Keevitamine

Keevitamine ehk keevitus (inglise "welding") on kahele või enamale detailile kuumutamise või surve abil jätkuva kuju andmine. Võidakse kasutada keemiliselt koostiselt sarnast lisamaterjali. Keevitatakse metalle, plaste, klaasi, komposiite jm. Keevitamist kasutatakse ka pealesulatuseks.
Kaarkeevitus.
Keevituselektroodid.
Kaarkeevitusel saab kasutada kas sulamatuid keevituselektroode (näiteks süsielektrood ja volframelektrood) või sulavaid keevituselektroode (näiteks metallelektroodid). Viimased valmistatakse traadist või lindist, mille keemiline koostis ja omadused on lähedased keevitatava metalli koostisele ja omadustele.
Legeerimata ja madallegeeritud teraste keevituselektroodid jaotatakse rühmadesse katte tüübi järgi. Kasutatakse põhiliselt kolme tüüpi elektroode: rutiil-, happelised ja aluselised elektroodid. Enamik elektroodikatteid koosneb suures osas mineraalsest komponendist ja vesiklaasist, kuid mõned tüübid võivad sisaldada 5–10% orgaanilist materjali (orgaanilised rutiilid).
Rutiilelektroodid: sisaldavad kattes 50–70% rutiili (titaandioksiid TiO2) ja nendega on lihtne keevitada kõigis ruumiasendeis. Nad taluvad paremini keevitatavate pindade ebapuhtusi kui happelised elektroodid. Pealesulatustegur on väiksem kui happelistel elektroodidel, mis taluvad kõrgemat keevitusvoolu. Rutiilelektroodidega on kergem töötada. 
Happeliste elektroodide kate koosneb kvartsist (SiO2). Elektroodid taluvad kõrget keevitusvoolu, mis annab allasendis kõrge pealesulatusteguri tootlikuks keevitamiseks. Sellised elektroodid ei sobi suure piluga koostatud detailide keevitamiseks, kuid väikeste liitekohtade läbikeevitus on hea. Elektrood on tundlik metallis sisalduvate kahjulike lisandite suhtes. Seepärast ei tohiks keevitada suure väävli- (kuni 0,05%) ja süsiniku- (kuni 0,25%) sisaldusega terast.
Aluseliste elektroodide elektroodikatted sisaldavad põhiliselt kaltsiumkarbonaati (CaC03) ja/või kaltsiumfluoriide (CaF2). Aluselised elektroodid on vähem tundlikud kahjulike lisandite suhtes (reageerivad nendega). Keevisel on suurem löögisitkus ja paremad mehaanilised omadused, mille tõttu kasutatakse suurema tugevusega metalli keevitamiseks. Elektroodid peavad olema kuivad. Niiskus põhjustab pragude ja pooride teket. Aluseliste elektroodidega keevitatakse lühikese kaarega ning neil on veidi kõrgem pealesulatustegur kui rutiilelektroodidel.
Ülaloleva tabeli kasutamisest niipalju, et 1 on parim ehk esmane valik; 2 on teisene valik ning 3 on olemasolevatest kõige kehvem ehk viimane valik.
Terase keevitamine.
Legeerelemendid ja lisandid keevitatavas terases.
Legeerelemendid on kroom, nikkel, molübdeen, vanaadium, volfram ja titaan ning ka mangaan ja räni, kui nende sisaldus on tavalisest suurem.
Kroom ja selle mõjud keevitatavas metallis.
Kroomi on süsinikvaestes terastes kuni 0,3%, konstruktsiooniterastes 0,7–3,5%, kroomterastes 12–18% ja kroomnikkelterastes 9–35%. Keevitamisel moodustuv kroomkarbiid vähendab terase korrosioonikindlust ja suurendab keevitatavust halvendavate rasksulavate oksiidide teket.
Nikkel ja selle mõjud keevitatavas metallis.
Niklit on süsinikuvaestes terastes 0,2–0,3%, konstruktsiooniterastes 1–5% ja legeerterastes 8–35%. Mõned sulamid sisaldavad niklit kuni 85%. Nikkel suurendab terase plastsust ja tugevust ning annab peeneteralise struktuuri, halvendamata keevitatavust.
Molübdeen ja selle mõjud keevitatavas terases.
Molübdeeni on terastes 0,15–0,8%. Molübdeen suurendab teraste vastupidavust löökkoormusele ja kõrgele temperatuurile ning annab peeneteralise struktuuri. Kuid ta soodustab ka pragude teket pealesulatatud metallis ja soojusmõju piirkonnas. Keevitamisel molübdeen oksüdeerub kergesti ja põleb välja.
Vanaadium ja selle mõjud keevitatavas terases.
Vanaadiumi on eriterastes 0,2–0,3%, stantsiterastes 1–1,5%. Ta soodustab teraste karastatavust, halvendades sellega keevitatavust. Keevitamisel oksüdeerub vanaadium intensiivselt ja põleb välja.
Volfram ja selle mõjud keevitatavas terases.
Volframi on tööriista ja stantsiterastes 0,8–18%. Kõrgel temperatuuril suurendab volfram terase kõvadust ja tugevust (punapüsivust) hüppeliselt, ent tugeva oksüdeerumise tõttu halvendab keevitatavust.
Titaan ja nioobium ning nende mõjud keevitatavas terases.
Titaani ja nioobiumi lisatakse roostekindlatesse ja kuumakindlatesse terastesse 0,5–1,0%, et suurendada nende korrosiooni- ja kuumakindlust. Samas soodustab nioobium kuumapragude teket.
Süsinik ja selle mõjud keevitatavas terases.
Süsinik on terase tähtsaim lisand. Ta määrab terase plastsuse, tugevuse, karastuse ja keevitatavuse. Harilike konstruktsiooniteraste kuni 0,25% süsinikusisaldus ei halvenda nende keevitatavust. Sellest suurema süsinikusisalduse korral aga halveneb keevitatavus tugevalt, sest soojusmõju piirkonnas moodustub karastunud ala, kus võivad tekkida praod. Süsiniku suur hulk muudab keevisõmbluse poorseks.
Mangaan ja selle mõjud keevitatavas terases.
Mangaani on terases harilikult 0,3–0,8% ja ta ei halvenda keevitatavust. Keskmise mangaani sisaldusega 1,8–2,5% teraste keevitamisel võivad tekkida praod sest mangaan soodustab terase karastuvust.
Räni ja selle mõjud keevitatavas terases.
Räni on terases tavaliselt 0,02–0,3%, mis ei halvenda keevitatavust. Suurema ränisisaldusega eeriteraste keevitatavust halvendab nende suur vedelvoolavus ja rasksulavate ränioksiidide teke.
Süsinikuvaeste teraste keevitamine.
Süsinikuvaesed terased (kuni 0,25% süsinikusisaldusega) on hästi keevitatavad. Keevisliited on hästi lõiketöödeldavad. Kasutatakse maksimaalset lubatud keevitusrežiimi. Liidetavad detailid servatakse.
Süsinikteraste keevitamine.
Süsinikterased on keskmise (0,3–0,5%) ja suure (0,5–1,0%) süsinikusisaldusega terased. Keskmise süsinikusisaldusega teraste keevitamisel võivad tekkida praod nii põhi- kui ka õmblusmetallis. Kvaliteetse liite saamiseks tuleb toode enne keevitamist kuumutada temperatuurini 200–350 °C. Pärast keevitamist kuumutatakse toode ahjus temperatuurini 675–700 °C ning jahutatakse aeglaselt koos ahjuga temperatuurini 100–150 °C. Lõplik jahtumine toimub õhus.
Suure süsinikusisaldusega terastest valmistatakse lõike-, puur- ja muid riistu. Nende teraste puhul on tingimata vajalik eelkuumutus temperatuurini 350–400 °C, mõnikord ka kuumutus keevituse ajal ning termotöötlus pärast keevitamist. Keevitatakse kitsaste vallidena ja lühikeste lõikude kaupa. Kraater tuleb kindlasti täis keevitada või lõpetada õmblus tehnoloogilisel lisaplaadil. Keevitada ei tohi keskkonna temperatuuril alla 5 °C ega tõmbetuule käes.
Legeerteraste keevitamine.
Legeerteraste keevitamisel tuleb detailide servad hoolikalt puhastada tagist, mustusest, tolmust ja räbust ning eemaldada niiskus metalli pinnalt, kuumutades servi gaasipõletiga temperatuurini 110–120 °C. Et vähendada põhimetalli karastumise ohtu, keevitatakse õmblus mitme läbimiga ühtlaste kihtidena või keevitatakse õmblusele lõõmutav vall, mis ei tohi puudutada põhimetalli. Vältimaks pragusid tuleb detailid enne keevitamist kuumutada temperatuurini 100–350 °C.
Madallegeerterastel võib keevitamisel tekkida karastunud struktuur. Selle vältimiseks ja ülekuumutuse ärahoidmiseks on soovitatav neid teraseid keevitada mitmekihiliste õmblustega, kusjuures kihid tuleb keevitada pikkade ajavahedena. 2 mm ja paksemat terast keevitatakse vastupolaarse alalisvooluga. Üle 15 mm paksusi detaile tuleb pärast keevitamist kõrgnoolutada.
Kroomränimangaanterased, mis kuuluvad madallegeeritud konstruktsioonteraste hulka keevitatakse olenevalt metalli paksusest ühe või mitmekihiliselt. Viimasel juhul on kihtide keevitamise ajavahe lühike.
Kesklegeerterastest valmistatakse kõrgel temperatuuril (400–600 °C) ja kuni 30 MPa rõhul gaasi või aurukeskkonnas töötavaid detaile (aurukatelde torud, naftatöötlusseadmete ja keemiaaparatuuri osad). Nendes terastes võivad keevitamisel tekkida praod, mistõttu tooteid tuleb eelkuumutada temperatuurini 200–300 °C ning pärast keevitamist kõrgnoolutada: kuumutada temperatuurini 710 °C, hoida sellel temperatuuril vähemalt 5 minutit metalli paksuse iga millimeetri kohta ja seejärel jahutada aeglaselt. Mõnikord tuleb neid teraseid lõõmutada temperatuuril 670–800 °C.
Kõrglegeerteraseid kasutatakse keemiaseadmeis ja toiduainetööstusmasinais. Need terased on hästi tugevad, plastsed ja vedelvoolavad. Keevitamisel tuleb silmas pidada, et nimetatud terased on halvad elektri- ja soojusjuhid, mistõttu nad kalduvad tugevalt kõmmelduma ja alluvad kristallidevahelisele korrosioonile.. Seetõttu on oluline väga täpselt jälgida keevitusrežiimi. Keevitatakse alalisvooluga vastupolaarselt.
Torustike, turbiinide, kõrgrõhukatelde, keemiaaparaatide jm. seadmete osade valmistamiseks kasutatakse tagikindlaid teraseid. Need on korrosioonikindlad ja taluvad kõrgel temperatuuril pikaajalist koormust. Keevitamisel on neil terastel kalduvus moodustada kuumpragusid. Keevitatakse vastupolaarse alalisvooluga. Sisepinged kõrvaldatakse pärast keevitamist termotöötlusega (noolutamine temperatuuril 650 °C).
Kroomterased, sisaldavad 4–14% kroomi ja kuuluvad martensiitklassi. Neist valmistatakse kõrgtugevaid tarindeid (Naftatöötlusaparatuur) töötamiseks agressiivses keskkonnas. Kroomteraste hulka kuuluvad ka GOST standardi järgi terased 15X28 ja 1X17JU5, mis sisaldavad 18–30% kroomi ja kuuluvad ferriitklassi. Need terased on roostekindlad ja seda ka kõrgel temperatuuril. Kroomteraste keevitatavust halvendab kalduvus õhus karastuda ja moodustada martensiitstruktuuri ning terade kasv soojusmõju piirkonnas. Keevitamiseks tuleb kroomteraseid eelkuumutada temperatuurini 200–400 °C. Pärast keevitamist jahutatakse tooteid seisvas õhus temperatuurini 150–200 °C ja seejärel kõrgnoolutatakse: kuumutatakse ahjus temperatuurini 720–750 °C ja hoitakse sellel temperatuuril 5 minutit metalli paksuse iga millimeetri kohta, kuid mitte vähem kui üks tund. Seejärel jahutatakse seisvas õhus aeglaselt. Teraseid, mis sisaldavad 7–10% kroomi, hoitakse ahjus arvestusega 10 minutit metalli paksuse iga millimeetri kohta. Keevitada tuleb vastupolaarse alalisvooluga.
Mangaanirikkad austeniitterased (mangaanisisaldusega 11–16%) on väga kulumiskindlad. Neist valmistatakse raudteepööranguid, ekskavaatorikoppade hambaid, põhjasüvendikoppasid jne. Nende keevitamiseks kasutatakse aluselise kattega nikkelmangaanelektroode, roostevabu elektroode ning süsinikuvaesest terasest elektroode kattega, mis sisaldab 60–65% ferrokroomi. Mangaanteraseid keevitatakse vastupolaarse alalisvooluga. Teras peab keevitamisel olema karastatud. Seda tuleb kontrollida magnetiga (karastatud teras pole magnetiline).
Tööriistaterastest valmistatakse lõiketöötlusriistu. Kaarkeevitusega kinnitatakse tavaliselt terasest terahoidiku külge kiirlõiketerasplaat või sulatatakse hoidikule peale kiirlõiketerasest kiht. Pealesulatus on otstarbekas siis, kui elektroodidena kasutatakse kiirlõiketerase jäätmeid (murdunud puure, avardeid, hõõritsaid, lõiketerasid jne) või on kiirlõiketerasest (valtstraadist või sepisvardaist) valmistatud elektroodid. Peale sulatatakse muldvormis korraga mitmele toorikule (katkematu sulatusega). Pealesulatamise lõpetamiseks juhitakse kaar tooriku metallile ja katkestatakse. Seejärel lõikeriist lõõmutatakse, töödeldakse mehaaniliselt ning karastatakse ja noolutatakse kolm korda. Pärast neid operatsioone on pealesulatatud metalli kõvadus 62–65 HRC.
Alumiiniumi ja selle sulamite keevitamine.
Väikese tugevuse ja suure plastsuse tõttu kasutatakse tehnikas puhast alumiiniumi suhteliselt vähe. Enimkasutatavad sulamid on duralumiinium ja silumiin.
Peamised raskused alumiiniumi ja selle sulamite keevitamisel on järgmised:
Ettevalmistused alumiiniumi keevitamiseks.
Alumiiniumi ja selle sulameid kaar-, gaas- ja argoonkeevitatakse. Olenemata keevitusviisist tuleb keevitatavad pinnad enne rasvastustada ja eemaldada sealt oksiidikelme. Metalli pind rasvastustatakse lahustitega. Selleks sobivad orgaanilised lahustid, aviobensiin ja tehniline atsetoon. Seejärel eemaldatakse oksiidikelme kas mehaaniliselt või söövitamise teel. Oksiidikelme keemiliseks eemaldamiseks söövitatakse keevitatavaid detaile 0,5–1 minut söövituslahuses, mis koosneb 45–55 grammist tehnilise naatriumhüdroksiidi ja 40–50 grammi tehnilise naatriumfluoriidi lahusest 1 liitris vees. Seejärel pestakse voolavas vees, neutraliseeritakse 1–2 minuti vältel lämmastikhappe 25–30% vesilahuses, pestakse voolavas vees, seejärel kuumas vees ja kuivatatakse niiskuse täieliku eemaldumiseni. Rasvatustatud ja söövitatud detailid ei tohi keevituse ootel seista üle nelja tunni.
Kuni 1 mm paksust lehtalumiiniumi keevitatakse faasimata, üle selle servad faasitakse. Kuni 25 mm paksusi detaile võib keevitada eelkuumutuseta. Üle 25 mm paksusi detaile on soovitatav eelkuumutada temperatuurini 300–400 °C, silumiinvaludetaile temperatuurini 250–300 °C.
Alumiiniumi keevitamine argoonis.
Kaitsegaasidest on argoon kõige sobivam. Võidakse keevitada käsitsi poolautomaatselt või automaatselt.
Käsitsi keevitamisel kasutatakse sulamatuid volframelektroode ja erihoidikuid. Keevitustraadi läbimõõt (mm) võetakse vastavalt keevitatava metalli paksusele.
Keevitada võib vastupolaarse alalisvooluga või vahelduvvooluga. Vahelduvvoolkeevitamisel kasutatakse ostsillaatoreid. Sulamatu elektroodiga keevitamise ligikaudsed režiimid on esitatud tabelis.
Automaatkeevitatakse sulamatute ja sulavate elektroodidega. Sulamatu elektroodiga võib keevitada kas lisametalli kasutamisega või ilma. Keevitusrežiimid on toodud alljärgnevates tabelites.
Alumiiniumi gaaskeevitamine.
Alumiiniumi gaaskeevitamine on väheefektiivne. Peamine puudus on, et tuleb kasutada räbustit ning, võrreldes kaarkeevitamisega, on soojuse kontsentratsioon väike. Leegi võimsus valitakse olenevalt keevitatava metalli paksusest.
Keevitatakse normaalleegiga. Lisametallina kasutatakse alumiiniumist või selle sulameist valmistatud keevitustraati, kusjuures traadi läbimõõt võetakse allolevast tabelist vastavalt metalli paksusele.
Kui alumiiniumi ja selle sulamite keevitamisel kasutati kattega elektroode või räbustit, siis tuleb õmblustelt pärast keevitamist räbu tulise veega pestes korralikult eemaldada. Räbu on sööbiva toimega ja võib metalli rikkuda.
Duralumiiniumist ja silumiinist toodete keevisliited tuleb pärast keevitamist lõõmutada, hoida 1,5–2 tundi temperatuuril 300–370 °C ning jahutada pärast seda aeglaselt. Karastuvast duralumiiniumist detaile on soovitatav pärast keevitamist vees karastada (kuumutada temperatuurini 500–510 °C) ja seejärel vanandada.
Vase ja vasesulamite keevitamine.
Vase keevitamine.
Vase keevitamist raskendab tema suur soojusjuhtivus, hea vedelvoolavus ja kalduvus tugevasti oksüdeeruda kuumas, eriti aga sulavas olekus. Vase soojusjuhtivus on peaaegu 6 korda suurem kui terasel.
Vase keevitatavust mõjutavad tema koostises olevad lisandid (hapnik, vismut, plii, väävel, fosfor, antimon, arseen), kõige rohkem halvendab keevitatavust vismut. Kuumas või sula olekus oksüdeerub vask vask(I)oksiidiks Cu2O. See reageerib metallis lahustunud vesinikuga ja põhjustab pinnapragusid. Kõige paremini keevitatav on elektrolüütiline vask, mille lisandisisaldus on kuni 0,05%. Vase keevitamisel kasutatakse käsikaarkeevitust, automaatkeevitust räbustis, gaaskeevitust ja kaitsegaasis keevitust.
Käsikaarkeevitatakse metall- või süsielektroodiga. Süsi- või grafiitelektroodiga keevitamisel on lisametalliks samad vaskvardad mis metallelektroodiga keevitamisel. Süsielektroodi korral kasutatakse eriräbusteid, mis enne keevitamist kantakse lisametallvardale või puistatakse servatud keevitusalasse.
Kuni 4 millimeetri paksusi vasktooteid keevitatakse ilma servamata. Põkkliited koostatakse vahedeta. Nurk- ja vastakliidete keevitamiseks tuleb toode asetada nii, et mõlemad keevitatavad pinnad paikneksid rõhtpinna suhtes 45° nurga all. Üle 5 millimeetri paksusi tooteid tuleb enne keevitamist kuumutada temperatuurini 200–300 °C.
Räbustid automaatkeevitusel kasutatakse kas sulamatuid süsi- või sulavaid metallelektroode ning räbusteid. Süsi- või grafiitelektroodiga keevitamisel kasutatakse automaatkeevituspead, mis liigub piki õmblust püsikiirusega. 4–8 mm paksuse vase keevitamiseks võetakse süsielektroodi läbimõõduks 20 mm. Räbustis süsielektroodiga keevitusrežiimid on allolevas tabelis.
Metallelektroodiga saab automaatkeevitada tavaliste keevitusautomaatidega. Keevitatakse vastupolaarse alalisvooluga. Keevitustraat on valmistatud vasest M1, M2 või M3, läbimõõt 1,6–3 millimeetrit. Metallelektroodiga keevitamisel kasutatakse keraamilist räbustit koostisega: 28% marmorit, 57,5% päevakivi, 8% fluoriidi, 2,2% puusütt, 3,5% boorräbu ja 0,8% alumiiniumi. Keevitatakse vahelduvvooluga. Ühepoolne õmblus keevitatakse grafiit- või vaskplaadil täieliku läbikeevitusega. Kuni 8 mm paksusi lehti keevitatakse ilma servamata. Paksemad lehed servatakse V-kujuliselt 60° nurga all. 8–12 millimeetri paksusi vasklehti on soovitatav keevitada kahepoolselt. Et kaar keevitamise alustamisel paremini süttiks, on soovitatav panna elektrooditraadi otsa alla messinglaaste.
Vaske saab keevitada ka kaitsegaasis: argoonis või lämmastikus. Vaske saab argoonis või lämmastikus keevitada sulamatu volframelektroodiga või sulavelektroodiga. Ulatuslikult on levinud volframelektroodiga keevitamine päripolaarse alalisvooluga. Lisametallina kasutatakse vasest M1-, M2- ja M3-vardaid.
Sulavelektroodiga keevitatakse samuti päripolaarse alalisvooluga. Elektroodid tehakse vasktraadist (M1) või pronkstraadist.
Gaaskeevitust rakendatakse vase puhul kõige enam. Kuni 5 millimeetri paksuse vase keevitamisel on lisametalliks vask M1, M2 või M3.