Osnovna načela varjenja

Zvar je mogoče opredeliti kot koalescenco kovin, ki nastanejo s segrevanjem na primerno temperaturo z ali brez uporabe tlaka in z ali brez uporabe polnilnega materiala.

Pri fuzijskem varjenju vir toplote ustvari dovolj toplote za ustvarjanje in vzdrževanje staljenega bazena kovine potrebne velikosti. Toplota se lahko dobavi z elektriko ali plinskim plamenom. Električno odpornost lahko šteje za fuzijsko varjenje, ker nastane nekaj staljenih kovin.

Postopki v trdni fazi proizvajajo zvare, ne da bi topili osnovni material in brez dodajanja kovine polnila. Pritisk je vedno uporabljen in na splošno je na voljo nekaj toplote. Trenska toplota se razvija v ultrazvočnem in trenju, ogrevanje peči pa se običajno uporablja pri difuzijski vezi.

Električni lok, ki se uporablja pri varjenju, je visokonakomerni izpust z nizko napetostjo v območju 10–2000 amperov pri 10–50 voltov. Ločni stolpec je zapleten, vendar na splošno sestavlja katoda, ki oddaja elektrone, plinsko plazmo za trenutno prevodnost in anodno območje, ki postane sorazmerno bolj vroče kot katoda zaradi bombardiranja elektronov. Običajno se uporablja lok z neposrednim tokom (DC), vendar je mogoče uporabiti izmenični tok (AC) loke.

Skupni vnos energije v vseh procesih varjenja presega tisto, kar je potrebno za izdelavo sklepa, ker ni mogoče učinkovito uporabiti vsa ustvarjena toplota. Učinkovitost se giblje od 60 do 90 odstotkov, odvisno od postopka; Nekateri posebni procesi močno odstopajo od te številke. Toplota se izgubi s prevodnostjo skozi osnovno kovino in z sevanjem do okolice.

Večina kovin, ko se segreje, reagira z atmosfero ali drugimi bližnjimi kovinami. Te reakcije so lahko izjemno škodljive za lastnosti varjenega sklepa. Večina kovin, na primer, hitro oksidira, ko se stalje. Plast oksida lahko prepreči pravilno vezavo kovine. Kapljice, obložene z oksidom, se zataknejo v zvar in naredijo sklep krhki. Nekateri dragoceni materiali, dodani za določene lastnosti, se tako hitro reagirajo na izpostavljenost zraku, da odlagana kovina nima enake sestave, kot je bila sprva. Te težave so privedle do uporabe tokov in inertne atmosfere.

Pri fuzijskem varjenju ima tok zaščitno vlogo pri olajšanju nadzorovane reakcije kovine in nato prepreči oksidacijo z oblikovanjem odeje nad staljenim materialom. Tokovi so lahko aktivni in pomagajo pri procesu ali neaktivni ter preprosto zaščitijo površine med spajanjem.

Inertne atmosfere igrajo zaščitno vlogo, podobno kot v toku. V plinsko zaščitenem kovinskem loku in plinsko zaščitenem volfraku, ki vari inertni plin-ponavadi argon-odhaja iz ureja, ki obdaja baklo v neprekinjenem toku, ki izpušča zrak iz zraka. Plin ne kemično reagira s kovino, ampak ga preprosto ščiti pred stikom s kisikom v zraku.

Metalurgija spajanja kovin je pomembna za funkcionalne zmogljivosti sklepa. Ločni zvar ponazarja vse osnovne značilnosti sklepa. Tri cone so posledica prehoda varilnega loka: (1) varilna kovina ali fuzijska cona, (2) območje, ki je prizadela toploto, in (3) neopaženo območje. Kovina zvara je tisti del spoja, ki se je med varjenjem stopil. Toplotno območje je območje, ki meji na kovino zvara, ki ni bila varjena, vendar je zaradi toplote varjenja spremenila mikrostrukturo ali mehanske lastnosti. Nezakonski material je tisti, ki ni bil dovolj segret, da bi spremenil njegove lastnosti.

Sestava valilne kovine in pogoji, pod katerimi zamrzne (strdi), pomembno vplivajo na sposobnost sklepa, da izpolnjuje potrebe po storitvah. Pri varjenju z oblokom kovina zvara vsebuje polnilni material in osnovno kovino, ki se je stopnila. Po prehodu loka pride do hitrega hlajenja kovine zvara. Enopredvodni zvar ima lito strukturo s stebrnimi zrni, ki segajo od roba staljenega bazena do središča zvara. V zvaru za večpasovni zvar je ta lita struktura mogoče spremeniti, odvisno od posebne kovine, ki se vari.

Osnovna kovina, ki meji na zvar ali toplotno območje, je podvržena razliku temperaturnih ciklov, njegova sprememba strukture pa je neposredno povezana z najvišjo temperaturo v kateri koli točki, časom izpostavljenosti in hitrostjo hlajenja. Vrste osnovne kovine so tukaj preveč, da bi jih lahko razpravljali, vendar jih je mogoče razvrstiti v tri razrede: (1) materiale, na katere ne vpliva varilna toplota, (2) materiali, utrjeni s strukturnimi spremembami, (3) materiali, utrjeni s padavinami.

Varjenje povzroča napetosti v materialih. Te sile povzročajo krčenje kovine zvara in s širitvijo in nato krčenjem toplotno prizadete cone. Nevešana kovina nalaga zadrževanje zgoraj navedenega, in ko prevladuje krčenje, kovina zvara ne more prosto znižati, v sklepu pa se nagradi stres. To je splošno znano kot preostali stres, za nekatere kritične aplikacije pa je treba odstraniti s toplotno obdelavo celotne izdelave. Preostali stres je v vseh varjenih strukturah neizogiben, in če ne bo nadzorovano priklop ali izkrivljanje varjenja. Nadzor izvaja tehniko varjenja, džili in napeljave, postopki izdelave in končno toplotno obdelavo.