Kas yra suvirinimas?

Suvirinimas yra medžiagų sujungimo procesas, kurio metu jos pašildomos iki lydymosi temperatūros sujungimo vietoje, sukuriant tvirtą, nepertraukiamą jungtį. Sujungimo procesas, užtikrinantis vientisą sujungiamų dalių medžiagų struktūrą, naudojant šilumą, slėgį arba abiejų derinį, kad būtų sukurtas nuolatinis ryšys. Jis plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose, tokiose kaip statyba, laivų statyba ir remontas, gamyba įvairiose pramonės šakose, transporto priemonių remontas ir kt.

Suvirinimo metu medžiagos pašildomos iki lydymosi temperatūros arba sujungiamos naudojant slėgį ir, atvėsus, sudaro stabilų ryšį. Kai kuriais atvejais metalo užpildas taip pat naudojamas jungties vietai užpildyti.

Pagrindiniai suvirinimo tipai:

1. MMA / SMAW – Elektrinis lankinis suvirinimas elektrodais:

• Elektrodas ištirpsta, o metalas sudaro siūlę, o dangos dujos apsaugo suvirinimo vietą nuo atmosferos poveikio. Pagrindinis privalumas – geras pajamingumas su mažomis investicijomis.
• Ši technologija plačiai naudojama sunkiojoje pramonėje, taip pat atliekant įvairius remonto ir priežiūros darbus.

2. MIG / MAG (GMAW) – pusiau automatinis suvirinimas elektrodų vielos apsauginėmis dujomis – inertinėmis (argonu) arba aktyviosiomis (anglies dioksido) dujomis – aplinkoje:

• Plačiai naudojamas plieno, nerūdijančio plieno ir aliuminio konstrukcijoms suvirinti.
• MIG (metalo inertinės dujos) - naudoja inertines dujas, tokias kaip argonas.
• MAG (Metal Active Gas) - naudoja aktyvintas dujas, tokias kaip CO₂ arba mišiniai.

3. TIG (GTAW) - volframo inertinių dujų (TIG) suvirinimas yra tikslaus metalų sujungimo metodas:

• Naudojami volframo elektrodai, kad būtų sukurtas karštas lankas metalui lydyti, skirtingai nei įprastas suvirinimas.
• Naudojant rankinį degiklį ir apsaugines dujas, dažniausiai argoną.
• Jis naudojamas nerūdijančio plieno, aliuminio, vario ir kitų spalvotųjų metalų, kurių storis nuo 0,3 mm iki 4 mm, suvirinimui.

4. PAW - Plazminis lankinis suvirinimas:

 Plazminis lankinis suvirinimas yra sudėtinga lankinio suvirinimo technika, kai metalams lydyti ir sujungti naudojama koncentruota plazmos srovė. Jis buvo sukurtas kaip pasiekimas, palyginti su TIG suvirinimu, ir gali pasiūlyti geresnį tikslumą ir valdymą.

• Naudojant elektros lanką kaip šilumos šaltinį, plazmos lankas sukuria aukštą temperatūrą, dėl kurios apvalkalo medžiaga ištirpsta ir nusėda ant pagrindinės medžiagos.
• Paprastai naudojamas tais atvejais, kai yra didesni reikalavimai suvirintos siūlės kokybei, pavyzdžiui, suvirinant legiruotą plieną ir titaną.
• Idealiai tinka plonoms medžiagoms ir mikro suvirinimui.

5. Dujinis suvirinimas (Oxygas suvirinimas) su strypais:

• Išskirtinės degiųjų dujų savybės lemia jų pritaikymą.
• Suvirinant dujomis naudojamas deguonis ir degimo dujos, kurios užtikrina aukštą temperatūrą ir kontroliuojamą liepsną.
• Naudojamas nelegiruoto ir mažai legiruoto plieno suvirinimui.
• Suvirinant dujomis iš esmės naudojamas acetilenas ir grynas deguonis arba kvapusis deguonis
• Tradicinis metodas, kuris vis dar naudojamas vamzdžių remontui.

6. Atsparus suvirinimas (kontaktinis suvirinimas) - efektyvus ir greitas metalinių dalių sujungimo būdas, kai medžiagos kaitinamos vietoje elektros srove, o šildomas plotas suspaudžiamas, pasiekiant plastikinę arba išlydytą būseną:

• Automobiliai: plačiausias pritaikymas – automobilių kėbulų, plokščių ir rėmų taškinis suvirinimas masinėje gamyboje.
• Buitinė technika: šaldytuvų, skalbimo mašinų, mikrobangų krosnelių ir kitų metalinių korpusų gamyba.
• Elektronika ir akumuliatoriai: akumuliatoriaus kontaktų prijungimas (pvz., elektriniuose įrankiuose) ir tikslių dalių surinkimas.
• Hermetiškos talpyklos: kuro bakų, radiatorių ir vamzdžių gamyba naudojant siūlių suvirinimą.
• Metalo konstrukcijos: armatūros tinklų, grotelių ir tvorų gamyba, taip pat veržlių/varžtų suvirinimas prie lakštų.

7. Suvirinimas lazeriu - metodas, kai lazeris naudojamas kaip šilumos šaltinis. Ištirpinkite dalį arba visą ruošinio skerspjūvį. Ir tam tikromis sąlygomis sukietėja, kad būtų sukurtas organinis suvirinimo metodas.

• Principas yra naudoti lazerio spindulį, kad ruošinys būtų pašildytas iki ištirpusios būsenos, kad susidarytų garavimo skylės arba lydymosi baseinai.
• Daugiausia naudojamas plonoms medžiagoms ir tikslioms dalims suvirinti.
• Naudojamas didelio tikslumo ir didelio greičio darbams tokiose pramonės šakose kaip automobilių ir aviacijos pramonė, medicina ir elektronika, kur reikalingos vizualiai švarios, patvarios siūlės be medžiagos šiluminės deformacijos

8. Ultragarsinis suvirinimas – procesas, kurio metu dalys sujungiamos naudojant aukšto dažnio (20–40 kHz) mechanines vibracijas. Skirtingai nuo varžinio suvirinimo, čia šilumą sukuria trintis tarp molekulių, o ne elektros srovė.

• Plastikinių dalių sujungimas: greitas ir švarus dėklų, žaislų ir pakuočių surinkimas be klijų ar varžtų.

• Elektronika ir baterijos: Smulkių laidų, lustų ir akumuliatoriaus kontaktų prijungimas nesukeliant pavojingo perkaitimo.
• Medicinos ir higienos priemonės: Hermetiška veido kaukių, filtrų ir sterilių pakuočių gamyba naudojant aukšto dažnio vibracijas.

Suvirinimo tipo pasirinkimas priklauso nuo:

• Medžiagos tipas ir storis:

1. Atsparus suvirinimas idealiai tinka plieno lakštams (korpusams, korpusams).
2. Ultragarsinis suvirinimas geriausiai tinka termoplastikams ir labai ploniems, spalvotiems metalams (folijai, laidams).

• Gamybos apimtis ir greitis:

1. Abu metodai skirti masinei gamybai. Jei reikia pagaminti tūkstančius dalių per valandą, pasirenkama visiškai automatizuota varžinė arba ultragarsinė įranga.

• Ryšio reikalavimai:

1. Jei didelėms konstrukcijoms reikalingas mechaninis stiprumas, pasirenkamas atsparus suvirinimas.
2. Jei reikalingas grynumas ir tikslumas (medicina, elektronika) arba sandarumas be medžiagos perkaitimo, pasirenkamas ultragarsas.

Medžiagų technologinį suvirinamumą ir jungties vientisumą lemia jų fizikinių ir cheminių savybių rinkinys, kur lemiamas yra fazių perėjimų metalurginis suderinamumas, šiluminio plėtimosi koeficientų skirtumas ir oksidacijos kinetika, o tai tiesiogiai veikia kristalizacijos įtrūkimų susidarymo riziką ir liekamųjų įtempių koncentraciją siūlėje. Šilumos laidumo ir specifinio atsparumo svyravimai lemia reikiamą energijos tankį vietiniam lydymui, o cheminis lydinių heterogeniškumas gali sukurti trapių tarpmetalinių junginių sluoksnius, o tai žymiai apriboja tradicinių terminio sintezės procesų pritaikymą specifiniams metalų deriniams.

Metalai, kuriuos galima suvirinti:

Tradiciniams ir pramoniniams suvirinimo procesams geriausiai tinka metalai, turintys gerą technologinį suvirinamumą, o tai užtikrina stabilią jungties struktūrą ir minimalią defektų riziką.

Suvirinimui plačiausiai naudojamas mažai anglies ir mažai legiruotas plienas, nes jis turi mažą įtrūkimų riziką ir nuspėjamą šiluminę reakciją. Plienus, kuriuose yra didesnis anglies kiekis, reikia iš anksto pašildyti, kad būtų išvengta konstrukcijos trapumo. Nerūdijantis plienas yra gerai suvirinamas, tačiau norint išlaikyti siūlės antikorozines savybes, reikia tiksliai valdyti šilumos tiekimą.

Iš spalvotųjų metalų dažniausiai suvirinamas aliuminis ir jo lydiniai, nors oksido sluoksniui sunaikinti reikalinga specifinė apsauginė dujų aplinka arba kintamoji srovė. Varis ir jo lydiniai (pavyzdžiui, žalvaris) yra suvirinami, tačiau jų didelis šilumos laidumas reikalauja didelės energijos koncentracijos, o titanas yra suvirinamas tik inertinių dujų atmosferoje, kad būtų išvengta jo trapumo veikiant orui.

1. Plienas - (anglis ir lydinys):
   • Mažai anglies turintis plienas: plačiausiai naudojamas ir lengviausiai suvirinamas tipas, pasižymintis puikiu jungčių stiprumu ir minimalia įtrūkimų rizika.
   • Legiruotas plienas: reikalinga speciali temperatūros kontrolė (kaitinimas ir lėtas aušinimas), kad metalinė konstrukcija netaptų trapi.
   • Nerūdijantis plienas: gerai suvirinamas, tačiau reikalauja tikslaus šilumos valdymo, kad būtų išvengta dalių deformacijos ir išlaikytos antikorozinės savybės.
2. Aliuminis ir jo lydiniai:

• Oksido sluoksnis: Paviršius padengtas kieta Al₂O₃ plėvele su labai aukšta lydymosi temperatūra (~2000°C), kurią prieš suvirinant reikia mechaniškai nuvalyti arba nuplauti kintamąja srove (AC).
• Didelis šilumos laidumas: aliuminis labai greitai pašalina šilumą iš suvirinimo zonos, todėl reikalingas didelis energijos tankis ir dažnai visos detalės pašildymas.
• Poringumo ir įtrūkimų pavojus: medžiaga yra labai jautri vandeniliui ir priemaišoms, kurios aušinimo metu gali sukelti poras ar karštus įtrūkimus, todėl reikalinga ypač švari apsauginių dujų (argono) aplinka.

3. Varis ir bronza:

• Ypatingas šilumos laidumas: varis praleidžia šilumą iki 10 kartų greičiau nei plienas, todėl norint pasiekti lydymą, reikia labai didelės srovės galios ir dažnai visos detalės pašildymo (iki 300-600 °C).
• Didelis sklandumas: Išlydytoje būsenoje varis ir bronza yra labai skysti, todėl sunku suformuoti vertikalias ar viršutines siūles, todėl jie dažniausiai suvirinami tik horizontalioje padėtyje.
• Cheminis aktyvumas ir poros: Metalas lengvai reaguoja su deguonimi ir vandeniliu, aušinimo metu susidaro dujų burbuliukai (poros), todėl reikalingos aukščiausio grynumo apsauginės dujos (argonas arba helis).

4. Titanas:

• Dujų absorbcija ir trapumas: titanas sugeria deguonį, azotą ir vandenilį iš oro aukštoje temperatūroje (aukštesnėje nei 430 ° C) kaip "kempinė", todėl suvirinimo siūlė tampa trapi ir netinkama naudoti.
• Absoliuti apsauga: Puiki apsauga nuo inertinių dujų (dažniausiai argono) reikalinga ne tik suvirinimo voniai, bet ir karštam siūlės dugnui bei jau pritvirtintai, bet vis dar karštai siūlei.
• Paviršiaus sterilumas: Prieš procesą privaloma pašalinti cheminį ar mechaninį oksido sluoksnį ir visas riebalines medžiagas (net pirštų atspaudus), kad būtų išvengta siūlės užteršimo ir poringumo.

5. Nikelis ir jo lydiniai:

• Nikelio ir jo lydinių (pavyzdžiui, Monel, Inconel, Hastelloy) suvirinimas yra labai svarbus chemijos ir aviacijos pramonėje dėl jų atsparumo karščiui ir korozijai.
• Mažo sintezės gylio kontrolė: nikelio lydalo vonia yra "nudžiūvusi" (prastai tekanti), todėl sunkiau pasiekti visišką šaknų tirpimą ir reikia tiksliai valdyti degiklį.
• Karštų įtrūkimų pavojus: medžiaga yra jautri sieros, fosforo ir švino priemaišoms, kurios aušinimo metu sukelia įtrūkimus, todėl prieš suvirinant reikia sterilios švaros.
• Šilumos smūgio zona: nikelio lydiniai yra jautrūs perkaitimui, o tai gali sumažinti jų atsparumą korozijai, todėl suvirinimas turėtų būti atliekamas su mažu šilumos kiekiu ir greitu aušinimu.

6. Ketaus

• Terminis įtrūkimas: greito kaitinimo ar aušinimo metu ketaus linkęs sprogti, todėl detalė būtinai turi būti pašildyta iki 300–600 °C ("karštas suvirinimas") arba suvirinta labai trumpomis siūlėmis, neleidžiant metalui įkaisti ("šaltas suvirinimas").
• Konstrukciniai pokyčiai: Per greitas aušinimas suvirinimo srityje sukuria "baltąjį ketaus" – itin kietą ir trapų sluoksnį, kurio neįmanoma apdoroti grąžtu ar frezomis.
• Specialios medžiagos: Kokybiškam sujungimui naudojami elektrodai su dideliu nikelio kiekiu, nes jie yra plastiškesni ir sugeba sugerti vidinius metalo įtempius, neleisdami siūlei nutrūkti.

7. Magnis ir jo lydiniai:

• Užsidegimo pavojus: magnio drožlės ir smulkios dalelės gali lengvai užsidegti, todėl norint išvengti gaisro pavojaus, reikia griežtai kontroliuoti temperatūrą ir sterilią darbo aplinką.
• Oksido sluoksnis ir poringumas: Panašiai kaip aliuminis, magnis yra padengtas oksido plėvele, kurią reikia sutraiškyti kintamąja srove (AC), tačiau magnis yra dar jautresnis vandeniliui, kuris aušinimo metu gali sukelti ryškų poringumą.
• Žema lydymosi temperatūra ir deformacija: Kadangi magnis tirpsta santykinai žemoje temperatūroje (~650°C) ir turi aukštą šiluminio plėtimosi koeficientą, suvirinimo metu detalės labai greitai deformuojasi arba gali "išplaukti" (ištirpti).

Metalai, kuriuos sunku arba neįmanoma suvirinti:

Metalus paprastai sunku suvirinti dėl jų cheminių savybių, didelio šilumos laidumo ar oksidacijos. Suvirinimo sunkumus lemia įvairių veiksnių derinys, įskaitant medžiagų savybes, bendrą dizainą, suvirinimo aplinką ir proceso reikalavimus.

1. Cinkuotas plienas:

• Cinkas išgaruoja suvirinimo metu (išgarintas cinkas sukuria burbuliukus suvirinimo vonioje)
• Suvirinamas, tačiau cinko danga išskiria toksiškus garus, todėl darbas yra pavojingas, todėl reikalinga ventiliacija ir apsauga.

2. Švinas:

• Švinas tirpsta jau ~327 °C temperatūroje, todėl suvirinimo metu greitai perkaista ir tampa sunkiai valdomas: lengvai tirpsta, sunkiai išlaiko formą, nestabilus suvirinimo procesas
• Švinas yra labai minkštas metalas, todėl suvirinimo vieta nėra pakankamai tvirta: lengvai deformuojasi, mažo stiprumo, jungtis nėra patvari. Paprastai naudojamas litavimui, o ne suvirinimui.
• Metant šviną, išsiskiria kenksmingi garai, kurie gali sukelti apsinuodijimą švinu: pavojingai įkvėpus, reikalinga ventiliacija, reikia naudoti apsaugines priemones

3. Volframs:

• Volframas tirpsta ~3422 °C temperatūroje, kuri yra viena aukščiausių temperatūrų tarp metalų: reikalinga labai aukšta temperatūra, sunku užtikrinti tolygų lydymąsi, reikalinga speciali įranga.
• Volframas yra kietas, bet ir trapus metalas: suvirinimo metu lengvai įtrūksta, blogai atlaiko šiluminius įtempius, reikalauja šildymo.
• Esant aukštai temperatūrai, volframas lengvai oksiduojasi: susidaro oksidai, kurie pažeidžia siūlę, reikalingos apsauginės dujos (pavyzdžiui, argonas).

4. Cinkas ir jo lydiniai:

• Cinkas tirpsta ~419 °C temperatūroje ir pradeda virti jau ~907 °C temperatūroje. Suvirinimo metu jis greitai išgaruoja, todėl sunku kontroliuoti procesą, dėl kurio susidaro dujos ir defektai.
• Išgarintas cinkas suvirinimo vonioje sukuria burbuliukus, dėl kurių susidaro poros, sumažėja stiprumas ir labiau tikėtini įtrūkimai.
• Suvirinant cinką ar jo lydinius, išsiskiria kenksmingi garai, kurie gali sukelti metalo dūmų karštinę, pavojingą įkvėpimą.

5. Plastifikuoti ir porėti metalai (pvz., tam tikras lydinių derinys):

• Plastifikuoti ir porėti metalai (pavyzdžiui, įvairūs lydiniai) dažnai nėra vienodos sudėties. Vienoje medžiagoje skirtingos lydymosi temperatūros, o lydymasis yra netolygus, todėl sunku gauti kokybišką siūlę.
• Dėl konstrukcijos poringumo suvirinimo metu susikaupusios dujos ir susidaro tuštumos bei skylės, o tai sumažina mechaninį stiprumą.
• Plastifikuotos medžiagos gali pakeisti savo savybes veikiant temperatūrai. Suvirinimo metu jie deformuojasi, susidaro įtampa, o po aušinimo yra didelė įtrūkimų rizika.

6. Grynas chromas:

• Chromas tirpsta ~1907 °C temperatūroje, todėl suvirinimui reikalinga labai aukšta temperatūra, todėl sunku tolygiai išlydyti medžiagą ir apsunkinti procesą.
• Grynas chromas yra kietas, bet trapus metalas, todėl suvirinimo metu jis lengvai įtrūksta ir blogai atlaiko šiluminius įtempius, atsirandančius šildymo ir aušinimo metu.
• Suvirinimo metu chromas reaguoja su deguonimi ir sudaro oksidus, kurie pablogina siūlės kokybę, todėl defektų susidarymui sumažinti reikalingos apsauginės dujos.

7. Daug anglies turintys metalai:

• Metalai, turintys daug anglies (pavyzdžiui, daug anglies turintis plienas), suvirinimo metu yra labai jautrūs įtrūkimams, nes staigus temperatūros pokytis sukuria vidinius įtempius.
• Didelis anglies kiekis prisideda prie tvirtos ir trapios struktūros susidarymo po aušinimo, o tai sumažina medžiagos atsparumą apkrovoms.
• Tokių metalų suvirinimas reikalauja specialaus apdorojimo, pavyzdžiui, išankstinio pašildymo ir kontroliuojamo aušinimo, kad sumažėtų defektų rizika.

Kas turi įtakos suvirinimo tikimybei?

• Oksidacija: Kai kurie metalai, tokie kaip aliuminis ir titanas, oksiduojasi labai greitai; Esant aukštai temperatūrai, ant jų paviršiaus susidaro stabilus oksido sluoksnis, kuris trukdo metalų sukibimui ir gali sukurti nekokybišką siūlę, dėl kurios reikia kruopščiai išvalyti paviršių ir apsaugines dujas.
• Šilumos laidumas: didelio šilumos laidumo metalai, tokie kaip varis, greitai išsklaido šilumą iš suvirinimo zonos; Dėl to sunku pasiekti ir palaikyti reikiamą temperatūrą, padidėja energijos sąnaudos ir gali būti nepakankamas tirpimas.
• Metalų lydiniai: kai kurie lydiniai gali būti nesuderinami vienas su kitu; Skirtingos lydymosi temperatūros, cheminė sudėtis ir struktūra gali sukelti netolygų lydymąsi, trapių fazių ar įtrūkimų susidarymą, o tai žymiai sumažina suvirinimo stiprumą ir kokybę.