Suvirinimo technikos pagrindai
Suvirinimas yra metalų, kurių sudėtis yra tokia pati arba panaši, sujungimas veikiant šilumai, su to paties arba panašaus metalo pridėjimu arba be jo. Suvirinimo būdu dalys neatskiriamai sujungiamos tarpusavyje, taip susidaro vientisa visuma. Geras suvirinimas suponuoja glaudžią jungtį, kuri pasiekiama tik tada, kai suvirinimo vietoje lydosi ir pagrindinė medžiaga (įlydžio zona).
Lankinis suvirinimas
Plieninėms konstrukcijoms pirmiausia taikomas elektrolankinis suvirinimas, kurio metu reikalinga šiluma gaunama elektriniu liepsnos lanku. Liepsnos lankas susidaro tarp pagrindinio metalo ir vadinamojo elektrodo, kuris tuo metu lydosi ir suteikia papildomos medžiagos. Teisingas papildomos medžiagos (elektrodo) parinkimas labiausiai lemia suvirintos jungties savybes. Elektrodai parenkami pagal suvirinamos pagrindinės medžiagos charakteristinius stiprius. Elektrodų parinkimas, suvirinimo sąlygų nustatymas reikalauja profesinių žinių, todėl buvo sukurta ypač parengtų „suvirinimo technikos inžinierių specialistų“ institucija, kurios užduotis, be kita ko, yra prižiūrėti suvirinimo darbus ir periodiškai kartoti suvirintojų atestavimą.
Dujinis suvirinimas ir pjovimas
Dujinio suvirinimo metu reikalinga šiluma gaunama deginant dujas, todėl pagrindinė ir papildomoji medžiaga išsilydo. Svarbesnis yra pjovimas. Pjovimo degiklis be kaitinimo vamzdžio, kuris veikia kaip ir suvirinant, turi dar vieną deguonies pjovimo vamzdį. Įkaitintas karšta liepsna plienas pradegamas ir perpučiamas deguonies srove. Pjovimas duoda lygų ir tikslų paviršių, kuris daugeliu plieninių konstrukcijų tikslų yra pakankamas ir be tolesnio apdirbimo.
Suvirinamumas
Vertinant suvirintas jungtis, reikia turėti omenyje, kad suvirinimo proceso metu gali smarkiai pakisti pridėtinės, taip pat ir pagrindinės medžiagos sudėtis. Didelę reikšmę turi ir struktūros pokytis – tarp išlydyto siūlės metalo ir nepakitusios pagrindinės medžiagos, priklausomai nuo šiluminio poveikio laipsnio, susidaro įvairios struktūros ir todėl įvairių savybių zona. Greta siūlės yra sritis, kurioje tirpo pagrindinė medžiaga (įlydymo zona) ir kurioje vyksta jungimasis tarp suvirinimo zonos ir pagrindinės medžiagos. Gretima medžiagos zona taip pat dar stipriai kaitinama, nors čia jau nebepasiekiamas lydimosi taškas. Šioje perkaitinimo zonoje vyksta dideli struktūros pokyčiai, todėl ji dažnai lemia visos suvirintos jungties savybes.
Siūlės suskilimas reiškia įtrūkimų atsiradimą siūlėje, kurie susidaro iškart po suvirinimo, dar esant aukštai temperatūrai, arba galbūt tik auštant mėlynojo įkaitimo srityje (apie 300oC). Suskilimas labai priklauso nuo elektrodų, jis pasitaiko beveik tik su dengtiniais elektrodais, kurie ypač svarbūs plieninėms konstrukcijoms. Įtrūkimams atsirasti būtinos dvi sąlygos, būtent dideli įtempiai dėl suvirinimo proceso arba kitų išorinių priežasčių, taip pat medžiagos standumo padidėjimas.
Be metalurginių medžiagos sudėties ir struktūros pokyčių svarbūs ir fiziniai procesai, susiję su dideliais šilumos kiekiais, kurie suvirinant perduodami medžiagai ir tuo metu pasiektomis aukštomis temperatūromis. Kaitinimas nevyksta tolygiai, o tik siaurai apribotose srityse. Su kaitinimu susijusį šiluminį plėtimąsi slopina įkaitusios zonos vidiniai įtempiai, kuriuos sukelia neįkaitinta medžiaga. Be to, atsiranda ir išorinė įtampa, nes dalys suvirinant turi būti tvirtai suspaustos, todėl kaitinant atsiranda plastiniai suspaudimai. Auštant siūlė ir jos aplinka susitraukia stipriausiai (susitraukimas). Auštant dėl neleidžiamo plėtimosi turi atsirasti priverstiniai įtempiai (susitraukimo įtempiai). Iš anksto pašildžius suvirinamas dalis iki 200 oC–300 oC, aušinimą galima gerokai sulėtinti. Dėl sumažėjusio grūdinimo poveikio gaunama geresnė struktūros sandara, kietėjimas išlieka mažesnis.
Medžiagų ir suvirinimo darbų bandymai
Bendrai: Kadangi suvirinimo darbų kokybė priklauso nuo daugelio aplinkybių ir galiausiai nuo specialistų darbuotojo įgūdžių bei patikimumo, būtina tiksliai prižiūrėti ir tikrinti visus suvirinimo darbus. Iš bandymų minimi tie, kurie skirti medžiagų ir elektrodų suvirinamumui nustatyti, suvirinimo sąlygoms ir suvirinimo procedūroms konkrečiu atveju palyginti, bandiniams tirti ir t. t.
Pav. 1 - Suvirintos siūlės lenkimo bandymas
Suvirintos siūlės lenkimo bandymas: Tai paprastos stačiakampio skerspjūvio sijos lenkimo bandymas (pav. 1), kurioje pusapvaliai apdorotas išilginis griovelis tempiamajame sluoksnyje yra iš naujo suvirinamas vienu sluoksniu, ir tai kambario temperatūroje. Siūlė smarkiai sumažina deformuojamumą, todėl bandiniai dažnai lūžta visiškai trapiai ir staiga. Plonų plokščių lenkimo kampas yra didesnis, o didėjant plokštės storiui jis mažėja.
Įrantas trapumas: Atliekant siūlės lenkimo bandymą, plyšiai dažniausiai pirmiausia atsiranda siūlėje, todėl įvyksta trapus lūžis. Pagrindinė medžiaga turi būti pajėgi perimti staiga atsirandančią apkrovą, kuri susidaro trapiai plyštant siūlei. Reikalaujama, kad plyšys suvirinimo zonoje nesiplėstų greitai į pagrindinę medžiagą, o galėtų sklisti tik lėtai. Pagrindinė medžiaga turi būti pakankamai tąsi, kad perimtų šią staigią apkrovą, ir ši savybė turi išlikti pakankamai ir esant žemai temperatūrai. Įranto trapumas, kaip ir kitos mechaninės savybės, didele dalimi priklauso nuo temperatūros, kurioje atliekamas bandymas. Esant žemai temperatūrai, pvz., žemiau 0 oC, ji gali sumažėti iki dalies vertės, esančios prie 20 oC. Šio staigaus sumažėjimo padėtis yra svarbi medžiagos vertinimui. Suvirintoms plieninėms konstrukcijoms šiandien reikalaujama gerai senėjimui atsparios medžiagos, t. y. didelio įranto smūginio tąsumo atliekant šaltai ištemptus bandinius.
Pav. 2 - Deformacija įtempimų būsenose ties įpjova
Kietumas: Didelę reikšmę turi kietumo reiškiniai suvirinimo zonoje. Svarbu žinoti kietumo padidėjimą, nes pailgėjimas lūžio metu sparčiai mažėja didėjant kietumui (pav. 3), o tempimo stipris σB didėja beveik proporcingai Brinelio kietumui HB. Statybiniams plienams apytikriai σB = 0,36*HB. Vienas pagrindinės I sijos kampinės siūlės kietumo pavyzdys parodytas pav. 4. Pereinamojoje zonoje labai mažais atstumais yra didelių kietumo skirtumų. Kietumo kitimas priklauso nuo susidariusios struktūros. σ-ε-l linija kietumu kinta panašiai kaip ir įpjovos įtempių būsena (pav. 2).
Pav. 3 - Brinelio kietumas ir pailgėjimas
Pav. 4 - Siūlės zonos kietumas vieno suvirinto I-sijos kaklelyje
Baigtinių suvirintų siūlių neardomieji bandymai
Peršvietimas – peršviečiant mažo storio gaminius, rentgeno vaizdą galima padaryti matomą viename ekrane. Vietoj rentgeno spindulių galima naudoti radioaktyviųjų medžiagų gama spindulius. Rentgeno vaizdas leidžia spręsti apie siūlės kokybę. Taip galima nustatyti įtraukinius šlakus ar poras, taip pat sujungimo defektus ir įtrūkimus, o prireikus juos pašalinti.
Magnetinis srautas – tiriamo plieno dalyje sukuriamas magnetinis laukas, o tada užbarstyti drožlės išsidėsto pagal lauką. Iš galimų magnetinio lauko netolygumų galima aptikti įtrūkimus. Šis metodas ypač veiksmingas paviršiniams įtrūkimams nustatyti, tačiau gana nejautrus šlako intarpams ir poroms, taip pat įtrūkimams, esantiems storesnių plokščių viduje.
Ultragarsinis bandymas – ypač trumpi garso bangų impulsai atsispindi ne tik nuo ribinių paviršių, bet ir nuo vidinių atskiriančių paviršių, pavyzdžiui, įtrūkimų ar sluoksniavimosi vietų.