Главная / Технология металлов / Сварочное производство / Образование соединений при сварке

Образование соединений при сварке

Твердое тело рассматривают как агрегат атомов, находящихся во  взаимодействии. Физические и прочностные характеристики тела определяются расположением атомов и химическими связями, действующими между ними. Очевидно неразъемное соединение будет обладать теми же свойствами, что и соединяемые твердые тела, если в зоне соединения будут сформированы химические связи, действующие в твердых телах, В связи с этим все существующие методы сварки и пайки следует рассматривать как технологические приемы, направленные на решение одной и той же задачи — установление межатомных связей на границах раздела соединяемых элементов.

Для пояснения механизма образования связей проанализируем случай соединения двух монокристаллов с идеально чистыми и идеально гладкими поверхностями (рис. 1.1). Соединение таких монокристаллов (состояние А) в единое целое (состояние Б) произойдет, если сблизить их поверхности на расстояние А, равное или близкое по величине параметру решетки. Термодинамически такой процесс оправдан снижением свободной энергии системы на величину энергии двух исчезнувших поверхностей раздела. Несмотря на то, что образование соединения между двумя монокристаллами приводит к снижению свободной энергии системы, этот переход будет возможен при условии преодоления некоторого энергетического барьера, связанного с необходимостью изменения устойчивого энергетического состояния атомов, находящихся на соединяемых поверхностях (рис. 1.2, состояние А).

Следовательно, переход в новое устойчивое энергетическое состояние соединяемых атомов (рис. 1.2, состояние Б) будет возможен только при введении дополнительной энергии — энергии активации (ЕАБ), достаточной для возбуждения поверхностных атомов, при котором обеспечивается нарушение исходного устойчивого энергетического положения (состояние А) и переход в новое устойчивое энергетическое положение (состояние Б). Требуемая энергия активации может быть сообщена системе в виде теплоты (термическая активация) или упругопластической деформации (механическая активация).

Соединение реальных твердых тел (сварка) затрудняется рядом обстоятельств.   Реальные  тела   —   поликристаллические.  Они не имеют идеально чистых и идеально гладких поверхностей. Задача соединения их в одно целое значительно осложняется Наличием на соединяемых поверхностях загрязнений и неровностей. Поэтому образование прочного соединения будет возможно при условии удаления из зоны соединения загрязнений и обеспечения сплошного физического контакта. Следовательно, в реальных условиях для формирования неразъемного соединения необходимо затратить энергию не только на активацию поверхностных атомов, но и на очистку их от загрязнений и формирование сплошною физического контакта (выравнивание поверхностей).

Во всех способах формирования неразъемных соединений предварительно соединяемые поверхности подвергают определенной обработке, обеспечивающей удаление поверхностных загрязнении и определенную геометрию поверхностей.

Однако в атмосфере обработанные поверхности загрязняются (неизбежные поверхностные загрязнения). При этом со временем степень загрязнения возрастает. По этой причине часто регламентируют время хранения деталей после обработки соединяемых

Поверхностей до проведения процесса формирования неразъемного соединения.

Удаление неизбежных поверхностных загрязнений, формирование сплошного физического контакта, а также химических связей зависят от способа выполнения соединения.

При сварке плавлением указанные процессы осуществляются и результате местного расплавления соединяемых поверхностей и образования общей сварочной ванны.

В жидком металле связи между атомами сохраняются. Сохраняются они и на образовавшихся при расплавлении кромок межфазных границах: твердый металл — жидкий. Поэтому для образования непрерывной межатомной связи достаточно появления общей сварочной ванны и, как следствие, исчезновения границы между соединяемыми поверхностями (рис. 1.3).

Рис. 1.1. Схема образования соединения в твердой фазе:
А - монокристаллы до соединения; Б - монокристаллы после соединения; 1- атом;  2 - граница

Рис. 1.2. Изменение энергии системы Е при переходе из состояния А в состояние Б

Образование общей сварочной ванны — основной и обязательный этап формирования соединений при сварке плавлением.
Формированию общей сварочной ванны препятствуют поверхностные загрязнения (в основном оксиды). При этом в тех случаях, если оксиды растворимы в жидком металле (например, при сварке сталей, титана и др.), они приводят только к загрязнению металла сварочной ванны кислородом. Если же оксиды тугоплавкие и нерастворимы в жидком металле (например, при сварке алюминия, магния и их сплавов), то они препятствуют формированию общей сварочной ванны. В первом случае изыскивают приемы, позволяющие снизить влияние растворенного кислорода на свойства металла; во втором — изыскивают приемы, обеспечивающие удаление поверхностных оксидов; используют эффект катодного распыления, флюсы и др.

При образовании общей сварочной ванны в зоне соединения формируются непрерывные химические связи, однако необходимые свойства соединение приобретает после охлаждения и кристаллизации металла сварочной ванны. Эти свойства зависят от развития процессов, сопутствующих образованию общей сварочной ванны.



 
 
Добавить предприятие
 


 
 
 
 
 
 
 
Тел.: (8552) 39-71-29
промышленные предприятия Условия использования материалов сайта Политика конфиденциальности
 
Создание сайта Вебцентр