Osnovni principi zavarivanja

Zavarivanje se može definirati kao koalescencija metala proizvedenih zagrijavanjem na odgovarajuću temperaturu sa ili bez primjene tlaka i sa ili bez upotrebe materijala za punjenje.

U zavarivanju fuzije izvor topline stvara dovoljnu toplinu da stvori i održava rastopljeni bazen metala potrebne veličine. Toplina se može isporučiti električnom energijom ili plamenom plina. Zavarivanje električnog otpora može se smatrati fuzijskim zavarivanjem jer se formira neki rastaljeni metal.

Procesi u čvrstoj fazi proizvode zavare bez taljenja osnovnog materijala i bez dodavanja metala za punjenje. Uvijek se koristi pritisak i općenito se osigurava neka toplina. Toplina trenja razvijena je u ultrazvučnom i trenju, a grijanje peći obično se koristi u difuzijskom vezivanju.

Električni luk koji se koristi u zavarivanju je pražnjenje visokog napona, uglavnom u rasponu od 10 do 2,000 ampera na 10–50 volti. Stupac ARC je složen, ali široko gledano, sastoji se od katode koja emitira elektrone, plinske plazme za struju provodljivosti i anodne regije koja postaje relativno vruća od katode zbog bombardiranja elektrona. Obično se koristi luk izravne struje (DC), ali mogu se upotrijebiti naizmjenični ARC (AC) lukovi.

Ukupni unos energije u svim procesima zavarivanja premašuje ono što je potrebno za proizvodnju spoja, jer se ne može učinkovito iskoristiti sva generirana toplina. Učinkovitost varira od 60 do 90 posto, ovisno o procesu; Neki posebni procesi odstupaju od ove figure. Toplina se gubi provođenjem kroz osnovni metal i zračenjem do okoline.

Većina metala, kada se zagrijava, reagira s atmosferom ili drugim obližnjim metalima. Te reakcije mogu biti izuzetno štetne za svojstva zavarenog zgloba. Većina metala, na primjer, brzo oksidira kada se rastopi. Sloj oksida može spriječiti pravilno vezivanje metala. Kapljice od rastaljenih metala obložene oksidom postaju zavežene u zavarivanje i čine spoj krhkim. Neki vrijedni materijali dodani za specifična svojstva reagiraju tako brzo na izlaganje zraku da deponiran metal nema isti sastav kao u početku. Ovi su problemi doveli do upotrebe tokova i inertne atmosfere.

U fuzijskom zavarivanju tok ima zaštitnu ulogu u olakšavanju kontrolirane reakcije metala, a zatim sprječavanjem oksidacije formiranjem pokrivača preko rastaljenog materijala. Tokovi mogu biti aktivni i pomoći u procesu ili neaktivni i jednostavno zaštititi površine tijekom spajanja.

Inertne atmosfere igraju zaštitnu ulogu sličnu onoj fluksa. U plinskom udarnom metalnom luku i plinsko udaranom volfram-luku zavarivanje inertnog plina-obično argona-prolazi od anulusa koji okružuje baklja u kontinuiranom toku, raseljavajući zrak iz luka. Plin ne reagira s metalom, već ga jednostavno štiti od kontakta s kisikom u zraku.

Metalurgija spajanja metala važna je za funkcionalne mogućnosti zgloba. ARC WELD ilustrira sve osnovne značajke spoja. Tri zone rezultat su prolaska luka zavarivanja: (1) metala zavarivanja ili zona fuzije, (2) zone zahvaćene toplinom i (3) netaknute zone. Metal zavarivanja je onaj dio spoja koji se rastopio tijekom zavarivanja. Zona zahvaćena toplinom je područje uz metal zavarivanja koji nije zavaren, ali je prošao promjenu mikrostrukture ili mehaničkih svojstava zbog topline zavarivanja. Materijal koji nije pogođen je onaj koji nije dovoljno zagrijan da bi promijenio svoja svojstva.

Sastav zavarenog metala i uvjeti pod kojima se smrzava (učvršćiva) značajno utječu na sposobnost spoja da ispuni zahtjeve za uslugom. U zavarivanju luka, metal zavarivanja sadrži materijal za punjenje plus bazni metal koji se rastopio. Nakon što luk prođe, dolazi do brzog hlađenja metala zavarivanja. Zavarivanje s jednim prolazom ima lističku strukturu s stupnim zrncima koje se protežu od ruba rastopljenog bazena do središta zavara. U višestrukom zavarivanju ova se struktura lijeva može izmijeniti, ovisno o određenom metalu koji se zavari.

Osnovni metal uz zavarivanje ili zoni pogođen toplinom podvrgnut je rasponu temperaturnih ciklusa, a njegova promjena strukture izravno je povezana s vršnom temperaturom u bilo kojoj točki, vremenu izlaganja i brzinama hlađenja. Vrste baznog metala su previše brojne za raspravu ovdje, ali mogu se grupirati u tri klase: (1) materijala na koje ne utječu toplina zavarivanja, (2) materijali očvrsnuti strukturnim promjenama, (3) materijali očvrsnuti procesima oborina.

Zavarivanje proizvodi naprezanja u materijalima. Te se sile induciraju kontrakcijom metala zavarivanja i širenjem, a zatim kontrakcijom zone pogođene toplinom. Neogrijani metal nameće suzdržavanje na gore navedeno, a kako prevladava kontrakcija, metal zavarivanja ne može se slobodno ugovoriti, a u spoju se gradi stres. To je općenito poznato kao zaostali stres, a za neke kritične primjene moraju se ukloniti toplinskom obradom cijele izrade. Preostali stres je neizbježan u svim zavarenim strukturama, a ako se ne kontrolira klanjanje ili izobličenje zavarivanja. Kontrola se vrši tehnikom zavarivanja, jigs i učvršćenjima, postupcima izrade i konačnom toplinskom obradom.