Сварка металлов и сплавов

Сваркой называется технологический процесс получения неразъемных соединений за счет межатомных сил сцепления соединяемых элементов при их местном или общем нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. Сварка применяется для соединения металлов, пластмасс, а также металлов с некоторыми неметаллическими материалами (графитом, стеклом, металлокерамикой и т.п.). В основе сварки лежит ряд сложных физико-химических процессов, которые обусловливают получение прочного и надежного сварного соединения различных материалов.

Твердое тело рассматривается как совокупность атомов, находящихся во взаимодействии. Прочность и физические характеристики тела определяются расположением атомов и связями, действующими между ними.

Разрушение твердого тела наступает вследствие разрыва связей между атомами, а соединение двух твердых тел в единое целое есть восстановление связей между атомами, находящимися на границе раздела. Поэтому все способы сварки следует рассматривать как технологические приемы, направленные на достижение одной цели — образование межатомных связей на границе раздела соединяемых частей металла. Это составляет физическую сущность процесса сварки.

Механизм образования связей можно пояснить на примере соединения двух монокристаллов с идеально чистыми и идеально гладкими поверхностями (рис. 1, а). Соединение таких монокристаллов произойдет, если сблизить их поверхности на расстояние, равное или близкое по величине параметру решетки (А). Кроме этого, для установления связей между атомами, находящимися на соединяемых поверхностях, необходимо еще сообщить некоторую энергию для возбуждения атомов до уровня, при котором они могут вступить во взаимодействие. Данная энергия, вводимая в зону соединения при сварке, называется энергией активации. Необходимая энергия активации может быть сообщена системе в виде теплоты (термическая активация) или упругопластической деформации (механическая активация). Тогда произойдет соединение по линии Х—Х.

При рассмотрении реальных заготовок, даже при самом лучшем

качестве обработки соединяемых поверхностей, на них имеются микровыступы более 10~5 см. Вследствие этого в реальном случае сближение этих поверхностей по всей плоскости на расстояния, близкие к межатомным, не представляется возможным.

Различают способы сварки в твердой фазе (состоянии) свариваемых поверхностей, т.е. без расплавления, и через жидкую фазу — с расплавлением свариваемых поверхностей.

При соединении металлов в твердой фазе для сближения атомов,

находящихся на соединяемых поверхностях, на расстояние, близкое к

межатомному, необходима взаимная деформация соединяемых тел.

Основным или обязательным этапом получения сварного соединения в жидкой фазе является образование общей сварочной ванны расплавленного металла между свариваемыми поверхностями.

После охлаждения и кристаллизации сварочной ванны образуется

сварной шов, обеспечивающий надежное соединение двух заготовок.

Рассмотренные процессы образования неразъемных соединений можно разделить на 3 основные стадии: 1) образование физического контакта свариваемых поверхностей; 2) образование прочных химических связей; 3) развитие диффузионных процессов с массопереносом через сформировавшуюся границу.

Дата добавления: 2014-01-11