Welding metalurhiya

Ang welding, pamamaraan na ginagamit para sa pagsali sa mga bahagi ng metal na karaniwang sa pamamagitan ng aplikasyon ng init. Ang diskarteng ito ay natuklasan sa panahon ng mga pagsusumikap upang manipulahin ang bakal sa mga kapaki-pakinabang na hugis. Ang mga welded blades ay binuo sa 1st millennium ce, ang pinakasikat na pagiging mga ginawa ng Arab armourer sa Damasco, Syria. Ang proseso ng carburization ng iron upang makagawa ng matapang na bakal ay kilala sa oras na ito, ngunit ang resulta ng bakal ay napaka-malutong. Ang pamamaraan ng hinang-na kinasasangkutan ng interlayering medyo malambot at matigas na bakal na may mataas na carbon material, na sinundan ng pagpapatawad ng martilyo — ay gumawa ng isang malakas, matigas na talim.

Sa mga modernong panahon ang pagpapabuti sa mga diskarte sa paggawa ng bakal, lalo na ang pagpapakilala ng cast iron, pinigilan ang pag-welding sa panday at panday. Ang iba pang mga pamamaraan ng pagsali, tulad ng pangkabit ng mga bolts o rivets, ay malawak na inilalapat sa mga bagong produkto, mula sa mga tulay at mga engine ng riles hanggang sa mga kagamitan sa kusina.

Ang mga proseso ng paghuhugas ng fusion ay isang pagsulong ng pangangailangan upang makakuha ng isang tuluy-tuloy na pinagsamang sa malalaking plate na bakal. Ang Rivetting ay ipinakita na may mga kawalan, lalo na para sa isang nakapaloob na lalagyan tulad ng isang boiler. Ang welding ng gas, hinang arc, at ang hinang ng paglaban ay lumitaw sa katapusan ng ika-19 na siglo. Ang unang tunay na pagtatangka upang mag-ampon ng mga proseso ng hinang sa isang malawak na sukat ay ginawa noong Digmaang Pandaigdig I. Noong 1916 ang proseso ng oxyacetylene ay mahusay na binuo, at ang mga diskarteng hinang na ginagamit pagkatapos ay ginagamit pa rin. Ang pangunahing pagpapabuti mula noon ay nasa kagamitan at kaligtasan. Ang arc welding, gamit ang isang kayang elektrod, ay ipinakilala din sa panahong ito, ngunit ang hubad na mga wire ay una na ginamit na mga malutong na welds. Ang isang solusyon ay natagpuan sa pamamagitan ng pambalot ng hubad na kawad na may asbestos at isang entwined na wire na aluminyo. Ang modernong elektrod, na ipinakilala noong 1907, ay binubuo ng isang hubad na kawad na may isang kumplikadong patong ng mga mineral at metal. Ang pag-welding ng Arc ay hindi ginamit sa buong mundo hanggang sa Ikalawang Digmaang Pandaigdig, kapag ang kagyat na pangangailangan para sa mabilis na paraan ng konstruksyon para sa pagpapadala, pagpapadala ng mga power plant, transportasyon, at mga istruktura ay kinakailangang gawaing pag-unlad.

Ang paglaban ng resistensya, naimbento noong 1877 ni Elihu Thomson, ay tinanggap nang matagal bago ang paghagupit ng arko para sa lugar at pagsasama ng seam ng sheet. Ang mga welding ng butt para sa paggawa at pagsali sa mga bar at rod ay binuo noong 1920s. Noong 1940s, ang proseso ng gasolina ng tungsten-inert, na ginagamit ang isang hindi nalulunod na elektrod na tungsten upang magsagawa ng fusion welds, ay ipinakilala. Noong 1948 isang bagong proseso na may kalasag na gas na ginamit ang isang wire elektrod na natupok sa weld. Karamihan sa mga kamakailan-lamang, ang electron-beam welding, laser welding, at maraming mga proseso ng solid-phase tulad ng pagsasabog ng bonding, friction welding, at pagsamahan ng ultrasonic ay nabuo.

Mga pangunahing prinsipyo ng hinang

Ang isang weld ay maaaring natukoy bilang isang coalescence ng mga metal na ginawa sa pamamagitan ng pag-init sa isang angkop na temperatura na may o walang aplikasyon ng presyon, at kasama o walang paggamit ng isang materyal na tagapuno.

Sa fusion welding isang init na mapagkukunan ay bumubuo ng sapat na init upang lumikha at mapanatili ang isang tinunaw na pool ng metal ng kinakailangang laki. Ang init ay maaaring ibigay ng koryente o ng apoy ng gas. Ang electric resistance welding ay maaaring isaalang-alang na fusion welding dahil nabuo ang ilang tinunaw na metal.

Ang mga proseso ng solid-phase ay gumagawa ng mga welds nang hindi natutunaw ang base material at nang walang pagdaragdag ng isang metal na tagapuno. Ang presyur ay palaging ginagamit, at sa pangkalahatan ay binibigyan ng init. Ang frictional heat ay binuo sa pagsali sa ultrasonic at friction, at ang pag-init ng pugon ay karaniwang ginagamit sa pagsasabog ng pagsasabog.

Ang electric arc na ginamit sa hinang ay isang mataas na kasalukuyang, mababang boltahe na paglabas sa pangkalahatan sa saklaw ng 10,000,000 mga amperes sa 1050 volts. Ang isang haligi ng arko ay kumplikado ngunit, malawak na nagsasalita, ay binubuo ng isang katod na naglalabas ng mga electron, isang gas plasma para sa kasalukuyang pagpapadaloy, at isang rehiyon ng anode na nagiging mas mainit kaysa sa katod dahil sa pagbomba ng elektron. Ang isang direktang kasalukuyang (DC) arc ay karaniwang ginagamit, ngunit ang alternating kasalukuyang (AC) arcs ay maaaring magamit.

Ang kabuuang pag-input ng enerhiya sa lahat ng mga proseso ng hinang ay lumampas sa kung saan kinakailangan upang makabuo ng isang kasukasuan, sapagkat hindi lahat ng init na nabuo ay maaaring epektibong magamit. Ang mga kahusayan ay nag-iiba mula 60 hanggang 90 porsyento, depende sa proseso; ang ilang mga espesyal na proseso ay lumihis nang malawak mula sa figure na ito. Ang init ay nawala sa pamamagitan ng pagpapadaloy sa pamamagitan ng base metal at sa pamamagitan ng radiation sa mga paligid.

Karamihan sa mga metal, kapag pinainit, ay gumanti sa kapaligiran o iba pang kalapit na mga metal. Ang mga reaksyon na ito ay maaaring maging lubhang nakapipinsala sa mga katangian ng isang welded joint. Karamihan sa mga metal, halimbawa, mabilis na nag-oxidize kapag tinunaw. Ang isang layer ng oxide ay maaaring maiwasan ang tamang bonding ng metal. Ang mga mollet-metal na mga droplet na pinahiran ng oxide ay maging naka-insert sa weld at ginawang malutong. Ang ilang mahahalagang materyales na idinagdag para sa mga tukoy na katangian ay gumanti nang mabilis sa pagkakalantad sa hangin na ang metal na naideposito ay hindi magkaparehong komposisyon tulad ng una nito. Ang mga problemang ito ay humantong sa paggamit ng mga flux at inert atmospheres.

Sa fusion welding ang flux ay may proteksiyong papel sa pagpapadali ng isang kinokontrol na reaksyon ng metal at pagkatapos ay maiiwasan ang oksihenasyon sa pamamagitan ng pagbuo ng isang kumot sa ibabaw ng tinunaw na materyal. Ang mga flux ay maaaring maging aktibo at makakatulong sa proseso o hindi aktibo at simpleng protektahan ang mga ibabaw habang sumasali.

Ang mga inert atmospheres ay naglalaro ng isang proteksiyong papel na katulad ng mga flux. Sa mga metal na may kalasag na metal-arc at may kalasag na tungsten-arc na hinuhumalingan ng gas ng gasolina — kadalasang argon — dumadaloy mula sa isang annulus na nakapalibot sa tanglaw sa isang tuluy-tuloy na stream, na lumilipad sa hangin mula sa paligid ng arko. Ang gas ay hindi reaksyon ng kemikal sa metal ngunit pinoprotektahan lamang ito mula sa pakikipag-ugnay sa oxygen sa hangin.

Ang metalurhiya ng pagsali ng metal ay mahalaga sa mga kakayahan ng pag-andar ng kasukasuan. Ang arc weld ay naglalarawan ng lahat ng mga pangunahing tampok ng isang pinagsamang. Tatlong zone ang nagreresulta mula sa pagpasa ng isang welding arc: (1) ang weld metal, o fusion zone, (2) ang apektadong zone, at (3) ang hindi apektadong zone. Ang weld metal ay bahagi ng kasukasuan na natunaw sa panahon ng hinang. Ang zone na naapektuhan ng init ay isang rehiyon na katabi ng weld metal na hindi na-welded ngunit sumailalim sa isang pagbabago sa microstructure o mekanikal na mga katangian dahil sa init ng hinang. Ang hindi naapektuhan na materyal ay ang hindi na pinainit na sapat upang mabago ang mga pag-aari nito.

Ang komposisyon ng weld-metal at ang mga kondisyon na kung saan ito ay nag-freeze (solidifies) makabuluhang nakakaapekto sa kakayahan ng pinagsamang upang matugunan ang mga kinakailangan sa serbisyo. Sa arc welding, ang weld metal ay binubuo ng materyal ng tagapuno kasama ang base metal na natunaw. Matapos ang pagpasa ng arko, nangyayari ang mabilis na paglamig ng weld metal. Ang isang one-pass weld ay may istraktura ng cast na may mga butil na kolar na umaabot mula sa gilid ng tinunaw na pool hanggang sa gitna ng weld. Sa isang multipass weld, ang istrukturang ito ng cast ay maaaring mabago, depende sa partikular na metal na hinangin.

Ang base metal na katabi ng weld, o ang apektadong zone, ay sumasailalim sa isang saklaw ng mga siklo ng temperatura, at ang pagbabago nito sa istraktura ay direktang nauugnay sa temperatura ng rurok sa anumang naibigay na punto, oras ng pagkakalantad, at mga rate ng paglamig. Ang mga uri ng base metal ay napakarami upang talakayin dito, ngunit maaari silang maipangkat sa tatlong klase: (1) mga materyales na hindi naapektuhan ng heat welding, (2) mga materyal na pinatigas ng pagbabago ng istruktura, (3) mga materyales na pinatigas ng mga proseso ng pag-ulan.

Ang welding ay gumagawa ng mga stress sa mga materyales. Ang mga puwersa na ito ay sapilitan sa pamamagitan ng pag-urong ng weld metal at sa pamamagitan ng pagpapalawak at pagkatapos ay pag-urong ng zone na apektado ng init. Ang hindi nag-iinit na metal ay nagpapataw ng pagpigil sa itaas, at bilang namumuno ang pag-urong, ang weld metal ay hindi maaaring kumontrata nang malaya, at ang isang pagkapagod ay binuo sa magkasanib na. Ito ay karaniwang kilala bilang tira stress, at para sa ilang mga kritikal na aplikasyon ay dapat alisin sa pamamagitan ng paggamot ng init ng buong katha. Hindi maiiwasan ang nabubuhay na stress sa lahat ng mga welded na istruktura, at kung hindi ito kinokontrol na pagyuko o pagbaluktot ng welding ay magaganap. Ang kontrol ay isinasagawa sa pamamagitan ng pamamaraan ng hinang, jigs at mga fixture, mga pamamaraan ng katha, at pangwakas na paggamot sa init.

Mayroong isang iba't ibang mga proseso ng hinang. Ang ilan sa mga pinakamahalagang tinalakay sa ibaba.