หลักการเชื่อมเบื้องต้น

การเชื่อมสามารถนิยามได้ว่าเป็นการรวมตัวกันของโลหะที่เกิดจากการให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสมโดยมีหรือไม่มีการออกแรงกด และมีหรือไม่มีการใช้วัสดุตัวเติม

ในการเชื่อมฟิวชัน แหล่งความร้อนจะสร้างความร้อนเพียงพอในการสร้างและรักษากลุ่มโลหะหลอมเหลวตามขนาดที่ต้องการ ความร้อนอาจได้รับจากไฟฟ้าหรือเปลวไฟแก๊ส การเชื่อมด้วยความต้านทานไฟฟ้าถือได้ว่าเป็นการเชื่อมแบบฟิวชันเนื่องจากมีโลหะหลอมเหลวเกิดขึ้น

---

กระบวนการโซลิดเฟสทำให้เกิดรอยเชื่อมโดยไม่ทำให้วัสดุฐานละลายและไม่ต้องเติมโลหะตัวเติม มีการใช้แรงดันอยู่เสมอ และโดยทั่วไปจะมีการให้ความร้อนบางส่วน ความร้อนแบบเสียดทานได้รับการพัฒนาในการเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกและแรงเสียดทาน และการทำความร้อนจากเตามักใช้ในการเชื่อมแบบแพร่กระจาย

อาร์กไฟฟ้าที่ใช้ในการเชื่อมเป็นแบบคายประจุกระแสสูงและแรงดันต่ำ โดยทั่วไปในช่วง 10–2,000 แอมแปร์ ที่ 10–50 โวลต์ คอลัมน์ส่วนโค้งมีความซับซ้อน แต่พูดอย่างกว้างๆ ประกอบด้วยแคโทดที่ปล่อยอิเล็กตรอน แก๊สพลาสมาสำหรับการนำกระแสไฟฟ้า และบริเวณแอโนดที่ค่อนข้างร้อนกว่าแคโทดเนื่องจากการระดมยิงของอิเล็กตรอน โดยปกติจะใช้ส่วนโค้งของกระแสตรง (DC) แต่สามารถใช้ส่วนโค้งของกระแสสลับ (AC) ได้

พลังงานรวมที่ป้อนเข้าไปในกระบวนการเชื่อมทั้งหมดเกินกว่าที่จำเป็นในการสร้างข้อต่อ เนื่องจากความร้อนที่เกิดขึ้นทั้งหมดนั้นไม่สามารถนำไปใช้อย่างมีประสิทธิภาพได้ ประสิทธิภาพแตกต่างกันไปตั้งแต่ 60 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ ขึ้นอยู่กับกระบวนการ กระบวนการพิเศษบางอย่างเบี่ยงเบนไปจากตัวเลขนี้อย่างกว้างขวาง ความร้อนจะสูญเสียไปโดยการพาผ่านโลหะฐานและการแผ่รังสีสู่สิ่งแวดล้อม

โลหะส่วนใหญ่เมื่อถูกความร้อนจะทำปฏิกิริยากับบรรยากาศหรือโลหะอื่นๆ ที่อยู่ใกล้เคียง ปฏิกิริยาเหล่านี้อาจส่งผลเสียอย่างมากต่อคุณสมบัติของรอยเชื่อม ตัวอย่างเช่น โลหะส่วนใหญ่จะออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วเมื่อหลอมเหลว ชั้นออกไซด์สามารถป้องกันการเกาะตัวของโลหะได้อย่างเหมาะสม หยดโลหะหลอมเหลวที่เคลือบด้วยออกไซด์จะติดอยู่ในแนวเชื่อมและทำให้ข้อต่อเปราะ วัสดุอันมีค่าบางชนิดที่เพิ่มเข้ามาสำหรับคุณสมบัติเฉพาะจะตอบสนองอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับอากาศจนโลหะที่สะสมอยู่ไม่มีองค์ประกอบเหมือนกับที่เคยเป็นมาในตอนแรก ปัญหาเหล่านี้นำไปสู่การใช้ฟลักซ์และบรรยากาศเฉื่อย

ในการเชื่อมฟิวชัน ฟลักซ์มีบทบาทในการป้องกันในการอำนวยความสะดวกในการควบคุมปฏิกิริยาของโลหะ และป้องกันการเกิดออกซิเดชันโดยการสร้างชั้นคลุมเหนือวัสดุหลอมเหลว ฟลักซ์สามารถทำงานได้และช่วยในกระบวนการหรือไม่ใช้งานและเพียงปกป้องพื้นผิวระหว่างการเชื่อม

บรรยากาศเฉื่อยมีบทบาทในการป้องกันคล้ายกับบรรยากาศของฟลักซ์ ในการเชื่อมอาร์กโลหะที่ป้องกันแก๊สและทังสเตนอาร์กที่ป้องกันแก๊ส ก๊าซเฉื่อย (โดยปกติคืออาร์กอน) จะไหลจากวงแหวนรอบ ๆ คบเพลิงเป็นกระแสต่อเนื่อง โดยแทนที่อากาศจากรอบส่วนโค้ง ก๊าซไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับโลหะ แต่เพียงปกป้องจากการสัมผัสกับออกซิเจนในอากาศ

โลหะวิทยาของการเชื่อมโลหะมีความสำคัญต่อความสามารถในการใช้งานของข้อต่อ การเชื่อมส่วนโค้งแสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติพื้นฐานทั้งหมดของข้อต่อ โซนสามโซนเป็นผลมาจากการผ่านของอาร์กการเชื่อม: (1) โซนโลหะเชื่อมหรือโซนฟิวชัน (2) โซนได้รับผลกระทบจากความร้อน และ (3) โซนที่ไม่ได้รับผลกระทบ โลหะเชื่อมคือส่วนของรอยต่อที่หลอมละลายระหว่างการเชื่อม โซนที่ได้รับความร้อนคือบริเวณที่อยู่ติดกับโลหะเชื่อมที่ยังไม่ได้เชื่อมแต่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคหรือคุณสมบัติทางกลเนื่องจากความร้อนของการเชื่อม วัสดุที่ไม่ได้รับผลกระทบคือวัสดุที่ไม่ได้รับความร้อนเพียงพอที่จะเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของมัน

องค์ประกอบของโลหะเชื่อมและสภาวะที่เกิดการแข็งตัว (แข็งตัว) ส่งผลอย่างมากต่อความสามารถของข้อต่อในการตอบสนองความต้องการในการบริการ ในการเชื่อมอาร์ก โลหะเชื่อมประกอบด้วยวัสดุตัวเติมบวกกับโลหะฐานที่หลอมละลายแล้ว หลังจากที่ส่วนโค้งผ่านไป โลหะเชื่อมจะเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว การเชื่อมแบบครั้งเดียวมีโครงสร้างแบบหล่อที่มีเม็ดเรียงเป็นแนวยาวจากขอบของสระหลอมเหลวไปจนถึงจุดศูนย์กลางของรอยเชื่อม ในการเชื่อมแบบหลายชั้น โครงสร้างการหล่อนี้อาจมีการปรับเปลี่ยน ขึ้นอยู่กับโลหะเฉพาะที่กำลังเชื่อม

โลหะฐานที่อยู่ติดกับแนวเชื่อมหรือโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนนั้นจะขึ้นอยู่กับช่วงของวงจรอุณหภูมิ และการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างจะเกี่ยวข้องโดยตรงกับอุณหภูมิสูงสุดที่จุดใดจุดหนึ่ง เวลาที่สัมผัส และอัตราการเย็นลง ประเภทของโลหะพื้นฐานนั้นมีมากมายเกินกว่าจะกล่าวถึงในที่นี้ แต่สามารถแบ่งได้เป็นสามประเภท: (1) วัสดุที่ไม่ได้รับผลกระทบจากความร้อนในการเชื่อม (2) วัสดุที่แข็งตัวจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง (3) วัสดุที่แข็งตัวโดยกระบวนการตกตะกอน

การเชื่อมทำให้เกิดความเค้นในวัสดุ แรงเหล่านี้เกิดจากการหดตัวของโลหะเชื่อม และจากการขยายตัวและการหดตัวของโซนที่ได้รับความร้อน โลหะที่ไม่ได้รับความร้อนจะจำกัดสิ่งที่กล่าวมาข้างต้น และเนื่องจากการหดตัวมีมากกว่า โลหะเชื่อมจะไม่สามารถหดตัวได้อย่างอิสระ และเกิดความเค้นขึ้นในข้อต่อ โดยทั่วไปเรียกว่าความเค้นตกค้าง และสำหรับการใช้งานที่สำคัญบางอย่างจะต้องถูกกำจัดออกโดยการบำบัดความร้อนของการผลิตทั้งหมด ความเค้นตกค้างเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในโครงสร้างรอยเชื่อมทั้งหมด และหากไม่ได้รับการควบคุม การโค้งงอหรือการบิดเบี้ยวของรอยเชื่อมจะเกิดขึ้น การควบคุมทำได้โดยเทคนิคการเชื่อม จิ๊กและฟิกซ์เจอร์ ขั้นตอนการผลิต และการบำบัดความร้อนขั้นสุดท้าย