Porównanie typowych procesów spawania

5. Inne metody spawania

Te metody spawania należą do różnych stopni wyspecjalizowanych metod spawania, a ich zakres stosowania jest stosunkowo wąski. Obejmuje głównie spawanie elektrożużlowe i spawanie wysokiej częstotliwości z ciepłem oporowym jako energią; spawanie gazowe, spawanie gazowe i spawanie wybuchowe z wykorzystaniem energii chemicznej jako energii spawania; zgrzewanie tarciowe, zgrzewanie na zimno, zgrzewanie ultradźwiękowe i zgrzewanie dyfuzyjne z wykorzystaniem energii mechanicznej jako energii spawania.

(1) Spawanie elektrożużlowe

Jak wspomniano wcześniej, spawanie elektrożużlowe jest metodą spawania wykorzystującą ciepło oporowe stopionego żużla jako źródło energii. Proces spawania odbywa się w pionowej pozycji spawania w szczelinie montażowej utworzonej przez czołowe powierzchnie obu detali i chłodzone wodą miedziane suwaki po obu stronach. Podczas spawania końcówka przedmiotu obrabianego jest topiona przez ciepło oporu elektrycznego wytwarzane przez żużel. Ze względu na kształt elektrody stosowanej do spawania, spawanie elektrożużlowe dzieli się na elektrożużlowe elektrodę drutową, elektrożużlowe elektrodą płytkową oraz elektrożużlowe spawanie dyszowe. Zalety spawania elektrożużlowego to: grubość spawanego elementu jest duża (od 30 mm do ponad 1000 mm), a produktywność wysoka. Stosowany głównie do spawania złączy i teowników na uszkodzonej powierzchni. Spawanie elektrożużlowe może być stosowane do spawania różnych konstrukcji stalowych, a także do zgrzewania grupowego odlewów. Połączenia spawane elektrożużlowe charakteryzują się powolnym nagrzewaniem i chłodzeniem, szeroką strefą wpływu ciepła, gruboziarnistą mikrostrukturą i wytrzymałością, więc po spawaniu na ogół wymagana jest obróbka normalizująca.

(2) Spawanie w wysokiej częstotliwości

Zgrzewanie o tej samej częstotliwości wykorzystuje stałe ciepło oporowe jako źródło energii. Podczas spawania ciepło rezystancyjne wytwarzane w przedmiocie obrabianym przez prąd o wysokiej częstotliwości jest wykorzystywane do ogrzania powierzchni obszaru spawania przedmiotu obrabianego do stanu stopionego lub bliskiego plastyczności, a następnie przykładana jest siła spęczająca (lub nie) w celu realizacji spajanie metalu. Dlatego jest to metoda zgrzewania rezystancyjnego w fazie stałej. Spawanie wysokoczęstotliwościowe można podzielić na spawanie kontaktowe wysokoczęstotliwościowe i spawanie indukcyjne wysokoczęstotliwościowe w zależności od sposobu, w jaki prąd o wysokiej częstotliwości generuje ciepło w obrabianym przedmiocie. Podczas kontaktu ze spawaniem wysokoczęstotliwościowym prąd o wysokiej częstotliwości przepływa do przedmiotu obrabianego poprzez mechaniczny kontakt z przedmiotem obrabianym. Podczas indukcyjnego spawania wysokoczęstotliwościowego prąd o wysokiej częstotliwości generuje indukowany prąd w przedmiocie obrabianym poprzez sprzężenie zewnętrznej cewki indukcyjnej przedmiotu obrabianego. Spawanie wysokoczęstotliwościowe jest wysoce wyspecjalizowaną metodą spawania, a specjalne wyposażenie powinno być wyposażone zgodnie z produktem. Wysoka produktywność, prędkość spawania do 30m / min. Służy głównie do zgrzewania szwów podłużnych lub szwów spiralnych przy produkcji rur.

(3) Spawanie gazowe

Spawanie gazowe to metoda spawania wykorzystująca płomień gazowy jako źródło ciepła. Najpowszechniej stosowany jest płomień tlenowo-acetylenowy z gazem acetylenowym jako paliwem. Ponieważ sprzęt jest prosty i łatwy w obsłudze, ale prędkość nagrzewania i produktywność spawania gazowego są niskie, strefa wpływu ciepła jest duża i łatwo jest spowodować duże odkształcenia. Spawanie gazowe może być stosowane do spawania wielu metali żelaznych, nieżelaznych i stopów. Ogólnie nadaje się do konserwacji i spawania jednoczęściowych cienkich blach.

(4) Zgrzewanie powietrzem

Podobnie jak w przypadku spawania gazowego, spawanie gazowe również wykorzystuje płomień gazowy jako źródło ciepła. Podczas spawania końce dwóch współpracujących elementów są podgrzewane do określonej temperatury, a następnie przykładane jest ciśnienie wystarczające do uzyskania mocnego połączenia. Jest to spawanie w fazie stałej. Podczas spawania gazowego nie jest dodawany żaden spoiwo i jest on często używany do spawania szyn i prętów stalowych.

(5) Spawanie wybuchowe

Spawanie wybuchowe to kolejna metoda spawania w fazie stałej, która wykorzystuje ciepło reakcji chemicznej jako źródło energii. Ale wykorzystuje energię wytworzoną przez wybuchową eksplozję, aby zrealizować metalowe połączenie. Pod działaniem fali eksplozji można przyspieszyć i uderzyć dwoma kawałkami metalu w celu utworzenia metalowego wiązania w czasie krótszym niż jedna sekunda. Spośród różnych metod spawania, najszerszy jest wachlarz kombinacji różnych metali, które można spawać metodą spawania wybuchowego. Spawanie wybuchowe można zastosować do spawania metalurgicznie niekompatybilnych dwóch metali w różne złącza przejściowe. Spawanie wybuchowe jest najczęściej stosowane do napawania płaskich płyt o stosunkowo dużej powierzchni i jest wydajną metodą wytwarzania paneli kompozytowych.

(6) Zgrzewanie tarciowe

Spawanie tarciowe to spawanie w fazie stałej z energią mechaniczną jako źródłem energii. Wykorzystuje ciepło generowane przez mechaniczne tarcie między dwiema powierzchniami, aby zrealizować połączenie metalowe. Ciepło spawania tarciowego koncentruje się na powierzchni złącza, więc strefa wpływu ciepła jest wąska. Należy przyłożyć nacisk między dwiema powierzchniami. W większości przypadków pod koniec nagrzewania ciśnienie wzrasta, tak że gorący metal wiąże się przez spęczanie. Generalnie powierzchnia klejenia nie topi się. Spawanie tarciowe ma wysoką wydajność. Zasadniczo prawie wszystkie metale, które mogą być kute na gorąco, można spawać tarciowo. Spawanie tarciowe może być również stosowane do spawania różnych metali. Nadaje się do detali o okrągłym przekroju i maksymalnej średnicy 100 mm.

(7) Zgrzewanie ultradźwiękowe

Spawanie ultradźwiękowe jest również metodą spawania w fazie stałej, która wykorzystuje energię mechaniczną jako źródło energii. Podczas spawania ultradźwiękowego spawany przedmiot znajduje się pod niskim ciśnieniem statycznym, a drgania o wysokiej częstotliwości emitowane przez sonotrodę mogą powodować, że powierzchnia złącza wytwarza silne tarcie pękające i nagrzewa się do temperatury spawania w celu utworzenia połączenia. Spawanie ultradźwiękowe może być stosowane do spawania między większością materiałów metalowych i umożliwia spawanie między metalami, różnymi metalami oraz między metalami i niemetalami. Może być stosowany do wielokrotnej produkcji połączeń z drutu metalowego, folii lub blach o grubości od 2 do 3 mm lub mniejszej. (8) Zgrzewanie dyfuzyjne Zgrzewanie dyfuzyjne jest generalnie metodą spawania w fazie stałej z pośrednią energią cieplną jako źródłem energii. Zwykle odbywa się w próżni lub atmosferze ochronnej. Podczas spawania powierzchnie dwóch spawanych elementów stykają się ze sobą pod wpływem wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia oraz są utrzymywane przez pewien czas, aby osiągnąć odległość między atomami, i są łączone poprzez prostą dyfuzję atomów. Przed spawaniem konieczne jest nie tylko oczyszczenie powierzchni przedmiotu obrabianego z tlenków i innych zanieczyszczeń, ale również chropowatość powierzchni musi być niższa od określonej wartości, aby zapewnić jakość spawania. Zgrzewanie dyfuzyjne prawie nie ma szkodliwego wpływu na właściwości spawanego materiału. Może spawać wiele takich samych i odmiennych metali oraz niektóre materiały niemetalowe, takie jak ceramika. Zgrzewanie dyfuzyjne umożliwia spawanie złożonych konstrukcji i elementów obrabianych o bardzo różnych grubościach.

Parametry procesu spawania laserowego.

1. Gęstość mocy. Gęstość mocy to jeden z najważniejszych parametrów obróbki laserowej. Przy wyższej gęstości mocy warstwa powierzchniowa może zostać podgrzana do temperatury wrzenia w przedziale czasowym mikrosekund, aby wytworzyć dużą ilość parowania. Dlatego wysoka gęstość mocy jest korzystna przy obróbce usuwania materiału, takiej jak wykrawanie, cięcie i grawerowanie. W przypadku niższej gęstości mocy potrzeba kilku milisekund, aby temperatura powierzchni osiągnęła punkt wrzenia. Zanim warstwa wierzchnia wyparuje, dolna warstwa osiąga temperaturę topnienia, która łatwo tworzy dobrą spoinę. Dlatego w przewodzącym spawaniu laserowym gęstość mocy mieści się w zakresie 104 ~ 106 W / CM2.

2. Przebieg impulsu laserowego. Kształt fali impulsu laserowego jest ważnym zagadnieniem przy spawaniu laserowym, zwłaszcza przy spawaniu blach. Kiedy wiązka lasera o dużej intensywności uderza w powierzchnię materiału, 60 ~ 98% energii lasera zostanie odbite i utracone na powierzchni metalu, a współczynnik odbicia zmienia się wraz z temperaturą powierzchni. Podczas impulsu laserowego współczynnik odbicia metalu znacznie się zmienia.

3. Szerokość impulsu laserowego. Szerokość impulsu jest jednym z ważnych parametrów spawania laserowego impulsowego. Jest to nie tylko ważny parametr różniący się od usuwania materiału i topienia materiału, ale także kluczowy parametr, który określa koszt i wielkość wyposażenia do przetwarzania.

4. Wpływ rozogniskowania ilości na jakość spawania. Spawanie laserowe zwykle wymaga pewnego stopnia separacji, ponieważ gęstość mocy w środku plamki w ognisku lasera jest zbyt duża i łatwo jest odparować do otworu. W każdej płaszczyźnie oddalonej od ogniska lasera rozkład gęstości mocy jest stosunkowo równomierny.

Istnieją dwie metody rozogniskowania: pozytywne i negatywne rozogniskowanie. Jeśli płaszczyzna ogniskowa znajduje się powyżej obrabianego przedmiotu, jest to dodatnie rozogniskowanie, w przeciwnym razie jest to ujemne rozogniskowanie. Zgodnie z teorią optyki geometrycznej, gdy odległość między dodatnią i ujemną płaszczyzną rozogniskowania a płaszczyzną zgrzewania jest równa, gęstość mocy na odpowiednich płaszczyznach jest w przybliżeniu taka sama, ale rzeczywisty kształt uzyskanego jeziorka stopionego jest inny. Gdy rozogniskowanie jest ujemne, można uzyskać większą głębokość penetracji, co jest związane z procesem tworzenia się jeziorka stopionego. Eksperymenty wykazały, że nagrzany laserowo materiał 50 ~ 200us zaczyna się topić, tworząc ciekły metal i odparowując, tworząc miejską parę ciśnieniową i rozpylając z bardzo dużą prędkością, emitując oślepiające białe światło. Jednocześnie wysokie stężenie pary powoduje, że ciekły metal przesuwa się do krawędzi jeziorka stopionego, tworząc wgłębienie w środku jeziorka. Gdy rozogniskowanie jest ujemne, wewnętrzna gęstość mocy materiału jest wyższa niż na powierzchni, co jest łatwe do wytworzenia silniejszego topienia i parowania, dzięki czemu energia światła może być przenoszona do głębszej części materiału. Dlatego w praktycznych zastosowaniach, gdy wymagana jest duża głębokość penetracji, stosuje się negatywne rozogniskowanie; podczas spawania cienkich materiałów właściwe jest pozytywne rozogniskowanie.