Základní principy svařování

Svar lze definovat jako koalescence kovů produkovaných zahříváním na vhodnou teplotu s aplikací tlaku nebo bez ní a s použitím plnicího materiálu nebo bez ní.

Při svařování fúze vytváří zdroj tepla dostatečné teplo pro vytvoření a udržování roztaveného kovu požadované velikosti. Teplo může být dodáváno elektřinou nebo plamenem plynu. Svařování elektrického odporu lze považovat za fúzní svařování, protože se vytvoří nějaký roztavený kov.

Procesy v pevné fázi produkují svary bez tání základního materiálu a bez přidání plnicího kovu. Tlak se vždy používá a obecně je poskytováno určité teplo. Třecí teplo se vyvíjí při spojování ultrazvuku a tření a vytápění pece se obvykle používá při difúzních vazbách.

Elektrický oblouk používaný při svařování je vysokohorubní, nízkonapěťový výboj obecně v rozmezí 10–2 000 ampérů při 10–50 voltech. Sloupec oblouku je složitý, ale obecně řečeno, sestává z katody, která vydává elektrony, plynovou plazmu pro proudové vedení a anodové oblasti, která se stává poměrně teplejší než katoda v důsledku bombardování elektronů. Obvykle se používá přímý proudový (DC) oblouk, ale lze použít střídavý proudový (AC) oblouky.

Celkový vstup energie ve všech svařovacích procesech přesahuje ten, který je nutný k výrobě kloubu, protože ne veškeré generované teplo lze účinně využít. Účinnost se liší od 60 do 90 procent v závislosti na procesu; Některé speciální procesy se od tohoto obrázku velmi liší. Teplo je ztraceno vedením základním kovem a zářením do okolí.

Většina kovů, když se zahřívá, reaguje s atmosférou nebo jinými blízkými kovy. Tyto reakce mohou být velmi škodlivé pro vlastnosti svařovaného kloubu. Většina kovů například rychle oxiduje, když se roztaví. Vrstva oxidu může zabránit správnému spojení kovu. Kapičky roztavených kovů potažené oxidem jsou zachyceny ve svaru a učiní kloub křehké. Některé cenné materiály přidané pro specifické vlastnosti reagují tak rychle na vystavení vzduchu, že uložený kov nemá stejné složení jako původně. Tyto problémy vedly k použití toků a inertních atmosféry.

Při fúzi má tok ochrannou roli při usnadňování kontrolované reakce kovu a poté zabránění oxidaci vytvořením přikrývky přes roztavený materiál. Fluxy mohou být aktivní a pomoci při procesu nebo neaktivní a jednoduše chránit povrchy během spojení.

Inertní atmosféry hrají ochrannou roli podobnou roli toku. V kovovém oblouku na plynu a na wolframové oblouk s plynem svařování inertního plynu-obvykle argonu-potoku z prstence obklopujícího pochodně v nepřetržitém proudu, vytlačující vzduch z kolem oblouku. Plyn chemicky nereaguje s kovem, ale jednoduše jej chrání před kontaktem s kyslíkem ve vzduchu.

Metalurgie spojení kovu je důležitá pro funkční schopnosti kloubu. Svar oblouku ilustruje všechny základní rysy kloubu. Tři zóny jsou výsledkem průchodu oblouku svařování: (1) svařovací kov nebo fúzní zóna, (2) zóna postižená teplem a (3) neovlivněná zóna. Svařový kov je ta část kloubu, která byla roztavena během svařování. Zóna postižená teplem je oblast sousedící s svařovacím kovem, který nebyl svařován, ale prošel změnou mikrostruktury nebo mechanických vlastností v důsledku tepla svařování. Neovlivněný materiál je materiál, který nebyl dostatečně zahříván, aby změnil jeho vlastnosti.

Složení svaru a kov a podmínky, za kterých zamrzne (ztuhne), významně ovlivňují schopnost kloubu splňovat požadavky na služby. Ve svařování oblouku obsahuje svarový kov plnicí materiál plus základní kov, který se roztavil. Po průchodu oblouku dochází k rychlému chlazení svarového kovu. Jednopásmový svar má strukturu odlitku se sloupcovými zrny sahajícími od okraje roztaveného bazénu ke středu svaru. V multipass svaru může být tato struktura odlitků modifikována v závislosti na konkrétním svařovaném kovu.

Základní kov sousedící s svarem nebo zónou postiženou teplem je vystaven rozsahu teplotních cyklů a jeho změna struktury přímo souvisí s vrcholnou teplotou v jakémkoli daném bodě, časem expozice a rychlostí chlazení. Typy základního kovu jsou příliš početné, aby zde diskutovaly, ale mohou být seskupeny do tří tříd: (1) materiály, které nejsou ovlivněny svařovacím teplem, (2) materiály ztužené strukturální změnou, (3) materiály ztužené procesy srážení.

Svařování vytváří napětí v materiálech. Tyto síly jsou indukovány kontrakcí svarového kovu a expanzí a poté kontrakcí zóny postižené teplem. Nevyhýbaný kov ukládá omezení výše uvedeného a jak převládá kontrakce, svařový kov nemůže volně kontralovat a v kloubu je vytvořen stres. Toto je obecně známé jako zbytkové napětí a pro některé kritické aplikace musí být odstraněny tepelným zpracováním celé výroby. Zbytkové napětí je nevyhnutelné ve všech svařovaných strukturách, a pokud není kontrolované uklonění nebo zkreslení svařování, dojde. Kontrola je prováděna technikou svařování, přípravků a příslušenství, výrobními postupy a konečným tepelným zpracováním.