Keevitamise põhiprintsiibid

Keevisõmblust võib defineerida kui metallide liitumist, mis saadakse kuumutamisel sobivale temperatuurile koos rõhu rakendamisega või ilma ning täitematerjali kasutamisega või ilma.

Sulandkeevitusel toodab soojusallikas piisavalt soojust, et luua ja säilitada vajaliku suurusega sulametallikogum. Sooja võib anda elektri või gaasileegiga. Elektritakistuskeevitust võib pidada sulandkeevituseks, kuna tekib osa sulametalli.

---

Tahkefaasiliste protsessidega saadakse keevisõmblused ilma alusmaterjali sulatamata ja täitematerjali lisamata. Rõhk on alati kasutusel ja üldiselt antakse ka veidi soojust. Hõõrdesoojust arendatakse ultraheli- ja hõõrdeliitmisel ning difusioonliitmisel kasutatakse tavaliselt ahjukütet.

Keevitamisel kasutatav elektrikaar on kõrge vooluga madalpingelahendus, tavaliselt vahemikus 10–2000 amprit 10–50 volti juures. Kaarsammas on keeruline, kuid laias laastus koosneb elektrone kiirgavast katoodist, voolujuhtimiseks mõeldud gaasiplasmast ja anoodipiirkonnast, mis elektronidega pommitamise tõttu muutub katoodist suhteliselt kuumaks. Tavaliselt kasutatakse alalisvoolu (DC) kaari, kuid võib kasutada ka vahelduvvoolu (AC) kaare.

Kogu energiasisend kõigis keevitusprotsessides ületab liite tegemiseks vajaliku energia, sest kogu tekkivat soojust ei saa tõhusalt ära kasutada. Tõhusus varieerub sõltuvalt protsessist 60-90 protsenti; mõned eriprotsessid kalduvad sellest näitajast suuresti kõrvale. Soojus kaob läbi mitteväärismetalli juhtivuse ja kiirguse kaudu ümbritsevasse.

Enamik metalle reageerib kuumutamisel atmosfääri või teiste läheduses olevate metallidega. Need reaktsioonid võivad keevisliidete omadustele äärmiselt kahjulikud olla. Näiteks enamik metalle sulamisel kiiresti oksüdeeruvad. Oksiidkiht võib takistada metalli õiget sidumist. Oksiidiga kaetud sulametalli tilgad jäävad keevisõmblusesse kinni ja muudavad liitekoha rabedaks. Mõned väärtuslikud materjalid, mida lisatakse spetsiifiliste omaduste jaoks, reageerivad õhuga kokkupuutel nii kiiresti, et sadestatud metall ei ole algselt sama koostisega. Need probleemid on viinud voogude ja inertse atmosfääri kasutamiseni.

Sulandkeevitusel on räbustil kaitsev roll, mis hõlbustab metalli kontrollitud reaktsiooni ja hoiab ära seejärel oksüdatsiooni, moodustades sulamaterjali peale katte. Räbustid võivad olla aktiivsed ja protsessis abiks olla või mitteaktiivsed ning lihtsalt pindu ühendamise ajal kaitsta.

Inertsel atmosfääril on räbustitega sarnane kaitsefunktsioon. Gaasiga varjestatud metallkaare ja gaasvarjestatud volframkaarkeevituse korral voolab põletit ümbritsevast rõngast pideva joana inertgaas – tavaliselt argoon –, tõrjudes välja kaare ümbert õhku. Gaas ei reageeri metalliga keemiliselt, vaid lihtsalt kaitseb seda kokkupuute eest õhuhapnikuga.

Metallide ühendamise metallurgia on liite funktsionaalsete võimete jaoks oluline. Kaarkeevitus illustreerib kõiki liite põhiomadusi. Keevituskaare läbimisel tekib kolm tsooni: (1) keevismetall ehk sulamistsoon, (2) kuumusest mõjutatud tsoon ja (3) mõjutamata tsoon. Keevismetall on liite osa, mis on keevitamise ajal sulanud. Kuumustsoon on keevismetalliga külgnev piirkond, mida ei ole keevitatud, kuid mille mikrostruktuur või mehaanilised omadused on keevitussoojuse tõttu muutunud. Mõjutamata materjal on see, mida ei kuumutatud piisavalt, et selle omadusi muuta.

Keevismetalli koostis ja tingimused, mille korral see külmub (tahkestub), mõjutavad oluliselt vuugi võimet vastata hooldusnõuetele. Kaarkeevitusel koosneb keevismetall täitematerjalist ja sulanud mitteväärismetallist. Pärast kaare möödumist toimub keevismetalli kiire jahutamine. Ühekäigulisel keevisõmblusel on valatud struktuur, mille sambakujulised terakesed ulatuvad sulabasseini servast keevisõmbluse keskmesse. Mitmekäigulises keevisõmbluses võib seda valatud struktuuri muuta sõltuvalt konkreetsest keevitatavast metallist.

Keevisõmbluse või kuumusest mõjutatud tsooniga külgnev mitteväärismetall on allutatud erinevatele temperatuuritsüklitele ja selle struktuuri muutus on otseselt seotud mis tahes punkti tipptemperatuuri, kokkupuuteaja ja jahutuskiirustega. Mitteväärismetallide tüüpe on siin käsitlemiseks liiga palju, kuid neid saab rühmitada kolme klassi: (1) materjalid, mida keevitussoojus ei mõjuta, (2) materjalid, mis on struktuurimuutuste tõttu kõvastunud, (3) materjalid, mis on kõvastunud sademeprotsesside tõttu.

Keevitamine tekitab materjalides pingeid. Need jõud kutsutakse esile keevismetalli kokkutõmbumisest ning kuumusest mõjutatud tsooni paisumisest ja seejärel kokkutõmbumisest. Kuumutamata metall piirab eelnimetatut ja kuna kokkutõmbumine on ülekaalus, ei saa keevismetall vabalt kokku tõmbuda ning ühenduskohta tekib pinge. Seda nimetatakse üldiselt jääkpingeks ja mõne kriitilise rakenduse puhul tuleb see eemaldada kogu toodangu kuumtöötlemisega. Jääkpinge on vältimatu kõigis keevitatud konstruktsioonides ja kui seda ei kontrollita, toimub keevisõmbluse paindumine või moonutamine. Juhtimine toimub keevitustehnika, rakiste ja kinnitusdetailide, valmistamisprotseduuride ja lõpliku kuumtöötluse abil.