Primerjava običajnih varilnih postopkov

5. Druge metode varjenja

Ti varilni postopki pripadajo različnim stopnjam specializiranih varilnih metod in je njihov obseg uporabe razmeroma ozek. Vključuje predvsem elektroskalo in visokofrekvenčno varjenje z uporovno toploto kot energijo; plinsko varjenje, plinsko varjenje in eksplozivno varjenje s kemično energijo kot varilno energijo; varjenje s trenjem, varjenje s hladnim tlakom, ultrazvočno varjenje in difuzijsko varjenje z mehansko energijo kot varilno energijo.

(1) Elektroslačno varjenje

Kot smo že omenili, je elektrovarinsko varjenje varilna metoda, ki kot vir energije uporablja odporno toploto staljene žlindre. Postopek varjenja se izvede v navpičnem varilnem položaju v montažni reži, ki jo tvorijo čelne površine obeh obdelovancev in vodno hlajeni bakreni drsniki na obeh straneh. Med varjenjem se konec obdelovanca stopi zaradi toplote električnega upora, ki jo tvori žlindra. Glede na obliko elektrode, ki se uporablja pri varjenju, elektroslačno varjenje delimo na elektrožilno varjenje z žično elektrodo, elektrodlačno varjenje ploščnih elektrod in trosilno varjenje. Prednosti varjenja z elektroslagami so: debelina varljivega obdelovanca je velika (od 30 mm do več kot 1000 mm), produktivnost pa velika. Uporablja se predvsem za varjenje spojev in T-spojev na lomljeni površini. Elektrovarinsko varjenje se lahko uporablja za varjenje različnih jeklenih konstrukcij, pa tudi za skupinsko varjenje ulitkov. Varjeni spoji z elektroslago imajo počasno ogrevanje in hlajenje, široko območje, ki vpliva na toploto, grobo mikrostrukturo in žilavost, zato je po varjenju običajno potrebna normalizirana obdelava.

(2) Visokofrekvenčno varjenje

Varjenje z enako frekvenco kot vir energije uporablja toploto s trdnim uporom. Med varjenjem se uporovna toplota, ki jo v obdelovancu ustvari visokofrekvenčni tok, uporablja za ogrevanje površine varilnega območja obdelovanca do staljenega ali tesnega plastičnega stanja, nato pa se uporabi sila razbijanja (ali ne), da se doseže kovinsko lepljenje. Zato gre za varilno varjenje v trdni fazi. Visokofrekvenčno varjenje lahko razdelimo na kontaktno visokofrekvenčno varjenje in indukcijsko visokofrekvenčno varjenje glede na način, kako visokofrekvenčni tok ustvarja toploto v obdelovancu. Pri stiku z visokofrekvenčnim varjenjem visokofrekvenčni tok teče v obdelovanec z mehanskim stikom z obdelovancem. Pri indukcijskem visokofrekvenčnem varjenju visokofrekvenčni tok generira inducirani tok v obdelovancu prek sklopke zunanje indukcijske tuljave obdelovanca. Visokofrekvenčno varjenje je visoko specializiran način varjenja, posebna oprema pa mora biti opremljena glede na izdelek. Visoka produktivnost, hitrost varjenja do 30m / min. Uporablja se predvsem za varjenje vzdolžnih šivov ali spiralnih šivov pri izdelavi cevi.

(3) Plinsko varjenje

Plinsko varjenje je varilna metoda, ki uporablja plinski plamen kot vir toplote. Najbolj razširjen je kisik-acetilenski plamen s plinom acetilen kot gorivo. Ker je oprema enostavna in enostavna za upravljanje, vendar sta hitrost in produktivnost ogrevanja s plinskim varjenjem nizka, je območje, ki je pod vplivom toplote, veliko in lahko povzroči velike deformacije. Plinsko varjenje se lahko uporablja za varjenje številnih železnih kovin, neželeznih kovin in zlitin. Na splošno primerno za vzdrževanje in varjenje enodelnih tankih plošč.

(4) Varjenje z zračnim tlakom

Tako kot plinsko varjenje tudi plinsko varjenje uporablja plinski plamen kot vir toplote. Med varjenjem se konca obeh povezanih obdelovancev segrejeta na določeno temperaturo in nato pritisnemo toliko, da dobimo trden spoj. Je varjenje v trdni fazi. Med varjenjem s tlačnim plinom se ne dodaja polnilna kovina in se pogosto uporablja za varjenje tirnic in varjenje jeklenih palic.

(5) Eksplozivno varjenje

Eksplozivno varjenje je še ena metoda varjenja v trdni fazi, ki uporablja toploto kemične reakcije kot vir energije. Toda energijo, ki jo ustvari eksplozivna eksplozija, uporablja za uresničitev kovinske povezave. Pod delovanjem eksplozijskega vala lahko dva kovinska kosa pospešite in z njimi udarite, tako da v manj kot eni sekundi tvorita kovinsko vez. Med različnimi metodami varjenja je najširši nabor kombinacij različnih kovin, ki jih je mogoče variti z eksplozivnim varjenjem. Eksplozivno varjenje lahko uporabimo za varjenje metalurško nezdružljivih dveh kovin v različne prehodne spoje. Eksplozivno varjenje se večinoma uporablja za oblaganje ravnih plošč z razmeroma veliko površino in je učinkovita metoda za izdelavo kompozitnih plošč.

(6) Varjenje s trenjem

Varjenje s trenjem je varjenje v trdni fazi z mehansko energijo kot virom energije. Za realizacijo kovinske povezave uporablja toploto, ki jo ustvarja mehansko trenje med obema površinama. Toplota trenja pri varjenju je koncentrirana na površini spoja, zato je območje, ki vpliva na toploto, ozko. Med obema površinama mora biti pritisk. V večini primerov se tlak poveča na koncu segrevanja, tako da se vroča kovina zleplja. Na splošno se vezna površina ne stopi. Varjenje s trenjem ima visoko produktivnost. Načeloma so skoraj vse kovine, ki jih je mogoče vroče kovati, varjene s trenjem. Varjenje s trenjem se lahko uporablja tudi za varjenje različnih kovin. Primeren je za obdelovance s krožnim prerezom in največjim premerom 100 mm.

(7) Ultrazvočno varjenje

Ultrazvočno varjenje je tudi metoda varjenja v trdni fazi, ki kot vir energije uporablja mehansko energijo. Pri ultrazvočnem varjenju je varilni obdelovanec pod nizkim statičnim tlakom in visokofrekvenčne vibracije, ki jih oddaja sonotroda, lahko povzročijo, da površina spoja povzroči močno trenje razpok in se segreje na temperaturo varjenja, da tvori vez. Ultrazvočno varjenje se lahko uporablja za varjenje med večino kovinskih materialov in omogoča varjenje med kovinami, različnimi kovinami ter med kovinami in nekovinami. Uporablja se lahko za večkratno izdelavo spojev kovinske žice, folije ali pločevine od 2 do 3 mm ali manj. (8) Difuzijsko varjenje Difuzijsko varjenje je praviloma varjenje v trdni fazi s posredno toplotno energijo kot virom energije. Običajno se izvaja v vakuumu ali zaščitni atmosferi. Med varjenjem se površine obeh obdelovancev, ki jih je treba variti, pri visoki temperaturi in visokem tlaku med seboj dovedejo v stik in ohranijo določeno časovno obdobje, da dosežejo razdaljo med atomi, in jih združita s preprosto difuzijo atomov. Pred varjenjem ni treba samo očistiti oksidov in drugih nečistoč na površini obdelovanca, temveč mora biti tudi hrapavost površine nižja od določene vrednosti, da se zagotovi kakovost varjenja. Difuzijsko varjenje skoraj nima škodljivega vpliva na lastnosti materiala, ki ga varimo. Zvari lahko veliko enakih in drugačnih kovin ter nekatere nekovinske materiale, na primer keramiko. Difuzijsko varjenje lahko zvari kompleksne konstrukcije in obdelovance z zelo različno debelino.

Procesni parametri laserskega varjenja.

1. Gostota moči. Gostota moči je eden najpomembnejših parametrov pri laserski obdelavi. Z večjo gostoto moči lahko površinsko plast segrejemo do vrelišča v časovnem območju mikrosekund, da dobimo veliko količino uparjanja. Zato je velika gostota moči koristna za obdelavo odstranjevanja materiala, kot je prebijanje, rezanje in graviranje. Za manjšo gostoto moči traja nekaj milisekund, da temperatura površine doseže vrelišče. Preden površinska plast izhlapi, spodnja plast doseže tališče, kar enostavno tvori dober fuzijski zvar. Zato je pri prevodnem laserskem varjenju gostota moči v območju 104 ~ 106W / CM2.

2. Laserski impulzni val. Laserska impulzna valovna oblika je pomembno vprašanje pri laserskem varjenju, zlasti pri varjenju pločevine. Ko visokointenzivni laserski žarek zadene površino materiala, se 60 ~ 98% laserske energije odbije in izgubi na površini kovine, odbojnost pa se spreminja s površinsko temperaturo. Med laserskim impulzom se odbojnost kovine močno spremeni.

3. Širina laserskega pulza. Širina impulzov je eden pomembnih parametrov pulznega laserskega varjenja. To ni samo pomemben parameter, ki se razlikuje od odstranjevanja materiala in taljenja materiala, temveč tudi ključni parameter, ki določa stroške in obseg predelovalne opreme.

4. Vpliv količine ostrenja na kakovost varjenja. Lasersko varjenje običajno zahteva določeno stopnjo ločitve, ker je gostota moči v središču pege v goriščni točki laserja previsoka in je enostavno izhlapeti v luknjo. Na vsaki ravnini stran od laserskega žarišča je porazdelitev gostote moči razmeroma enakomerna.

Obstajata dve metodi defokusiranja: pozitivna in negativna. Če je goriščna ravnina nad obdelovancem, je to pozitiven defocus, sicer pa negativni defocus. Glede na teorijo geometrijske optike, ko je razdalja med pozitivno in negativno ravnino defokusiranja in varilno ravnino enaka, je gostota moči na ustreznih ravninah približno enaka, vendar je dejanska oblika dobljenega stališča drugačna. Ko je defocus negativen, lahko dobimo večjo globino prodiranja, kar je povezano s postopkom tvorjenja staljenega bazena. Poskusi so pokazali, da se material za lasersko segrevanje 50 ~ 200us začne topiti, tvoriti tekočo kovino in uparjati, tvoriti vodno paro v mestu in brizgati z zelo visoko hitrostjo ter oddajati bleščečo belo svetlobo. Hkrati pa visoka koncentracija hlapov povzroči, da se tekoča kovina premakne na rob staljenega bazena in v središču staljenega bazena tvori depresijo. Ko je defocus negativen, je notranja gostota moči materiala večja od gostote površine, kar zlahka tvori močnejše taljenje in uparjanje, tako da se svetlobna energija lahko prenese v globlji del materiala. Zato se v praktičnih aplikacijah, kadar mora biti globina prodiranja velika, uporablja negativno defokusiranje; pri varjenju tankih materialov je primerno pozitivno defokusiranje.