Βασικές αρχές συγκόλλησης

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

Στη συγκόλληση με σύντηξη μια πηγή θερμότητας παράγει αρκετή θερμότητα για τη δημιουργία και τη διατήρηση μιας λιωμένης δεξαμενής μετάλλου του απαιτούμενου μεγέθους. Η θερμότητα μπορεί να παρέχεται με ηλεκτρισμό ή από φλόγα αερίου. Η συγκόλληση με ηλεκτρική αντίσταση μπορεί να θεωρηθεί συγκόλληση με σύντηξη επειδή σχηματίζεται κάποιο λιωμένο μέταλλο.

---

Οι διεργασίες στερεάς φάσης παράγουν συγκολλήσεις χωρίς τήξη του υλικού βάσης και χωρίς προσθήκη μετάλλου πλήρωσης. Χρησιμοποιείται πάντα πίεση και γενικά παρέχεται κάποια θερμότητα. Η θερμότητα τριβής αναπτύσσεται σε συνδέσεις υπερήχων και τριβής, και η θέρμανση του κλιβάνου χρησιμοποιείται συνήθως στη συγκόλληση διάχυσης.

Το ηλεκτρικό τόξο που χρησιμοποιείται στη συγκόλληση είναι μια εκφόρτιση υψηλού ρεύματος, χαμηλής τάσης γενικά στην περιοχή 10-2.000 αμπέρ στα 10-50 βολτ. Μια στήλη τόξου είναι πολύπλοκη αλλά, σε γενικές γραμμές, αποτελείται από μια κάθοδο που εκπέμπει ηλεκτρόνια, ένα πλάσμα αερίου για αγωγιμότητα ρεύματος και μια περιοχή ανόδου που γίνεται συγκριτικά πιο θερμή από την κάθοδο λόγω βομβαρδισμού ηλεκτρονίων. Συνήθως χρησιμοποιείται τόξο συνεχούς ρεύματος (DC), αλλά μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόξα εναλλασσόμενου ρεύματος (AC).

Η συνολική εισροή ενέργειας σε όλες τις διεργασίες συγκόλλησης υπερβαίνει αυτή που απαιτείται για την παραγωγή ενός συνδέσμου, επειδή δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά όλη η παραγόμενη θερμότητα. Η απόδοση ποικίλλει από 60 έως 90 τοις εκατό, ανάλογα με τη διαδικασία. ορισμένες ειδικές διαδικασίες αποκλίνουν σε μεγάλο βαθμό από αυτό το σχήμα. Η θερμότητα χάνεται από την αγωγή 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, οξειδώνονται γρήγορα όταν λιώνουν. Ένα στρώμα οξειδίου μπορεί να αποτρέψει τη σωστή συγκόλληση του μετάλλου. Σταγονίδια τετηγμένου μετάλλου επικαλυμμένα με οξείδιο παγιδεύονται στη συγκόλληση και κάνουν την ένωση εύθραυστη. Ορισμένα πολύτιμα υλικά που προστίθενται για συγκεκριμένες ιδιότητες αντιδρούν τόσο γρήγορα κατά την έκθεση στον αέρα που το μέταλλο που εναποτίθεται δεν έχει την ίδια σύνθεση όπως είχε αρχικά. Αυτά τα προβλήματα έχουν οδηγήσει στη χρήση ροών και αδρανών ατμοσφαιρών.

Στη συγκόλληση με σύντηξη 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 λιωμένο υλικό. Τα Fluxes μπορούν να είναι ενεργά και να βοηθήσουν στη διαδικασία ή ανενεργά και απλά να προστατεύουν τις επιφάνειες κατά την ένωση.

Οι αδρανείς ατμόσφαιρες παίζουν προστατευτικό ρόλο παρόμοιο με αυτόν των ροών. Στη συγκόλληση τόξου βολφραμίου με θωρακισμένο με αέριο και θωρακισμένο με αέριο συγκόλληση τόξου βολφραμίου ένα αδρανές αέριο - συνήθως αργό - ρέει από έναν δακτύλιο που περιβάλλει τον πυρσό σε συνεχή ροή, μετατοπίζοντας τον αέρα γύρω από το τόξο. Το αέριο δεν αντιδρά χημικά με το μέταλλο αλλά απλώς το προστατεύει από την επαφή με το οξυγόνο του 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) το μέταλλο συγκόλλησης ή η ζώνη σύντηξης, (2) η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα και (3) η ζώνη που δεν επηρεάζεται. Το μέταλλο συγκόλλησης είναι εκείνο το τμήμα της άρθρωσης που έχει λιώσει κατά τη συγκόλληση. 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 στις μηχανικές ιδιότητες λόγω της θερμότητας της συγκόλλησης. Το ανεπηρέαστο υλικό είναι αυτό που δεν θερμάνθηκε επαρκώς ώστε να αλλοιωθούν οι ιδιότητές του.

Η σύνθεση μετάλλου συγκόλλησης και οι συνθήκες κάτω από τις οποίες παγώνει (στερεοποιείται) επηρεάζουν σημαντικά την ικανότητα του αρμού να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις συντήρησης. Στη συγκόλληση τόξου, το μέταλλο συγκόλλησης περιλαμβάνει υλικό πλήρωσης συν το βασικό μέταλλο που έχει λιώσει. Αφού περάσει το τόξο, συμβαίνει ταχεία ψύξη του μετάλλου συγκόλλησης. Μια συγκόλληση με ένα πέρασμα έχει μια χυτή δομή με στηλώδεις κόκκους που εκτείνονται από την άκρη της λιωμένης λίμνης μέχρι το κέντρο της συγκόλλησης. Σε μια συγκόλληση πολλαπλών διελεύσεων, αυτή η χυτή δομή μπορεί να τροποποιηθεί, ανάλογα με το συγκεκριμένο μέταλλο που συγκολλάται.

Το βασικό μέταλλο δίπλα στη συγκόλληση, ή η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα, υπόκειται σε μια σειρά κύκλων θερμοκρασίας και η αλλαγή στη δομή του σχετίζεται άμεσα με τη μέγιστη θερμοκρασία σε οποιοδήποτε δεδομένο σημείο, τον χρόνο έκθεσης και τους ρυθμούς ψύξης. Οι τύποι βασικών μετάλλων είναι πάρα πολλοί για να συζητηθούν εδώ, αλλά μπορούν να ομαδοποιηθούν σε τρεις κατηγορίες: (1) υλικά που δεν επηρεάζονται από τη θερμότητα συγκόλλησης, (2) υλικά που σκληρύνονται από δομικές αλλαγές, (3) υλικά που σκληρύνονται από διεργασίες καθίζησης.

Η συγκόλληση δημιουργεί τάσεις στα υλικά. Αυτές οι δυνάμεις προκαλούνται από συστολή του μετάλλου συγκόλλησης και από διαστολή και στη συνέχεια συστολή της ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα. Το μη θερμαινόμενο μέταλλο επιβάλλει έναν περιορισμό στα παραπάνω, και καθώς κυριαρχεί η συστολή, το μέταλλο συγκόλλησης δεν μπορεί να συστέλλεται ελεύθερα και δημιουργείται μια τάση στον σύνδεσμο. Αυτό είναι γενικά γνωστό ως υπολειπόμενη τάση και για ορισμένες κρίσιμες εφαρμογές πρέπει να αφαιρεθεί με θερμική επεξεργασία ολόκληρης της κατασκευής. Η υπολειπόμενη τάση είναι αναπόφευκτη σε όλες τις συγκολλημένες κατασκευές και, αν δεν ελέγχεται, θα υπάρξει κάμψη ή παραμόρφωση της συγκόλλησης. Ο έλεγχος ασκείται με την τεχνική συγκόλλησης, τα εξαρτήματα και τα εξαρτήματα, τις διαδικασίες κατασκευής και την τελική θερμική επεξεργασία.