemo homogeni zvarni spoj, ki ustreza vsem zahtevam in želenim trajnim karakteristikam

v celotni konstrukciji, stroju ali opremi.« Varivost podaja kemijska sestava jekla glede na

vsebnost C, Si, Mn, P in S. Za oceno varivosti lahko uporabimo ogljikov ekvivalent, ki ga

izračunamo po enačbi (1), napisani v poglavju 5.6. [18]

V nadaljevanju je opisan vpliv posameznih elementov na varjenje.

Vpliv ogljika:

Ogljik najbolj vpliva na varivost jekel. Za oceno dobre varivost mora biti ogljika v jeklu

manj kot 0,22 %. S povišanjem ogljika v materialu, narašča trdota v TVO. [18]

Vpliv silicija:

Silicij deluje močno dezoksidacijsko in mora biti prisoten v pomirjenih ogljikovih jeklih

v vsebnosti 0,15 – 0,45 %. Silicij veže na sebe O2 in ga pri varjenju odplavlja v žlindro.

Preprečuje nastanek blokovnih izcej in povečuje odpornost proti staranju. [18]

Vpliv mangana:

Mangan dodajamo jeklu, da povišamo njegovo trdnost, ob sočasnem znižanju vsebnosti

ogljika. Tako ob znižanju vsebnosti ogljika jeklu poboljšamo varivost in žilavost. Zraven tega

mangan dezoksidira talino in nase veže tudi žveplo v obliki MnS, s čimer znižuje občutljivost

jekla za razpokljivost v vročem. [18]


30

Vpliv žvepla:

Žveplo v jeklu ni zaželeno. Povzroča krhkost v toplem, pri varjenju pa razpokljivost v

vročem. Običajno je žvepla v jeklu manj kot 0,035 %. [18]

Vpliv fosforja:

Fosfor dviguje natezno trdnost in mejo tečenja, vendar pospešuje krhkost v hladnem in

ga je zato lahko v jeklu običajno manj kot 0,035 %. [18]

Vpliv dušika:

V jeklu je dušik vezan v obliki nitridov. Dušik povzroča staranje in lom, zato ga je

običajno v jeklu manj kot 0,002 %. Dušik je pomemben za proizvodnjo drobnozrnatih jekel. Z

vezavo, prej omenjenih elementov, tvori nitride za drobnozrnatost. Zraven tega dušik

stabilizira avstenit in je tako namensko uporaben kot legirni element pri nerjavnih jeklih. [18]


31

8 METALOGRAFIJA

»Metalografija je znanstvena veda, ki se ukvarja z določevanjem in raziskovanjem

mikrostrukturnih sestavin v kovinah, zlitinah in drugih materialih.« [19] Z razvojem

znanstvene metalografije sta začela leta 1864 H. C. Sorby (Anglija) in leta 1878 A. Martens

(Nemčija), ki sta prva pripravila obruse železa in jekla na današnjem nivoju. Mikrostrukturo

sta tudi analizirala in pri večji povečavi fotografsko posnela. Glede na metode dela je

metalografija lahko: [20]

Makroskopska metalografija

Svetlobna mikroskopska metalografija

Elektronska metalografija

Kvantitativna metalografija

8.1 Makroskopska metalografija

Pod makroskopsko metalografijo uvrščamo preučevanje strukture z lupo ali celo s prostim

očesom. Povečava pri makroskopski preiskavi je lahko največ 50 ×. Če je povečava večja kot

50 ×, potem je preiskava mikroskopska.

8.2 Svetlobna mikroskopska metalografija

Svetlobna mikroskopska metalografija je preučevanje mikrostrukture materiala s svetlobnim

mikroskopom. S svetlobnim mikroskopom lahko dosežemo povečave do 2000 ×. Večje

povečave niso smiselne. Ločljivost svetlobnega mikroskopa ni tako dobra, da bi lahko

koristno uporabili povečave večje od 2000 ×. Svetlobni mikroskop omogoča študij faz, ki

nastanejo pri strjevanju in kot produkt premen v trdnem stanju, in opazovanje napak v

mikrostrukturi [20]. Kovinske vzorce moramo zaradi neprosojnosti opazovati z mikroskopom

v odbiti svetlobi. Zato takšen svetlobni mikroskop pogosto imenujemo metalurški mikroskop.

Vzorce za preiskavo je potrebno ustrezno pripraviti, raziskovana površina vzorca mora biti

gladka z visokim kovinskim sijajem. Postopek priprave vzorcev je opisan v poglavju 8.


32

8.3 Elektronska metalografija

Elektronska metalografija je preučevanje mikrostrukture materiala z elektronskim

mikroskopom. Elektronski mikroskop je smiselno uporabiti, kadar se posamezni elementi

mikrostrukture s svetlobnim mikroskopom ne morejo več razločiti. Postopek priprave

metalografskih vzorcev je v začetnem delu enak kot za svetlobni mikroskop. Enak je postopek

brušenja in poliranja. Drugače je pri postopku jedkanja vzorcev. Metalografske vzorce za

elektronski mikroskop je potrebno rahlo jedkati ali pa sploh ne.

8.4 Kvantitativna metalografija

Kvantitativna metalografija se ukvarja s primerjanjem mikrostrukture vzorca z vzorci iz

standarda. Namesto številčnih vrednosti se uporabljajo izrazi kot so: večji, manjši itd. Na

spodnji sliki je primer določanja velikosti kristalnih zrn v vzorcu z velikostjo kristalnih zrn iz

standarda.

Slika 16: Primerjalne slike iz standarda za določevanje velikosti kristalnega zrna [20]


33

9 METALOGRAFSKA PREISKAVA

V tem poglavju bo opisana metalografska priprava vzorcev na osnovi praktičnega primera.

NAČRTOVANJE VZORČENJA

JEMANJE VZORCEV

namensko

sistematsko

mehansko

plamensko

elektro-kemijsko

OZNAČEVANJE

BRUŠENJE

izpisovanje

žigosanje

graviranje

elektro-erozivno

eliziranje

mehansko

mokro suho

ročn

o

vib

ro

roto

trač

no

mehansko

kemijsko - mehansko

elektrolizno

POLIRANJE

ČIŠČENJE

JEDKANJE

ANALIZA MAKRO – IN MIKROSTRUKTURE

DOKUMENTACIJA

elektrolizno

ultrazvočno

spiranje odpihovanje

sušenje elektro-kemijsko

fizikalno

anodno

kemijsko

anodno

kemijsko anodno

fizikalno

fizikalno

kvantitativna metalografija

elektronska mikroskopija svetlobna mikroskopija

elektronska mikroanaliza

mikrotrdota

makro in mikrofotografija

obdelava podatkov

VLAGANJE OBRUSOV

navpično

prečno

poševno

toplo

hladno

galvansko

AN

ALI

ZA

P

RE

PA

RA

CIJ

A

VZ

ORČ

EN

JE

Slika 17: Shematski prikaz metod in poteka postopkov metalografske analize [1]


34

9.1 Načrtovanje odvzema

Velikost in oblika vzorcev je največkrat določena z normativno tehnično dokumentacijo ter

usklajena s predvidenimi raziskovalnimi metodami. Višina vzorcev je od 10 do 20 mm,

preparativna površina pa od 200 do 500 mm2 [1]. Pri preiskavi zvarnih spojev, še posebej

večjih zvarjencev, kot je steber žerjava, pa pogosto preparativna površina vzorca preseže 500

mm2. Večja raziskovana površina poveča zahtevnost in stroške priprave vzorca. Namen

preiskave zvarov s porušitveno preiskavo je, da bi zagotovili zanesljivost varjenja stebra

žerjava. Preiskovali bomo zvare, ki so še posebej obremenjeni, in zvare v kritičnih območjih.

To pomeni, da so ta mesta težje dostopna za varjenje. Za preiskavo smo določili naslednja

mesta:

Slika 18: Prikaz območij varov 1−5, vzetih za makroskopsko preiskavo


35

Slika 19: Prikaz območij zvarov 6−9, vzetih za makroskopsko preiskavo

9.2 Označevanje vzorcev

Tudi označevanje vzorcev je pomemben korak v pripravi vzorcev. Označevanje vzorcev mora

biti trajno in naj vsebuje minimalne podatke [1]. Oznaka ne sme biti na raziskovani površini

vzorca. Če bo vzetih več vzorcev iz enega dela kot pri stebru žerjava, je pomembno da je

označevanje vzorcev predhodna faza jemanju vzorcev. Sicer lahko pri podobnosti vzorcev

pride do zamenjave. V našem primeru smo se odločili za postopek žigosanja vzorcev s

številkami od 1 do 9.


36

Slika 20: Ožigosan vzorec št. 1

9.3 Jemanje vzorcev

Z avtogenim rezanjem smo iz stebra žerjava izrezali že prej označene vzorce zvarov. Izrezali

smo vzorce približne velikosti 150 × 150 mm, nato pa jih na vodno hlajeni tračni žagi

skrajšali. Skrajšali smo jih na širino vzorca 15–20 mm ter dolžino vzorca približno 15 mm od

roba temena vara na vsaki strani. Višina vzorca je bila enaka debelini varjenih pločevin.

Slika 21: Prikaz določanja velikosti vzorca


37

9.4 Vlaganje vzorcev

Za mikrostrukturno analizo manjših vzorcev je potrebno vlaganje oz. fiksiranje v posebno

umetno maso. Ker smo želeli še analizo mikrostrukture dodajnega materiala (varilne žice

Böhler EMK8, Ø1 mm), smo se soočili s postopkom vlaganja. Za pregled mikrostrukture

vzdolž varilne žice smo žico vložili v umetno maso. Izvedli smo dva načina vlaganja,

vlaganje v hladnem in vlaganje v vročem. Za prečni pregled mikrostrukture pa smo žico

vstavili v poseben primež.

Slika 22: Vlaganje varilne žice, a) hladno vlaganje varilne žice za pregled mikrostrukture v

vzdolžni smeri b) vroče vlaganje varilne žice za pregled mikrostrukture v vzdolžni smeri c)

vlaganje varilne žice v poseben primež za pregled mikrostrukture v prečnem prerezu

Poznamo vroče in hladno vlaganje vzorcev v umetne mase. Potrebna je pravilna izbira

snovi in postopka za vlaganje. Snov za vlaganje se mora pri preparaciji vzorca obnašati

podobno kot raziskovani material. Snov za vlaganje prav tako ne sme reagirati z vzorcem,

kalupom za vlaganje ali jedkalom. Če preiskujemo temperaturno občutljiv ali mehki vzorec,

potem se moramo vsekakor odločiti za hladno vlaganje. Pri vročem vlaganju so prisotne

temperature 140–220 °C in tlak 20–50 MPa.


38

9.5 Brušenje vzorcev

Z brušenjem metalografskih vzorcev se začenja mehanski preparativni postopek, kateri je

potreben za odstranitev predhodno nastale grobe hrapavosti pri jemanju vzorca. Pri tem

ravnamo in gladimo površino z uporabo abrazivnih snovi, ki so na različnih podlagah.

Nekatere podlage so tudi primerne za uporabo past in suspenzij. Pri brušenju se material

vzorca z rezilnim delovanjem posameznega abrazivnega delca posnema v tankih plasteh v

obliki odrezkov. [1]

Abrazivna sredstva morajo imeti bistveno večjo trdoto kot raziskovani material. Za

pripravo kovinskih vzorcev se večinoma uporabljaja SiC (silicijev karbid), redkeje pa Cr2O3,

MgO, Al2O3 in diamant. Za pripravo keramičnih vzorcev je primeren le diamant. Večina

brusnih papirjev je vodoodporna, kar omogoča, da voda med brušenjem odnaša odstranjene

delce, hkrati pa vzorec tudi hladi in preprečuje segrevanje [21]. Brusni papirji so označeni s

številkami, ki predstavljajo granulacijo brusnega papirja. Velikost abrazivnih sredstev je

obratno sorazmerno številki brusnega papirja. Slednje je razvidno iz naslednje tabele, v kateri

je podanih nekaj številk brusnih papirjev.

Tabela 7: Prikaz oznak brusnega papirja z ustrezno velikostjo abrazivnih sredstev [21]

Oznaka brusnega papirja Velikost delcev abrazivnega sredstva

100 ~ 150 µm

200 ~ 80 µm

600 ~ 30 µm

1000 ~ 18 µm

4000 ~ 5 µm

9.6 Poliranje

Brušenju sledi poliranje. Poliranje je podoben mehanizem posnemanja materialov kot pri

brušenju, razlika je le v tem, da poteka na drobnejših stopnjah kot brušenje. S poliranjem

odstranimo hrapavost nastalo pri brušenju, s čimer postopoma dosežemo bleščečo in optično


39

gladko površino. Pri brušenju znaša pri srednje trdem jeklu globina hrapavosti približno 1 µm,

globina deformirane plasti pa 4−6 µm [21]. To plast je potrebno odstraniti s poliranjem.

Poznamo več vrst poliranja: mehansko, kemijsko-mehansko in elektrolizno. V nadaljevanju

bo opisano mehansko poliranje, kateri postopek bomo tudi uporabili za pripravo naših

vzorcev.

9.6.1 Mehansko poliranje

Polirna sredstva izvajajo poleg rezilnega še močno drgnjenje, ki povzroči poglobitev

»zamazanega« območja, ki je pri mehanskem poliranju še bolj prisotno kot pri brušenju. Da

se to pojavi v čim manjši meri, je pomembno, da z brušenjem dosežemo čim manjšo in

enakomerno stopnjo hrapavosti. Če se »zamazana« območja, imenovana tudi Beilby-plast

(poimenovana po raziskovalcu G. Beilby), pojavijo v veliki meri, ni druge rešitve kot

ponavljanje brušenja na finejših stopnjah 15–3 µm in v nekaterih primerih uporaba abrazivnih

sredstev z boljšo rezilno sposobnostjo (npr. diamant). Priporočeno je tudi poliranje v več

stopnjah z uporabo polirnih sredstev z različno zrnatostjo, kar tudi pripomore k prvotno

nastali moteni coni. [1]

Mehansko poliranje lahko izvajamo ročno ali strojno. Ročno poliranje ima prednost

pred strojnim pri poliranju vzorcev večjih in različnih oblik, za katere nimamo ustreznih

vpenjalnih priprav. Za poliranje pridejo v poštev vsa sredstva, ki smo jih že omenili v

poglavju brušenje, vendar v veliko finejši zrnatosti in v obliki prahu ali paste, ki se

suspenzira z vodo ali drugim medijem. Izbiramo lahko med polirnimi sredstvi z velikostjo

premera abrazivnih zrn: 15, 9, 5, 3, 1, 0,25 in 0,06 µm. Najbolj univerzalno sredstvo za

poliranje jekel je Al2O3 – glinica. [21]

Previdni moramo biti pri izbiri podlage za poliranje. Praviloma so to pletenine iz

različnih materialov, kot so klobučevina, volna, umetne snovi (najlon), svila, žamet ali usnje.

Ustrezna podlaga mora preprečevati pogrezanje polirnega sredstva, biti mora elastična,

trpežna, mehka in odporna proti polirnim sredstvom ter sredstvom za čiščenje. Kvaliteta

podlage vpliva tudi na hrapavost površine, ki je tem manjša, čim bolj elastična je podlaga.

Medtem ko premehka podlaga povzroča zaobljenost robov na vzorcu. [1]

Na trgu so specializirane naprave za poliranje in brušenje. Nameščene imajo magnetne

diske, ki omogočajo enostavno menjanje različnih podlag.


9.7 Jedkanje

Po poliranju je površina vzorcev opti

mikrostrukture praviloma ne vidimo

vzorcev – jedkanje. Jedkanje je

mikrostrukturne sestavine.

zvarnih spojev, da lahko vidimo vsa

ionsko in termično jedkanje. Za našo preiskavo zvarnih spojev

zato podrobneje obravnavamo ta

Pri jedkanju enofaznih materialov se jedkanje obnese brez posebnih problemo

zahtevno je jedkanje večfaznih kovinskih gradiv

imajo posamezne faze lahko razli

Tabela 8: Prikaz jedkal za jedkanje jekel za analizo makrostrukture

Sestava jedkala

90 ml etanol 96 % 10 ml HNO3

100 ml etanol 96 % 1–5 ml HNO3

100 ml etanol 96 % 1–5 ml HNO3

1–4 g pikrinska kislina

9.8 Slike vzorcev od ozna

Tabela 9: Slikovni prikaz spreminjanja vzorca od ozna

Oznaka

vzorca

Označevanje

1


40

Po poliranju je površina vzorcev optično gladka in opazimo le bleš

mikrostrukture praviloma ne vidimo. Potrebna je naslednja in hkrati zadnja fa

jedkanje. Jedkanje je selektivna korozija, ko se odkrijejo posamezne

mikrostrukturne sestavine. Jedkanje je še toliko bolj potrebno pri vzorcih, ki so vzeti iz

da lahko vidimo vsa območja zvara. Poznamo kemično, elektrolizno, polirno,

no jedkanje. Za našo preiskavo zvarnih spojev uporabimo

obravnavamo ta postopek jedkanja.

Pri jedkanju enofaznih materialov se jedkanje obnese brez posebnih problemo

čfaznih kovinskih gradiv, kjer se težje doseže zadovoljiv u

imajo posamezne faze lahko različen kemični potencial.

: Prikaz jedkal za jedkanje jekel za analizo makrostrukture in mikrostrukture

Čas jedkanja

1–5 min Za analizo makrostrukture

1–10 s Za analizo mikrostrukture

jekla in sive litine

1–60 s

Za analizo mikrostrukture

Slike vzorcev od označevanja do jedkanja

: Slikovni prikaz spreminjanja vzorca od označevanja do jedkanja

Avtogeno

rezanje

Rezanje na

tračni žagi

Diplomsko delo

no gladka in opazimo le bleščečo površino,

naslednja in hkrati zadnja faza priprave

selektivna korozija, ko se odkrijejo posamezne

Jedkanje je še toliko bolj potrebno pri vzorcih, ki so vzeti iz

čno, elektrolizno, polirno,

uporabimo kemično poliranje,

Pri jedkanju enofaznih materialov se jedkanje obnese brez posebnih problemov. Bolj

se težje doseže zadovoljiv učinek, saj

in mikrostrukture [1]

Namembnost

Za analizo makrostrukture jekel

Za analizo mikrostrukture jekla in sive litine

Za analizo mikrostrukture jekel

čevanja do jedkanja

Jedkanje


2

3

4

5

6

7

8

9


41

Nadaljevanje tabele 9:

Diplomsko delo


42

10 MERJENJE TRDOTE PO VICKERSU

10.1 Predstavitev postopka

Trdoto materiala lahko definiramo na več načinov. Po osnovni definiciji je trdota odpornost

materiala proti vdiranju tujega telesa skozi njegovo površino. Za kovinske materiale pa je bolj

primerna definicija: »Trdota je odpornost materiala proti lokalni plastični deformaciji.« [22]

Za merjenje trdote na kovinskih materialih so uporabne različne metode: Brinell, Vickers,

Rockwell. Za merjenje trdote na zvarnih spojih konstrukcijskih jekel pa je najbolj primerna

metoda po Vickersu. Ta metoda je zato podrobneje predstavljena v nadaljevanju. S to metodo

smo prav tako merili trdoto na naših vzorcih.

Merjenje trdote po Vickersu sta leta 1925 razvila Smith in Sandland. Ime je dobila po

angleškem podjetju Vickers. Ugotovila sta, da lahko z metodo po Brinellu merita trdoto

mateialov le do približno 450 HB. Pri večjih trdotah se jeklena kroglica sama preveč

deformira. Danes, ko je na voljo kroglica iz karbidne trdine, se Vickersova metoda uporablja,

ko je trdota materiala večja kot 650 HB oz. na zvarnih spojih. [21]

Merjena površina vzorca mora biti gladka, brez maziv, oksidov ali tujkov. Kadar

merimo trdoto na zvarnih spojih, mora biti površina vzorca tudi jedkana. Jedkana zato, da

lahko opazimo strukturne meje med varom oz. varki, toplotno vplivanem območju in

osnovnim materialom.

Pri Vickersu se kot vtiskalno telo uporablja pravilna štiristrana piramida z vršnim kotom

136°. Piramida je narejena iz diamanta. Pri vtiskanju piramide v material z določeno silo F,

nastane vtisek, katerega projicirana površina ima obliko kvadrata. Po razbremenitvi izmerimo

dolžino obeh diagonal d1 in d2. Iz njune povprečne vrednosti izračunamo trdoto po

Vickersu.[21]

Slika 23: Merjenje trdote po Vickersu [23]


43

Postopek izračuna trdote materiala po Vickersu je prikazan v nadaljevanju.

Izračun srednje vrednosti izmerjenih diagonal d1 in d2:

221 dd

d+

= (9)

Izračun trdote:

2221891,0

)68sin(2

80665,9

12

136sin2

1

d

F

d

F

d

F

gHV ≈°×××=

°××××= [23] (10)

Pred preskusom moramo izbrati obremenitev F. Na izbiro pritisne sile vpliva debelina

preskušanca s. Debelina vzorca mora presegati za 1,5 krat dolžino diagonale vtiska d ali

desetkratno globino vtiska h, da se na nasprotni strani vzorca ne pojavijo sledovi

preoblikovanja. [21]

Slika 24: Prikaz najmanjše debeline vzorca, najmanjše razdalje med robom vzorca in vtiskom,

ter najmanjše razdalje med zaporednima vtiskoma [21]

Običajen čas preskušanja t pri konstantni imenski napetosti je od 10 do 15 sekund.

Rezultate meritve zapisujemo na naslednji način [21]:

300 HV 10 − zapisan rezultat pomeni trdoto materiala, ki znaša 300 enot po Vickersu s

konstantno silo obremenitve 10 × 9,80665 N = 98,07 N

500 HV 50/30 − zapisan rezultat pomeni trdoto materiala, ki znaša 500 enot po Vickersu s

konstantno silo obremenitve 50 × 9,80665 N = 490,3 N. Čas vtiskanja piramide v material je

bil 30 sekund.


44

10.2 Predstavitev naprave za merjenje trdote

Slika 25: Shematski prikaz naprave za merjenje trdote po Brinellu ali Vickersu [21]

Merilnik trdote mora zagotoviti izbiro standardne obremenitve. Zahteva se, da poteka

obremenjevanje vzorca do imenske obremenitve enakomerno brez sunkov in udarcev. Sila

mora delovati preko vtiskalnega telesa pravokotno na preskušanec. Podlaga, na katero se

postavi vzorec, mora biti ravna, brez rje in oksidov, maziv in umazanije. V merilno napravo

trdote je vgrajen optični sistem, ki projicira ustrezno povečan vtisek na medlico, kjer lahko s

primernim merilnim sistemom izmerimo dolžino obeh diagonal vtiska. [21]

10.3 Ugotavljanje točnosti in natančnosti merilnika trdote

Pri merjenju trdote materiala se pojavljajo številni dejavniki, ki vplivajo na točnost rezultatov.

Ti dejavniki so: merjenje dolžine diagonale vtiska, odstopanje vršnega kota α, vtisne sile F,

časa meritve t, hitrosti obremenjevanja in temperature okolice, ki odstopajo od imenskih

vrednosti. Meritveni pogrešek lahko razdelimo na sistematični in naključni pogrešek.

Sistematični predstavlja odstopanje povprečne vrednosti od dejanske vrednosti in je mera za

točnost meritve. Naključni pogrešek pa pomeni naključno odstopanje rezultata meritve do

povprečne vrednosti. Mera za naključni pogrešek oziroma za sipanje rezultatov je standardna

deviacija. Sipanje rezultatov okoli srednje vrednosti lahko opredelimo s pojmom natančnost.


45

Slika 26: Točnost in natančnost treh različnih merilnikov trdote [21]

Zgornja slika prikazuje točnost in natančnost treh različnih merilnikov trdote A, B in C.

Iz slike je razvidno, da ima merilnik A slabo točnost izmerjenih rezultatov, ima pa dobro

ponovljivost rezultatov. Merilnik B ima boljšo točnost kot A, ima pa zelo slabo ponovljivost

rezultatov. Najboljši od teh merilnikov trdote je C, ki ima dobro točnost in ponovljivost

rezultatov od linije trdote primerjalne ploščice – etalona.


46

10.4 Merjenje trdote na zvarnih spojih

Merjenje trdote na zvarnih spojih predpisuje standard SIST EN ISO 9015-1.

Slika 27: Prikaz merjenja trdote na večvarkovnem soležnem zvarnem spoju po ISO 9015-1

[24]

Slika 28: Prikaz merjenja trdote na enovarkovnem kotnem zvarnem spoju po ISO 9015-1 [24]


47

Slika 29: Območja merjenja trdote zvarnih spojev po EN ISO 9015-1 [24]

Na sliki 15 vidimo s številkami označena območja za merjenje trdote na različnih

oblikah zvarnih spojev. S številkami od 1 do 4 so označena območja za merjenje trdote v

osnovnem materialu in od 5 do 10 v toplotno vplivanem območju ter od 11 do 14 so območja

za merjenje trdote v varu.


48

11 ANALIZA

11.1 Makroskopska analiza zvarnih spojev preizkušanca

Vsi zvarni spoji so bili varjeni po postopku MAG (135)1 v skladu s P-NORMO [3]. To

pomeni:

- da mora varilec imeti veljavno spričevalo o preizkusu varilca za postopke in materiale

po EN 287-1 za kotni zvar: EN 287-1 135 B FW S 3 W03 t 12 PB ml in za sočelni

zvar: EN 287-1 135 B BW S 3 W03 t 12 PA ss nb.

Slika 10: Prikaz oznak za označevanje spričeval za preizkus varilca [25]

1 Mednarodna oznaka za MAG postopek varjenja


49

- da je potrebno uporabljati zaščitni plin M 21 po DIN EN 439.

- da je potrebna priprava zvarnega žleba po DIN EN 29692

- da je treba temperaturo predgrevanja prilagoditi uporabljenim materialom in debelini

pločevine po tabeli iz P-NORME ali po zahtevah načrta

Dodajni material je bil Böhler EMK8. Premer dodajnega materiala žice je bil Ø1,2 mm.

V nadaljevanju je vsak zvarni spoj prikazan s skico, kakšna je bila priprava zvarnega žleba.

Zraven skice je slika, ki predstavlja dejansko stanje zvara.

Vzorec št. 1:


jedkanega zvara

Zvarni spoj se je varil tako, da sta se najprej predvarili pločevini debeline 10 in 5 mm s

kotnim varom a = 3,5 mm. Potem se je ta kotni var obrusil, nato se je varil V-zvar. Zvarni

spoj na sliki 11. b sestavlja 7 posameznih varov vključno s korenskim varom


50

Vzorec št. 2:


jedkanega zvara

Vzorec št. 2 predstavlja X-spoj, na eni strani V-zvar velikosti 10 mm, na drugi strani V-

zvar velikosti 5 mm. Zvarni spoj je sestavljen iz šestih posameznih varov. Vzorec je iz

preizkušanca bil vzet tako, da je bil tudi kontroliran zvarni spoj, ki je pravokoten na omenjen

X-spoj. To je razvidno tudi na sliki v tabeli 9 pod rubriko vzorec 2 in rezanje na tračni žagi.

Vzorec št. 3:


jedkanega zvara

Vzorec št. 3 predstavlja X-spoj, na eni strani V-zvar velikosti 10 mm, na drugi strani V-

zvar velikosti 5 mm. Zvarni spoj je zgrajen iz šestih posameznih varov.


51

Vzorec št. 4:


jedkanega zvara

Tudi zvarni spoj na vzorcu št. 4 predstavlja X-spoj, ki je sestavljen iz šestih varov.

Vzorec št. 5:


jedkanega zvara

Vzorec št. 5 predstavlja zvarni spoj Y velikosti 8 mm. Varjen je bil na podložno letev

debeline 3 mm. Debelina obeh spojenih pločevin je 10 mm. Zvarni spoj je sestavljen iz dveh

varov.


52

Vzorec št. 6:


jedkanega zvara

Vzorec št. 6 je bil vzet iz območja, kjer so bile spojene 4 pozicije. To je območje med

obema pušama preizkušanca. Puši imata debelino stene 15 mm in sta spojeni s pozicijama

debeline 10 mm. Spojeni sta s kotnim zvarom a = 3 mm, Y zvarom velikosti 7 mm in

polnilnim zvarom velikosti 10 mm. Spoj med pušo in obema pozicijama je sestavljen iz osmih

varov.


53

Vzorec št. 7:


jedkanega zvara

Vzorec št. 7 je zvarni spoj med pozicijo debeline 10 mm in pušo debeline 15 mm z

zunanjim premerom 114 mm. Sestavlja ga V-zvar velikosti 10 mm in kotni zvar a = 3 mm.

Zvarni spoj sestavljajo štirje vari.

Vzorec št. 8:

Slika 34: Prikaz vzorca zvarnega spoja št. 8; a) skica priprave spoja b) slika jedkanega

zvara

Z vzorcem št. 8 smo kontrolirali iztek vara. Vzorec smo vzeli v vzdolžni dolžini izteka

vara.


54

Vzorec št. 9:


Tudi z vzorcem št. 9 smo kontrolirali iztek vara. Vzorec smo vzeli na prečno smer

izteka.

11.2 Napake v zvarnih spojih

Po pregledu vzorcev smo našli napake v vzorcih št. 2, 6 in 7. Najdene napake so bile

medvarkovni zlep, zlep na zvarnem robu in pore.

Napake v vzorcu št. 2:

Slika 36: Prikaz napak na vzorcu št. 2


55

Napake v vzorcu št. 6:


Na vzorcu št. 6 smo se odločili za mikroanalizo, zato sta k vzorcu dodani sliki iz

mikrostrukture za obe najdeni napaki na tem vzorcu.

Slika 38: Prikaz napake – zlepa na zvarnem robu dolžine 1 mm


56

Slika 39: Prikaz napake – zlepa na zvarnem robu dolžine 1,4 mm


57

Vzorec št. 7:


Na vzorcih je bilo najdeno malo napak, kar priča o tem da je robotsko varjenje veliko

bolj procesno zanesljivo od ročnega. Pri ročnem varjenju bi se zagotovo našlo veliko por,

zlepov, površinskih zajed, …

11.3 Kontrola trdote zvarnih spojev

Merili smo trdoto zvarnih spojev na vzorcih št. 1 in 5. Območja za posamezne meritve na

vzorcih smo določili v skladu s standardom ISO 9015-1:2001 (E). Dovoljene vrednosti so

predpisane v EN ISO 15614-1. Za naš primer znaša maksimalna predpisana vrednost 350 HV.

Vse dobljene vrednosti ustrezajo predpisanim, razen ena vrednost na vzorcu št. 1 v območju 5

in dve v območju 6, vendar izmerjena vrednost ni kritična.


58

Meritve trdote na vzorcu št. 1:

Slika 41: Prikaz posameznim območjih merjenja trdote zvarnega spoja na vzorcu št. 1

Tabela 10: Vrednosti meritev trdote na vzorcu št. 1

Št. meritve Lega vtiskov

Izmerjene vrednosti (HV 10)

Aritmeti čna sredina Deviacija

1 OM, nevplivan, površina 278, 255, 287 273,3 13,5 2 OM, nevplivan,sredina 289, 282, 273 281,3 6,5 3 OM, nevplivan, površina 209, 210, 210 209,7 0,5 4 OM, nevplivan, sredina 205, 208, 212 208,3 2,8 5 OM, TVP, teme zvara 303, 323, 352, 300, 323 320,2 18,6 6 OM, TVP, koren zvara 354, 352, 347, 312, 265 326 34,1 7 OM, TVP, teme zvara 211, 207, 201, 208, 203 206 3,4 8 OM, TVP, koren zvara 193, 189, 194, 190, 183 190 3,7 11 Var, krovni sloj 225, 222, 219 222 2,4 13 Var, koren zvara 217, 209, 222 216 5,3


59

Meritve trdote na vzorcu št. 5:

Slika 24: Prikaz posameznih področij merjenja trdote zvarnega spoja na vzorcu št. 5

Tabela 11: Vrednosti meritev trdote na vzorcu št. 5

Št. meritve Lega vtiskov

Izmerjene vrednosti (HV 10)

Aritmeti čna sredina Deviacija

1 OM, nevplivan, površina 223, 218, 219 220,0 2,2 2 OM, nevplivan,sredina 208, 212, 208 209,3 1,9 3 OM, nevplivan, površina 211, 209, 226 215,3 7,6 4 OM, nevplivan, sredina 204, 195, 197 198,7 3,9 5 OM, TVP, teme zvara 192, 202, 198, 193, 195 196,0 3,6 6 OM, TVP, koren zvara 222, 205, 193, 199, 193 202,4 10,8 7 OM, TVP, teme zvara 208, 208, 208, 197, 194 203,0 6,2 8 OM, TVP, koren zvara 182, 186, 204, 177, 175 184,8 10,3 11 Var, krovni sloj 211, 213, 207 210,3 2,5 13 Var, koren zvara 211, 194, 196 200,3 7,6


60

Meritve trdote na dodajnem materialu:

Meritve trdote smo izvedli tudi na dodajnem materialu – varilni žici Böhler EMK8

premera 1 mm. Kemična sestava te varilne žice je v tabeli 3.

Slika 42: Prikaz posameznih območij merjenja trdote na dodajnem materialu

Tabela 12: Vrednosti meritev trdote na dodajnem materialu

Št. meritve Izmerjene vrednosti

(HV 5) 1 345 2 337 3 337 4 333 5 341 6 335 Aritmeti čna sredina

338

Deviacija 4,3


61

Meritve trdote na osnovnem materialu:

Izmerili smo tudi trdoto na posebej odvzetem, popolnoma nevplivanem osnovnem

materialu S460. Kemična sestava tega jekla je v tabeli 4.

Slika 43: Prikaz posameznih območij merjenja trdote na osnovnem materialu

Tabela 13: Vrednosti meritev trdote na osnovnem materialu

Št. meritve Izmerjene vrednosti

(HV 10) 1 185 2 186 3 191 Aritmeti čna sredina

187

Deviacija 3,2


62

12 MIKROSTRUKTURA ZVARA

Mikrostruktura določa lastnosti zvarov. Načrtujemo jo z izbranimi materiali in tehnologijo

varjenja. V varu in toplotno vplivanem območju lahko nastanejo območja z neugodno

mikrostrukturo, ki lahko slabo vplivajo na lastnosti zvarov. To se še posebej pozna na

žilavosti in dinamični trdnosti zvarnega spoja. [26]

Med varjenjem jekel se pri segrevanju in ohlajanju spreminja mikrostruktura. Že s

prostim očesom opazimo, da se mikrostruktura vara in toplotno vplivanega območja močno

razlikujeta. Z analizo mikrostrukture pa opazimo, da tudi samo toplotno vplivno območje

nima enake mikrostrukture. Na sliki 44 so prikazana različna območja TVO-ja, ki so odvisna

dosežene temperature pri varjenju. Ta območja so [26]:

- Grobozrnato območje (GZ TVO, 1100–1500°C)

- Drobnozrnato območje (DZ TVO, 850–1100°C)

- Medkritično območje (MK TVO, AC1–AC3)

- Podkritično območje (PK TVO, 500−AC1)

Zgoraj opredeljene temperaturne meje veljajo za relativno počasno segrevanje[26].

Žilavost zvarnega spoja je močno povezana z mikrostrukturo zvarnega spoja. Iz slike 44 je

razvidno, da je pri enovarkovnem zvaru žilavost najnižja v grobozrnatem delu toplotno

vplivanega območja. Pri varjenju drobnozrnatih jekel pa je lahko še posebej neugoden rezultat

žilavosti v medkritičnem območju TVO-ja, kjer nastajajo predvsem po kristalnih mejah

mikrostrukturne sestavine, ki so produkt delne transformacije jekla. Izoblikujejo se kot

neugodne martenzitno-avstenitne in martenzitne mikrostrukturne sestavine in bolj ugodne

martenzitno-bainitne in bainetne mikrostrukturne sestavine. Zato je za medkritično območje

zvara še posebej pomembna temperatura predgrevanja varjenca, vnos toplote pri varjenju in

čas ohlajanja vara med 800 in 500°C. Vsi ti našteti dejavniki so bili že prej opisani v poglavju

varjenje.


63

Slika 44: Prikaz spremembe mikrostrukture v varu in TVO. Slika prikazuje tudi žilavost v

različnih območjih. [26]

12.1 Oprema

12.1.1 Svetlobni mikroskop

Osnovna metoda, s katero raziskujemo površino materialov, je svetlobna mikroskopija. Njena

prednost je, da dobimo pregleden vtis o celotni raziskovani površini – o celotni mikrostrukturi

vzorca. Spada k vizualni metalografiji. S svetlobno mikroskopijo dobimo vpogled v obliko,

velikost in razporeditev mikrostrukturnih sestavin. Ne dobimo pa podatkov o njihovi

kemijski sestavi, kristalni zgradbi in kristalni orientaciji. Za običajni svetlobni mikroskop


64

moramo pripraviti ravno, gladko in kontrastno raziskovano površino. To dosežemo s postopki

brušenja, poliranja in jedkanja. [21]

Slika 45: Prikaz svetlobnega mikroskopa v prerezu [21]

Svetlobni mikroskop sestavljajo izvor svetlobe, steklene leče in prizme, polprepustna

zrcala, objektivi, okularja in sistem filtrov. Na sliki 45 je prikazan svetlobni mikroskop v

prerezu, ki je namenjen za opazovanje prozornih in neprozornih vzorcev. Za opazovanje

prozornih je namenjen svetlobni izvor 2, za neprozorne vzorce pa svetlobni izvor 1. [21]

Pot svetlobnega snopa za neprozoren vzorec je naslednja. Snop potuje iz svetlobnega

izvora (na sliki 45 vir svetlobe 1) skozi sistem leč, ki curek usmerijo vzporedno z optično

osjo. V filtru se del svetlobnega spektra absorbira, tako da pride skozi filter samo svetloba

določene barve. Količino svetlobe za osvetljevanje reguliramo z aperturno zaslonko. Ta je

praviloma odprta do dveh tretjin premera. Odprtost zaslonke prilagajamo opazovanemu

vzorcu, da dosežemo optimalno ostrino in kontrast slike. S poljsko zaslonko povečamo ali

zmanjšamo vidno polje. Odpremo jo le toliko, da je vidno polje nekoliko večje od zaželenega

formata fotografije. S tem tudi zmanjšamo količino svetlobe, ki pade na vzorec, in s tem

zmanjšamo segrevanje vzorca ter poslabšanje slike. Nato se del svetlobe odbije od

polprepustnega zrcala v smeri proti objektivu in pade na vzorec. Od dobro pripravljenega

vzorca se svetloba odbije nazaj skozi objektiv. V objektivu je sistem leč, ki sliko povečajo od


65

5 do 100X. Prizma preusmeri snop svetlobe v okular, ki sliko še dodatno poveča za 5 do 10X.

Takšno sliko potem vidimo s prostim očesom, ali pa jo posnamemo.

12.1.2 Vrstični elektronski mikroskop

Pri vrstičnem elektronskem mikroskopu elektronski snop preiskuje raziskovano

površino tako, da se pomika po njej po pravilni mreži črt ali točk. Pogosto pa se uporablja

kratica SEM, ki izhaja iz angleškega poimenovanja: Scanning Electron Mikroscope. [21]

Vrstični elektronski mikroskop ima kar nekaj prednosti pred svetlobnim mikroskopom.

Te prednosti so mnogo boljša ločljivost (do 1 nm), velika globinska ostrina ter možnost

namestitve opreme z detektorji za ultravijolične in rentgenske žarke (to omogoča

mikrokemično analizo) ter z detektorji za določanje orientacije kristalnih zrn. Njegova

uporaba se je uveljavila še na številnih drugih področjih zraven strojništva: medicina,

biologija, geologija, …

Slika 46: Vrstični elektronski mikroskop Univerze v Mariboru: Quanta 3D [Lasten vir]


66

12.2 Slabo očiščena ali pripravljena raziskovana površina

Pri pripravi metalografskih vzorcev je potrebno biti pazljiv na čistočo, pravilno jedkanje,

splakovanje po jedkanju in pravilno sušenje. Vzorce je potrebno shranjevati v eksikatorju. V

nadaljevanju je prikazanih nekaj napak, ki se lahko pojavijo pri sami pripravi vzorcev.

Slika 47: Umazanija – nit na raziskovani površini

Slika 48: Premalo spoliran vzorec. Vidne so še sledi brušenja.


67

Slika 49: Na vzorcu je vidna umazanija. Vzorec ni bil ultrazvočno očiščen.


68

12.3 Črne pike v mikrostrukturi

Pri analizi mikrostrukture so se pojavljale na vzorcih črne pike v velikosti približno do 7 µm.

Pojavljale so se po celotni površini vzorca, tako v varu, TVO-ju in osnovnem materialu. Še

posebej so bile zgoščene na območju med varom in TVO-jem. Naslednja slika prikazuje te

črne pike.

Slika 50: Prikaz črnih pik v mikrostrukturi na vzorcih, še posebej zgoščenih na območju v

varu, tik ob prehodu v TVO. Slika je bila posneta na vzorcu št. 8.

Sprva smo mislili, da so se pojavile ob jedkanju vzorca. Vendar se je potem v

nadaljevanju izkazalo, da ni tako. Na vzorcu št. 6, na hrbtni strani predhodne analize smo

ponovili postopek brušenja in poliranja. Tudi na novo pripravljeni površini (na ne jedkani) so

bile vidne črne pike. Tako smo dokazali, da vzrok za nastanek črnih pik ni bilo jedkanje. Ker

nas je zanimalo, ali so mogoče to kakšni vključki ali nečistoče v materialu, smo te pike še

podrobneje pogledali na vrstičnem elektronskem mikroskopu.


69

Slika 51: Podrobnejši pogled na eno izmed večjih črnih pik v mikrostrukuri. Slika je bila

posneta na elektronskem mikroskopu UM

Iz mikroposnetka elektronskega mikroskopa je mogoče razbrati, da to niso vključki ali

nečistoče v materialu, ampak te črne luknje prikazujejo vdolbine v materialu.


70

Slika 52: Črne pike na nevplivanem osnovnem materialu S460. Slika je bila posneta po

postopku poliranja, pred jedkanjem.

Slika 53: Črne pike na vzdolžnem prerezu varilne žice. Slika je bila posneta po postopku

poliranja, pred jedkanjem.


12.4 Osnovne mikrostrukture na vzorcu št. 8

Slika 54: Prikaz obmo

Slika 55: Prikaz območij vara, grobozrnatega dela TVO

2

OSNOVNI MATERIAL


71

Osnovne mikrostrukture na vzorcu št. 8

: Prikaz območij fotografiranja mikrostrukture na vzorcu št.

čij vara, grobozrnatega dela TVO-ja, drobnozrnatega dela TVO

osnovnega materiala na vzorcu št. 8.

5 1

4 3

VAR

GROBOZRNATI DEL TVO-ja

DROBNOZRNATI DEL TVO-ja

Diplomsko delo

ij fotografiranja mikrostrukture na vzorcu št. 8.

ja, drobnozrnatega dela TVO-ja in

VAR


72

Slika 56: Mikrostruktura osnovnega materiala na vzorcu št. 8. Slika je bila posneta na

območju št. 2, razvidno na sliki 54.

Slika 56 prikazuje mikrostrukturo osnovnega materiala na vzorcu št. 8. Prikazuje ferit in

perlit. Če se pomikamo po mikrostrukturi od osnovnega materiala proti varu, pridemo do

točke Ac1. Nad to točko se pri dodatnem segrevanju materiala perlit spremeni v avstenit.

Kasneje pa se pri ohlajanju avstenit spremeni v perlit. Mikrostruktura ni bistveno drugačna od

mikrostrukture osnovnega materiala. Če se pomikamo še naprej pridemo do točke Ac3.

Slika 57: Mikrostruktura drobnozrnatega dela TVO-ja na vzorcu št. 8.. Slika je bila posneta na



73

Če se pomikamo še naprej pridemo do točke Ac3. Nad to točko, do približno 1100 °C v

zvaru dosežene temperature, se ves ferit spremeni v avstenit. Pri ohlajanju pa se avstenit

spremeni v ferit in perlit. To območje ima drobno mikrostrukturo, ki jo prikazuje slika 57.

Slika 58: Mikrostruktura grobozrnatega dela TVO-ja na vzorcu št. 8.. Slika je bila posneta v


Sledi toplotno najbolj vpliven del TVO-ja. To je grobozrnati del, kjer v mikrostrukturi

najdemo ferit različnih oblik ter bainit. Navzočnosti martenzita ne moremo potrditi, verjetno

ga ni. Na naslednji sliki pa je mikrostruktura vara.

Slika 59: Mikrostruktura vara na vzorcu št. 8. Slika je bila posneta v območju št. 5, razvidno

na sliki 54.


12.5 Spreminjanje mikr

Slika 60: Prikaz fotografiranja mikrostrukture na vzorcu št. 9

Slika 61: Mikrostruktura

Opazimo lahko, da so kristalna zrna na sliki 61

a. To si lahko razlagamo, kot posledica toplotnega vpliva pri ve

2. VAREK


74

Spreminjanje mikr ostrukture v prečni smeri vzorca št. 9

: Prikaz fotografiranja mikrostrukture na vzorcu št. 9

: Mikrostruktura 1. in 2. varka vzorca št. 9; a) 1. varek b) 2.

Opazimo lahko, da so kristalna zrna na sliki 61. b v povprečju nekoliko ve

kot posledica toplotnega vpliva pri večvarkovnem varjenju.

1

2

3

4

5

6

7

8

1. VAREK VAREK

OSNOVNI MATERIAL

Diplomsko delo

ni smeri vzorca št. 9

: Prikaz fotografiranja mikrostrukture na vzorcu št. 9

1. in 2. varka vzorca št. 9; a) 1. varek b) 2. varek

ju nekoliko večja, kot na sliki 61.

čvarkovnem varjenju.


75

1

2

3

4

5

6


materiala. 1 – teme vara, 2,3,4 – prehod med obema varkoma, 5 – prehod med varkoma in

TVO-jem, 6 – prehod iz TVO-ja na osnovni material


76

7

8


materiala. 7,8 – osnovni material

12.6 Pogled v mikrostrukturo dodajnega materiala

Za primerjavo smo naredili obrus varilne žice Böhler EMK8 v prečni in v vzdolžni smeri. Za

obrus v vzdolžni smeri smo žico vložili v umetno maso. Za obrus v prečni smeri pa smo žico

vpeli v poseben primež. To je prikazano na sliki 22. c. Zanimiv je pogled na velikost zrn v

prečnem in vzdolžnem pogledu. Zaradi postopka vlečenja pri izdelavi žice so zrna temu

primerno deformirana.

Slika 64: Mikrostruktura varilne žice Böhler EMK8 a) v prečni smeri b) v vzdolžni smeri

Glede na sestavo je mikrostruktura sestavljena iz ferita in manjšega deleža perlita.

Na spodnji sliki se vidi, da je mikrokemična sestava varilne žice v jedru drugačna kot na

robu žice. Pri večji povečavi je razvidno tudi, da na območju približno 160 µm od roba žice ni


77

črnih pik, ki so bile omenjene v tem poglavju. Te pike se v povečanem številu pojavijo znotraj

tega območja, v jedru žice. Ta žica je prevlečena s plastjo bakra debeline približno 1 µm. To

prikazuje naslednja slika pod št. 66.

Slika 65: Prečni prerez varilne žice Böhler EMK8 premera 1 mm

Slika 66: Plast bakra na varilni žici debeline približno 1 µm


78

13 ZAKLJUČEK

V diplomskem delu smo s porušno preiskavo analizirali zvarne spoje stebra žerjava podjetja

Palfinger, d. d. Določili smo zvarne spoje, ki so najbolj obremenjeni, jih izrezali iz zvarjenca

in metalografsko pripravili za makroskopsko in mikroskopsko analizo. Določili smo 9 mest

zvarnih spojev za analizo. Vse te vzorce zvarnih spojev smo makroskopsko analizirali. Na

treh vzorcih zvarnih spojev smo opravili mikroskopsko analizo, na dveh pa smo merili trdoto

po Vickersu. Dodatno smo metalografsko pripravili še vzorec dodajnega materiala, ki se je

uporabljal za varjenje stebra žerjava, in vzorec od varjenja nevplivanega osnovnega materiala.

Na obeh dodatno pripravljenih vzorcih smo prav tako merili trdoto po Vickersu.

Mikrostrukturo enega vzorca iz stebra žerjava in dodajnega materiala smo pogledali na

vrstičnem elektronskem mikroskopu.

Postopek metalografske priprave vzorcev je bil sledeč: avtogen izrez označenih mest

zvarnih spojev, prirezovanje vzorcev na določeno mero na vodno hlajeni tračni žagi, brušenje,

poliranje in jedkanje. Dodajni material smo zaradi oblike vložili v primerno umetno maso. Za

brušenje smo uporabljali brusne papirje granulacije od 80 do 2500, za poliranje diamantno

polirno pasto in glinico s premerom abrazivnih zrn 3, 6 in 9 µm. Za makroskopsko analizo

smo vzorce jedkali z nitalom, medtem ko za mikroskopsko analizo s pikral-nitalom.

Pri analizi vzorcev smo našli na vzorcu št. 2 poro, medvarkovni zlep in zlep na zvarnem

robu, ter na vzorcu št. 6 in 7 pa zlep na zvarnem robu. Trdota na vzorcu št. 1 je nekoliko

presegala predpisane vrednosti. Nobena od napak ni bila kritična. Pri analizi mikrostukture

smo ugotovili črne pike velikosti do približno 7 µm. Ugotovili smo, da se niso pojavile od

priprave vzorca in niso vključki v materialu. Natančnega vzroka pojava črnih pik skozi

diplomsko delo nismo mogli ugotoviti.


79

14 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV

[1] Spaić Savo. Metalografska analiza. Ljubljana: Fakulteta za naravoslovje in

tehnologijo, Oddelek za montanistiko, 1993.

[2] Palfinger Ladekrane [svetovni splet]. Palfinger AG. Dostopno na WWW:

http://blog.palfinger.ag/?attachment_id=331 [02.06.2013].

[3] Dobrodošli v podjetju Palfinger: Predstavitvena mapa podjetja Palfinger d.d., 2013

[4] Palfinger [svetovni splet]. Wikipedia. Dostopno na WWW:

http://de.wikipedia.org/wiki/Palfinger [06.04.2013].

[5] Kraut Bojan. Krautov strojniški priročnik, 14. slovenska izdaja / izdajo pripravil Jože

Puhar, Jože Stropnik. Ljubljana : Littera picta, 2003.

[6] GMAW weld area [svetovni splet]. Wikipedia. Dostopno na WWW:

http://en.wikipedia.org/wiki/File:GMAW_weld_area.svg [24.11.2013]

[7] Deutscher Verband für Schweißtechnik. DVS - Tečaj: Varjenje v zaščitnih plinih,

2013

[8] Ren Zoran. Slikovno gradivo za predmet Strojni elementi I [svetovni splet]. Maribor :

Fakulteta za strojništvo, 2003. Dostopno na WWW: http://lace.uni-

mb.si/Strojni_elementi_1_UNI/slikovno_gradivo/Slikovno%20gradivo%20za%20pre

dmet%20SE%20I.pdf [13.10.2013]

[9] Gliha Vladimir. Fizikalno - metalurške osnove varjenja: učbenik. Maribor: Fakulteta

za strojnišvo, 2007

[10] Zavar: Temelji predgrevanja [svetovni splet]. Podjetje za varilno tehniko. Dostopno na

WWW: http://www.readbag.com/zavar-si-katalogi-temelji-predgrevanja [25.1.2014]

[11] EN 1011-2:2001. Welding - Recommendations for welding of metallic materials. 2003

[12] A look at HEAT input [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.jflf.org/pdfs/papers/keyconcepts2.pdf [26.11.2013]

[13] Calculating cooling time t8/5 [svetovni splet]. EWM group. Dostopno na WWW:

http://www.ewm-group.com/en/practical-knowledge/welding-calculators/cooling-

time.html [22.12.2013]

[14] ISO 5817:2003 + Cor. 1:2006. Welding - Fusion-welded joints in steel, nickel, titanium

and their alloys.


80

[15] Struers: Metallografie von Schweißverbindungen [svetovni splet]. Struers. Dostopno

na WWW:

http://www.struers.com/resources/elements/12/97490/Application%20Notes%20Weld

ing%20German.pdf [8.1.2014]

[16] Tušek Janez, Rihar Gabriel, Rojc Marjan. Zlep - zahrbtna in prepogosta napaka

varilcev. Materiali in tehnologije (2001), vol. 35, No. 5, str. 283-286

[17] EN ISO 15608. Welding - Guidelines for a metallic material grouping system. 2000.

[18] Rak Inoslav. Tehnologija varjenja, 1. izdaja. Ljubljana : Modrijan, 2008.

[19] Bončina Tonica: Ustne informacije o definiciji metalografije, 2014

[20] Kosovinc Ivan. Metalografija, 4. izdaja. Ljubljana: Fakulteta za naravoslovje in

tehnologijo, 1988.

[21] Zupanič Franc. Gradiva: praktikum, 1. izdaja. Maribor: Fakulteta za strojništvo, 1999.

[22] Merjenje trdote [svetovni splet]. Maribor : Fakulteta za strojništvo. Dostopno na

WWW: http://fs-server.uni-

mb.si/si/inst/itm/lm/GRADIVA_UC/Mehanski_preskusi/merjenje_trdote.html

[22.1.2014]

[23] Härteprüfung [svetovni splet]. Hochschule Bremen : University of applide sciences.

Dostopno na WWW: http://www.hs-

bremen.de/internet/hsb/struktur/mitarbeiter/schubert/lehrveranstaltungen/fert/unterlage

n_labor/h__rtepr__fung_fert.pdf [11.12.2013]

[24] EN ISO 9015-1. Destructive test on welds in metallic materials - Hardness testing.

2001.

[25] Oznake atesta varilca po EN 287 [svetovni splet] Maribor : Fakulteta za strojništvo.

Dostopno na WWW: http://fs-server.uni-

mb.si/si/inst/iko/lavar/vaje/ATEST%20VARILCA%20EN%20287.pdf [10.12.2013]

[26] Gordun Viktor, Godec Boštjan. Neugodne mikrostrukturne sestavine v zvarnih spojih

konstrukcijskih jekel. Materiali in tehnologije (2002), vol. 36, no. 5, str. 247-254.

Documents

PREISKAVA ZVARNIH SPOJEV V PODJETJU PALFINGER D.D. · 2017-11-28 · UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Jernej ŠLAMBERGER PREISKAVA ZVARNIH SPOJEV V PODJETJU PALFINGER