Βασικές αρχές συγκόλλησης

Μια συγκόλληση μπορεί να οριστεί ως συσσωμάτωση μετάλλων που παράγονται με θέρμανση σε κατάλληλη θερμοκρασία με ή χωρίς την εφαρμογή πίεσης και με ή χωρίς τη χρήση υλικού πλήρωσης.

Στη συγκόλληση σύντηξης, μια πηγή θερμότητας δημιουργεί επαρκή θερμότητα για να δημιουργήσει και να διατηρήσει μια λιωμένη δεξαμενή μετάλλου του απαιτούμενου μεγέθους. Η θερμότητα μπορεί να παρέχεται με ηλεκτρική ενέργεια ή από φλόγα αερίου. Η συγκόλληση ηλεκτρικής αντίστασης μπορεί να θεωρηθεί συγκόλληση σύντηξης επειδή σχηματίζεται κάποια τετηγμένο μέταλλο.

Οι διεργασίες στερεάς φάσης παράγουν συγκολλήσεις χωρίς να λιώσουν το βασικό υλικό και χωρίς την προσθήκη μεταλλικού πλήρωσης. Η πίεση χρησιμοποιείται πάντα και γενικά παρέχεται κάποια θερμότητα. Η θερμότητα τριβής αναπτύσσεται σε υπερηχητική και τριβή, ενώ η θέρμανση του κλιβάνου χρησιμοποιείται συνήθως στη σύνδεση διάχυσης.

Το ηλεκτρικό τόξο που χρησιμοποιείται στη συγκόλληση είναι μια εκφόρτιση υψηλού ρεύματος, χαμηλής τάσης γενικά στην περιοχή 10-2.000 αμπέρ σε 10-50 βολτ. Μια στήλη τόξου είναι πολύπλοκη, αλλά, σε γενικές γραμμές, αποτελείται από μια κάθοδο που εκπέμπει ηλεκτρόνια, ένα πλάσμα αερίου για την τρέχουσα αγωγιμότητα και μια περιοχή ανόδου που γίνεται συγκριτικά θερμότερη από την κάθοδο λόγω βομβαρδισμού ηλεκτρονίων. Χρησιμοποιείται συνήθως ένα τόξο άμεσου ρεύματος (DC), αλλά μπορούν να χρησιμοποιηθούν εναλλασσόμενα ρεύματα (AC) ARCs.

Η συνολική εισροή ενέργειας σε όλες τις διαδικασίες συγκόλλησης υπερβαίνει εκείνη που απαιτείται για την παραγωγή μιας άρθρωσης, επειδή δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά όλη η θερμότητα που παράγεται. Οι αποτελεσματικότητες κυμαίνονται από 60 έως 90 %, ανάλογα με τη διαδικασία. Ορισμένες ειδικές διαδικασίες αποκλίνουν ευρέως από αυτό το σχήμα. Η θερμότητα χάνεται με αγωγιμότητα μέσω του βασικού μετάλλου και από την ακτινοβολία στο περιβάλλον.

Τα περισσότερα μέταλλα, όταν θερμαίνονται, αντιδρούν με την ατμόσφαιρα ή άλλα κοντινά μέταλλα. Αυτές οι αντιδράσεις μπορεί να είναι εξαιρετικά επιζήμιες για τις ιδιότητες μιας συγκολλημένης άρθρωσης. Τα περισσότερα μέταλλα, για παράδειγμα, ταχέως οξειδώνονται όταν λιωθούν. Ένα στρώμα οξειδίου μπορεί να αποτρέψει τη σωστή συγκόλληση του μετάλλου. Τα σταγονίδια τετηγμένης μετάλλων επικαλυμμένα με οξείδιο παγιδεύονται στη συγκόλληση και κάνουν την άρθρωση εύθραυστη. Ορισμένα πολύτιμα υλικά που προστίθενται για συγκεκριμένες ιδιότητες αντιδρούν τόσο γρήγορα στην έκθεση στον αέρα ότι το εναποθέριο μετάλλου δεν έχει την ίδια σύνθεση όπως είχε αρχικά. Αυτά τα προβλήματα οδήγησαν στη χρήση ροών και αδρανείς ατμόσφαιρες.

Στη συγκόλληση σύντηξης, η ροή έχει προστατευτικό ρόλο στη διευκόλυνση μιας ελεγχόμενης αντίδρασης του μετάλλου και στη συνέχεια στην πρόληψη της οξείδωσης σχηματίζοντας μια κουβέρτα πάνω από το τετηγμένο υλικό. Οι ροές μπορούν να είναι ενεργές και να βοηθήσουν στη διαδικασία ή ανενεργή και απλά να προστατεύσουν τις επιφάνειες κατά τη διάρκεια της σύνδεσης.

Οι αδρανείς ατμόσφαιρες διαδραματίζουν προστατευτικό ρόλο παρόμοιο με αυτόν των ροών. Σε αέριο-θωρακισμένο μεταλλικό-τόξο και αέριο θωρακισμένο βολφραμίου-ARC συγκόλληση ενός αδρανούς αερίου-συνήθως αργού-απομακρύνεται από ένα δακτύλιο που περιβάλλει τη φλόγα σε ένα συνεχές ρεύμα, μετατοπίζοντας τον αέρα από γύρω από το τόξο. Το αέριο δεν αντιδρά χημικά με το μέταλλο, αλλά απλώς το προστατεύει από την επαφή με το οξυγόνο στον αέρα.

Η μεταλλουργία της ένωσης μετάλλων είναι σημαντική για τις λειτουργικές δυνατότητες της άρθρωσης. Η συγκόλληση τόξου απεικονίζει όλα τα βασικά χαρακτηριστικά μιας άρθρωσης. Τρεις ζώνες προκύπτουν από τη διέλευση ενός τόξου συγκόλλησης: (1) της ζώνης συγκόλλησης ή της ζώνης σύντηξης, (2) της ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα και (3) της ανεπηρέαστης ζώνης. Το μέταλλο συγκόλλησης είναι αυτό το τμήμα της άρθρωσης που έχει λειώσει κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης. Η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα είναι μια περιοχή δίπλα στο μέταλλο συγκόλλησης που δεν έχει συγκολληθεί αλλά έχει υποστεί αλλαγή στη μικροδομή ή τις μηχανικές ιδιότητες λόγω της θερμότητας της συγκόλλησης. Το ανεπιθύμητο υλικό είναι αυτό που δεν θερμαίνεται επαρκώς για να αλλάξει τις ιδιότητές του.

Η σύνθεση της συγκόλλησης και οι συνθήκες υπό τις οποίες παγώνει (στερεοποιεί) επηρεάζουν σημαντικά την ικανότητα της άρθρωσης να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις εξυπηρέτησης. Στη συγκόλληση τόξου, το μέταλλο συγκόλλησης περιλαμβάνει υλικό πλήρωσης συν το βασικό μέταλλο που έχει λειώσει. Αφού περάσει το τόξο, συμβαίνει ταχεία ψύξη του μέταλλο συγκόλλησης. Μια συγκόλληση μιας διέλευσης έχει μια χυτοσίδηρο με στήλους κόκκους που εκτείνονται από την άκρη της λιωμένης πισίνας στο κέντρο της συγκόλλησης. Σε μια συγκόλληση πολυμορφίας, αυτή η δομή χυτοσίδηρος μπορεί να τροποποιηθεί, ανάλογα με το συγκεκριμένο μέταλλο που συγκολλείται.

Το βασικό μέταλλο δίπλα στη συγκόλληση ή η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα, υπόκειται σε ένα εύρος κύκλων θερμοκρασίας και η μεταβολή της δομής σχετίζεται άμεσα με τη θερμοκρασία αιχμής σε οποιοδήποτε δεδομένο σημείο, τον χρόνο έκθεσης και τους ρυθμούς ψύξης. Οι τύποι βασικού μετάλλου είναι υπερβολικά πολυάριθμοι για να συζητήσουν εδώ, αλλά μπορούν να ομαδοποιηθούν σε τρεις κατηγορίες: (1) τα υλικά που δεν επηρεάζονται από τη συγκόλληση θερμότητας, (2) τα υλικά που έχουν σκληρυνθεί από τη δομική αλλαγή, (3) τα υλικά που σκληρύνονται από τις διεργασίες βροχόπτωσης.

Η συγκόλληση παράγει άγχος στα υλικά. Αυτές οι δυνάμεις προκαλούνται από τη συστολή του μέταλλο συγκόλλησης και από την επέκταση και στη συνέχεια τη συστολή της ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα. Το μη θερμαινόμενο μέταλλο επιβάλλει συγκράτηση στα παραπάνω και, όπως κυριαρχεί η συστολή, το μέταλλο συγκόλλησης δεν μπορεί να συρρικνωθεί ελεύθερα και το άγχος είναι κατασκευασμένο στην άρθρωση. Αυτό είναι γενικά γνωστό ως υπολειμματικό στρες και για ορισμένες κρίσιμες εφαρμογές πρέπει να αφαιρεθούν με θερμική επεξεργασία ολόκληρης της κατασκευής. Η υπολειμματική τάση είναι αναπόφευκτη σε όλες τις συγκολλημένες δομές και αν δεν ελέγχεται η κλίση ή η παραμόρφωση της συγκόλλησης. Ο έλεγχος ασκείται με τεχνική συγκόλλησης, jigs και φωτιστικά, διαδικασίες κατασκευής και τελική θερμική επεξεργασία.