Сварка плавлением — это общее название для сварочных процессов, в которых для соединения материалов с аналогичным составом и температурой плавления используется плавление . [1] Из-за высокотемпературных фазовых переходов , присущих этим процессам, в материале создается зона термического влияния [1] : 755 (хотя некоторые методы, такие как лучевая сварка, часто минимизируют этот эффект, вводя в заготовку сравнительно небольшое количество тепла [2] ).
В отличие от сварки плавлением, сварка в твердом состоянии не предполагает плавления материалов.
Сварка плавлением стала критически важным фактором в создании современной цивилизации из-за ее жизненно важной роли в строительной практике. Кроме болтов и заклепок, нет других практичных методов для надежного соединения металлических деталей. Сварка плавлением используется в производстве многих повседневных предметов, включая самолеты, автомобили и конструкции. Помимо строительства, большое сообщество использует как дуговую, так и контактную сварку пламенем для создания произведений искусства.
Дуговая сварка — один из многих видов сварки плавлением. Дуговая сварка соединяет два куска металла вместе с использованием промежуточного присадочного металла. Это работает путем замыкания электрической цепи для создания электрической дуги . Эта электрическая дуга имеет температуру 6500 °F (3593 °C) в своем центре. [3] Эта электрическая дуга создается на кончике присадочного металла. Когда дуга расплавляет металл, она перемещается либо человеком, либо машиной вдоль зазора в металлах, создавая связь. Этот метод очень распространен, так как обычно выполняется с помощью ручного аппарата. Аппараты для дуговой сварки портативны и могут быть доставлены на рабочие площадки и в труднодоступные места. Это также самый распространенный метод подводной сварки. Электрические дуги образуются между точками, разделенными газом. В процессе подводной сварки пузырь газа выдувается вокруг свариваемой области, так что может образоваться электрическая дуга. Подводная сварка имеет множество применений. Корпуса судов ремонтируются, а нефтяные вышки обслуживаются с помощью подводной дуговой сварки.
Контактная сварка выполняется с использованием двух электродов . Каждый из них соприкасается с одной из свариваемых деталей. Затем два куска металла прижимаются друг к другу между электродами, и через них пропускается электрический ток. [4] Куски металла начинают нагреваться в точке, где они соприкасаются. Ток проходит через металл, пока он не станет достаточно горячим, чтобы две детали расплавились и соединились. По мере остывания металла соединение затвердевает. Этот процесс требует большого количества электроэнергии. В большинстве случаев для обеспечения достаточного количества ампер необходимы трансформаторы. Контактная сварка является очень распространенной формой сварки плавлением. Она используется в производстве автомобилей и строительного оборудования.
Кондуктивная сварка, также известная как сварка лазерным лучом или радиационная сварка, является высокоточной формой сварки плавлением. « Лазер » — это аббревиатура от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света путем вынужденного излучения). Лазер излучает свет всплесками, называемыми насосами. [5] Эти всплески направлены на шов металлов, которые необходимо соединить. Когда лазер излучает свет, он направляется вдоль шва. Эти интенсивные всплески расплавляют металл. Два металла при расплавлении смешиваются друг с другом. После охлаждения созданный шов представляет собой прочную связь. Лазеры эффективны, поскольку их можно настроить для выполнения нескольких сварных швов одновременно. Лазерный луч можно разделить и направить в несколько мест, что значительно снижает стоимость и количество требуемой энергии. Лазерная сварка находит применение в автомобильной промышленности.
Индукционная сварка является формой контактной сварки. Однако между свариваемым металлом и источником электричества или сварщиком нет точек контакта. При индукционной сварке катушка намотана вокруг цилиндра. Эта катушка создает магнитное поле на поверхности металла внутри. Это магнитное поле течет в противоположном направлении магнитному полю внутри цилиндра. Эти магнитные потоки препятствуют друг другу. [6] Это нагревает металл и заставляет края сплавляться вместе.
Контакт с пламенем является очень распространенной формой сварки. Наиболее популярным видом контактной сварки с пламенем является кислородно-газовая сварка . Контактная сварка с пламенем использует пламя, воздействующее на поверхность свариваемых металлов, чтобы расплавить их и затем соединить вместе. Кислородно-топливная сварка использует кислород в качестве основного источника зажигания в тандеме с другим газом, таким как ацетилен, для получения пламени, температура которого составляет 2500 °C на кончике и 2800-3500 °C на кончике внутреннего конуса. [7] Другие газы, такие как пропан и метанол, могут использоваться для кислородно-топливной сварки. Ацетилен является наиболее распространенным газом, используемым при кислородно-топливной сварке.
Сварка твердыми реагентами использует реакции между элементами и соединениями. Некоторые соединения при смешивании создают экзотермическую химическую реакцию , то есть они выделяют тепло. Очень распространенная реакция использует термит, комбинацию оксида металла (ржавчины) и алюминия. Эта реакция выделяет тепло свыше 4000 °F. [7] Твердые реагентные соединения направляются к двум соединяемым частям металла. После того, как они находятся на месте, для начала реакции используется катализатор. Этот катализатор может быть химическим веществом или другим источником тепла. Создаваемое тепло плавит соединяемые металлы. После охлаждения образуется связь. От сварки железнодорожных путей до проникновения в банковские хранилища сварка твердыми реагентами имеет множество нишевых применений.
В подавляющем большинстве случаев межатомная связь устанавливается путем плавления. Когда материалы заготовки ( основные или исходные материалы ) и наполнитель (если он вообще используется) имеют схожие, но не обязательно идентичные составы и температуры плавления, процесс называется сваркой плавлением или просто сваркой .