Metināšana ir apstrādes tehnoloģija, kas nodrošina atomu savienojumu starp divu vai vairāku atsevišķu apstrādājamo detaļu virsmām, karsējot, piespiežot vai kombinējot abus, ko papildina pildvielas. Metināšanas stieņu kā smagās celtniecības tehnikas galvenās sastāvdaļas kvalitāte ir tieši saistīta ar visas iekārtas drošības rādītājiem. Atšķirībā no mehāniskiem savienojumiem, metināšana veido metalurģisku saiti, kuras pamatnosacījumi ietver enerģijas apstākļus, vides apstākļus un savienošanas apstākļus. Atkarībā no enerģijas avota metināšanu var iedalīt trīs kategorijās: kausētā metināšana, spiediena metināšana un cietlodēšana. Starp tiem visplašāk tiek izmantota kausēšanas metināšanametināšanas stieņu ražošana, kas veido vairāk nekā 90% rūpniecisko lietojumu.
I. Metināšanas metalurģijas principi un materiālu izvēle metināšanas stieņiem
Metināšanas metalurģija ir galvenā teorija, kas pēta likumus par izkusušo baseinu veidošanos, sacietēšanu, fāzes transformāciju un ķīmiskā sastāva izmaiņām metināšanas procesā, un tai ir izšķiroša loma metināšanas stieņu darbībā. Izkausētajam metināšanas stieņu baseinam ir raksturīgs neliels tilpums, augsta temperatūra, īss pastāvēšanas laiks un ātrs dzesēšanas ātrums, kas izraisa ātru kristalizācijas procesu. Metinātā metāla sacietēšana balstās uz neizkusušiem parastā metāla graudiem saplūšanas zonā un aug pa siltuma izkliedes virzienu, veidojot dažādas kristalizācijas morfoloģijas no plakaniem graudiem līdz kolonnveida graudiem. Siltuma -ietekmētā zona (HAZ) ir parastā metāla laukums, ko ietekmē metināšanas karstums, bet kas nav izkusis. Tās mikrostrukturālās izmaiņas kopīgi nosaka sildīšanas temperatūra un dzesēšanas ātrums, kā rezultātā rodas dažādi reģioni, piemēram, saplūšanas zona, pārkarsēta zona un normalizēšanas zona.
Metināšanas stieņi pārsvarā ir izgatavoti no zema-leģēta augstas-izturības tērauda, piemēram, BS700MCK2 augstas-izturības plāksnes, kuras tecēšanas robeža ir lielāka vai vienāda ar 700 MPa un lieliska metināmība, aukstā formējamība un zemas-temperatūras triecienizturība. Šāda veida materiāls ir zema-oglekļa-leģēta konstrukcijas tērauds, kas nodrošina izcilu metināšanas veiktspēju, samazinot oglekļa ekvivalentu un metināšanas plaisu jutīguma indeksu. Metināšanas procesa laikāmetināšanas strēles, starp izkausēto baseina metālu un apkārtējo vidi notiek virkne ķīmisku reakciju, piemēram, oksidēšanās, reducēšana un nitridēšana. Ir jānodrošina saprātīgs metinājuma ķīmiskais sastāvs un jāizvairās no defektiem, izmantojot atbilstošus metināšanas palīgmateriālus un procesa kontroli.
II. Metināšanas termiskā procesa ietekme uz metināšanas stieņu kvalitāti
Metināšanas termiskais process ir metināšanas metalurģisko reakciju, mikrostrukturālo transformāciju un sprieguma deformāciju avots. Metināšanas stieņu kvalitātes uzlabošanai ir izšķiroša nozīme-siltuma ģenerēšanas, pārneses un izkliedes likumu padziļinātai izpētei. Dažādām metināšanas metodēm ir būtiskas atšķirības siltuma avota raksturlielumos: ekranēta metāla loka metināšanai ir salīdzinoši zems enerģijas blīvums, izkliedētais siltums un liela siltuma -ietekmes zona; savukārt lāzermetināšanai un plazmas loka metināšanai ir koncentrēta enerģija un neliela siltuma-ietekmes zona.
Metināšanas siltuma padeve attiecas uz siltumu, kas iegūts uz metināšanas šuves garuma vienību, ko aprēķina pēc formulas E=60IU/(vη), kur I ir metināšanas strāva, U ir metināšanas spriegums, v ir metināšanas ātrums un η ir termiskā efektivitāte. Metināšanas stieņu metināšanas procesā pārmērīga siltuma padeve paaugstinās maksimālo temperatūru, palēninās dzesēšanas ātrumu, paplašina siltuma -ietekmēto zonu un rupji graudi, tādējādi samazinot stingrību; nepietiekama siltuma padeve paātrinās dzesēšanas ātrumu, viegli novedot pie sacietējušu konstrukciju un aukstu plaisu veidošanās.
Ražošanāmetināšanas booms, ir nepieciešams precīzi kontrolēt starpplūsmas temperatūru un veikt atbilstošus priekšsildīšanas un pēc-sildīšanas procesus. Biezām tērauda plāksnēm jāveic priekšsildīšana, lai kompensētu palielināto siltuma zudumu ātrumu un novērstu aukstuma plaisas. Arī metināšanas videi nepieciešama stingra kontrole, tostarp tādas prasības kā apgaismojuma intensitāte darba zonā, vēja ātrums zem 2m/s un mitrums zem 60%.
III. Metināšanas defektu kontroles un metināšanas strēles veiktspējas garantijas stratēģijas
Metināšanas defekti būtībā ir nekontrolējamu metalurģijas procesu vai nelīdzsvarotu termisko procesu izpausme. Visbiežāk sastopamie metināšanas stieņu defekti ir porainība, sārņu iekļaušana, plaisas un iegriezums. Porainība ir caurumi, kas veidojas, kad izkausētā baseinā izšķīdušās gāzes nespēj izkļūt dzesēšanas un sacietēšanas laikā, savukārt izdedžu iekļaušana rodas no oksīdiem un sulfīdiem, kas rodas metalurģisku reakciju rezultātā un kas nespēj savlaicīgi uzpeldēt uz izkausētā baseina virsmu.
Plaisas iedala divās kategorijās: karstās plaisas un aukstās plaisas. Karstās plaisas rodas šķidru kārtiņu veidošanās rezultātā, jo tiek bagātināti elementi ar zemu-kušanas punktu-graudu robežām un plaisāšana metināšanas spriedzes ietekmē; aukstas plaisas rodas sacietējušu konstrukciju veidošanās dēļ, ko izraisa pārmērīgs dzesēšanas ātrums un difūzā ūdeņraža uzkrāšanās. Lai nodrošinātu veiktspējas uzticamībumetināšanas strēles, nepieciešams sistemātiski novērtēt šuvju mehāniskās īpašības, tostarp izturību, stingrību, plastiskumu un cietību.
Metinātais savienojums sastāv no trim daļām: metinātā metāla, saplūšanas zonas un siltuma -ietekmētās zonas, un tā kopējā veiktspēja pilnībā atspoguļo šīs trīs daļas. Sapludināšanas zona ir savienojuma vājā saite, kas nevienmērīgas struktūras un rupju graudu dēļ mēdz kļūt par plaisu rašanās vietu. Pieņemot saprātīgas metināšanas secības un procesa parametrus, piemēram, optimizēto procesu, kurā tiek izmantota piecu-sekciju aizmugures metināšana sakņu metināšanai un divu-sekciju centrālās simetrijas metināšana aizsegmetināšanai, var efektīvi samazināt metināšanas atlikušo spriegumu un deformāciju. Ar tehnoloģisko progresu ievērojami uzlabosies metināšanas stieņu ražošanas efektivitāte un produktu kvalitātes stabilitāte.
