Grundlæggende principper for svejsning

En svejsning kan defineres som en sammensmeltning af metaller fremstillet ved opvarmning til en passende temperatur med eller uden påføring af tryk og med eller uden brug af et fyldmateriale.

Ved fusionssvejsning genererer en varmekilde tilstrækkelig varme til at skabe og vedligeholde en smeltet metalpøl af den nødvendige størrelse. Varmen kan leveres af elektricitet eller af en gasflamme. Elektrisk modstandssvejsning kan betragtes som fusionssvejsning, fordi der dannes noget smeltet metal.

---

Fastfaseprocesser producerer svejsninger uden at smelte grundmaterialet og uden tilsætning af et fyldmetal. Der anvendes altid tryk, og generelt tilføres der noget varme. Friktionsvarme udvikles ved ultralyds- og friktionssammenføjning, og ovnopvarmning anvendes normalt til diffusionsbinding.

Den elektriske lysbue, der bruges til svejsning, er en højstrøms lavspændingsudladning generelt i området 10-2.000 ampere ved 10-50 volt. En buesøjle er kompleks, men består i store træk af en katode, der udsender elektroner, et gasplasma til strømledning og et anodeområde, der bliver forholdsvis varmere end katoden på grund af elektronbombardement. En jævnstrøm (DC) lysbue bruges normalt, men vekselstrøm (AC) lysbuer kan anvendes.

Det samlede energiforbrug i alle svejseprocesser overstiger det, der kræves for at fremstille en samling, fordi ikke al den genererede varme kan udnyttes effektivt. Effektiviteten varierer fra 60 til 90 procent, afhængigt af processen; nogle specielle processer afviger meget fra denne figur. Varme går tabt ved ledning gennem basismetallet og ved stråling til omgivelserne.

De fleste metaller, når de opvarmes, reagerer med atmosfæren eller andre nærliggende metaller. Disse reaktioner kan være yderst skadelige for en svejset samlings egenskaber. De fleste metaller oxiderer for eksempel hurtigt, når de smeltes. Et lag oxid kan forhindre korrekt binding af metallet. Smeltede metaldråber belagt med oxid bliver fanget i svejsningen og gør samlingen skør. Nogle værdifulde materialer tilsat for specifikke egenskaber reagerer så hurtigt ved eksponering for luften, at det aflejrede metal ikke har samme sammensætning, som det havde oprindeligt. Disse problemer har ført til brugen af ​​flusmidler og inerte atmosfærer.

Ved smeltesvejsning har flusmidlet en beskyttende rolle ved at lette en kontrolleret reaktion af metallet og derefter forhindre oxidation ved at danne et tæppe over det smeltede materiale. Fluxer kan være aktive og hjælpe i processen eller inaktive og blot beskytte overfladerne under sammenføjningen.

Inerte atmosfærer spiller en beskyttende rolle svarende til fluxens. Ved gasafskærmet metalbuesvejsning og gasafskærmet wolframbuesvejsning strømmer en inert gas - sædvanligvis argon - fra en ring, der omgiver brænderen i en kontinuerlig strøm, og forskyder luften rundt om buen. Gassen reagerer ikke kemisk med metallet, men beskytter det blot mod kontakt med ilten i luften.

Metalsammenføjningens metallurgi er vigtig for samlingens funktionelle evner. Buesvejsningen illustrerer alle de grundlæggende funktioner i en samling. Tre zoner er resultatet af passagen af ​​en svejsebue: (1) svejsemetallet eller smeltezonen, (2) den varmepåvirkede zone og (3) den upåvirkede zone. Svejsemetallet er den del af samlingen, der er blevet smeltet under svejsning. Den varmepåvirkede zone er et område, der støder op til svejsemetallet, som ikke er blevet svejset, men som har undergået en ændring i mikrostruktur eller mekaniske egenskaber på grund af svejsevarmen. Det upåvirkede materiale er det, der ikke blev opvarmet tilstrækkeligt til at ændre dets egenskaber.

Svejsemetalsammensætning og de forhold, hvorunder det fryser (størkner) påvirker i væsentlig grad samlingens evne til at opfylde servicekravene. Ved buesvejsning består svejsemetallet af fyldmateriale plus det uædle metall, der er smeltet. Efter at buen passerer, sker hurtig afkøling af svejsemetallet. En engangssvejsning har en støbt struktur med søjleformede korn, der strækker sig fra kanten af ​​den smeltede pool til midten af ​​svejsningen. I en flerpassvejsning kan denne støbte struktur modificeres afhængigt af det særlige metal, der svejses.

Grundmetallet, der støder op til svejsningen, eller den varmepåvirkede zone, udsættes for en række temperaturcyklusser, og dets ændring i struktur er direkte relateret til spidstemperaturen på ethvert givet tidspunkt, eksponeringstidspunktet og afkølingshastighederne. Typerne af uædle metal er for mange til at diskutere her, men de kan grupperes i tre klasser: (1) materialer upåvirket af svejsevarme, (2) materialer hærdet af strukturelle ændringer, (3) materialer hærdet af udfældningsprocesser.

Svejsning frembringer spændinger i materialer. Disse kræfter induceres ved sammentrækning af svejsemetallet og af ekspansion og derefter sammentrækning af den varmepåvirkede zone. Det uopvarmede metal lægger en begrænsning på ovenstående, og da sammentrækningen er fremherskende, kan svejsemetallet ikke trække sig frit sammen, og der opbygges en spænding i samlingen. Dette er generelt kendt som restspænding, og til nogle kritiske applikationer skal det fjernes ved varmebehandling af hele fabrikationen. Restbelastning er uundgåelig i alle svejsede konstruktioner, og hvis den ikke kontrolleres, vil der ske bøjning eller forvrængning af svejsningen. Kontrol udøves ved svejseteknik, jigs og armaturer, fremstillingsprocedurer og afsluttende varmebehandling.