Основни принципи заваривања

Завар се може дефинисати као коалесценција метала произведена загревањем на одговарајућу температуру са или без примене притиска, и са или без употребе материјала за пуњење.

Код фузионог заваривања извор топлоте ствара довољно топлоте да створи и одржи растопљени метални базен потребне величине.Топлота се може снабдевати електричном енергијом или гасним пламеном.Електрично отпорно заваривање се може сматрати заваривањем фузијом јер се формира неки растопљени метал.

Чврстофазни процеси производе заваре без топљења основног материјала и без додавања додатног метала.Притисак се увек користи, и генерално се обезбеђује нешто топлоте.Топлота трења се развија у ултразвучном и фрикционом спајању, а загревање пећи се обично користи у дифузионом везивању.

Електрични лук који се користи у заваривању је пражњење велике струје, ниског напона обично у опсегу 10–2.000 ампера на 10–50 волти.Стуб лука је сложен, али се, уопштено говорећи, састоји од катоде која емитује електроне, гасне плазме за провођење струје и анодне области која постаје релативно топлија од катоде услед бомбардовања електрона.Обично се користи лук једносмерне струје (ДЦ), али се могу користити лукови наизменичне струје (АЦ).

Укупна уложена енергија у свим процесима заваривања премашује ону која је потребна за производњу споја, јер се сва произведена топлота не може ефикасно искористити.Ефикасност варира од 60 до 90 процената, у зависности од процеса;неки посебни процеси увелико одступају од ове бројке.Топлота се губи провођењем кроз основни метал и зрачењем у околину.

Већина метала, када се загреје, реагује са атмосфером или другим металима у близини.Ове реакције могу бити изузетно штетне за својства завареног споја.Већина метала, на пример, брзо оксидира када се растали.Слој оксида може спречити правилно везивање метала.Капљице растопљеног метала обложене оксидом постају заробљене у завару и чине спој крхким.Неки вредни материјали који се додају због специфичних својстава реагују тако брзо на излагање ваздуху да депоновани метал нема исти састав као у почетку.Ови проблеми су довели до употребе флукса и инертних атмосфера.

У заваривању фузијом, флукс има заштитну улогу у омогућавању контролисане реакције метала, а затим у спречавању оксидације формирањем покривача преко растопљеног материјала.Флуксови могу бити активни и помоћи у процесу или неактивни и једноставно штите површине током спајања.

Инертне атмосфере имају заштитну улогу сличну оној код флукса.Код заваривања металним луком и волфрамом заштићеним гасом, инертни гас — обично аргон — тече из прстена који окружује бакљу у непрекидном току, истискујући ваздух око лука.Гас не реагује хемијски са металом, већ га једноставно штити од контакта са кисеоником у ваздуху.

Металургија спајања метала је важна за функционалне способности споја.Лучни завар илуструје све основне карактеристике споја.Три зоне су резултат проласка лука заваривања: (1) метал шава или зона фузије, (2) зона под утицајем топлоте и (3) зона без утицаја.Метал шава је онај део споја који је отопљен током заваривања.Зона утицаја топлоте је област која се налази поред метала шава који није заварен, али је претрпео промену микроструктуре или механичких својстава услед топлоте заваривања.Непотакнути материјал је онај који није загрејан довољно да би променио његове особине.

Састав метала шава и услови под којима се смрзава (учвршћује) значајно утичу на способност споја да испуни захтеве сервисирања.Код електролучног заваривања, метал шава се састоји од материјала за пуњење плус основни метал који се растопио.Након што лук прође, долази до брзог хлађења метала шава.Завар у једном пролазу има ливену структуру са стубастим зрнима која се протежу од ивице растопљеног базена до центра вара.У вишепролазном завару, ова ливена структура може бити модификована у зависности од одређеног метала који се завари.

Основни метал у близини шава, или зона погођена топлотом, је подвргнут низу температурних циклуса, а његова промена у структури је директно повезана са вршном температуром у било којој тачки, временом излагања и брзинама хлађења .Типови основних метала су превише бројни да би се овде расправљало, али се могу груписати у три класе: (1) материјали на које топлота заваривања не утиче, (2) материјали очврсли структурном променом, (3) материјали очврснути процесима преципитације.

Заваривање производи напоне у материјалима.Ове силе су изазване контракцијом метала шава и ширењем, а затим контракцијом зоне захваћене топлотом.Незагрејани метал намеће ограничење на горе наведено, а како контракција преовлађује, метал шава се не може слободно скупљати, а у споју се ствара напон.Ово је опште познато као заостало напрезање, а за неке критичне примене се мора уклонити топлотном обрадом целе производње.Преостало напрезање је неизбежно у свим завареним конструкцијама, а уколико се не контролише доћи ће до савијања или изобличења завара.Контрола се врши техником заваривања, убодама и учвршћењима, поступцима израде и финалном топлотном обрадом.