ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механизм образования соединения при сварке давлением из "Диффузионная сварка материалов " При всем многообразии способов сварки металлов, используемых в современной технике, все большее распространение в самых различных областях промышленности приобретает сварка давлением. Сваркой давлением называют сварку, осуществляемую при температурах ниже точки плавления свариваемых металлов без использования припоя и с приложением давления, достаточного для создания необходимой пластической деформации соединяемых частей (ГОСТ 2601 —74). [c.13] О природе образования соединения в твердом состоянии существует целый ряд гипотез, которые с различной степенью достоверности описывают этот процесс и механизм образования соединения. Например пленочная гипотеза, авторы которой С, Б. Айбиндер и др, утверждают, что все металлы и сплавы обладают одинаковой способностью к схватыванию при сближении чистых поверхностей на расстояния, не превышающие радиус действия межатомных сил. Наблюдающиеся на опыте различия в способности сваривания для различных металлов они объясняют появлением поверхностных пленок, Окисные пленки, препятствующие соединению металлов и сплавов, бывают твердые, хрупкие, вязкие и пластичные. При холодной пластической деформации соединяемых металлов твердые, хрупкие окисные пленки разрушаются, обнажая чистые слои металла, которые, сближаясь между собой на расстояния действия межатомных сил, прочно соединяются. Если же поверхностные пленки пластичны (хотя бы у одного из металлов), то при деформации они растекаются вместе со слоями металла и соединения может не произойти. Однако при определенных схемах деформации роль пленок становится второстепенной. [c.13] Рекристаллизационная гипотеза основана на представлении о рекристаллизации, как основном факторе, определяющем образование соединения в твердом состоянии. Согласно этой гипотезе деформация и сопутствующий ей наклеп металла при одновременном воздействии относительно высоких температур на границе раздела слоев, образующихся при совместной пластической деформации, приводят к перестройке атомов в кристаллических решетках соединяемых тел и образованию на их.границах общих зерен, одновременно принадлежащих обоим телам и, следовательно, соединению контактирующих металлов. Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что сторонники этой гипотезы не располагают достаточно убедительными данными. Например, возможна сварка металлов при низких температурах (123 К) в зоне соединения наблюдаются текстура и высокая твердость скорость деформации не влияет на получение прочного соединения холодной сваркой рентгеноструктурным анализом не обнаружена рекристаллизация в сваренном на холоде алюминии получение прочного соединения с образованием на границе раздела металлидов (соединения металлов с металлами и другими элементами (окислы, гидриды, нитриды, карбиды и т. д.). [c.13] Согласно дислокационной гипотезе при совместной пластической деформации дислокации выходят на контактные поверхности металлов, в результате чего происходит разрушение окисных пленок и образуются ступеньки высотой в одно межатомное расстояние. В первом случае считают, что выход дислокаций на контактную поверхность металла уменьшает сопротивление пластической деформации, способствуя соединению металлов, во втором случае исходят из предположения, что выход дислокаций на поверхность увеличивает ее рельефность. Это создает условия для значительно большей пластической деформации контактных поверхностей, чем внутренних объемов металла. Следовательно, процесс сцепления является результатом пластического течения металла в контактной зоне. Авторы дислокационной гипотезы Ж Фридель, Е. И. Астров и др. считают, что при протекании процесса схватывания возможны также диффузионные процессы,но в объяснении механизма схватывания их взгляды расходятся. [c.14] По электронной гипотезе образование соединений на электронном уровне было рассмотрено Г. В. Самсоновым с сотрудниками. Они считают, что схватывание поверхностей приводит к образованию стабильных электронных конфигураций между атомами веществ контактирующих материалов. Если соединяются два вещества, с высокими статическими весами электронных конфигураций, то схватывание их существенно ослабляется [13]. Показано, что знание электронных конфигураций металлов и атомов элементов химических соединений позволяет судить об их свариваемости, смачиваемости, диффузионных процессах и др. [c.14] В соответствии с диффузионной гипотезой [7—11] в основе образования качественного соединения между контактирующими поверхностями лежат процессы взаимного перемещения атомов в глубь соединяемых тел. Поверхностные атомы металла имеют свободные, ненасыщенные связи (вакансии), которые захватывают всякий атом или молекулу, приблизившиеся на расстояние действия межатомных сил. Свободный атом имеет избыток энергии по сравнению с атомами конденсированной системы, и присоединение свободного атома сопровождается освобождением энергии. Такое самопроизвольное объединение наблюдается в объемах однородной жидкости. Несравненно труднее происходит объединение твердого вещества. В этом случае приходится затрачивать значительные количества энергии и применять сложные технические приемы для сближения соединяемых атомов. [c.14] Имеется еще целый ряд более или менее обоснованных гипотез и предположений, однако перечисленные выше являются наиболее распространенными. [c.14] В реальных условиях процесс соединения значительно сложнее. Как отмечалось, реальная поверхность твердого тела, как бы тщательно она ни была обработана, имеет микронеровности и шероховатости. При обработке с наивысшей точностью создаются микрошероховатости размером 0,3—1 мкм. В контактах двух металлических поверхностей действие межатомных сил притяжения начинается на расстояниях (1—5) 10 мкм. Следовательно, соприкосновение под малым давлением без заметных пластических деформаций дает возможность атомного взаимодействия лишь в отдельных микровыступах. В зазорах устанавливаются только адгезионные связи между металлом и газовыми или жидкостными молекулами адсорбционных наслоений, имеющихся на поверхности металла. Для осуществления развитого схватывания, а в дальнейшем и сваривания необходимо либо воздействие высокого давления, при котором металл в некотором объеме вокруг поверхности контакта должен быть доведен до пластической деформации, либо нагрева, который приводит к увеличению активности и подвижности частиц кристаллической решетки. Оба процесса (пластическое деформирование и нагрев) создают такую общую концентрацию энергии в зоне соединения, которая, по определению академика П. А. Ребиндера, обеспечивает перестройку поверхностных слоев контактирующих твердых тел, а также более медленные вторичные процессы взаимной диффузии, рекристаллизации и другие процессы, которые протекают уже самопроизвольно и во всяком случае требуют значительно меньшей энергии, чем работы деформирования для образования площадок непосредственного контакта твердых тел. [c.16] Если процесс сварки давлением с нагревом осуществлять в вакууме, то поверхность металла будет не только предохраняться от дальнейшего загрязнения, например, окисления, ной очищаться в результате процессов десорбции, возгонки или диффузии в глубь соединяемых металлов. Указанным способом можно достичь установления металлической связи по поверхности контакта. Однако в ряде случаев установление связи не обеспечивает требуемой прочности и качества соединений. Надежность и прочность соединения возрастают, если зона соединения расширяется и приобретает объемный характер. Расширение зоны соединения осуществляется в результате дальнейшего массопереноса — взаимной диффузии. В зависимости от температуры сварки диффузионные процессы влияют на рекристаллизацию и образование переходной зоны. При значительном отличии физических и химических свойств свариваемых материалов эта зона может являться зоной перестройки химических связей и состава. В ней может также происходить постепенное изменение типа и параметров кристаллических решеток и ряда физических свойств соединяемых материалов (от свойств, присущих одному из соединяемых материалов, до свойств, присущих другому). Таким образом, получение монолитного соединения при сварке давлением невозможно без образования связей на атомарном уровне, возникших в результате сближения контактных поверхностей в процессе пластической деформации. Надежность и прочность соединения возрастают при расширении зоны соединения путем взаимной диффузии при нагреве соединяемых материалов. [c.16] Вернуться к основной статье