Zavarivanje je tehnologija obrade kojom se postiže atomsko spajanje između površina dva ili više odvojenih obradaka zagrijavanjem, primjenom pritiska ili kombinacijom oba, uz dodatak materijala za punjenje. Kao ključna komponenta teških građevinskih mašina, kvalitet nosača za zavarivanje je direktno povezan sa bezbednosnim performansama cele mašine. Za razliku od mehaničkih veza, zavarivanje formira metaluršku vezu, čiji osnovni uslovi uključuju energetske uslove, uslove okoline i uslove vezivanja. Prema izvoru energije, zavarivanje se može podijeliti u tri kategorije: zavarivanje topljenjem, zavarivanje pod pritiskom i lemljenje. Među njima, zavarivanje fuzijom se najviše koristiproizvodnja grana za zavarivanje, što čini više od 90% industrijskih aplikacija.
I. Principi metalurgije zavarivanja i izbor materijala za zavarivanje
Metalurgija zavarivanja je ključna teorija koja proučava zakone formiranja rastopljenog bazena, očvršćavanja, fazne transformacije i promjene hemijskog sastava tokom procesa zavarivanja, i igra odlučujuću ulogu u performansama zavarivačkih nosača. Rastopljeni bazen nosača za zavarivanje karakterizira mala zapremina, visoka temperatura, kratko vrijeme postojanja i brza brzina hlađenja, što dovodi do brzog procesa kristalizacije. Stvrdnjavanje metala šava se zasniva na neotopljenim zrncima osnovnog metala u zoni fuzije i raste duž pravca disipacije toplote, formirajući različite morfologije kristalizacije od ravnih zrna do stupastih zrna. Zona -zahvaćena toplinom (HAZ) je površina osnovnog metala na koju je utjecala toplina zavarivanja, ali nije otopljena. Njegove mikrostrukturne promjene zajednički su određene temperaturom zagrijavanja i brzinom hlađenja, što rezultira različitim regijama kao što su zona fuzije, zona pregrijavanja i zona normalizacije.
Grane za zavarivanje su uglavnom napravljene od nisko{0}}legiranog čelika visoke-čelike, kao što je ploča visoke čvrstoće BS700MCK2-, koja ima granicu tečenja veću od ili jednaku 700MPa i odličnu zavarljivost, mogućnost hladnog oblikovanja i žilavost pri niskim-temperaturama. Ova vrsta materijala je nisko-niskougljični-konstrukcijski čelik, koji postiže odlične performanse zavarivanja smanjenjem ekvivalenta ugljika i indeksa osjetljivosti na pukotine zavara. Tokom procesa zavarivanja odgrane za zavarivanje, niz hemijskih reakcija kao što su oksidacija, redukcija i nitridacija se dešavaju između rastopljenog metala bazena i okolnog medija. Potrebno je osigurati razuman hemijski sastav šava i izbjeći defekte odgovarajućim potrošnim materijalom za zavarivanje i kontrolom procesa.
II. Utjecaj zakona termičkog procesa zavarivanja na kvalitet zavarivačke grane
Termički proces zavarivanja izvor je metalurških reakcija zavarivanja, mikrostrukturnih transformacija i deformacija naprezanja. -Dubinsko proučavanje zakona stvaranja, prijenosa i disipacije topline je ključno za poboljšanje kvaliteta zavarivačkih nosača. Različite metode zavarivanja imaju značajne razlike u karakteristikama izvora toplote: zavarivanje zaštićenim metalom ima relativno nisku gustinu energije, raspršenu toplotu i veliku zonu{3}}zahvaćenu toplotom; dok lasersko zavarivanje i zavarivanje plazma lukom imaju koncentrisanu energiju i malu zonu{4}}zahvaćenu toplinom.
Uložena toplina zavarivanja odnosi se na toplinu dobivenu po jedinici dužine zavara, izračunatu po formuli E=60IU/(vη), gdje je I struja zavarivanja, U je napon zavarivanja, v je brzina zavarivanja, a η toplinska efikasnost. Tokom procesa zavarivanja nosača za zavarivanje, prekomjerni unos topline će povećati vršnu temperaturu, usporiti brzinu hlađenja, proširiti zonu{2}}zahvaćenu toplinom i grubo zrno, čime se smanjuje žilavost; nedovoljan unos toplote će ubrzati brzinu hlađenja, što će lako dovesti do stvaranja očvrsnutih struktura i hladnih pukotina.
U proizvodnji odwelding booms, potrebno je precizno kontrolisati međuprolaznu temperaturu i usvojiti odgovarajuće procese predgrijavanja i naknadnog{0}}zagrijavanja. Za debele čelične ploče mora se izvršiti predgrijavanje kako bi se kompenzirao povećani gubitak topline i spriječilo stvaranje hladnih pukotina. Okruženje zavarivanja takođe zahteva strogu kontrolu, uključujući zahteve kao što su intenzitet osvetljenja u radnom prostoru, brzina vetra ispod 2m/s i vlažnost ispod 60%.
III. Kontrola grešaka u zavarivanju i strategije garancije performansi grane za zavarivanje
Defekti zavarivanja su u suštini manifestacije metalurških procesa -van{1}}nekontrole ili neuravnoteženih termičkih procesa. Uobičajeni defekti nosača za zavarivanje uključuju poroznost, uključivanje šljake, pukotine i podrezivanje. Poroznost su rupe koje nastaju kada otopljeni gasovi u rastopljenom bazenu ne isplivaju tokom hlađenja i skrućivanja, dok inkluzija šljake potiče od oksida i sulfida nastalih metalurškim reakcijama koji ne uspevaju da isplivaju na površinu rastopljenog bazena na vreme.
Pukotine se dijele u dvije kategorije: tople pukotine i hladne pukotine. Vruće pukotine su uzrokovane stvaranjem tekućih filmova zbog obogaćivanja elemenata niske{1}}tačke-na granicama zrna i pucanja pod naponom zavarivanja; hladne pukotine nastaju zbog formiranja stvrdnutih struktura uzrokovanih prekomjernom brzinom hlađenja i akumulacijom difuzibilnog vodonika. Da bi se osigurala pouzdanost performansigrane za zavarivanje, potrebno je sistematski vrednovati mehanička svojstva spojeva, uključujući čvrstoću, žilavost, plastičnost i tvrdoću.
Zavareni spoj se sastoji od tri dijela: metala šava, zone fuzije i zone{0}}zahvaćene toplinom, a njegov ukupni učinak je sveobuhvatan odraz ta tri dijela. Zona fuzije je slaba karika spoja, koja je sklona da postane mjesto nastanka pukotine zbog neravne strukture i krupnih zrna. Usvajanjem razumnih sekvenci zavarivanja i parametara procesa, kao što je optimizirani proces korištenja pet-povratnog zavarivanja za zavarivanje korijena i dva-zavarivanja centralne simetrije sa dva dijela za zavarivanje poklopcima, zaostalo naprezanje i deformacija zavarivanja mogu se efikasno smanjiti. Sa tehnološkim napretkom, efikasnost proizvodnje i stabilnost kvaliteta proizvoda zavarivačkih nosača bit će znatno poboljšani.
