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金属溶接は、主要な工業製造技術です熱と圧力を使用して、2つ以上の別々の金属部品をしっかりと結合します。このプロセスは、さまざまな鋼材の接続に適しているだけでなく、アルミニウムや銅などの非鉄金属や、チタンやジルコニウムなどの特殊金属材料の接続問題も解決できます。溶接技術は、機械製造、造船、海洋開発、自動車製造、石油化学産業、航空宇宙技術、原子力、電気、電子技術、建設など、多くの分野で広く使用されています。この記事では、以下について詳しく説明します金属溶接の仕組みそして、さまざまな溶接方法でのその応用。
金属溶接はどのように機能しますか?
ザ金属溶接の動作原理主に、2つの分離した金属オブジェクト(同じ金属または異種金属)を、加熱、圧力、または2つの組み合わせなどの適切な手段で原子または分子レベルで組み合わせ、それらを組み合わせて1つの本体に接続することです。
このプロセスには通常、次の手順が含まれます。
- 暖房：いつ溶接開始、溶接部で金属を加熱するために熱源を使用する必要があります。熱源は、アーク、レーザー、抵抗器、電子ビーム、または燃料燃焼です。
- 融解：熱源の作用下で、溶接部の金属は溶融温度に達し、溶融プールを形成します。溶融池の金属原子は結合力を失い、自由に動くことができます。
- 冷却と凝固:溶融池は冷えると徐々に固化し、固い金属結合を形成します。凝固過程では、溶融プール内の金属原子が再配列して結晶構造を形成します。
- 金属間接合:加熱、溶融、冷却のプロセスを通じて、溶接部の金属原子は拡散し、互いに結合して強力な結合を形成します。
金属溶接の主なステップは何ですか?
ザ金属溶接の主なステップ金属表面の準備、選択が含まれます適切な溶接方法、金属片を加熱して溶かし、溶接部を冷却して仕上げます。これらの手順の詳細な説明を次に示します。
1.溶接用の金属表面を準備します。
このステップは溶接前の重要な準備であり、金属表面を洗浄してグリース、汚れ、酸化物、その他の不純物を取り除き、溶接領域が清潔で汚れがないことを確認します。同時に、溶接継手のサイズと形状を確認し、必要に応じてトリミングして、スムーズな溶接を確保する必要があります。
2.適切な溶接方法を選択します。
最適な溶接方法を選択溶接する金属の種類、厚さ、強度要件、溶接継手の形状と位置などの要因に基づいています。一般的な溶接方法には、アーク溶接、抵抗溶接、レーザー溶接などがあります。各方法には、独自の利点と適用範囲があります。
3.金属片を加熱して溶かします。
選択した溶接方法を使用して、溶接領域を加熱して金属を溶融状態にします。加熱プロセス中、溶接電流、電圧、溶接速度などの溶接パラメータを厳密に制御して、溶接領域の金属を均一に溶融し、良好な溶融プールを形成できるようにする必要があります。
4.溶接部を冷却して終了します。
後溶接が完了しました、溶接部を自然に冷却するか、溶接部の亀裂や変形を避けるために適切な冷却対策を講じてください。冷却後、溶接スラグと不純物を除去するために溶接部を洗浄します。溶接部の外観品質と性能を向上させるために、必要に応じて溶接部に研削、研磨、その他の仕上げ処理が行われます。
溶接プロセスにはどのような種類がありますか?
ザ溶接プロセスは、2つ以上のピースを組み合わせた技術です金属材料加熱、加圧、またはその両方によって原子結合を達成するため。主な溶接方法の一部を次に示します。
アーク溶接：
- 原理：電気アークを使用して金属を溶融および溶融します.アークは、強力で長持ちするガス放電現象です。正極と負極の間には一定の電圧があり、2つの電極間のガス媒体はイオン化された状態にある必要があります。溶接アークが点火されると、通常、2つの電極(ワークピース用の1つの極とフィラーワイヤまたは溶接ロッド用のもう1つの極)が電源に接続され、短時間接触した後、すばやく分離されます。2つの極が接触すると、短絡が発生し、アークが形成されます。
- 顔立ち：ザアーク溶接装置軽量で輸送に柔軟性があり、電源がある場所ならどこでも溶接作業に使用できます。手動アーク溶接、サブマージアーク溶接など、さまざまなアーク溶接方法があります。手動アーク溶接は、フラット溶接、垂直溶接、水平溶接、オーバーヘッド溶接などのマルチポジション溶接を実行できます。サブマージアーク溶接は、主にフラット溶接位置に適しており、その大きな溶け込み深さ、高い生産性、高度な機械化操作により、サブマージアーク溶接は、したがって、中プレートおよび厚板構造の長い溶接部の溶接に適しています。
MIG溶接(溶融不活性ガス溶接):
- 原理：ひとつのアーク溶接法これは、溶融電極と外部ガス(アルゴンやヘリウムなど)をアーク媒体として使用して、溶接ゾーン内の金属液滴、溶接プール、および高温金属を保護します。
- 顔立ち：MIG溶接は、大規模なプロジェクトに適した高速ワイヤ送給プロセスです。それはアルミニウムおよびアルミ合金、銅および銅合金、ステンレス鋼および他の材料の溶接のために特に適したほとんどすべての金属を溶接できます。溶接プロセス中の酸化および燃焼損失はほとんどなく、蒸発損失はごくわずかであり、冶金プロセスは比較的単純です。同時にMIG溶接タングステン電極を使用せず、TIG溶接よりも低コストです。
TIG溶接(タングステンアーク溶接):
- 原理：タングステン電極とワークピースとの間のアークは、金属を溶かして溶接を形成するために使用されます。タングステン電極は溶接プロセス中に溶融せず、電極としてのみ機能します。同時に、アルゴンまたはヘリウムガスが溶接トーチのノズルに供給され、保護されます。
- 顔立ち：TIG溶接薄い金属や複雑な金属に対して高精度を提供できます。これは、入熱の良好な制御により、薄い板金と下敷き溶接を接合するための優れた方法です。この方法は、ほとんどすべての金属を接合するために使用でき、アルミニウム、マグネシウム、耐火酸化物を形成する可能性のある金属、およびチタンやジルコニウムなどの活性金属の溶接に特に適しています。溶接品質は高いですが、溶接速度は比較的遅いです。
スポット溶接:
- 原理：スポット溶接は抵抗溶接の一種です.電極がワークに圧力をかけて通電させることで、接触点の金属が溶けてはんだ接合部を形成します。
- 顔立ち：スポット溶接は、主に重ね合わせることができるプレス加工および圧延された薄板部品に使用され、ジョイントは気密である必要はなく、厚さは3mm未満です。で広く使用されています板金加工、自動車製造およびその他の分野。
金属を溶接するとどうなりますか?
いつ金属は溶接されていますでは、物理的および化学的変化の両方を含む一連の複雑なプロセスが発生します。以下は、金属溶接中に発生する主な現象と変化です。
身体的な変化
- 金属溶融:溶接熱源の作用下で、溶接領域の金属が融点を超えて加熱され、溶融します。溶融金属は溶融池を形成し、その後の冷却と凝固、および溶接の形成の基礎を築きます。
- 金属の蒸発と飛散:高温では、一部の金属が蒸発して金属蒸気を形成します。ガスシールド溶接などの一部の溶接方法では、アークの作用により金属が飛び散る場合があります。
- 金属の熱膨張と収縮:その間溶接プロセス、金属は加熱すると膨張し、冷却すると収縮します。この熱膨張と収縮は、溶接部に変形と残留応力を引き起こす可能性があります。
- 溶接部の冷却と凝固:熱源が去った後、溶融池は冷却を開始し、徐々に固化します。凝固中、金属原子は再配列して新しい結晶構造を形成します。
化学変化
- 金属の酸化:高温になると、金属は空気中の酸素と反応して金属酸化物を形成します。これらの酸化物は、溶接部の品質と性能に影響を与える可能性があります。
- 金属窒化:溶接環境に窒素が存在する場合、金属も窒素と反応して金属窒化物を形成する可能性があります。
- 溶接合金化:添加されたフィラー材料または母材中の合金元素は、溶接プロセス中に再分布または化学反応を受ける可能性があるため、溶接部の合金組成および特性に影響を及ぼす可能性があります。
- 溶接部内のガス吸収と沈殿:溶接プロセス中に、溶接部は一部のガス(水素、窒素など)を吸収する場合があります。これらのガスは、冷却プロセス溶接部には、細孔などの欠陥が形成されます。
金属溶接にはどのような機器が使用されていますか?
ザ金属溶接に必要な設備主に溶接機、電極、溶接クランプ、充填材などが含まれます。
1.溶接機
ザ溶接機は、金属溶接の基幹装置で、電気エネルギーを溶接に必要な熱エネルギーに変換するために使用されます。一般的な溶接機の種類は次のとおりです。
- 溶接機:交流を低電圧および高電流に変換するために使用される溶接電源。溶接作業に欠かせない機器です。
- レーザー溶接機:溶接用の熱源としてレーザー光を使用し、高精度、高効率、熱影響部が小さいという利点があります。
- 超音波溶接機:超音波振動によって生成されるエネルギーは、金属を溶かして結合します。特定の材料の溶接に適しています.
2. 電極
電極は、溶接プロセス中に電流を伝達し、金属を溶かし、溶接を形成する役割を果たします。溶接方法に応じて、電極の形状も異なります。
- 溶接棒:電気溶接では、溶接棒は電極として機能し、金属コアとコーティングで構成されています。溶接棒が溶接物と接触して通電されると、溶接棒は溶けて溶接物と溶接部を形成します。
- 溶接ガン電極:ガス溶接またはいくつかの特別な溶接方法では、溶接ガンはアークまたは炎を発生および維持するための電極を含んでいてもよい。
- 抵抗溶接電極:抵抗溶接では、電極を使用して溶接物をクランプし、電流を流すことで、溶接部が抵抗熱の作用で溶融して結合します。これらの電極は通常、銅、クロム、ジルコニウム、銅など、高温に耐性があり、良好な導電性を持つ材料でできています。
3.溶接クランプ
ザ溶接クランプ溶接作業中に溶接棒を保持し、溶接電流を伝達するために使用されるツールです。これにより、溶接工が溶接プロセス中に電極を安定して制御できるだけでなく、溶接工の手を高温やアーク光からある程度保護します。したがって、溶接クランプは安全装置の一種と考えることもできます。
4.充填材
一部の溶接方法では、溶接部の強度とシーリングを向上させるために、フィラー材料を使用する必要があります。
- 溶接ワイヤー:ガスシールド溶接やガスタングステンアーク溶接などの溶接法では、溶接ワイヤをフィラー材料として溶接部に供給し、溶融母材と一体溶接部を形成します。
- 半田：はんだ付けなどの低温溶接法では、溶接部を充填し、金属部品を接合するためにはんだが使用されます。はんだは通常、スズ-鉛合金などの融点の低い金属合金でできています。
金属溶接で使用される一般的な材料は何ですか?
たくさんあります金属溶接で一般的に使用される材料.以下は、いくつかの一般的な金属材料と溶接におけるそれらの用途です。
1 スチール:
- 軟鋼：溶接性に優れており、さまざまな構造部品やコンポーネントの製造によく使用されます。
中炭素鋼:45鋼など、包括的な機械的特性が良好で、タービンインペラ、コンプレッサーピストンなどの高強度可動部品の製造によく使用されます。 - 合金鋼:40Crなど、焼入れおよび焼戻し後に良好な包括的な機械的特性を備えています。工作機械の歯車やシャフトなど、中速・中負荷の部品の製造によく使用されます。金型鋼もまたあります合金鋼の種類そして、さまざまな金型の製造によく使用されます。
2.アルミニウムおよびアルミニウム合金:
アルミニウム合金は軽量です耐食性があり、航空宇宙、自動車、電子機器、家電業界で広く使用されています。アルミニウム合金のレーザー溶接は、非常に高い強度で、細孔や亀裂のリスクのない溶接構造を製造できます。
ステンレススチールオーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼が含まれます。オーステナイト系ステンレス鋼は溶接性能が良好で、フェライト系ステンレス鋼は靭性が強く、マルテンサイト系ステンレス鋼は溶接効果が不十分ですが低コストです。ステンレス鋼は、その衛生的な特性により、食品および医療業界で一般的に使用されています。
4.銅および銅合金:
銅とその合金は、高い電気伝導率、熱伝導率、強度を備えています。レーザー溶接は、銅材料を迅速かつ効率的に溶接でき、複雑な構造部品や電子部品の製造に使用できます。銅および銅合金また、電気および装飾的な用途でも一般的に使用されています。
5.鋳鉄:
のに鋳鉄溶接性が悪いですが、予熱や適切な溶接棒の選択など、適切な溶接修理プロセスの後でも重要な鋳鉄部品の修理に使用できます。
6. その他の非鉄金属
チタン、ニッケル、スズ、クロム、ニオブ、金、銀、その他の金属およびそれらの合金など。これらの金属は、レーザー溶接または他の溶接方法で異なる溶接特性を示し、特定のニーズに応じて選択できます。
7.特殊合金:
ニッケル基合金、コバルト基合金などこれらの合金は、特殊な物理的および化学的特性を持ち、高温、高圧、腐食などの過酷な環境での溶接によく使用されます。
金属溶接の長所と短所は何ですか?
重要な接合技術として、金属溶接には一連の長所と短所があります。次の表は、の詳細な概要です。金属溶接の長所と短所:
| 利点 | 欠点 |
| 高強度接続 | 変形しやすい |
| 良好なシーリング | 熱影響部の性能低下 |
| 適応 | オペレーターに求められる高いスキル |
| 費用 対 効果 | 大型設備投資 |
| 永続的な接続 | 高エネルギー消費 |
| 設計の柔軟性 | 溶接の煙と汚染 |
| 自動化と機械化 | ひび割れが発生しやすい |
| 軽量 | 気孔率と介在物 |
金属溶接の用途は何ですか?
金属溶接には幅広い用途があります多くの分野で。主なアプリケーション領域の一部を次に示します。
1.航空宇宙分野:
金属溶接は航空宇宙産業で不可欠です航空機の胴体、翼、エンジン、燃料タンクなどのさまざまな金属部品の製造と修理に使用されます。これらの部品には、高強度、高耐食性、高耐久性、耐高温性が求められ、金属溶接技術はこれらの要件を満たすことができます。
2.建設分野:
建設分野では、金属溶接は製造に広く使用されています大きな建物、橋、トンネル、地下鉄の駅、その他の構造物の構造フレームの。金属溶接は、高い強度、精度、耐久性を提供しながら、生産コストを削減し、生産性を向上させます。
3.自動車製造分野:
自動車製造は、金属溶接のもう一つの主要な応用分野です。自動車のシャシー、ボディ、排気管、燃料システム、エンジンなどの部品は、すべて製造と修理のために溶接技術が必要です。金属溶接は、自動車部品の耐久性を高め、車両の性能と安全性を向上させます。
4.電子フィールド:
エレクトロニクス分野では、金属溶接は、さまざまな電子機器の製造と修理に使用されています、プリント回路基板、パッケージデバイス、熱デバイスなど。金属溶接は、高精度、信頼性、耐久性を可能にし、電子機器の性能と寿命を向上させます。
5.エネルギー産業:
エネルギー業界では、金属溶接は、石油およびガスパイプラインの溶接に使用されます、発電所設備、原子力発電所部品、およびその他の主要施設で、エネルギー施設の正常な運用と安全性を確保します。
6.製造:
より広範な製造業では、金属溶接は、機械設備、船舶などのさまざまな金属製品を製造するために使用されています。これは、金属部品を結合して、必要な強度と機能を備えた完成品を形成することによって機能します。
よくあるご質問(FAQ)
1.金属はどのように溶接されますか?
金属溶接は、金属を溶融状態に加熱することによって行われます(または、圧力溶接などの一部の溶接方法では、金属は完全に溶融するのではなく塑性変形します)、次に冷却して固化して金属原子間に結合力を作り出し、それによって2つ以上の部品を接合します。金属片をつなぎ合わせるプロセス。
2.溶接はどのくらい正確に機能しますか?
溶接の基本原理は、熱源を使用して溶接する金属を適切な温度に加熱し、金属を溶融(または圧力溶接中に塑性変形)させ、冷却によって固化させることです。金属原子は再配置され、緊密に結合されて溶接部を形成します。熱源は、溶接方法に応じて、アーク、炎、レーザー、電子ビームなどにすることができます。
3.金属を溶接するとどうなりますか?
金属溶接プロセス中に発生する主な現象は、金属が溶融状態に加熱され、溶融プールが形成されることです。溶融池内の金属は、空気中の酸素や窒素などと反応して、酸化物や窒化物などの不純物を生成します。同時に、溶融池内の金属は、溶接材料中の合金元素と冶金反応を起こし、金属の化学組成と特性を変化させる可能性があります。溶接プロセス中、通常、空気中の酸素、窒素、その他の不純物が溶融プールに入り、溶接の品質に影響を与えるのを防ぐために、不活性ガスまたは活性ガス保護を提供する必要があります。熱源が取り除かれると、溶融池は冷え始め、徐々に固まります。冷却プロセスでは、金属原子間に結合力が発生して溶接部が形成されます。
4.金属を段階的に溶接するにはどうすればよいですか?
金属を溶接する段階的なプロセスには、通常、(1)準備作業:適切な溶接方法と機器を選択し、溶接する金属と溶接材料(電極、ワイヤー、フラックスなど)を準備し、溶接する金属に表面処理を行い、油汚れや錆、その他の不純物を取り除きます。(2)予熱:金属の種類や溶接方法によっては、溶接応力やクラックを減らすために、溶接する金属を予熱する必要がある場合があります。(3)位置決めとクランプ:溶接プロセス中に金属が移動したり変形したりしないように、溶接する金属を正確に配置してクランプします。(4)溶接操作:熱源に点火し、溶接パラメータ(電流、電圧、溶接速度など)を調整し、溶接材料を溶かし、溶接する金属と溶融池を形成します。(5)溶接部の冷却と検査:溶接が完了したら、溶接部を自然に室温まで冷まします。溶接部の品質が要件を満たしていることを確認するために、溶接部に対して目視検査と必要な非破壊検査(X線検査、超音波検査など)を実施します。(6)フォローアップ処理:必要に応じて、溶接部を研磨および研磨して、外観品質と耐食性を向上させます。
概要
金属溶接は、現代の産業で重要な役割を果たす古くて洗練されたプロセスです。熱と圧力を利用して、バラバラの金属部品をしっかりとつなぎ合わせ、無数の構造や機器に耐久性を与えます。基本を深く理解することで、溶接の原理また、さまざまな溶接方法の動作原理により、この技術をよりよく習得し、実際のアプリケーションで溶接品質を継続的に最適化および改善できます。
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