Klasyfikacja spawania

Spawanie metali można podzielić na trzy kategorie w zależności od charakterystyki procesu: zgrzewanie, zgrzewanie ciśnieniowe i lutowanie twarde.
Podczas procesu spawania, jeśli atmosfera ma bezpośredni kontakt z roztopionym jeziorkiem o wysokiej temperaturze, tlen w atmosferze utlenia metal i różne pierwiastki stopowe. Azot, para wodna itp. zawarte w atmosferze przedostają się do roztopionego jeziorka i podczas późniejszego procesu chłodzenia powodują również powstawanie defektów, takich jak pory, wtrącenia żużla, pęknięcia itp. w spoinie, pogarszając jakość i wydajność spoiny.
Aby poprawić jakość spawania, ludzie opracowali różne metody ochrony. Na przykład spawanie łukowe w osłonie gazu ma na celu odizolowanie atmosfery za pomocą gazów, takich jak argon i dwutlenek węgla, w celu ochrony łuku i szybkości jeziorka stopionego podczas spawania; na przykład podczas spawania stali dodanie proszku tytanowo-żelazowego o wysokim powinowactwie do tlenu do powłoki elektrody w celu odtlenienia może chronić korzystne pierwiastki, takie jak mangan i krzem w elektrodzie, przed utlenianiem i przedostawaniem się do stopionego jeziorka, a także uzyskać wysokiej jakości spoiny po schłodzeniu .
Wspólną cechą różnych metod zgrzewania ciśnieniowego jest to, że podczas procesu zgrzewania przykładane jest ciśnienie bez dodawania materiałów wypełniających. Większość metod zgrzewania ciśnieniowego, takich jak zgrzewanie dyfuzyjne, zgrzewanie wysokiej częstotliwości, zgrzewanie na zimno itp., nie obejmuje procesu topienia, więc nie ma problemu spalenia korzystnych elementów stopowych i przedostania się szkodliwych elementów do spoiny, jak np. zgrzewanie, co upraszcza procesu spawania i poprawia warunki bezpieczeństwa i higieny pracy podczas spawania. Jednocześnie, ponieważ temperatura nagrzewania jest niższa niż w przypadku zgrzewania, a czas nagrzewania jest krótszy, strefa wpływu ciepła jest mała. Wiele materiałów, które są trudne do spawania za pomocą zgrzewania, często można zespawać w celu uzyskania wysokiej jakości połączeń o tej samej wytrzymałości co materiał macierzysty za pomocą zgrzewania ciśnieniowego.
Szew powstały podczas spawania, łączący dwa połączone ciała, nazywany jest spoiną. Podczas spawania obie strony spoiny będą narażone na ciepło spawania, co spowoduje zmianę organizacji i wydajności. Obszar ten nazywany jest strefą wpływu ciepła. Podczas spawania, ze względu na różnice w materiałach przedmiotu obrabianego, materiałach spawalniczych, prądzie spawania itp., spawalność ulegnie pogorszeniu. Wymaga to dostosowania warunków spawania. Wstępne podgrzewanie złącza konstrukcji spawanej przed spawaniem, zabezpieczanie cieplne podczas spawania i obróbka cieplna po spawaniu może poprawić jakość spawania konstrukcji spawanej.
Ponadto spawanie jest lokalnym szybkim procesem nagrzewania i chłodzenia. Strefa spawania nie może się swobodnie rozszerzać i kurczyć ze względu na ograniczenia otaczającego korpusu przedmiotu obrabianego. Po ochłodzeniu w spoinie powstają naprężenia spawalnicze i odkształcenia. Ważne produkty muszą eliminować naprężenia spawalnicze i korygować odkształcenia spawalnicze po spawaniu.
Nowoczesna technologia spawania umożliwia spawanie spoin bez wad wewnętrznych i zewnętrznych oraz o właściwościach mechanicznych równych lub nawet wyższych od właściwości łączonych korpusów. Względne położenia spawanych ciał w przestrzeni nazywane są złączami spawanymi. Na wytrzymałość złączy wpływa nie tylko jakość spoin, ale także ich kształt geometryczny, wielkość, warunki naprężenia i warunki pracy. Podstawowymi formami połączeń są złącza doczołowe, złącza zakładkowe i złącza typu T (połączenia ortogonalne).
Kształt przekroju spoiny doczołowej zależy od grubości spawanego korpusu przed spawaniem i kształtu rowka obu krawędzi. Podczas spawania grubszych blach stalowych na złączach otwierane są rowki o różnych kształtach, aby je przespawać, dzięki czemu łatwiej będzie wprowadzić pręt spawalniczy lub drut spawalniczy. Formy rowków obejmują jednostronne rowki spawalnicze i dwustronne rowki spawalnicze. Przy wyborze kształtu rowka, oprócz zapewnienia penetracji, należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak wygodne spawanie, niewielka ilość spoiwa, małe odkształcenia spawalnicze i niskie koszty obróbki rowka.
Kiedy dwie stalowe płyty o różnej grubości są łączone na styk, aby uniknąć silnej koncentracji naprężeń spowodowanej gwałtowną zmianą przekroju, krawędź grubszej blachy jest często stopniowo pocieniana, aby uzyskać równą grubość na obu krawędziach złącza. Wytrzymałość statyczna i wytrzymałość zmęczeniowa złącza doczołowego są wyższe niż w przypadku innych połączeń. Zgrzewanie doczołowe jest często preferowane w przypadku połączeń poddawanych obciążeniom przemiennym i udarowym lub w zbiornikach niskotemperaturowych i wysokociśnieniowych.
Przygotowanie złącza zakładkowego przed spawaniem jest proste, montaż jest wygodny, a odkształcenia spawalnicze i naprężenia szczątkowe są niewielkie. Dlatego często stosuje się go w złączach instalowanych na miejscu i w konstrukcjach nieistotnych. Ogólnie rzecz biorąc, złącza zakładkowe nie nadają się do pracy w warunkach takich jak zmienne obciążenia, media korozyjne, wysokie lub niskie temperatury.
Stosowanie trójników i połączeń narożnych wynika zwykle z potrzeb konstrukcyjnych. Charakterystyka robocza niecałkowicie zespawanej spoiny pachwinowej na złączu T jest podobna do charakterystyki spoiny pachwinowej złącza zakładkowego. Kiedy spoina jest prostopadła do kierunku działania siły zewnętrznej, staje się dodatnią spoiną pachwinową. W tym momencie kształt powierzchni spoiny będzie powodować koncentrację naprężeń w różnym stopniu; stan naprężeń całkowicie zespawanej spoiny pachwinowej jest podobny do stanu naprężenia złącza doczołowego.
Połączenia narożne mają niską nośność i zazwyczaj nie są stosowane samodzielnie. Można je ulepszyć tylko wtedy, gdy są całkowicie zespawane lub gdy wewnątrz i na zewnątrz znajdują się spoiny narożne. Stosowane są najczęściej w narożnikach konstrukcji zamkniętych.
Produkty spawane są lżejsze niż części nitowane, odlewy i odkuwki, co może zmniejszyć wagę i zaoszczędzić energię pojazdów transportowych. Spawanie ma dobre właściwości uszczelniające i nadaje się do produkcji różnych pojemników. Opracowanie technologii obróbki połączeń w celu połączenia spawania z kuciem i odlewaniem może umożliwić tworzenie dużych, ekonomicznie uzasadnionych konstrukcji spawanych metodą odlewania i konstrukcji spawanych metodą kucia, przynoszących duże korzyści ekonomiczne. Zastosowanie technologii spawania pozwala efektywnie wykorzystać materiały. Konstrukcje spawane mogą wykorzystywać w różnych częściach materiały o różnych właściwościach, w pełni wykorzystywać zalety różnych materiałów oraz osiągać oszczędność i jakość. Spawanie stało się nieodzowną i coraz ważniejszą metodą przetwarzania we współczesnym przemyśle.
We współczesnej obróbce metali spawanie rozwinęło się później niż procesy odlewania i kucia, ale rozwinęło się szybko. Masa konstrukcji spawanych stanowi około 45% produkcji stali, wzrasta także udział konstrukcji spawanych z aluminium i stopów aluminium.
W przyszłości technologia spawania powinna opracować nowe metody spawania, sprzęt spawalniczy i materiały spawalnicze w celu dalszej poprawy jakości spawania i niezawodności bezpieczeństwa, na przykład ulepszanie istniejącego łuku, łuku plazmowego, wiązki elektronów, lasera i innych źródeł energii spawania; wykorzystanie technologii elektronicznej i technologii sterowania w celu poprawy wydajności procesu łuku oraz opracowanie niezawodnych i lekkich metod śledzenia łuku.
Z drugiej strony konieczne jest podnoszenie poziomu mechanizacji i automatyzacji spawania, takie jak realizacja sterowania programowego i cyfrowego sterowania spawarkami; opracowywanie specjalnych maszyn spawalniczych, które automatyzują cały proces, od procesu przygotowania, spawania po monitorowanie jakości; promowanie i rozwijanie manipulatorów spawalniczych CNC i robotów spawalniczych na automatycznych liniach produkcyjnych spawalniczych, co może podnieść poziom produkcji spawalniczej i poprawić warunki bezpieczeństwa i higieny pracy.
Proces ewolucji
Technologia spawania pojawiła się wraz z produkcją wytapiania metali, takich jak miedź i żelazo, oraz zastosowaniem różnych źródeł ciepła. Głównymi metodami spawania w starożytności było spawanie odlewów, lutowanie twarde, spawanie kuźnicze i spawanie nitami. Przed rokiem 2500 p.n.e. starożytni Babilończycy i cywilizacja Indusu osiągnęli wysoki poziom obróbki metali miedzianych i żelaznych na gorąco i na zimno i mogli wykorzystywać spawanie kucie, spawanie odlewów i inne metody spawania do produkcji metalowych przyborów i grawerowania tekstu. Reprezentatywną kulturą w tym czasie była kultura Harappa.
Miedziany topór o żelaznym ostrzu, wykonany za czasów dynastii Shang w Chinach, jest odlewanym, spawanym kawałkiem żelaza i miedzi. Linia stapiania miedzi i żelaza na jego powierzchni jest kręta i dobrze połączona. Na brązowej podstawie bębna w grobowcu Zeng Houyi w okresie wiosenno-jesiennym oraz w okresie Walczących Królestw znajduje się wiele zwiniętych smoków. Został on wykonany poprzez lutowanie w odcinkach. Po analizie stwierdzono, że skład zastosowanego lutu jest zbliżony do składu współczesnego lutu miękkiego. Miecze wykonane w Okresie Walczących Królestw miały stalowe ostrza i grzbiety z kutego żelaza, które zwykle wytwarzano poprzez ogrzewanie i kucie. Według książki „The Exploitation of the Works of Nature” napisanej przez Song Yingxinga za czasów dynastii Ming, w starożytnych Chinach miedź i żelazo były razem podgrzewane w piecu i kute w celu wykonania noży i toporów; Na złącza posypano żółte błoto lub drobno przesianą starą ziemię ścienną, aby wykuwać i spawać duże kotwy w sekcjach. W średniowieczu w Damaszku w Syrii do produkcji broni używano także kucia i spawania.