Grunnleggende prinsipper for sveising

En sveis kan defineres som en koalescens av metaller produsert ved oppvarming til en passende temperatur med eller uten påføring av trykk, og med eller uten bruk av et fyllmateriale.

Ved fusjonssveising genererer en varmekilde tilstrekkelig varme til å skape og opprettholde et smeltet basseng med metall av ønsket størrelse. Varmen kan leveres av strøm eller med en gassflamme. Elektrisk motstandssveising kan betraktes som fusjonssveising fordi noe smeltet metall dannes.

Fastfase-prosesser produserer sveiser uten å smelte basismaterialet og uten tilsetning av et fyllstoffmetall. Trykk brukes alltid, og generelt tilveiebringes det noe varme. Friksjonsvarme er utviklet i ultralyd og friksjon, og ovnoppvarming brukes vanligvis i diffusjonsbinding.

Den elektriske buen som brukes i sveising er en høystrøm, lavspenningsutladning generelt i området 10–2 000 ampere ved 10–50 volt. En buesøyle er sammensatt, men består stort sett av en katode som avgir elektroner, et gassplasma for strømledning og et anodeområde som blir relativt varmere enn katoden på grunn av elektronbombardement. En likestrøm (DC) bue brukes vanligvis, men vekselstrøm (AC) buer kan brukes.

Total energiinngang i alle sveiseprosesser overstiger det som kreves for å produsere en skjøt, fordi ikke all den varme genereres kan brukes effektivt. Effektiviteten varierer fra 60 til 90 prosent, avhengig av prosessen; Noen spesielle prosesser avviker mye fra dette tallet. Varme går tapt ved ledning gjennom basismetallet og ved stråling til omgivelsene.

De fleste metaller, når de blir oppvarmet, reagerer med atmosfæren eller andre metaller i nærheten. Disse reaksjonene kan være ekstremt skadelige for egenskapene til en sveiset skjøt. De fleste metaller oksiderer for eksempel raskt når de smeltes. Et lag med oksyd kan forhindre riktig binding av metallet. Smeltet metalldråper belagt med oksyd blir fanget i sveisen og gjør skjøten sprø. Noen verdifulle materialer som er tilsatt for spesifikke egenskaper reagerer så raskt ved eksponering for luften at metallet som er avsatt ikke har samme sammensetning som det i utgangspunktet hadde. Disse problemene har ført til bruk av flukser og inerte atmosfærer.

Ved fusjonssveising har fluksen en beskyttende rolle i å lette en kontrollert reaksjon av metallet og deretter forhindre oksidasjon ved å danne et teppe over det smeltede materialet. Flukser kan være aktive og hjelpe i prosessen eller inaktive og bare beskytte overflatene under sammenføyning.

Inerte atmosfærer spiller en beskyttende rolle som ligner flukser. I gassskjermet metallbue og gassskjermet wolfram-bue sveising av en inert gass-vanligvis argon-strømmer fra en ringrom som omgir fakkelen i en kontinuerlig bekk, og fortrenger luften fra hele buen. Gassen reagerer ikke kjemisk med metallet, men beskytter det ganske enkelt mot kontakt med oksygenet i luften.

Metallurgi av metallforbindelse er viktig for de funksjonelle evnene til leddet. Buesveisen illustrerer alle de grunnleggende funksjonene i en skjøt. Tre soner skyldes passering av en sveisebue: (1) sveisemetall eller fusjonssone, (2) den varmepåvirkede sonen, og (3) den upåvirkte sonen. Sveisemetallet er den delen av leddet som er smeltet under sveising. Den varmepåvirkede sonen er et område ved siden av sveisemetallet som ikke er sveiset, men har gjennomgått en endring i mikrostruktur eller mekaniske egenskaper på grunn av sveisvarmen. Det upåvirkte materialet er det som ikke ble oppvarmet tilstrekkelig til å endre dens egenskaper.

Sveisemetallsammensetning og forholdene som den fryser (stivner) påvirker leddets evne til å oppfylle tjenestekravene. I buesveising består sveisemetallet på fyllmateriale pluss basetallet som har smeltet. Etter at buen har passert, oppstår rask avkjøling av sveisemetallet. En en-pass-sveis har en støpt struktur med kolonnekorn som strekker seg fra kanten av det smeltede bassenget til sveisesenteret. I en multipasssveis kan denne støpte strukturen modifiseres, avhengig av det aktuelle metallet som blir sveiset.

Basismetallet ved siden av sveisen, eller den varmepåvirkede sonen, blir utsatt for en rekke temperatursykluser, og dens endring i struktur er direkte relatert til topptemperaturen på et gitt punkt, eksponeringstidspunktet og kjølehastighetene. Typene base metall er for mange til å diskutere her, men de kan grupperes i tre klasser: (1) materialer som ikke er påvirket av sveisevarme, (2) materialer herdet ved strukturell endring, (3) materialer herdet av nedbørprosesser.

Sveising gir belastninger i materialer. Disse kreftene induseres ved sammentrekning av sveisemetallet og ved utvidelse og deretter sammentrekning av den varmepåvirkede sonen. Det uoppvarmede metallet pålegger det ovennevnte en begrensning, og ettersom sammentrekning dominerer, kan ikke sveisemetallet trekke seg fritt, og et stress bygges opp i leddet. Dette er generelt kjent som restspenning, og for noen kritiske anvendelser må fjernes ved varmebehandling av hele fabrikasjonen. Restspenning er uunngåelig i alle sveisede strukturer, og hvis det ikke er kontrollert bøyning eller forvrengning av sveisingen, vil det finne sted. Kontroll utøves ved sveiseteknikk, jigger og inventar, fabrikasjonsprosedyrer og endelig varmebehandling.