Kaarkeevitus

Kaarkeevitamine

Kaarkeevitus ehk kaarkeevitamine (inglise arc welding) on termiline protsess, mis võimaldab metalliosakestel üksteisele läheneda ja üksteisega liituda, nii et seejuures moodustub keevisliide.

Keevitamisel toimub metallis üheaegselt mitu protsessi:

• metalli sulamine,
• metallurgiaprotsessid sulamis,
• õmblusmetalli kristalliseerumine ja
• soojuse mõju keevisõmbluse lähiala metallile.

Keevitatavus

Keevitatavad metallid võivad oma keemilise koostise poolest olla kas ühesugused või erinevad. Kõik ühesugused metallid on omavahel keevitatavad. Erinevate metallide sulamisalas ei toimu alati keevitamiseks vajalikke füüsikalis-keemilisi protsesse, mistõttu sellised metallid ei tarvitse olla omavahel keevitamise teel ühendatavad.

 Pikemalt artiklis Keevitatavus

Kaarkeevituse eripärad

Kaarkeevitusel kasutatakse keevituskaart, mis on kaarlahendus. See tekib keevitamisel elektroodi otsa ja detaili vahel metalliaurude ning kaitsegaaside, elektroodikatte või räbusti koostisse kuuluvate ainete aurude ioniseeritud segus. Kaarlahendusega kaasneb suure soojushulga ja valguse eraldumine. Kaarlahenduse tekkeks peab elektroodide vaheline gaas olema ioniseeritud. Gaaside ionisatsiooni põhjustavad:

• kõrge temperatuur (termoionisatsioon),
• katood- ja anoodkiired, ultraviolett-, röntgen- ja radioaktiivne kiirgus (kiirgusionisatsioon)
• elektronide, ioonide või kiiresti liikuvate aatomite põrkumine gaasi aatomite või molekulidega (põrkeionisatsioon).

Ioniseeritud gaasis olevad vabad elektronid ja positiivsed ioonid muudavad gaasi elektrit juhtivaks, mistõttu tekib potentsiaalide vahe tõttu elektroodide vahel elektrikaar (elektrivälja olemasolul). Mistahes ionisatsiooni astme korral saabub dünaamiline tasakaal, mil igal hetkel lagunevate molekulide arv võrdub taastuvate molekulide arvuga (ioonide molisatsiooni elektroodide ja remolisatsiooni tulemusel).

Keevitamisel saadakse kaare süütamiseks vajalik algionisatsioon elektroodi kokkupuutel detailiga ning selle kiire eemaldamisega küllaldase kauguseni.

• elektroodi eemaldamisel detailist venivad sulanud mikrokonarused välja ja ahenevad,
• läbiva voolu tihedus suureneb ning katkemisel saavutab väärtuse, kus metalliosakesed aurustuvad
• kõrge temperatuuri tõttu tekib suur metalliaurude ioniseerimine ning elektroodide vahe muutub elektrit juhtivaks ja elektrikaar süttib ka üsna madala potentsiaalide vahe korral
• kuumenenud elektroodiotstes saavutavad elektronid nii suure kineetilise energia, et on võimelised katoodilt väljuma (elektronide termoemissioon)
• katoodilt väljunud elektronid põrkavad kokku kaarevahemikus olevate gaasi- ja auru molekulidega ning lõhustuvad need positiivseteks- ja negatiivseteks ioonideks ning elektronideks
• püsiva tugevusega elektrivälja olemasolul tekib nimetatud osakeste suunatud liikumine ning elektroonidevahel moodustub püsiv kaar.

Keevituskaare ja toiteallika elektrilised omadused

Kaare pinge võrdub tema põhipiirkondade pingelangude summaga:

$U_{k}=U_{k}at+U_{s}+U_{a}n=I_{k}$ ,

kus:

$U_{k}$-kaare pinge (V)

$U_{k}at$-pingelang katoodpiirkonnas,

$U_{s}$-pingelang kaare sambas (V),

$U_{a}n$-pingelang anoodpiirkonnas,

$I_{k}$-keevitusvool (A).

Päripolaarset keevitusvoolu tahistatakse Euroopas SPDS (straight polarity direct current).

Elekterkaarkeevituse vooluahel koosneb järgmistest osadest:

• vooluallikas (keevitustrafo, keevitusalaldi või keevitusgeneraator),
• keevituskaablid,
• elektroodihoidik,
• elektrood,
• keevituskaar,
• keevitatavad detailid,
• maandus- ehk tagasivoolukaabel.