Keevitamise alused (2)

Põltsamaa Ametikool
Keevitamise alused
A2
Margo Pukki
Kaarlimõisa 2009

Sisukord

Sisukord 2
1. Elektrikeevitus 3
2. Kaitsevahendid 4
3. Keevisliidete tüübid 5
4. Käsikaarkeevitus e.MMA ( Manual Metal Arc Welding ) 6
5. Käsikaarkeevituse tehnoloogia 7
6. Keevitusvoolu ja elektroodi läbimõõdu valik 8
7. Kaare süütamine. 8
8. Elektroodi asend ja liikumine 9
9. Käsikaarkeevituse seadmed 10
10. Kaitsegaasis keevitamine 11
11. Keevitamine sulamatu elektroodiga e. TIG keevitus (Tungsten Inert Gas) 11
12. Keevitamine sulava elektroodiga e. MIG/MAG keevitus 12
13. MIG/MAG keevituse tehnoloogia 13
16
15. Kontakt- ehk punktkeevitus . 17
16. Plasmakeevitus . 18

1. Elektrikeevitus

Keevitamiseks nimetatakse metalldetailide ühendamist nende kokkupuutekoha kohaliku kuumutamise teel kuni sula olekuni (sulatuskeevitus) või plastilise olekuni koos mehaanilise jõu rakendamisega (survekeevitus). 
Elekterkeevituse ajalugu algab aastast 1882.a. mil Nikolai Bernardos leiutas kaarkeevituse süsielektroodiga
1904 .a. võttis Oscar  Kjellberg kasutusele kattega metallelektroodi
1928.a. kasutas A. Alexander esimesena keevituspiirkonna kaitseks gaasi. Hiljem on kasutusele võetud täidis- ja metallkeraamilised keevitustraadid. 
Tehnika arenedes on lisandunud palju uusi keevituse liike: kontakt-, plasma -, laser -, electron-, induktsioonkeevitus jne.
Tänapäeval enamkasutatavad keevituse liigid on:

• käsikaarkeevitus
  
• keevitus kaitsva gaasi keskkonnas (MIG, MAG, MIG/MAG, TIG)
  
• kontaktkeevitus
  
• plasmakeevitus
  

2. Kaitsevahendid

Elektrikeevitusega töötamisel tuleb kasutada sobivat kaitseriietust ning jalanõusid mis kaitsevad keevitajat sulametalli, räbu pritsmete, keevituse soojustoime ja muude mõjutuste eest. Parimaks kaitseriietuseks on spetsiaalne kombinesoon. Selle puudumisel tuleb kasutada pikkade varrukatega kitlit ja tulekindlat põlle (Joon. 1). Keevitaja jalanõud peavad olema kinnised.. Võimaluse korral tuleks kasutada spetsiaalseid tugevdatud ninadega saapaid. Kinnastest tuleks eelistada pikkade kätistega nahkkindaid (Joon. 2)..
Joon.3 Kõrvartopid
Kuulmekäikude kaitseks keevitussädemete eest kasutatakse kõrvatroppe (Joon. 3).
Näo ja silmade kaitseks kasutatakse kaitseprille (Joon. 4) ja keevitusmaske (Joon. 5 ja 6). Kaitseprille kasutatakse keevitatavate detailide töötlemisel nurklihvija ja meisliga ning šlaki eemaldamisel . Keevitusmask kaitseb keevitaja nägu sulametallipritsmete ja ultraviolettkiirguse kahjuliku toime eest. Lisaks sellele võimaldab keevitusmaski tume valgusfilter näha keevitustsoonis toimuvat. Valgusfiltri tööpõhimõtte järgi jagunevad keevitusmaskid kaheks: passiivse valgusfiltriga (Joon. 5) ja aktiivse isetumeneva valgusfiltriga (Joon. 6). Passiivse valgusfiltriga maskil on ühe kindla tumedusega valgusfilter (tavaliselt 10-11 DIN). Valgusfiltrid on vajadusel vahetatavad. Aktiivse isetumeneva valgusfiltri algtumedus on 3-4 DIN. Kaarleegi süttides tumeneb valgusfilter silmapilkselt tumeduseni10-11 DIN. Kaarleegi kustudes taastub valgusfiltri algtumedus. Valgusfiltri tumedusastmeid on võimalik muuta Aktiivse valgusfiltri toiteallikaks on päikesepatareid. Valgusfiltri kaitseks keevituspritsmete eest on filtri ees tavalisest klaasist vahetatav plaat.

3. Keevisliidete tüübid

Keeviskonstruktsioonide valmistanisel kasutatakse järgmisi keevisliiteid.
Põkkliide (Joon. 7) on kõige levinum keevisliite tüüp. Põkkliidet kasutatakse lehtmetalli, nurkprofiilide ja mitmesuguse eriprofiiliga talade keevitamiseks.
Ülekatteliidet (Joon. 8) kasutatakse õhema lehtmetalli kokkukeevitamiseks.
Vastakliidet (Joon. 9) kasutataksetalade, tugede , karkasside ja teiste ruumiliste konstruktsioonide valmistamiseks. Vastakliited võivad olla ettetöödeldud või ettetöötlemata
Nurkliiteid (Joon. 10) kasutatakse tavaliselt siduvate elementidena. Nurkvõivad olla ettetöödeldud või ettetöötlemata

4. Käsikaarkeevitus e.MMA (Manual Metal Arc Welding)

Seda keevitusviisi nimetatakse ka elektroodkeevituseks, kuna keevitamiseks kasutatakse elektroode. Elektroodid (Joon. 11) valmistatakse traadist mille keemiline koostis on ligilähedane keevitatavatele metallidele ja on kaetud kattega millest sulades moodustab sulametalli välismõjude eest kaitsev räbukiht keevitusvannis. Keevituselektroode toodetakse läbimõõduga 1,5-8mm. Mida paksem on keevitatav metall ja mida laiem on keevitatavate detailide vaheline vahe seda jämedam peab olema ka elektrood
Kaarkeevituses kasutatakse elektrilise kaarlahenduse e. kaarleegi poolt tekitatud soojust, mille abil sulatatakse liidetavate detailide servad ja keevituselektrood. Elektrood on vajalik keevisõmbluse moodustamiseks vajaliku lisametalli saamiseks. Elektroodkeevituse (Joon. 12) vooluringi moodustavad: vooluallikas , keevitusjuhe, elektroodihoidjas olev elektrood, kaarleek , keevitatav detail ja kinnitusklambriga keevitatava detaili külge kinnitatud tagasivoolujuhe
Keevitamisel tekitatakse kaarlahendus elektroodihoidikusse (Joon. 13) kinnitatud elektroodi otsa ja keevitatava detaili vahel. Tekkiv kaarleek on väga kõrge temperatuuriga (5000-7000°C) ja sulatab keevituspiirkonnas liidetavate detailide servi aga ka lisametalli (elektroodi). Sulametall koguneb õmbluse ossa , mida nimetatakse keevisvanniks ja kristalliseerudes liidab ühendatavad detailid (Joon. 14). Keevisvannis toimuvad metallurgilised protsessid ja metalli kristalliseerumise tingimused määravad keevitusõmbluse kvaliteedi.
Elektroodkeevitusel võib kasutada erineva polaarsusega alalisvoolu aga ka vahelduvvoolu. Keevitamisel päripolaarse alalisvooluga ühendatakse elektrood vooluallika miinusklemmiga. Päripolaarne alalisvool tagab väga püsiva elektrikaare ja keevitatav detail kuumeneb rohkem kui elektrood. Vastupolaarse alalisvooluga keevitamisel ühendatakse elektrood vooluallika plussklemmiga. Vastupolaarse alalisvooluga keevitamisel on elektrikaar ebapüsivam kuid keevitatav detail kuumeneb vähem kui elektrood vastupidiselt päripolaarse alalisvooluga keevitamisele. Seega vastupolaarset alalisvoolu tuleks eelistada õhukese lehtmetalli keevitamisel. Samuti on see oluline legeerteraste keevitamisel (väheneb terases olevate legeerelementide väljapõlemine).
Elektroodkeevitusega on võimalik keevitada terast (nii harilikku kui roostevaba ) ja malmi aga ka mõningaid värvilisi metalle ning sulameid

5. Käsikaarkeevituse tehnoloogia

Enne keevitamise alustamist tuleb kontrollida tagasivoolujuhtme e. “massijuhtme” kinnitust. Tagasivoolujuhe kinnitatakse keevituslaua või keevitatava detaili külgekeevituskoha lähedale. Kui tagasivoolujuhe on kinnitatud keevituskohast kaugele, põhjustab see elektrikaare kõrvalekallet (Joon.15).

6. Keevitusvoolu ja elektroodi läbimõõdu valik

Keevitusvool valitakse vastavalt elektroodi margile ja läbimõõdule ning pidades silmas õmbluse asendit ruumis, liite liiki, keevitatava metalli paksust ja keemilist koostist, samuti ümbritseva keskkonna temperatuuri. Kõiki neid tegureid arvestades tuleb püüda keevitada võimalikult tugeva vooluga. Täpset keevitusvoolu tugevust mis sobiks igas olukorras pole võimalik anda. Ligikaudsed keevitusvoolu suurused on antud tabelis.
Elektroodi Ø mm
2
2,5
3
3,25
4
Voolutugevus A
min
50
60
80
100
140
Voolutugevus A
max
80
110
140
160
200

7. Kaare süütamine.

Kaare süütamiseks on kaks moodust:

• hetkelise püstpuutega (Joon. 16a). Elektroodi hoitakse keevitatava detailiga risti ja puudutatakse temaga kergelt keevitatavat detaili ning eemaldatakse 2-5 mm kaugusele. Tegevust korratakse senikaua kuni süttib stabiilne kaarleek.
  
• liugpuutega (Joon.16b). Tegevus sarnaneb tiku süütamisega: elektroodiotsa tuleb keevitatava detaili pinnal kraapida.
  

Millist süütamismoodust kasutada, see sõltub keevitamise tingimustest ja keevitaja vilumisest.

8. Elektroodi asend ja liikumine

Elektroodi asend ja liikumine olenevad õmbluse asendist ruumis. Õmbluse asendid (Joon. 17) on järgmised:

• horisontaa- e. põrandaasend
  
• vertikaal- e. püstasend
  
• laeasend
  

Põrandaõmbluse keevitamisel võib elektrood liikuda nii enda poole kui ka endast eemale. Kui keevitamise ajal elektroodi ristsuunas ei liigutata saadakse kitsas õmblus laiusega 0,8-1,5 elektroodi läbimõõtu. Sellist moodust kasutatakse õhukese lehtmetalli keevitamisel eeldusel, et keevitatavad pinnad on tihedalt koos. Laiema õmbluse saamiseks liigutatakse elektroodi, keevitamise ajal, ka ristisuunas. See võimaldab saada õmbluse laiusega 2-4 elektroodi läbimõõtu. Enamkasutatavad elektroodiotsa liikumise trajektoorid on kujutatud joonisel 18. Sõltuvalt tingimustest võib õmblusi keevitada ühe- või mitmekihilistena (Joon. 19)
Vertikaalõmblust on võimalik keevitada nii alt üles kui ka ülevalt alla (Joon. 20).

9. Käsikaarkeevituse seadmed

Käsikaarkeevitusel kasutataav vooluallikas peab andma madala pingega (15-50 V) voolu tugevusega 15-500A. Tal peab olema võimalus keevitusvoolu reguleerimiseks.
Vooluallikatena kasutatakse trafosid, generaatoreid ja invertereid. Trafod (Joon. 21) võivad olla koos alaldiga või ka ilma. Keevitamiseks kasutatakse nii alalis -kui vahelduvvoolu. Alalisvoolukaare püsivus on parem kui vahelduvvoolukaarel. Seepärast annab alalisvooluga keevitamine kvaliteetsema õmbluse. Samas on vahelduvvooluseadmed ehituselt lihtsamad, odavamad ja töökindlamad.
Keevitusgeneraatoritel (Joon. 22) kasutatakse ajamina sisepõlemismootorit. See annab võimaluse keevitamiseks kohtades kus puudub võrguvool
Tänapäeval kasutatakse järjest rohkem invertertehnikat. Inverteris muudetakse 50 Hz vahelduvvool kõrgsagedusvooluks sagedusega 5000-25000 Hz. Inverterid (joon. 23) on kaalult kerged ja mõõtmetelt väiksed, kuna inverteris kasutatavad kõrgsagedusvoolu trafod on väiksed ja kerged.
Elektroodkeevitusega on võimalik keevitada terast (nii harilikku kui roostevaba) ja malmi aga ka mõningaid värvilisi metalle ning sulameid.

10. Kaitsegaasis keevitamine

Kaitsegaasis keevitamine on keevitusviis kus kaarleek ja keevitusvann kaitstud atmosfääri toime eest kaitsgaasikihiga. Kaitsegaasis keevitamiselon mitmeid eeliseid teiste keevitusviiside ees.:

• Kaitsegaasis on kaar soojuslikult hästi kontsentreeritud. Seepärast on põhimetallis struktuurimuutuste piirkond minimaalne ja keevitatavad metallid deformeeruvad vähe.
  
• Sulametall on hästi kaitstud ümbritseva keskkonna kahjuliku mõju eest, eriti inertgaaside kasutamisel .
  
• On võimalik pidevalt jälgida kaart ja keevisvanni.
  
• On võimalik keevitada väga erineva paksusega detaile.
  
• Pole vaja kasutada räbusteid ega elektroodikatteid.
  
• Lihtne mehhaniseerida ja automatiseerida.
  
• On võimalik keevitada igas asendis.
  

Keevitusviisi peamiseks puuduseks on sobimatus välitingimustes keevitamiseks. Kaitsegaasis keevitamisel kasutatakse sulamatuid ja sulavaid elektroode. 

11. Keevitamine sulamatu elektroodiga e. TIG keevitus (Tungsten Inert Gas)

Keevitamisel sulamatu elektroodiga nn. TIG keevitusel (Joon. 24) tekitatakse kaarleek volframelektroodi ja keevitatava detaili vahele. Volframelektrood võib olla ka aktiveeritud. Selleks lisatakse volframile toorium-, lantaan-, või ütriumoksiidi. Aktiveeritud elektroodid võimaldavad kasutada suuremat voolu. Sulamatu elektroodiga keevitamisel moodustatakse keevitusõmblus lisametallist. TIG keevitust kasutatakse värviliste metallide ja nende sulamite (Al, Ti, Mg, pronks jne.) ning roostevaba terase keevitamiseks. TIG keevitusega on võimalik keevitada kõikides asendites.

12. Keevitamine sulava elektroodiga e. MIG/MAG keevitus

Keevitamisel sulava elektroodiga on elektroodiks spetsiaalne keevitustraat Seepärast nimetatakse seda keevitusviisi ka traadikeevituseks. Kaarleek tekitatakse keevitustraadi ja keevitatava detaili vahele. Keevitustraat antakse etteandemehhanismi abil kaarleegi piirkonda traadi sulamiskiirusega võrdse kiirusega. Keevisvannis oleva sula metalli kaitseks juhitakse kaarleegi piirkonda kaitsegaas (Joon. 25). Keevitustraat valitakse keevitatavale metallile ligilähedase keemilise koostisega. Enamasti kasutatakse keevitustraati läbimõõduga 0,6 –1,6mm. Lisaks harilikule traadile kasutatakse ka täidistraati. Täidistraat võimaldab keevitada ilma kaitsegaasita. Olemuselt on täidistraat peenike metalltoru (Ø 0.8-2,4mm) mis on täidetud räbustiga. Sarnaselt elektroodikattega, tekitab täidistraadis olev räbusti keevisvanni katva gaasikihi mis kaitseb sula metalli õhuhapniku mõju eest.
MIG/MAG keevitusel kasutatakse vastupolaarset alalisvoolu st. elektrood on ühendatud vooluallika plussklemmiga ja tagasivoolujuhe miinusklemmiga.
Sõltuvalt kasutatavast kaitsegaasist jaguneb keevitus:

• Keevitus aktiivse gaasi keskkonnas (MAG- keevitus; Metal Activ Gas)
  
• Keevitus inertse gaasi keskkonnas (MIG- keevitus; Metal Inert Gas)
  
• Keevitus gaaside segus (MIG/MAG- keevitus)
  

Kaitsegaasidena kasutatakse aktiivgaasidest põhiliselt süsihappegaasi (CO2) ja inertgaasidest argooni (Ar). Lisaks neile kasutatakse erinevaid gaaside segusid. (Näit: Ar-80% + O2-20%).

13. MIG/MAG keevituse tehnoloogia

Enne keevitama asumist kontrolli kas keevitusaparaat on õigesti seadistatud, Vajaduse korral muuda seadistust.

• Kontrolli, et tagasivoolujuhtmel oleks korralik kontakt keevitatava detailiga.
  
• Ava gaasiballooni ventiil ja kontrolli, et reduktor oleks reguleeritud õigesti. Kaitsegaasis keevitamisel kasutatavate reduktorite väljundpoole manomeetrid ei näita gaasi rõhku vaid läbivoolava gaasi hulka. See peaks olema 5-8 l/min (liitrit minutis).
  
• Kontrolli traadi etteanderullide survet. Surve peab olema nii suur, et rullid ei libiseks töötamise ajal. Samas ei tohi surve olla liiga suur. Kui keevitustraat põleb kontakttoru külge kinni, peavad etteanderullid hakkama libisema ja vältima niiviisi keevitustraadi purunemist.
  
• Lõika püstolist väljaulatuv traadiots 10-15 mm pikkuseks .
  
• Reguleeri traadi etteandekiirus ja keevitusvool sobivaks . Täpseid juhiseid selleks on väga raske anda kuna erinevad aparaadid nõuavad erinevat reguleeringut. Õigesti reguleeritd voolutugevuse ja traadi etteandekiiruse korral on keevituse ajal kuulda iseloomulikku “tärisevat” heli. Kui traadi etteandekiirus antud voolutugevuse korral on väike, tekib susisev heli, kui aga liiga suur, siis surutakse keevituspüstol detaililt lahti ja tekib “täksuv” heli.
  
• Pihusta pritsmetevastast aerosooli keevituspüstoli otsale või kasta keevituspüstoli ots pritsmevastasesse pastasse.
  

Keevitamise alustamiseks viiakse elektroodi (keevitustraadi) ots kontakti keevitatava detailiga ja vajutatakse keevituspüstoli päästikule. Päästikule vajutamine lülitab sisse keevitusvoolu (süttib kaarleek), käivitab traadietteande ja avab gaasi juurdepääsu püstolisse. Keevituspüstolit võib hoida nii ühe kui ka kahe käega. Keevituspüstoli hoidmisel tuleb jälgida, et kontaktoru kaugus A (Joon.26) keevitatavast detailist, vastaks elektroodi (keevitustraadi) läbimõõdule. See on 0,6mm läbimõõduga keevitustraadi puhul 5-8 mm ja 0,8mm keevitustraadi puhul 7-10 mm.
Keevitusõmbluse suurus ja kuju sõltuvad keevituspüstoli liikumise trajektoorist ning võnkeulatusest (Joon. 27). Kuni 2mm paksuste detailide põkkõmbluste keevitamisel keevituspüstolit ristisuunas ei võngutata. 3-8 mm paksuste detailide põkkõmbluste keevitamisel liigutatakse keevituspüstolit õmblusesuunaliselt edasi – tagasi. Püstoli õmblusesuunaline edasiliikumine annab keevitatavate servade korraliku läbisulatuse ning keevituspüstoli tagasitoomisega kujundatakse õmblus.
Lisaks sellele mõjutavad keevitusõmbluse suurust ja kuju ka keevituspüstoli kaldenurk ja liikumissuund (Joon. 28). Keevitamine “endast eemale” (Joon. 28B) annab mõõduka läbisulatusega madala ja laia õmbluse. Keevitamine “enda poole” (Joon. 28C) annab sügava läbisulatusega kõrge ja kitsa õmbluse. Neutraalkeevitust (Joon. 28A) kus keevituspüstoli ots on risti keevitatava pinnaga kasutatakse vähem. Tema omadused on kahe eelmise vahepeal .
Keevituspüstoli ristikalle sõltub keevisliite liigist ja materjali paksusest. Erineva paksusega õhukeste detailide kokkukeevitamisel tuleb kallutada keevituspüstolit nii, et kaarleegi ots kuumutaks paksemat detaili ning õhemat detaili kuumutaks kaarleegi külg (Joon. 29 A ja C). Ühepaksuste detailide kokkukeevitamisel on kaarleegi ots detailide liitekohal (Joon. 29B).
Vertikaalõmbluste keevitamisel saab parema tulemuse kui õhukest (kuni 2mm) marterjali keevitada ülevalt alla aga paksemat alt üles.
14. MIG/MAG keevituse seadmed
MIG/MAG keevituseade põhiosad on: vooluallikas-a, traadietteandemehanism-b, traadipool-c, juhtimisblokk-d, gaasibaloon-e koos reduktori-f ja voolikuga, voolikukomplekt koos keevituspüstoliga -g, tagasivoolu- ja toitejuhe (Joon. 30 ja 31).
Vooluallika moodustavad trafo ja alaldi.
Etteandemehanism koosneb etteveorullidest ja traadipoolist. Traadipool mahutab 15 või 5kg traati (Joon. 32). Etteveorulli soon peab vastama kasutatava traadi läbimõõdule.
Voolikukomplekt koos keevituspüstoliga (Joon. 33) koosneb keevituspüstolist, elektroodikõrist, keevitusvoolujuhtmest, kaitsegaasivoolikust ja etteveomehanismi lüliti juhtmest. Voolikukomplekti pikkus on 2,5-3 m.

15. Kontakt- ehk punktkeevitus.

Kontaktkeevitamisel kuumutatakse liidetavaid detaile neid läbiva vooluga ja surutakse liidetavaid kohad kokku kuni plastse deformatsiooni tekkeni. Enamlevinud on punktkeevitus ja joonkeevitus. 
Punktkeevitusel liidetakse detailil üksikutes piiratud pindade kontaktkohtades ehk punktides. Selleks asetatakse ühendatavad detailid servadega ülestiku ja surutakse elektroodiga kokku (joon.34).
Joonkeevitusel saadakse pidev õmblus jadamisi asuvate ja üksteisega kattuvate punktidega. Elektroodina kasutatakse rulle, mis on ühendatud vooluallikaga ning mis annavad liidetavaile detailidele surve ja pööreldes nihutavad neid edasi.
Keevitusseadmetena kasutatakse statsionaarseid keevitusaparaate ja teisaldatavaid punktkeevitustange.
 

16. Plasmakeevitus.

Plasmakeevitus jaguneb kaheks keevitusviisiks:

• Keevitamine plasmajoaga (joon. 37a).
  
• Keevitamine plasmakaarega (joon. 37b).
  

Plasma tekkimiseks süüdatakse plasmatronis kas otsene või kaudne elektrikaar. Seejärel juhitakse kaare sambale gaas , mis läbib samba ja väljub põletist kõrge temperatuuriga plasmana. Otsene kaar süüdatakse põleti elektroodi ja keevitava materjali vahel. Kaudne kaar süüdatakse elektroodi ja düüsi vahel ning põletist väljub ainult plasmajuga. Plasmakaare annab otsese kaarega põleti, plasmajoa aga kaudse kaarega põleti. Elektroodid valmistatakse kas vasest või volframist. Plasmat moodustavate gaasidena kasutatakse lämmastiku, argooni, vesiniku, heeliumi, hapnikku ja nende segusid. 
Plasmakaart kasutatakse lõikamisel, keevitamisel ja pealesulatamisel, kusjuures töödeldav materjal peab elektrit juhtima . Plasmajuga kasutatakse peamiselt kuumutamiseks kuid ka elektrit mittejuhtivate materjalide keevitamiseks. Plasmakaarega on võimalik keevitada igas asendis.
18