Svařování je technologie zpracování, která dosahuje atomového spojení mezi povrchy dvou nebo více samostatných obrobků zahřátím, tlakem nebo kombinací obou, doplněné přídavnými materiály. Jako klíčová součást těžkých stavebních strojů kvalita svařovacích ramen přímo souvisí s bezpečnostním výkonem celého stroje. Na rozdíl od mechanických spojů tvoří svařování metalurgický spoj, jehož základní podmínky zahrnují energetické podmínky, podmínky prostředí a podmínky spojování. Podle zdroje energie lze svařování rozdělit do tří kategorií: tavné svařování, tlakové svařování a pájení. Mezi nimi je nejrozšířenější tavné svařovánívýroba svařovacích výložníků, což představuje více než 90 % průmyslových aplikací.
I. Principy svařovací metalurgie a výběr materiálu pro svařovací výložníky
Svařovací metalurgie je klíčovou teorií, která studuje zákonitosti tvorby roztavené lázně, tuhnutí, fázové přeměny a změn chemického složení během procesu svařování a hraje rozhodující roli ve výkonu svařovacích ramen. Tavenina svařovacích ramen se vyznačuje malým objemem, vysokou teplotou, krátkou dobou existence a rychlou rychlostí ochlazování, což vede k rychlému procesu krystalizace. Tuhnutí svarového kovu je založeno na neroztavených zrnech základního kovu v zóně tavení a roste ve směru rozptylu tepla a vytváří různé krystalizační morfologie od rovinných zrn po sloupcová zrna. Tepelně-ovlivněná zóna (HAZ) je oblast základního kovu ovlivněná teplem svařování, ale neroztavená. Jeho mikrostrukturální změny jsou společně určovány teplotou ohřevu a rychlostí ochlazování, což má za následek různé oblasti, jako je zóna fúze, zóna přehřátí a zóna normalizace.
Svařovací ramena jsou většinou vyrobena z nízko{0}}legované vysokopevnostní- oceli, jako je vysokopevnostní plech BS700MCK2-, který má mez kluzu větší nebo rovnou 700 MPa a vynikající svařitelnost, tvárnost za studena a rázovou houževnatost při nízkých-teplotách. Tento typ materiálu je nízko-nízkouhlíková-legovaná konstrukční ocel, která dosahuje vynikajícího svařovacího výkonu snížením uhlíkového ekvivalentu a indexu citlivosti na trhliny při svařování. Během procesu svařovánísvařovací výložníkyMezi roztaveným kovem lázně a okolním médiem dochází k řadě chemických reakcí, jako je oxidace, redukce a nitridace. Je nutné zajistit přiměřené chemické složení svaru a zabránit defektům pomocí vhodných přídavných svařovacích materiálů a řízení procesu.
II. Vliv zákona tepelného procesu svařování na kvalitu svařovacího ramene
Tepelný proces svařování je zdrojem svařovacích metalurgických reakcí, mikrostrukturálních přeměn a deformací napětím. Pro zlepšení kvality svařovacích ramen je zásadní-hloubkové studium zákonů tvorby, přenosu a rozptylu tepla. Různé metody svařování se významně liší v charakteristikách zdroje tepla: obloukové svařování kovů v ochranné atmosféře má relativně nízkou hustotu energie, rozptýlené teplo a velkou tepelně-ovlivněnou zónu; zatímco laserové svařování a plazmové obloukové svařování mají koncentrovanou energii a malou tepelně-ovlivněnou zónu.
Tepelný příkon svařování se týká tepla získaného na jednotku délky svaru, vypočítaného podle vzorce E=60IU/(vη), kde I je svařovací proud, U je svařovací napětí, v je rychlost svařování a η je tepelná účinnost. Během svařovacího procesu svařovacích ramen zvýší nadměrný přívod tepla špičkovou teplotu, zpomalí rychlost ochlazování, rozšíří tepelně-ovlivněnou oblast a zhrubne zrna, čímž sníží houževnatost; nedostatečný přísun tepla zrychlí rychlost ochlazování, což snadno vede k tvorbě ztvrdlých struktur a studených trhlin.
Při výroběsvářečský booms, je nutné přesně řídit teplotu interpassu a používat vhodné procesy předehřívání a následného-ohřívání. U tlustých ocelových plechů je nutné provést předehřev, aby se vyrovnala zvýšená rychlost tepelných ztrát a zabránilo se trhlinám za studena. Prostředí svařování také vyžaduje přísnou kontrolu, včetně požadavků, jako je intenzita osvětlení v pracovní oblasti, rychlost větru pod 2 m/s a vlhkost pod 60 %.
III. Strategie záruky výkonu svařovacího ramena a kontroly defektů při svařování
Vady svařování jsou v podstatě projevy-nekontrolovaných{1}}metalurgických procesů nebo nevyvážených tepelných procesů. Mezi běžné vady svařovacích ramen patří pórovitost, vměstky strusky, praskliny a podříznutí. Pórovitost jsou otvory, které vznikají, když rozpuštěné plyny v roztavené lázni neuniknou během chlazení a tuhnutí, zatímco inkluze strusky pochází z oxidů a sulfidů generovaných metalurgickými reakcemi, které nedokážou včas vyplavat na povrch roztavené lázně.
Trhliny se dělí do dvou kategorií: trhliny za tepla a trhliny za studena. Horké trhliny jsou způsobeny tvorbou kapalných filmů v důsledku obohacení prvků s nízkým -bodem tavení- na hranicích zrn a praskání při svařování; trhliny za studena vznikají v důsledku tvorby ztvrdlých struktur způsobených nadměrnou rychlostí ochlazování a hromaděním difuzního vodíku. Pro zajištění spolehlivosti výkonusvařovací výložníky, je nutné systematicky hodnotit mechanické vlastnosti spojů, včetně pevnosti, houževnatosti, plasticity a tvrdosti.
Svařovaný spoj se skládá ze tří částí: svarového kovu, tavné zóny a tepelně-ovlivněné zóny a jeho celkový výkon je komplexním odrazem těchto tří. Zóna tavení je slabým článkem spoje, který je náchylný stát se místem iniciace trhliny v důsledku nerovnoměrné struktury a hrubých zrn. Přijetím rozumných svařovacích sekvencí a procesních parametrů, jako je optimalizovaný proces využívající pěti-svařování zpětným krokem pro kořenové svařování a dvou{4}}sekční středové symetrické svařování pro překrytí, lze účinně snížit zbytkové napětí a deformace při svařování. S technologickým pokrokem se výrazně zlepší efektivita výroby a stabilita kvality výrobků svařovacích ramen.
