Зварювання плавленням проти зварювання в твердому тілі: різниця та порівняння

Ключові винесення

1. Зварювання плавленням передбачає плавлення основних металів, що з’єднуються, тоді як зварювання твердим тілом не плавить основні метали. Технології зварювання плавленням, такі як зварювання MIG, TIG і стрижневе зварювання, плавлять метали за допомогою дуги або полум’я для формування зварювальної ванни, яка охолоджується в з’єднанні. Подібно до перемішування тертям і ультразвукового зварювання, зварювання в твердому тілі створює зв’язок завдяки надзвичайному тиску та тертю без плавлення.
2. Зварні шви оплавленням мають вищу міцність і гнучкість порівняно з твердотільними зварними швами. Розплавлений і змішаний метал у зварювальній ванні створює металургійний зв'язок і однорідне з'єднання. Твердотільні зварні шви мають менше змішування основних металів, що призводить до меншої міцності з’єднання.
3. Зварювання в твердому тілі є вигідним для матеріалів, чутливих до високої температури, таких як алюміній і магній. Відсутність плавлення дозволяє краще контролювати зону теплового впливу та уникнути таких проблем, як зміна складу сплаву, пористість і крихкість. Зварювання плавленням може змінити легуючі елементи в зоні зварювання, що призведе до слабкості.

Що таке зварювання плавленням?

Зварювання плавленням – це тип зварювального процесу, який передбачає з’єднання двох або більше шматків металу шляхом їх розплавлення в місці з’єднання та застигання в єдину суцільну деталь. Термін «плавлення» означає плавлення та змішування основних матеріалів для створення зварного з’єднання.

Під час зварювання плавленням джерело тепла прикладається до матеріалів, щоб підвищити їх температуру до точки, коли вони стають розплавленими. Залежно від конкретного способу зварювання таким джерелом тепла може бути відкритий вогонь, електрична дуга, лазер або електронний промінь. Коли матеріали розплавлені, вони об’єднуються, а коли вони охолоджуються та твердіють, утворюють міцний металургійний зв’язок.

Що таке твердотільне зварювання?

Зварювання в твердому тілі — це група зварювальних процесів, які створюють зв’язок між двома матеріалами без їх розплавлення до повністю рідкого стану. На відміну від зварювання плавленням, де основні матеріали розплавляються для утворення зварного шва, зварювання в твердому тілі досягає з’єднання за допомогою комбінації тиску, температури та часу, і все це входить у фазу твердого тіла залучених матеріалів. Цей процес також відомий як «твердотільний зв’язок» або «твердотільний зв’язок».

Відсутність повного плавлення при твердотільному зварюванні має кілька переваг, зокрема збереження властивостей матеріалу та з’єднання різнорідних матеріалів, які можуть бути несумісними з традиційними методами зварювання плавленням. Процес відбувається при температурах, нижчих за температуру плавлення вихідних матеріалів, що знижує ризик утворення дефектів і дозволяє точно контролювати процес з’єднання.

Різниця між зварюванням плавленням і твердотільним зварюванням

1. Принципова відмінність полягає в стані основних матеріалів в процесі зварювання. Під час зварювання плавленням матеріали нагріваються до розплавленого стану та повністю розплавляються в місці з’єднання, утворюючи сплав вихідних матеріалів. Навпаки, зварювання в твердому тілі забезпечує з’єднання без розплавлення матеріалів до повністю рідкого стану, зберігаючи вихідні властивості матеріалу.
2. Зварювання плавленням вимагає відносно високих температур для розплавлення основних матеріалів і створення зварного з’єднання. У твердотільному зварюванні температура нижча, оскільки процес ґрунтується на локальному нагріванні через тертя, ультразвукові коливання чи інші методи без досягнення точки плавлення матеріалів.
3. Зварювання плавленням може спричинити значні деформації та залишкові напруги в зварюваних компонентах через високі температури. З іншого боку, зварювання в твердому тілі створює нижчі рівні деформації та залишкової напруги, оскільки воно відбувається за нижчих температур і з меншим тепловим навантаженням.
4. Зварювання плавленням забезпечує безперервне однорідне з’єднання з повним сплавленням основних матеріалів. Якість з’єднання може відрізнятися під час твердотільного зварювання залежно від конкретного використовуваного процесу. Деякі методи твердотільного зварювання, як-от зварювання тертям з перемішуванням, можуть створювати з’єднання з чудовими механічними властивостями та мінімальними дефектами, тоді як інші можуть мати обмеження в окремих сферах застосування.
5. Зварювання плавленням добре підходить для з’єднання подібних матеріалів із сумісними температурами плавлення. Однак ефективно зварювати різнорідні матеріали може бути складно через їхні різні термічні властивості. З іншого боку, зварювання в твердому тілі пропонує переваги при з’єднанні різнорідних матеріалів, оскільки воно дозволяє уникнути повного розплавлення, дозволяючи з’єднувати матеріали зі значно різними характеристиками.

Порівняння між зварюванням плавленням і твердотільним зварюванням

Параметр порівняння	Зварювання плавленням	Зварювання твердого тіла
Введення тепла	Висока тепловіддача, призводить до повного розплавлення матеріалів	Менше тепловіддача, що зменшує ризик деформації та зберігає властивості матеріалу
Міцність суглобів	Як правило, міцне з’єднання завдяки повному злиттю матеріалів	Міцні з’єднання, особливо в певних твердотільних процесах
Застосовуваність до несхожих	Складно зварювати різнорідні матеріали через різницю в температурах плавлення	Вигідно для з’єднання різнорідних матеріалів з різними властивостями
Металургійні зміни	Може викликати металургійні зміни та зони термічного впливу	Мінімальні металургійні зміни або їх відсутність, оскільки не відбувається повного плавлення
Дефекти суглобів	Схильність до дефектів, таких як пористість, тріщини та включення	Зазвичай утворює менше дефектів завдяки меншому підведенню тепла та контрольованому процесу

посилання

1. https://www.cambridge.org/core/journals/mrs-bulletin/article/phenomenological-modeling-of-fusion-welding-processes/04984333CB143DBF4886530F36102D5E
2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924013617304181

Останнє оновлення: 27 серпня 2023 р