Svetovanja in postopki varjenja

1. VARJENJE V SVETU


Jeklo je še vedno najbolj uporabljena kovina na svetu. Od vseh vrst jekel se najbolj veča poraba nerjavnih jekel, narašča pa tudi poraba ogljikovih jekel in barvastih kovin, Al, Cu in Mg. Vzporedno z večanjem porabe jekel v svetu se veča tudi poraba dodajnih materialov. V zadnjih letih se je močno spremenila struktura varilnih procesov in s tem uporabe dodajnih materialov za varjenje. Uporaba ročnega obločnega varjenja se je zmanjšala iz 50 % v letu 1975 na 12 % v 2002. Močna rast je na področju MIG in MAG varjenja, iz 40 % v letu 1975 na okoli 75 % v letu 2002. Pri polnjenih žicah je bilo zvečanje iz 3 % v letu 1975 na 8 % v Evropi v letu 2002. Na Japonskem in ZDA je poraba polnjenih žic veliko večja- do 27%. Največj porabnik jekel in varilnih materialov v Evropi je splošna industrija, sledi ji avtomobilska, konstrukcije, medtem, ko je ladjedelništvo z 8 % vseh dodajnih materialov že med manjšimi porabniki. 90 % vseh ladij v zadnjem času izdelajo na daljnem vzhodu. Konkurenca obločnemu varjenju so v zadnjem času vse bolj lasersko varjenje in varjenje z gnetenjem (FSW).


2. VARILNI POSTOPKI


2.1 Ročno obločno varjenje ROV


Dodajne materiale izberemo glede na vrsto osnovnega materiala in uporabo konstrukcije. Obstaja veliko vrst oplaščenih elektrod. Po vrstah so razvrščeni v standardih: SIST EN 499 je standard za ROV nelegiranih in finozrnatih jekel, SIST EN 1600 za nerjavna jekla., Poleg evropskih pa se veliko uporabljajo tudi ameriške norme AWS.

Oplaščene elektrode glede na vrsto obloge:
CELULOZNE ELEKTRODE Elektrode tega tipa imajo v masi plašča dodano celulozo in se uporabljajo za varjenje cevi večjih premerov v naftni industriji. Elektrodo odlikuje dober uvar in varjenje v vseh legah.
KISLE ELEKTRODE Plašč sestavljajo oksidi železa in mangana in drugih dezoksidantov. Odtaljujejo se zelo hitro v obliki finih kapljic. Te elektrode dajejo homogene zvare z gladko površino. Varimo z izmeničnim in enosmernim tokom. Mehanske lastnosti so zadovoljive, čeprav imajo od vseh vrst najnižje vrednosti.
RUTILNE ELEKTRODE Plašč rutilnih elektrod sestavlja naravni rutil in ferolegure, večina vsebuje tudi železov prah. Odtaljujejo se v večjih kapljicah, kar omogoča varjenje zvarnih žlebov z večjo špranjo. Rabijo nizko varilno napetost in lahko vžigajo. Žlindra odstopa zelo dobro. Mehanske lastnosti zvarov so dobre, varimo pa lahko z izmeničnim in enosmernim tokom.
BAZIČNE ELEKTRODE Plašč je sestavljen na osnovi karbonatov z dodatkom jedavca. Varilno-tehnične karakteristike kot npr. prehod dodajnega materiala, odstopanje žlindre, vžig so nekoliko slabše v primerjavi z rutilnimi. Odlikujejo pa jih zelo dobre mehanske lastnosti zvarov, zlasti žilavost pri nizkih temperaturah. Zvari so nagnjeni k poroznosti, če so elektrode vlažne ali če varimo s predolgim oblokom. Zato moramo uporabljati samo suhe elektrode in jih moramo pred uporabo presušiti po navodilih proizvajalca. S temi elektrodami varimo lahko v vseh legah, uporabljamo pa enosmerni varilni tok (+) pol na elektrodi, le v izjemnih primerih lahko izmenični tok.

 

2.2 Polnjene - strženske žice


Razvrščene so v standardih: SIST EN 758 in SIST EN 12071. Polnjene žice združujejo dobre lastnosti ROV in varjenja z masivnimi žicami. Vzroki za večjo uporabo polnjenih žic:
- večja produktivnost varjenja zaradi večje hitrosti odtaljevanja
- odtaljevanje kapljic poteka po zunanjem plašču žice, kar povzroča širši oblok
- omogoča dodajanja legirnih in mikrolegirnih elementov
Polnjene žice so sestavljene iz kovinskega plašča in polnila v sredini žice. Vloga polnila je podobna kot vloga plašča pri oplaščenih elektrodah - zaščita vara, počasnejše ohlajanje zaradi žlindre, dodatno dolegiranje, čiščenje vara, stabilizacija obloka. Polnjene žice ločimo po načinu izdelave na strženske in zavite polnjene žice.

Polnjene žice glede na način varjenja:
MIG-MAG žice za varjenje z zaščitnimi plini - princip varjenja je podoben MIG-MAG varjenju, nekoliko morajo biti spremenjena le pogonska kolesa za žico. Količina porabljenega zaščitnega plina se veča z dolžino prostega konca varilne žice, s tem se veča tudi produktivnost. - na žice za varjenje pod praški - na samozaščitne žice tu zaščito vara zagotovi sama sestava polnila, pri teh žicah je zelo pomembno dobro prezračevanje, saj so varilni plini zelo strupeni. Mehanske lastnosti teh žic so nekoliko slabše in tudi tehnologija varjenja je zahtevnejša. Vrsta polnila ima velik vpliv na lastnosti polnjene žice, ločimo:
RUTILNE polnjene žice, odlikuje jih dobra varivost, pršeč oblok, povpreče mehanske lastnosti. Primerne so za varjenje kotnih varov in za varjenje v vseh pozicijah. Niso primerne za varjenje varjencev debeline nad 45 mm. Zaščitni plin je CO2, lahko pa je tudi mešanica Ar: CO2 = 82:18. Običajno varimo v desno, le korenske varke v levo.
BAZIČNE polnjene žice, slabša varivost imajo pa odlične žilavosti tudi pri nizkih temperaturah. Slabo so varive v prisilnih legah, možno pa je z njimi variti vse debeline. Prehod materiala je srednje velikih in velikih kaplicah, zato je tu tudi brizganje večje, kot pri rutilnih. Brizganje zmanjšamo z varjenjem z impulznimi aparati in mešanico zaščitnega plina Ar: CO2 = 82:18. Običajno varimo v desno, le korenske varke v levo.
METALNE polnjene žice, v polnilu prevladujejo kovinski materiali, pri varjenju ne nastane skoraj nič žlindre, zato so primerne za več-varkovno varjenje brez odstranjevanja žlindre. Žilavosti so nekoliko slabše od bazičnih in boljše od rutilnih. Zelo dobra je za varjenje v vseh pozicijah. Izkoristki pri varjenju so višji kot pri rutilnih in bazičnih, kar zveča produktivnost. Zaščitni plin je CO2 lahko pa je tudi mešanica Ar: CO2 = 82:18. Z metalno polnjeno žico lahko varimo v levo in desno.

 

2.3 Varjenje z zaščitnimi plini


Varilne žice in palice so razvščene po različnih standardih, za MAG varjenje SIST EN 440, za MIG in TIG SIST EN 12072, zaščitni plini pa so navedeni v SIST EN 439 standardu:

  • VARJENJE Z NETALJIVO ELEKTRODO-POSTOPEK TIG Pri tem postopku gori oblok med netaljivo wolframovo (W) elektrodo in varjencem. Zaščitni plin je argon, ki varuje talino pred vplivom atmosfere. Varimo lahko brez dodajnega materiala, torej s pretaljevanjem, lahko pa z dodajnim materilom, ki ga dodajamo s strani. Po tem načinu varimo pretežno visoko legirana nerjavna jekla in aluminij ter njegove zlitine. 
  • VARJENJE V ZAŠČITNEM PLINU Z ŽICO PO POSTOPKU MAG Pri tem postopku gori oblok med žico, ki se odvija s koluta in med varjencem. Od napetosti in jakosti varilnega toka ter vrste zaščitnega plina pa je odvisen prehod dodajnega materiala, ki je lahko kratkostičen, pršeč ali pulzirajoč. Zaščitni plin je ogljikov dioksid, ki aktivno sodeluje pri metalurških reakcijah med varjenjem. Pogosto se uporablja mešanica plinov argon (Ar): ogljikov dioksid (CO2) v razmerju 82:18, kar izboljša videz vara in zmanjšuje brizganje med varjenjem. Postopek zaradi velike talilne hitrosti odlikuje ekonomičnost varjenja. Po tem načinu varimo nelegirana in nizkolegirana konstrukcijska jekla. 
  • VARJENJE V ZAŠČITNEM PLINU Z ŽICO PO POSTOPKU MIG Postopek je enak kot pri MAG, razlikuje se le po vrsti zaščitnega plina, ki je mešanica argona z dodatki aktivnih plinov kisika ali ogljikovega dioksida, ki so lahko dvo ali trokomponentne. Plinske mešanice vplivajo na obliko vara in metalurške procese med varjenjem. Izbiramo jih glede na vrsto osnovnega materiala. Po tem postopku varimo visokolegirana jekla in barvne kovine.

3. VARIVOST RAZLIČNIH MATERIALOV-ZNAČILNOSTI PRI VARJENJU


Varivost je lastnost kovinskega materiala, da je mogoče narediti zvarni spoj, ki bo imel take mehanske lastnosti kot jih ima osnovni material in bo prenašal vse obremenitve brez nevarnosti porušitve. Na varivost vplivajo kemična sestava osnovnega in dodajnega materiala, ter faktorji, ki so odvisni od izvedbe konstrukcije in postopek varjenja.

 

3.1 JEKLA S POVEČANO VSEBNOSTJO OGLJIKA

Mednje štejemo jekla ki imajo več kot 0,25 % C in so na zraku kaljiva. V zvaru in toplotno vplivani coni nastajajo trde cone in z njimi nevarnost razpok. Zato moramo taka jekla predgrevati pred varjenjem, po njem pa zagotoviti počasno ohlajanje. Temperatura predgrevanja je odvisna od debeline in od vsebnosti ogljika: - 0,25-0,30 % C predgrevanje 120 - 200 °C - 0,30-0,45 % C predgrevanje 200 - 250 °C - 0,45-0,60 % C predgrevanje 250 - 300 °C Dodajni material so nelegirane bazične elektrode, ki morajo biti obvezno presušene in nelegirane žice za MAG postopek.

 

3.2 NIZKOLEGIRANA DROBNOZRNATA JEKLA

To so jekla, ki vsebujejo do 5 % legirnih elementov ( C, Si, Mn, Cr, Mo, Ni, V ). Ta jekla moramo pred varjenjem ravno tako predgrevati, temperaturo pa določimo z enačbo: EC = %C+Mn/5 + (Cr+V)/5 + Mo/4 + Ni/15 pri čemer je EC: - do 0,4 brez predgrevanja -0,4- 0,6 predgrevanje 100 - 200 °C -0 nad 0, 6 predgrevanje 200 - 300 °C Za natačnejše določanje temperature predgrevanja se poslužujemo različnih enačb, ki upoštevajo poleg kemične sestave še debelino materiala in postopek varjenja. Dodajni material so srednjelegirane oplaščene bazične elektrode in žice za varjenje.

 

3.3 MANGANSKA JEKLA

Vsebujejo 2 - 13 %Mn in okoli 1 % C in so zelo žilava in odporna proti obrabi. Pri varjenju uporabljamo avstenitni dodajni material npr. INOX B 18/8/6. Če pa želimo enako sestavo pa varimo prvi sloj z avstenitno elektrodo, ostale varke pa z elektrodo E Mn 14. Variti moramo s kratkimi varki, ki jih sproti kujemo in intenzivno hladimo.

 

3.4 VARJENJE NERJAVNIH JEKEL

Obstaja veliko vrst nerjavnih jekel, ki se ločijo po svojih mehanskih, varilnih in korozijsakih lastnostih. Martenzitna nerjavna jekla imajo kritično ohlajevalno hitrost in so kaljiva na zraku. Toplotno vplivana cona je trda in krhka. Pred varjenjem predgrevamo na 350 - 400 °C in takoj po varjenju napuščamo na 600 - 700°C. Dodajni material INOX B 13/1Fe. Feritna nerjavna jekla ne kalijo in jih ni mogoče toplotno obdelati. Priporočamo predgrevanje na 200°C, za zmanjšanje krhkosti zvara pa žarjenje po varjenju na 780°C. Dodajni material INOX B 17 Fe, v kolikor žarjenje po varjenju ni izvedljivo pa INOX 18/8/6. Avstenitna nerjavna jekla ne kalijo in so nemagnetna. Varivost je dobra, predgrevanje ni potrebno. Dodajni material mora biti po kemični sestavi enak kot osnovni material. Slaba lastnost teh jekel je nagnjenost k interkristalni koroziji, to je izločanje kromovih karbidov pri povišanih temperaturah. Ker se to dogaja pri varjenju, to pomeni da zvar in okolica nista odporna na korozijo. Nevarnosti za ta pojav ni, če jeklo in zvar vsebujeta < 0,03 % C ali pa če je stabilizirano z Nb ali Ti. Zato moramo za varjenje uporabljati elektrode, ki so stabilizirane ali pa imajo nizko vsebnost ogljika ( npr. INOX R 19/9 NC ali INOX R 19/12/3 Nb ). Sicer pa so v praksi najbolj razširjena avstenitno-feritna jekla, ki so delno magnetična in so dobro variva ob upoštevanju zgoraj naštetih navodil. Duplex jekla so vrsta avstenitno - feritnih jekel, veliko jih uporabljajo v kemijski industriji, ladjedelništvu za varjenje tankarjev in >off-shore< konstrukcijah. Imajo višje vsebnosti Cr, dušik in nižji ogljik. Odlikuje jih izredno dobra korozijska obsojnost in visoke trdnosti, kar omogoča varjenje lažjih konstrukcij. Vari se jih z Duplex dodajnimi materiali, npr INOX R 22/9/3LN ali TIG 22/9/3LN. Ognje-odporna nerjavna jekla so po strukturi feritna ali avstenitna. Varivost je v glavnem dobra, feritna predgrevamo na 200-300°C, po varjenju pa žarimo na 780°C. Feritna jekla varimo z INOX 25/4, avstenitna pa z INOX 25/20. Pri varjenju nerjavnih jekel moramo običajno zaradi korozijske obstojnosti izbrati dodajne materiale, ki so čim bolj podobni osnovnim, pri varjenju moramo paziti, da ne pride do feritnega onesnaženja - kar pomeni, da moramo uporabljati poseben prostor in orodje. Po varjenju moramo var dobro očistiti in pasivirati. V tabeli je navedena obstojnost proti jamičasti koroziji (PRE). Ta korozija, se pri nerjavnih jeklih pojavi v kloridnem mediju. ( PRE = Cr+ 3.3(Mo)+ X(N))

 

3.5 VARJENJE RAZLIČNIH MATERIALOV

Pri varjenju različnih materialov med sabo moramo upoštevati varilske, mehanske in korozijske lastnosti obeh materialov. Pri izbiri dodajnih materialov si pomagamo s Schaeflerjevim diagramom. S pravilno varilno tehnologijo in dodajnim materialom se lahko izognemo neprijetnim napakam, ki lahko nastanejo pri varjenju: razpoke v hladnem pri martenzitnih jeklih, razpoke v vročem pri avstenitnih jeklih, povečanje velikosti zrna v duplex in feritnem področju.

 

3.6 VARJENJE SIVE LITINE

Siva litina se od ostalih jekel loči po višji vsebnosti C, Si, S in P. Odlikuje jo dobra livna sposobnost. Največ se uporablja za izdelavo ohišja strojev, ventilov, motorjev.- predmetov, kjer je izdelava lahko v večjih serijah. Najpogosteje se uporabljata nodularna in globularna siva litina. Siva litina je slabo variva, saj zaradi visokega ogljika nastanejo trde strukture, zaradi tega težko prenaša deformacije, ki nastanejo zaradi napetosti pri varjenju. Sivo litino lahko varimo na več načinov. V vročem, toplem in hladnem odvisno od vrste varjenca. Pred varjenjem je potrebno dobro očistiti osnovno površino. - Varjenje v vročem Pri varjenju v vročem uporabljamo dodajne materiale, ki po varjenju dajo strukturo sive litine, zato je tudi izgled vara zelo podoben osnovnemu materialu. Pri tej tehniki lahko pride do deformacij in oksidacije površine. Varjenec je potrebno počasi segreti na 400-700 °C, temperaturo vzdrževati ves čas varjenja in po varjenju počasi ohlajati. - V toplem Z varjenjem v toplem se delno lahko prepreči napetosti, ki nastanejo med 150 °C in 250 °C. Lamelarno sivo litino je potrebno predgreti na 350 °C, nodularno do 300 °C, to temperature je potrebno vzdrževati tudi med varjenjem, po varjenju pa počasi ohlajati. Dodajni materiali so različni od sive litine - povečini Ni in NiFe , v posebnih primerih pa se lahko uporabijo tudi Fe materiali. - V hladnem Dodajni materiali so na osnovi Ni, NiFe, NiCu (monela) in včasih tudi Fe. Po svojih mehanskih lastnostih in po videzu se zelo razlikujejo od sive litine. Temperatura predgrevanja in med varki je največ 60 °C. Priporočljivo je uporabiti vse tehnike, ki zagotovijo čim manjši vnos energije in zaostale napetosti: čim nižji varilni tok, majhni varki, varjenje z minus polom, zaobljeni robovi varjenca, kovanje med varjenjem.

 

3.7 VARJENJE POCINKANE PLOČEVINE

V zadnjem času ve vse bolj uporablja tudi varjenje pocinkane pločevine. Problem pri tem varjenju je odparevanje Zn iz površine, kar zmanjša lokalno korozijsko zaščito na mestu varjenja in v toplotno vplivanem področju. Po varjenju je obvezna naknadna zaščita z Zn sprejem. Posebni dodajni material za MAG varjenje VAC 60 Ti, dodatno legiran z Al, Ti in z zmanjšano vsebnostjo Si s svojimi lastmi zmanjša nastajanje por, ki jih povzroči Zn nanos. Zaščitni plini Ar: CO2: O2= 90:5:5 Varjenje z oplaščenimi elektrodami - rutilno-celulozna elektroda Rutilen 1000S. MIG spajkanje: poseben, nov način MIG varjenja, dodajni material je MIG CuSi3.

 

3.8 REPARATURNO VARJENJE IN NAVARJANJE

Reparaturno varjenje je posebno področje uporabe dodajnih materialov. Močno je odvisno od varjenca, njegove sestave, velikosti in vrste poškodbe, ter načina uporabe varjenca, korozijska, abrazijska obstojnost materiala, obstojnost na udarce, temperaturo uporaba, možnodst toplotne obdelave, velikost in namen konstrukcije. Za vse vrste reparaturnega varjenja velja: lociranje napake, čiščenje okolice napake, izbira pravilnega dodajnega materiala in tehnologije varjenja, po varjenju pa ponovni pregled izgleda vara in glede na vrsto materiala toplotna obdelava, zaščita pred korozijo.


Navedli smo nekaj osnovnih pravil za varjenje, varjenje na konkretnih varjencih pa vedno zahteva temeljit varilni načrt, atest postopka, testiranje preskušancev, z namenom ugotoviti optimalno varilno tehnologijo in postopek. Za vsakršna vprašanja s področja varjenja smo vam vedno na razpolago.