ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Физические основы сваривания металлов Физические основы процесса сварки металлов из "Теория сварочных процессов " В настоящее время сварка находит применение не только для соединения металлов, но и некоторых неметаллов (стекол, пластмасс и пр.), а также разнородных материалов (металлы с неметаллами). Однако наиболее широкое применение при изготовлении различных промышленных изделий имеет сварка металлов. В данном курсе рассматривается только сварка металлов. [c.9] Конечной задачей технологической операции сварки является обеспечение между соединяемыми металлическими деталями по определенной части их сопрягаемых поверхностей таких связей, которые позволили бы получить требуемые для эксплуатации свойства таких соединений. [c.9] Металлы и сплавы являются в твердом состоянии кристаллическими телами. Идеализированная схема отдельного кристалла чистого металла представляет собой расположение в определенном порядке в узлах кристаллической решетки положительно заряженных ионизированных атомов (ядер с определенным количеством вращающихся вокруг них электронов) и некоторого количества электронов, обобществленных в пределах тела. Узлы решеток, расположенные в виде гране-или пространственно-центрированного куба, гексагонально или более сложно, колеблются около нейтрального положения, причем средняя амплитуда их колебаний увеличивается с повышением температуры. [c.9] При увеличении расстояния между такими заряженными частицами силы их взаимодействия (связи) резко уменьшаются. [c.10] Ленных электронов определяет свойства твердого тела (кристалл металла), в частности прочность — сопротивляемость полному или частичному отрыву или смещению одной группы частиц от другой под действием сил отрыва или сдвига. [c.11] Реальные кристаллы в связи с технологией их получения, в основном условиями кристаллизации, имеют ряд несовершенств в своем строении незаполненные узлы ( дырки в кристаллической решетке) искажения, вызванные наличием посторонних частиц (в частности различных примесей) единичные или систематизированные отклонения отдельных частиц от оптимальных взаиморасположений (дислокации, блочные разориентировки). Все это изменяет свойства такого кристалла, в частности его внутрикристал-лнческую прочность, в сравнении с идеально построенным кристаллом. [c.11] Реальные металлы, применяемые для изготовления различных изделий(исключая отдельные редкие случаи использования специально приготовленных монокристаллов), являются поликристалличе-скими, состоящими из многих (множества) отдельных кристаллов, взаимосвязанных в общее монолитное целое. В этом случае периферийные части отдельных кристаллов, зерен металла сопрягаются с соседними, образуя межзеренные, межкристаллические границы. [c.11] Несовершенства кристаллического строения межкристалличе-ских границ больше чем внутри кристаллов в связи с нарушениями порядка расположения узлов решеток и, как правило, большим количеством атомов инородных веществ — примесей и пр. [c.11] Физические свойства поликристаллического тела (металла), в частности его прочность, зависят от соотношений свойств зерен и межзеренных границ, а также от крупно- или мелкозернистости металла, определяющих преобладающее действие внутрнкрис-таллических или межкристаллических свойств. [c.11] Для всех частиц тела, кроме находящихся на поверхности, силы сцепления использованы и взаимоуравновешены. Атомы или молекулы вещества, расположенные на поверхности, имеют свободные связи и в определенных условиях могут присоединять к себе другие молекулы и атомы, в частности адсорбировать на поверхности различные газы или вступать в связь с поверхностными атомами другого твердого или жидкого тела. [c.11] Таким образом для соединения двух твердых тел необходимо восстановить между их поверхностными атомами непосредственную связь или каждую из них соединить с промежуточной связкой. [c.11] Для того чтобы установить связь между поверхностными атомами двух тел без промежуточной связки, необходимо их сблизить на расстояния, сопоставимые с параметром кристаллической решетки, т. е. порядка 3 5 10 см. [c.11] Рассмотрим возможность установления связи между двумя поверхностями одинаковых по составу металлов, когда они находятся в твердом состоянии. [c.11] Для простоты исключим мешающее действие поверхностных загрязнений. [c.12] Для того чтобы поверхности двух кусков металла из состояния, изображенного на рис. 1,2, а, перевести в состояние, отвечающее рис. 1, 2, б, нужно приложить давление р по стрелкам, достаточное для сминания выступов, т. е. осуществить местную пластическую деформацию. При чистых поверхностях теоретически такого состояния достаточно для установления связи между поверхностями, однако в этом случае все границы между зернами одной и другой соединяемых частей окажутся в одном сечении, выравненном после смятия всех выступов. Такое сечение должно по свойствам отличаться, часто в худшую сторону, от свойств любого другого сечения, например сечения АА (рис. I. 2, б) внутри любого из исходных кусков до их соединения, проходящего как по границам зерен, так и пересекающего зерна. [c.12] Если этот процесс связывания будет сопровождаться взаимо-диффузией (т. е. перемещением частиц через получающуюся поверхность исходного раздела кусков) и перекристаллизацией с взаимным прорастанием зерен через границу раздела (рис. 1.2, в), то свойства соединения в указанном сечении будут сближаться со свойствами исходных кусков металла в любом другом сечении. [c.12] Пусть кривая AB DE разделяет поле технологических параметров р и Т на области получения сварных соединений со свойствами, близкими к свойствам основного свариваемого металла (выше этой кривой), и соединений с низкими свойствами или полным отсутствием сваривания (ниже кривой AB DE), условно названной областью отсутствия сваривания. [c.13] Штриховыми вертикальными линиями разделены температурные области. Так, при температуре металла Tu ниже для получения качественных сварных соединений требуются оченъ большие, практически неприменяемые давления. Поэтому область I можно назвать областью ограниченного сваривания. [c.13] Представим себе, что торцы (или часть сопрягаемых поверхностей) и прилегающие к ним объемы двух кусков однородного металла расплавлены каким-то источником тепла. Тогда жидкий металл будет находиться между нерасплавленными частями кромок как в сосуде (рис. I. 4, а). При этом частицы жидкости будут приближаться к частицам стенок сосуда максимально близко, в соответствии с условиями устанавливающегося энергетического поля их взаимодействия. [c.14] Вернуться к основной статье