טיפים לריתוך: מבנה ריתוך לקוי? מה הסיבה?

בנוסף לגורמי התהליך, גורמי תהליך ריתוך אחרים, כגון גודל החריץ וגודל הרווח, זווית הנטייה של האלקטרודה וחומר העבודה, ומיקום המרחבי של החיבור, יכולים גם הם להשפיע על מבנה הריתוך וגודל הריתוך.

 

השפעת זרם הריתוך על היווצרות הריתוך

 

בתנאים מסוימים, ככל שזרם ריתוך הקשת עולה, עומק החדירה והחיזוק של תפר הריתוך גדלים, ורוחב הריתוך גדל מעט. הסיבות לכך הן כדלקמן:

1) ככל שזרם הריתוך של ריתוך קשת עולה, כוח הקשת הפועל על החומר הריתוך עולה, קלט החום של הקשת לחומרי הריתוך עולה, ומיקום מקור החום נע כלפי מטה, מה שתורם להולכת חום בכיוון העומק של בריכת המותך ומגדיל את עומק החדירה. עומק החדירה פרופורציונלי בקירוב לזרם הריתוך. עומק חדירת הריתוך H שווה בקירוב ל-Km × I. בנוסחה, Km הוא מקדם החדירה (מספר המילימטרים שבהם עומק חדירת הריתוך עולה כאשר זרם הריתוך גדל ב-100A), הקשור לשיטת ריתוך הקשת, קוטר החוט, סוג הזרם וכו' כפי שמוצג בטבלה 1-1.

שיטות ריתוך קשת	קוטר אלקטרודה/מ"מ	זרם ריתוך/A	מתח/וולט	מהירות ריתוך/mh-1	מקדם חדירה/מ"מ m-100A-1
ריתוך קשת טונגסטן ארגון	3.2	100~350	10~16	6~18	0.8~1.8
ריתוך קשת פלזמה	צמצם זרבובית 1.6	50~100	20~26	10~60	1.2~2
	צמצם זרבובית 3.4	220~300	28~36	18~30	1.5~2.4
ריתוך קשת שקוע	2	200~700	32~40	15~100	1.0~1.7
	5	450~1200	34~44	30~60	0.7~1.3
ריתוך קשת ארגון עם אלקטרודה היתוך	1.2~2.4	210~550	24~42	40~120	1.5~1.8
ריתוך CO2	0.8~1.6	70~300	16~23	30~150	0.8~1.2
	2~4	500~900	35~45	40~80

טבלה 1-1 מקדם עומק התכה Km עבור שיטות ופרמטרים שונים של ריתוך קשת (ריתוך פלדה)

 

2) מהירות ההיתוך של ליבת הריתוך או חוט הריתוך בריתוך קשת היא פרופורציונלית לזרם הריתוך. מכיוון שהעלייה בזרם הריתוך בריתוך קשת מובילה לעלייה במהירות ההיתוך של חוט הריתוך, כמות חוט הריתוך המותך עולה בקירוב באופן פרופורציונלי, בעוד שרוחב הריתוך גדל פחות, כך שחיזוק הריתוך גדל.

 

3) לאחר שזרם הריתוך עולה, קוטר עמוד הקשת עולה. עם זאת, העומק שבו הקשת חודרת לחומר העבודה עולה, וטווח התנועה של נקודת הקשת מוגבל. לכן, העלייה ברוחב הריתוך קטנה יחסית.

 

בריתוך גז אינרטי של מתכת המוגנת בגז (MIG), כאשר זרם הריתוך עולה, עומק חדירת הריתוך עולה. אם זרם הריתוך גדול מדי וצפיפות הזרם גבוהה מדי, חדירה דמוית אצבע נוטה להתרחש, במיוחד בריתוך אלומיניום.

 

השפעת מתח קשת על היווצרות ריתוך

 

בתנאים מסוימים, כאשר מתח הקשת עולה, עוצמת הקשת עולה, וגם כניסת החום לריתוך עולה. עם זאת, העלייה במתח הקשת מושגת על ידי הגדלת אורך הקשת. העלייה באורך הקשת מובילה לעלייה ברדיוס מקור חום הקשת ולעלייה בפיזור חום הקשת. כתוצאה מכך, צפיפות האנרגיה המוכנסת לריתוך פוחתת, כך שעומק החדירה פוחת מעט בעוד שרוחב חרוז הריתוך גדל. יחד עם זאת, מכיוון שזרם הריתוך נשאר ללא שינוי וכמות ההיתוך של חוט הריתוך לא משתנה, חיזוק חרוז הריתוך פוחת.

 

עבור שיטות ריתוך קשת שונות, כדי להשיג מבנה ריתוך תקין, כלומר, לשמור על מקדם יצירת ריתוך φ מתאים. תוך כדי הגברת זרם הריתוך, יש להגדיל את מתח הקשת בצורה מתאימה. נדרש שמתח הקשת וזרם הריתוך יהיו בעלי יחס התאמה מתאים. זה נפוץ ביותר בריתוך קשת אלקטרודות מתכלות.

 

השפעת מהירות הריתוך על היווצרות הריתוך

 

בתנאים מסוימים, הגברת מהירות הריתוך תוביל להפחתה בכניסת חום הריתוך, ובכך תפחית הן את רוחב חרוז הריתוך והן את החדירה. מכיוון שכמות מתכת התיל המופקדת ליחידת אורך של ריתוך היא ביחס הפוך למהירות הריתוך, היא מובילה גם להפחתה בחיזוק חרוז הריתוך.

מהירות ריתוך היא מדד חשוב להערכת תפוקת הריתוך. כדי לשפר את תפוקת הריתוך, יש להגדיל את מהירות הריתוך. עם זאת, כדי להבטיח את גודל הריתוך הנדרש בתכנון מבני, תוך כדי הגדלת מהירות הריתוך, יש להגדיל בהתאם את זרם הריתוך ואת מתח הקשת. שלושת הגדלים הללו קשורים זה בזה. יחד עם זאת, יש לקחת בחשבון שכאשר מגדילים את זרם הריתוך, מתח הקשת ומהירות הריתוך (כלומר, באמצעות ריתוך בקשת ריתוך בהספק גבוה ובמהירות ריתוך גבוהה), פגמים בריתוך כגון חתך וסדקים עלולים להתרחש במהלך היווצרות בריכת המותך ותהליך ההתמצקות של בריכת המותך. לכן, העלייה במהירות הריתוך מוגבלת.

 

השפעת סוג זרם הריתוך, קוטביותו וגודל האלקטרודה על היווצרות הריתוך

 

1. סוגי וקוטביות של זרם ריתוך

 

סוגי זרם הריתוך מחולקים לזרם ישר וזרם חילופין. ביניהם, ריתוך קשת בזרם ישר מחולק עוד לזרם ישר קבוע וזרם ישר בפעימה לפי האם יש פעימה בזרם; הוא מחולק לזרם ישר חיובי (החומר הריתוך מחובר לחיובי) וחיבור זרם ישר הפוך (החומר הריתוך מחובר לשלילי) לפי הקוטביות. ריתוך קשת בזרם חילופין מחולק עוד לזרם חילופין גל סינוס וזרם חילופין גל מרובע לפי צורות גל שונות של הזרם. סוג וקוטביות זרם הריתוך יכולים להשפיע על כמות החום המוכנסת מהקשת לחומר הריתוך, כך שהם יכולים להשפיע על היווצרות הריתוך. יחד עם זאת, הם יכולים להשפיע גם על תהליך העברת הטיפות ועל הסרת שכבת התחמוצת מפני השטח של מתכת הבסיס.

 

כאשר משתמשים בריתוך קשת גז אינרטי בטונגסטן לריתוך חומרי מתכת כגון פלדה וטיטניום, חדירת הריתוך היא העמוקה ביותר כאשר מחובר זרם ישר בכיוון החיובי, החדירה היא הרדודה ביותר כאשר מחובר זרם ישר בכיוון ההפוך, וזרם חילופין הוא בין השניים. מכיוון שחדירת הריתוך היא העמוקה ביותר כאשר מחובר זרם ישר בכיוון החיובי ואלקטרודת הטונגסטן בעלת אובדן השריפה הנמוך ביותר, יש להשתמש בחיבור חיובי של זרם ישר כאשר משתמשים בריתוך קשת גז אינרטי בטונגסטן לריתוך חומרי מתכת כגון פלדה וטיטניום. כאשר משתמשים בריתוך זרם ישר בפעימות בריתוך קשת גז אינרטי בטונגסטן, מכיוון שניתן לכוונן את פרמטרי הפעימה, ניתן לשלוט בגודל יצירת הריתוך לפי הצורך. כאשר משתמשים בריתוך קשת גז אינרטי בטונגסטן לריתוך אלומיניום, מגנזיום וסגסוגותיהם, יש צורך להשתמש באפקט ניקוי הקתודה של הקשת כדי לנקות את סרט התחמוצת על פני מתכת הבסיס. זרם חילופין טוב יותר. מכיוון שניתן לכוונן את פרמטרי צורת הגל של זרם חילופין מרובע, אפקט הריתוך טוב יותר.

 

בריתוך קשת מתכת בגז, כאשר הזרם הישר מחובר הפוך, חדירת הריתוך ורוחב הריתוך גדולים יותר מאלה שבחיבור חיובי בזרם ישר. החדירה והרוחב בריתוך זרם חילופין נמצאים בין השניים. לכן, בריתוך קשת שקוע, חיבור הפוך בזרם ישר משמש בדרך כלל כדי להשיג חדירה גדולה יותר; בעוד שבריתוך משטחי קשת שקוע, חיבור חיובי בזרם ישר משמש כדי להפחית חדירה. בריתוך קשת מתכת בגז עם גז מגן, מכיוון שלחיבור זרם ישר הפוך לא רק יש עומק חדירה גדול, אלא שגם קשת הריתוך ותהליך העברת הטיפות יציבים יותר מאלה שבחיבור חיובי בזרם ישר ובזרם חילופין, ויש לו אפקט ניקוי קתודה, הוא נמצא בשימוש נרחב. חיבור חיובי בזרם ישר ובזרם חילופין בדרך כלל אינם בשימוש.

 

2. השפעת צורת קצה אלקטרודת הטונגסטן, קוטר חוט הריתוך ואורך ההארכה

 

לזווית ולצורה של הקצה הקדמי של אלקטרודת הטון והגסטן יש השפעה גדולה יותר על ריכוז הקשת ולחץ הקשת. יש לבחור אותם בהתאם לזרם הריתוך ועובי חומר העבודה. באופן כללי, ככל שהקשת מרוכזת יותר ולחץ הקשת גדול יותר, כך עומק החדירה שנוצר גדול יותר, בעוד שרוחב הריתוך יורד בהתאם.

 

בריתוך קשת מתכת בגז, כאשר זרם הריתוך קבוע, ככל שחוט הריתוך דק יותר, כך חימום הקשת מרוכז יותר, עומק החדירה גדל ורוחב הריתוך קטן. עם זאת, בבחירת קוטר חוט הריתוך בפרויקטים של ריתוך בפועל, יש לקחת בחשבון גם את גודל הזרם ואת מורפולוגיית בריכת הריתוך כדי למנוע היווצרות ריתוך לקויה.

 

כאשר אורך הארכת החוט בריתוך קשת מתכת בגז גדל, חום ההתנגדות שנוצר על ידי זרם הריתוך העובר דרך החלק המורחב של החוט גדל, מה שגורם למהירות התכת החוט לעלות. לכן, חיזוק הריתוך גדל, בעוד שעומק החדירה יורד במידה מסוימת. בשל ההתנגדות הגדולה יחסית של חוטי ריתוך פלדה, השפעת אורך הארכת החוט על היווצרות הריתוך ברורה יחסית בריתוך עם חוטי פלדה וחוטים דקים. ההתנגדות של חוטי ריתוך אלומיניום קטנה יחסית, ולכן השפעתה אינה משמעותית. למרות שהגדלת אורך הארכת החוט יכולה לשפר את מקדם התכת החוט, בהתחשב באופן מקיף בהיבטים של יציבות התכת החוט ויצירת הריתוך, קיים טווח שינויים מותר עבור אורך הארכת החוט.

 

השפעת גורמי תהליך אחרים על גורמי היווצרות ריתוך

 

בנוסף לגורמי התהליך הנ"ל, גורמי תהליך ריתוך אחרים, כגון גודל החריץ וגודל הרווח, זווית הנטייה של האלקטרודה וחומר העבודה, ומיקום המרחבי של החיבור, יכולים גם הם להשפיע על יצירת הריתוך וגודל הריתוך.

 

1. חריץ ופער

 

בעת ריתוך חיבורי קת באמצעות ריתוך קשת חשמלי, בדרך כלל קובעים האם לשמור פער, גודל הפער וצורת החריץ שנפתח בהתאם לעובי לוח הריתוך. בתנאים אחרים מסוימים, ככל שגודל החריץ או הפער גדול יותר, כך חיזוק הריתוך המרותך קטן יותר, מה ששווה ערך לירידה במיקום הריתוך. בשלב זה, יחס ההיתוך יורד. לכן, ניתן להשתמש בהשארת פער או פתיחת חריץ כדי לשלוט בגודל החיזוק ולהתאים את יחס ההיתוך. בהשוואה להשארת פער ואי השארת פער ופתיחת חריץ, תנאי פיזור החום של השניים שונים במקצת. באופן כללי, תנאי ההתגבשות של פתיחת חריץ נוחים יותר.

 

2. נטיית האלקטרודה (חוט הריתוך)

 

במהלך ריתוך קשת, בהתאם לקשר בין כיוון נטיית האלקטרודה לכיוון הריתוך, הוא מחולק לשני סוגים: נטייה קדימה של האלקטרודה ונטייה אחורה של האלקטרודה. כאשר חוט הריתוך נוטה, גם ציר הקשת נוטה בהתאם. כאשר חוט הריתוך נוטה קדימה, השפעת כוח הקשת על פריקת המתכת המותכת אחורה נחלשת. שכבת המתכת הנוזלית בתחתית הבריכה המותכת הופכת עבה יותר, עומק החדירה מצטמצם, העומק שבו הקשת חודרת את הריתוך מצטמצם, טווח התנועה של נקודת הקשת מורחב, רוחב הריתוך גדל והחיזוק מצטמצם. ככל שזווית הנטייה קדימה α של חוט הריתוך קטנה יותר, כך השפעה זו בולטת יותר. כאשר חוט הריתוך נוטה אחורה, המצב הפוך. בריתוך קשת מתכת מוגנת, שיטת הנטייה האחורית של האלקטרודה מאומצת לרוב, וזווית נטייה α בין 65° ל-80° מתאימה יחסית.

 

3. נטיית חתיכת הריתוך

 

נטיית ריתוך נתקלת לעתים קרובות בייצור בפועל וניתן לחלקה לריתוך במעלה ההר ולריתוך במורד ההר. בשלב זה, תחת פעולת כוח המשיכה, מתכת הבריכה המותכת נוטה לזרום כלפי מטה לאורך השיפוע. בריתוך במעלה ההר, כוח המשיכה מסייע לפרוק את מתכת הבריכה המותכת לזנב הבריכה המותכת, כך שהחדירה עמוקה, רוחב הריתוך צר והחיזוק גבוה. כאשר זווית העלייה α היא 6° עד 12°, החיזוק גדול מדי, ונוצרים בקלות חריצים משני הצדדים. בריתוך במורד ההר, השפעה זו מונעת ממתכת הבריכה המותכת להיפלט לזנב הבריכה המותכת. הקשת אינה יכולה לחמם לעומק את המתכת בתחתית הבריכה המותכת, החדירה מצטמצמת, טווח התנועה של נקודת הקשת מורחב, רוחב הריתוך גדל והחיזוק מצטמצם. אם זווית הנטייה של הריתוך גדולה מדי, היא תוביל לחדירה לא מספקת ולגלישה של מתכת נוזלית מהבריכה המותכת.

 

4. חומר ריתוך ועובי

 

חדירת ריתוך קשורה לזרם הריתוך וגם למוליכות התרמית ולקיבול החום הנפחי של החומר. ככל שמוליכות התרמית של החומר טובה יותר וקיבול החום הנפחי גדול יותר, כך נדרש יותר חום כדי להמיס יחידת נפח של מתכת ולהעלות את הטמפרטורה באותו סכום. לכן, בתנאים אחרים מסוימים כמו זרם ריתוך, עומק החדירה ורוחב הריתוך יפחתו. ככל שצפיפות החומר או צמיגות הנוזל גדולה יותר, כך קשה יותר לקשת לדחוק את המתכת המותכת הנוזלית, וחדירת הריתוך רדודה יותר. עובי החלק המרותך משפיע על הולכת החום בתוך החלק המרותך. כאשר תנאים אחרים זהים, ככל שעובי החלק המרותך עולה, פיזור החום עולה, וגם רוחב הריתוך וגם עומק החדירה יורדים.

 

5. שטף, ציפוי אלקטרודה וגז מגן

 

ההרכבים השונים של שטפים או ציפויי אלקטרודות מובילים לירידות מתח שונות באזורי האלקטרודה של הקשת ולגרדיאנטים פוטנציאליים שונים של עמוד הקשת, אשר ישפיעו באופן בלתי נמנע על היווצרות הריתוך. כאשר לשטף יש צפיפות נמוכה, גודל חלקיקים גדול או גובה ערימה קטן, הלחץ סביב הקשת נמוך, עמוד הקשת מתרחב, ולנקודת הקשת יש טווח תנועה גדול. לכן, החדירה קטנה, רוחב הריתוך גדול והחיזוק קטן. כאשר משתמשים בריתוך קשת בעוצמה גבוהה לריתוך חומרי עבודה עבים, שימוש בשטף דמוי ספוג יכול להפחית את לחץ הקשת, להקטין את החדירה ולהגדיל את רוחב הריתוך. בנוסף, סיגי הריתוך צריכים להיות בעלי צמיגות וטמפרטורת התכה מתאימות. אם הצמיגות גבוהה מדי או שטמפרטורת ההיתוך גבוהה יחסית, הסיגים יהיו בעלי אוורור לקוי, וקל ליצור שקעים רבים על פני הריתוך, וכתוצאה מכך היווצרות פני ריתוך גרועה.

 

הרכב גזי המגן לריתוך בקשת (כגון Ar, He, N2, CO2) שונה, וגם התכונות הפיזיקליות שלהם, כגון מוליכות תרמית, שונות. זה גורם לכך שמפל המתח באזור הקוטבי של הקשת, מפל הפוטנציאל של עמוד הקשת, חתך הרוחב המוליך של עמוד הקשת, כוח זרימת הפלזמה ופיזור שטף החום הסגולי שונים. כל הגורמים הללו משפיעים על היווצרות תפרי הריתוך.

 

בקיצור, ישנם גורמים רבים המשפיעים על יצירת הריתוך. כדי להשיג יצירת ריתוך טובה, יש צורך לבחור שיטות ריתוך ותנאי ריתוך מתאימים לריתוך בהתאם לחומר ולעובי החלק המרותך, למיקום המרחבי של הריתוך, לצורת החיבור, לתנאי העבודה, לדרישות ביצועי החיבור ולגודל הריתוך. יחד עם זאת, הדבר החשוב ביותר הוא גישתו של הרתך לריתוך! אחרת, יצירת הריתוך וביצועיה עלולים לא לעמוד בדרישות, ואף עלולים להופיע פגמי ריתוך שונים.