Principiile de bază ale sudurii

O sudură poate fi definită ca o coalescență a metalelor produse prin încălzirea la o temperatură adecvată cu sau fără aplicarea presiunii și cu sau fără utilizarea unui material de umplutură.

În sudarea fuziunii, o sursă de căldură generează căldură suficientă pentru a crea și menține un grup de metal topit de dimensiunea necesară. Căldura poate fi furnizată de electricitate sau de o flacără de gaz. Sudarea cu rezistență electrică poate fi considerată sudarea fuziunii, deoarece se formează un metal topit.

Procesele în fază solidă produc suduri fără a topi materialul de bază și fără adăugarea unui metal de umplutură. Presiunea este întotdeauna folosită și, în general, este prevăzută o anumită căldură. Căldura de frecare este dezvoltată în unirea cu ultrasunete și frecarea, iar încălzirea cuptorului este de obicei folosită în legătura de difuzie.

Arcul electric utilizat în sudură este o descărcare de înaltă curent, de înaltă tensiune, în general, în intervalul 10-2.000 amperi la 10–50 volți. O coloană ARC este complexă, dar, în linii mari, constă dintr -un catod care emite electroni, o plasmă de gaz pentru conducerea curentă și o regiune anodică care devine relativ mai caldă decât catodul din cauza bombardamentului cu electroni. De obicei este utilizat un arc de curent direct (DC), dar se pot utiliza arcuri de curent alternativ (AC).

Intrarea totală de energie în toate procesele de sudare depășește ceea ce este necesar pentru a produce o îmbinare, deoarece nu toată căldura generată poate fi utilizată eficient. Eficiențele variază de la 60 la 90 la sută, în funcție de proces; Unele procese speciale se abat pe larg de la această cifră. Căldura se pierde prin conducere prin metalul de bază și prin radiații către împrejurimi.

Majoritatea metalelor, atunci când sunt încălzite, reacționează cu atmosfera sau cu alte metale din apropiere. Aceste reacții pot fi extrem de dăunătoare proprietăților unei articulații sudate. Majoritatea metalelor, de exemplu, se oxidează rapid atunci când sunt topite. Un strat de oxid poate preveni legarea corespunzătoare a metalului. Picăturile metalice topite acoperite cu oxid devin prinse în sudură și fac ca articulația să fie fragilă. Unele materiale valoroase adăugate pentru proprietăți specifice reacționează atât de repede la expunerea la aer, încât metalul depus nu are aceeași compoziție ca și inițial. Aceste probleme au dus la utilizarea fluxurilor și a atmosferelor inerte.

În sudarea fuziunii, fluxul are un rol protector în facilitarea unei reacții controlate a metalului și apoi prevenirea oxidării prin formarea unei pături peste materialul topit. Fluxurile pot fi active și pot ajuta în proces sau inactiv și pur și simplu protejați suprafețele în timpul îmbinării.

Atmosferele inerte joacă un rol protector similar cu cel al fluxurilor. În arcul de metal cu gaze și cu un nivel de tungsten-arc-ecranat cu gaz, sudatul unui gaz inert-de obicei argon-se fluiează dintr-un anulus care înconjoară lanterna într-un flux continuu, deplasând aerul din jurul arcului. Gazul nu reacționează chimic cu metalul, ci pur și simplu îl protejează de contactul cu oxigenul din aer.

Metalurgia îmbinării metalelor este importantă pentru capacitățile funcționale ale articulației. Weld Arc ilustrează toate caracteristicile de bază ale unei articulații. Trei zone rezultă din trecerea unui arc de sudare: (1) metalul de sudură, sau zona de fuziune, (2) zona afectată de căldură și (3) zona neafectată. Metalul de sudură este acea porțiune a articulației care a fost topită în timpul sudării. Zona afectată de căldură este o regiune adiacentă metalului de sudură care nu a fost sudat, dar a suferit o modificare a microstructurii sau a proprietăților mecanice din cauza căldurii de sudare. Materialul neafectat este acela care nu a fost încălzit suficient pentru a -și modifica proprietățile.

Compoziția metalului de sudură și condițiile în care îngheață (solidifică) afectează în mod semnificativ capacitatea articulației de a îndeplini cerințele de serviciu. În sudarea cu arc, metalul de sudură cuprinde material de umplere, plus metalul de bază care s -a topit. După trecerea arcului, se produce răcirea rapidă a metalului de sudură. O sudură cu un singur pas are o structură turnată cu boabe coloane care se extinde de la marginea bazinului topit până la centrul sudurii. Într -o sudură multipasă, această structură turnată poate fi modificată, în funcție de metalul particular care este sudat.

Metalul de bază adiacent sudurii sau zona afectată de căldură este supusă unei serii de cicluri de temperatură, iar schimbarea acesteia în structură este direct legată de temperatura maximă în orice moment, timpul de expunere și ratele de răcire. Tipurile de metal de bază sunt prea numeroase pentru a discuta aici, dar pot fi grupate în trei clase: (1) materiale neafectate de căldură de sudare, (2) materiale întărite de schimbarea structurală, (3) materiale întărite de procese de precipitații.

Sudarea produce tensiuni în materiale. Aceste forțe sunt induse prin contracția metalului de sudură și prin expansiune și apoi contracția zonei afectate de căldură. Metalul neîncălzit impune o reținere asupra celor de mai sus și, pe măsură ce predomină contracția, metalul de sudură nu se poate contracta liber și se construiește un stres în articulație. Acest lucru este cunoscut în general ca stres rezidual, iar pentru unele aplicații critice trebuie îndepărtate prin tratarea termică a întregii fabrici. Stresul rezidual este inevitabil în toate structurile sudate și, dacă nu va avea loc înclinarea sau denaturarea sudurii. Controlul este exercitat prin tehnica de sudare, jiguri și corpuri, proceduri de fabricație și tratament termic final.