Технологические особенности сварки давлением

При сварке давлением образование соединения осуществляется, главным образом за счет совместной пластической деформации материалов в зоне их контактирования. При этом нагрев выступает лишь в качестве сопутствующего активирующего фактора и в некоторых процессах может отсутствовать вообще.

Механизм соединения при сварке давлением состоит из трех наиболее важных стадий.

Стадия образования физического контакта. На этой стадии происходит сближение соединяемых поверхностей на расстояния, соизмеримые с атомными расстояниями в кристаллической решетке. При всех способах сварки давлением эта стадия реализуется за счет пластической деформации микровыступов контактирующих поверхностей (обеих при сварке однородных сочетаний металлов или менее прочной при сварке разнородных сочетаний). Наличие небольших количеств жидкой фазы в некоторых процессах (например, при диффузионной сварке через расплавляющиеся прослойки) облегчает развитие этой стадии взаимодействия.

Для получения полноценного сварного соединения поверхности необходимо сблизить на расстояние, достаточное для образования устойчивой связи. (0, 001…0, 005 мкм). Энергия взаимодействия атомов должна быть минимальной. Уравнение энергетического баланса системы имеет вид:

(1.1)

где: E – свободная энергия; U – внутренняя энергия системы; T – температура соединения; S – энтропия.

Из уравнения баланса следует, что если атомы располагаются на расстояниях, соответствующих минимуму потенциальной энергии, то система наиболее устойчива. Увеличение или уменьшение этого расстояния приведет к увеличению энергии межатомного взаимодействия.

Стадия активация контактных поверхностей. При начальном соприкосновении реальных поверхностей в зазорах между поверхностями устанавливаются только адгезионные связи между металлом и газовыми или жидкостными молекулами адсорбированных наслоений, находящихся на поверхности реальных металлических поверхностей. Для развития схватывания и дальнейшего сваривания поверхностей необходимо воздействовать на поверхности давлением, позволяющим пластически деформировать микровыступы, или нагреть поверхности, что приведет к увеличению активности и подвижности частиц кристаллической решетки. Пластическое деформирование (механическая активация) и нагрев (термическая активация)создают в зоне соединения такую концентрацию энергии, что обеспечивается перестройка поверхностных слоев контактирующих тел и созданию т.н. «активных центров».

В общем случае суть активации поверхностей состоит в создании условий, при которых атомы, расположенные по обе стороны контактной границы, смогут вступать во взаимодействие с образованием межатомных связей. Эта стадия включает ряд важнейших физических процессов, в том числе разрушение органических пленок и оксидных слоев (очистка поверхностей), а также повышение энергии поверхностных атомов до уровня, при котором возможно химическое взаимодействие.

Стадия активации заканчивается схватыванием по большей части площади контактирования. Однако учитывая, что образование активных центров вследствие неоднородности взаимодействия происходит не одновременно по всей поверхности, ее длительность, в зависимости от интенсивности силового воздействии и свойств свариваемых материалов, может изменяться от долей секунды до нескольких десятков минут.

Процесс получения работоспособного соединения в большинстве случаев (особеннопри наличии сопутствующего нагрева) не заканчивается схватыванием.

    С тадия объемного взаимодействия. Для получения прочного и надежного сварного соединения необходимо расширение зоны соединения, как по площади, так и по глубине. Расширение зоны соединения реальных поверхностей осуществляется за счет взаимной диффузии атомов через границу контакта.

На этой стадии получаем сварной шов, т.е. заканчивается процесс сварки.

В тех случаях, когда сварка давлением осуществляется без внешнего нагрева (холодная сварка, сварка взрывом), третья стадия не получает существенного развития и соединение завершается на стадии схватывания.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: