Pagrindiniai suvirinimo principai

Suvirinimas gali būti apibrėžiamas kaip metalų susiliejimas, gaunamas kaitinant iki tinkamos temperatūros, naudojant slėgį arba be jo, naudojant užpildą arba be jo.

Lydomojo suvirinimo metu šilumos šaltinis generuoja pakankamai šilumos, kad susidarytų ir išlaikytų reikiamo dydžio išlydyto metalo telkinį. Šiluma gali būti tiekiama elektra arba dujomis. Elektrinis varžinis suvirinimas gali būti laikomas lydymosi suvirinimu, nes susidaro šiek tiek išlydyto metalo.

---

Kietosios fazės procese suvirinimo siūlės pagaminamos nelydant pagrindinės medžiagos ir nepridedant metalo užpildo. Visada naudojamas slėgis ir paprastai suteikiama šiek tiek šilumos. Trinties šiluma sukuriama ultragarso ir frikcinio sujungimo metu, o krosnies šildymas paprastai naudojamas difuziniam sujungimui.

Suvirinimui naudojamas elektros lankas yra didelės srovės žemos įtampos išlydis, paprastai 10–2000 amperų diapazone esant 10–50 voltų. Lanko kolonėlė yra sudėtinga, tačiau, apskritai kalbant, ją sudaro katodas, skleidžiantis elektronus, dujų plazma, skirta srovės laidumui, ir anodo sritis, kuri dėl elektronų bombardavimo tampa palyginti karštesnė už katodą. Paprastai naudojamas nuolatinės srovės (DC) lankas, tačiau galima naudoti kintamos srovės (AC) lankus.

Bendra energijos sąnauda visuose suvirinimo procesuose viršija tą, kurios reikia jungties susidarymui, nes ne visa pagaminta šiluma gali būti efektyviai panaudota. Efektyvumas svyruoja nuo 60 iki 90 procentų, priklausomai nuo proceso; kai kurie specialūs procesai labai skiriasi nuo šio skaičiaus. Šiluma prarandama laidumu per netauriuosius metalus ir spinduliuojant į aplinką.

Dauguma metalų kaitinant reaguoja su atmosfera ar kitais netoliese esančiais metalais. Šios reakcijos gali labai pakenkti suvirinto jungties savybėms. Pavyzdžiui, dauguma metalų greitai oksiduojasi išlydę. Oksido sluoksnis gali užkirsti kelią tinkamam metalo sukibimui. Išlydyto metalo lašeliai, padengti oksidu, patenka į suvirinimo siūlę ir daro jungtį trapią. Kai kurios vertingos medžiagos, pridėtos dėl specifinių savybių, taip greitai reaguoja į orą, kad nusodinto metalo sudėtis nėra tokia, kokia buvo iš pradžių. Dėl šių problemų buvo naudojami srautai ir inertiška atmosfera.

Lydomojo suvirinimo metu srautas atlieka apsauginį vaidmenį palengvindamas kontroliuojamą metalo reakciją ir užkertant kelią oksidacijai, sudarydamas antklodę ant išlydytos medžiagos. Fliusai gali būti aktyvūs ir padėti procese arba neaktyvūs ir tiesiog apsaugoti paviršius sujungimo metu.

Inertinė atmosfera atlieka apsauginį vaidmenį, panašų į srautų. Atliekant dujomis ekranuotą metalinį lankinį ir dujomis ekranuotą volframo lankinį suvirinimą inertinės dujos (dažniausiai argonas) teka iš žiedo, supančio degiklį, nuolatine srove, išstumdamos orą iš aplink lanką. Dujos chemiškai nereaguoja su metalu, o tiesiog apsaugo jį nuo sąlyčio su ore esančiu deguonimi.

Metalų sujungimo metalurgija yra svarbi jungties funkcinėms galimybėms. Lankinis suvirinimas iliustruoja visas pagrindines jungties savybes. Praeinant suvirinimo lankui susidaro trys zonos: (1) suvirinimo metalo arba lydymosi zona, (2) šilumos paveikta zona ir (3) nepaveikta zona. Suvirinimo metalas yra ta jungties dalis, kuri suvirinimo metu išsilydo. Šilumos veikiama zona – tai sritis, esanti greta suvirinto metalo, kuris nebuvo suvirintas, tačiau dėl suvirinimo karščio pakito mikrostruktūra arba mechaninės savybės. Nepaveikta medžiaga yra ta, kuri nebuvo pakankamai kaitinama, kad pakeistų jos savybes.

Suvirintojo metalo sudėtis ir sąlygos, kuriomis jis užšąla (stingsta), daro didelę įtaką jungties gebėjimui atitikti eksploatacinius reikalavimus. Lankinio suvirinimo metu suvirinimo metalą sudaro užpildas ir netaurieji metalai, kurie išsilydo. Kai lankas praeina, suvirinimo metalas greitai atšaldomas. Vieno praėjimo suvirinimo siūlė turi liejimo struktūrą su stulpiniais grūdeliais, besitęsiančiais nuo išlydyto baseino krašto iki suvirinimo siūlės centro. Naudojant daugiapakopį suvirinimą, ši liejimo struktūra gali būti modifikuota, priklausomai nuo konkretaus suvirinamo metalo.

Netaurieji metalai, esantys šalia suvirinimo siūlės arba karščio paveiktos zonos, yra veikiami įvairių temperatūrų ciklų, o jo struktūros pokytis yra tiesiogiai susijęs su didžiausia temperatūra bet kuriame taške, poveikio laiku ir aušinimo greičiu. Netauriųjų metalų rūšių yra per daug, kad būtų galima čia aptarti, tačiau jas galima suskirstyti į tris klases: (1) medžiagos, kurioms nedaro įtakos suvirinimo šiluma, (2) medžiagos, sukietintos dėl struktūrinių pokyčių, (3) medžiagos, sukietintos dėl kritulių.

Suvirinimas sukelia medžiagų įtempius. Šias jėgas sukelia suvirinimo metalo susitraukimas ir karščio paveiktos zonos plėtimasis ir susitraukimas. Nekaitintas metalas riboja tai, kas išdėstyta pirmiau, o kadangi vyrauja susitraukimas, suvirinimo metalas negali laisvai susitraukti, o jungtyje susidaro įtempis. Tai paprastai žinoma kaip liekamasis įtempis, o kai kuriais kritiniais atvejais jis turi būti pašalintas termiškai apdorojant visą gaminį. Visose suvirintose konstrukcijose neišvengiamas liekamasis įtempis, o jei jis nekontroliuojamas, įvyks suvirinimo lenkimas arba iškraipymas. Valdymas atliekamas naudojant suvirinimo techniką, strypus ir tvirtinimo detales, gamybos procedūras ir galutinį terminį apdorojimą.