Soudage
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Welding est un des fabrication proc??d?? qui relie les mat??riaux, habituellement des m??taux ou les thermoplastiques, en provoquant coalescence. Cela se fait souvent par faire fondre les pi??ces ?? usiner et en ajoutant un mat??riau de remplissage pour former un bassin de mat??riau fondu (le bain de fusion) qui refroidit pour devenir une articulation solide, avec pression parfois utilis?? en conjonction avec la chaleur , soit par lui-m??me, pour produire la soudure. Ceci est en contraste avec souder et brasage, qui comporte la fusion d'un mat??riau ?? faible point de fusion entre les pi??ces ?? usiner pour former une liaison entre eux, sans faire fondre les pi??ces ?? usiner.
Beaucoup de diff??rents les sources d'??nergie peuvent ??tre utilis??s pour le soudage, y compris un gaz de flamme , un arc ??lectrique, un laser , un ??lectron faisceau, frottement, et ultrasons. Bien que souvent un processus industriel, soudure peut ??tre fait dans de nombreux environnements diff??rents, y compris en plein air, sous l'eau et en espace. Peu importe le lieu, cependant, la soudure reste dangereuse, et des pr??cautions doivent ??tre prises pour ??viter les br??lures, ??lectrocution, des l??sions oculaires, des fum??es toxiques, et la surexposition ?? la lumi??re ultraviolette .
Jusqu'?? la fin du 19??me si??cle, le seul processus de soudage ??tait soudage ?? la forge, qui forgerons avaient utilis?? pendant des si??cles pour rejoindre m??taux en chauffant et en les battant. Soudage ?? l'arc et oxyfuel soudage ont ??t?? parmi les premiers processus ?? d??velopper la fin du si??cle, et soudage par r??sistance suivie peu de temps apr??s. la technologie de soudage avanc?? rapidement pendant le d??but du 20??me si??cle que la Premi??re Guerre mondiale et de la Seconde Guerre mondiale conduit la demande de m??thodes d'assemblage fiables et peu co??teux. Apr??s les guerres, plusieurs techniques de soudage modernes ont ??t?? d??velopp??s, y compris les m??thodes manuelles comme soudage ?? l'arc m??tallique , maintenant une des m??thodes les plus populaires de soudage, ainsi que des proc??d??s semi-automatiques et automatiques tels que le m??tal de gaz soudage ?? l'arc , soudage ?? l'arc, fourr?? soudage ?? l'arc et soudage ??lectro-conducteur. D??veloppements continu?? avec l'invention de soudage par faisceau laser et le soudage par faisceau d'??lectrons dans la deuxi??me moiti?? de ce si??cle. Aujourd'hui, le scientifique continue de progresser. Robot soudage est de plus en plus courante dans les milieux industriels et les chercheurs continuent ?? d??velopper de nouveaux proc??d??s de soudage et d'acqu??rir une plus grande compr??hension de la qualit?? de la soudure et propri??t??s.
Histoire
L'histoire de m??taux assemblage remonte ?? plusieurs mill??naires, avec les premiers exemples de soudage du ??ge de bronze et l' ??ge du fer dans l'Europe et l' Orient . Le soudage a ??t?? utilis??e dans la construction de la Pilier de fer en Delhi , Inde , ??rig?? environ 310 et pesant 5,4 tonnes m??triques. Les Moyen Age traduits en progr??s soudage ?? la forge, dans laquelle forgerons pilonn?? m??tal chauff?? jusqu'?? ce que la liaison se est produite. En 1540, Vannoccio Biringuccio publi?? De la Pirotechnia, qui comprend des descriptions de l'op??ration de forgeage. Renaissance artisans ??taient habiles dans le processus, et l'industrie a continu?? de cro??tre au cours des si??cles suivants. Soudage, cependant, a ??t?? transform?? au cours du 19e si??cle, en 1800, Sir Humphry Davy a d??couvert le arc ??lectrique, et les progr??s de la soudure ?? l'arc ont continu?? avec les inventions d'??lectrodes m??talliques par un Russe, Nikolai Slavyanov, et un Am??ricain, CL Coffin ?? la fin des ann??es 1800, alors m??me que soudage ?? l'arc de carbone, qui utilise une ??lectrode de carbone, a gagn?? en popularit??. Vers 1900, AP Strohmenger publi?? une ??lectrode m??tallique enrob??e dans la Grande-Bretagne , qui a donn?? un arc plus stable, et en 1919, le courant alternatif de soudage a ??t?? invent?? par CJ Holslag, mais ne est pas devenu populaire pour une autre d??cennie.
Soudage par r??sistance a ??galement ??t?? d??velopp?? au cours des derni??res d??cennies du 19??me si??cle, avec les premiers brevets va Elihu Thomson en 1885, qui a produit de nouvelles avanc??es au cours des 15 prochaines ann??es. La soudure aluminothermique a ??t?? invent?? en 1893, et ?? cette ??poque, un autre processus, oxyfuel soudage, se est bien ??tabli. ac??tyl??ne a ??t?? d??couvert en 1836 par Edmund Davy, mais son utilisation ne ??tait pas pratique dans la soudure jusqu'?? environ 1900, quand un appropri??e chalumeau a ??t?? d??velopp??. Dans un premier temps, oxycoupage soudage a ??t?? l'un des proc??d??s de soudage les plus populaires en raison de sa portabilit?? et un co??t relativement faible. Alors que le 20??me si??cle avan??ait, cependant, il est tomb?? en disgr??ce pour des applications industrielles. Il a ??t?? largement remplac??e par soudage ?? l'arc, comme rev??tements m??talliques (connu sous le nom flux) de l'??lectrode qui stabilisent l'arc et prot??ger le mat??riau de base d'impuret??s a continu?? ?? se d??velopper.
La Premi??re Guerre mondiale a provoqu?? une hausse importante de l'utilisation des proc??d??s de soudage, avec les diff??rentes puissances militaires qui tentent de d??terminer lequel des plusieurs nouveaux proc??d??s de soudage qui serait le mieux. Les Britanniques principalement utilis?? soudage ?? l'arc, m??me la construction d'un navire, le Fulagar, avec une coque enti??rement soud??e. Les Am??ricains ??taient plus h??sitants, mais ont commenc?? ?? reconna??tre les avantages de soudage ?? l'arc lorsque le processus leur a permis de r??parer rapidement apr??s leurs navires Attaques allemandes dans le Port de New York au d??but de la guerre. Soudage ?? l'arc a ??t?? d'abord appliqu?? aux avions pendant la guerre ainsi, comme certains fuselages d'avion allemands ont ??t?? construits en utilisant le processus .. Il faut ??galement noter la premi??re route soud?? pont dans le monde construit sur la rivi??re Słudwia Maurzyce proximit?? Łowicz, Pologne) en 1929, mais con??u par Stefan Bryła du Universit?? de Technologie de Varsovie en 1927.
Durant les ann??es 1920, d'importants progr??s ont ??t?? r??alis??s dans la technologie de soudage, y compris l'introduction de soudage automatique en 1920, dans lequel fil ??lectrode a ??t?? aliment?? en continu. Gaz de protection est devenu un sujet recevant beaucoup d'attention, que les scientifiques ont tent?? de prot??ger les soudures des effets de l'oxyg??ne et de l'azote dans l'atmosph??re. La porosit?? et la fragilit?? sont les principaux probl??mes et les solutions qui se sont d??velopp??es comprenait l'utilisation de l'hydrog??ne , de l'argon et de l'h??lium comme atmosph??res de soudage. Au cours de la d??cennie suivante, de nouvelles avanc??es autoris??s pour le soudage des m??taux r??actifs comme l'aluminium et le magn??sium . Ce, en liaison avec l'??volution de soudage automatique, courant alternatif, et les flux aliment?? une expansion majeure de soudage ?? l'arc au cours des ann??es 1930, puis lors de la Seconde Guerre mondiale .
Au milieu du si??cle, de nombreux nouveaux proc??d??s de soudage ont ??t?? invent??s. 1930 a vu la sortie de soudage de goujons, qui devint rapidement populaire dans la construction navale et de la construction. Soudage ?? l'arc a ??t?? invent?? la m??me ann??e, et continue d'??tre populaire aujourd'hui. soudage ?? l'arc de tungst??ne de gaz , apr??s des d??cennies de d??veloppement, a finalement ??t?? perfectionn?? en 1941, et de soudage ?? l'arc m??tallique de gaz suivie en 1948, permettant pour le soudage rapide de non- mat??riaux ferreux mais n??cessitant gaz de protection co??teux. blind?? soudage ?? l'arc m??tallique a ??t?? d??velopp?? dans les ann??es 1950, en utilisant un flux rev??tu ??lectrode consommable, et il est rapidement devenu le processus soudage ?? l'arc le plus populaire. En 1957, le fourr?? processus de soudage ?? l'arc a fait ses d??buts, dans lequel l'??lectrode de fil auto-blind?? pourrait ??tre utilis?? avec un ??quipement automatique, ce qui entra??ne une forte augmentation des vitesses de soudage, et cette m??me ann??e, soudage ?? l'arc de plasma a ??t?? invent??. Electroslag soudure a ??t?? introduit en 1958, et il a ??t?? suivi par son cousin, soudage ??lectriques ?? gaz, en 1961.
Autres d??veloppements r??cents en soudage incluent le 1958 perc??e du soudage par faisceau d'??lectrons , ce qui rend le soudage profond et ??troit possible gr??ce ?? la source de chaleur concentr??e. Suite ?? l'invention du laser en 1960, soudage par faisceau laser a d??but?? plusieurs d??cennies plus tard et se est r??v??l?? ??tre particuli??rement utile en grande vitesse, le soudage automatis??. Ces deux processus, cependant, continuent ?? ??tre tr??s co??teux en raison du co??t ??lev?? de l'??quipement n??cessaire, ce qui a limit?? leurs applications.
Les proc??d??s de soudage
Soudage ?? l'arc
Ces proc??d??s utilisent un alimentation pour soudage ?? cr??er et ?? maintenir un arc ??lectrique entre une ??lectrode et le mat??riau de base pour faire fondre les m??taux ?? point de soudage. Ils peuvent utiliser soit continu (DC) ou alternatif (AC), et consommables ou non consommables ??lectrodes. La zone de soudage est parfois prot??g?? par un certain type de semi-inerte ou un gaz inerte, appel??e gaz de protection, et de mat??riau de remplissage est parfois utilis?? ainsi.
Alimentations
Pour fournir l'??nergie ??lectrique n??cessaire pour les processus de soudage ?? l'arc, un certain nombre de diff??rentes alimentations peut ??tre utilis??. La classification la plus commune est constante alimentations courants et constants alimentations de tension. En soudage ?? l'arc, la longueur de l'arc est directement li??e ?? la tension, et la quantit?? de l'apport de chaleur est en relation avec le courant. Constant alimentations actuelles sont le plus souvent utilis??s pour les proc??d??s de soudage manuelles telles que l'arc de tungst??ne de gaz de soudage et de soudage ?? l'arc m??tallique, parce qu'ils maintiennent un courant relativement constant m??me si la tension varie. Ceci est important parce que, dans le soudage manuel, il peut ??tre difficile de maintenir l'??lectrode parfaitement stable, et par cons??quent, la longueur d'arc et donc la tension a tendance ?? fluctuer. Constant alimentations de tension maintiennent la tension constante et le courant varie, et par cons??quent, sont le plus souvent utilis??s pour les proc??d??s de soudage automatis??s tels que le m??tal de soudage ?? l'arc gaz, fourr??s soudage ?? l'arc, et le soudage ?? l'arc. Dans ces proc??d??s, la longueur de l'arc est maintenu constant, ??tant donn?? que toute variation de la distance entre le fil et le mat??riau de base est rapidement redress?? par un grand changement de courant. Par exemple, si le fil et le mat??riau de base ne deviennent trop pr??s, le courant va augmenter rapidement, ce qui provoque ?? son tour la chaleur et ?? accro??tre l'extr??mit?? du fil ?? l'??tat fondu, de le retourner ?? sa distance de s??paration initiale.
Le type de courant utilis?? dans le soudage ?? l'arc joue ??galement un r??le important dans la soudure. Processus des ??lectrodes consommables tels que le m??tal blind?? soudage ?? l'arc et l'arc m??tallique de gaz de soudage utilisent g??n??ralement ?? courant continu, mais l'??lectrode peuvent ??tre factur??s soit positivement ou n??gativement. En soudage, le charg?? positivement anode aura une concentration sup??rieure ?? la chaleur, et par cons??quent, en changeant la polarit?? de l'??lectrode a un impact sur les propri??t??s de soudure. Si l'??lectrode est charg??e positivement, le m??tal de base sera plus chaude, ce qui augmente la vitesse de p??n??tration et la soudure soudure. Alternativement, un charg?? n??gativement les r??sultats d'??lectrodes dans les soudures moins profondes. Processus d'??lectrodes non consommables, tels que le soudage ?? l'arc au tungst??ne ?? gaz, peuvent utiliser les deux types de courant continu, ainsi que le courant alternatif. Cependant, en courant continu, parce que l'??lectrode ne cr??e que l'arc et ne fournit pas de mat??riau de charge, une ??lectrode charg??e positivement provoque soudures peu profondes, tandis qu'une ??lectrode charg??e n??gativement soudures rend plus profondes. Courant alternatif se d??place rapidement entre ces deux, ce qui entra??ne des soudures moyen p??n??tration. Un inconv??nient de courant alternatif, le fait que l'arc doit ??tre re-d??clench?? apr??s chaque passage ?? z??ro, a ??t?? trait??e avec de l'invention unit??s de puissance sp??ciaux qui produisent un forme d'onde carr??e au lieu de la normale onde sinuso??dale, faisant rapides passages par z??ro possible et de minimiser les effets du probl??me.
Processus
L'un des types les plus courants de soudage ?? l'arc est blind?? soudage ?? l'arc (SMAW), qui est ??galement connu comme manuel ?? l'arc m??tallique de soudage (MMA) ou soudage ?? la baguette. Le courant ??lectrique est utilis?? pour amorcer un arc entre le mat??riau de base et la tige de l'??lectrode consommable, qui est r??alis?? en acier et recouvert d'une flux qui prot??ge la zone de soudure ?? partir de l'oxydation et la contamination par la production de CO 2 gazeux au cours du processus de soudage. L'??lectrode de base elle-m??me agit en tant que mat??riau de remplissage, ce qui rend inutile une charge s??par??e.
Le processus est polyvalent et peut ??tre r??alis??e avec un ??quipement relativement peu co??teux, ce qui rend bien adapt?? ?? l'emploi de la boutique et le travail de terrain. Un op??rateur peut devenir raisonnablement comp??tent avec un montant modeste de formation et peut atteindre la ma??trise de l'exp??rience. Fois de soudure sont plut??t lent, puisque les ??lectrodes consommables doivent ??tre fr??quemment remplac??s et que les scories, le r??sidu du flux, doivent ??tre rogn?? apr??s soudage. En outre, le proc??d?? est g??n??ralement limit?? au soudage de mat??riaux ferreux, bien que des ??lectrodes sp??ciales ont rendu possible le soudage de la fonte, le nickel , l'aluminium , le cuivre et d'autres m??taux. Les op??rateurs inexp??riment??s peuvent trouver difficile de prendre de bonnes soudures hors de position ?? ce processus.
l'arc m??tallique sous gaz de soudage (GMAW), ??galement connu en tant que m??tal gaz inerte ou le soudage MIG, est un proc??d?? semi-automatique ou automatique qui utilise une alimentation de fil continu comme une ??lectrode et un m??lange de gaz inertes ou semi-inertes pour prot??ger la soudure contre la contamination . Comme avec ??lectrode enrob??e, la comp??tence de l'op??rateur raisonnable ne peut ??tre atteint avec une formation modeste. Depuis l'??lectrode est continu, des vitesses de soudage sont plus ??lev??s pour GMAW que pour SMAW. De plus, la taille de l'arc inf??rieur par rapport ?? l' arc de soudage m??tallique blind?? processus, il est plus facile de faire des soudures (par exemple, les articulations g??n??raux, comme cela serait en dessous d'une structure soud??e) hors du poste.
Le mat??riel n??cessaire pour effectuer le proc??d?? GMAW est plus complexe et co??teuse que celle requise pour SMAW, et n??cessite une proc??dure d'installation plus complexe. Par cons??quent, GMAW est moins portable et polyvalent, et en raison de l'utilisation d'un gaz de protection s??par??, ne est pas particuli??rement adapt?? pour les travaux ext??rieurs. Cependant, en raison du taux moyen plus ??lev?? au cours de laquelle les soudures peuvent ??tre compl??t??s, GMAW est bien adapt?? ?? un soudage de production. Le proc??d?? peut ??tre appliqu?? ?? une grande vari??t?? de m??taux, ?? la fois ferreux et non ferreux.
Un proc??d?? apparent??, arc fourr?? de soudage (FCAW), utilise un ??quipement similaire mais utilise fil constitu?? d'une ??lectrode en acier entourant un mat??riau de remplissage de poudre. Ce fil fourr?? est plus cher que le fil solide standard et peut g??n??rer des fum??es et / ou laitier, mais il permet m??me vitesse de soudage sup??rieure et une plus grande p??n??tration du m??tal.
arc de tungst??ne ?? gaz soudage (TIG), ou le tungst??ne gaz inerte (TIG) (aussi parfois appel??e ?? tort heliarc soudage), est un proc??d?? de soudage manuel qui utilise un non fusible en tungst??ne ??lectrode, un m??lange de gaz inertes ou semi-inertes, et un mat??riau de remplissage s??par??e. Particuli??rement utile pour le soudage de mat??riaux minces, ce proc??d?? est caract??ris?? par une stabilit?? de l'arc et des soudures de haute qualit??, mais elle exige significatif habilet?? de l'op??rateur et ne peut se faire ?? des vitesses relativement faibles.
GTAW peut ??tre utilis?? sur la quasi-totalit?? des m??taux soudables, mais il est le plus souvent appliqu??e ?? acier inoxydable et les m??taux l??gers. Il est souvent utilis?? lorsque des soudures de qualit?? sont extr??mement importants, comme dans la bicyclette , des applications a??ronautiques et navales. Un proc??d?? apparent??, soudage ?? l'arc plasma, utilise ??galement une ??lectrode en tungst??ne mais utilise le gaz de plasma pour rendre l'arc. L'arc est plus concentr?? que l'arc TIG, ce qui rend plus critique oscillant transversal et donc limitant g??n??ralement la technique pour un proc??d?? m??canis??. En raison de son courant stable, la m??thode peut ??tre utilis??e sur une plus large gamme d'??paisseurs mat??rielles que peut le proc??d?? TIG, et en outre, il est beaucoup plus rapide. Il peut ??tre appliqu?? ?? tous les m??mes mat??riaux que GTAW ?? l'exception du magn??sium , et le soudage automatique de l'acier inoxydable est une application importante du processus. Une variante du proc??d?? est d??coupe au plasma, un processus de coupe en acier efficace.
Soudage arc submerg?? (SAW) est un proc??d?? de soudage ?? haute productivit?? dans laquelle l'arc est frapp?? sous une couche de couverture de flux. Ceci augmente la qualit?? de l'arc, ??tant donn?? que les contaminants pr??sents dans l'atmosph??re sont bloqu??s par le flux. Le laitier qui se forme sur la soudure est g??n??ralement tout seul et combin?? ?? l'utilisation d'une alimentation de fil continu, la vitesse de d??p??t de soudure est ??lev??e. Les conditions de travail se sont beaucoup am??lior??s par rapport aux autres proc??d??s de soudage ?? l'arc, puisque le flux cache l'arc et presque pas de fum??e est produite. Le processus est couramment utilis?? dans l'industrie, en particulier pour les grands produits et dans la fabrication des r??cipients ?? pression soud??s. D'autres proc??d??s de soudage ?? l'arc comprennent soudage d'hydrog??ne atomique, soudage ?? l'arc de carbone, ??lectroconducteur soudage, ??lectriques ?? gaz, soudage, et stud soudage ?? l'arc.
soudage au gaz
Le processus de soudage au gaz la plus courante est oxyfuel soudage, aussi connu comme la soudure oxyac??tyl??nique. Il est l'un des proc??d??s de soudage les plus anciennes et les plus polyvalents, mais ces derni??res ann??es il est devenu moins populaire dans les applications industrielles. Il est encore largement utilis?? pour la soudure du tuyau et des tubes, ainsi que des travaux de r??paration. Il est ??galement souvent bien adapt??, et a favoris??, pour la fabrication de certains types d'??uvres d'art ?? base de m??tal. ??quipement de oxycombustion est polyvalent, se pr??te non seulement ?? certains types de fer ou soudage de l'acier, mais aussi pour le brasage, soudo-brasage, chauffage de m??tal (pour le pliage et la formation), et aussi coupage ??.
Le mat??riel est relativement peu co??teux et simple, en utilisant g??n??ralement la combustion de l'ac??tyl??ne en oxyg??ne pour produire une temp??rature de flamme de soudage d'environ 3.100 ?? C. La flamme, car il est moins concentr?? que l'arc ??lectrique, provoque un refroidissement plus lent de soudure, ce qui peut entra??ner une augmentation des contraintes r??siduelles et de la distorsion de soudage, bien qu'il facilite le soudage des aciers fortement alli??s. Un processus similaire, g??n??ralement appel?? oxycoupage, est utilis?? pour d??couper les m??taux. D'autres proc??d??s de soudage ?? gaz, tels que air soudage ac??tyl??ne, oxyg??ne hydrog??ne soudage, et soudage de gaz sous pression sont assez similaires, qui diff??rent g??n??ralement uniquement dans le type de gaz utilis??. Un torche de l'eau est parfois utilis?? pour le soudage de pr??cision de petits objets tels que des bijoux. soudage au gaz est ??galement utilis?? dans soudure plastique, si la substance chauff??e est l'air, et les temp??ratures sont beaucoup plus faibles.
Soudage par r??sistance
Soudage par r??sistance implique la g??n??ration de chaleur par passage de courant ?? travers la r??sistance provoqu??e par le contact entre deux ou plusieurs surfaces m??talliques. Petites piscines de m??tal en fusion sont form??s dans la zone en courant haute de soudure (1000-100,000 A) est pass?? ?? travers le m??tal. En g??n??ral, les m??thodes de soudage par r??sistance sont efficaces et causent peu de pollution, mais leurs applications sont quelque peu limit??es et le co??t de l'??quipement peuvent ??tre ??lev??s.
Le soudage par points est une m??thode de soudage par r??sistance populaire utilis?? pour joindre des t??les se chevauchant allant jusqu'?? 3 mm d'??paisseur. Deux ??lectrodes sont utilis??es simultan??ment pour serrer les feuilles m??talliques, et faire passer un courant ?? travers les feuilles. Les avantages de la m??thode comprennent l'utilisation efficace de l'??nergie, la d??formation de la pi??ce limit??e, taux de production ??lev??s, l'automatisation facile, et aucun mat??riau de remplissage requis. La r??sistance des soudures est nettement plus faible qu'avec d'autres proc??d??s de soudage, ce qui rend le proc??d?? appropri?? pour certaines applications seulement. Il est largement utilis?? dans les voitures de l'industrie automobile ordinaire peut avoir plusieurs milliers de points de soudure effectu??s par robots industriels. Un processus sp??cialis??, appel?? tir soudage, peut ??tre utilis?? pour rep??rer soudure acier inoxydable.
Comme le soudage par points, soudage continu repose sur deux ??lectrodes pour appliquer une pression et le courant de rejoindre t??les. Cependant, au lieu d'??lectrodes pointues, des ??lectrodes en forme de roue rouler le long et souvent nourrissent la pi??ce, ce qui permet de faire de longues soudures continues. Dans le pass??, ce proc??d?? a ??t?? utilis?? dans la fabrication de bo??tes de boisson, mais ses utilisations sont maintenant plus limit??es. D'autres proc??d??s comprennent la r??sistance de soudage Flash soudage, projection de soudure, et soudage boulevers??.
Energie soudage par faisceau
m??thodes de soudage par faisceau d'??nergie, ?? savoir soudage par faisceau laser et le soudage par faisceau d'??lectrons , sont relativement nouveaux proc??d??s qui sont devenus tr??s populaires dans les applications de production ??lev??s. Les deux proc??d??s sont tr??s semblables, ?? la diff??rence notamment de leur source d'??nergie. soudage par faisceau laser emploie un faisceau laser tr??s focalis??, alors que le soudage par faisceau d'??lectrons se effectue sous vide et utilise un faisceau d'??lectrons. Tous deux ont une densit?? d'??nergie tr??s ??lev??e, ce qui rend la p??n??tration de la soudure profond possible et de minimiser la taille de la zone de soudure. Les deux processus sont extr??mement rapides, et sont facilement automatis??s, ce qui les rend tr??s productive. Les principaux inconv??nients sont leurs co??ts d'??quipement tr??s ??lev??s (si ceux-ci sont en baisse) et une susceptibilit?? ?? un craquage thermique. Les d??veloppements dans ce domaine comprennent soudage hybride laser-qui utilise ?? la fois des principes de soudage par faisceau laser et soudage ?? l'arc, m??me pour de meilleures propri??t??s de soudure.
Solid-state soudage
Comme le premier proc??d?? de soudage, soudage ?? la forge, certains proc??d??s de soudage modernes ne impliquent pas la fusion des mat??riaux ?? assembler. Un des plus populaires, soudage par ultrasons, est utilis?? pour relier des feuilles minces ou des fils en m??tal ou en mati??re thermoplastique, en les vibrant ?? une fr??quence ??lev??e et sous haute pression. Le mat??riel et les m??thodes utilis??s sont similaires ?? celle de soudage par r??sistance, mais ?? la place du courant ??lectrique, des vibrations fournit un apport d'??nergie. Le soudage des m??taux ?? ce processus ne implique pas la fusion des mati??res; ?? la place, la soudure est form??e par l'introduction de vibrations m??caniques horizontalement sous pression. Lors du soudage des mati??res plastiques, les mat??riaux doivent avoir des temp??ratures de fusion semblables, et les vibrations sont introduits verticalement. Le soudage par ultrasons est couramment utilis?? pour r??aliser des connexions ??lectriques en aluminium ou en cuivre, et il est ??galement un proc??d?? de soudage de polym??re tr??s commun.
Un autre processus commun, soudage par explosion, implique l'assemblage de mat??riaux en les poussant ensemble sous une pression extr??mement ??lev??e. L'??nergie de l'impact plastifie les mati??res, formant une soudure, m??me si seule une quantit?? limit??e de chaleur est g??n??r??e. Le proc??d?? est couramment utilis?? pour le soudage de mat??riaux diff??rents, tels que le soudage de l'aluminium avec de l'acier ?? la coque des navires ou des plaques composites. Autres proc??d??s de soudage ?? l'??tat solide comprennent co-extrusion soudage, soudage ?? froid, soudage par diffusion, soudage par friction (y compris soudage par friction malaxage), soudage ?? haute fr??quence, soudage par pression ?? chaud, soudage ?? induction, et rouleau soudage.
G??om??trie
Les soudures peuvent ??tre pr??par??s g??om??triquement dans de nombreuses fa??ons diff??rentes. Les cinq principaux types de joints de soudure sont l'assemblage bout ?? bout, joint de recouvrement, joint d'angle, joint de bord, et T-conjointe. D'autres variations existent ainsi, par exemple, les articulations de pr??paration double-V sont caract??ris??s par les deux morceaux de mat??riau chacun effil??s ?? un point central unique ?? la moiti?? de leur hauteur. Single-U et double-U joints de pr??paration sont ??galement assez commun au lieu d'avoir des bords droits comme le seul V et les articulations de pr??paration double-V, ils sont courb??s, formant la forme d'un U. joints de recouvrement sont ??galement couramment plus de deux pi??ces ??paisses en fonction du proc??d?? utilis?? et l'??paisseur de la mati??re, de nombreuses pi??ces peuvent ??tre soud??es ensemble dans une g??om??trie joint ?? recouvrement.
Souvent, conceptions particuli??res conjointes sont utilis??s exclusivement ou presque exclusivement par certains proc??d??s de soudage. Par exemple, soudage par points, soudage par faisceau laser, et le soudage par faisceau d'??lectrons sont le plus souvent effectu??s sur des joints de recouvrement. Cependant, certains proc??d??s de soudage, comme le soudage ?? l'arc m??tallique, sont extr??mement polyvalents et peuvent souder pratiquement ne importe quel type de joint. En outre, certains proc??d??s peuvent ??tre utilis??s pour faire les soudures multipasses, dans lequel une soudure est laiss?? ?? refroidir, puis une autre soudure est r??alis??e sur le dessus de celui-ci. Ceci permet le soudage de sections ??paisses dispos??es en un assemblage unique de pr??paration-V, par exemple.
Apr??s le soudage, un certain nombre de r??gions distinctes peuvent ??tre identifi??es dans la zone de soudure. La soudure se est appel??e la zone-fusion plus pr??cis??ment, il est o?? le m??tal d'apport a ??t?? pos??e pendant le processus de soudage. Les propri??t??s de la zone de fusion d??pendent principalement du m??tal d'apport utilis??, et sa compatibilit?? avec les mat??riaux de base. Il est entour?? par la zone affect??e par la chaleur, la zone qui avait la microstructure et des propri??t??s modifi??es par la soudure. Ces propri??t??s d??pendent sur le comportement de la base mat??rielle lorsqu'il est soumis ?? la chaleur. Le m??tal dans ce domaine est souvent plus faible que ?? la fois le mat??riau de base et la zone de fusion, et est ??galement l?? que les contraintes r??siduelles sont trouv??es.
Qualit??
Le plus souvent, la majeure m??trique utilis??e pour juger de la qualit?? d'une soudure est sa force et la r??sistance du mat??riau qui l'entoure. De nombreux facteurs influencent cette distinctes, y compris le proc??d?? de soudage, la quantit?? et la concentration de l'apport ??nerg??tique, le mat??riau de base et le mat??riau de remplissage, le mat??riau de flux, la conception du joint, et les interactions entre tous ces facteurs. Pour tester la qualit?? d'une soudure, soit destructrice ou m??thodes d'essais non destructifs sont couramment utilis??s pour v??rifier que les soudures sont sans d??faut, avoir des niveaux acceptables de contraintes r??siduelles et la distorsion, et ont zone affect??e thermiquement (ZAT) des propri??t??s acceptables. Il existe des codes de soudage et les sp??cifications pour guider les soudeurs en technique de soudage appropri??e et la fa??on de juger de la qualit?? des soudures.
zone affect??e par la chaleur
Les effets de la soudure sur le mat??riau entourant la soudure peut ??tre pr??judiciable, en fonction des mat??riaux utilis??s et de l'apport de chaleur du proc??d?? de soudage utilis??, la ZAT peuvent ??tre de taille et de force variable. Le diffusivit?? thermique de la mati??re de base joue un r??le si grand la diffusivit?? est ??lev??e, le mat??riau vitesse de refroidissement est ??lev??e et la ZAT est relativement faible. Inversement, une faible diffusivit?? conduit ?? un refroidissement plus lent et un plus grand HAZ. La quantit?? de chaleur inject?? par le proc??d?? de soudage joue un r??le important aussi, comme des processus tels que la soudure oxyac??tyl??nique ont un apport de chaleur concentr??e et augmentent la taille de la HAZ. Processus comme soudage par faisceau laser donnent une tr??s concentr??, la quantit?? limit??e de chaleur, r??sultant dans une petite ZAT. Soudage ?? l'arc se situe entre ces deux extr??mes, avec les processus individuels variant quelque peu en entr??e de chaleur. Pour calculer l'apport de chaleur pour les proc??dures de soudage ?? l'arc, la formule suivante peut ??tre utilis??e:
o?? Q = entr??e de chaleur ( kJ / mm), V = tension ( V ), I = courant ( A), et S = la vitesse de soudage (mm / min). L'efficacit?? d??pend de la m??thode de soudage utilis??e, avec le m??tal soudage ?? l'arc ayant une valeur de 0,75, de m??taux gaz soudage ?? l'arc et le soudage ?? l'arc, 0,9, et Soudage TIG, 0,8.
Distorsion et la fissuration
m??thodes de soudage qui impliquent la fonte des m??taux sur le site de la commune ne sont pas n??cessairement enclins ?? retrait que le m??tal chauff?? refroidit. Le retrait, ?? son tour, peut introduire des contraintes r??siduelles et ?? la fois longitudinal et de rotation distorsion. Distorsion peut poser un probl??me majeur, puisque le produit final ne est pas la forme souhait??e. Pour rem??dier ?? la distorsion de rotation, les pi??ces ?? usiner peuvent ??tre d??cal??s, de sorte que les r??sultats de soudure dans une pi??ce en forme correctement. Autres m??thodes de distorsion limitant, comme serrer les pi??ces en place, provoquent l'accumulation de contraintes r??siduelles dans la zone affect??e par la chaleur du mat??riau de base. Ces contraintes peuvent r??duire la r??sistance du mat??riau de base, et peuvent conduire ?? l'??chec catastrophique travers la fissuration ?? froid, comme dans le cas de plusieurs des Liberty ships. La fissuration ?? froid est limit?? ?? des aciers, et est associ??e ?? la formation de martensite comme la soudure refroidit. Le craquage a lieu dans la zone affect??e par la chaleur de la mati??re de base. Pour r??duire la quantit?? de distorsion et de contraintes r??siduelles, la quantit?? de l'apport de chaleur doit ??tre limit??e, et la s??quence de soudage utilis?? ne doit pas ??tre d'un bout ?? l'autre directement, mais plut??t par segments. L'autre type de fissuration, la fissuration ?? chaud ou craquage de solidification, peut se produire avec tous les m??taux, et passe dans la zone de fusion d'une soudure. Pour r??duire la probabilit?? de ce type de craquage, dispositif de retenue pour le mat??riau en exc??s doit ??tre ??vit??, et un mat??riau de remplissage appropri?? doit ??tre utilis??.
Soudabilit??
La qualit?? d'une soudure d??pend ??galement de la combinaison de mat??riaux utilis??s pour le mat??riau de base et le mat??riau de remplissage. Tous les m??taux ne sont pas adapt??s pour le soudage, et non tous les m??taux de remplissage fonctionnent bien avec des mat??riaux de base acceptables.
Aciers
Le soudabilit?? des aciers est inversement proportionnelle ?? une propri??t?? connue sous le nom trempabilit?? de l'acier, qui mesure la probabilit?? de formation martensite lors de la soudure ou un traitement thermique. La trempabilit?? de l'acier d??pend de sa composition chimique, avec de plus grandes quantit??s de carbone et d'autres des ??l??ments d'alliage r??sultant en une trempabilit?? ??lev??e et donc une plus faible aptitude au soudage. Afin de pouvoir juger alliages constitu??s de plusieurs mat??riaux distincts, une mesure connue sous le nom teneur en carbone ??quivalent est utilis?? pour comparer les weldabilities relatives des diff??rents alliages en comparant leurs propri??t??s pour une plaine acier au carbone. L'effet sur la soudabilit?? des ??l??ments tels que le chrome et le vanadium , bien que pas aussi grand que le carbone , est plus importante que celle de cuivre et de nickel , par exemple. Comme la teneur en carbone ??quivalent se ??l??ve, la soudabilit?? de l'alliage diminue. L'inconv??nient de l'utilisation aciers au carbone et faiblement alli??s est leur faible r??sistance il ya un compromis entre la r??sistance des mat??riaux et la soudabilit??. Haute r??sistance, les aciers faiblement alli??s ont ??t?? d??velopp?? sp??cialement pour les applications de soudage au cours des ann??es 1970, et ceux-ci g??n??ralement facile ?? souder des mat??riaux ont une bonne r??sistance, ce qui les rend id??al pour de nombreuses applications de soudage.
Les aciers inoxydables, en raison de leur haute teneur en chrome, ont tendance ?? se comporter diff??remment par rapport ?? soudabilit?? que les autres aciers. Nuances d'aciers inoxydables aust??nitiques ont tendance ?? ??tre les plus soudable, mais ils sont particuli??rement sensibles ?? la d??formation en raison de leur fort coefficient de dilatation thermique. Des alliages de ce type ont tendance r??duite ?? la fissuration et la r??sistance ?? la corrosion aussi bien. La fissuration ?? chaud est possible que si la quantit?? de ferrite dans la soudure ne est pas contr??l?? ?? r??soudre le probl??me, on utilise une ??lectrode qui d??pose un m??tal de soudure contenant une petite quantit?? de ferrite. Autres types d'aciers inoxydables, tels que les aciers inoxydables ferritiques et martensitiques, ne sont pas aussi facilement soud??es, et doivent souvent ??tre pr??chauff??es et soud??es avec des ??lectrodes sp??ciales.
Aluminium
La soudabilit?? de l'aluminium d'alliages varie consid??rablement, en fonction de la composition chimique de l'alliage utilis??. Les alliages d'aluminium sont sensibles ?? la fissuration ?? chaud, et ?? lutter contre le probl??me, les soudeurs augmentent la vitesse de soudage pour r??duire l'apport de chaleur. Pr??chauffage r??duit le gradient de temp??rature ?? travers la zone de soudure et permet ainsi de r??duire la fissuration ?? chaud, mais elle peut r??duire les propri??t??s m??caniques du mat??riau de base et ne doit pas ??tre utilis?? lorsque le mat??riau de base est retenu. La conception de l'articulation peut ??tre modifi?? aussi bien, et un alliage d'apport plus compatible peut ??tre choisie pour diminuer la probabilit?? de fissuration ?? chaud. Les alliages d'aluminium doivent aussi ??tre nettoy??s avant le soudage, dans le but d'enlever tout oxydes, les huiles et les particules d??tach??es de la surface ?? souder. Ceci est particuli??rement important ?? cause de la susceptibilit?? d'une soudure d'aluminium porosit?? due ?? l'hydrog??ne et crasses en raison de l'oxyg??ne .
Conditions inhabituelles
Bien que de nombreuses applications de soudage sont effectu??es dans des environnements contr??l??s tels que les usines et les ateliers de r??paration, des proc??d??s de soudage sont couramment utilis??s dans une grande vari??t?? de conditions, telles que air, sous l'eau, et aspirateurs (comme l'espace). Dans les applications en plein air, comme la construction et la r??paration ?? l'ext??rieur, ?? l'abri soudage ?? l'arc m??tallique est le proc??d?? le plus courant. Processus qui emploient des gaz inertes pour prot??ger la soudure ne peuvent pas ??tre facilement utilis??es dans de telles situations, parce que les mouvements atmosph??riques impr??visibles peuvent entra??ner une soudure d??fectueuse. Soudage ?? l'arc m??tallique est ??galement souvent utilis??e dans soudage sous l'eau dans la construction et la r??paration de navires, plates-formes offshore et les pipelines, mais d'autres, comme fourr?? soudage ?? l'arc et de Soudage TIG, sont ??galement fr??quents. Soudage dans l'espace est également possible, il a été tenté d'abord en 1969 par russes cosmonautas, quand ils ont effectué des expériences pour tester soudage des métaux à l'abri de l'arc, soudage à l'arc de plasma, et le soudage par faisceau d'électrons dans un environnement sans pression. D'autres essais de ces méthodes a été fait dans les décennies suivantes, et les chercheurs d'aujourd'hui de continuer à développer des méthodes pour utiliser d'autres procédés de soudage dans l'espace, comme le soudage par faisceau laser, le soudage par résistance et le soudage par friction. Les progrès dans ces domaines pourraient se révéler indispensable pour des projets comme la construction de la Station spatiale internationale , qui sera probablement appuyer fortement sur ??????la soudure pour l'assemblage dans l'espace les pièces qui ont été fabriqués sur la Terre .
Les questions de sécurité
Soudage, sans les précautions nécessaires, peut être une pratique dangereuse et malsaine. Cependant, avec l'utilisation des nouvelles technologies et la protection appropriée, les risques de blessures et de décès associés à la soudure peuvent être considérablement réduits. Parce que de nombreuses procédures de soudage commune impliquent un arc ou d'une flamme électrique ouvert, le risque de brûlures est significatif. Pour les prévenir, soudeurs portent ??quipement de protection individuelle sous la forme d'lourde cuir des gants de protection et vestes à manches longues pour éviter l'exposition à la chaleur et les flammes extrême. En outre, la luminosité de la zone de soudure conduit à un état ??????appelé oeil arc dans lequel la lumière ultraviolette provoque une inflammation de la cornée et peut brûler les rétines des yeux. Lunettes et casques de soudage avec plaques frontales sombres sont portés pour empêcher cette exposition, et Ces dernières années, de nouveaux modèles de casques ont été produits qui comportent une plaque de face que l'auto-fonce à l'exposition à des quantités élevées de la lumière UV. Pour protéger les passants, les rideaux de soudage translucides entourent souvent la zone de soudage. Ces rideaux constitu??s d'un films chlorure de plastique de vinyle, protéger les travailleurs à proximité de l'exposition à la lumière UV de l'arc électrique, mais ne devrait pas être utilisé pour remplacer le verre de filtre utilisé dans les casques.
Les soudeurs sont également souvent exposés à des gaz et dangereuses la mati??re particulaire. Processus comme fourré soudage à l'arc et blindés soudage à l'arc produits fumée contenant des particules de différents types d' oxydes, qui dans certains cas peuvent conduire à des conditions médicales telles que la fièvre des fondeurs. La taille des particules en question a tendance ?? influencer le la toxicit?? des fum??es avec des particules plus petites pr??sentant un plus grand danger. En outre, de nombreux procédés produisent fumées et gaz divers, le plus souvent du dioxyde de carbone , l'ozone et les métaux lourds, qui peuvent se révéler dangereux sans ventilation et une formation adéquate. En outre, parce que l'utilisation de gaz et les flammes comprimé dans de nombreux procédés de soudage présente un risque d'explosion et d'incendie, quelques précautions communs comprennent limiter la quantité d' oxygène dans l'air et de garder les matériaux combustibles loin du lieu de travail. extracteurs de fumée de soudage sont souvent utilisés pour éliminer les fumées provenant de la source et de filtrer les fumées à travers un filtre HEPA.
Coûts et tendances
Au cours des dernières années, afin de minimiser les coûts de main-d'??uvre dans l'industrie manufacturière de haute production, soudure industrielle est devenue de plus en plus automatisé, notamment avec l'utilisation de robots en soudage par points (en particulier dans l'industrie automobile) et de soudage à l'arc. En robot de soudage, mécanisée dispositifs à la fois maintenir le matériau et effectuer la soudure, et d'abord, le soudage par points était son application la plus courante. Mais robotique soudage à l'arc a été gagne en popularité comme la technologie a progressé. Autres domaines clés de la recherche et développement comprennent le soudage de matériaux différents (tels que l'acier et de l'aluminium, par exemple) et de nouveaux procédés de soudage, comme par friction-malaxage, impulsion magnétique, joint de chaleur par conduction et laser soudage hybride. En outre, le progrès est souhaitable dans la fabrication des méthodes plus spécialisées comme soudage par faisceau laser pratique pour plusieurs applications, comme dans l'aéronautique et l'automobile. Les chercheurs espèrent également mieux comprendre les propriétés souvent imprévisibles de soudures, en particulier microstructure, contraintes résiduelles, et la tendance d'une soudure à se fissurer ou se déformer.
