Prinsip asas kimpalan

Kimpalan boleh ditakrifkan sebagai penggabungan logam yang dihasilkan oleh pemanasan ke suhu yang sesuai dengan atau tanpa penggunaan tekanan, dan dengan atau tanpa menggunakan bahan pengisi.

Dalam kimpalan Fusion, sumber haba menghasilkan haba yang mencukupi untuk membuat dan mengekalkan kolam logam cair saiz yang diperlukan. Haba boleh dibekalkan oleh elektrik atau api gas. Kimpalan rintangan elektrik boleh dianggap kimpalan fusion kerana beberapa logam cair terbentuk.

Proses fasa pepejal menghasilkan kimpalan tanpa mencairkan bahan asas dan tanpa penambahan logam pengisi. Tekanan sentiasa digunakan, dan pada umumnya beberapa haba disediakan. Haba geseran dibangunkan dalam ultrasonik dan geseran yang bergabung, dan pemanasan relau biasanya digunakan dalam ikatan penyebaran.

Arka elektrik yang digunakan dalam kimpalan adalah pelepasan voltan rendah, rendah secara amnya dalam jarak 10-2,000 amperes pada 10-50 volt. Lajur ARC adalah kompleks tetapi, secara meluas, terdiri daripada katod yang memancarkan elektron, plasma gas untuk pengaliran semasa, dan rantau anod yang menjadi lebih panas daripada katod akibat pengeboman elektron. Arka arus semasa (DC) biasanya digunakan, tetapi arka arus semasa (AC) boleh digunakan.

Jumlah input tenaga dalam semua proses kimpalan melebihi yang diperlukan untuk menghasilkan sendi, kerana tidak semua haba yang dihasilkan dapat digunakan dengan berkesan. Kecekapan berbeza dari 60 hingga 90 peratus, bergantung kepada proses; Beberapa proses khas menyimpang secara meluas dari angka ini. Haba hilang oleh pengaliran melalui logam asas dan oleh radiasi ke persekitaran.

Kebanyakan logam, apabila dipanaskan, bertindak balas dengan atmosfera atau logam berdekatan yang lain. Reaksi ini boleh memudaratkan sifat sendi yang dikimpal. Kebanyakan logam, sebagai contoh, dengan cepat mengoksida apabila cair. Lapisan oksida boleh menghalang ikatan logam yang betul. Titisan logam-logam yang disalut dengan oksida menjadi terperangkap dalam kimpalan dan membuat sendi rapuh. Sesetengah bahan berharga yang ditambah untuk sifat -sifat tertentu bertindak balas dengan cepat pada pendedahan kepada udara yang logam yang didepositkan tidak mempunyai komposisi yang sama seperti yang telah pada mulanya. Masalah ini telah membawa kepada penggunaan fluks dan atmosfera lengai.

Dalam kimpalan Fusion, fluks mempunyai peranan perlindungan dalam memudahkan reaksi terkawal logam dan kemudian menghalang pengoksidaan dengan membentuk selimut di atas bahan cair. Fluks boleh aktif dan membantu dalam proses atau tidak aktif dan hanya melindungi permukaan semasa menyertai.

Atmosfera inert memainkan peranan perlindungan yang serupa dengan fluks. Dalam arka logam yang dilindungi gas dan gas tungsten-arc yang dilindungi gas yang lengai gas-biasanya argon-aliran dari anulus yang mengelilingi obor dalam aliran berterusan, menggantikan udara dari sekitar arka. Gas tidak bertindak balas secara kimia dengan logam tetapi hanya melindunginya dari sentuhan dengan oksigen di udara.

Metalurgi logam penyertaan adalah penting untuk keupayaan berfungsi bersama. Kimpalan arka menggambarkan semua ciri asas sendi. Tiga zon hasil daripada laluan arka kimpalan: (1) logam kimpalan, atau zon gabungan, (2) zon yang dipengaruhi haba, dan (3) zon yang tidak terjejas. Logam kimpalan adalah bahagian sendi yang telah dicairkan semasa kimpalan. Zon yang terkena haba adalah rantau yang bersebelahan dengan logam kimpalan yang belum dikimpal tetapi telah mengalami perubahan dalam mikrostruktur atau sifat mekanikal akibat haba kimpalan. Bahan yang tidak terjejas adalah yang tidak dipanaskan dengan cukup untuk mengubah sifatnya.

Komposisi logam kimpalan dan syarat-syarat di mana ia membeku (mengukuhkan) dengan ketara mempengaruhi keupayaan sendi untuk memenuhi keperluan perkhidmatan. Dalam kimpalan arka, logam kimpalan terdiri daripada bahan pengisi ditambah logam asas yang telah cair. Selepas arka berlalu, penyejukan cepat logam kimpalan berlaku. Kimpalan satu lulus mempunyai struktur pelakon dengan bijirin kolumnar yang meluas dari tepi kolam cair ke pusat kimpalan. Dalam kimpalan multipass, struktur cast ini boleh diubah suai, bergantung kepada logam tertentu yang dikimpal.

Logam asas bersebelahan dengan kimpalan, atau zon yang terjejas haba, tertakluk kepada pelbagai kitaran suhu, dan perubahan strukturnya secara langsung berkaitan dengan suhu puncak pada mana-mana titik tertentu, masa pendedahan, dan kadar penyejukan. Jenis -jenis logam asas terlalu banyak untuk dibincangkan di sini, tetapi mereka boleh dikelompokkan dalam tiga kelas: (1) bahan yang tidak terjejas oleh haba kimpalan, (2) bahan yang dikeraskan oleh perubahan struktur, (3) bahan yang dikeraskan oleh proses pemendakan.

Kimpalan menghasilkan tekanan dalam bahan. Daya-daya ini disebabkan oleh penguncupan logam kimpalan dan dengan pengembangan dan kemudian penguncupan zon yang terjejas haba. Logam yang tidak panas mengenakan sekatan di atas, dan sebagai penguncupan mendominasi, logam kimpalan tidak boleh berkontrak dengan bebas, dan tekanan dibina di sendi. Ini umumnya dikenali sebagai tekanan sisa, dan untuk beberapa aplikasi kritikal mesti dikeluarkan oleh rawatan haba keseluruhan fabrikasi. Tekanan sisa tidak dapat dielakkan dalam semua struktur yang dikimpal, dan jika ia tidak terkawal tunduk atau herotan kimpalan akan berlaku. Kawalan dilaksanakan oleh teknik kimpalan, jig dan lekapan, prosedur fabrikasi, dan rawatan haba akhir.