Suvirinti C45 laikikliai: kodėl miltelinis danga burbuliuoja?

Suvirinti C45 laikikliai atrodo paprasčiausias elementas atraminio rėmo brėžinyje, ir būtent todėl jų gedimai pasireiškia taip vėlai. Užsakymas Nr. 260627004 buvo pateiktas mums rugpjūčio mėnesį 2025 metais nuo ortakių atraminio rėmo gamintojo, kurio ankstesnis tiekėjas pristatė rankenas, kurios stende atitiko matmenis, bet rėme neveikė: strypas išvirto nuo suvirinimo stendo apie 0,6 mm, lizdo paviršius nukrypo nuo statmens padėties, todėl rankena negalėjo pilnai prisiliesti, o švelniai pilka purškiamoji danga per pirmąsias naudojimo savaites pakilo plona juosta palei kiekvieną suvirinimą.

Fotose pavaizduoti suvirinti C45 laikikliai yra gamybos detalės iš šios užsakymo serijos: 400 mm ilgio strypas su trimis montavimo skylėmis vienodu atstumu viena nuo kitos, viename gale privirinta 50 mm kvadratinė lizdinė dalis ir 45 laipsnių įstrižaininis sujungimas tarp strypo ir lizdinės dalies, kuris išlygintas lygiai ir padengtas švelniai pilka danga. Nei suvirinimas, nei dengimas patys savaime nėra sudėtingi. Sudėtingumas kyla iš to, kad abu procesai vienas kitam trukdo, o šis konfliktas matomas galutinėje dangoje – pirmiausia tai pastebi užsakovas.

Kokia šio laikiklio paskirtis?

Trys funkcijos, iš kurių tik viena susijusi su stiprumu.

Lizdinė dalis yra orientacinė charakteristika. Į ją įkišamas atitinkamas kvadratinis elementas, todėl rankena įgauna fiksuotą padėtį santykyje su rėmu; todėl lizdinės dalies paviršius turi būti tiksliai kvadratinis ir padengtas. Šioje detalėje lizdinė dalis yra tuščiavidurė kvadratinė sekcija, 50 mm pločio ir 50 mm gylio, privirinta prie strypo galo.

Bareilė neša tvirtinimą. Trys skylės vienodu atstumu priima varžtus, kurie pritvirtina rankeną prie rėmo, todėl skylės turi būti išdėstytos tiesia linija su lizdu, o ne tiesia linija su bareile, kaip tai atsitiko, kai ji buvo nuimta nuo darbastalio.

Sujungimas yra tiek estetinis, tiek konstrukcinis. Įstrižainės sujungimas paskirsto apkrovą ilgesnėje suvirinimo linijoje ir leidžia perėjimui nuo bareilės prie lizdo atrodyti tolygiai po to, kai suvirinimas iššlifuojamas lygus ir padengiamas danga. Būtent šis estetinis reikalavimas verčia suvirinimo problemą tapti dengimo problema: paviršius, kuris nėra sandarus, negali atrodyti bešakės, o bet koks dujų likutis viduje suvirinimo ras savo kelią per padengtą paviršių ir išeis per jį.

Dvi kartu pasireiškiančios nesėkmės

Suvirinimas traukia bareilę, o trauka lieka nepastebima

Suvirštinimas sukelia susikaupusį šilumos įvedimą į mažą plieno tūrį. Viršinimo baseinas ir aplinkinė zona atšyla ir susitraukia prieš šaltesnį metalą, o metalas, kuris turi deformuotis, tai ir padaro. Jei rankena suvirinta tik vienoje pusėje, susitraukimas traukia strypą link suvirintosios paviršiaus pusės, o 400 mm ilgio lengvoji dalis matomai išsilenkia net nedidelio fiksavimo sąlygomis.

Dvi aplinkybės padaro šią situaciją dar blogesnę, nei atrodo. Pirma, strypas yra plonas lyginant su jo ilgiu, todėl nedidelis susitraukimas laisvojo galo vietoje pasireiškia kaip didelis nuokrypis. Antra, natūralus atšilimas nėra simetriškas, todėl jungties abi pusės susitraukia skirtingais kiekiais ir lizdo paviršius pasisuka. Šiame atvejyje sugenda rankenos buvo išsilenkusios apytiksliai 0,6 mm, tuo tarpu leistinas tiesumo nuokrypis buvo 0,2 mm, o lizdo paviršius buvo išsukęs daugiau nei 0,15 mm, ką leido rėmas.

Šis defektas taip gerai pasislepia dėl matavimo. Virytojas žiūri į suvirintą jungtį, o klientas matuoja visą rankenėlę. Tiesumą reikia tikrinti viso strypo ilgyje po detalės atvėsimo – naudojant skritulinį indikatorių ant lygaus paviršiaus, o lizdo veidą reikia tikrinti, ar jis statmenas tam pačiam atskaitos taškui toje pačioje tvirtinimo pozicijoje. Jei tikrinama tik jungties vietoje, išlinkimas lieka nepastebėtas, kol rankenėlė neprisukama.

Dėl šio defekto dėklas pūsėja linijoje, tiksliai ten, kur yra suvirinimas

Miltelinis dėklas yra uždara plėvelė, o uždara plėvelė virš suvirinimo elgiasi kaip dangtelis ant indo.

Lankstymo su lanku metu susidaro poros šioje vietoje ir aplink ją, o poros yra po plonu oksido ir šlako sluoksniu. Švelninimas pašalina šį sluoksnį ir atveria poras paviršiuje, tačiau jų neišvalo. Visas viduje esantis turinys lieka nepakitęs: oras, drėgmė iš atmosferos, lengvieji angliavandeniliai ir drėgmė, kurią patys įneša švelninimo procesas. Kaitinant detalę ir dangą džiūvimo metu dangos medžiaga suminkštėja dar prieš susikertant jos molekulėms. Bet koks dujų išsiplėtimas po danga tuo metu prasiveržia pro ją, todėl susidaro adatos galvutės pavidalo skylutė arba maža burbuliukas ant suvirinto siūlės, arba jų žiedas.

Todėl defektas pasireiškia linija, o ne atsitiktinai: jis seka suvirintą siūlę, nes tik šioje paviršiaus vietoje yra tuščių erdvių po ja. Todėl net kitas tiekėjas, keisdama miltelinės dengimo medžiagos prekės ženklą, problemos neišspręs. Danga nėra priežastis. Priežastis – dujos po ja.

Du pataisymai tinkamai išsprendžia šią problemą. Virinimo zona yra kaitinama prieš dengiant, todėl drėgmė, įstrigusi virinimo srityje, ir lengvieji angliavandeniliai palieka detalę, kol paviršius vis dar yra neapdorotas plienas, o virinimo linija padengiama antruoju miltelinio dengimo sluoksniu, kad porėtose vietose dengalo storis būtų padidintas, o ne paliktas nominalus. Bet koks mažesnis sprendimas tik perkelta defektą iš vienos partijos į kitą.

Kaip rankena buvo sukonstruota žingsnis po žingsnio

Žingsnis 1 – strypas supjaustomas ir jungties galas suvirinamas įstrižai

Strypas supjaunamas į 400 mm ilgio gabalus su stačiais galais, o jungties galas supjaunamas 45 laipsnių kampu. Švarus įstrižasis pjūvis leidžia atlikti kitą žingsnį: dvi nesutampančios kraštines turi būti sujungtos virinant, o virinimo metu išsiskleidžiantis šilumos poveikis deformuoja detalę.

Žingsnis 2 – laikinai suvirinama tiesiamajame šablonе

Abu komponentai įdėti į šabloną, kuris laiko strypą tiesiu ir lizdą statmenai, kol atliekamas laikinasis virinimas. Laikinieji siūlės dedamos abiejose jungties pusėse ir leidžiama jiems atvėsti, kol detalė išimama iš šablono, kad geometrija būtų nustatyta dar prieš pradedant pagrindinį virinimą.

Žingsnis 3 – suvirinti subalansuota tvarka

Sujungimas virinamas paeiliui kaitant nuo vienos pusės prie kitos, o ne vienu tęstiniu judesiu aplink detalę. Subalansuota virinimo tvarka užtikrina maždaug simetrinį susitraukimą, todėl lizdo paviršius lieka statmenas, o strypas – tiesus. Virinama iki pilno prasiskverbimo į pjūvį, nes sujungimas, virintas tik matomojo paviršiaus pusėje, veikiamas apkrovos atsivertų.

Žingsnis 4 – atvėsti, tada patikrinti tiesumą ir statmenumą

Kol detalė šilta, jokio matavimo nevykdoma. Kiekvienas petys atvėsta iki kambario temperatūros, po to dedamas ant lygaus paviršiaus, kur tikrinamas strypo tiesumas ir lizdo paviršiaus statmenumas. Detalės, kurių tiesumas viršija 0,2 mm arba lizdo paviršiaus nuokrypis – 0,15 mm, šiame etape perdirbamos arba išmetamos, kol jos vis dar yra neapdorotos plieno detalės, todėl perdirbimas trunka minutę, o ne reikalauja visos detalės pakeitimo.

Žingsnis 5 – sušlifuoti siūles lygiai

Viršutinė siūlė iššlifuojama lygiai su gretimomis paviršiaus sritimis, jungties kampai suapvalinami, o visi iššokantys lašeliai pašalinami iš padengtų plotų. Šlifavimas – ne tik estetinis veiksmas: išsikišusi siūlė užstoja orą jos šaknies srityje, o danga, kuri turi dengti išsikišimą, būna plona kraštuose ir storesnė įdubimuose.

6 žingsnis – švelnus smėlio pūtimas (Sa 2,5)

Visa detalė apdorojama švelniuoju smėlio pūtimu (Sa 2,5). Tai pašalina gamybos metu susidariusią plėvelę, rūdį ir suvirinimo oksidą, taip pat atveria poras suvirinimo vietoje, kad galėtų veikti tolesnis procesas.

7 žingsnis – pirminis kaitinimas 180 °C temperatūroje 20 minučių trukme

Po švelniojo smėlio pūtimo detalės kaitinamos 180 °C temperatūroje 20 minučių, prieš taikant bet kokį miltelinį dengiamąjį sluoksnį. Kaitinimas ištraukia drėgmę ir lengvuosius angliavandenilius iš suvirinimo porų tuo metu, kai paviršius dar nėra padengtas, – tai pagrindinis veiksmas, pašalinantis burbuliukų susidarymo priežastį jų šaltinyje. Todėl kaitinimas turi būti atliekamas po švelniojo smėlio pūtimo, o ne prieš jį: švelnusis smėlio pūtimas vėl įneša drėgmės į paviršių ir atveria poras, kurias ankstesnis kaitinimas jau buvo išvalęs.

8 žingsnis – dengimas, kaitinimas 190 °C temperatūroje 15 minučių, antrasis dengimo etapas švaros vietoje

Miltelinis danga taikoma švelniai pilkai RAL 7035 spalvai 65–80 µm storio ir kaitinama 190 °C temperatūroje 15 minučių. Virinant švaros vietoje atliekamas antrasis dengimo etapas, kad dangos storis labiausiai porėtoje vietoje pasiektų viršutinę leistiną ribą, o ne liktų nominalus.

Galutinė inspekcija apima dangos storio matavimą, sukibimo tikrinimą pagal ISO 2409 standartą ir kruopščų kiekvienos švaros linijos tyrimą dėl mikropušelių ir burbuliukų. Patenkinamus rezultatus turintys gaminių dalys supakuojamos taip, kad dengtos paviršiaus dalys vežimo metu nesitrinėtų viena į kitą.

Ką parodė 600 vienetų serijos matavimai

Patikrinta	Techninės charakteristikos	Išlaikyta visose 600 rankenose
Tiesumas palei strypą	0,2 mm	Po atvėsinimo nė vienas gaminys nepasiekė ribos
Lizdo paviršiaus statmenumas	0,15 mm	Išlaikyta kiekvienoje rankenoje, matuojant ant kalibracinės plokštės
Virinimas pjautinėje jungtyje	Visiškas įsiskverbimas, paviršius lygus su žeme	Paviršius lygus su žeme, dengtuose elementuose matomos siūlės nėra
Švaros laipsnis po švelninimo	Sa 2.5	Patikrinta prieš kiekvieną partiją patenkančią į krosnį
Priešdžiovinimas	180 °C 20 minučių	Taikoma kiekvienam rankenai prieš dengimą
Filmo storis	65–80 µm	Juostos viduje, įskaitant antrąjį pravažiavimą per suvirinimą
Prisilipimo geba	Gt0 pagal ISO 2409	Pasiektas kryžminio brūkšnio bandymų metu suvirinimo vietoje
Druskos dūmų bandymas	480 valandos neutralioje aplinkoje, burbuliukų nebuvo	Suvirinimo vietoje burbuliukų nepranešta
Kiaurymės palei suvirinimą	Neleidžiama jokių	Galutinėje patikroje nerasta nė vieno

Šeši šimtai rankenų buvo pristatyti naudojant aukščiau aprašytą procesą. Užsakovas pranešė, kad rankenos tvirtai sėdėjo ant rėmų ir kad eksploatacijos metu suvirinimo vietose neatsirado dengimo defektų.

Trūkumas, kurį aptikome savo bandymo metu

Penkiasdešimties vienetų bandymas nepasibaigė dėl suvirinimo geometrijos. Jis nepasibaigė dėl sekos, o seka priklausė mums.

Devyni iš penkiasdešimties rankų išėjo iš džiovinimo krosnies su silpna mažų pūsliukų linija, tiksliai esančia viršutinėje suvirintos vietos vietoje. Dėl miltelių, plėvelės storio ar krosnies temperatūros problemų nebuvo. Detalių džiovinimą dujoms pašalinti atlikome prieš švitravimą, o ne po jo, remdamiesi tuo, kad džiovinimas yra suvirinimo operacija ir todėl turi būti atliekamas kartu su kitomis suvirinimo operacijomis. Švitravimas vėl pridėjo drėgmės į paviršių ir į poras, kurias tik kas buvome ištuštinę, o džiovinimas viską užbaigė.

Sprendimas buvo perkelti džiovinimą dujoms pašalinti po švitravimo ir laikyti švitravimo metu apdorotas dalis padengtose vietose, nuo gamyklos oro atskirtose, kol jos bus padengtos. Tarp bandymo ir serijinės gamybos defektų kategorija išnyko be jokių pakeitimų milteliams, plėvelės storiui ar džiovinimo ciklui.

Tai yra naudinga pamoka kiekvienam, kuris nustato šį procesą: suvirinimas ir dengimas – tai ne du nepriklausomi veiksmai, vykstantys toje pačioje gamykloje. Jie turi vieną bendrą kintamąjį – tai tai, kas lieka suvirinimo zonoje, kai dengiamoji plėvelė užsidaro virš jos.

Paruošimas suvirintam plienui dengti: keturių variantų palyginimas

PARUOŠIMAS	Ką pašalina	Skylučių rizika suvirinimo vietoje	Prisilipimo geba	Kur ji tinka
Išvalyti nuo tepalų, tada dengti	Tik tepalai ir rankomis perduodama purvina medžiaga	Didelė, o poros išlieka pilnos dujų ir drėgmės	Blogai veikia suvirinimo vietose, o dengiamoji plėvelė atsiskyla nuo suvirinimo linijos	Lygūs gaminiai be suvirinimo vietų dengiamojoje srityje
Švelniai šluostyti iki Sa 2.5 lygio, tada dengti	Rūdos skalė, rūdys, suvirintos medžiagos oksidai; atveria paviršiaus poras	Vidutinis iki aukšto, atviros poros vis dar laiko dujas	Geras ant sveiko metalo, plonas per porų struktūrą	Paprasti suvirinti detalės sausoje patalpoje
Švelnus švarinimas, dujų pašalinimo kepimas 180 °C temperatūroje, tada dengimas	Kaip aukščiau, taip pat drėgmė ir lengvieji angliavandeniliai pašalinami iš porų struktūros	Žemi	Geras, įskaitant suvirinimo liniją	Suvirintos detalės bet kurioje drėgnoje ar lauko aplinkoje, čia naudojama ši eilė
Švelnus švarinimas, fosfatavimas, dujų pašalinimo kepimas, tada dengimas	Kaip aukščiau, taip pat konversijos sluoksnis ant plieno	Žemi	Geriausias ir apsaugo pjūvio kraštus	Detalės, kurios patenka į druskos purškimo, kondensato ar kraštų susidėvėjimo zoną

Ketvirtasis variantas kainuoja daugiau už kiekvieną detalę ir yra teisingas atsakymas, kai rankena bus naudojama lauke arba plovimo zonoje. Vidiniams rėmams paprastai pakanka trečiojo varianto, o abu variantai priklauso nuo to, ar kepimo procesas vyksta tinkamoje technologinės grandinės vietoje.

DUK

Kodėl miltelinis danga burbuliuoja palei suvirintą siūlę?

Nes suvirinta siūlė yra vienintelė paviršiaus dalis, po kuria yra tuščių erdvių. Virinant susidaro porėtumas, kuriame yra oro, drėgmės ir lengvųjų angliavandenilių, o danga užsidaro virš jo dar prieš tai, kai viskas įšyla iki kietėjimo temperatūros. Danga suminkštėja dar prieš susikertant ryšiams, todėl išsiplečiantis dujoms ji prasiveržia ir palieka mažas skyles arba burbulus būtent palei suvirintą siūlę, o ne atsitiktinėse vietose.

Ar galima pašalinti suvirinimo deformaciją po dangos dėjimo?

Ne. Ištiesinant dengtą detalę plėvelė pažeidžiama būtent toje vietoje, kur į ją žiūrės klientas, o ištiesinimui naudojama šiluma pažeidžia tiek plėvelę, tiek klijavimą po ja. Iškraipymas pašalinamas prieš dengimą – suvirinant sukabintuvyje subalansuota tvarka ir patikrinant tiesumą bei statumą po to, kai detalė atvėsta iki kambario temperatūros.

Ar suvirinimai turi būti apdirbti prieš miltelinį dengimą?

Ne visada funkcionalumo požiūriu, tačiau matomoje jungtyje jie turėtų būti apdirbti. Neapdirbtas suvirinimo siūlės kraštas išsikiša ir laiko orą jo šaknyje, todėl danga turi ploną kraštą ir tuščią vietą, be to, tokia siūlė nurodo pirkėjui, kad jungtis palikta kaip buvo suvirinta. Šioje detalėje suvirinimai apdirbti lygiai, nes pjautinė jungtis skirta būti suvokta kaip vieninga paviršiaus tęstinumas po danga.

Kaip tikrinama dengimo sukibimas suvirintoje detalėje?

Iškirpkite kryžminį pjūvį per plėvelę į suvirintą siūlę ir šalia esančią plieno dalį, taikykite ISO 2409 standarto lipniają juostelę ir įvertinkite rezultatą. Tai daroma būtent ant suvirintosios siūlės, o ne ant lygaus metalo – tai visos procedūros tikslas: lygios vietos beveik bet kokiu paruošimu išlaikys bandymą, o sukibimo nesėkmė pirmiausia pasireiškia būtent virinimo siūlėje. Šiame užsakyme suvirintosios siūlės įvertinimas buvo Gt0.

Ką reikia nurodyti brėžinyje

Šešios eilutės brėžinyje pašalina daugumą ginčų:

1. Nurodykite tiesumo reikšmę viso strypo ilgio atžvilgiu su nuoroda į matavimo pradžios tašką (datumą), o ne kaip pastabą apie gerą darbo kokybę.

2. Nurodykite lizdo paviršiaus statumo reikšmę skaičiumi, naudodami tą patį matavimo pradžios tašką (datumą), kuris nurodytas tiesumo reikalavime.

3. Nurodykite, ar jungiamosios siūlės turi būti iššlifuotos iki lygaus paviršiaus, ir kur jos turi likti nepakeistos po suvirinimo.

4. Nurodykite švelninimo klasę (blast grade) ir nurodykite, ar prieš dengimą reikia atlikti dujų pašalinimo kepimą (degas bake).

5. Nurodykite spalvos nuorodą, dengiamojo sluoksnio storio intervalą ir priimtiną sukibimo klasę.

6. Nurodykite, ar lizdo vidinėje pusėje reikia tokio pat plonumo dangos kaip išorinėje pusėje, nes viso storio danga viduje keičia įstatomos detalės priderėjimą.

Suvirintas petys yra sąnarys, šiluminis apdorojimas ir danga, vienas ant kito uždėti, o kiekvienas sluoksnis gali panaikinti žemiau esantį. Nurodykite juos kaip vieną seką, ir detalė tampa įprasta: strypas, kuris lieka tiesus, lizdas, kuris tinkamai pasodinamas, ir danga, kuri ilgą laiką išlieka lygi virinant.