Συγκόλληση στη μεταλλουργία

εργαλεία συγκολλήσεις

Η συγκόλληση στη μεταλλουργία αποτελεί  τη συνηθέστερη χρήση ηλεκτροκολλήσεων. Στη συνέχεια του άρθρου εξετάζονται τεχνικές ηλεκτροκόλλησης στη μεταλλουργία

Μεταλλουργία

Τα περισσότερα στερεά που χρησιμοποιούνται είναι τεχνικά υλικά που αποτελούνται από κρυσταλλικά στερεά στα οποία τα άτομα ή τα ιόντα είναι διατεταγμένα σε ένα επαναλαμβανόμενο γεωμετρικό σχέδιο το οποίο είναι γνωστό ως δομή πλέγματος. Η μόνη εξαίρεση είναι το υλικό που κατασκευάζεται από γυαλί που είναι ένας συνδυασμός ενός υπερψυχθέντος υγρού και πολυμερών που είναι συσσωματώματα μεγάλων οργανικών μορίων. Είναι σημαντικό να σημειώσουμε οτι η συγκόλληση στη μεταλλουργία περιλαμβάνει πολλλές τεχνικές οι οποίες εξετάζονται στη συνέχεια του άρθρου.

Συγκόλληση στη μεταλλουργία κρυσταλλικών στερεών

Η συνοχή των κρυσταλλικών στερεών επιτυγχάνεται με μεταλλικό ή χημικό δεσμό ο οποίος σχηματίζεται μεταξύ των συστατικών ατόμων. Οι χημικοί δεσμοί μπορούν να ομαδοποιηθούν σε δύο τύπους αποτελούμενοι από ιοντικούς και ομοιοπολικούς. Αποτελούν βασικό στοιχείο μελέτςη όταν ασχολούμαστε με τη συγκόλληση στη μεταλλουργία. Για να σχηματιστεί ένας ιονικός δεσμός, είτε ένα σθένος είτε ένα ηλεκτρόνιο σύνδεσης διαχωρίζονται από ένα άτομο και συνδέονται με ένα άλλο άτομο για να σχηματίσουν αντίθετα φορτισμένα ιόντα.

Η συγκόλληση στη στατική θέση είναι όταν τα ιόντα καταλαμβάνουν θέση ισορροπίας όπου η προκύπτουσα δύναμη μεταξύ τους είναι μηδέν. Όταν τα ιόντα ασκούνται σε δύναμη εφελκυσμού, αυξάνεται η δια-ιονική απόσταση δημιουργώντας μια ηλεκτροστατική ελκτική δύναμη, ενώ μια δεσπόζουσα δύναμη υπό θλιπτική δύναμη μεταξύ των ατομικών πυρήνων κυριαρχεί.

Ο ομοιοπολικός δεσμός

Ο ομοιοπολικός δεσμός λαμβάνει χώρα όταν ένα από τα συστατικά άτομα χάσει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια, με το άλλο άτομο να κερδίζει τα ηλεκτρόνια, με αποτέλεσμα ένα νέφος ηλεκτρονίων που μοιράζεται από το μόριο στο σύνολό του. Και στις δύο ιονικές και ομοιοπολικές δεσμεύσεις η θέση των ιόντων και των ηλεκτρονίων περιορίζεται σε σχέση με την άλλη, με αποτέλεσμα ο δεσμός να είναι χαρακτηριστικός εύθραυστος. Στη συνέχεια εξετάζουμε την ολκιμότητα ως παράμετρο για τη συγκόλληση στη μεταλλουργία.

Η ολκιμότητα είναι ένας σημαντικός παράγοντας για τη διασφάλιση της ακεραιότητας των δομών, επιτρέποντάς τους να διατηρούν τοπικές συγκεντρώσεις στρες χωρίς κάταγμα. Επιπροσθέτως, οι κατασκευές πρέπει να έχουν αποδεκτή αντοχή, η οποία σχετίζεται με την δύναμη απόδοσης ενός υλικού. Γενικά, καθώς αυξάνεται η ισχύς απόδοσης ενός υλικού, υπάρχει αντίστοιχη μείωση στη σκληρότητα του θραύσματος.

Μείωση της αντοχής συγκολλήσεων

Η μείωση της αντοχής σε κάταγμα μπορεί επίσης να αποδοθεί στην επίδραση ευθραυστότητας των ακαθαρσιών ή των κυβικών κυττάρων με κέντρο το σώμα, από τη μείωση της θερμοκρασίας. Τα μέταλλα και ιδιαίτερα οι χάλυβες έχουν ένα μεταβατικό εύρος θερμοκρασίας όπου πάνω από αυτό το εύρος το μέταλλο έχει αποδεκτή εγκοπή-πλαστιμότητα ενώ κάτω από αυτό το εύρος το υλικό γίνεται εύθραυστο. Εντός της περιοχής, η συμπεριφορά των υλικών είναι απρόβλεπτη. Η μείωση της αντοχής σε κάταγμα συνοδεύεται από μια αλλαγή στην εμφάνιση κάταγμα.

Όταν πάνω από τη μετάβαση, το κάταγμα οφείλεται κατά κύριο λόγο σε μικρο-κενό συσσωμάτωση, που έχει ως αποτέλεσμα το κατάγματος εμφανίζεται ινώδες. Ακολούθως όταν πέσουν οι θερμοκρασίες, το κάταγμα θα παρουσιάσει σημάδια πλευρών διάσπασης. Αυτές οι δύο εμφανίσεις είναι ορατές με γυμνό μάτι. Το εύθραυστο κάταγμα σε χαλύβδινες πλάκες μπορεί να εμφανιστεί ως σημάδια καστανιάς κάτω από το μικροσκόπιο. Αυτές οι κορυφές που μοιάζουν με βέλη στην επιφάνεια της ρωγμής δείχνουν προς την προέλευση του θραύσματος.

Αντοχή στη θραύση

Η αντοχή στη θραύση μετριέται χρησιμοποιώντας ένα ορθογώνιο δείγμα με εγκοπή και προ-πυρολυμένο, των οποίων οι διαστάσεις καθορίζονται στα πρότυπα, για παράδειγμα ASTM E23. Υπάρχουν και άλλα μέσα για την εκτίμηση ή τη μέτρηση της αντοχής σε θραύση από τα ακόλουθα: Δοκιμή πρόσκρουσης Charpy ανά ASTM A370. Η δοκιμασία μετατόπισης του ανοίγματος άκρου ρωγμών (CTOD) ανά BS 7448-1. Η ολοκληρωμένη δοκιμή J ανά ASTM E1820. Η δοκιμή πτώσης Pellini ανά ASTM E208.

Η μεταλλική σύνδεση ως τύπος ομοιοπολικής σύνδεσης

Η μεταλλική σύνδεση μπορεί να ταξινομηθεί ως ένας τύπος ομοιοπολικής σύνδεσης για τον οποίο τα συστατικά άτομα είναι του ίδιου τύπου και δεν συνδυάζονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα χημικό δεσμό. Τα άτομα θα χάσουν ένα ηλεκτρόνιο που σχηματίζει μια σειρά από θετικά ιόντα. Αυτά τα ηλεκτρόνια μοιράζονται από το πλέγμα που καθιστά το σύμπλεγμα ηλεκτρονίων κινητό, καθώς τα ηλεκτρόνια είναι ελεύθερα να κινούνται καθώς και τα ιόντα. Για αυτό, δίδει στα μέταλλα τη σχετικά υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητά τους, καθώς είναι χαρακτηριστικώς όλκιμη.

Οι συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες δομές κρυσταλλικού πλέγματος

Τρεις από τις συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες δομές κρυσταλλικού πλέγματος στα μέταλλα είναι το κυβικό και επικεντρωμένο στο κέντρο κυβικά, επικεντρωμένο στο πρόσωπο και εξαγωνικό. Ο φερριτικός χάλυβας έχει κυβική δομή και ο ωστενιτικός χάλυβας, τα μη σιδηρούχα μέταλλα όπως το αλουμίνιο, ο χαλκός και το νικέλιο έχουν την επικεντρωμένη στο πρόσωπο κυβική δομή.

Ασυνήθεις συνθήκες

Ενώ πολλές εφαρμογές συγκόλλησης πραγματοποιούνται σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα όπως εργοστάσια και συνεργεία επισκευής, ορισμένες διαδικασίες συγκόλλησης χρησιμοποιούνται συνήθως σε ευρύ φάσμα συνθηκών, όπως υπαίθριο, υποβρύχιο και κενό (όπως ο χώρος).

Στις υπαίθριες εφαρμογές, όπως η κατασκευή και η επισκευή σε εξωτερικούς χώρους, η θωρακισμένη συγκόλληση με τόξο είναι η πιο κοινή διαδικασία. Οι διαδικασίες που χρησιμοποιούν αδρανή αέρια για την προστασία της συγκόλλησης δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν εύκολα σε τέτοιες περιπτώσεις, επειδή απρόβλεπτες ατμοσφαιρικές κινήσεις μπορεί να οδηγήσουν σε ελαττωματική συγκόλληση.

Θωρακισμένη συγκόλληση με τόξο στη βιομηχανία

Η θωρακισμένη συγκόλληση με τόξο χρησιμοποιείται επίσης συχνά σε υποβρύχιες συγκολλήσεις για την κατασκευή και επισκευή πλοίων, υπεράκτιων πλατφορμών και αγωγών, αλλά και άλλες, όπως η συγκόλληση τόξου με αγωγούς με τόξο και η ηλεκτροσυγκόλληση τόξου με βολφράμιο. Η συγκόλληση στο διάστημα είναι επίσης δυνατή – επιχειρήθηκε για πρώτη φορά το 1969 από Ρώσους κοσμοναύτες, όταν πραγματοποίησαν πειράματα για τη δοκιμή θωρακισμένης συγκόλλησης τόξου με τόξο, συγκόλλησης με τόξο πλάσματος και συγκόλλησης με δέσμη ηλεκτρονίων σε αποσυμπιεσμένο περιβάλλον.

Περαιτέρω δοκιμές αυτών των μεθόδων έγιναν τις επόμενες δεκαετίες και σήμερα οι ερευνητές συνεχίζουν να αναπτύσσουν μεθόδους για τη χρήση άλλων διαδικασιών συγκόλλησης στο διάστημα, όπως συγκόλληση δέσμης λέιζερ, συγκόλληση με αντίσταση και συγκόλληση με τριβή. Οι προσδοκίες σε αυτές τις περιοχές μπορεί να είναι χρήσιμες για μελλοντικές προσπάθειες παρόμοιες με την κατασκευή του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού, η οποία θα μπορούσε να βασιστεί στη συγκόλληση για την ένωση στο διάστημα των τμημάτων που κατασκευάστηκαν στη Γη.

Σύγχρονες μέθοδοι συγκόλλησης

Οι σύγχρονες μέθοδοι συγκόλλησης είναι μια έκβαση της ανάγκης να επιτευχθεί μια συνεχής σύνδεση σε μεγάλες χαλύβδινες πλάκες. Η σύμπλεξη είχε αποδειχθεί ότι παρουσιάζει μειονεκτήματα, ειδικά για ένα κλειστό δοχείο όπως ένα λέβητα. Στη συνέχεια η συγκόλληση αερίου, η συγκόλληση με τόξο και η συγκόλληση με αντίσταση εμφανίστηκαν στο τέλος του 19ου αιώνα. Η πρώτη πραγματική προσπάθεια υιοθέτησης διαδικασιών συγκόλλησης σε μεγάλη κλίμακα έγινε κατά τη διάρκεια του Α ‘Παγκοσμίου Πολέμου.

Μέχρι το 1916 η διαδικασία οξυακετυλενίου ήταν καλά ανεπτυγμένη και οι τεχνικές συγκόλλησης που χρησιμοποιούνται στη συνέχεια χρησιμοποιούνται ακόμα. Οι κυριότερες βελτιώσεις από τότε ήταν στον εξοπλισμό και την ασφάλεια. Για αν κατανοήσουμε τις σύγχρονες μεθόδους καλό θα είναι να τις συγκρίνουμε με τις παλιές μέσα από μια στορική αναδρομή για τη συγκόλληση.

Ηλεκτροκόλληση

Η ηλεκτροκόλληση με τόξο, χρησιμοποιώντας αναλώσιμο ηλεκτρόδιο, εισήχθη επίσης σε αυτή την περίοδο, αλλά τα γυμνά σύρματα που αρχικά χρησιμοποιήθηκαν παρήγαγαν εύθραπτες συγκολλήσεις. Μία λύση βρέθηκε με το περιτύλιγμα του γυμνού σύρματος με αμίαντο και ένα συρμάτινο σύρμα αλουμινίου. Το σύγχρονο ηλεκτρόδιο, που εισήχθη το 1907, αποτελείται από ένα γυμνό σύρμα με περίπλοκη επικάλυψη ορυκτών και μετάλλων.

Η ηλεκτροκόλληση με τόξο δεν χρησιμοποιήθηκε καθολικά μέχρι τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, όταν η επείγουσα ανάγκη ταχείας κατασκευής για τη ναυτιλία, τις μονάδες παραγωγής ενέργειας, τις μεταφορές και τις δομές ώθησε τα απαραίτητα αναπτυξιακά έργα. Στη συνέχεια αναπτύχθηκαν νέες τεχνικές ηλεκτροκόλλησης. Σήμερα υπάρχει πληθώρα εργαλείων για ηλεκτροκολλήσεις.

Leave a Reply

Your email address will not be published.