Grundprinciper för svetsning

En svets kan definieras som en koalescens av metaller som produceras genom uppvärmning till en lämplig temperatur med eller utan applicering av tryck, och med eller utan användning av ett fyllmedelsmaterial.

Vid fusionssvetsning genererar en värmekälla tillräcklig värme för att skapa och upprätthålla en smält pool av metall av den nödvändiga storleken. Värmen kan tillförs av elektricitet eller med en gasflamma. Elektrisk motståndssvetsning kan betraktas som fusionssvetsning eftersom någon smält metall bildas.

Fastfasprocesser producerar svetsar utan att smälta basmaterialet och utan tillsats av en påfyllningsmetall. Trycket används alltid, och i allmänhet tillhandahålls en viss värme. Friktionsvärme utvecklas i ultraljuds- och friktionsförening, och ugnsuppvärmning används vanligtvis vid diffusionsbindning.

Den elektriska bågen som används vid svetsning är en högström, lågspänningsutsläpp i allmänhet i intervallet 10–2 000 ampere vid 10–50 volt. En bågkolonn är komplex men består i stort sett av en katod som avger elektroner, en gasplasma för strömledning och en anodregion som blir relativt varmare än katoden på grund av elektronbombardement. En likström (DC) båge används vanligtvis, men växlande strömbågar kan användas.

Total energiinmatning i alla svetsprocesser överstiger det som krävs för att producera en fog, eftersom inte all värme som genereras kan användas effektivt. Effektiviteten varierar från 60 till 90 procent, beroende på processen; Vissa speciella processer avviker brett från denna figur. Värme går förlorad genom ledning genom basmetallen och genom strålning till omgivningen.

De flesta metaller, när de uppvärms, reagerar med atmosfären eller andra närliggande metaller. Dessa reaktioner kan vara extremt skadliga för egenskaperna hos en svetsad fog. De flesta metaller, till exempel, oxiderar snabbt när det är smält. Ett skikt av oxid kan förhindra korrekt bindning av metallen. Molen-metalldroppar belagda med oxid fångas i svetsen och gör fogen spröd. Vissa värdefulla material som läggs till för specifika egenskaper reagerar så snabbt vid exponering för luften att den avsatta metallen inte har samma sammansättning som den hade initialt. Dessa problem har lett till användning av flöden och inerta atmosfärer.

Vid fusionssvetsning har flödet en skyddande roll för att underlätta en kontrollerad reaktion av metallen och sedan förhindra oxidation genom att bilda en filt över det smälta materialet. Flöden kan vara aktiva och hjälpa till i processen eller inaktiva och helt enkelt skydda ytorna under föreningen.

Inerta atmosfärer spelar en skyddande roll som liknar flöden. I gasskyddad metall-båge och gasskyddad volfram-båge svetsar en inert gas-vanligtvis argon-flödar från en annulus som omger facklan i en kontinuerlig bäck, och förskjuter luften från runt bågen. Gasen reagerar inte kemiskt med metallen utan skyddar den helt enkelt från kontakten med syre i luften.

Metallurgi för metallförening är viktig för fogens funktionella kapacitet. Bågsvetsen illustrerar alla grundläggande funktioner i en fog. Tre zoner är resultatet av passagen av en svetsbåge: (1) svetsmetallen eller fusionszonen, (2) den värmepåverkade zonen och (3) den opåverkade zonen. Svetsmetallen är den delen av fogen som har smälts under svetsning. Den värmepåverkade zonen är en region intill svetsmetallen som inte har svetsats men har genomgått en förändring i mikrostruktur eller mekaniska egenskaper på grund av svetsvärmen. Det opåverkade materialet är det som inte värmdes tillräckligt för att förändra dess egenskaper.

Svetsmetallkomposition och förhållandena under vilka den fryser (stelnar) påverkar fogens förmåga att uppfylla servicekraven. Vid bågsvetsning innefattar svetsmetall fyllnadsmaterial plus basmetallen som har smält. Efter att bågen passerar inträffar snabb kylning av svetsmetallen. En en-pass-svets har en gjutstruktur med kolumnkorn som sträcker sig från kanten av den smälta poolen till mitten av svetsen. I en multipasssvets kan denna gjutstruktur modifieras, beroende på den speciella metallen som svetsas.

Basmetallen intill svetsen, eller den värmepåverkade zonen, utsätts för ett intervall av temperaturcykler, och dess förändring i strukturen är direkt relaterad till topptemperaturen vid en given punkt, exponeringstid och kylningshastigheterna. Typerna av basmetall är för många för att diskutera här, men de kan grupperas i tre klasser: (1) Material som inte påverkas av svetsvärme, (2) Material härdade genom strukturell förändring, (3) Material härdade genom nederbördsprocesser.

Svetsning producerar spänningar i material. Dessa krafter induceras av sammandragning av svetsmetallen och genom expansion och sedan sammandragning av den värmepåverkade zonen. Den ouppvärmda metallen sätter en återhållsamhet på ovanstående, och när sammandragningen dominerar kan svetsmetallen inte dra sig fritt, och en stress byggs upp i fogen. Detta är allmänt känt som restspänning, och för vissa kritiska tillämpningar måste tas bort genom värmebehandling av hela tillverkningen. Restspänning är oundviklig i alla svetsade strukturer, och om det inte är kontrollerat böjning eller snedvridning av svetsningen kommer att äga rum. Kontroll utövas med svetsteknik, jigs och fixturer, tillverkningsförfaranden och slutlig värmebehandling.