Teräs on tunnettu sen lujuudesta ja kestävyydestä, mikä tekee siitä katkelman rakentamisessa, valmistuksessa ja tekniikassa. Kun teräskappaleita yhdistetään hitsauksella, nousee kriittinen kysymys: "Onko hitsaus yhtä vahva kuin teräs?" Vastaus riippuu useista tekijöistä, mukaan lukien hitsausprosessi, täyteaine, yhteinen suunnittelu ja hitsauksen laatu. Ihanteellisissa olosuhteissa kaivo - suoritettu hitsaus voi vastata tai jopa ylittää perusteräksen lujuuden. Tekniikan tai materiaalin valinnan puutteet voivat kuitenkin jättää hitsauksen heikommaksi kuin sen liittyvä teräs.
Kuinka hitsat saavuttavat teräksen verrattavan lujuuden
Hitsauksen lujuus johtuu sen kyvystä luoda metallurginen sidos pohjateräksen kanssa. Hitsauksen aikana emäksinen metalli- ja täyteaine (jos sitä käytetään) lämmitetään sulaan tilaan, jolloin niiden atomit voivat sekoittaa niveliin. Hitsauksen jäähtyessä tämä seos muodostaa kiinteän, yhtenäisen rakenteen, jossa hitsin ja pohjateräksen välinen raja muuttuu melkein erottamattomaksi molekyylitasolla. Kun se tehdään oikein, tämä sidos jakaa stressiä tasaisesti nivelen läpi, aivan kuten se virtaa yhden teräskappaleen läpi.
Täyteainemateriaaleilla on avainrooli teräslujuuden sovittamisessa. Hitsaajat valitsevat täyttömetallit (kuten E7018 -elektrodit miedolle teräkselle), jotka on suunniteltu vastaamaan teräksen pohjavetolujuutta. Lievässä teräksessä on tyypillisesti vetolujuus 60 000–80 000 psi (puntaa neliötuumaa kohti), ja E7018 -täyttömetalli on muotoiltu saavuttamaan 70 000 psi - perusmateriaalin tehokkaasti. Korkealle - voimalaitteelle (esim. 100 000 psi -vetolujuus) käytetään erikoistuneita täyteaineita, kuten E11018-G
Yhteinen suunnittelu vaikuttaa myös, pystyykö hitsaus vastaamaan teräslujuutta. Oikein suunniteltu nivel -, kuten täysi - tunkeutumishitsaus (missä hitsaus tunkeutuu terästen koko paksuuteen) - maksimoi Weldin kosketusalueen pohjametallilla. Tämän avulla hitsaus voi jakaa kuorman tasaisesti ympäröivän teräksen kanssa. Esimerkiksi täydellinen - tunkeutumishitsaus ½ - tuuman paksu lievä teräslevy, vastaavaa täyteainetta käyttämällä, epäonnistuu tyypillisesti perusteräksessä (ei hitsaus), kun se altistetaan äärimmäiselle voimaa - Selkeä merkki. Hitsaus on yhtä vahva kuin itse teräs itse.
Kun hitsit voivat olla heikompia kuin teräs
Mahdollisuuksistaan huolimatta hitsit eivät pysty terästen lujuuteen vältettävien tai väistämättömien tekijöiden vuoksi:
Hitsausvirheet
Hitsauksen puutteet ovat ensisijainen syy vähentyneeseen lujuuteen. Huokoisuus (pienet hitsaukseen jääneet kaasukuplat) luo heikkoja pisteitä, joissa stressi voi keskittyä vähentäen hitsin vetolujuutta. 5%: n huokoisuuden hitsaus voi menettää 10–15% suunnitellusta lujuudestaan. Epätäydellinen fuusio -, jossa hitsaus ei sitoudu täysin perusteräksen kanssa - jättää aukkoja, jotka toimivat kuin halkeamia, mikä tekee hitsauksesta alttiiksi murtumiseen kuorman alla. Samoin Undercut (urat hitsausreunoja pitkin) vähentää nivelen efektiivistä ristiä - poikkipinta -alaa, heikentäen sitä katkaisemattomaan teräkseen verrattuna.
Lämpö - vaikuttanut vyöhyke (Haz)
Hitsauslämpö muuttaa teräsmikrorakennetta hitsauksen lähellä, mikä luo lämpöä - -vyöhyke (HAZ). Joissakin teräksissä - erityisesti korkeat - hiili- tai seosteräkset - Nopea jäähdytys hitsauksen jälkeen voi tehdä HAZ -haurasta. Tämä hauraus vähentää HAZ: n kykyä absorboida stressiä, aiheuttaen nivelen epäonnistumisen tällä alueella, vaikka itse hitsaus olisi vahva. Esimerkiksi hitsaus korkealla - lujuus matala - seos (HSLA) teräs ilman asianmukaista esilämmitystä tai postitse - Hitsauslämpökäsittely voi jättää hassun heikomman kuin sekä hitsaus- että perusteräs.
Sopimaton materiaali
Käyttämällä täyteainetta, jolla on alhaisempi lujuus kuin pohjateräs takaa heikomman hitsin. Jos mieto teräs (60 000 psi) hitsataan täyteaineella, joka on suunniteltu alhaiselle - voimalaitteelle (40 000 psi), hitsaus epäonnistuu ennen pohjametallia. Samoin hitsaus erilaisissa teräksissä (esim. Lievä teräksinen ruostumattomasta teräksestä) ilman yhteensopivaa täyteainetta voivat luoda hitsaukseen hauraita metallisia yhdisteitä vähentäen sen lujuutta kummassakin perusmateriaalin lujuudessa.
Huono yhteinen suunnittelu
Huonosti suunniteltu nivel heikentää jopa parhaan hitsin. Esimerkiksi pienellä jalan pituudella olevalla filet -hitsauksella on pienempi risti - -leikkauspinta -ala kuin perusteräksellä, rajoittaen sen kuormaa - laakerikapasiteettia. Hitsaus ohut teräs nivelellä, joka luo jännityspitoisuuden -, kuten terävä kulma -, voi aiheuttaa hitsauksen epäonnistumisen jännityksen alla, vaikka itse hitsausmetalli olisi vahva.
Testaus hitsaus- ja teräslujuuden vertaamiseksi
Sen määrittämiseksi, vastaako hitsaus teräslujuuteen, insinöörit käyttävät vetolujuutta. Näyte hitsatusta nivelistä vedetään toisistaan koneeseen, ja sen katkaisemiseen tarvittava voima mitataan. Jos näyte rikkoutuu pohjateräksessä (ei hitsaus tai HAZ), hitsauksen vahvistetaan olevan yhtä vahva kuin teräs. Jos se murtuu hitsaukseen tai HAZ: ssa, hitsaus on heikompi, ja prosessin säätöjä tarvitaan.
Esimerkiksi vetolujuudessa kunnolla hitsatulla miedolla teräsliitoksella osoittaa tyypillisesti samojen mittojen kiinteän teräspalkin vastaavan murtovoiman. Tämä vahvistaa, että hitsaus on saavuttanut "vanhemman metallin lujuuden" - teollisuusterminologian hitsaukselle, joka on yhtä vahva kuin perusteräs.
Real - maailman esimerkkejä hitsauksesta
Rakenteellisissa sovelluksissa, kuten siltapalkit tai rakennuskehykset, hitsit on suunniteltu vastaamaan teräspalkkien voimakkuutta. Näiden rakenteiden hitsatut liitokset läpikäyvät tiukan testauksen varmistaakseen, että ne kestävät samat kuormat kuin itse teräs. Samoin autoteollisuuden valmistuksessa rungon komponenttien hitsaukset on suunniteltu olemaan yhtä vahva kuin teräskehys, varmistaen, että ajoneuvo säilyttää rakenteellisen eheyden törmäyksissä.
Päinvastoin, hitsaukset alhaisissa - stressisovelluksissa -, kuten koristeelliset metallityöt -, ei ehkä tarvitse sovittaa teräsvoimaa. Esimerkiksi teräskaiteen hitsauksen on tuettava vain kevyitä kuormituksia, joten pienet heikkoudet ovat hyväksyttäviä.
Johtopäätös
Hitsaus voi olla yhtä vahva kuin teräs, mutta tämä riippuu huolellisesta suorituksesta. Kaivo - Suunniteltu nivel, sovitettu täyteaine, oikea hitsaustekniikka ja huomio postitse - hitsauskäsittely (kuten seosteräksien lämpökäsittely) antaa hitsauksille mahdollisuuden saavuttaa saman lujuuden kuin perusteräs. Viat, materiaalien epäsuhta tai huono prosessin hallinta jättävät kuitenkin hitsauksen heikommiksi.
Kriittisissä sovelluksissa, joissa turvallisuus ja kestävyys ovat ensiarvoisen tärkeitä, hitsit testataan tiukasti varmistaakseen, että ne täyttävät tai ylittävät teräslujuuden. Useimmissa käytännöllisissä tarkoituksissa, asianmukaisella koulutuksella ja standardien noudattamisella, hitsit voivat luotettavasti vastaamaan niiden liittyvien terästen voimakkuutta - tekemällä hitsausta luotettavan menetelmän vahvojen, pysyvien yhteyksien luomiseksi teräsrakenteisiin.
