Metināšanas tehnikas pamati
Metināšana ir vienāda vai līdzīga sastāva metālu savienošana siltuma iedarbībā ar vai bez tāda paša vai līdzīga metāla pievienošanas. Ar metināšanu detaļas tiek neatdalāmi savstarpēji savienotas, tādējādi veidojas vienots veselums. Laba metināšana paredz ciešu savienojumu, kas tiek panākts tikai tad, ja metināšanas vietā izkūst arī pamatmateriāls (kausējuma zona).
Elektriskā loka metināšana
Tērauda konstrukcijām pirmām kārtām jāņem vērā elektroloka metināšana, kurā nepieciešamais siltums tiek iegūts ar elektrisko loka liesmu. Loka liesma rodas starp pamatmateriālu un tā saukto elektrodu, kas šajā procesā kūst un pievieno papildmateriālu. Pareizai papildmateriāla (elektroda) izvēlei ir vislielākā ietekme uz metinātā savienojuma īpašībām. Elektrodi tiek izvēlēti atbilstoši metināmā pamatmateriāla raksturīgajām stiprībām. Elektrodu izvēle, metināšanas apstākļu noteikšana prasa profesionālas zināšanas, tāpēc ir izveidota īpaši izglītotu “metināšanas tehnikas inženieru speciālistu” institūcija, kuru uzdevums cita starpā ir uzraudzīt metināšanas darbus un regulāri atkārtot metinātāju atestāciju.
Gāzes metināšana un griešana
Gāzes metināšanā nepieciešamā siltuma iegūšana notiek, sadegot gāzei, tā ka pamatmateriāls un piedevmateriāls izkūst. Svarīgāka ir griešana. Griešanas deglim papildus siltuma caurulei, kas darbojas tāpat kā metināšanas laikā, ir vēl viena skābekļa griešanas caurule. Ar karsto liesmu uzkarsētais tērauds tiek pārdedzināts un izpūsts ar skābekļa plūsmu. Griešana nodrošina gludas un precīzas virsmas, kas daudziem tērauda konstrukciju mērķiem ir pietiekamas bez turpmākas apstrādes.
Metināmība
Lai novērtētu metinātos savienojumus, jāņem vērā, ka metināšanas procesa laikā var ievērojami mainīties piedevas materiāla, kā arī pamatmateriāla sastāvs. Liela nozīme ir arī struktūras izmaiņām – starp izkausēto šuvi un nemainīto pamatmateriālu atkarībā no siltuma iedarbības pakāpes ir dažādas struktūras un līdz ar to dažādu īpašību zona. Līdz šuvei atrodas apgabals, kurā kūst pamatmateriāls (iestrādes zona) un kurā notiek savienojums starp metināšanas zonu un pamatmateriālu. Apkārtējā materiāla zona arī tiek stipri uzkarsēta, lai gan tur vairs netiek sasniegta kušanas temperatūra. Šajā pārkaršanas zonā rodas lielas struktūras izmaiņas, tādēļ tā bieži vien ir izšķiroša visa metinātā savienojuma īpašībām.
Šuves plaisāšana nozīmē plaisu rašanos šuvē, kas rodas uzreiz pēc metināšanas vēl pie augstas temperatūras vai arī tikai atdziestot zilās kvēles zonā (apmēram 300 °C). Plaisāšana lielā mērā ir elektrodu īpašība; tā parādās gandrīz tikai pie apvilktajiem elektrodiem, kādi tieši ir svarīgi tērauda konstrukcijām. Lai plaisas rastos, nepieciešami divi nosacījumi, proti, augsti spriegumi metināšanas procesa vai citu ārēju iedarbību dēļ, kā arī materiāla stingrības palielināšanās.
Bez metalurģiskajām izmaiņām materiāla sastāvā un struktūrā svarīgi ir arī fizikālie procesi, kas saistīti ar lielu siltuma daudzumu, kas metināšanas laikā tiek ievadīts materiālā, un ar tajā sasniegtajām augstajām temperatūrām. Sasilšana nenotiek vienmērīgi, bet tikai šauri ierobežotos apgabalos. Ar sasilšanu saistīto siltuma izplešanos kavē siltās zonas iekšējais spriegums, ko rada nesildītais materiāls. Turklāt rodas arī ārējais spriegums, jo detaļas metināšanas laikā ir cieši jānostiprina, tādēļ sasilšanas laikā rodas plastiskas saspiešanās. Atdziestot šuve un tās apkārtne saraujas visvairāk (sarukšana). Atdziestot, kavētās izstiepšanās dēļ jārodas piespiedspriegumiem (spriegumiem no sarukšanas). Detaļu, kuras metina, iepriekš uzkarsējot līdz 200 oC līdz 300 oC, dzesēšanu var ievērojami palēnināt. Samazinot rūdīšanas iedarbību, iegūst labāku struktūras veidošanos, sacietēšana paliek mazāka.
Materiālu un metināšanas darbu pārbaude
Vispārīgi: Tā kā metināto darbu kvalitāte ir atkarīga no virknes apstākļu, un galu galā arī no speciālista prasmes un uzticamības, nepieciešama precīza visu metināšanas darbu uzraudzība un pārbaude. No pārbaudēm min tās, kas nosaka materiālu un elektrodu metināmību, salīdzina metināšanas apstākļus un metināšanas paņēmienus konkrētā gadījumā, paraugu pārbaudes utt.
Att. 1 - Metinātās šuves lieces pārbaude
Metinājuma šuves lieces pārbaude: Tā ir vienkāršas taisnstūra šķērsgriezuma sijas lieces pārbaude (att. 1), kurā pusapaļi apstrādāta gareniskā rieva stieptajā šķiedrā tiek no jauna sametināta vienā kārtā, un tas notiek istabas temperatūrā. Šuve izraisa ievērojamu deformējamības samazināšanos, tāpēc pārbaudes parasti lūst pilnīgi trausli un pēkšņi. Liekšanas leņķis plānām plāksnēm ir lielāks; tas samazinās, palielinoties plāksnes biezumam.
Ierobējuma trauslums: Šuves lieces pārbaudē plaisas lielākoties vispirms rodas šuvē, tā ka iestājas trausls lūzums. Pamata materiālam jāspēj uzņemt slodzi, kas pēkšņi rodas, trausli pārplīstot šuvei. Jāpieprasa, lai plaisa metinājuma zonā neizplatītos strauji arī caur pamatmateriālu, bet lai plaisa varētu virzīties tikai lēni. Pamata materiālam jābūt pietiekami trauslam, lai uzņemtu šo pēkšņo slodzi, un šai spējai jāsaglabājas pietiekamā mērā arī zemās temperatūrās. Ierobējuma trauslums, tāpat kā citas mehāniskās īpašības, lielā mērā ir atkarīgs no temperatūras, kurā veic pārbaudi. Pie zemām temperatūrām, piem., zem 0 °C, tas var samazināties līdz daļai no vērtības pie 20 °C. Šī straujā krituma vieta ir svarīga materiāla izvērtēšanai. Metinātām tērauda konstrukcijām šodien pieprasa materiālu ar labu novecošanās noturību, t. i., augstu triecienizturību ar ierobi uz auksti stieptiem paraugiem.
Att. 2 - Deformācija sprieguma stāvokļos pie iecirtuma
Cietība: Liela nozīme ir cietības parādībām metināšanas zonā. Svarīgi ir zināt cietības pieaugumu, jo lūzuma dilatācija strauji samazinās, palielinoties cietībai (att. 3), bet stiepes stiprība σB pieaug gandrīz proporcionāli Brinela cietībai HB. Konstrukciju tēraudiem aptuveni σB = 0,36*HB. Viens I-sijas galvenā stūra šuves cietības piemērs parādīts att. 4. Pārejas zonā ļoti nelielos attālumos ir lielas cietības atšķirības. Cietības gaita ir atkarīga no izveidojušās struktūras. σ-ε-l līnija līdzīgi mainās cietības ietekmē kā arī iegriezuma sprieguma stāvoklī (att. 2).
Att. 3 - Brinela cietība un pagarinājums
Att. 4 - Cietība šuves zonā viena metināta I-sijas kaklā
Neradot bojājumus gatavu metināto savienojumu pārbaude
Rentgenošana – Rentgenojot nelielus biezumus, rentgena attēlu var padarīt redzamu uz viena ekrāna. Rentgenstaru vietā var izmantot radioaktīvo materiālu gamma starus. Rentgena attēls ļauj spriest par šuves kvalitāti. Iekļautas sārņvielas vai poras, kā arī saķeres kļūdas un plaisas, tādējādi var konstatēt un attiecīgā gadījumā novērst.
Magnetiskā plūsma – Pārbaudāmajā tēraudā izraisa magnētisko lauku, un tad uzkaisītās metāla skaidiņas sakārtojas atbilstoši laukam. No iespējamām magnētiskā lauka nevienmērībām var atklāt plaisas. Metode ir īpaši efektīva virsmas plaisu noteikšanai, taču samērā nejutīga pret sārņiem un porām, kā arī pret plaisām, kas atrodas biezāku plākšņu iekšpusē.
Ultraskaņas pārbaude – Ultravioleti īsie skaņas viļņi atstarojas ne tikai uz robežvirsmām, bet arī uz dalījuma virsmām iekšpusē, piemēram, uz plaisām vai atslāņojumiem.