Principi di base della saldatura

Una saldatura può essere definita come una coalescenza di metalli prodotti dal riscaldamento a una temperatura adeguata con o senza l'applicazione della pressione e con o senza l'uso di un materiale di riempimento.

Nella saldatura di fusione una fonte di calore genera calore sufficiente per creare e mantenere un pool di metallo fuso della dimensione richiesta. Il calore può essere fornito per elettricità o da una fiamma a gas. La saldatura di resistenza elettrica può essere considerata saldatura di fusione perché si forma un po 'di metallo fuso.

I processi in fase solida producono saldature senza sciogliere il materiale di base e senza l'aggiunta di un metallo di riempimento. La pressione viene sempre impiegata e generalmente viene fornita un po 'di calore. Il calore di attrito è sviluppato in unione ad ultrasuoni e attrito e il riscaldamento della fornace viene solitamente impiegato nel legame di diffusione.

L'arco elettrico utilizzato nella saldatura è una scarica ad alta corrente e bassa tensione generalmente nell'intervallo 10-2.000 ampere a 10-50 volt. Una colonna ARC è complessa ma, in generale, è costituita da un catodo che emette elettroni, un plasma a gas per la conduzione corrente e una regione anodo che diventa relativamente più calda del catodo a causa del bombardamento elettronico. Viene generalmente utilizzato un arco di corrente continua (DC), ma è possibile utilizzare archi di corrente alternata (AC).

L'input di energia totale in tutti i processi di saldatura supera quello che è necessario per produrre un giunto, poiché non tutto il calore generato può essere effettivamente utilizzato. Le efficienze variano dal 60 al 90 percento, a seconda del processo; Alcuni processi speciali si discostano ampiamente da questa figura. Il calore viene perso per conduzione attraverso il metallo di base e dalle radiazioni verso l'ambiente circostante.

La maggior parte dei metalli, se riscaldati, reagiscono con l'atmosfera o altri metalli vicini. Queste reazioni possono essere estremamente dannose per le proprietà di un giunto saldato. La maggior parte dei metalli, ad esempio, si ossida rapidamente quando fusa. Uno strato di ossido può impedire il corretto legame del metallo. Le goccioline di metallo fuso rivestite di ossido diventano intrappolate nella saldatura e rendono fragile l'articolazione. Alcuni materiali preziosi aggiunti per proprietà specifiche reagiscono così rapidamente all'esposizione all'aria che il metallo depositato non ha la stessa composizione che inizialmente aveva. Questi problemi hanno portato all'uso di flussi e atmosfere inerte.

Nella saldatura di fusione il flusso ha un ruolo protettivo nel facilitare una reazione controllata del metallo e quindi prevenire l'ossidazione formando una coperta sul materiale fuso. I flussi possono essere attivi e aiutare nel processo o inattivi e semplicemente proteggere le superfici durante l'adesione.

Le atmosfere inerte svolgono un ruolo protettivo simile a quello dei flussi. Nell'arco metallico schermato a gas e nell'arco di tungsteno schermato a gas una saldatura di un gas inerte-di solito argon-flussi da un annulus che circonda la torcia in un torrente continuo, spostando l'aria da intorno all'arco. Il gas non reagisce chimicamente con il metallo ma semplicemente lo protegge dal contatto con l'ossigeno nell'aria.

La metallurgia della giunzione metallica è importante per le capacità funzionali dell'articolazione. La saldatura ad arco illustra tutte le caratteristiche di base di un giunto. Tre zone derivano dal passaggio di un arco di saldatura: (1) il metallo di saldatura o la zona di fusione, (2) la zona coltivata e (3) la zona non influenzata. Il metallo di saldatura è quella parte dell'articolazione che è stata sciolta durante la saldatura. La zona affetta da calore è una regione adiacente al metallo di saldatura che non è stata saldata ma ha subito un cambiamento nella microstruttura o nelle proprietà meccaniche a causa del calore della saldatura. Il materiale non affetto è quello che non è stato riscaldato sufficientemente per alterare le sue proprietà.

La composizione di saldatura-metallo e le condizioni in base alle quali congela (solidifica) influiscono significativamente sulla capacità dell'articolazione di soddisfare i requisiti di servizio. Nella saldatura ad arco, il metallo di saldatura comprende materiale di riempimento più il metallo di base che si è sciolto. Dopo che l'arco passa, si verifica un rapido raffreddamento del metallo di saldatura. Una saldatura a un passaggio ha una struttura a cast con grani colonnari che si estende dal bordo della piscina fusa al centro della saldatura. In una saldatura multipass, questa struttura del cast può essere modificata, a seconda del particolare metallo che viene saldato.

Il metallo di base adiacente alla saldatura, o alla zona affetta da calore, è soggetto a una gamma di cicli di temperatura e la sua variazione nella struttura è direttamente correlata alla temperatura di picco in qualsiasi momento, tempo di esposizione e velocità di raffreddamento. I tipi di metallo di base sono troppo numerosi per discutere qui, ma possono essere raggruppati in tre classi: (1) Materiali non influenzati dal calore di saldatura, (2) materiali induriti da cambiamenti strutturali, (3) materiali induriti dai processi di precipitazione.

La saldatura produce stress nei materiali. Queste forze sono indotte dalla contrazione del metallo di saldatura e dall'espansione e quindi dalla contrazione della zona affetta da calore. Il metallo non riscaldato impone una moderazione su quanto sopra e, come predomina la contrazione, il metallo di saldatura non può contrarre liberamente e uno stress viene accumulato nell'articolazione. Questo è generalmente noto come stress residuo e per alcune applicazioni critiche deve essere rimosso mediante il trattamento termico dell'intera fabbricazione. Lo stress residuo è inevitabile in tutte le strutture saldate e se non si verifica l'arco o la distorsione della saldatura. Il controllo è esercitato mediante tecnica di saldatura, maschere e infissi, procedure di fabbricazione e trattamento termico finale.