Keevitustehnika alused
Keevitamine on sama või sarnase koostisega metallide ühendamine kuumuse toimel, sama või sarnase metalli lisamisega või ilma. Keevitamise abil seotakse detailid lahutamatult omavahel, nii et tekib ühtne tervik. Hea keevitus eeldab tihedat sidet, mis saavutatakse ainult siis, kui keevituskohas sulab ka alusmaterjal (sulatustsoon).
Elektrikaarkeevitus
Teraskonstruktsioonide puhul tuleb eelkõige kõne alla kaarkeevitus, mille puhul vajalik soojus saadakse elektrikaare abil. Elektrikaar tekib põhiosa ja nn elektroodi vahel, mis seejuures sulab ja annab lisamaterjali. Lisamaterjali (elektroodi) õige valik mõjutab keevisühenduse omadusi kõige enam. Elektroodid valitakse vastavalt keevitatava alusmaterjali iseloomulikele tugevustele. Elektroodide valik ja keevitustingimuste määramine eeldavad erialateadmisi, mistõttu on loodud eriti koolitatud „keevitustehnika spetsialisti inseneride“ institutsioon, kelle ülesanne on muu hulgas jälgida keevitustöid ja korraldada regulaarselt keevitajate atesteerimisi.
Gaaskeevitus ja lõikamine
Gaaskeevitamisel toodetakse vajalik soojus gaasi põlemisel, nii et põhimaterjal ja lisamaterjal sulavad. Olulisem on lõikamine. Lõikepõletil on lisaks soojusotsikule, mis töötab nagu keevitamiselgi, veel üks hapniku lõiketoru. Kuuma leegiga kuumutatud teras läbipõletatakse ja puhastatakse hapnikujoaga. Lõikamine annab siledad ja täpsed pinnad, mis on paljude teraskonstruktsioonide otstarvete jaoks piisavad ilma edasise töötlemiseta.
Keevitatavus
Keevisliidete hindamisel tuleb arvestada, et keevitusprotsessi käigus võib täitematerjali ning ka aluspõhimaterjali koostis märkimisväärselt muutuda. Suur tähtsus on ka struktuuri muutusel – sulanud õmbluse ja muutumatuna püsinud aluspõhimaterjali vahel on vastavalt soojusmõju astmele erineva struktuuri ja seega erinevate omadustega tsoon. Õmbluse kõrval paikneb piirkond, kus aluspõhimaterjal sulas (sulavöönd) ja kus toimub ühendus keevitusvööndi ja aluspõhimaterjali vahel. Ümbritsev materjalitsoon on samuti veel tugevalt kuumutatud, kuigi seal sulamispunkti enam ei saavutata. Selles ülekuumenemise tsoonis toimuvad suured struktuurimuutused, nii et see on sageli määrava tähtsusega kogu keevisliite omaduste jaoks.
Keevisõmbluse pragunemine tähendab pragude tekkimist õmbluses, mis tekivad vahetult pärast keevitamist veel kõrgel temperatuuril või võib-olla alles jahenemisel sinise kuumuse piirkonnas (umbes 300°C juures). Pragunemine on suurel määral elektroodide omadus; see esineb peaaegu ainult kattega elektroodide korral, mis on just eriti olulised teraskonstruktsioonides. Pragude tekkimiseks peavad olema täidetud kaks tingimust, nimelt keevitusprotsessist või muudest välismõjudest tulenevad suured pinged ning materjali jäikuse suurenemine.
Lisaks metallurgilistele muutustele materjali koostises ja struktuuris on olulised ka füüsikalised protsessid, mis on seotud suurte soojushulkadega, mida keevitamisel materjalile antakse, ja sealjuures saavutatud kõrgete temperatuuridega. Kuumenemine ei toimu ühtlaselt, vaid ainult kitsalt piiritletud piirkondades. Kuumutamisega seotud soojuspaisumist takistab kuumenenud tsooni sisepinge külm materjal. Lisaks tekib ka väline pinge, sest detailid tuleb keevitamisel kindlalt kinni pingutada, mistõttu kuumenemisel ilmnevad plastilised kokkusurumised. Jahtumisel kahaneb keevisõmblus ja selle ümbrus kõige tugevamalt (kahanemine). Jahtumisel peavad takistatud pikenemise tõttu tekkima sundpinged (kahanemispinged). Keevitatavate detailide eelkuumutamine temperatuurile 200 oC kuni 300 oC võib jahtumist märkimisväärselt aeglustada. Karastava mõju vähenemise tõttu saadakse parem struktuuri kujunemine, kõvenemine jääb väiksemaks.
Materjalide ja keevitustööde katsetamine
Üldiselt: Kuna keevitustööde kvaliteet sõltub paljudest asjaoludest ning mitte vähem ka spetsialisti oskustest ja töökindlusest, on vaja kõigi keevitustööde täpset järelevalvet ja kontrolli. Kontrollimistest nimetatakse neid, mis määravad materjalide ja elektroodide keevitatavuse, keevitustingimuste ja keevitusprotseduuride võrdlemise konkreetse juhtumi puhul, proovide katsetamise jne.
Joon. 1 - Keevisõmbluse painutuskatse
Keevisõmbluse painutuskatse: See on lihtsa ristkülikulise ristlõikega tala painutuskatse (joon. 1), mille tõmbepoolsesse kiudu poolringikujuliselt töödeldud pikisoon on uuesti ühe kihina keevitatud ja seda toatemperatuuril. Õmblus põhjustab oluliselt vähenenud deformeeritavust, nii et katsed murduvad sageli täiesti rabedalt ja järsku. Painutusnurk on õhukeste plaatide puhul suurem, see väheneb koos plaadi paksusega.
Murrutugevus sälgus: Õmbluse painutuskatse puhul tekivad praod enamasti kõigepealt õmbluses, nii et tekib habras murd. Põhimaterjal peab suutma vastu võtta koormuse, mis tekib äkitselt õmbluse hapra purunemise korral. Tuleb nõuda, et pragu keevispiirkonnas ei leviks kiiresti ka läbi põhimaterjali, vaid et pragu tohiks edasi liikuda ainult aeglaselt. Põhimaterjal peab olema piisavalt sitke, et see äkiline koormus vastu võtta, ja see suutlikkus peab säilima piisaval määral ka madalatel temperatuuridel. Murrutugevus sälgus, nagu ka teised mehaanilised omadused, sõltub suurel määral temperatuurist, mille juures katset tehakse. Madalatel temperatuuridel, nt alla 0 °C, võib see langeda murdosani väärtusest 20 °C juures. Selle järsu languse asukoht on materjali hindamisel oluline. Keevitatud teraskonstruktsioonide puhul nõutakse tänapäeval materjali, millel on hea vananemiskindlus, s.t. kõrge löögisitkus sälgu juures külmalt tõmmatud katsekehadel.
Joon. 2 - Deformatsioon sälkpingeseisundite korral
Kõvadus: Suur tähtsus on kõvadusnähtustel keevituspiirkonnas. Oluline on teada kõvaduse suurenemist, sest purunemisdeformatsioon väheneb kõvaduse kasvades kiiresti (joon. 3), samas kui tõmbetugevus σB kasvab peaaegu võrdeliselt Brinelli kõvadusega HB. Ehitusteraste puhul on ligikaudu σB = 0,36*HB. Üks I-tala peamise nurkõmbluse kõvaduse näide on näidatud joonisel 4. Üleminekutsoonis esineb väga väikeste vahemaade juures suuri kõvaduserinevusi. Kõvaduse kulg sõltub kujunenud struktuurist. σ-ε-l joon muutub kõvaduse mõjul sarnaselt nagu sälgu pingeseisundiski (joon. 2).
Joon. 3 - Brinelli kõvadus ja pikenemine
Sl. 4 - Keevitatud I-tala kaela õmblusvööndi kõvadus
Valmis keevitatud ühenduste mittepurustav kontroll
Läbivalgustamine – Väikese paksusega detailide läbivalgustamisel võib röntgenpildi nähtavaks teha ühel ekraanil. Röntgenkiirte asemel võib kasutada radioaktiivsete materjalide gammakiiri. Röntgenpilt võimaldab teha järeldusi keevisõmbluse kvaliteedi kohta. Kaasatõmmatud räbu või poorid, samuti sidumisvead ja praod, võib nii tuvastada ja vajaduse korral kõrvaldada.
Magnetvoolutus – Terase selles osas, mida katsetatakse, tekitatakse magnetväli ja seejärel jaotuvad peale kantud viilmed välja järgi. Magnetvälja võimalike ebakorrapärasuste järgi saab avastada pragusid. Meetod on eriti tõhus pindmiste pragude leidmiseks, kuid on suhteliselt vähe tundlik räbuinklusioonide ja pooride suhtes, samuti pragude suhtes, mis paiknevad paksemate plaatide sisemuses.
Ultraheliga katsetamine – ülilühikesed helilained peegelduvad mitte ainult piirpindadelt, vaid ka sisemistelt eralduspindadelt, näiteks pragudelt või kihistumistelt.