1. UVOD

1.1. Definicija zavarivanja

Zavarivanje je proces izrade nerazdvojivog spoja uspostavljnjem međuatomskih veza između dijelova koji se zavaruju, pri kome se pojedinačno ili kombinovano koristi toplotna i mehanička energija, a po potrebi i dodatni materijal. Postupci zavarivanja, koji se najčešće koriste u praksi, zasnovani su na lokalnom zagrijavanju materijala iznad temperature topljenja, kada zavareni spoj nastaje očvršćavanjem (npr. elektrolučno zavarivanje), ili na lokalnom zagrijavanju materijala do temperature topljenja, kada zavareni spoj nastaje uz dodatno djelovanje pritiska (npr. elektrootporno zavarivanje). Zavarivanjem je moguće spajanje metala sa metalom, nemetala sa nemetalom i metala sa nemetalom, ali se u praktičnom smislu podrazumijeva spajanje metala sa metalom.

1.2. Opšti pojmovi u zavarivanju

Zavarivanje – proces izrade nerazdvojivog spoja uspostavljanjem međuatomskih veza između dijlova koji se zavaruju, pri čemu se pojedinačno ili kombinovano koristi toplotna ili mehanička energija, i po potrebi dodatni materijal. Zavareni spoj – konstruktivna cjelina koju čine osnovni metal i metal šava Osnovni materijal – materijal koji se zavaruje Dodatni materijal (metal) – materijal koji se dodaje u procesu zavarivanja Zona uticaja toplote – dio osnovnog metala koji je pod uticajem zagrijavanja i hlađenja pretrpio strukturne promjene Metalna kupka – rastopljeni dodatni i osnovni materijal Šav (metal šava) – očvrsla metalna kupka Zavar – dio šava nastao u jednom prolazu ili sloju Žlijeb – pripremljeni prostor za obrazovanje šava Tehnologija zavarivanja – skup operacija potrebnih da bi se napravio zavareni spoj Tehnika zavarivanja – načini izvođenja pojedinih operacija tokom zavarivanja

1.3. Vrste zavarivanja

Danas je poznato oko 200 različitih postupaka zavarivanja. Oni se dijele s obzirom na vrstuenergije kojom se zagrijava mjesto zavara (mehanička, kemijska, električna, snop elektrona), vrstu osnovnog materijala (metali, umjetni materijali), način zavarivanja (zavarivanje, navarivanje) i nivo mehanizacije zavarivanja (ručno, poluautomatsko, automatsko). Ovdje se navode samo najrašireniji postupci zavarivanja metala, svrstani u tri skupine:

• zavarivanje taljenjem,• otporno zavarivanje i• zavarivanje mehaničkom energijom.

U općem strojarstvu se prvenstveno primjenjuje zavarivanje taljenjem (najčešće plamenom ielektrolučno) za spajanje debljih ploča i drugih dijelova. Tanke ploče i dijelovi zavaruju se

1

taljenjem s električnim lukom (postupak TIG) ili plazmom, te postupcima otpornog zavarivanja (najčešće točkasto i šavno), ili s mehaničkom energijom.

2. Zavareni spojevi. Oblici zavarenih spojeva

Pod zavarenim spojem se podrazumijeva konstruktivna cjelina, sl. 1, koju čine osnovni metal (1) i metal šava, ili skraćeno šav, kod koga se razlikuju lice šava (2), naličje šava (3), korijen šava (4) i ivica šava (8). Kod postupaka zavarivanja topljenjem šav nastaje očvršćavanjem istopljenog osnovnog i dodatnog metala ili samo osnovnog metala. Dio osnovnog metala, koji se topi u procesu zavarivanja i ulazi u sastav metala šava zove se uvar (5), čija je granica obilježena sa (6), a dubina sa (9). Zona uticaja toplote (ZUT), označena sa (7) na sl. 1.a, je onaj dio osnovnog metala, koji je pod uticajem zagrijavanja i hlađenja pretrpio izvjesne strukturne, ali ispod temperature topljenja. Na sl.1 prikazane su osnovne dimenzije šava: širina (11), debljina (12) i nadvišenje (10) i to za slučaj sučeonog i ugaonog spoja, kao i za navareni sloj, kod koga je bitna i njegova debljina (13)

Slika 2.1 Osnovni elementi zavarenog spoja

Prednosti zavarenih spojeva su:

- u usporedbi s ostalim spojevima, nosivost zavarenih spojeva može biti približno jednakanosivosti osnovnog materijala- visoka nosivost se postiže pravilnim odabirom dodatnog materijala i parametarazavarivanja, te dobivanjem zavarenog spoja bez značajnijih pogrešaka ,- u odnosu na lijevane, kovane i zakovične konstrukcije, zavarene konstrukcije imaju tanjestjenke i do 30 % manju težinu,- za manji broj proizvoda, zavareni spojevi su najekonomičniji

2

Nedostaci zavarenih spojeva su:

- zavarivanjem se bez problema spajaju samo materijali koji imaju jednaku ili približnukvalitetu i sastav i koji su dobro zavarljivi,- na mjestu spajanja dolazi do lokalnog zagrijavanja i neravnomjernog rastezanja iskupljanja, što prilikom hlađenja uzrokuje zaostala naprezanja.- zavareni spojevi imaju manju sposobnost prigušenja vibracija, te manju otpornost premakoroziji,- zavareni spojevi su zbog svoje cijene neprimjereni za velikoserijsku proizvodnju.

Prema stanju metala u području spoja u trenutku zavarivanja, postupci zavarivanja se dijele na sljedeće grupe prema sl. 2.2.

sl. 2.2 Klasifikacija postupaka zavarivanja

3

Prije zavarivanja potrebno je pripremiti ivice osnovnog metala, čime se dobija žlijeb za zavarivanje, čiji su osnovni pojmovi definisani standardom, sl. 3. Najčešće korišteni žlijebovi i izgledi odgovarajućih šavova su dati u tab. 1. Pripremljeni žlijeb u procesu zavarivanaja topljenjem može da se ispuni u jednom ili u više prolaza, ili u više slojeva, sl. 4, što prvenstveno zavisi od debljine osnovnog materijala.

sl.2.3 Osnovni elementi žlijeba

1 – stranica žlijeba2 – korijen žlijeba3 – oštri korijen žlijeba4 – tupi korijen žlijeba5 – razmak u korijenu žlijeba6 – zatupljenje korijena žlijeba7 – otvor žlijeba8 – širina otvora žlijeba9 – ugao otvora žlijeba10 – ugao zakošenja žlijeba

4

Tabela 2.1 Oblici načešće korištenih žlijebova i odgovarajućih šavova

a) jednoprolazni b) višeprolazni c) višeslojni

sl. 2.4 Vrste šavova

2.1 Zavarljivost materijala

Zavarljivost je svojstvo materijala da se spajanjem zavarivanjem njegovih dijelova dobijeupotrebljiv spoj. Materijal je dobro zavarljiv ako je standardnom opremom i proceduromzavarivanja moguće ostvariti upotrebljiv spoj, pri čemu je ponovljivost postupka vrlo visoka.Zavarljivi su čelici s manje od 0,3% ugljika i manje zatezne čvrstoće, od legirajućih elemenata Mn,Si, P, S loše utječu na zavarivost, dok Cr, Mo, Ni, Cu, V ne štete zavarivosti. Zavarljivi su konstrukcijski ugljični čelici (Č0345 – Č0545), čelici za poboljšavanje (Č1330, Č1331 uz predgrijavanje), čelici za cementiranje (Č4320, Č5420 u necementiranom stanju), čelici za prešane cijevi, čelici za topovske limove. Zavarljivi su obojeni metali – bakar, aluminij, mesing, bronca, cink, zatim plastični materijali (naročito PVC), lijevano željezo, bijeli kovkasti lijev (prethodno razugljičen)...

2.1.1 Vrste zavarenih spojeva i zavara

Zavareni spojevi dijele se obzirom na međusobni položaj dijelova koji se zavaruju.Zavari se općenito dijele na: • sučeone zavare, slika 2.5.a i 2.5.b. • kutne zavare, slika 2.5.c i 2.5.d. • posebne zavare, slika 2.5.e i 2.5.f.

Slika 2.5

-Opća podjela zavara s obzirom na položaj dijelova koji se zavaruju: a) sučeoni V-zavar, b) sučeoni X-zavar, c) kutni zavar, d) dvojni kutni zavar

5

e) sučeoni K-zavar kutnog T-spoja, f) polovični Y-zavar s kutnim zavarom u korijenu

-Po položaju zavarivanja razlikuju se četiri osnovna položaja: • horizontalni, • horizontalni na zidu, • vertikalni, • nad glavom

2.1.2 Kvaliteta zavarenih spojeva

Kvaliteta zavara ovisi o tipu i količini grešaka koje u njemu nastaju pri zavarivanju.Zavareni spojevi se razvrstavaju u četiri razreda kvalitete: 1. razred kvalitete – U tom razredu moraju sve vrste sučeonih zavara imati provareni

korijen, a kutni i križni zavari provarene presjeke. Upotrebljeni osnovni i dodatni materijalmoraju imati atest. Zavari moraju biti bez grešaka, izvodi se 100% kontrola (radiografska,ultrazvučna). Zavar izvode samo stručno osposobljeni zavarivači s atestom za taj razredkvalitete.2. razred kvalitete – U drugom razredu kvalitete su sve vrste spojeva i zavara. Materijali su atestirani, manje su greške dopuštene, ali u zavaru ne smije biti pukotina. Obavezna je 50% kontrola. Zavaruju zavarivači s atestom za postupke i položaje zavarivanja, koji su mogući na konstrukciji.3. razred kvalitete – Sučeone zavare tog razreda moraju izraditi atestirani zavarivači.Zahtjeva se 10% - na kontrola zavara s ultrazvukom, te 100% - na vizualna i dimenzijskakontrola4. razred kvalitete – Nema posebnih zahtjeva, vrijedi samo za jednostavne konstrukcije.

Po kontinuitetu zavari mogu biti neprekinuti i prekinuti.

6

2.2 Prikazivanje i kotiranje varova

2.2.1 Označavanje i predstavljanje zavarenih spojeva na crtežu

Crtež zavarene konstrukcije mora da sadrži podatke potrebne za njenu izradu, kao što je način pripreme žlijeba, geometrijske mjere šava i tehnika zavarivanja. Da bi se ovi podaci prikazali što jednostavnije, definisani su načini predstavljanja i oznake zavarenih spojeva, koje se sastoje od grafičke i brojne oznake. Grafička oznaka definiše pripremu žlijeba i oblika šava, tab. 2, oblik spoljne površine, tab. 3, vrste spojeva pri zavarivanju pritiskom, tab. 4, dopunske radove na korjenom zavaru i kontinualnost šava pri zavarivanju topljenjem (neprekidni šavovi se označavaju horizontalnom crticom preko osnovnog simbola).

Tabela 2. Oznake najčešće korištenih žlijebova i nazivi odgovarajućih šavova

Tabela 3. Oznake oblika spoljne površine šava

Tabela 4. Oznake pri zavarivanju pritiskom

7

Grafička oznaka za uprošćeno prikazivanje zavarenih spojeva se ispisuje u blizini šava, na prelomljenoj pokaznoj liniji ili ispod nje, sl. 2.6. Tako npr., oznaka na sl. 2.6.a definiše „V“ šav bez obrade lica, oznaka na sl. 2.6.b neprekidni dvostrani ugaoni šav sa ravnim tjemenom, gdje je a debljina šava, a oznaka na sl. 2.6.c isprekidani dvostrani nesimetrični ugaoni šav sa ravnim tjemenom, gdje je l dužina pojedinih šavova, e razmak između dva šava i n broj šavova.

a) sučeoni „V“

b) ugaoni ravni dvostrani

c) isprekidani nesimetrični ugaoni ravni sl. 2.6 Primjeri uprošćenog prikazivanja zavarenih spojeva

Osnovne oznake Različite vrste zavarenih spojeva na crtežima predstavljaju se karakterističnom oznakom koja je u osnovi slična obliku zavarenog spoja koji se izvodi (slika 9). Oznaka neće prouzrokovati preuranjeni zaključak o postupku koji se primjenjuje. Ako spoj ne treba biti specificiran, nego samo treba predstaviti koji će spoj biti zavarivan, tvrdo ili meko lemljen, potrebno je koristiti sljedeću oznaku: 

8

Sl. 2.7 Osnovna oznaka zavarenog spoja prema EN 22553

Osnovne oznake mogu biti dopunjene oznakom koja karakterizira oblik vanjske površine ili oblika šava. Odsustvo dodatne oznake znači da oblik zavarene površine ne treba da bude precizno označen.

2.2.2 Dimenzioniranje šava

Svaka oznaka zavarenog spoja sadrži brojčane vrijednosti dimenzija. Ove dimenzije se upisuju kao što je to prikazano na sljedećoj slici:

Slika 2.8. Način prikazivanja dimenzioniranog šava prema EN 22553 

Sl. 2.9 Ilustracija zavarenog spoja i odgovarajuće simboličko predstavljanje prema EN 22553

Osnovne dimenzije, koje se odnose na poprečni presjek, upisuju se na lijevoj strani ispred oznake (s), podužne dimenzije se upisuju na desnoj strani iza oznake (l). Oznaka se postavlja iznad ili ispod referentne linije, u skladu sa sljedećim pravilom:- Oznaka se postavlja sa strane pune linije ako je lice zavarenog spoja na strani

9

strelice,- Oznaka se postavlja na stranu isprekidane linije ako je lice zavarenog spoja na drugoj (sl.10)- Dimenzije koje definiraju šav u odnosu na ivice elemenata, ne označavaju se nego se predstavljaju posebno na crtežu (Slika 11). 

Slika 2.10 Slika 2.11

2.3 Proračun zavarenih spojeva

Provodi se kao da su sami zavari zasebni elementi, pri čemu se određuju naprezanja u pojedinim kritičnim presjecima. Kod proračuna je najvažnije pravilno određivanje ukupne nosive površine zavara: Azv = Σ(a⋅lzv ), gdje je a računska debljina, a lzv nosiva dužina pojedinog zavara u zavarenom spoju.

2.3.1 Sučeoni varovi

Kod sučeonih spojeva kritični presjek je okomiti presjek zavara uzduž njegove osi, pa je računska debljina zavara jednaka debljini dijelova koji se spajaju (slika 12).

Sl. 2.12

Kod spajanja limova različite debljine, mjerodavna je debljina tanjeg lima.

10

2.3.2 Kutni zavari

Kod kutnih spojeva površina koja prenosi opterećenje nalazi se u ravnini spajanja. Računska debljina zavara je visina istokračnog trokuta upisanog u presjek zavara, koja se zatim zakreće u ravninu spajanja.

Sl. 2.13

2.3.3 Mjerodavna (nosiva) površina zavara

a) Vlak (Tlak) b) Smik

Slika 2.14 Slika 2.15

c) Savijanje

11

Slika 2.16

d) Torzija (uvijanje)

Slika 2.17

12

3. Ispravno oblikovanje zavarenih konstrukcija

Najčešće greške koje se javljaju prilikom zavarivanja su:- nedostatak vara između površine zavarivanja,- krakovi kutnih zavara nisu jednaki te je zbog toga čvrstoća šava manja (sl.18),

- nedostatak uvara usljed prisustva sloja oksida koji nije rastopljen,- postavljanje vara na suprotnu stranu od pravca djelovanja sile (sl. 19)- korijen zavara ne ispunjava potpuno grlo žlijeba,- udubljenja u korijenu nastala dejstvom ugljen-monoksida,-slaba konstrukcija kod konzola opterećenih na savijanje (sl.21)- otvoreni gasni mjehurići na površini korijena,- dodatni materijal ne dostiže ravan osnovnog materijala,-udubljeno mjesto nastalo usljed prekida zavarivanja.

Slika 3.1. Razlijevanje zavara (pod „b“ je prikazan ispravan položaj)

Slika 3.2. Tlačno opterećenje korijena šava: a) Neispravno, b) Ispravno

13

Slika 3.3. Izmjenično dinamičko opterećenje savijanjem: a) Neispravno; b) Ispravno

Slika 3.4. Konzola opterećena savijanjem: a) Neispravno; b) Ispravno – pojačana konstrukcija i dulji šav u vlačnoj zoni

Neke od preporuka i načina za ublažavanje ili sprečavanje napona i deformacija u zavarenim konstrukcijama su:

1. izvršiti pravilnu pripremu za zavarivanje2. izvoditi po mogućnosti što kraće varove3. po mogućnosti koristiti simetrične čeone varove ili dvostruke ugaone varove4. izbjegavati ukrštanje varova zbog pojave nagomilavanja materijala5. zavarivanje izvoditi sa više prelaza tanjim slojevima6. duge varove raditi preskokom7. zavarene sastavke u nekim slučajevima podvrgavati termičkoj obradi8. pri zavarivanju odrediti takav položaj limova koji je suprotan očekivanoj

deformaciji

Slika 3.5. Stezanje kod kutnih spojeva

14

Slika 3.6. Strojna obrada zavarenih sklopova

a), c), e) Neispravna konstrukcija –strojnom obradom se zahvaća šav, odnosno tjeme šava;b), d), f) Ispravna konstrukcija –strojnom obradom se skida korijen šava ili šav nije zahvaćen

Osnovna pravila i preporuke za ispravno konstruktivno oblikovanje zavarenih konstrukcija su:

- pri izradi konstrukcije maksimalno koristiti sve vrste profila, savijenih limova i drugih elemenata u cilju što manjeg zavarivanja- predvidjeti što više horizontalnih varova radi lakšeg izvođenja- osigurati lahku pristupnost svim varovima na konstrukciji (sl. 24)- pravilno izabrati vrstu zavarenog sastavka pri čemu treba težiti upotrebi čeonih varova- izbjegavati smještanje zavarenog sastavka u zonama koncentracije napona

Slika 3.7. Pristupačnost varovima

15

a), b), c) Nepristupačni šavovi;d) Poboljšana pristupačnost;e) Promijenjena konstrukcija, strelica označava šav koji spaja tri lima

4. ZAKLJUČAK

Zavarivanje je postupak spajanja dva ili više istorodnih ili raznorodnih materijala, taljenjem ili pritiskom, sa ili bez dodavanja dodatnog materijala, na način da se dobije homogen zavareni spoj (spoj bez grešaka sa zahtjevnim mehaničkim i ostalim svojstvima).

Prednosti zavarenih spojeva su:- u usporedbi s ostalim spojevima, nosivost zavarenih spojeva može biti približno jednaka

nosivosti osnovnog materijala- visoka nosivost se postiže pravilnim odabirom dodatnog materijala i parametara

zavarivanja, te dobivanjem zavarenog spoja bez značajnijih pogrešaka ,- u odnosu na lijevane, kovane i zakovične konstrukcije, zavarene konstrukcije imaju tanje

stjenke i do 30 % manju težinu,- za manji broj proizvoda, zavareni spojevi su najekonomičniji

Nedostaci zavarenih spojeva su:- zavarivanjem se bez problema spajaju samo materijali koji imaju jednaku ili približnu

kvalitetu i sastav i koji su dobro zavarljivi,- na mjestu spajanja dolazi do lokalnog zagrijavanja i neravnomjernog rastezanja i

skupljanja, što prilikom hlađenja uzrokuje zaostala naprezanja.- zavareni spojevi imaju manju sposobnost prigušenja vibracija, te manju otpornost prema

koroziji,- zavareni spojevi su zbog svoje cijene neprimjereni za velikoserijsku proizvodnju.

U industrijskoj proizvodnji pojavljivanje pogrešaka u zavarenom spoju, a naročito njihovo ponavljanje, uzrokuje velike probleme. Uzroci im, međutim, mogu biti u fazama prije proizvodnje kao i u načinu uporabe zavarene konstrukcije.

Nekvalitetnom izvedbom zavarivanja dolazi do zastoja u proizvodnji, gubitaka u tempu i zakašnjenja u isporuci. Popravci, kao nužno zlo, mogu uzrokovati trajne negativne posljedice na sposobnost konstrukcije. Zbog toga je greške pri zavarivanju potrebno svesti na minimum kako bi se osigurala što bolja kvaliteta vara.

16

17