16.02.2016.

Zoran Stojanović

Zavarivanje sivog liva – gusa

NOVO!

Ovo je nova verzija teksta koji sam ranije napisao, a takođe koji je dosta citiran na raznim forumima o zavarivanju.

Izbačeni su nebitni delovi i preopširna objašnjenja, ispravljene slovne i gramatičke greške, dodata praktična uputstva, i navedene konkretno najbolje elektrode za zavarivanje sivog liva koje se danas mogu kupiti u Evropi za reparaturno zavarivanje gusa.

Uvod

Reč „gus“ koja se odnosi na sivi liv tj liveno gvožđe potiče od nemačke reči „gusseisen“ što znači „liveno gvožđe“ a sama reč „guss“ označava svaki odlivak, bilo od sivog liva, bilo od aluminijuma ili nečeg drugog, međutim kod nas u žargonu se odnosi na sivi liv.

Metalurgija livenog gvožđa

Legure gvožđa sa sadržajem ugljenika preko 2.1% (i još nekim drugim elementima) se nazivaju livenim gvožđima (poznato je da se nekih 1.7 % ugljenika rastvara u Fe matrici, a preko toga se izlučuje u nekoj drugoj formi, npr kod sivog liva, posle sporog hlađenja-u obliku grafita a brzim hlađenjem-u obliku cementita tj karbida).

Livena gvožđa imaju nižu tačku topljenja od čelika (oko 1200C u odnosu na čelik gde je oko 1500C), dobru tečljivost tj livkost u tečnom stanju, a tokom očvršćavanja i hlađenja umereno skupljanje. Ova svojstva omogućavaju odlivke složenih geometrija i oblika.

Jednostavan je za proizvodnju, zbog manje temperature topljenja dovoljne su gasne peći. Postoji maltene bezbroj formula, a najčešće se dobija iz otpada.

Lako se obrađuje, mogući su veći režimi rezanja u odnosu na čelik.

Međutim delovi od ovih legura su osetljvi na koncentraciju napona (na mestima gde je prelaz sa tankog na debeli zid, na mestima oštrih prelaza, na žljebovima, postoji velika opasnost da pod opterećenjem popucaju), a žilavost im je vrlo mala što ograničava njihovu primenu.

Elongacija/izduženje tokom kidanja je praktično nula.

Ima mali koeficijent širenja na povišenim temperaturama.

Mehanička svojstva zavise od mikrostrukture kao i izlučenog grafita kao oblika ugljenika. U stvari, sadržaj, oblik i veličina grafitnih čestica određuju čvrstoću i žilavost livenih gvožđa.

Od toga kako se izlučuje grafit u livenom gvožđu, tako se mogu dobiti razne vrste livenih gvožđa.

U zavisnosti od brzine hlađenja, ugljenik se izlučuje/vezuje na razne načine, i dobijaju se razne vrste livenih gvožđa.

Brzim hlađenjem, dobijaju se strukture u kojima ugljenik nije uspeo da se odvoji od drugih elemenata pa se dobijaju razne vrste krtih livova…

U slučaju sporih hlađenja ima vremena da se izluči ugljenik u slobodnoj formi, u obliku grafita. U ovu grupu „grafitiziranih“ livenih gvožđa spadaju sivi liv, nodularni liv, temper liv, vermikularni liv…

Sivi liv nastaje sporijim hlađenjem. Od temperature očvršćavanja tj od 1200C do nekih 725C, struktura je austenitna, a onda u zavisnosti od sadržaja ugljenika dolazi do rekristalizacije tj promene strukture u čvrstom stanju, pa se dobija struktura ferit+grafit ili perlit (ferit + cementit) + grafit, odnosno ferit+perlit+grafit.

Grafit se izlučuje u obliku listića tj u obliku lamela kod sivog liva (a u obliku kuglica kod nodularnog liva (dobija se  uglavnom dodavanjem magnezijuma) tj u obliku crvića kod vermikularnog liva (dobija se dodavanjem cerijuma, magnezijuma, titanijuma…)…).

Izlučeni grafit u obliku listića tj velikih lamela kod sivog liva slabi metalnu osnovu, bukvalno je strano telo koje se smestilo u šupljinu. Zbog toga je čvrstoća metalne osnove oslabljena za recimo 50% i time je izuzetno osetljiv tj sklon lomovima jer su mu čvrstoća na zatezanje, na savijanje, žilavost, kovnost gotovo ravne nuli. Sa druge strane, upravo zbog grafita u unutrašnjosti, dobro podnosi pritisak i vibracije pa je čest izbor recimo za kućišta mašina i blokove motora.

Kod livenih gvožđa gde je grafit izlučen u obliku kuglica ili crvića, a koji su po dimenzijama dosta manji od lamela a pogotovu imaju manji odnos svoje površine ka svojoj zapremini, vrednosti čvrstoće su veće tj ukupna mehanička svojstva kao i svojstvo zavarljivosti su bolja od onih kod sivog liva.

Poznavanjem procedure zavarivanja sivog liva koji je teže zavarljiv, lako je zavarivati ove druge bolje zavarljive forme grafitiziranih livenih gvožđa (nodularni ili vermikularni liv).

Zavarljivost sivog liva

Potreba za zavarivanjem se može grupisati:

– u proizvodnji novih delova, ali češće nodularnog liva nego sivog liva (procena oko 10% svih zavarivanja su zavarivanja sivog liva),

– popravak grešaka u livnicama (procena oko 50% svih zavarivanja su zavarivanja sivog liva),

– reparaturno zavarivanje polomljenog, prsnutog, pohabanog sivog liva (procena oko 40% svih zavarivanja su zavarivanja sivog liva). Najčešće nauljenog, zagorelog, promenjene strukture posle godina ili decenija eksploatacije. Delova ili nema ili se dugo čeka na njih, pa se onda želi zavarivanjem vraćanje u radno stanje.

Zavarljivost sivog liva je uslovljena njegovom strukturom i hemijskim sastavom, pa se može reći da je lakše ili teže zavarljiv, uvek teže od čelika, a ponekad se mora odustati jer ga je nemoguće zavariti.

U svakom slučaju ga treba svrstati u „uslovno“ zavarljive materijale zbog niske plastičnosti, male zatezne čvrstoće i sklonosti formiranju krtih struktura zbog brzog hlađenja pri zavarivanju.

Nekoliko faktora uslovljava zavarljivost sivog liva:

– procenat ugljenika i oblik i veličina lamela kao i vrsta i veličina zrna metalne osnove (teže je zavarljiv ako su grafitne lamele veće i ako su zrna krupnija),

– Izuzetno niska žilavost i otpornost na istezanje i savijanje,

– često veliki sadržaj fosfora i sumpora (recimo ploče od šporeta i slično…),

– impregnacija uljem i drugim materijama,

– promenjena struktura usled izlaganju plamenu…

Veliki procenat ugljenika izaziva promenu strukture pri zavarivanju. Zavarivanje se može smatrati procesom izuzetno brzog hlađenja rastopljenog metala, pa se tipično mogu očekivati sledeće strukture (a mogu se pravilnim procedurama zavarivanja izbeći ili smanjiti):

Zona neposredno ispod metala zavara trpi najveći termo šok, tj zagrevanje i naglo hlađenje pa se dešava metalurški proces da ugljenik ne stigne da se izluči u grafit već se izluči u obliku karbida gvožđa, što je izuzetno tvrda i krta struktura (poznata kao belo liveno gvožđe, tj odbel), koja često puca bilo tokom zavarivanja bilo odmah posle u radu. A takođe stopa skupljanja je relativno velika u odnosu na osnovni materijal što takođe doprinosi pojavi unutrašnjih napona i vodi do pojave prslina.

Zona ispod odbela je uglavnom neka forma martenzitne strukture (ugljenik je zarobljen u matrici gvožđa), takođe krta, tvrda struktura, osetljiva na koncentraciju napona…

Veličina ovih zona, nivo krtosti i sklonost ka prslinama i zaostalim naponima zavisi osim od vrste materijala, tako od primenjene procedure zavarivanja, što će reći, pravilnom procedurom se opasnost od ovih struktura može smanjiti i izbeći.

Ponekad deo ugljenika može oksidirati i postati CO2 gas koji počinje da „kuva“ metal zavara, i koji  nekad prouzrokuje poroznost u metalu šava.

Zavarivanjem tj lokalnim unosom toplote se stvara zagrevanje pa hlađenje i time se stvaraju termički naponi u Zoni Uticaja Toplote (ZUT) uslovljeni širenjem pri zagrevanju a i skupljanjem pri hlađenju. Zbog izlučenog grafita, žilavost sivog liva je vrlo mala pa se teško nosi sa ovim naponima. Ponekad ovi naponi postanu toliko veliki da izazivaju pucanje dela.

Zato je rešenje ovog problema u zavarivanju kompletno predgrejanog dela (toplo zavarivanje) ili vrlo malo zagrevanje (kontrolisano hladno zavarivanje).

Veliki sadržaj fosfora izaziva stvaranje tvrdih metalnih jedinjenja sa gvožđem i ugljenikom stvarajući tvrde i krte strukture tipa belog liva. U slučaju ulaska u metal vara, mogu izazvati pojavu toplih prslina. Jedan od primera za ovakvu strukturu su ploče šporeta „smederevaca“.

Često su delovi motora i kućišta „upili“ ulje i/ili upili razne nečistoće. Pri livenju su možda zaostali pesak od kalupa, ili zaostali defekti koji sprečavaju vezivanje metala zavara sa osnovnim materijalom a i razlivanje metala šava. Pri zavarivanju delova impregniranih uljem i nečistoćama treba preduzeti mere da se izvuče deo njih na površinu ili da se sagore grejanjem (uz recimo prethodnim premazivanjem parafinom) ili najčešće korišćeno, tehnikom zavarivanja, tako da se prihvati kao sasvim normalno poroznost u prvom sloju – tj prvi sloj ni ne služi da izvrši spajanje ili navarivanje već služi da sagori nečistoće u površinskom sloju i da ih izbaci što u šljaku a što u sam metal vara (navara), pa onda obrusiti recimo 70-80 tog prvog sloja, pa ponoviti proceduru nekoliko puta, dok prvi sloj ne postane besporozan.

Treba istaći da nijedan standard koji klasifikuje elektrode za sivi liv ne uzima u obzir prisustvo topitelja i agenasa u oblozi elektroda namenjenih za borbu protiv ovih nečistoća. Zato je i nemoguće pričati o „ekvivalentnosti“ svih elektroda u okviru jedne klase nekog standarda. Na primer, elektrode za sivi liv na bazi čistog nikla se klasifikuju kao E Ni CI… Ali nisu sve E Ni CI elektrode iste, iako nekome to može izgledati isto, naprotiv, razlike među njima su jako velike. Prosto postoje odlične elektrode, sa razvijenom oblogom za reparaturno zavarivanje prljavih livenih gvožđa, koje daju lepo razlivanje… i postoje one koje samo zadovoljavaju uslove standarde koji se odnose na čist metal vara ali ne i na sastav obloge i niti lepo vezuju osnovni material, niti „hvataju nećistoće“, niti se lepo razlivaju…

Sastav obloge kod dobrih elektroda je tajna proizvođača i pri izboru uvek treba koristiti one najbolje a nikada najjeftinije.

U slučaju da je deo bio izložen plamenu, vreloj pari itd tj velikim temperaturama, struktura mu je sigurno promenjena a mehanizam te promene se karikirano može opisati:

Prvo, dolazi do oksidacije grafita i metalne osnove, slabljenja materijala i čak pucanje.

Drugo, ugljenik iz perlitne osnove, usled temperature migrira ka grafitu, taloži se na taj postojeći grafit i pravi velika, ogromna grafitna zrna koja dodatno slabe osnovu, a sa odlaskom ugljenika iz perlita (mehanička smeša ferita tj gvođža i cementita tj karbida gvožđa), ostaju feritna zrna koja se pod dejstvom toplote takođe ukrupnjavaju, pa dolazi do totalne promene strukture, od perlitno-grafitne u feritno grafitnu sa ogromnim lamelama grafita i ogromnim feritnim zrnima i još sva podložna oksidaciji.

Mehanička svojstva ovog materijala su izuzetno loša a zbog ogromnih lamela grafita, gotovo je nemoguće vezivanje metala zavara za osnovni materijal. U nekim slučajevima, zavarivanje je nemoguće.

Posebnu pažnju treba posvetiti zavarivanju ovakvih delova, kako pri izboru dodatnog materijala, tako i kompletne procedure zavarivanja, uz napomenu da tako saniran deo takođe očekuje vraćanje u surove uslove rada, tj pod dejstvo velike temperature i često se dešava neuspeh.

Zavarivanje sivog liva obloženim elektrodama

Zavarivanje sivog liva se danas uglavnom vrši obloženim elektrodama a gotovo uvek u slučajevima reparaturnog zavarivanja.

Obloge elektroda (onih dobrih, ne svih) sadrže elemente koji dovode npr:

– do manjeg unosa toplota jer je obloga grafitna i potrebna je manja amperaža za salivanje vara a prenos metala vrši finim sprejom (mekotečno),

– novi tipovi elektroda rade na + polu pa se može raditi brže i dodatno sniziti unos toplote…

– izvlačenje dela prljavštine, ulja iz materijala itd u šljaku,

– legiranje metala vara za borbu protiv toplih prslina i napona skupljanja pri hlađenju…

– razlivanje vara u širinu a ne skupljanje i nagomilavanje vara u visinu.

U slučaju zavarivanja sivog liva čeličnim elektrodama metal šava koji se sastoji od mešavine metala elektrode i metala i grafita (ugljenika) sivog liva, prima mnogo ugljenika, a zbog brzog hlađenja struktura postaje zakaljena tj to je neka krta martenzitna koja ili puca, ili ima u sebi toliko zaostalih napona da najčešće puca u eksploataciji, ili je toliko tvrda da je mašinski neobradiva.

Zato se najčešće za uspešno zavarivanje sivog liva koriste elektrode na bazi nikla ili bakra jer ti elementi ne vezuju ugljenik pa se ne mogu zakaliti.

Postojanjem ovih elektroda na bazi nikla i primenom posebnih tehnika zavarivanja koje se baziraju na poznavanju mehanizama pojave tj izbegavanja tj umanjenja štetnih struktura, moguća su potpuno uspešna zavarivanja sivog liva.

Ukratko:

– metal elektrode daje zavar koji u sebe ne rastvara ili delimično rastvara ugljenik iz osnovnog materijala,

– unos toplote je manji jer su obloge elektroda uglavnom bazično-grafitne, tj grafit koji odlično provodi struju omogućava zavarivanje niskim amperažama, a bazični elementi iznose nečistoće u šljaku tj daju što čistiji metal vara.

– elektrode su ranije uglavnom bile namenjene za rad na minus polu a kao što je opšte poznato, tada je uvarivanje, tj mešanje sa osnovnim materijalom manje što je praćeno malim unosom toplote. U novije vreme, neki proizvođači su osvojili proizvodnju elektroda koje rade na plus polu. Unos toplote je tada teoretski veći ali naplavljivost ovih elektroda omogućava brže vođenje, a time u praksi i manji unos toplote.

– obloga elektrode igra ključnu ulogu u uspešnom zavarivanju sivog liva.

Zavarivanje sivog liva TIG-om

Bez obzira na nekad i uspešne pokušaje, TIG je uglavnom postupak koji se ne primenjuje kada je reparatura sivog liva u pitanju.

– Argon za razliku od obloge elektrode ne vrši nikakvo čišćenje kontaminiranog liva.

– Unos toplote je veliki zbog sporog vođenja.

– Takođe, postoji suštinski različit način topljenja metala i mešanja sivog liva sa dodatnim materijalom između TIG-a i REL-a. Kod REL-a (zavarivanje elektrodoma) električni luk trenutno počinje da topi i metal gusa i metal elektrode, i ta dva metala se spajaju (mešaju). Dobijena mešavina je bogata niklom, a ugljenik se ne vezuje za nikl, pa ne može ni da napravi krtu strukturu, tj metal vara nije sklon pucanju. Naravno, ispod metala vara, postoji Zona Uticaja Toplote, gde je toplota „naterala“ ugljenik iz grafita da se veže sa gvođžem i napravila neku krtu strukturu, ali recimo da je ona relativno malih dimenzija i praktično, ne utiče značajno na konačnu čvrstoću (u velikom broju slučaja je tako).

Kod TIG zavarivanja, koje je sporo, unos toplote je veći, pa je pomenuta zona uticaja toplote i pomenuta krta struktura većih dimenzija a metalurški gledano „gora“ tj sklonija pucanju. A sa druge strane, TIG-om se prvo topi gus, pa se deo rastopljenog gusa (dno vara koje očvrsne pre nego se pomeša sa niklom iz žice koja se dodaje) pretvara u beli liv ili neku lošu krtu strukturu a gornji deo vara se meša sa žicom od nikla i samo gornji deo vara jeste otporan na prsline. Znači kod TIG-a se stvara u ZUT-u veća i lošija struktura nego kod REL-a a plus donji deo vara je totalno nezasićen niklom i sklon prslinama.

– Nema dezoksidatora u žicama za TIG zavarivanje, pa postoji problem pri višeslojnom zavarivanju.

TIG-om mogu raditi samo vešti (skupi) majstori a REL-om može raditi skoro svaki bravar ili priučeni varioc.

– Potrošnja argona dodatno poskupljuje proces.

– Teško je i naći odgovarajuće žice, jer niko ne pravi TIG žice za zavarivanje gusa, pa se koriste samo „slične“ elektrodama ili se sa elektrode oguli obloga, a i kada se nađu te TIG žice nisu ništa jeftinije od elektroda.

Najčešće su u upotrebi dve žice:

– ER Ni-1 (nisko ugljenični nikl, sa recimo 3-4% Ti). Problem sa ovom žicom može biti u malom sadržaju ugljenika, kasnije će biti pisano zašto ga treba biti više u dodatnom materijalu, a prisustvo Ti, vrlo snažnog karbidotvorca znači stvaranje dodatnih karbida tj krtih struktura, što može dovesti do slabljenja materijala ili prslina. U praksi, na čistom livu, pre svega nodularnom, kažu da nije bilo problema sa ovom žicom.

– Žice na bazi Fe, tipa ER 70S-6 i slične. Metal vara ovih žica upija ugljenik iz sivog liva i postaje zakaljiv, što će reći tvrd, krt i sklon prslinama, pa nije pokazao kao dobar izbor, naročito ako je brzina hlađenja bila velika.

– Žice tipa ER 307 tj legura zvana 18/8/6. Ponekad može biti uspešna, naročito pri manjem mešanju sa osnovnim materijalom i kod nodularnog liva.

– Moguće je ponekad koristiti žice na bazi Cu kao dodatni materijal, mada se ovo pre može nazvati lemljenjem a dobijeni spoje je manje čvrstoće od zavarenog. Materijal mora biti čist.

Kada je u pitanju popravka gasnih pora, sitnih defekata u proizvodnji, TIG naravno pronalazi svoje mesto.

MIG/MAG zavarivanje sivog liva

Uglavnom se primenjuje za zavarivanja po odobrenim kvalifikacijama zavarivanja i to u proizvodnji tj na „čistom“ materijalu, a pre svega na nodularnom livu ili na zavarivanju livenog gvožđa za drugi materijal (npr čelik) ili i za navarivanja. Moguća je primena i punjenih žica. I žice punog preseka i punjene žice su uglavnom na bazi feronikla.

Zavarivanje sivog liva prema unosu toplote

Grubo, postoji podela na:

– Zavarivanje na toplo,

– Zavarivanje na polutoplo,

– Hladno zavarivanje…

Toplo zavarivanje sivog liva, istorodnim dodatnim materijalom

Najčešće se nekada koristilo u livnicama, kao i za reparaturu pojedinih skupih delova (npr glava motora lokomotiva, građevinskih mašina, …). Kod onih koji su ovladali ovim postupkom, rezultat je bio potpuno uspešna sanacija. Bila je to uobičajena tehnika dok se nije razvilo tzv hladno zavarivanje.

Prvo bi se radilo čišćenje dela (ručno, brušenjem, žljebljenje elektrodom, zagrevanjem, hemijski…) i eventualno ukopavanje žljebova. Žljebovi su bili široki, sa zaobljenim dnom. Ako je bilo zazora u prostoru koje je trebalo popuniti koristile su se grafitne podloške.

Sledilo je predgrevanje na temperaturu oko 600C. Mogli su se naći razni podaci o ovoj temperaturi (od strane uspešnih firmi):

– 550C +/- 100C,

– 580-600C,

– 400-650C,

– 595-650C

– …

Ne preporučuje se predgrevanje preko 650C jer preko toga sivi liv naglo gubi čvrstoću i postojala bi opasnost da se ceo ili delimično uruši pod sopstvenom težinom.

Uspeh cele operacije je zavisio od peći za jednoliko predgrevanje i hlađenje. Kao gorivo se koristilo: prirodan gas, drveni ugalj, struja… Dodatni materijal je bio na bazi nodularnog liva sa velikim procentom silicijima (radi pospešivanja procesa grafitizacije).

Zagrevanje je bilo sporo, da bi se izbegli naponi zbog nejednakih debljina zidova i to što je predmet bio složenije geometrije to se sporije grejalo. Uslučaju grejanja brenerima, bolje je bilo grejanje propan-butanom zbog sporijeg dizanja temperature.

Pominjale su se preporuke za brzinu grejanja:

– 100 C/1 h,

– 120 – 150 C/1h,

– za skupe delove složene geometrije do 40C/1h,

– za delove sa extremnim prelazima debelih na tanke zidove čak 10-15 C/1h što je stvarno trajalo dok se ne dostigne pomenutih 600C.

Deo se po predgrevanju vadio iz peći i odmah pokrivao izolacijom osim samog mesta zavarivanja ali i dogrevao. Izolacija je sprečavala odvođenje toplote ali i isijavanje toplote. U svakom slučaju nije lako bilo zavarivačima na ovim poslovima.

Radna temperatura je morala da bude veća od 450C i pazilo se da oscilacije temperature tokom rada ne budu veće od +/-50C, pa se eventualno deo dogrevao najčešće brenerima.

Postupak je najčešće bio oksi-acetilenski gasno plameni, a žica koja se dodavala, već rečeno, na bazi nodularnog liva sa velikim procentom silicijima (radi pospešivanja procesa grafitizacije.

Ferit ima površinski centriranu kubnu rešetku (zamislite jednu praznu kutiju u koju nešto može da se smesti), što znači da ima mesta za neke atome da se smeste unutar nje. Silicijum je brži od ugljenika, on se brže smešta unutar feritne rešetke a ugljenik onda nema gde da se smesti u matrici gvožđa pa se onda izlučuje kao grafit.

Žice su bile obložene topiteljom ili neobložene uz dodatak topitelja. Topitelj bi se ili naneo na zonu zavarivanja ili bi se brenerom zagrejala žica, umočila u topitelj i tako se nanosila na mesto zavarivanja. Topitelj (najčešće sa natrijum karbonatom) je imao zadatak da rastvara teško topive okside silicijuma koji je onda onemogućavao ugljeniku vezivanje sa atomima gvožđa kao i prevođenje nečistoća u šljaku. Osim toga je imao za zadatak da povećava kvašenje osnovnog materijala tj razlivanje dodatnog po osnovnom, povećavao tečljivost metalnog kupatila i štitio od oksidacije.

Površina žljeba bi se plamenom dovela do malog topljenja tj do „znojenja“, vrh šipke bi se istopio, uglavnom sa neutralnim plamenom i rastopljenja kap bi se nanela na mesto zavarivanja. Metalno kupatilo se mešalo kružnim pokretima plamena da bi se izvršila degasifikacija i bolje uvarivanje u osnovni materijal. Vođenje je bilo udesno, sa njihanjem brenera od jedne do druge ivice žljeba (po putanji „obrnuto C“). Brener bi se vodio pod 75-80 stepeni u odnosu na površinu koja tek treba da se pređe, tj usmeren ka stvorenom kupatilu, a šipka se držala pod 60-75 stepeni u odnosu na brener, a vrh brenera na nekih 10-tak mm od rastopa…

Zbog velike temperature predgrevanja, i još unošenja toplote pri zavarivanju, metalno kupatilo bi bilo vrlo veliko i tečno. Zato su se često stavljale podloške na mestima velikih zazora i žljebova.

Jedna od preporuka je bila da se izabere plamenik sa protokom od 80-90 l/h acetilena po 1 mm debljine materijala.

Kada bi se počelo sa zavarivanjem, ne bi se dozvolilo da se deo šava ohladi već bi se jedna sekcija cela zavarila.

Posle zavarivanja bi sledilo hlađenje, i to vrlo sporo. Deo bi se vratio u peć i tamo bi se programirala brzina hlađenja. Brzine hlađenja bi bile u slučaju delova sa kritičnim segmentima isto onako sporo kao što se i zagrevalo (10-15C/h) a inače se kod delova osetljivih na napone primenjivalo hlađenje max 40C/1h a za ostale 50-100C/h. Tako bi išlo do 300C a onda bi se peć isključila, pa bi se deo (u peći) hladio zajedno sa peći.

Iskusni metalurzi su posle hlađenja na sobnu temperaturu (odmah ili kasnije) primenjivali termičku obradu žarenjem, negde na oko 550 C, za svaki slučaj, da se eliminišu zaostali naponi.

Ovakav pristup je davao zavare bez pora, bez prslina, bez ijedne zakaljene zone. Pošto je struktura vara bila od nodularnog liva, mehanička svojstva su bila bila bolja od osnovnog materijala.

Prednosti ovog postupka su bile jasne, a mane su bile skupa demontaža, skupa oprema i peći za grejanje i dogrevanje, komplikovana manipulacija, isijavanje toplote pri zavarivanju, ponekad promena dimenzija pa ponovna mašinska obrada, danonoćno angažovanje inženjera i zavarivača… Svima je jasno da se radilo o poslu koji je trajao nekoliko dana, i bio izuzetno skup. Zato je polako nestao.

Za ovakav način zavarivanja, na toplo – istorodnim metalom, danas postoje obložene elektrode, pa je time olakšano onim zavarivačima koji nisu iskusni u zavarivanju gasnim plamenom.

Zavarivanje sivog liva na hladno, raznorodnim dodatnim materijalom

U slučaju zavarivanja sivog liva čeličnim elektrodama (na primer bazičnom elektrodom ili CO2 žicom), metal vara će primiti veliku količinu ugljenika, dobijena struktura će biti zakaljiva na vazduhu, i dobiće se metal vara koji je vrlo sklon prslinama, a sa druge strane vrlo velike tvrdoće. (Ipak, ko želi može da pokuša, ali mora da pazi da hlađenje bude što sporije).

Da bi se to izbeglo, koriste se elektrode čija osnova nije Fe i ne stupa uopšte, ili samo delimično stupa reakciju sa osnovnim materijalom – gusom.

Najčešće se koriste obložene elektrodama na bazi nikla i feronikla a ponekad i na bazi bakra ili nikl+bakar. Obloge su takve da daju mali unos toplote, bore se sa nečistoćama, zaptivaju pore u sivom livu a daju blag prelaz tj malo mešanje sa osnovnim materijalom i relativno mekanu ZUT.

Prednosti zavarivanja ovim elektrodama su, osim izostanka reakcije sa ugljenikom, još i mehaničke osobine koje su iste ili veće od onih kod sivog liva, a sigurno mnogo veće plastičnosti.

Zavarivanje se vrši na hladno, bez predgrevanja, ili sa predgrevanjem do 150-300C.

O samom izboru elektroda, i o vrstama elektroda kasnije će biti pisano.

Priprema za zavarivanje

Kao i uvek, za početak je potrebno očistiti deo, i identifikovati prsline i mesta loma, kao i ustanovljavanje da li postoji neko parče koje nedostaje pa kasnije tu treba postaviti zakrpu (od čelika, bolje kad je od čelika nego kad je od gusa).

Prostiranje prsline se može utvrditi penetrantima ili magntnim česticama. Ako postoji snop prslina (paukova mreža) potrebno je odstraniti celu zonu i kasnije privariti zakrpu najčešće od čelika.

Ako je deo polomljen, pripremiti neku vrstu alata za fixiranje i poštujući proceduru zavarivanja dovesti ga u sklop pripojima dužine 10-15 mm na svakih 75-150 mm.

Pre žljebljenja se koriste mere za sprečavanje širenja prsline i to ili bušenjem otvora na krajevim svih prslina ili navarivanjem „mostova“ ili i jedno i drugo.

(Otvor, znači da se buši sve dok burgija ne probije zid).

Nekad se može desiti, kod otvrdnutog liva, maltretiranog u eksploataciji, da unos toplote bušenjem razvije nove prsline ili mikroprsline. Zato se nekad radije prave tj navaruju mostovi na krajevima prslina. Zakopa se roto glodalom plitko, ili dletom, par milimetara u dubinu, ili direktno na očišćen materijal, i onda se navare mostovi recimo 20-40 mm u dužinu tako da kraj prsline bude na pola te dužine. Smisao mostova je da se iskoristi napon skupljanja metala vara, koji sada privlači prsnute delove jedne ka drugim i tako poništava napone koji su bili suprotni i doveli do prsline.

Neki ne žele da mnogo misle, pa urade i zabušivanje pažljivim unosom toplote ali i navare mostove. Neki dodatno, posle popunjavanja prsline odrade još jedan poprečni most po sredini prsline.

Sama prslina se može izvaditi na nekoliko načina: roto glodalom, brusilicom, bušilicom – zabušivanjem rupa tako da jedna rupa zajeda drugu pa sve tako duž prsline, elektrodom za žljebljenje… Kako god se radi, pratiti porast temperature tokom ove operacije jer unos toplote može biti takav da dovede do novih prslina što treba izbeći.

Elektroda za  žljebljenje je dobra kod zauljenog liva jer sagoreva ulje i nečistoće. Takođe se mora pratiti porast temperature. Radi lakšeg praćena prsline, označiti je pre žljebljenja elektrodom, npr kredom. Posle žljebljenja elektrodom potrebno je oksidiranu pokoricu odstraniti brusilicom ili roto glodalom ili turpijom i fino doterati ivice žljeba. Pravac žljebljenja je ka otvorenom kraju prsline. Koristiti je pre svega kod debelozidnih delova.

Neki majstori koriste i turpiju posle žljebljenja brusilicom. Neki koriste i čekić i dleto za odvajanje defektnog materijala.

Žljebovi ne smeju imati oštre ivice i prelaze, već ih uvek jako zaobliti zbog osetljivosti sivog liva na koncentraciju napona a i zbog toga da mešanje osnovnog materijala sa dodatnim ne bude preveliko i da dovede lo neželjene strukture metala vara.

Žljeb za sanaciju prsline ne mora biti duž dubine celog preseka, ne mora da dođe do dna. Preporuka je sledeća:

Razlog za ovu preporuku je sledeći:

Zatezna čvrstoća i ostala mehanička svojstva su veća kod metala šava a pogotovu žilavost i elongacija. Zato će poprečni presek, iako je tanji biti jači od punog preseka da je od sivog liva. A sa druge strane, tokom zavarivanja se ostavlja mogućnost malog disanja usled širenja i skupljanja pri zavarivanju. Takođe ovako se mogu lako centrirati dva polomljena dela.

Posle žljebljenja treba razmisliti o predgrevanju. Postoji dva pristupa. Jedan je ne predgrevati uopšte (tj eventualno odstraniti kondenzovanu vlagu sa dela zagrevanjem do 60-70C), a drugi je predgrevanje na neku od preporučenih temperatura (150C-350C).

Argumenti za izbor predgrevanja su sledeći:

 

Zavarivanje na hladno, bez predgrevanja

Razlog zašto se dešavaju strukturni i termički naponi koji dovode na kraju do pucanja jeste upravo temperaturni ciklus. Unosom temperature tokom zavarivanja, zbog brzog hlađenja, u ZUT-u se izdvajaju krte faze osetljive na pojavu prslina. Jako bitno, odlivci su najčešće sa komplikovanim geometrijama, sa i debelim i sa tankim zidovima, i bilo kakvo grejanje, a pogotovo improvizovano bi dovelo do bržeg dostizanja temperature predgrevanja u tankim zidovima ali i tokom hlađenja ti tanki zidovi bi se mnogo brže hladili i brže skupljali i težili da se otkinu a i potpuno bi promenili strukturu u krtu i sklonu lomu.

Zato je razvijeno zavarivanje sa izuzetno niskim unosom toplote (uz naravno ostale mere).

Koristi se elektroda manjeg prečnika, polaže se gusenica od recimo 10-15-20 mm, u svakom slučaju kratka, njihanje je ograničeno na 2-2.5 prečnika elektrode tj samo toliko da se obezbedi lepo uvarivanje elektrode u ivice šava.

A onda se čeka da se mesto na kome je položen var ohladi dok se ne ohladi na nekih 50-60C a najčešće se dodirom dlana utvrđuje da li je temperatura dovoljno pala. Stavi se dlan na mesto zavarivanja, pa ako može ruka da se drži, dovoljno je ohlađeno. Temperatura u široj zoni vara ne bi trebalo da pređe 100C.

Luk treba da je kratak da bi se dobio prenos sitnim kapima bez prštanja i da se najbolje iskoristi energija plazme, elektroda se vodi vertikalno. Osim prve gusenice, luk svih ostalih se pale na već položenim po onoj šemi gore. Za svaki slučaj, ukloniti završni krater roto glodalom.

Hladno zavarivanje se pre svega odnosi na zavarivanje elektodama na bazi nikla. Ne preporučuje se ako se koriste čelične elektrode, jer se elektrode na bazi nikla plastično deformišu i tako se oslobađaju naponi u šavu.

Zavarivanje sa predgrevanjem (neki ga zovu polutoplo):

Predgrevanje ima za cilj, pre svega smanjenje stope hlađenja, tj usporavanje hlađenja i na taj način se izbegava ili smanjuje količina loših struktura u ZUT-u kao i naponi između debelih i tankih zidova. Takođe se smanjuje tvrdoća ZUT-a. Međuprolazna temperatura bi trebalo da bude max 300C a poželjno max 50C preko temperature predgrevanja.

Ako se koristi elektroda na bazi čistog nikla, predgrevanje može biti niže, ako se koristi elektroda od feronikla, nešto veće, a ako se koriste (a gotovo nikada se ne koriste) čelične elektrode, onda predgrevanje može biti i preko 300C.

Predgrevanje bi trebalo da rade samo oni koji imaju dobre uređaje ili peći i koji razumeju metalurgiju sivog liva, pogotovo ako postoji složena geometrija sa oštrim prelazima i tankim zidovima. Grejanje brenerima tek tako napamet ili kopirati kako je neko negde radio nije dobar pristup. Iskustvo je pokazalo da se uglavnom napravi velika šteta.

Iskivanje

 

Posle polaganja svake gusenice, a posle skidanja šljake, pri zavarivanju raznorodnim elektrodama treba raditi iskivanje.

Iskivanje se radi čekićem sa zaobljenim vrhom a nikad sa špicastim. Iskivanje daje najbolji efekat dok je metal vara vruć.

Iskivanje je najbolje pneumatskim alatom.

Iskivanjem se značajno uklanjaju zaostali naponi, tako što se dešava plastična deformacija gusenice i to i u podužnom i u poprečnom smeru kao i po dubini-na strani provara. Zaostali naponi se ovim uklanjaju i do 50%. Na ovaj način se otpuštaju naponi, sprečava krivljenje i deformacije…

Sila iskivanja treba biti takva da se udarima deformišu tj sabiju nabori tj ripne od zavarivanja, ne više. Udariti po centru vara.

Zbog poznatih razloga, izbegavati iskivanje prvog i poslednjeg sloja ili njih iskivati pažljivo znatno laganijim udarcima.

Dodatne tehnološke mere

Neke od dodatnih tehnoloških mera koje doprinose uspešnoj reparaturi su:

– „puterovanje“, naročito za dobijanje nepropusnih šavova,

– primena tehnike zavarivanja poznate pod imenom „pola-pola“,

– „sidrenje“,

– „čamac“,

sprečavanje „disanja“ ako je prslina dugačka …

Ne bih se trenutno zadržavao na ovim naprednim tehnikama. Ko se bude u praksi bavio zavarivanjem sivog liva lako će doći do detaljnog opisa i njihovog smisla.

– tretiranje lemom za prodiranje u mikropore (nekad mekim lemom, nekad tvrdim ali sa nižom tačkom topljenja),

– tretiranje zaptivnim fluidom,

Već rečeno dodatni materijali su najčešće obložene elektrode, i sigurno su prvi izbor u reparaturi u odnosu recimo na TIG ili MIG/MAG žice.

Da napomenem još jednom, jeste da su elektrode za zavarivanje sivog liva klasifikovane po standardima, ali ta klasifikacije se odnosi na čist metal šava (navari se na čeliku 6 slojeva elektrodom i onda se posmatra čist metal šava…

Nema baš veze sa konkretnim zavarivanjem prljavog, nauljenog, zagorelog, ostarelog… sivog liva).

Apsolutno ne postoji mogućnost poređenja elektroda recimo od čistog nikla i donošenje zaključka tipa „sve je to jedno isto, pripadaju istom standardu, daj da kupim najjeftiniju“. Već rečeno, obloge tih elektroda čine njihovu suštinu, a ona se nigde ne pominje u standardu.

Zato je izbor dobre elektrode jedna od ključnih stvari u uspešnom zavarivanju sivog liva.

Obložene elektrode koje su razvijene za zavarivanje sivog liva su:

Elektrode na bazi čistog nikla (tip „E Ni-CI“)

Daju metal vara od gotovo čistog nikla, ostalo su ugljenik, gvožđe, mangan…

Ove elektrode se gotovo ne mešaju sa osnovnim materijalom, tj zona mešanja je vrlo mala. Obloge su bazično grafitne i dobri proizvođači ovu elektrodu prave tako da bude sa visokim stepenom bazičnosti (poenta je da su takve pri malim temperaturama) da bi mogla da iznese prljavštinu iz materijala u šljaku. Ovim se vezuju fosfor i sumpor itd i izbegavaju tople prsline. Grafit služi za što bolje provođenje struje, jer je od ključnog značaja što manji unos toplote (elektroda „radi“ na maloj amperaži). U zavisnosi kakav je grafit stavljen (ne stavljaju svi isti grafit), omogućava se bolji prenos rastopljenih kapi. U oblogu se stavljaju agensi i topitelji za što bolju borbu protiv prlavštine i potpomaganje njenog sagorevanja u luku. Takođe se u oblogu stavljaju aditivi za prenos materijala u izuzetno sitnim kapljicama. Ovo je bio jedan od ključnih koraka u razvoju uspešnog zavarivanja na hladno, a to se tada u struci prozvalo „mekotečna“ elektroda (ni dan danas neki ne umeju da naprave mekotečnu elektrodu). Sitne kapljice ne bombarduju materijal već se nežno slivaju i fuzionišu sa materijalom. „Snaga“ luka je takva da rastura oksidne slojeve i sagoreva zaostatke ulja u mikroporama.

Ove elektrode sadrže dosta ugljenika (i do 1%). Kod najboljih elektroda ovo je projektovano i izvedeno sa smislom. Radi se o tome da se ugljenik ne vezuje sa niklom ali se rastvara u njemu. Na taj način, se kod izgorelog liva unekoliko nadoknađuje nestali ugljenik, ali pre svega se dešava da metal šava od nikla pokupi i taj ugljenik od elektrode i još eventualno od osnovnog materijala i pošto se ne vezuje sa njim on se u njemu onda izlučuje kao grafit. Izlučivanjem grafita, metal šava od nikla bubri tj širi se dok se sa druge strane skuplja usled hlađenja tj na ovaj način se ova dva dejstva unekoliko potiru. Ako dodamo da metal šava od nikla ima veliku elongaciju i platičnost, pa još ako se iskivaju, ostaće vrlo mali procenat zaostalih napona. A ako se preduzmu još par tehnoloških mera, opasnost od zaostalih napona će biti potpuno uklonjena.

Ove elektrode daju najmanju tvrdoću posle zavarivanja, pa su uvek prvi izbor ako se deo na tom mestu mašinski obrađuje. Može se očekivati max 280 HB u ZUT-u ako se ne vodi mnogo računa i ne preduzimaju tehnološke mere za smanjenje tvrdoće i zaostalih napona. Naročito su pogodne za zavarivanje u jednom prolazu…

Vezuju se na minus pol, što znači uvarivanje je malo tj mešanje je malo (a plus rade na maloj amperaži i plus je prenos mekotečan tj sitnim kapljicama…), i polažu se tanji slojevi.

Najnovija generacija ovih elektroda radi na +polu.

Iskivanje je gotovo obavezno za metal šava od ove elektrode. Žljeb obavezno sa velikim radijusom.

U slučaju višeslojnog zavarivanja, ova se koristi za puterovanje, i ako se koristi u kombinaciji sa feronikl elektrodom, ova na bazi nikla daje šavu žilavost a feronikl daje veću čvrstoću.

Obloga je osetljiva na vlagu, pa elektrode treba pažljivo čuvati da svi oni fini aditivi, topitelji i agensi ne bi kristalisali i nestali.

Ako elektroda ovlaži, pratiti uputstvo proizvođača za sušenje, tj ne sušiti na 300-400C. Jer zbog svih onih aditiva, topitelja i agensa itd, kod ozbiljnih proizvođača namerno je obloga napravljena „poroznom“ što je suprotno od guste i nabijene. Na taj način pri sušenju se može pri nižim temperaturama odstraniti vlaga jer kroz poroznu oblogu vlaga lako izlazi a ne ugrožavaju se pomenuti aditivi, topitelji i agensi koji u stvari čine elektrodu.

Primenom tehnoloških mera moguće je dobiti vrlo nisku tvrdoću i laku obradljivost. Metal vara ove elektrode bi trebao lako da se obradi turpijom.

Ova elektroda ima i mana:

Zatezna čvrstoća joj je mala pa nije pogodna za višeslojna zavarivanja debelih preseka gde se mogu očekivati naponi usled ukrućenja ni za sivi liv veće čvrstoće a ni za nodularni liv. Nije pogodna za livove sa većim sadržajem fosfora. Koeficijent linearnog širenja je veći od onog kod sivog liva pa izbegavati njenu primenu tamo gde postoji rad na većoj temperaturi. U slučaju da se zbog vezivanja sa osnovnim materijalom ili nečeg drugog treba baš ona primeniti preporučuje se primena u kombinaciji sa feronikl elektrodama koje imaju veću čvrstoću a termičko širenje je manje nego kod čistog nikla. Boja (srebrenasta) je različita od boje sivog liva.

Elektrode na bazi feronikla (tip „E NiFe-CI“)

Čist metal šava ovih elektroda je otprilike 53-55%Ni i 45%Fe. Svoju suštinu ove elektrode nalaze u mešanju sa gusom koji se vari. A kakva mešavina će se dobiti zavisi kako je elektroda projektovana, tj kakvo joj je razlivanje na nekoj amperaži pri nekoj brzini vođenja pri nekoj amperaži.

Npr. nekim proizvođačima najboljih elektroda u ovoj klasi je bio cilj da se pri mešanju od 20-30% dobije metal šava koji je po koeficijentu toplotnog širenja što je moguće bliži koeficijentu širenja sivog liva (a koji je izuzetno mali a inače taj koeficijent kod nikla je veliki). Na taj način se smanjuje opasnost od prslina usled različitih koeficijenata širenja tj skupljanja pri očvršćavanju.

Metal šava ima veliku zateznu čvrstoću, pa se njome po tom svojstvu mogu zavarivati livovi velike čvrstoće (npr nodularni liv), ukrućeni delovi, spojevi čelika i sivog liva itd

Plastičnost je takođe veća kod ove elektrode nego kod one od čistog nikla.

Zbog ove dve osobine, često se kod višeslojnog zavarivanja koristi ova elektroda u kombinaciji sa onom od čistog nikla.

Boja metala šava nije tako sjajno srebrna kao kod elektrode od čistog nikla.

Metal šava ove elektrode iskivati blažim udarcima nego kod čistog nikla.

Najnovije generacije ove elektrode takođe imaju u oblozi bogat sadržaj elemenata za borbu sa prljavštinom u sivom livu i bolje vezivanje sa njim.

Po svojoj metalurškoj prirodi, bolje su za vezivanje sa sivim livom sa puno fosfora od onih sa čistim niklom.

Mane ove elektrode potiču pre svega od iskustva sa lošim elektrodama ovog tipa:

Za starije „modele“ ovih elektroda je obavezno predgrevanje radi boljeg vezivanja sa osnovnim materijalom, i smanjenjem količine štetnih struktura i tvrdoće ZUT-a.

A takođe loše elektrode iz ove klase ponekad imaju loše razlivanje tj nagomilavanje vara po visini i neuvarivanje ivica gusenica, pa korisnici sve elektrode ovog tipa cene prema ovim očajnim starijim tipovima.

Imale su veliku električnu otpornost i unos toplote je bio veliki, samim tim i mešanje je veliko a i ZUT je veliki sa lošom strukturom i velike je tvrdoće i teško obradiv. Takođe zbog toga se i obloga lako pregreva tj užari se brzo i time ispare svi bitni elementi iz obloge.

Ako je mešanje sa sivim livom veliko, može se desiti pojava prslina usled stvaranja zakaljenih struktura.

Međutim postoje noviji tipovi ovih elektroda koje poseduju suštinska poboljšanja u odnosu na ove stare.

Prvo, jedan deo njih traži struju na + polu. Neko će pomisliti da će uvarivanje biti veće kao npr kod klasične bazične elektrode u odnosu na rutilnu ali nije to ovde toliko izraženo. Obloga je takođe bazično grafitna, radi se sa relativno malim strujama a zbog veće naplavljivosti na + polu moguće je elektrodu voditi brzo. Tj vreme vođenja elektrode je brže od vremena potrebnog za inkubaciju martenzita i drugih tvrdih i krtih struktura usled unosa toplote. Naravno opšte poznatim tehnološkim merama moguće je dodatno smanjiti tvrdoću i zaostale napone i izbeći loše strukture metala šava i ZUT-a.

Drugo, smanjena je električna otpornost elektrode, pa nema usijavanja obloge i njenog pregrevanja i isparavanja bitnih elemenata iz obloge.

Zbog ovoga je moguće izabrati veliki opseg struje tj i malu struju za male delove, ivice itd ali i veliku struju za bolju produktivnost. Nije neobično da se luk na elektrodi od 2.5 mm može upaliti na 20A (naravno time nema penetracije u materijal ali paljenje luka je savršeno kod nekih od ovih elektroda).

Razlivanje i kontrola rastopljenog metala je odlična, pa majstori koji prvi put rade sa ovim elektrodama kažu „…kontroliše se kao bazična elektroda na čeliku…“. (Za one koji ne znaju, mnogo je lakše kontrolisati bazičnu elektrodu nego rutilnu na čeliku, zbog loše osobine rutilne da joj se šljaka podliva pod luk ili preliva preko luka kao i zbog male penetracije i lošeg vezivanja sa debelim presecima.).

Neke od njih imaju dodatke nekih elemenata u tragovima, recimo itrijuma i sl za dobijanje veće čvrstoće.

Zbog Fe sadržaja u metalu šava i potencijalne pojave zakaljivih struktura u njemu, često se ove elektrode projektuju i proizvode da daju deblju šljaku, što doprinosi sporijem očvršćavanju metala šava i manjoj brzini hlađenja tj smanjenju opasnosti od loših tvrdih i krtih struktura.

Dodaci bakra elektrodama na bazi nikla i feronikla

Neke od Ni i NiFe elektroda su legirane bakrom i to možda do par procenata. Iz metalurgije su poznate tačke topljenja tj još bitnije očvršćavanja ovih legura (sivi liv na oko 1200 C, bakar na oko 1080C, nikl na oko 1450C, feronikl na oko 1500C…). Gledano od rastopljenog stanja metala zavara (odozgo nadole), prvo znači očvršćava nikl/feronikl na 1450-1500C dok je sivi liv još tečan, pa tek onda očvršćava sivi liv na oko 1200C. U takvoj situaciji, lako se dešava da ostaju veće pore u zoni mešanja na strani sivog liva. Zato se taj problem unekoliko rešava bakrom. Kada očvrsne i sivi liv na 1200C, postoji još ta tečna faza bakra koja ima vremena da u opsegu 1200-1080C popuni pukotine i pore i plus da se uklini/usidri između kristala sivog liva i na taj način poveća vezivanje. Ponekad su to debelo obložene elektrode, i namenjene za rad u jednom prolazu, jer pri višeslojnom zavarivanju temperatura narednog sloja u stvari može lako da rastopi bakar u prethodnom i tako izazove pojavu prslina (zvanih likvifikacione…) ili većih unutrašnjih napona.

Dobre elektrode, i Ni i nova generacija NiFe se lako razlivaju i vode pri minimalnim amperažama, mogu se koristiti u svim položajima i apsolutno ne zahtevaju neku veštinu zavarivača, i početnik može lako kontrolisati razlivanje i zavarivanje a mogu raditi i na hobi trafo aparatima za zavarivanje.

NiCu tip (monel)

Daje sličnu boju sivom livu a već rečeno ne vezuje ugljenik pa se ne metal vara ne zakaljuje. Zato se često koristi u livnicama za popravke odlivaka za popunu lunkera tj rupa ili kao pokrivni sloj. Preporučuje se za ovu elektrodu predgrevanje, iskivanje, tanki i kratki zavari.

Jeftinije su u odnosu na elektrode sa čistim niklom, pa su ponegde zato popularne.

E St tip

Elektroda sa čeličnim jezgrom ali sa bazično-grafitnom oblogom.

Namenjena za zavarivanje liva koji u sebi ima šljake od livenja, za debele delove, kao i za popravku novog liva jer var rđa. Zbog grafitne obloge unos toplote je manji ali svejedno metal šava će vezati dosta ugljenika i zakaliće se tj dobiće se tvrda struktura, ponekad teško obradiva-najčešće samo brušenjem. Tvrdoća će zbog manjeg unosa toplote i manjeg mešanja biti manja od one sa običnom bazičnom elektrodom. Ako se baš želi bolja obradivost, moguće je pokrivni sloj uraditi elektrodom na bazi čistog nikla. Takođe ako se nanosi više od 3 sloja ove elektrode, preporuka je naneti jedan elastični međusloj sa elektrodom od čistog nikla.

Pošto je visoko bazična, izdvaja nečistoće iz sivog liva i transferiše ih u šljaku. Dobro se razliva i brzo očvršćava. Ali zbog većeg koeficijenta skupljanja čelika u odnosu na sivi liv treba očekivati i termičke napone.

Cu tipovi elektroda

Ovo su u stvari elektrode na bazi bakra za zavarivanje raznih bronzi. Ali kada je sivi liv čist, moguće je ponekad uspešno koristiti ove elektrode. Smisao je u tome što prvo očvršćava sivi liv a onda metal ovih elektroda pa se on veže sa očvrslom površinom, popunjava površinsku poroznost i već rečeno još čini efekat interkristalne penetracije. U principu nema mešanja metala elektrode sa sivim livom pa se ovo može smatrati nekom vrstom lemljenja. Ali ove elektrode ne sadrže u oblozi agense za borbu sa kontaminacijom pa se retko koriste.

Očekivane tvrdoće ZUT-a i metala vara u zoni mešanja (bez posebnih mera za smanjenje tvrdoće)

REL aparati za zavarivanje sivog liva

Gore pomenute elektrode na bazi Ni i NiFe mogu raditi na svim aparatima pa i AC aparatima (tzv trafoima tj hobi aparatima). Tako da svako ko za da vari a razume metalurgiju sivog liva, a ima dobre elektrode a pridržava se pravilnog tehnološkog postupka može dobiti perfektne rezultate.

Naravno, najbolje je imati aparate sa jednosmernom strujom i poštovati preporuku proizvođača o polaritetu.

Neka konkretna uputstva za zavarivanje sivog liva

Identifikacija livenog gvožđa:

Ponekad je teško proceniti od čega je deo. Postoje razne preporuke, prema varnici, prema ostatku grafita na rukama posle turpijanja… Ili recimo TIG om prineti luk na malu ivicu ili ćošak, pa potom probati turpijom. Ako se teško turpija, verovatno je liveno gvožđe. Ili to isto, naneti kratku gusenicu bazičnom elektrodom ili CO2 žicom.

Izbor postupka zavarivanja:

Preporučeni postupak je REL. Već je objašnjeno da su suštinski sastojci za uspešno zavarivanje sivog liva u oblozi. Svi metali (čelik, nikl, feronikl, bakar…) su „gušći“ tj daju strukturu koja je neporozna i kompaktnija od sivog liva koji je po prirodi mikroporozan i u sebi sadrži razne nečistoće koje pogoršavaju zavarljivost, tako da se u oblogama elektroda nalaze sastojci za uspešno zavarivanje. Elektrode su tako konstruisane da daju minimalni unos toplote a time se smanjuju ili izbegavaju štetne strukture u ZUT-u. Elektrode mogu raditi na bilo kom REL aparatu uključujući AC trafoe.

Jeste da zavarivanje na toplo daje najbolje rezultate ali zahteva velika ulaganja i znanje i vreme tako da je danas zastarelo.

Oko 80% svih zavarivanja sivog liva danas je REL postupkom.

Priprema žljeba:

Žljeb pripremiti sa što manjim unosom toplote. Moguće je koristiti i dleto. Već je rečeno da se može koristiti i obložena elektroda za žljebljenje, koja može i sagoreti deo nečistoća u sivom livu. Moguće je prslinu „juriti“ zabušivanjem rupa, ovo se često radi pošto se prslina locira penetrantima. Kada se žljeb radi brušenjem raditi nežno, sa što manjim unosom toplote. To isto važi za često korišćen „biaks“ sa roto glodalima.

Preporuka je posle brušenja lepo isturpijati žljeb za odstranjivanje ostataka brusnog materijala.

Žljeb napraviti široko, sa velikim radijusom, da ivice budu glatke, bez zareza, već rečeno zbog izbegavanja koncentracije napona usled zavarivanja. Poštovati preporuku da se ne vadi cela prslina već da ostane 0.3-0.5 debljine zida sivog liva.

Tretiranje krajeva prsline:

Već rečeno, zabušiti otvore (nežno, sa malim unosom toplote za izbegavanje stvaranja novih mikroprslina), blokiranje prsline mostovima (20-40 mm ukupne dužine)… Ako se desi da jedan most pukne, proveriti kuda se prslina dalje širi i gde joj je kraj, pa napraviti novi most. Neki rade obe stvari, i mostove i zabušivanje otvora.

Grejanje:

Ako se odlući za hladno zavarivanje, sa međuprolazima od oko 60C, na samom početku je poželjno grejanjem na 100C odstraniti vlagu, a po potrebi i više da se spali ulje iz površinskih pora sivog liva.

Izbor elektrode:

Moja preporuka je koristiti samo provereno najbolje elektrode.

Ne voditi se standardima, oni opisuju samo čist metal šava a ne uspešnost zavarivanja na konkretnom komadu od sivog liva.

Neke od provereno najboljih elektroda na tržištu za sanaciju sivog liva su:

Carboweld Carbo NiFe 31 (NiFe tip) i Carboweld Carbo Ni 2 (Ni tip).

Amperaža:

Najčešće se zbog malog unosa toplote, kao prvi sloj koristi prečnik 2.5 mm sa što je moguće manjom strujom. Preporuka je početi sa 60A na srednje debelim zidovima.

Polaritet:

Polaritet prema preporuci proizvođača, videti izvod iz kataloga ili pročitati sa kutije (već rečeno, neke elektrode novijih generacija su napravljene za plus pol).

Pripoji i fiksiranje u stegama i alatima:

Pošto žljeb nije napravljen celim presekom već je ostalo malo za naleganje, lako je sklopiti u celinu deo od nekoliko parčića (ako je slučaj takav). Raznim stegama se može fixirati ceo komad. Pripoje odraditi na svakih recimo 120 mm, dužine 10 mm, jedan sloj elektrodom 2.5 mm. U slučaju pucanja pripoja tokom zavarivanja može se uočiti da postoje jaki naponi i dilataciji i shodno tome primeniti bolje tehnološke mere.

Pripoje je najbolje odstraniti kada se dođe do njih, bolje ih je odstraniti nego ostaviti ili pretopiti.

Izvođenje zavarivanja:

Pošto je prslina locirana, oćišćena, žljeb napravljen, zabušeni otvori i/ili napravljeni mostovi, izvršeno fixiranje i pripajanje, može se pristupiti zavarivanju.

Prvi zavar se polaže na sredinu prsline, obično elektrodom 2.5 mm sa najnižom a zadovoljavajućom amperažom (zbog što manjeg unosa toplote).

Elektroda se vodi vertikalno ili sa malim uglom u odnosu na vertikalu.

Dužina gusenice max 10 x jezgro elektrode, u praksi najčešće oko 15 mm.

Polaže se tanak sloj, maximalne širine 2 x jezgro elektrode (ako je elektroda 2.5 mm, znači težiti da širina gusenice bude oko 5-6 mm).

Luk što kraći.

Pravilno ugasiti luk, npr popuniti završni krater pa vratiti prema nazad.

Skinuti šljaku i iskovati pažljivo.

Staviti goli dlan na komad, i narednu gusenicu naneti tek kada dlan može da dodiruje mesto zavarivanja. Temperatura dlana je oko 36C i recimo da je temperatura na kojoj dlan može da dira metal bez problema oko 60C. Znači, sačekati da se mesto zavarivanja ohladi na 60C (ovo čekanje je ponekad frustrirajuće i mnogi podlegnu iskušenju i nastave zavarivanje pre hlađenja na 60C. I često se desi zvuk pucanja. Zato se pomiriti sa ovim unapred, unapred se naoružati strpljenjem.). Onda nastaviti.

Ostale gusenice, naneti isto tako kratke (max 10 x jezgro elektrode), ali ih polagati od sredine tj od već položene prve gusenice ka krajevima, kao prema slici, naizmenično, na jednu pa na drugu stranu.

Luk sada uvek paliti na prethodno položenom zavaru.

Ako je žljeb dubok, ostale slojeve je moguće, poštujući ista pravila (kratki zavari, iskivanje, hlađenje da može dlan da se drži), uraditi elektrodom 3.2 mm, jer će onaj sloj napravljen elektrodom 2.5 mm služiti unekoliko kao termalna barijera (nikl je loš provodnik toplote).

U slučaju otvorene prsline, tj prsline koja izlazi na kraj dela, zabušiti otvor i/ili uraditi most a zavarivanje izvesti od mosta/zabušenog otvora ka kraju, poželjno kaskadno. Poštovati sve preporuke (kratki zavari, paliti luk na prethodnom, iskivanje, hlađenje do mogućnosti dodira rukom…). Ako je takva prslina duga, odraditi pripoj ili više njih od kojih jedan da bude obavezno blizu kraja dela.

U slučaju da se jedna prslina uliva u drugu, smer zavarivanja je opet od zabušenog otvora/mosta ka glavnoj prslini.

Poroznost u prvom sloju

Čest je slučaj lošeg vezivanja sa sivim livom. Uraditi sledeće: dletom ukloniti porozan var, ili brusilicom / roto glodalom / turpijom odstraniti 75%-80% tog poroznog vara. Sačekati da se ohladi, pa prevariti novi sloj… Ako treba nekoliko puta ponoviti. Na taj način se izvlači ulje i sl iz sivog liva, i površina postaje sve bolja za vezivanje.

Mreža prslina ili odvaljeni komadi

Ako postoji velika mreža prslina na jednom mestu (recimo kod bloka motora…), odstraniti ceo komad i staviti čeličnu zakrpu (uvek bolju čeličnu nego od sivog liva. I bolje je i ne gubi se vreme da se nađe sličan komad sivog liva).

Najbolja čelična zakrpa je od materijala Č.0361 ili sličan (jeftin, ima ga svuda a odlične zavarljivosti). Pošto je čvrstoća čelika veća od one od sivog liva, preporuka je da se uzme debljina čelične zakrpe 60-70% od debljine zida sivog liva (zbog različitih fizičko-mehaničkih svojstava…). Težiti da zakrpa ima kružni, elipsasti oblik ili ako mora četvrtasti sa velikim radijusima na ćoškovima.

Ćoškove uvek zavarivati na kraju.

Gledati da ukrajanje bude sa što je manjim zazorom (uzeti parče papira, kartona, staviti ga preko rupe u sivom livu, i prema njemu što je preciznije ukrojiti čeličnu zakrpu). Moguće je ovde primeniti dobar trik, dokazan u praksi.

Kada se izvadi komad sa prslinama, odraditi pripremu otvora na sivom livu (oboriti ivice itd…). A onda puterovati ivice sivog liva elektrodom tipa Ni. Pa onda obraditi žljeb tako da bude poravnat.

To isto uraditi sa čeličnom zakrpom. (Znači, kasnije se u stvari spaja zavarivanjem nikl sa niklom a ne čelik sa sivim livom, a naravno samo spajanje sa elektrodom Ni ili NiFe).

Geometriju žljebova napraviti kako je gore opisano (veliki obuhvatni ugao, sa zaobljenjem u dnu…).

Staviti zakrpu na deo (težiti da zazor u korenu bude što manji) i pripoje uraditi u četiri suprotne tačke i postupiti sa njima kako je gore opisano.

Zavarivanje uraditi kao što je opisano, kratkim gusenicama, od ravnih stranica zakrpe ka ćoškovima, iz 4 početne tačke, pa naizmenično… Koristiti sve preporuke (iskivanje, dužina i širina gusenice, hlađenje do 60C…).

Za nepropusne spojeve, je od suštinske važnosti uraditi široke žljebove, i obezbediti perfektno vezivanje sa sivim livom. Dalje koristiti elektrode dokazane za ovu namenu. Vođenje elektrode je ponekad spiralno ili sa vraćanjem, radi boljeg vezivanja. Po potrebi preliti bilo posebnim mekim lemom ili tvrdim lemom ili zaptivnim fluidom. Biti oprezan, ova metoda je kontoverzna jer naknadno se ne može zavarivati, mora se sve vaditi dokle god je lem prodro.

Atestacija i nivo veštine zavarivača

Nekada davno su sivi liv zavarivali najdisciplinovaniji zavarivači i možda treba dodati oni bistriji koji su hteli da razumeju zašto se nešto radi na taj način a ne kako njima padne na pamet…

I danas je uspešno zavarivanje sivog liva rezervisano za takve (ako su samostalni, u boljim kućama postoje inženjeri koji propisuju tehnološki postupak), ali postoji mogućnost i da se dobije i “ ’artija“ tj atest za zavarivanje sivog liva.

Kvalifikacija tj atestacija se sprovodi po EN 287-6:2010 barem je to danas zadnja verzija.

Moguće je na atestaciji zavarivati (popuniti) otvor u obliku kupe prečnika gornjeg otvora 40 mm i prečnika donjeg otvora 30 mm (CPH), simuliranu prslinu (CPC), sučeoni šav (BW) i ugaoni šav (FW).

Opseg pokrivanja je:

Što će reći da za npr potpuno pokrivanje po vrsti zavara trebaju dva atesta. Jedan na prslini i drugi za sučeoni spoj.

Dalja atestacija se svodi na grupu materijala, na poziciju zavarivanja, na tip procesa (elektroda, žica…), na raznorodnost materijala, jednostrano sa provarom ili obostrano, sa ili bez podloške… Ko želi više da zna o ovome neka pogleda gore pomenuti standard.

I manje vešti zavarivači mogu potpuno uspešno reparaturno zavarivati sivi liv i to sa amaterskim aparatima. Jedino je bitno da poznaju i sprovedu pravila tehnološki postupak i koriste dobre elektrode.

Sa druge strane, ne treba normirati vreme reparature sivog liva. Ako se postavi norma, zavarivač može raditi brže i time ugroziti mali unos toplote.

Raznorodni spojevi

Lako je zavarivati sivi liv sa drugim metalima jer je lakše zavariti sivi liv i neki drugi metal nego sivi liv sa sivim livom jer je taj drugi gotovo sigurno lakše zavarljiv nego sivi liv.

Uglavnom se poštuje pravilo da se sivi liv puteruje niklom a onda se nikl zavari za taj drugi metal ili se čak i taj drugi metal puteruje sa niklom ili sličnim metalom.

Ubacivanje pojačanja i uvrtanje vijaka

Pre puno godina, čest je bio slučaj da se pri važnijim reparaturama polomljenog sivog liva ubacuju ojačanja od čelika, pa još pritegnuta vijcima i plus zavarena…

Ta tehnika može da zbuni današnjeg početnika u smislu da poželi da je primeni. Nema uglavnom potrebe za tim, ako se koriste pravilne tehnike, tehnološke mere i dobre elektrode. Vibracionim simulacijama za ispitivanje dinamičke čvrstoće zavarenog spoja je dokazano da ako se koriste dobre elektrode i dobar tehnološki postupak dobija se integritet i čvrstoća spoja koji su jači od osnovnog materijala. Zato se ta tehnika danas smatra zastarelom i nepotrebnom.

Nešto slično važi i za ubacivanje vijaka duž stranica žljeba. Ali ako neko ubacuje vijke… preporuka je da dubina rupa ne bude ista, da se ne bi stvorila jedna slaba ravan, vec da se buše naizmenično dublje i pliće rupe.

Ipak ako neko želi evo par primera ojačavanja metalnim delovima kao i uvrtanja vijaka i njihovog prevarivanja.

Bezbednost

Zavarivanje je tehnologija koja zahteva zaštitu i zavarivača i okoline. I u ovom slučaju treba preduzeti sve mere za izbegavanja udisanja gasova, dimova, para, jer se naročito ističu kao nepoželjni dimovi sa barijumom kao i niklove pare.

Naročito se danas skreće pažnja na barijum. Većina elektroda za zavarivanje sivog liva u svojoj oblozi sadrži barijum, teški metal. Ko ga udiše previše, može na kraju radnog dana osetiti slabost i mučninu.

Lemljenje

Izlučene lamele grafita na stranicama žljeba sprečavaju vezivanje lema sa sivim livom.

Inače ranije je često rađeno umesto toplog zavarivanja takozvano zavarivačko lemljenje. Žljeb je bio napravljen kao za zavarivanje, koristila bi se šipka od Cu60% / Zn 40% sa malo kalaja ili silicijuma (tačka topljenja oko 900C) i onda bi se vršilo predgrevanje, pa bi se plamenom dovela površina sivog liva do znojenja a onda se natapao ovaj mesingani lem i njime bi se napunio ceo žljeb. Često su ovakve reparature bile uspešne.

Danas se primenjuje i tvrdo lemljenje sa srebrnim kapilarnim lemovima. Naječešće su to lemovi tipa L-Ag40Cd ili njegov pandan bez Cd-a a to je L-Ag55Sn.

Potrebno je obezbediti što sporije hlađenje.

Drugi postupci sanacije sivog liva

Pre svega treba pomenuti metalizaciju na toplo i Metal/lock postupak (šivenje).

Zavarivanjem elektrodama na bazi nikla se dobija metal šava čiji je termički koeficijent drugačiji id onog kod sivog liva, tako da postoji problem sa tim bimetalnim spojem izloženim termodinamičkim naprezanjima (klasičan primer su glave motora). Najčešće to spoj ne može da izdrži. Zato je rešenje u tim slučajevima (npr kod gusanih glava motora) koristiti druge postupke, npr Metal/lock – tzv šivenje gde nema unosa toplote niti zaostalih napona nit problema sa dilatacijima i naponima na povišenoj temperaturi. Više o Metal/lock postupku na drugom mestu.

Slučaj iz prakse

Reparatura pulvis spojnice 2006 godine – firma OM Inženjering

 

U termoelektranama se kao gorivo koristi smrvljeni ugalj kojeg melju mlinovi. Ogromni mlinovi se pokreću ogromnim elektromotorima ogromnih obrtnih momenata. Ako bi veza između elektromotora i mlina bila direktna, ogromni moment bi pokidao tu vezu. Zato se koriste spojnice koje proklizavaju tj dozirano se od mirovanja povećava broj obrtaja mlinskog kola na radni broj obrtaja. Spojnice su uglavnom sa obloženim kuglicama i poznate kao tip pulvis spojnice. U jednoj termoelektrani, na poklopcu jedne takve pulvis spojnice se pojavila prslina na mestu otvora za dodavanje maziva do ležaja. Pokušana je sanacija, ali bezuspešno. Posao je rađen za OM Inženjering. Starost pulvis spojnice je bila oko 25-30 tak godina.

U početku je prslina bila kao dlaka, ali svaki naredni koji je radio je odstranjivao ono što je radio prethodni uključujući i ZUT, pa je na kraju pomenuta prslina u obliku dlake postala prostor od 40 mm.

(Posle uspešne sanacije, probijena je rupa za dovod masti do ležaja).

Na kraju

 

Ako želite sami da uradite reparaturu sivog liva nadam se da su vam ove napomene pomogle.

Možemo vam ponuditi elektrode proizvođača Carboweld, koje su po meni trenutno najbolje na tržištu.

Ako želite možemo preuzeti reparaturu sivog liva u našoj radionici, bilo zavarivanjem bilo šivenjem.