ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Свариваемый контакт и процессы его активации из "Контактная сварка " Электрическая структура оксидов многих металлов чисто полупроводниковая. Наслоения оксида на металлической поверхности имеют более сложную переходную структуру от металлического проводника к полупроводнику. Поверхностный слой разориенти-рованных кристаллов по своей электрической структуре иногда ближе подходит к полупроводникам, чем к металлу. [c.11] Рассмотрим геометрические характеристики механически обработанной металлической поверхности. Геометрию металлической поверхности исследуют и изучают в различных масштабах. Если масштаб макроскопический, то п оверхность характеризуется степенью ее волнистости. В пределах каждой волны поверхность в зависимости от способа обработки обладает той или иной шероховатостью (рис. 1.2). Шероховатость в технологии машиностроения моделируют в виде различных геометрических фигур. В этой книге шероховатость принято моделировать пирамидами с квадратным основанием (рис. 1.3). Волнистость измеряется обычными инструментами (линейками, штангенциркулями), шероховатость очерчивают особые приборы — профилографы. Одна из типовых профилограмм показана на рис. 1.4. Каждая пирамида построена из множества разрушенных кристаллитов (рис. 1.5) и оказывается насыщенной огромным числом дефектов решетки. В сумме все разрушенные кристаллические организации и являются теми концентраторами избыточной энергии, за счет которой весьма активно оксидируется металлическая поверхность. Структура двойных электрических слоев повторяется и на поверхности оксидных пленок (рис. 1.6). Воздушная среда цеха обеспечивает адгезионные наслоения на оксид водяных, масляных и пылевых частиц, каждая из которых всегда электрически полярна. [c.11] Как видно, металл надежно заидищает чистоту своих глубинных слоев. Оксидные и адгезионные наслоения и являются главным препятствием против самопроизвольного сваривания любых металлических поверхностей, образующих контакт. Электрическая связь адгезионных и оксидных наслоений с металлом очень прочна. [c.12] К последнему, идеальному случаю с различной степенью успеха стремятся все технологические приемы всех процессов сварки давлением. [c.13] Что касается процессов сварки плавлением, то здесь все оксидные и другие наслоения просто растворяются в расплавленном металле. Удаление загрязнений металла в одних случаях и растворение этих загрязнений в других — вот в этом и есть одно из самых существенных различий между сваркой давлением и плавлением. Как будет показано в дальнейшем, при современной контактной точечной и шовной сварке соединения образуются по принципам плавления. [c.13] На рис. 1.4 представлена картина постепенной деформации выступов шероховатости при сдавливании этих выступов плиткой Иогансона, т. е. почти идеально плоской деталью. Наибольшее давление (200 МПа) значительно превышает предел текучести отожженного алюминия. Тем не менее пирамиды полностью не смялись и не превратились в параллелепипеды. Этот факт объясняется следующими причинами. [c.13] Учитывая изложенное выше, следует констатировать, в зем ной атмосфере никакие металлические поверхности не могут быть свободными от оксидных и адсорбционных наслоений. Весь вопрос для сварщиков сводится только к тому, какова структура и толщина этих наслоений. Несмотря на неизбежное наличие поверхностных наслоений, в технологической практике используются термины чистого металла в смысле его зачистки перед сваркой. Для контактной сварки визуальная оценка чистоты определяете отсутствием явно видимой окалины или явно видимого потускне ния. С этой точки зрения идеальной поверхностью считают холод ный прокат, протравленный металл, металл, зачищенный абразивным инструментом и абразивным материалом. [c.14] Выше было определено, что главной и даже единственной причиной неизбежных оксидных и адсорбционных наслоений на поверхности металла является факт энергетического неравновесия, энергетического контраста между средой и вновь образовавшейся поверхностью металла в этой среде. Электрическая полярность всех слоев на металле, показанная на рис. 1.6, говорит и об электрической природе всех границ структур, что подтверждается многими измерениями разности потенциалов. Установлено, например, что не только два соседних кристаллита энергетически неравновесны, но даже граница зерна по сравнению с его серединой электрически более отрицательна. Упругие деформации почти не изменяют разности потенциалов между соседними зернами, пластические же сказываются в очень сильной степени. Все надрезы, трещины и другие концентраторы напряжений дают отрицательный потенциал относительно основной массы металла. [c.14] Любые соседние контрастные элементы структуры, любые два соседних зерна одной и той же структуры, но разного размера, два различно деформированные зерна обязательно имеют между собой электрическую разность потенциалов как следствие электрической природы строения вещества. [c.14] Эти общеизвестные факты почти не используются, к сожалению, металловедами при изучении металлических структур. [c.14] Для техноло ов сварочно о производства отмеченные микро-электрические эффекты существенны, особенно при изучении контактных сопротивлений. Вероятно, существует пр мая связь межд явлением экзоэлектронной эмиссии и фактом медленного выравнивания разности потенциалов между различно деформированными объемами металла. [c.15] Зерна (кристаллиты) составлены из фрагментов, фрагменты — из блоков. Блоки как группа элементарных кристаллов могут быть разориентированы (а не разделены прослойками) относительно друг друга на доли градуса, фрагменты — на несколько градусов. Внутри зерна никаких оксидных загрязнений нет, но зерна отличаются друг от друга не только ориентацией, они отделяются особыми межкристаллитными границами. Эти границы оказываются насыщенными всеми возможными несовершенствами кристаллических решеток. Тем амым межкристаллитные границы представляют собой концентраторы особой энергии всегда стремящейся к возможной разрядке. Разрядка может происходить в виде высоко имической активности грани п сравнени с серединой зерна. [c.16] Общеизвестное явление повышенной скорости травления меж-зеренны границ для сварщиков-технологов должно быть подчеркнуто особенно. Протравленная межзеренная граница своей чернотой создает впечатление полной разобщенности зерен и тем самым якобы подчеркивает полное отсутствие прочностной связи между ними. В действительности между зернами существует сильнейшая металлическая связь. Зерна посредством больших пластических деформаций могут дробиться на множество более мелких, показывая при травлении свои новые границы. Эти гра ницы при последующей рекристаллизации исчезнут в процессе поглощения одного зерна другим. Новые границы снова будут визуально фиксироваться как черные изолирующие прослойки. Однако эти прослойки никогда не вызывают у исследователя сомнений в прочности металла по межзеренным границам, поскольку известно, что во многих случаях здесь оказывается большая прочность, чем в сердцевине зерна. [c.16] Некоторые процессы контактной сварки (особенно микросварки) протекают при температурах ниже точки плавления. При этом достигаются высокие прочностные свойства соединений, но в разрезе соединений на макрошлифах также видна протравленная сплошная чернота по плоскости контакта. Вот эта чернота в сваренном контакте почему-то у многих металловедов вызывает подозрение в непроварах. Можно вполне определенно утверждать, что и по плоскости сваренного контакта визуально заметная граница только потому и оказывается заметной, что здесь в процессе сваривания произошла обильная концентрация микродефектов всех родов. Это вызвало активную химическую реакцию травления, что и зафиксировалось черной прослойкой, видимой на ма-крошлифе. [c.16] Вернуться к основной статье