Упражнение 2 (Блок 10 Safety. 2 Safety hazards)

A weld can be defined as a coalescence of metals produced by heating to a suitable temperature with or without the application of pressure, and with or without the use of a filler material.

Сварка может быть определена как соединение металлов, образующихся при нагревании до приемлемых температур с применением или без применения давления, и с применением или без применения наплавляемых (наполнительных, присадочных) материалов (Ответ на вопрос №1).

In fusion welding a heat source generates sufficient heat to create and maintain a molten pool of metal of the required size. The heat may be supplied by electricity or by a gas flame. Electric resistance welding can be considered fusion welding because some molten metal is formed.

В сварке плавлением источник тепла генерирует достаточное количество тепла, чтобы создать и поддержать литую лужицу металла необходимого размера. Тепло может подаваться от электричества или газового пламени. Электрической сваркой сопротивлением можно считать сварку плавлением из-за образования некоторого расплавленного металла. (Ответ на вопрос №2)

Solid-phase processes produce welds without melting the base material and without the addition of a filler metal. Pressure is always employed, and generally some heat is provided. Frictional heat is developed in ultrasonic and friction joining, and furnace heating is usually employed in diffusion bonding.

Твердофазные процессы производят сварные соединения без расплавления основного материала и без добавления присадочного металла (Ответ на вопрос №3). Всегда используется давление, и в основном некоторое количество тепла вырабатывается. Теплота трения вырабатывается в ультразвуковом трении, и печное отопление обычно используется в диффузионной сварке.

The electric arc used in welding is a high-current, low-voltage discharge generally in the range 10-2,000 amperes at 10-50 volts. An arc column is complex but, broadly speaking, consists of a cathode that emits electrons, a gas plasma for current conduction, and an anode region that becomes comparatively hotter than the cathode due to electron bombardment. Therefore, the electrode, if consumable, is made positive and, if non-consumable, is made negative. A direct current (dc) arc is usually used, but alternating current (ac) arcs can be employed.

Электрическая дуга, используемая при сварке, является сильноточный, низковольтный разряд, как правило, в диапазоне 10-2,000 ампер при 10-50 вольт (Ответ на вопрос №4). Колонка дуги сложна, но, вообще говоря, состоит из катода, который испускает электроны, газовую плазму для текущей проводимости и область анода, который становится сравнительно более горячим, чем катод из-за электронной бомбардировки (Ответ на вопрос №5). Поэтому электрод, если потребляемый, изготавливается положительным и, если непотребляемый, то изготавливается отрицательным. Обычно используется постоянный ток (DC) дуги, но может использоваться переменный ток (AC) дуги (Ответ на вопрос №6).

Total energy input in all welding processes exceeds that which is required to produce a joint, because not all the heat generated can be effectively utilized. Efficiencies vary from 60 to 90 percent, depending on the process; some special processes deviate widely from this figure. Heat is lost by conduction through the base metal and by radiation to the surroundings.

Общее поступление энергии во всех сварочных процессах превышает ту энергию, которая требуется для изготовления стыка (шва), поэтому не все выработанное тепло эффективно используется (Ответ на вопрос №7). Эффективность варьируется от 60 до 90 процентов, в зависимости от процесса; некоторые специальные процессы широко отклоняются от этой цифры (Ответ на вопрос №8). Тепло теряется за счет теплопроводности через основной металл и излучения в окружающую среду (Ответ на вопрос №9).

Most metals, when heated, react with the atmosphere or other nearby metals. These reactions can be extremely detrimental to the properties of a welded joint. Most metals, for example, rapidly oxidise when molten. A layer of oxide can prevent proper bonding of the metal. Molten-metal droplets coated with oxide become entrapped in the weld and make the joint brittle. Some valuable materials added for specific properties react so quickly on exposure to the air that the metal deposited does not have the same composition as it had initially. These problems have led to the use of fluxes and inert atmospheres.

Большинство металлов, при нагревании, реагируют с атмосферой или с другими близлежащими металлами. Эти реакции могут чрезвычайно пагубно сказываться на свойствах сварного соединения. (Ответ на вопрос №10) Большинство металлов, например, быстро окисляются при расплавлении (Ответ на вопрос №11). Слой окиси может мешать правильному соединению металла (Ответ на вопрос №12). Капли расплавленного металла с покрытием окиси оказываются захваченными в сварке (шве) и делают шов ломким (Ответ на вопрос №13). Некоторые ценные материалы, добавленные для определенных свойств, реагируют очень быстро на воздействие воздуха, что у депонированного (осажденного) металла нет того же самого состава, что было первоначально. Эти проблемы привели к использованию флюсов и инертных атмосфер. (Ответ на вопрос №14)

In fusion welding the flux has a protective role in facilitating a controlled reaction of the metal and then preventing oxidation by forming a blanket over the molten material. Fluxes can be active and help in the process or inactive and simply protect the surfaces during joining.

В сварке плавлением поток имеет защитную роль в облегчении управляемой реакции металла и затем в предотвращении окисления, формируя покрытие по литому материалу. Потоки могут быть активными и помогать в процессе или могут быть неактивными и просто защитить поверхности во время присоединения (Ответ на вопрос №15).

Inert atmospheres play a protective role similar to that of fluxes. In gas-shielded metal-arc and gas-shielded tungsten-arc welding an inert gas – usually argon – flows from an tube surrounding the torch in a continuous stream, displacing the air from around the arc. The gas does not chemically react with the metal but simply protects it from contact with the oxygen in the air.

Инертные атмосферы играют защитную роль, подобную тем потокам (Ответ на вопрос №16). В огражденной от газа металлической дуге и огражденной от газа вольфрамовой дуговой сварке инертный газ – обычно аргон – вытекает из трубы, окружающей факел в непрерывном потоке, перемещая воздух со всей дуги. Газ химически не реагирует с металлом, а просто защищает его от контакта с кислородом в воздухе. (Ответ на вопрос №17)

The metallurgy of metal joining is important to the functional capabilities of the joint. The arc weld illustrates all the basic features of a joint. Three zones result from the passage of a welding arc: (1) the weld metal, or fusion zone, (2) the heat-affected zone, and (3) the unaffected zone. The weld metal is that portion of the joint that has been melted during welding. The heat-affected zone is a region adjacent to the weld metal that has not been welded but has undergone a change in microstructure or mechanical properties due to the heat of welding. The unaffected material is that which was not heated sufficiently to alter its properties.

Металлургия металлического присоединения важна для функциональных возможностей соединения (Ответ на вопрос №18). Сварка дуги иллюстрирует все основные характеристики соединения (Ответ на вопрос №19). Три зоны происходят из прохода сварочной дуги: (1) металл сварки или зона сплава, (2) зона термического влияния, и (3) незатронутая зона (Ответ на вопрос №20). Металл сварки - та часть соединения, которая была расплавлена во время сварки (Ответ на вопрос №21). Зона термического влияния - регион, смежный с металлом сварки, который не был сварен, но претерпел изменение в микроструктуре или механических свойствах из-за теплоты сварки. Незатронутый материал – это то, что не было нагрето достаточно, чтобы изменить свои свойства.

Weld-metal composition and the conditions under which it freezes (solidifies) significantly affect the ability of the joint to meet service requirements. In arc welding, the weld metal comprises filler material plus the base metal that has melted. After the arc passes, rapid cooling of the weld metal occurs. A one-pass weld has a cast structure with columnar grains extending from the edge of the molten pool to the centre of the weld. In a multipass weld, this cast structure may be modified, depending on the particular metal that is being welded.

При металлической сварке состав и условия, при которых они подмораживается (укрепляются), значительно затрагивают способность соединения отвечать сервисным требованиям (Ответ на вопрос №22). В дуговой сварке металл сварки включает материал наполнителя плюс основной компонент сплава, который был расплавлен. После проходов дуги происходит быстрое охлаждение металла сварки. У сварки с одним проходом есть структура броска с колоночным зерном, простирающимся от края литого бассейна в центр сварки (Ответ на вопрос №23). В многопроходной сварке структура броска может быть изменена, в зависимости от конкретного металла, который сваривается (Ответ на вопрос №24).

The base metal adjacent to the weld, or the heat-affected zone, is subjected to a range of temperature cycles, and its change in structure is directly related to the peak temperature at any given point, the time of exposure, and the cooling rates. The types of base metal are too numerous to discuss here, but they can be grouped in three classes: (1) materials unaffected by welding heat, (2) materials hardened by structural change, (3) materials hardened by precipitation processes.

Основной компонент сплава, смежный со сваркой или зоной термического влияния, подвергнут ряду температурных циклов, и его изменение в структуре непосредственно связано с пиковой температурой в любом данном пункте, временем воздействия и скоростью охлаждения (Ответ на вопрос №25). Типы основного компонента сплава слишком многочисленные, чтобы обсудить здесь, но они могут быть сгруппированы в три класса: (1) материалы, незатронутые сварочным теплом, (2) материалы, укрепленные структурным изменением, (3) материалы, укрепленные процессами осаждения (Ответ на вопрос №26).

Welding produces stresses in materials. These forces are induced by contraction of the weld metal and by expansion and then contraction of the heat-affected zone. The unheated metal imposes a restraint on the above, and as contraction predominates, the weld metal cannot contract freely, and a stress is built up in the joint. This is generally known as residual stress, and for some critical applications must be removed by heat treatment of the whole fabrication. Residual stress is unavoidable in all welded structures, and if it is not controlled bowing or distortion of the weldment will take place.

Сварка производит напряжения в материалах (Ответ на вопрос №27). Эти силы вызваны сокращением металла сварки и расширением и затем сокращением зоны термического влияния (Ответ на вопрос №28). Негорячий металл накладывает ограничение на вышеупомянутое, и поскольку сокращение преобладает, металл сварки не может сократиться свободно, и создается напряжение в соединении. Это общеизвестно как остаточное напряжение, и для некоторых важных приложений должно быть удалено термообработкой целого производства. Остаточное напряжение неизбежно во всех сварных структурах, и если его не контролировать, то возможен изгиб или деформация (Ответ на вопрос №32).