Тэхналогія зваркі

Спасылка

Асновы зваркі

Зварка — гэта працэс злучэння матэрыялаў, пры якім дзве або больш дэталі злучаюцца на іх кантактных паверхнях пад уздзеяннем цяпла і/або ціску. Пасля злучэння паверхні, якія трэба злучыць, называюцца сумежнымі паверхнямі, якія аб'ядноўваюцца і ствараюць трывалую сувязь. Металы з'яўляюцца найбольш часта выкарыстоўванымі матэрыяламі ў гэтай працэдуры; аднак могуць выкарыстоўвацца і пластмасы. Часам, каб палепшыць зліццё, уводзіцца напаўняльнік. Зварка - гэта тэрмін, які выкарыстоўваецца для апісання канчатковай зборкі злучаных элементаў. Зварка можа выконвацца толькі з выкарыстаннем цяпла, камбінацыі цяпла і ціску або толькі з дапамогай ціску без знешняга цяпла. Для злучэння разнастайных металаў могуць выкарыстоўвацца спецыяльныя метады зваркі; аднак яны ў асноўным выкарыстоўваюцца для злучэння частак, вырабленых з аднаго і таго ж металу.

Тыпы зварачных працэсаў

Працэсы зваркі можна падзяліць на дзве асноўныя групы: зварка ў цвёрдым стане і зварка плаўленнем.

Зварка плаўленнем

У працэсах зваркі плаўленнем выкарыстоўваецца цяпло для плаўлення асноўных металаў, часта з даданнем прысадачнага металу для паляпшэння расплаўленай ванны і ўмацавання зварнога шва. Калі прысадачны метал не выкарыстоўваецца, зварны шов называецца аўтагенным. Найбольш папулярныя метады зваркі адносяцца да катэгорыі плаўлення і часта аб'ядноўваюцца ў наступныя катэгорыі:

Дугавая зварка (AW)

Дугавая зварка — гэта група метадаў зваркі, пры якіх металы награваюцца з дапамогай электрычнай дугі, як паказана ніжэй. У большасці працэдур дугавой зваркі выкарыстоўваецца прысадачны метал, а некаторыя таксама выкарыстоўваюць ціск падчас працэсу.

Спасылка

Электрычная дуга ўзнікае, калі электрычны ток праходзіць праз прамежак паміж электродамі, у выніку чаго слуп газу тэрмічна іянізуецца і падтрымлівае дугу. Пры дугавой зварцы электрод ненадоўга датыкаецца з дэталлю, а потым хутка аддзяляецца, ствараючы дугу. Любы метал можа расплавіцца пад уздзеяннем моцнага цяпла, якое выпрацоўваецца гэтай дугой і можа дасягаць тэмпературы да 5500°C (10 000°F). Плаўленне асноўнага металу і, пры неабходнасці, прысадачнага металу разам ствараюць ванну расплаўленага металу блізка да кончыка электрода. Звычайна гэты прысадачны метал дадаецца для паляпшэння аб'ёму і трываласці зварнога злучэння. Расплаўленая зварачная ванна за электродам цвярдзее па меры руху ўздоўж злучэння.

Зваршчык можа ўручную кантраляваць становішча электрода адносна дэталі або выкарыстоўваць механічныя метады, такія як машынная, рабатызаваная або аўтаматычная зварка. Час дугі, таксама вядомы як час працы дугі, — гэта суадносіны фактычнага часу зваркі да агульнай колькасці затрачаных гадзін. Пры ручной дугавой зварцы якасць шва ў значнай ступені залежыць ад здольнасцей і самаадданасці зваршчыка.

Час дугі разлічваецца як (адпрацаваныя гадзіны) / (час уключэння дугі).

Гэтая ідэя можа скарыстацца як індывідуальнымі зваршчыкамі, так і аўтаматызаванымі рабочымі станцыямі. Працягласць дугі пры ручной зварцы звычайна складае каля 20%, паколькі аперацыя патрабуе значнай каардынацыі рук і вачэй у складаных умовах, а інтэрвалы адпачынку важныя для прадухілення стомленасці. Аднак у залежнасці ад канкрэтнай аперацыі, працягласць дугі пры рабатызаванай, аўтаматычнай і машыннай зварцы можа павялічвацца прыкладна да 50%.

Кантактная зварка (RW)

Кантактная зварка, таксама вядомая як электрычная кантактная зварка (ЭКЗ), дасягае зліцця шляхам падачы цяпла, якое выпрацоўваецца электрычным супраціўленнем, на ток паміж кантактнымі паверхнямі двух кампанентаў, якія ўтрымліваюцца разам пад ціскам. Асноўныя кампаненты, якія ўдзельнічаюць у кантактнай зварцы, паказаны на малюнку ніжэй, дзе дэманструецца аперацыя кантактнай кропкавай зваркі, якая з'яўляецца найбольш распаўсюджаным метадам у гэтай катэгорыі.

Гэтыя кампаненты складаюцца з дэталяў, якія падлягаюць зварцы (звычайна дэталі з ліставога металу), двух процілеглых электродаў, механізму для прыкладання ціску і сціскання дэталяў разам, а таксама крыніцы пераменнага току, якая забяспечвае кантраляваны ток. Працэс стварае сплаўленую вобласць паміж дзвюма дэталямі, вядомую як зварны кавалачак пры кропкавай зварцы. У адрозненне ад дугавой зваркі, кантактная зварка не патрабуе ахоўных газаў, флюсу або прысадачнага металу; а электроды, якія падаюць электрычную энергію, не з'яўляюцца плавільным матэрыялам. Кантактная зварка лічыцца тыпам плаўлення, таму што прыкладзенае цяпло звычайна плавіць паверхні, якія злучаюцца. Аднак ёсць выключэнні. Некаторыя аперацыі зваркі на аснове кантактнага нагрэву выкарыстоўваюць тэмпературы ніжэй за тэмпературу плаўлення асноўных металаў, што прадухіляе сплаўленне.

Кіслародна-газавая зварка (OFW)

Газакіслародная зварка (АКЗ) ахоплівае розныя зварачныя аперацыі, у якіх выкарыстоўваюцца розныя віды паліва ў спалучэнні з кіслародам. Ключавое адрозненне паміж гэтымі працэсамі заключаецца ў тыпе выкарыстоўванага газу. АКЗ таксама шырока выкарыстоўваецца ў разаках для рэзкі і аддзялення металічных пласцін і іншых матэрыялаў. Найбольш значным працэсам у гэтай групе з'яўляецца газакіслародная зварка.

Аксіацэтыленавая зварка (АКЗ) — гэта тэхналогія плаўлення, пры якой выкарыстоўваецца высокатэмпературнае полымя, якое ўтвараецца ў выніку згарання ацэтылену і кіслароду, якое накіроўваецца зварачнай гарэлкай. Можа быць дададзены прысадачны метал, а часам паміж кантактуючымі паверхнямі падчас працэсу прыкладваецца ціск. Калі выкарыстоўваецца прысадачны метал, ён звычайна мае форму прутка дыяметрам ад 1.6 да 9.5 мм (ад 1/16 да 3/8 цалі). Склад прысадачнага металу павінен дакладна адпавядаць складу асноўных металаў. Часта прысадачны пруток пакрываецца флюсам для ачысткі паверхняў і прадухілення акіслення, што прыводзіць да больш трывалага зварнога злучэння. Ацэтылен (C2H2) з'яўляецца найбольш пераважным палівам у групе АКЗ, паколькі ён можа дасягаць самых высокіх тэмператур, дасягаючы 3480°C (6300°F).

Электронна-прамянёвая (ЭП) зварка

Электронна-прамянёвая зварка (ЭПЗ) — гэта метад зваркі плаўленнем, пры якім цяпло выпрацоўваецца шляхам накіравання высокафакусаванага, інтэнсіўнага патоку электронаў на апрацоўваную паверхню. Абсталяванне, якое выкарыстоўваецца ў ЭПЗ, падобнае да таго, якое выкарыстоўваецца ў электронна-прамянёвай апрацоўцы. Электронна-прамянёвая гармата працуе пры высокім напружанні, звычайна ад 10 да 150 кВ, для паскарэння электронаў, у той час як токі прамяня застаюцца нізкімі і вымяраюцца ў міліамперах. Нягледзячы на ​​тое, што агульная магутнасць пры ЭПЗ можа быць не надзвычай высокай, шчыльнасць магутнасці надзвычай значная. Гэтая высокая шчыльнасць магутнасці дасягаецца шляхам факусоўкі электроннага прамяня на вельмі невялікай плошчы апрацоўванай паверхні.

Спасылка

Шчыльнасць магутнасці (ШМ) у EBW можна разлічыць па формуле:

дзе PD азначае шчыльнасць магутнасці ў Вт/мм² (можа быць пераўтворана ў Btu/sec-in² шляхам дзялення на 1055), f₁ — каэфіцыент цеплаперадачы (тыповыя значэнні для электронна-лучевай зваркі (EBW) складаюць ад 0.8 да 0.95), E — паскаральнае напружанне ў вольтах, I — сіла току прамяня ў амперах, а A — плошча працоўнай паверхні ў мм². Тыповыя плошчы зварных швоў для EBW складаюць ад 0.013 да 2.0 мм².

Лазерная зварка

Пры лазернай зварцы, таксама вядомай як лазерная зварка (LBW), матэрыялы плавяцца з дапамогай канцэнтраванай лазернай крыніцы цяпла, што дазваляе ім злівацца па меры астывання. Дзякуючы канцэнтраванаму цяплу, якое выпрацоўваецца лазерам, зварку можна выконваць з высокай хуткасцю (вымяраемай у метрах у хвіліну) для тонкіх матэрыялаў і ствараць вузкія, глыбокія зварныя швы з прамымі краямі ў больш тоўстых матэрыялах.

Спасылка

Абрэвіятура «лазер» адносіцца да ўзмацнення святла шляхам вымушанага выпраменьвання. Лазерная апрацоўка — яшчэ адно прымяненне гэтай тэхналогіі. Каб пазбегнуць акіслення, LBW звычайна праводзіцца з выкарыстаннем ахоўных газаў, такіх як вуглякіслы газ, аргон, азот і гелій; прысадачны метал звычайна не дадаецца. Падобна электронна-прамянёвай зварцы, гэты метад дазваляе атрымліваць высакаякасныя зварныя швы з глыбокім праварваннем і вузкай зонай цеплавога ўздзеяння. У выніку параўнанне LBW і EBW з'яўляецца распаўсюджаным.

У параўнанні з электронна-шырыннай зваркай (EBW), зварка па нітравай зварцы (LBW) мае некалькі пераваг: яна не патрабуе вакуумнай камеры, не выпраменьвае рэнтгенаўскіх прамянёў, а яе лазерныя прамяні могуць быць сканцэнтраваны і накіраваны з дапамогай люстэркаў і аптычных лінзаў. Але, у адрозненне ад EBW, LBW не можа дасягнуць такой жа глыбіні і высокіх суадносін глыбіні да шырыні. У той час як EBW можа ствараць глыбіню зварнога шва да 50 мм (2 цалі), лазерная зварка можа дасягнуць максімальнай глыбіні зварнога шва толькі каля 19 мм (0.75 цалі). Пры LBW суадносіны глыбіні да шырыні звычайна абмежаваныя прыблізна 5:1. LBW шырока выкарыстоўваецца для злучэння невялікіх кампанентаў з-за высокаканцэнтраванай энергіі ў вузкай вобласці прамяня лазера.

Зварка ў цвёрдым стане

Зварка ў цвёрдым стане ахоплівае шэраг метадаў злучэння, пры якіх зліццё злучаных паверхняў дасягаецца без плаўлення, з выкарыстаннем ціску з дадатковым награваннем або без яго. Тыповыя працэдуры зваркі ў гэтай катэгорыі ўключаюць наступнае:

Дыфузійная зварка (DFW)

Дыфузійная зварка (DFW) прадугледжвае ўтрыманне дзвюх паверхняў разам пад ціскам пры высокай тэмпературы, што дазваляе дэталям злівацца шляхам дыфузіі ў цвёрдым стане.

Спасылка

Выкарыстоўваныя тэмпературы значна ніжэйшыя за тэмпературы плаўлення металаў і дасягаюць прыкладна 0.5 Тл._m (тэмпература плаўлення), з мінімальнай пластычнай дэфармацыяй паверхняў. Асноўным механізмам злучэння з'яўляецца дыфузія ў цвёрдым стане, пры якой атамы мігруюць па мяжы кантактуючых паверхняў. DFW часта выкарыстоўваецца ў аэракасмічнай і ядзернай прамысловасці для злучэння высокатрывалых і тугаплаўкіх металаў. Ён падыходзіць для злучэння як падобных, так і разнастайных металаў, прычым пласт металічнага напаўняльніка часта размяшчаецца паміж рознымі асноўнымі металамі для паляпшэння дыфузіі. Працэс дыфузіі можа быць працяглым, часам займае больш за гадзіну.

Зварка трэннем з перамешваннем (FSW)

Зварка трэннем з перамешваннем (ЗТР) — гэта тэхналогія цвёрдацельнай зваркі, пры якой круцільны інструмент рухаецца ўздоўж лініі стыку паміж двума дэталямі, выпрацоўваючы цяпло праз трэнне і механічна перамешваючы метал для стварэння зварнога шва. Працэс атрымаў сваю назву ад працэсу перамешвання або змешвання. У адрозненне ад звычайнай зваркі трэннем (ЗТР), дзе самі дэталі выпрацоўваюць цяпло трэння, ЗТР для гэтай мэты выкарыстоўвае асобны зносаўстойлівы інструмент.

Інструмент, які выкарыстоўваецца ў зварцы з тэрмічнай зваркай (FSW), мае цыліндрычнае плячо і меншы зонд, які знаходзіцца пад ім. Падчас зваркі плячо трэцца аб верхнія паверхні дзвюх дэталяў, ствараючы большую частку цяпла ад трэння, у той час як зонд дадае дадатковае цяпло, змешваючы метал уздоўж лініі злучэння. Канструкцыя зонда аптымізавана для ўзмацнення гэтага змешвання. Цяпло, якое выпрацоўваецца ў выніку трэння і змешвання, размякчае метал да высокапластычнага стану, не плаўляючы яго. Па меры прасоўвання інструмента ўздоўж злучэння пярэдні край круцільнага зонда штурхае размякчаны метал вакол сябе, фармуючы метал у зварное шво. Плячо дапамагае ўтрымліваць пластыфікаваны метал вакол зонда.

Спасылка

Тэхналогія дугавой зваркі з дапамогай зваркі з гарачым патокам (FSW) шырока выкарыстоўваецца ў такіх галінах прамысловасці, як аэракасмічная, аўтамабільная, чыгуначная і суднабудаўнічая. Распаўсюджаныя сферы прымянення ўключаюць стыковыя злучэнні буйных алюмініевых дэталяў. Гэты працэс таксама можа выкарыстоўвацца з кампазітамі і палімерамі, а таксама з іншымі металамі, такімі як тытан, сталь і медзь. Перавагі FSW ўключаюць невялікую дэфармацыю або ўсаджванне, прывабны выгляд зварнога шва, выдатныя механічныя якасці зварнога шва і выдаленне шкодных выпарэнняў, дэфармацыі і праблем з экранаваннем, характэрных для дугавой зваркі. Тым не менш, ёсць і пэўныя недахопы гэтай працэдуры, а менавіта неабходнасць моцнага заціску дэталяў і стварэнне адтуліны для выхаду пры выдаленні інструмента.

Ультрагукавая зварка (УЗЗ)

Ультрагукавая зварка (УЗ) прадугледжвае прыкладанне ўмеранага ціску паміж двума кампанентамі з выкарыстаннем вагальных рухаў на ультрагукавых частотах у кірунку, паралельным кантактным паверхням. Гэты метад вагальных рухаў, які часта выкарыстоўваецца пры зварцы ўнахлест, разбурае паверхневыя пакрыцці, каб забяспечыць цесны кантакт і трывалую металургічную сувязь паміж паверхнямі. Нягледзячы на ​​тое, што адбываецца некаторы нагрэў з-за міжфазнага трэння і пластычнай дэфармацыі, тэмпература застаецца значна ніжэйшай за тэмпературу плаўлення, што выключае неабходнасць выкарыстання ахоўных газаў, прысадных металаў або флюсаў.

Ультрагукавой пераўтваральнік злучаны з санотродам, які перадае вагальны рух на верхнюю частку апрацоўванай дэталі. З амплітудай ад 0.018 да 0.13 мм (ад 0.0007 да 0.005 цалі) гэты пераўтваральнік пераўтварае электрычную энергію ў высокачашчынны вібрацыйны рух, звычайна ў дыяпазоне ад 15 да 75 кГц. Пры гэтым пластычная дэфармацыя меншая, бо ціск заціску пры ультрагукавым зварванні значна ніжэйшы, чым пры халоднай зварцы. Звычайна працэс зваркі займае менш за секунду.

Спасылка

Зварка ультрагукавым зварваннем (USW) у асноўным выкарыстоўваецца для злучэння ўнахлест мяккіх матэрыялаў, такіх як алюміній і медзь. Зварка больш цвёрдых матэрыялаў можа хутка зношваць санотрод. Загатоўкі павінны быць адносна невялікімі, з тыповай таўшчынёй зваркі менш за 3 мм (1/8 цалі). Прымяненне ўключае заканчванне і зрошчванне правадоў у электратэхнічнай і электроннай прамысловасці, што выключае неабходнасць паяння, зборку алюмініевых ліставых металічных панэляў, зварку труб да лістоў у сонечных панэлях і розныя задачы па зборцы дробных дэталяў.

Аўтаматызацыя ў зварцы

З-за рызык, звязаных з ручной зваркай, і жадання павысіць прадукцыйнасць і якасць прадукцыі, з'явіліся розныя формы механізацыі і аўтаматызацыі. Гэтыя катэгорыі ўключаюць машынную зварку, аўтаматычную зварку і рабатызаваную зварку.

Машынная зварка — гэта тэрмін для абазначэння механізаванай зваркі з выкарыстаннем абсталявання, якое працуе пад пастаянным наглядам рабочага. Звычайна нерухомая дэталь перамяшчаецца адносна зварачнай галоўкі, якая перамяшчаецца механічна, або дэталь перамяшчаецца адносна нерухомай зварачнай галоўкі. Каб кантраляваць аперацыю, рабочы павінен пастаянна сачыць за абсталяваннем і ўзаемадзейнічаць з ім.

Калі абсталяванне можа выканаць задачу без неабходнасці ўмяшання чалавека, гэта называецца аўтаматычнай зваркай. Звычайна чалавек прысутнічае, каб кантраляваць працэдуру і вызначаць адхіленні ад стандартных аперацыйных працэдур. Выкарыстанне кантролера цыклу зваркі для кіравання рухам дугі і размяшчэннем дэталі без пастаяннага кантролю чалавека адрознівае аўтаматызаваную зварку ад машыннай зваркі. Пры аўтаматычнай зварцы дэталь павінна быць размешчана адносна зварачнай галоўкі з дапамогай зварачнага прыстасавання і/або пазіцыянера. Акрамя таго, патрабуецца большая дакладнасць і аднастайнасць кампанентаў, якія ўваходзяць у зварку. З-за гэтых фактараў аўтаматычная зварка жыццяздольная толькі ў вытворчасці вялікіх аб'ёмаў.

Прамысловы робат або праграмаваны маніпулятар выкарыстоўваецца ў рабатызаванай зварцы для аўтаномнага кіравання рухам зварачнай галоўкі ў залежнасці ад аб'екта. Дзякуючы адаптыўнаму радыусу дзеяння робата і магчымасці перапраграмавання для розных канфігурацый дэталяў, гэты метад аўтаматызацыі можа быць апраўданы для адносна невялікіх аб'ёмаў вытворчасці, нават з адносна простымі прыстасаваннямі. Два зварачныя прыстасаванні і чалавек-мантажнік, які загружае і разгружае вырабы, пакуль робат зварвае, утвараюць стандартную рабатызаваную ячэйку для дугавой зваркі. Кампаніі па канчатковай зборцы аўтамабіляў выкарыстоўваюць прамысловых робатаў не толькі для дугавой зваркі, але і для кантактнай зваркі кузаваў аўтамабіляў.

Зварное злучэнне

Існуе пяць асноўных тыпаў злучэнняў, якія выкарыстоўваюцца для злучэння дзвюх дэталяў. Гэтыя тыпы злучэнняў прымяняюцца не толькі да зваркі, але і да іншых метадаў злучэння і мацавання. Пяць тыпаў злучэнняў вызначаюцца наступным чынам:

Стыковае злучэнне: пры гэтым тыпе злучэння дэталі выраўнаваны ў адной плоскасці і злучаюцца па краях.

Кутняе злучэнне: дэталі ўтвараюць прамы вугал і злучаюцца ў куце.

Нахлестнае злучэнне: гэта злучэнне складаецца з дзвюх частак, якія перакрываюць адна адну.

Т-вобразнае злучэнне: адна частка размешчана перпендыкулярна другой, нагадваючы форму літары «Т».

Злучэнне па краях: дэталі паралельныя хаця б з адным агульным краем, і злучэнне робіцца ўздоўж гэтага краю.

Тыпы зварных швоў

Кожнае з вышэйзгаданых злучэнняў можа быць сфарміравана з дапамогай зваркі. Важна адрозніваць тып злучэння і спосаб яго зваркі, які называецца тыпам шва. Розніца паміж тыпамі зварных швоў заключаецца ў іх геаметрыі (тыпе злучэння) і выкарыстоўваным працэсе зваркі.

Кутавы зварны шво

Як паказана ніжэй, кутняе зварное зварванне выкарыстоўваецца для запаўнення краёў пласцін, утвораных тавровымі, нахлесточнымі і вуглавымі злучэннямі. Для стварэння папярочнага сячэння, якое прыблізна нагадвае прамавугольны трохвугольнік, выкарыстоўваецца прысадны метал. Паколькі для падрыхтоўкі краёў патрэбныя толькі асноўныя прастакутныя рэбры дэталяў, гэта найбольш папулярны тып зваркі пры дугавой і кіслародна-газваркавай зварцы. Кутняе зварное зварванне можа быць адзінарным, падвойным, бесперапынным або перарывістым, гэта значыць, зварвацца бесперапынна па ўсёй даўжыні злучэння або з незаваранымі прамежкамі паміж імі.

Зварныя швы ў пазу

Зварныя канаўкі звычайна патрабуюць надання краям дэталяў формы канаўкі для паляпшэння пранікнення шва. Гэтыя канаўкі могуць быць квадратнымі, скошанымі, V-, U- або J-вобразнымі, і іх можна наносіць на адзін або на абодва бакі, як паказана ніжэй. Прысадачны метал, які звычайна наносіцца з дапамогай дугавой або кіслародна-газваркавай зваркі, запаўняе злучэнне. Нягледзячы на ​​тое, што такая падрыхтоўка краёў патрабуе больш апрацоўкі, чым проста квадратны край, яна часта робіцца для ўмацавання зварнога злучэння або пры зварцы больш тоўстых дэталяў. Хоць зварныя канаўкі часцей за ўсё асацыююцца са стыкавымі злучэннямі, яны выкарыстоўваюцца ва ўсіх тыпах злучэнняў, акрамя злучэнняў унахлест.

Зварныя швы з прарэзамі і пазавыя зварныя швы

Для злучэння плоскіх пліт выкарыстоўваюцца зварныя швы з разьбой і пазавыя зварныя швы. Гэты працэс прадугледжвае стварэнне адной або некалькіх адтулін або паз у верхняй пласціне, якія затым запаўняюцца прысадным металам для злучэння дзвюх частак разам.

Для злучэнняў унахлест звычайна выкарыстоўваюцца кропкавыя і швовыя зваркі. Кропкавая зварка прадугледжвае невялікую сплаўленую вобласць паміж паверхнямі двух лістоў або пліт, прычым для эфектыўнага злучэння дэталяў часта патрабуецца некалькі кропкавых зварных швоў. Гэты метад часцей за ўсё асацыюецца з кантактнай зваркай. Швовая зварка падобная на кропкавую зварку, але складаецца з бесперапыннай або амаль бесперапыннай сплаўленай часткі паміж двума лістамі або плітамі.

Фланцавыя зварныя швы

Ніжэй паказаны фланцавыя зварныя швы і наплавляльныя зварныя швы. Фланцавы зварны шоў ствараецца на краях дзвюх або больш дэталяў, звычайна з ліставога металу або тонкай пласціны. З іншага боку, наплавляльны зварны шоў прызначаны не для злучэння дэталяў, а для нанясення прысадачнага металу на паверхню асноўнай дэталі з дапамогай аднаго або некалькіх зварных швоў. Гэтыя зварныя швы могуць наносіцца серыяй перакрываючыхся паралельных праходаў, пакрываючы вялікія плошчы асноўнай дэталі для павелічэння яе таўшчыні або забеспячэння ахоўнага пакрыцця паверхні.

Фізіка зваркі

Цеплавая энергія высокай шчыльнасці падаецца на паверхні, якія павінны сплаўляцца, што прыводзіць да лакалізаванага плаўлення асноўных металаў для дасягнення плаўлення. Цяпло таксама павінна быць дастаткова высокім, каб расплавіць любы выкарыстоўваны прысадачны метал. Шчыльнасць магутнасці (Вт/мм² або БТЕ/сек-цаль²) - гэта адзінка вымярэння, якая выкарыстоўваецца для апісання шчыльнасці цяпла. Яна адваротна прапарцыйная шчыльнасці магутнасці пры вызначэнні часу плаўлення. Нізкая шчыльнасць магутнасці прыводзіць да больш павольнага плаўлення, таму што цяпло знікае, як толькі яно дадаецца, пазбягаючы плаўлення. Большасць металаў можна расплавіць падчас зваркі з мінімальнай шчыльнасцю магутнасці прыкладна 10 Вт/мм² (6 БТЕ/сек-цаль²). Час плаўлення скарачаецца па меры павышэння шчыльнасці цяпла. Аднак метал выпараецца з-за высокіх тэмператур, калі шчыльнасць магутнасці перавышае прыкладна 10⁵ Вт/мм³ (60 000 БТЕ/сек-цаль³). Каб зварка была эфектыўнай, шчыльнасць магутнасці павінна падтрымлівацца ў пэўным дыяпазоне. Хуткасць зваркі і памер зварваемай зоны залежаць ад розных метадаў зваркі.

Нягледзячы на ​​тое, што кіслародна-газавая зварка выпрацоўвае шмат цяпла, яна мае нізкую шчыльнасць, бо пакрывае вялікую плошчу. Аксіацэтылен, самае гарачае паліва для кіслародна-газавай зваркі, гарыць пры тэмпературы каля 3500°C (6300°F). Для параўнання, дугавая зварка дасягае лакальных тэмператур ад 10 000°F да 12 000°F (або ад 5500°C да 6600°C), адначасова забяспечваючы велізарную энергію на меншай плошчы. Высокая шчыльнасць магутнасці часта больш пажаданая, бо з металургічнага пункту гледжання пераважней плаўляць метал з мінімальна магчымай энергіяй.

Шчыльнасць магутнасці разлічваецца як магутнасць, якая паступае на паверхню, падзеленая на плошчу паверхні:

PD = P/A

дзе PD — шчыльнасць магутнасці (Вт/мм² або БТЕ/с·цаль²), P — магутнасць, якая паступае на паверхню (Вт або БТЕ/с), а A — плошча паверхні, на якую прыкладваецца энергія (мм² або цаль²). Гэты разлік ускладняецца такімі фактарамі, як рух крыніцы харчавання (напрыклад, зварачнай дугі), якая папярэдне награвае вобласць наперадзе і паслядоўна награвае вобласць ззаду. Акрамя таго, шчыльнасць магутнасці неаднастайная па ўсёй паверхні, якая падвяргаецца ўздзеянню, змяняючыся ў залежнасці ад плошчы.

Спасылкі

Грувер, М.П., ​​2010. Асновы сучаснай вытворчасці: матэрыялы, працэсы і сістэмы. 4-е выд. Хобокен, Нью-Джэрсі: John Wiley & Sons, Inc.