Principes de base du soudage

Une soudure peut être définie comme une coalescence des métaux produits par chauffage à une température appropriée avec ou sans application de pression, et avec ou sans utilisation d'un matériau de remplissage.

Dans le soudage de fusion, une source de chaleur génère suffisamment de chaleur pour créer et maintenir une piscine foncière de métal de la taille requise. La chaleur peut être fournie par l'électricité ou par une flamme de gaz. Le soudage de résistance électrique peut être considéré comme un soudage de fusion car un métal fondu est formé.

Les processus en phase solide produisent des soudures sans fondre le matériau de base et sans l'ajout d'un métal de remplissage. La pression est toujours utilisée et généralement une chaleur est fournie. La chaleur par friction est développée dans l'adhésion à des ultrasons et à la friction, et le chauffage des fournaises est généralement utilisé dans la liaison de diffusion.

L'arc électrique utilisé dans le soudage est une décharge à courte tension à courant élevé généralement entre 10 et 2 000 ampères à 10 à 50 volts. Une colonne d'arc est complexe mais, en général, se compose d'une cathode qui émet des électrons, d'un plasma gazeux pour la conduction actuelle et d'une région d'anode qui devient relativement plus chaude que la cathode en raison d'un bombardement électronique. Un arc de courant direct (DC) est généralement utilisé, mais les arcs de courant alternatif (AC) peuvent être utilisés.

L'apport d'énergie total dans tous les processus de soudage dépasse ce qui est nécessaire pour produire une articulation, car toutes les chaleurs générées ne peuvent pas être utilisées efficacement. Les efficacités varient de 60 à 90%, selon le processus; Certains processus spéciaux s'écartent largement de ce chiffre. La chaleur est perdue par conduction à travers le métal de base et par rayonnement à l'environnement.

La plupart des métaux, lorsqu'ils sont chauffés, réagissent avec l'atmosphère ou d'autres métaux à proximité. Ces réactions peuvent être extrêmement préjudiciables aux propriétés d'une articulation soudée. La plupart des métaux, par exemple, s'oxydent rapidement lorsqu'il est fondu. Une couche d'oxyde peut empêcher une bonne liaison du métal. Les gouttelettes en fusion en fusion recouvertes d'oxyde sont piégées dans la soudure et rendent l'articulation cassante. Certains matériaux précieux ajoutés pour des propriétés spécifiques réagissent si rapidement lors de l'exposition à l'air que le métal déposé n'a pas la même composition qu'elle l'avait fait initialement. Ces problèmes ont conduit à l'utilisation de flux et d'atmosphères inertes.

Dans le soudage de fusion, le flux a un rôle protecteur dans la facilitation d'une réaction contrôlée du métal, puis en empêchant l'oxydation en formant une couverture sur le matériau fondu. Les flux peuvent être actifs et aider dans le processus ou inactifs et protéger simplement les surfaces lors de l'adhésion.

Les atmosphères inertes jouent un rôle protecteur similaire à celui des flux. En arc métallique à gaz et en arc à arc à blindage à gaz soudant un gaz inerte - généralement un argon - se déroule d'un anneau entourant la torche dans un ruisseau continu, déplaçant l'air de l'arc. Le gaz ne réagit pas chimiquement avec le métal mais le protège simplement du contact avec l'oxygène dans l'air.

La métallurgie de l'adhésion au métal est importante pour les capacités fonctionnelles de l'articulation. La soudure d'arc illustre toutes les caractéristiques de base d'une articulation. Trois zones résultent du passage d'un arc de soudage: (1) le métal de soudure ou la zone de fusion, (2) la zone affectée par la chaleur et (3) la zone non affectée. Le métal de soudure est la partie de l'articulation qui a été fondu pendant le soudage. La zone touchée par la chaleur est une région adjacente au métal de soudure qui n'a pas été soudée mais a subi un changement de microstructure ou de propriétés mécaniques en raison de la chaleur de soudage. Le matériau non affecté est celui qui n'était pas suffisamment chauffé pour modifier ses propriétés.

La composition de soud-métal et les conditions dans lesquelles il gèle (solidifie) affecte considérablement la capacité de l'articulation à répondre aux exigences de service. Dans le soudage à l'arc, le métal de soudure comprend un matériau de remplissage plus le métal de base qui a fondu. Une fois l'arc qui passe, le refroidissement rapide du métal de soudure se produit. Une soudure en une seule passe a une structure en moulage avec des grains de colonnes s'étendant du bord de la piscine fondue au centre de la soudure. Dans une soudure multipasse, cette structure de moulage peut être modifiée, selon le métal particulier qui est soudé.

Le métal de base adjacent à la soudure ou à la zone touchée par la chaleur est soumis à une gamme de cycles de température, et son changement de structure est directement lié à la température de pointe à tout point donné, au moment de l'exposition et aux taux de refroidissement. Les types de métal de base sont trop nombreux pour discuter ici, mais ils peuvent être regroupés en trois classes: (1) les matériaux non affectés par le soudage de la chaleur, (2) les matériaux durcis par un changement structurel, (3) les matériaux durcis par les processus de précipitation.

Le soudage produit des contraintes dans les matériaux. Ces forces sont induites par la contraction du métal de soudure et par l'expansion puis la contraction de la zone touchée par la chaleur. Le métal non chauffé impose une retenue sur ce qui précède, et comme la contraction prédominait, le métal de soudure ne peut pas se contracter librement et une contrainte est constituée dans l'articulation. Ceci est généralement connu sous le nom de stress résiduel, et pour certaines applications critiques doit être éliminée par le traitement thermique de l'ensemble de la fabrication. La contrainte résiduelle est inévitable dans toutes les structures soudées, et si elle n'est pas contrôlée par une inclinaison ou une distorsion de la soudure. Le contrôle est exercé par la technique de soudage, les gabarits et les luminaires, les procédures de fabrication et le traitement thermique final.