16 października 2021


Z punktu widzenia funkcjonowania mózgu łatwiejsze do analizy rozwiązania analityczne bardziej trafiają do inżynierów niż obliczenia numeryczne. Duże uproszczenia rozwiązań teoretycznych pomagały zwykle rozwiązać bieżące problemy, ze względu na swoją prostotę.  Jednak z uwagi na to, że umysł ścisły powtarzając niektóre, nawet nieprawdziwe wzory, tak się do nich przyzwyczaja, że bierze je za pewnik, więc rozwój teorii procesów cieplnych spawania został zablokowany na długie lata.
Światowe koncerny naftowe robiące badania podstawowe w oparciu o specjalistów nie związanych ze spawaniem, mogły dzięki temu utrzymać dominującą pozycję na rynku spawania stali kwasoodpornych, gdyż inżynierowie spawalnicy z konkurencyjnych firm zmniejszali energię liniową zamiast tak szkolić spawaczy, aby przy tej samej energii liniowej zwiększać przekrój spoiny, czyli obniżać temperaturę jeziorka spawalniczego ciepłem topienia drutu.
Aby ocenić wpływ ciepła topienia na metalurgię należy ocenić stosunek dostarczonej energii do energii zużytej na topienie spoiny.

wzor


gdzie:
Q- ciepło dostarczone; Qtopienia- ciepło potrzebne do stopienia spoiny;
Em – ilość energii zużytej na wykonanie 1kg spoiny;
Eliniowa – energia liniowa;
U- napięcie łuku; I- prąd spawania; S- przekrój poprzeczny spoiny; 
Vsp – szybkośc spawania; Cv – ciepło topienia; ρ - gęstość; µ- sprawność
Cwł. – ciepło właściwe

Odzwierciedlenie tych wzorów przedstawia amerykańska norma naftowa (Rys. 3). Przy stałej energii liniowej wytrzymałość wzrasta wraz ze wzrostem objętości ściegu czyli jego przekroju. W tradycyjnych spawarkach ilość stopionego drutu zależała od prądu spawania i przy ustalonej energii liniowej przekrój ściegu też był ustalony. Nowe urządzenia prądu zmiennego niesymetrycznego pozwalają zmieniać przekrój ściegu, przy tej samej energii liniowej E:
Eliniowa l= 0,8 x U x I/ Vsp.

Rys.3-Zaleznosc-wytrzymalosci_s
Rys. 3 Zależność wytrzymałości od ilości ciepła wprowadzonego na jednostkę masy spoiny oraz zależność wytrzymałości  przy stałej energii liniowej od objętości metalu spoiny

Rys. 3 prezentuje te nowe możliwości urządzeń spawalniczych. Warto się zastanowić, dlaczego spawania termitowego szyn o bardzo dużej energii liniowej (krótki czas zalewania formy) nie udało się wyprzeć spawaniem elektrycznym. Zalewanie formy ciekłym metalem o temperaturze topienia jest podobne do ciągłego odlewania stali. Pomimo polewania wodą wlewków instalacji ciągłego odlewania stali nic się nie dzieje. Podobnie zalewanie rowka spawalniczego pokazane na rysunku 2 nie powinno wpływać na strukturę spoiny i strefy wpływu ciepła. Dzieje się tak ze względu na dużo większą przewodność ciepła stali zakrzepniętej niż stali ciekłej. Dopiero podwyższenie temperatury zalewania ciekłym metalem powoduje cykliczność krzepnięcia i przegrzewanie strefy wpływu ciepła. Dlatego wzrost energii liniowej z równoczesnym wzrostem przekroju spoiny poprzez wzrost szybkości stapiania nie powinien zwiększać średniej temperatury jeziorka i wpływać na własności spoiny. Można było więc ustalać energię liniową przez kontrolowanie ilości ściegów spoiny.
Na pole powierzchni przekroju wpływa szybkość topienia drutu i głębokość wtopienia. Tradycyjne urządzenia spawalnicze dawały stałą szybkość topienia, co oznaczało, że ilość stopionego drutu była zależna od prądu spawania i przekrój spoiny przy tej samej energii liniowej nie ulegał zmianie.

wzor2

Jak wynika z powyższego wzoru przy tradycyjnych urządzeniach spawalniczych wytrzymałość połączeń spawanych będzie zależała wyłącznie od napięcia, które w tych urządzeniach zmienia się w niewielkim zakresie. Dopiero zastosowanie funkcji  ARC Force zmniejszające w sposób dynamiczny napięcie łuku wraz ze wzrostem prądu pozwala na uzyskanie złotej barwy ściegów ze stali wykonanych metodą MAG.

Projektowanie techniki spawania
Dawniej zwiększenie szybkości topienia można było uzyskać poprzez zamianę drutu pełnego na stopiwo w postaci rurki, o większej powierzchni topienia, czyli drutu proszkowego. Dlatego drutami proszkowymi można było spawać większymi energiami liniowymi i uzyskiwać dobrą udarność w niskich temperaturach i mniejszą szerokość strefy naprężeń spawalniczych rozciągających (równych granicy plastyczności). Możliwość regulacji balansu i offsetu przebiegu prądu zmiennego prostokątnego, niesymetrycznego, umożliwia regulację głębokości wtopienia i szybkości stapiania drutu, a więc przekroju spoiny przy tej samej energii liniowej.