Технологический процесс, основная цель которого — получение неразъемного соединения посредством образования крепкой связи на атомном уровне, называется сваркой. Сварное соединение образовывается в результате прохождения двух стадий:
- Суть первого этапа состоит в сближении поверхностей материалов, которые необходимо соединить между собой. Расстояние между ними должно быть благоприятное для межатомного взаимодействия. При комнатной температуре обыкновенные металлы не соединятся друг с другом, даже если приложить к этому максимум усилий. Этому препятствует их твердость. На самом деле реальный контакт двух металлических поверхностей происходит не во всех точках, насколько бы чистой ни была обработка плоскостей. Всевозможные жировые пленки и окислы, загрязняющие поверхности, как и слои абсорбированных атомов, также не способствуют соединению металлов, а даже оказывают совершенно противоположный эффект. Из этого следует, что физический контакт между кромками всей плоскости возможет в результате расплавления металлов или пластических деформаций, образующихся от прикладываемого давления;
- Второй этап предполагает электронное взаимодействие между атомами поверхностей, которые следует соединить. В итоге граница, разделяющая между собой две плоскости, постепенно исчезает, образуя атомную металлическую (сваривание металлов) либо ковалентную/ионную связь (сваривание полупроводников/диэлектриков).
Классификация видов сварки
Отталкиваясь от физической сути процесса, при котором образуются сварные соединения, сварка условно делится на следующие классы:
- сварка плавлением — осуществляется без приложенного давления. Основные источники теплоты в данном случае — газовое пламя, сварочная дуга, лучевые энергетические источники, «джоулево тепло». При этом расплавы металлов объединяются общей сварочной ванной, а после охлаждения кристаллизируются в сварочный литой шов. К ним относятся следующие виды сварки:
- дуговой;
- газовый;
- индукционный;
- электрошлаковый;
- электроннолучевой;
- плазменный;
- лазерный;
- сварка давлением — сварочные операции, выполняемые посредством приложения механической энергии — давления. Его суть заключается в следующем: при механическом воздействии на соединяемые поверхности происходит деформация металла (он течет подобно жидкости), после которой он начинает перемещаться вдоль области раздела, унося все загрязнения. Из этого следует, что в непосредственный контакт входят металлические слои, участвующие и в химическом взаимодействии. Данный тип сварки делится на такие виды, как:
- холодный;
- ультразвуковой;
- трением;
- взрывом;
- вакуумным схватыванием;
- термомеханическая сварка — производится с использованием и тепловой энергии, и давления. Объединение частей в единое целое выполняется посредством механических нагрузок, а пластичность материала при этом обеспечивается подогревом заготовок. Различают следующие виды сварки:
- газопрессовый;
- диффузионный;
- дуго-прессовый;
- индукционный с давлением.
Что нужно знать о сварке различных металлов/сплавов?
Свариваемость — это способность металлов/сплавов создавать соединения с такими же качествами, как и свариваемые материалы, не образовывая при этом трещин, пористости, каверн и других возможных дефектов.
Процесс сварки характеризуется возникновением остаточных напряжений, которые сжимаются в основном металле и расширяются в швах. Чтобы стабилизировать свойства образованного соединения, следует свести эти напряжения к минимуму.
Особенности сварки различных металлов/сплавов:
- углеродистые стали — электродуговая сварка выполняется посредством электродов, способных обеспечить необходимые мехсвойства. Главная трудность — закалка околошовной зоны, так как при этом нередко образовываются трещины. Предупредить их образование помогает: подогрев изделий до температур, находящихся в пределах 100-300 оС; замена однослойной сварки многослойной использование электродных материалов со специальным покрытием; отпуск готовой детали после сварки при температуре до 300 оС;
- высокохромистые стали — стали с процентным содержанием хрома от 12 % до 28 %. Они характеризуются наличием нержавеющих и жаропрочных свойств. Они могут иметь ферритовую, мартенситную и ферритно-мартенситную структуру. Так вот, в первом случае возникают некоторые проблемы: на границах зерен могут выпасть карбиды Cr, особенно, при охлаждении изделий на отметке 1000 оС, что ухудшает антикоррозионные свойства. Избежать этого поможет: использование пониженных показателей тока, повышающих скорость охлаждения; введение в металл карбидообразователей; выполнение отжига по окончанию сварки при температуре 900 оС, поскольку он выравнивает содержание хрома на границах и в зернах;
- чугун — сварка производится чугунными электродами при предварительном подогреве материала до 400-600 оС. Отличный результат показывает диффузионная сварка;
- медь и медные сплавы — соединяются чаще всего путем газовой сварки, хотя перспективно использование и дуговой сварки. Водородные, кислородные и свинцовые примеси негативно влияют на свариваемость;
- алюминий — основная проблема состоит в оксидной пленке, препятствующей формированию нормального сварного шва. Отличное решении е этой задачи — использовании е флюсов, растворяющих оксид алюминия.
