Mis on keevitamine?

Keevitamine on materjalide ühendamise protsess, mille käigus neid kuumutatakse ühenduspunkti sulamispunktini, luues tugeva ja murdumatu ühenduse. Liitmisprotsess, mis tagab ühendatavate osade materjalide sujuva struktuuri, kasutades kuumust, rõhku või nende kombinatsiooni, et luua püsiv ühendus. Seda kasutatakse laialdaselt erinevates tööstusharudes, nagu ehitus, laevaehitus ja laevaremont, tootmine erinevates tööstusharudes, sõidukite remont ja palju muud.

Keevitamise käigus kuumutatakse materjale sulamistemperatuurini või ühendatakse rõhuga ning jahtudes moodustatakse stabiilne ühendus. Mõnel juhul kasutatakse ühenduskoha täitmiseks ka metallist täiteainet.

Peamised keevitustüübid:

1. MMA / SMAW – Elektrikaarkeevitus elektroodidega:

• Elektrood sulab ja metall moodustab õmbluse, samal ajal kui kattega gaasid kaitsevad keevitusala atmosfääri mõjude eest. Peamine eelis on hea tootlus väikeste investeeringutega.
• Seda tehnoloogiat kasutatakse laialdaselt rasketööstuses ning erinevates remondi- ja hooldustöödes.

2. MIG / MAG (GMAW) – poolautomaatne keevitus elektroodtraadi kaitsegaasidega – inertsete (argoon) või aktiivsete (süsinikdioksiid) gaasidega – keskkonnas:

• Laialdaselt kasutatakse terase, roostevaba terase ja alumiiniumkonstruktsioonide keevitamiseks.
• MIG (Metal Inert Gas) – kasutab inertset gaasi, näiteks argooni.
• MAG (Metal Active Gas) – kasutab aktiveeritud gaasi, näiteks CO₂ või segusid.

3. TIG (GTAW) – Volfram-inertgaasi (TIG) keevitus on meetod, mis on tuntud metallide täpseks ühendamiseks:

• Kasutati volframelektroode kuuma kaare loomiseks metalli sulatamiseks, erinevalt tavapärasest keevitusest.
• Kasutan käsipõletit ja kaitsegaasi, tavaliselt argooni.
• Seda kasutatakse roostevaba terase, alumiiniumi, vase ja teiste mitteraudmetallide keevitamiseks paksusega 0,3 mm kuni 4 mm.

4. PAW - Plasma kaarekeevitus:

 Plasmakaarkeevitus on keerukas kaarekeevituse tehnika, kus metallide sulatamiseks ja ühendamiseks kasutatakse kontsentreeritud plasmajuga. See töötati välja saavutusena võrreldes TIG-keevitusega ning pakub paremat täpsust ja kontrolli.

• Kui kasutada elektrikaart soojusallikana, tekitab plasmakaar kõrge temperatuuri, mille tulemusel kattematerjal sulab ja vajub alusmaterjalile.
• Tavaliselt kasutatakse seda juhtudel, kus keevitatud õmbluse kvaliteedi nõuded on kõrgemad, näiteks kõrge sulamisisaldusega teraste ja titaani keevitamisel.
• Ideaalne õhukeste materjalide ja mikrokeevituse jaoks.

5. Gaasikeevitus (Oxygas keevitamine) varrastega:

• Põlevate gaaside eripärad määravad nende kasutuse.
• Gaasikeevituses kasutatakse hapnikku ja põlemisgaasi, mis tagab kõrge temperatuuri ja kontrollitud leegi.
• Kasutatakse mitte-sulami- ja madala sulamisisaldusega terase keevitamisel.
• Gaasikeevituses kasutatakse põhimõtteliselt atsetüleeni ja puhast hapnikku või lõhnastatud hapnikku
• Traditsiooniline meetod, mida kasutatakse endiselt torude parandamisel.

6. Takistuskeevitus (kontaktkeevitus) – tõhus ja kiire viis metallosade ühendamiseks, kus materjale kuumutatakse kohapeal elektrivooluga ja soojendatud ala surutakse kokku, saavutades plast- või sulaoleku:

• Autotööstus: Kõige laiem kasutusala – autokere, paneelide ja raamide punktkeevitus masstootmises.
• Kodumasinad: Külmikute, pesumasinate, mikrolaineahjude ja teiste metallkorpuste tootmine.
• Elektroonika ja akud: Aku kontaktide ühendamine (nt elektritööriistades) ja täpsete osade kokkupanek.
• Hermetilised paagid: kütusepaakide, radiaatorite ja torude tootmine õmbluskeevituse abil.
• Metallkonstruktsioonid: Tugevdava võrgu, restide ja aedade tootmine ning mutterite/kruvide keevitamine lehtedele.

7. Laserkeevitus – meetod, mis kasutab laserit soojusallikana. Sulata osa või kogu detaili ristlõige. Ja teatud tingimustel kõveneb, et luua orgaaniline keevitusmeetod.

• Põhimõte on kasutada laserkiirt, et soojendada töödetail sulaseisundisse, et luua aurustusaugud või sulabasseinid.
• Peamiselt kasutatakse õhukeste materjalide ja täpsete osade keevitamiseks.
• Kasutatakse kõrge täpsusega ja kiirete töödega tööstustes nagu autotööstus ja lennundus, meditsiin ja elektroonika, kus on vaja visuaalselt puhtaid ja vastupidavaid õmblusi ilma materjali termilise deformatsioonita

8. Ultrahelikeevitus – protsess, kus osad ühendatakse kõrgsageduslike (20–40 kHz) mehaaniliste vibratsioonide abil. Erinevalt takistuskeevitusest tekib siin soojus molekulide vahelisest hõõrdumisest, mitte elektrivoolust.

• Plastosade ühendamine: Kiire ja puhas karpide, mänguasjade ja pakendite kokkupanek ilma liimi või kruvideta.

• Elektroonika ja akud: Peened juhtmed, kiibid ja aku kontaktid ühendavad ilma ohtliku ülekuumenemiseta.
• Meditsiini- ja hügieenitooted: Hermeetiline näomaskide, filtrite ja steriilsete pakendite tootmine kõrgsageduslike vibratsioonide abil.

Keevitustüübi valik sõltub järgmistest:

• Materjali tüüp ja paksus:

1. Takistuskeevitus sobib ideaalselt teraslehtede (kere, korpuse) jaoks.
2. Ultrahelikeevitus sobib kõige paremini termoplastidele ja väga õhukestele, mittevärvilistele metallidele (foolium, traadid).

• Tootmise maht ja kiirus:

1. Mõlemad meetodid on mõeldud masstootmiseks. Kui on vaja toota tuhandeid osi tunnis, valitakse täielikult automatiseeritud takistus- või ultraheliseade.

• Ühenduse nõuded:

1. Kui suurte konstruktsioonide puhul on vaja mehaanilist tugevust, valitakse takistuskeevitus.
2. Kui on vaja puhtust ja täpsust (ravim, elektroonika) või pinget ilma materjali ülekuumenemiseta, valitakse ultraheli.

Materjalide tehnoloogiline keevitatavus ja liite terviklikkus määratakse nende füüsikalis-keemiliste omaduste järgi, kus faasisiirete metallurgiline sobivus, soojuspaisumiskordajate erinevus ja oksüdatsioonikineetika on otsustavad, mis otseselt mõjutab kristalliseerumisprakkude tekkimise riski ja jääkpingete kontsentratsiooni õmbluses. Soojusjuhtivuse ja spetsiifilise takistuse varieerumine määrab vajaliku energiatiheduse kohaliku sulamise jaoks, samas kui sulamite keemiline heterogeensus võib tekitada rabedaid intermetallilisi ühendeid, mis piirab oluliselt traditsiooniliste termilise tuumasünteesi protsesside rakendatavust konkreetsetele metallikombinatsioonidele.

Metallid, mida saab keevitada:

Traditsiooniliste ja tööstuslike keevitusprotsesside jaoks sobivad kõige paremini metallid, millel on hea tehnoloogiline keevitusvõime, mis tagab stabiilse liitestruktuuri ja minimaalse defektide riski.

Madala süsinikusisaldusega ja madala sulamisisaldusega teraseid kasutatakse kõige laialdasemalt keevitamisel, kuna neil on väike pragunemise risk ja prognoositav soojusreaktsioon. Terased, millel on suurem süsinikusisaldus, vajavad eelkuumutamist, et vältida konstruktsiooni haprust. Roostevaba teras on hästi keevitatav, kuid vajab täpset soojusvarustuse kontrolli, et säilitada õmbluse korrosioonivastased omadused.

Mitte-raudmetallidest keevitatakse alumiinium ja selle sulamid kõige sagedamini, kuigi oksiidikihi hävitamiseks on vaja spetsiifilist kaitsegaasi keskkonda või vahelduvvoolu. Vask ja selle sulamid (näiteks messing) on keevitatavad, kuid nende kõrge soojusjuhtivus nõuab suurt energiakontsentratsiooni, samas kui titaan on keevitatav ainult inertse gaasi atmosfääris, et vältida selle haprust õhu mõju all.

1. Teras – (süsinik ja sulam):
   • Madala süsinikusisaldusega teras: Kõige laialdasemalt kasutatav ja kergemini keevitatav tüüp, millel on suurepärane liitetugevus ja minimaalne pragude risk.
   • Sulamteras: Vajab spetsiaalset temperatuuri reguleerimist (kuumutamine ja aeglane jahutus), et vältida metallkonstruktsiooni rabedaks muutumist.
   • Roostevaba teras: Hästi keevitatav, kuid vajab täpset soojusjuhtimist, et vältida osade deformatsiooni ja säilitada korrosioonivastased omadused.
2. Alumiinium ja selle sulamid:

• Oksiidikiht: Pind on kaetud tahke Al₂O₃ kilega, millel on väga kõrge sulamistemperatuur (~2000°C), mis tuleb enne keevitamist mehaaniliselt puhastada või pesta vahelduvvooluga (AC).
• Kõrge soojusjuhtivus: Alumiinium eemaldab keevituspiirkonnast soojust väga kiiresti, seega on vaja suurt energiatihedust ja sageli kogu osa eelsoojendamist.
• Poorsuse ja pragude oht: Materjal on väga tundlik vesiniku ja lisandite suhtes, mis võivad jahutamisel tekitada poore või kuumi pragusid, seega on vaja eriti puhast kaitsegaasi (Argoon) keskkonda.

3. Vask ja pronks:

• Äärmuslik soojusjuhtivus: Vask juhib soojust kuni 10 korda kiiremini kui teras, seega on sulamiseks vaja väga suurt voolutugevust ja sageli kogu osa eelkuumutamist (kuni 300–600°C).
• Kõrge voolavus: Sulas olekus on vask ja pronks väga vedelad, mis teeb vertikaalsete või ülemise õmbluste moodustamise keeruliseks, mistõttu keevitatakse neid tavaliselt ainult horisontaalselt.
• Keemiline aktiivsus ja poorid: Metall reageerib kergesti hapniku ja vesinikuga, moodustades jahutamisel gaasimullid (poorid), seega on vaja kõrgeima puhtusastmega kaitsegaasi (argoon või heelium).

4. Titaan:

• Gaasi neeldumine ja rabedus: Titaan neelab kõrgetel temperatuuridel (üle 430°C) õhust hapnikku, lämmastikku ja vesinikku kui "käsna", mis muudab keevituse habras ja kasutuskõlbmatuks.
• Absoluutne kaitse: Täiuslik inertgaasi (tavaliselt Argon) kaitse on vajalik, mitte ainult keevitusvannile, vaid ka õmbluse kuumale põhjale ja juba fikseeritud, kuid siiski kuumale õmblusele.
• Pinna steriilsus: Enne protsessi on kohustuslik eemaldada keemiline või mehaaniline oksiidikiht ning kõik rasvased ained (isegi sõrmejäljed), et vältida saastumist ja õmbluse poorsust.

5. Nikkel ja selle sulamid:

• Nikli ja selle sulamite (näiteks Monel, Inconel, Hastelloy) keevitamine on keemia- ja lennundustööstuses kriitilise tähtsusega, kuna need on kuuma- ja korrosioonikindluses.
• Madala fusiooni sügavuse kontroll: Nikli sulamise vann on "närtsinud" (halvasti voolav), mis teeb juurte täieliku sulamise raskemaks ja nõuab täpset põletikontrolli.
• Kuumade pragude oht: materjal on tundlik väävli, fosfori ja plii lisanditele, mis põhjustavad jahutamisel pragunemist, seega on enne keevitamist vajalik steriilne puhtus.
• Soojusmõjutsoon: Nikli sulamid on ülekuumenemisele vastuvõtlikud, mis võib vähendada nende korrosioonikindlust, seega tuleks keevitada madala soojuse ja kiire jahutusega.

6. Malm

• Termiline pragunemine: Kiire kuumutamise või jahutuse ajal kipub malm purunema, seega tuleb osa kas kuumutada 300–600°C ("kuumkeevitus") või keevitada väga lühikeste õmblustega, mis takistab metalli kuumenemist ("külmkeevitamine").
• Struktuurimuudatused: Keevitusala liiga kiire jahtumine tekitab "valge malmi" – äärmiselt kõva ja rabeda kihi, mida pole võimalik töödelda puuri- või freesimislõikuriga.
• Erimaterjalid: Kvaliteetse ühenduse jaoks kasutatakse kõrge nikkelisisaldusega elektroode, kuna need on plastilisemad ja suudavad neelata metalli sisemisi pingeid, takistades õmbluse purunemist.

7. Magneesium ja selle sulamid:

• Süttimise oht: Magneesiumipurud ja peened osakesed võivad kergesti süttida, mistõttu nõuab protsess ranget temperatuuri kontrolli ja steriilset töökeskkonda, et vältida tuleohtu.
• Oksiidikiht ja poorsus: Sarnaselt alumiiniumisele on magneesium kaetud oksiidkilega, mida tuleb purustada vahelduvvooluga (AC), kuid magneesium on vesiniku suhtes veelgi tundlikum, mis võib jahutamisel põhjustada tugevat poorsust.
• Madal sulamistemperatuur ja deformatsioon: kuna magneesium sulab suhteliselt madalatel temperatuuridel (~650°C) ja sellel on kõrge soojuspaisumiskoefitsient, deformeeruvad osad keevitamisel väga kiiresti või võivad "välja ujuda" (läbi sulada).

Metallid, mida on raske või võimatu keevitada:

Metallide keevitamine on tavaliselt keeruline nende keemiliste omaduste, kõrge soojusjuhtivuse või oksüdatsiooni tõttu. Keevitusraskusi määravad mitmed tegurid, sealhulgas materjali omadused, ühine disain, keevituskeskkond ja protsessinõuded.

1. Tsingitud teras:

• Tsink aurustub keevitusprotsessil (aurustunud tsink tekitab keevitusvannis mulle)
• Keevitatav, kuid tsinkkate eraldab mürgiseid aurusid, mis muudab töö ohtlikuks, mistõttu on vaja ventilatsiooni ja kaitset.

2. Juht:

• Plii sulab juba ~327 °C juures, mistõttu keevitamisel kuumeneb see kiiresti üle ja muutub raskesti kontrollitavaks: sulab kergesti läbi, kuju hoidmine on keeruline, keevitusprotsess ebastabiilne
• Plii on väga pehme metall, seega pole keevituskoht piisavalt tugev: kergesti deformeeruv, madala tugevusega, liite pole vastupidav. Tavaliselt kasutatakse jootmisel, mitte keevitamisel.
• Plii viskamisel eraldub kahjulik aur, mis võib viia plii mürgituseni: ohtliku sissehingamise korral on vaja ventilatsiooni, tuleb kasutada kaitsevahendeid

3. Volframid:

• Volfram sulab ~3422 °C juures, mis on üks kõrgeimaid temperatuure metallide seas: väga kõrge temperatuur on vajalik, ühtlase sulamise tagamine on keeruline, vaja on spetsiaalset varustust.
• Volfram on kõva, kuid ka õrn metall: keevitamisel praguneb kergesti, talub halvasti termilisi pingeid, vajab kuumutamist.
• Kõrgetel temperatuuridel oksüdeerub volfram kergesti: tekivad oksiidid, mis kahjustavad õmblust, vajalik on kaitsegaas (näiteks argoon).

4. Tsink ja selle sulamid:

• Tsink sulab ~419 °C juures ja hakkab juba keema ~907 °C juures.  See aurustub keevitamisel kiiresti, mis teeb protsessi kontrollimise keeruliseks, mille tulemusel tekivad gaasid ja defektid.
• Aurustunud tsink tekitab keevitusvannis mulle, mille tulemusel tekivad poorid, vähenevad tugevus ja praod suurenevad.
• Tsingi või selle sulamite keevitamisel eralduvad kahjulikud aurud, mis võivad põhjustada metallisuitsu palavikku ja ohtlikku sissehingamist.

5. Plastifitseeritud ja poorsed metallid (nt mingi sulamite kombinatsioon):

• Plastifiseeritud ja poorsed metallid (näiteks erinevad sulamid) ei ole sageli ühtlase koostisega. Ühel materjalil on erinevad sulamistemperatuurid ning sulamine on ebaühtlane, mis tekitab raskusi kvaliteetse õmbluse saamisel.
• Konstruktsiooni poorsuse tõttu tekib keevitamisel kogunenud gaas ning tekivad tühimikud ja augud, mis vähendavad mehaanilist tugevust.
• Plastifiseeritud materjalid võivad temperatuuri mõjul oma omadusi muuta. Need deformeeruvad keevitamisel, tekib pinge ning pärast jahutamist on suur pragude oht.

6. Kroom puhtal kujul:

• Kroom sulab ~1907 °C juures, seega nõuab keevitamine väga kõrget temperatuuri, mis teeb materjali ühtlase sulatamise keeruliseks ja protsessi keeruliseks.
• Puhas kroom on kõva, kuid habras metall, mistõttu keevitamisel praguneb see kergesti ja talub halvasti kuumutamise ja jahutamise käigus tekkivaid termilisi pingeid.
• Keevitamise käigus reageerib kroom hapnikuga ja moodustab oksiide, mis halvendavad õmbluse kvaliteeti, seega on vaja kaitsegaasi, et vähendada defektide tekkimist.

7. Kõrge süsinikusisaldusega metallid:

• Kõrge süsinikusisaldusega metallid (näiteks kõrge süsinikusisaldusega terased) on keevitamisel pragude suhtes väga tundlikud, kuna järsk temperatuurimuutus tekitab sisemisi pingeid.
• Kõrge süsinikusisaldus aitab kaasa tahke ja rabeda struktuuri tekkimisele pärast jahutamist, mis vähendab materjali takistust koormustele.
• Selliste metallide keevitamine nõuab erilist töötlemist, näiteks eelsoojendamist ja kontrollitud jahutamist, et vähendada defektide riski.

Mis mõjutab keevituse tõenäosust?

• Oksüdeerumine: Mõned metallid, nagu alumiinium ja titaan, oksüdeeruvad väga kiiresti; Kõrgetel temperatuuridel tekib nende pinnale stabiilne oksiidikiht, mis segab metallide sidumist ja võib tekitada kehva kvaliteediga õmbluse, mis nõuab põhjalikku pinna puhastamist ja kaitsegaasi.
• Soojusjuhtivus: Kõrge soojusjuhtivusega metallid, nagu vask, hajutavad kiiresti soojust keevituspiirkonnast; See muudab vajaliku temperatuuri saavutamise ja hoidmise keeruliseks, suurendab energiatarbimist ning võib põhjustada ebapiisavat sulamist.
• Metallisulamid: Mõned sulamid võivad omavahel sobimatud; Erinevad sulamistemperatuurid, keemiline koostis ja struktuur võivad põhjustada ebaühtlast sulamist, rabedate faaside või pragude tekkimist, mis oluliselt vähendab keevituse tugevust ja kvaliteeti.