Hitsauksen perusperiaatteet

Hitsaus voidaan määritellä kuumentamalla sopivaan lämpötilaan tuotettujen metallien koalesenssiksi paineen levittämisellä tai ilman, ja täyteainemateriaalin käytöllä tai ilman sitä.

Fuusiohitsauksessa lämmönlähde tuottaa riittävästi lämpöä tarvittavan koon sulan metallimatkan luomiseksi ja ylläpitämiseksi. Lämpö voidaan toimittaa sähköllä tai kaasu liekillä. Sähkövastushitsausta voidaan pitää fuusiohitsauksena, koska muodostuu jonkin verran sulaa metallia.

Kiinteän vaiheen prosessit tuottavat hitsauksia sulattamatta emämateriaalia ja lisäämättä täyteallia. Painetta käytetään aina, ja yleensä jonkin verran lämpöä annetaan. Kitkalämpö kehitetään ultraääni- ja kitkan yhdistämisessä, ja uunin lämmitys käytetään yleensä diffuusiosidoksessa.

Hitsauksessa käytetty sähkökaari on suuren virran, matalan jännitteen purkaus, yleensä alueella 10–2 000 ampeeria 10–50 volttia. Kaaripylväs on monimutkainen, mutta laajasti ottaen koostuu katodista, joka emittoi elektroneja, kaasuplasmasta virran johtavuutta varten ja anodialueesta, joka tulee suhteellisen kuumemmaksi kuin katodi elektronipommituksen vuoksi. Suoravirta (DC) -kaaria käytetään yleensä, mutta vaihdettavia virran (AC) kaaria voidaan käyttää.

Kaikissa hitsausprosesseissa kokonaisenergian syöttö ylittää nivelen tuottamiseksi tarvittavan, koska kaikkia tuotettuja lämpöä ei voida tehokkaasti hyödyntää. Tehokkuus vaihtelee 60 - 90 prosenttia prosessista riippuen; Jotkut erityiset prosessit poikkeavat laajasti tästä kuvasta. Lämpö menetetään johtamalla ala -metallin läpi ja säteilyllä ympäristöön.

Useimmat metallit, kun se on lämmitetty, reagoi ilmakehän tai muiden lähellä olevien metallien kanssa. Nämä reaktiot voivat olla erittäin haitallisia hitsatun nivelten ominaisuuksille. Useimmat metallit hapettuu nopeasti nopeasti, kun sulaa. Oksidikerros voi estää metallin asianmukaisen sitoutumisen. Sulan metallipisarat, jotka on päällystetty oksidilla, vangitaan hitsaukseen ja tekevät nivelestä haurasta. Jotkut arvokkaat materiaalit, jotka on lisätty spesifisille ominaisuuksille, reagoivat niin nopeasti altistuessaan ilmalle, että kerrostuneella metallilla ei ole samaa koostumusta kuin alun perin. Nämä ongelmat ovat johtaneet fluxien ja inerttien ilmakehän käyttöön.

Fuusiohitsauksessa vuodulla on suojaava rooli metallin kontrolloidun reaktion helpottamisessa ja sitten hapettumisen estämisessä muodostamalla huopa sulan materiaalin päälle. Virtaukset voivat olla aktiivisia ja auttaa prosessissa tai passiivisia ja suojaa vain pintoja liittymisen aikana.

Inertillä ilmakehillä on suojaava rooli, joka on samanlainen kuin fluxien. Kaasunsuojatussa metalliarkissa ja kaasunsuojatussa volframiarkissa hitsaamalla inertti kaasua-yleensä argonia-jakamalla jatkuvasti soihtua ympäröivästä rengasta jatkuvassa virrassa, syrjäyttäen ilman kaaren ympärille. Kaasu ei reagoi kemiallisesti metallin kanssa, vaan suojaa sitä yksinkertaisesti kosketukselta ilmassa olevan hapen kanssa.

Metalliliiton metallurgia on tärkeä nivelen toiminnallisille ominaisuuksille. Kaarihitsaus kuvaa kaikkia nivelen perusominaisuuksia. Kolme vyöhykettä johtuu hitsauskaarin läpäisystä: (1) hitsausmetalli tai fuusiovyöhyke, (2) lämmönvaikutteinen vyöhyke ja (3) muuttumaton vyöhyke. Hitsausmetalli on se, että osa nivelistä, joka on sulanut hitsauksen aikana. Lämpövaikutteinen vyöhyke on hitsausmetallin vieressä oleva alue, jota ei ole hitsattu, mutta joka on muuttunut mikrorakenteen tai mekaanisten ominaisuuksien vuoksi hitsauksen lämmön vuoksi. Vaikuttamaton materiaali on se, jota ei lämmitetty riittävästi sen ominaisuuksien muuttamiseksi.

Hitsausmetallikoostumus ja olosuhteet, joissa se jäädyttää (jähmettyy), vaikuttavat merkittävästi nivelten kykyyn täyttää palveluvaatimukset. Kaarihitsauksessa hitsausmetalli käsittää täyttömateriaalin plus sulaman vähentymisen. Kaaren kuluttua hitsausmetallin nopea jäähdytys tapahtuu. Yhden passin hitsauksessa on valettu rakenne, jossa pylväsjyvät ulottuvat sulan uima-altaan reunasta hitsin keskustaan. Multipass -hitsauksessa tätä valettua rakennetta voidaan muokata riippuen hitsausta koskevasta metallista.

Hitsauksen vieressä olevalle ala- tai lämpövaikutteisen vyöhykkeen vieressä olevalle metallille altistetaan lämpötilasyklien alueelle, ja sen rakenteen muutos liittyy suoraan huippulämpötilaan missä tahansa pisteessä, altistumisajassa ja jäähdytysnopeuksissa. Ala -metallityypit ovat liian paljon keskusteltavaksi tässä, mutta ne voidaan ryhmitellä kolmeen luokkaan: (1) Materiaalit, joita hitsauslämpö ei vaikuta, (2) rakenteellisten muutosten kovettuneet materiaalit, (3) sademääräprosessien kovettuneet materiaalit.

Hitsaus tuottaa stressiä materiaaleissa. Nämä voimat indusoidaan hitsausmetallin supistumisella ja lämmönvaikutteisen vyöhykkeen laajenemisella ja sitten supistumisella. Lämmittämätön metalli asettaa hillitsemisen edellä mainitulle, ja koska supistuminen hallitsee, hitsausmetalli ei voi supistua vapaasti, ja niveliin rakennetaan jännitys. Tätä kutsutaan yleisesti jäännösjännitykseksi, ja joillekin kriittisille sovelluksille on poistettava koko valmistus lämmön. Jäännösjännitys on väistämätöntä kaikissa hitsatuissa rakenteissa, ja jos sitä ei hallita hitsauksen kumartumista tai vääristymistä. Kontrollia käytetään hitsaustekniikalla, jigit ja kalusteet, valmistusmenettelyt ja lopullinen lämpökäsittely.