Физические основы получения сварного соединения

Сварка – технологический процесс получения не­разъемных соединений материалов посредством установления меж­атомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сваркой соединяют однородные и разно­родные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметалличе­скими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы.

Сварка – экономически выгодный, высокопроизводительный и в значительной степени механизированный технологический про­цесс, широко применяемый практически во всех отраслях машино­строения.

Физическая сущность процесса сварки заключается в образова­нии прочных связей между атомами или молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий:

• освобождение свариваемых поверх­ностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов;
• энергетическая активация поверхностных атомов, облег­чающая их взаимодействие друг с другом;
• сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимые с межатомным рассто­янием в свариваемых заготовках.

Указанные условия реализуются различными способами сварки путем энергетического воздействия на материал в зоне сварки. Энергия вводится в виде теплоты, упругопластической деформации, электронного, ионного, электромагнитного и других видов воздей­ствия. В результате, поверхностные атомы металлов и кристал­лических неметаллических материалов образуют общие для сое­диняемых заготовок кристаллические решетки, а на поверх­ности пластмасс происходит объединение частей молекулярных цепей.

В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, все виды сварки разделяют на три класса: термический, термомеханический и механический.

К термическому классу относятся виды сварки, осуще­ствляемые плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая и др.).

К термомеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления (контактная, диффузионная и др.).

К механическому классу относятся виды сварки, осу­ществляемые с использованием механической энергии и давления (ультразвуковая, взрывом, трением, холодная и др.).

Свариваемость – свойство металла или сочетания металлов обра­зовывать при установленной технологии сварки соединение, отвеча­ющее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Свариваемость материалов оценивают степенью соответствия за­данных свойств сварного соединения одноименным свойствам основного металла и их склонностью к образованию таких сварочных дефектов, как трещины, поры, шлаковые включения и др. По этим признакам материалы разделяют на хорошо, удовлетворительно и плохо сваривающиеся. Многие разнородные материалы, особенно металлы с неметаллами, не вступают во взаимодействие друг с дру­гом. Такие материалы относятся к числу практически несварива­ющихся.

Свариваемость материалов в основном определяется типом и свой­ствами структуры, возникающей в сварном соединении при сварке. При сварке однородных металлов и сплавов в месте соединения, как правило, образуется структура, идентичная или близкая струк­туре соединяемых заготовок. Этому случаю соответствует хорошая свариваемость материалов.

При сварке разнородных материалов в зависимости от различия их физико-химических свойств в месте соединения образуется твердый раствор с решеткой одного из мате­риалов либо химическое или интерметаллидное соединение с решет­кой, резко отличающейся от решеток исходных материалов. Меха­нические и физические свойства твердых растворов, особенно хими­ческих или интерметаллидных соединений, могут значительно отли­чаться от свойств соединяемых материалов. Такие материалы относятся к удовлетворительно сваривающимся.

Если образуются хрупкие и твердые структурные составляющие в сварном соединении, то в условиях действия сварочных напряжений возможно возник­новение трещин в шве или околошовной зоне. В последнем случае материалы относятся к категории плохо сваривающихся.