Сущность процесса сварки

 

Соединяемые сваркой металлы, пластмассы и другие материалы, как известно, состоят из атомов, размещенных в определенном порядке и скрепленных между собой силами межатомного взаимодействия. Поверхности каждого из соединяемых частей имеют свободные атомные связи, способные захватывать атомы или молекулы другой части. На рис. 1.2, а схематично показаны монокристаллы соединяемых частей металла с внутренними 1 и поверхностными 2 атомами. Если соединяемые монокристаллы имеют идеально чистую и гладкую поверхность, то, сблизив их на расстояние действующих межатомных сил, казалось бы можно получить неразъемное соединение (рис. 1.2,б). Однако это приведет к снижению свободной энергии системы атомов и поэтому потребует затраты дополнительной энергии активации. Энергия активации-энергия, необходимая для возбуждения поверхностных атомов, при котором происходят нарушение исходного энергетического состояния и переход в новое устойчивое энергетическое состояние, т. е. соединение частей.

Соединение металлов

На практике такого рода соединения для твердых металлов без дополнительного воздействия каких-либо источников энергии неосуществимы. Это объясняется большой твердостью большинства металлов, наличием окисной пленки и загрязнений на соединяемых поверхностях и невозможностью, несмотря на хорошую обработку шлифованием, сближения металлических частей на расстояние действующих межатомных сил. Самопроизвольное соединение и смешивание возможны только для однородных жидкостей, у которых облегчено сближение атомов с образованием новых межатомных связей. Для соединения же металлов требуется приложение энергии. Металлы малой твердости (свинец, олово и др.) соединяют сдавливанием сравнительно небольшим усилием. Для более твердых металлов, как, например, медь к алюминий, это усилие значительно растет, и процесс такого соединения становится неэффективным, а иногда - невозможным. Многие

Сущность процесса сварки

Рис. 1.2. Схема образования соединении: а - монокристаллы соединяемых частей; б - неразъемное соединение; в - сварной шов; 1 и 2 - внутренние и поверхностные атомы

металлы можно сваривать давлением при нагреве соединяемых кромок, которые приобретают пластичность и под влиянием пластической деформации начинают течь и соединяться подобно жидкостям.

Дуговая сварка плавлением

Дуговая сварка плавлением при помощи электрической дуги или других источников тепловой энергии широко распространена благодаря простоте соединения частей металла путем местного расплавления соединяемых поверхностей. Расплавление основного и присадочного металла облегчает их физические контакты, обеспечивает подобно жидкостям смешивание металлов в жидкой сварочной ванне, одновременно удаляя оксиды и другие загрязнения. Происходят металлургическая обработка расплавленного металла и его затвердевание, образуются новые межатомные связи. В кристаллизуемом металле образуется сварной шов (рис. 1.2, в). Свойства сварного шва и соединения в целом регулируются технологией расплавления металла, процессом его обработки и кристаллизации. Взаимная растворимость в жидком состоянии и образование сварного шва характерны для однородных, металлов, например для стали, меди, алюминия и др. Более сложным оказывается соединение разнородных материалов и металлов.

Это объясняется большой разницей их физико-химических свойств: температуры плавления, теплопроводимости и др., а также несходством атомного строения. Некоторые металлы, например железо и свинец и др., не смешиваются при расплавлении и не образуют сварного соединения; другие - железо и медь, железо и никель, никель и медь хорошо смешиваются при сварке и образуют твердые растворы. Для соединения металлов, не поддающихся смешиванию при расплавлении, применяют особые виды сварки и методы ее выполнения.

Похожие материалы