Základné princípy zvárania

Zvar sa môže definovať ako koalescencia kovov produkovaných zahrievaním na vhodnú teplotu s alebo bez použitia tlaku a s použitím výplňového materiálu.

Pri zváraní fúzie vytvára zdroj tepla dostatok tepla na vytvorenie a udržanie roztaveného kovového kovu požadovanej veľkosti. Teplo môže byť dodávané elektrinou alebo plynovým plameňom. Zváranie elektrického odporu sa môže považovať za fúzne zváranie, pretože sa vytvára určitý roztavený kov.

Procesy v pevnej fáze produkujú zvary bez toho, aby topil základný materiál a bez pridania kovu plniva. Tlak sa vždy používa a vo všeobecnosti sa poskytuje určité teplo. Trecie teplo sa vyvíja v ultrazvukovom a trenskom spojení a vykurovanie pece sa zvyčajne používa pri difúznych väzbách.

Elektrický oblúk používaný pri zváraní je vysokonapäťový výtok s nízkym napätím všeobecne v rozsahu 10–2 000 ampérov pri 10–50 voltoch. Stĺpec ARC je zložitý, ale vo všeobecnosti sa skladá z katódy, ktorá emituje elektróny, plynovú plazmu pre prúdové vedenie a anódovú oblasť, ktorá sa v dôsledku bombardovania elektrónov stáva pomerne horúcejšou ako katóda. Zvyčajne sa používa oblúk s priamym prúdom (DC), ale môžu sa použiť oblúky striedavého prúdu (AC).

Celkový vstup energie vo všetkých procesoch zvárania presahuje to, čo je potrebné na výrobu kĺbu, pretože nie všetky generované teplo sa môžu efektívne využívať. Účinnosť sa pohybuje od 60 do 90 percent, v závislosti od procesu; Niektoré špeciálne procesy sa od tohto obrázku odchyľujú. Teplo sa stráca vedením cez základný kov a žiarením do okolia.

Väčšina kovov, keď sa zahrieva, reaguje s atmosférou alebo inými blízkymi kovmi. Tieto reakcie môžu byť mimoriadne škodlivé pre vlastnosti zváraného kĺbu. Napríklad väčšina kovov pri roztavení rýchlo oxiduje. Vrstva oxidu môže zabrániť správnemu väzbe kovu. Kvapky z roztaveného kovu potiahnuté oxidom sú zachytené vo zvaru a vytvárajú krehké. Niektoré cenné materiály pridané pre konkrétne vlastnosti reagujú tak rýchlo pri vystavení vzduchu, že ukladaný kov nemá rovnaké zloženie ako pôvodne. Tieto problémy viedli k používaniu tokov a inertných atmosfér.

Pri zváraní fúzie má tok ochrannú úlohu pri uľahčovaní kontrolovanej reakcie kovu a potom na zabránenie oxidácie vytvorením prikrývky nad roztaveným materiálom. Toky môžu byť aktívne a pomáhajú v procese alebo neaktívne a počas spojenia jednoducho chránia povrchy.

Inertná atmosféra zohráva ochrannú úlohu podobnú úlohe tokov. V plynovom kovovom oblúku a plynovom oblúkovom zváraní volfrámu-oblúk, ktorý zvára inertný plyn-zvyčajne argón-odhodí z prstenca obklopujúceho pochodňu v nepretržitom prúde, čím sa vzduch z oblúka vytlačil. Plyn chemicky nereaguje s kovom, ale jednoducho ho chráni pred kontaktom s kyslíkom vo vzduchu.

Metalurgia spájania kovov je dôležitá pre funkčné schopnosti kĺbu. Zvar oblúka ilustruje všetky základné vlastnosti kĺbu. Tri zóny sú výsledkom prechodu zváracieho oblúka: (1) Zváracia zóna alebo fúzna zóna, (2) zóna ovplyvnená tepelne a (3) nedotknutá zóna. Zvarový kov je tá časť kĺbu, ktorá sa roztopila počas zvárania. Zóna ovplyvnená tepelne je oblasť susedná s kovom zvaru, ktorý nebol zváraný, ale v dôsledku zvárania prešiel zmenou mikroštruktúry alebo mechanických vlastností. Neovplyvnený materiál je materiál, ktorý nebol dostatočne zahrievaný na zmenu jeho vlastností.

Zloženie zváraného kovu a podmienky, za ktorých výrazne ovplyvňuje (stuhnutia), ovplyvňujú schopnosť spoločného splniť požiadavky na služby. Pri zváraní oblúka sa zvarový kov obsahuje výplňový materiál plus základný kov, ktorý sa roztopil. Po prejdení oblúka dôjde k rýchlemu ochladeniu zvarného kovu. Jednostupňový zvar má liatinovú štruktúru s stĺpcovými zrnami siahajúcimi od okraja roztaveného bazéna do stredu zvaru. V prípade viacnásobného zvaru môže byť táto liatinová štruktúra modifikovaná v závislosti od konkrétneho kovu, ktorý sa zvára.

Základný kov susediaci s zvarom alebo zóne ovplyvnenou teplom sa vystavuje rozsahu teplotných cyklov a jeho zmena v štruktúre priamo súvisí s maximálnou teplotou v ktoromkoľvek danom bode, časom expozície a rýchlosťou chladenia. Typy základného kovu sú príliš početné na to, aby sa tu diskutovalo, ale môžu byť zoskupené do troch tried: (1) materiály, ktoré nie sú ovplyvnené zváracím teplom, (2) materiály zatknuté štrukturálnou zmenou, (3) materiály stvrdnuté zrážkovými procesmi.

Zváranie vytvára v materiáloch namáhanie. Tieto sily sú indukované kontrakciou zvarového kovu a expanziou a potom kontrakciou zóny postihnutej teplom. Neohrievaný kov ukladá na vyššie uvedené zdržanlivosť a podľa kontrakcie sa zvarový kov nemôže voľne sťahovať a v kĺbe je vytvorený stres. Toto je všeobecne známe ako zvyškový stres a pri niektorých kritických aplikáciách sa musí odstrániť tepelným spracovaním celej výroby. Zvyškové napätie je nevyhnutné vo všetkých zváraných štruktúrach, a ak nie je kontrolované uklonením alebo skreslením zvárania, sa uskutoční. Kontrola sa vykonáva technikou zvárania, prípravkami a príslušenstvom, výrobnými postupmi a konečným tepelným spracovaním.