Podstawowe zasady spawania

Spawanie można zdefiniować jako koalescencję metali wytwarzanych przez ogrzewanie do odpowiedniej temperatury z lub bez zastosowania ciśnienia oraz z użyciem materiału wypełniającego lub bez niego.

W spawaniu fuzji źródło ciepła wytwarza wystarczające ciepło, aby stworzyć i utrzymać stopioną basen metalu o wymaganym rozmiarze. Ciepło może być dostarczane przez energię elektryczną lub płomienie gazowe. Spawanie oporności elektrycznej można uznać za spawanie fuzyjne, ponieważ powstaje pewien stopiony metal.

Procesy w fazie stałej wytwarzają spoiny bez topienia materiału podstawowego i bez dodania metalu wypełniacza. Ciśnienie jest zawsze stosowane i ogólnie zapewniają pewne ciepło. Ciepło cierne jest opracowywane podczas łączenia ultradźwiękowego i tarcia, a ogrzewanie pieca zwykle stosuje się w wiązaniu dyfuzyjnym.

Łuk elektryczny stosowany w spawaniu jest wysokim prądem, niskim zrzutem na niskim napięciu w zakresie 10–2 000 amperów przy 10–50 woltach. Kolumna ARC jest złożona, ale ogólnie rzecz biorąc, składa się z katody, która emituje elektrony, plazmę gazową do przewodnictwa prądowego i regionu anody, który staje się stosunkowo cieplejszy niż katoda z powodu bombardowania elektronów. Zwykle stosuje się łuk prądu stałego (DC), ale można zastosować łuki prądu naprzemiennego (AC).

Całkowity wkład energii we wszystkich procesach spawania przekracza to, co jest wymagane do wytworzenia złącza, ponieważ nie można skutecznie wykorzystywać wszystkich wytwarzanych ciepła. Wydajność wynosi od 60 do 90 procent, w zależności od procesu; Niektóre specjalne procesy powszechnie odbiegają od tej liczby. Ciepło jest tracone przez przewodnictwo przez metal bazowy i promieniowanie do otoczenia.

Większość metali, po podgrzaniu, reaguje z atmosferą lub innymi pobliskimi metaliami. Reakcje te mogą być niezwykle szkodliwe dla właściwości spawanego złącza. Na przykład większość metali szybko utlenia się, gdy stopi się. Warstwa tlenku może zapobiec odpowiedniemu wiązaniu metalu. Krople stopionego metalowe pokryte tlenkiem uwięziono spawanie i sprawiają, że staw są kruche. Niektóre cenne materiały dodane dla właściwości określonych reagują tak szybko pod wpływem powietrza, że ​​zdeponowany metal nie ma takiej samej składu, jak początkowo. Problemy te doprowadziły do ​​zastosowania strumieni i obojętnej atmosfery.

W spawaniu fuzji strumień odgrywa ochronną rolę w ułatwianiu kontrolowanej reakcji metalu, a następnie zapobieganiu utlenianiu poprzez utworzenie koca na stopionym materiale. Strumienie mogą być aktywne i pomóc w procesie lub nieaktywne i po prostu chronić powierzchnie podczas łączenia.

Obojętne atmosfery odgrywają rolę ochronną podobną do roli strumieni. W ekranowanym gazie z metalu i osłoniętym gazem spawaniem przepisu wolframu obojętne gaz-zwykle argon-wypływa z pierścienia otaczającego pochodnię w ciągłym strumieniu, wypierając powietrze z wokół łuku. Gaz nie reaguje chemicznie z metalem, ale po prostu chroni go przed kontaktem z tlenem w powietrzu.

Metallurgia łączenia metalowego jest ważna dla funkcjonalnych możliwości stawu. Spawanie ARC ilustruje wszystkie podstawowe cechy stawu. Trzy strefy wynikają z przejścia łuku spawania: (1) metalu spoiny lub strefy fuzyjnej, (2) strefy dotkniętej ciepłem oraz (3) strefy niezmienionej. Metal spawany polega na tym, że część stawu, która została stopiona podczas spawania. Strefa dotknięta ciepłem jest regionem sąsiadującym z metalem spoiny, który nie został spawany, ale uległa zmianie mikrostruktury lub właściwości mechanicznych z powodu ciepła spawania. Nie ma wpływu materiał, który nie został wystarczająco podgrzewany, aby zmienić jego właściwości.

Skład metalu spoiny i warunki, w jakich zamraża (zestala się) znacząco wpływają na zdolność stawu do spełnienia wymagań serwisowych. W spawaniu łukowym metal spoiny zawiera materiał wypełniający plus metal podstawowy, który się stopił. Po przejściu łuku następuje szybkie chłodzenie metalu spoiny. Jednoprzepustowy spoina ma odlewaną konstrukcję z ziarnami kolumnowymi rozciągającymi się od krawędzi stopionego basenu do środka spoiny. W spoinie multipass ta odlewana konstrukcja może być modyfikowana, w zależności od konkretnego metalu, który jest spawany.

Metal podstawowy sąsiadujący z spoiny lub strefie dotkniętej ciepłem jest poddawany zakresowi cykli temperaturowych, a jego zmiana struktury jest bezpośrednio związana z temperaturą szczytową w dowolnym punkcie, czasem ekspozycji i szybkości chłodzenia. Rodzaje metalu bazowego są zbyt liczne, aby można było tutaj omówić, ale można je pogrupować w trzech klasach: (1) Materiały nienaruszone przez spawanie ciepła, (2) materiały utwardzone przez zmianę strukturalną, (3) materiały zahartowane procesami opadów.

Spawanie powoduje naprężenia w materiałach. Siły te są indukowane przez skurcz metalu spoiny i rozszerzenie, a następnie skurcz strefy dotkniętej ciepłem. Nieogrzewany metal nakłada na powyższe ograniczenie, a w miarę dominacji skurczu metal spoiny nie może swobodnie kurczyć się, a staw jest budowany naprężenie. Jest to ogólnie znane jako naprężenie szczątkowe, a w przypadku niektórych krytycznych zastosowań należy usunąć przez obróbkę cieplną całego produkcji. Naprężenie resztkowe jest nieuniknione we wszystkich strukturach spawanych, a jeśli nie jest kontrolowane kłanianie lub zniekształcenie spawania. Kontrola jest wykonywana przez technikę spawania, przyrząd i urządzeń, procedury wytwarzania i końcowe obróbkę cieplną.