Zavarivanje je tehnologija obrade kojom se postiže atomsko vezivanje između površina dva ili više odvojenih izradaka zagrijavanjem, primjenom pritiska ili kombinacijom oba, dopunjena dodatnim materijalima. Kao ključna komponenta teških građevinskih strojeva, kvaliteta nosača za zavarivanje izravno je povezana sa sigurnosnom izvedbom cijelog stroja. Za razliku od mehaničkih spojeva, zavarivanjem se stvara metalurška veza, čiji ključni uvjeti uključuju energetske uvjete, uvjete okoline i uvjete spajanja. Prema izvoru energije, zavarivanje se može podijeliti u tri kategorije: zavarivanje taljenjem, zavarivanje pod pritiskom i lemljenje. Među njima se najčešće koristi zavarivanje taljenjemproizvodnja nosača za zavarivanje, što čini više od 90% industrijske primjene.
I. Načela metalurgije zavarivanja i odabir materijala za nosače za zavarivanje
Metalurgija zavarivanja je ključna teorija koja proučava zakone formiranja bazena taline, skrućivanja, fazne transformacije i promjena kemijskog sastava tijekom procesa zavarivanja, i igra odlučujuću ulogu u izvedbi nosača za zavarivanje. Otopljeni bazen nosača za zavarivanje karakterizira mali volumen, visoka temperatura, kratko vrijeme postojanja i brza brzina hlađenja, što dovodi do brzog procesa kristalizacije. Stvrdnjavanje metala za zavarivanje temelji se na netaljenim osnovnim metalnim zrncima u zoni taljenja i raste duž smjera rasipanja topline, tvoreći različite kristalizacijske morfologije od ravnih zrnaca do stupčastih zrnaca. Zona utjecaja topline (HAZ) je područje osnovnog metala na koje utječe toplina zavarivanja, ali nije otopljen. Njegove mikrostrukturne promjene zajednički su određene temperaturom zagrijavanja i brzinom hlađenja, što rezultira različitim područjima kao što su zona fuzije, zona pregrijanosti i zona normalizacije.
Nosači za zavarivanje većinom su izrađeni od nisko{0}}legiranog čelika visoke-čvrstoće, kao što je ploča visoke-čvrstoće BS700MCK2, koja ima granicu tečenja veću od ili jednaku 700MPa i izvrsnu zavarljivost, hladno oblikovanje i udarnu žilavost na niskim-temperaturama. Ova vrsta materijala je nisko-ugljični nisko{9}}legirani konstrukcijski čelik, koji postiže izvrsne performanse zavarivanja smanjenjem ekvivalenta ugljika i indeksa osjetljivosti na pukotine zavara. Tijekom procesa zavarivanjagrane za zavarivanjeizmeđu rastaljenog metala i okolnog medija dolazi do niza kemijskih reakcija poput oksidacije, redukcije i nitriranja. Potrebno je osigurati razuman kemijski sastav zavara i izbjeći nedostatke odgovarajućim potrošnim materijalima za zavarivanje i kontrolom procesa.
II. Zakon utjecaja toplinskog procesa zavarivanja na kvalitetu nosača zavarivanja
Toplinski proces zavarivanja izvor je metalurških reakcija zavarivanja, mikrostrukturnih transformacija i deformacija naprezanja. Detaljno-proučavanje zakona stvaranja, prijenosa i disipacije topline ključno je za poboljšanje kvalitete nosača za zavarivanje. Različite metode zavarivanja imaju značajne razlike u karakteristikama izvora topline: zaštićeno elektrolučno zavarivanje ima relativno nisku gustoću energije, raspršenu toplinu i veliku zonu utjecaja topline-; dok lasersko zavarivanje i zavarivanje plazma lukom imaju koncentriranu energiju i malu zonu-zahvaćene toplinom.
Unos topline zavarivanja odnosi se na toplinu dobivenu po jedinici duljine zavara, izračunatu formulom E=60IU/(vη), gdje je I struja zavarivanja, U napon zavarivanja, v brzina zavarivanja, a η toplinska učinkovitost. Tijekom procesa zavarivanja nosača za zavarivanje, prekomjerni unos topline povećat će vršnu temperaturu, usporiti brzinu hlađenja, proširiti zonu utjecaja topline-i ogrubjeti zrna, čime se smanjuje žilavost; nedovoljan unos topline ubrzat će brzinu hlađenja, lako dovodeći do stvaranja stvrdnutih struktura i hladnih pukotina.
U proizvodnjizavarivanje booms, potrebno je točno kontrolirati međuprolaznu temperaturu i usvojiti odgovarajuće postupke predgrijavanja i naknadnog-grijavanja. Za debele čelične ploče potrebno je izvršiti predgrijavanje kako bi se kompenzirao povećani gubitak topline i spriječile hladne pukotine. Okolina zavarivanja također zahtijeva strogu kontrolu, uključujući zahtjeve kao što su intenzitet osvjetljenja u radnom području, brzina vjetra ispod 2 m/s i vlažnost ispod 60%.
III. Kontrola grešaka pri zavarivanju i strategija jamstva performansi nosača za zavarivanje
Greške pri zavarivanju u biti su manifestacija--metalurških procesa izvan kontrole ili neuravnoteženih toplinskih procesa. Uobičajeni nedostaci nosača za zavarivanje uključuju poroznost, uvrštavanje troske, pukotine i potkopavanje. Poroznost su rupe koje nastaju kada otopljeni plinovi u bazenu rastaline ne uspiju izaći tijekom hlađenja i skrućivanja, dok uključci troske potječu od oksida i sulfida generiranih metalurškim reakcijama koji ne uspijevaju isplivati na površinu bazena rastaline na vrijeme.
Pukotine se dijele u dvije kategorije: vruće pukotine i hladne pukotine. Vruće pukotine uzrokovane su stvaranjem tekućih filmova zbog obogaćivanja elementima niske-točke-tališta na granicama zrna i pucanja pod naprezanjem zavarivanja; hladne pukotine nastaju zbog stvaranja očvrslih struktura uzrokovanih pretjeranom brzinom hlađenja i nakupljanjem difuzibilnog vodika. Kako bi se osigurala pouzdanost performansigrane za zavarivanje, potrebno je sustavno ocjenjivati mehanička svojstva spojeva, uključujući čvrstoću, žilavost, plastičnost i tvrdoću.
Zavareni spoj sastoji se od tri dijela: metala zavara, zone taljenja i zone-zahvaćene toplinom, a njegova ukupna izvedba sveobuhvatan je odraz ta tri. Zona fuzije je slaba karika spoja, koja je sklona postati mjestom nastanka pukotina zbog neravne strukture i grubih zrna. Usvajanjem razumnih redoslijeda zavarivanja i parametara procesa, kao što je optimizirani postupak korištenja pet-pozadinskog zavarivanja za korijensko zavarivanje i dva-centralnog simetrijskog zavarivanja za zavarivanje poklopca, zaostalo naprezanje i deformacija zavarivanja mogu se učinkovito smanjiti. S tehnološkim napretkom, učinkovitost proizvodnje i stabilnost kvalitete proizvoda nosača za zavarivanje bit će znatno poboljšani.
