2. Види нерозємних зєднань . Визначення процесу зварювання

Зварювання — це процес одержання монолітного з'єднання матеріалів у результаті введення й термодинамічного необоротного перетворення енергії й речовини в місці з'єднання

Склеювання, цементування й інші сполучні процеси, що забезпечують монолітність з'єднання, на відміну від зварювання й пайки, як правило, не вимагають введення енергії. Вони реалізуються звичайно в результаті введення й перетворення речовини (клею, цементу й т.д.)

Рис. Схема одержання монолітного з'єднання при зварюванні, пайку й склеюванні

Крім самого загального, термодинамічного, можливі й інші визначення зварювання, наприклад зварювання як технологічний процес створення зварених конструкцій або як металургійний процес і т.д. Однак саме енергія й шляхи її перетворення - домінуючі фактори, що визначають характер процесу зварювання як фізико-хімічного явища.

Розгляд термодинамічної структури процесів зварювання дозволяє підрозділити їх по виду уведеної енергії: на термічні (Т), термомеханические (ТМ) і механічні (М) процеси

Білет 10, 20

1. Фізико-хімічні особливості при зварюванні у твердому та рідкому стані

При зварюванні плавленням і пайку зближення атомів твердих тіл здійснюється внаслідок змочування поверхонь тіл рідким металом (розплавом), а активація поверхні твердого металу — шляхом повідомлення її часткам теплової енергії. Рідкий метал може розтікатися по всій поверхні тіла й забезпечувати зіткнення й прилипание (або адгезію) його молекул і поверхневого шару твердих тел.

При затвердінні розплавленого матеріалу слабкі адгезионные зв'язки заміняються міцними хімічними зв'язками, що відповідають природі матеріалів, що з'єднуються, і типу їхніх кристалічних ґрат. При зварюванні плавленням уводиться энергия, що (звичайно теплова) повинна забезпечувати розплавлювання основного й присадочного матеріалів, оплавлення стику, й т.д. При цьому відбувається посилена дифузія компонентів у розплавленому й твердому матеріалах, їхнє взаємне розчинення. Ці процеси, а також кристалізація розплавленого металу зварювальної ванни (або припою) забезпечують об'ємну будову зони зварювання, що звичайно підвищує міцність звареного з'єднання.

При зварюванні тиском (у твердому стані) зближення атомів і активація (очищення) поверхонь досягаються в результаті спільної прожньопластичної деформації матеріалів, що з'єднуються, у контакті, часто одночасно з додатковим нагріванням.

Тривалість стадій утворення фізичного контакту і хімічної взаємодії тут істотно більше, ніж при зварюванні плавленням, і залежить від ряду факторів: фізико-хімічних і механічних властивостей матеріалів, що з'єднуються, стану їхньої поверхні, состава зовнішнього середовища, характеру додатка тиску й інших засобів активації (ультразвук, тертя й т.д.).

2. Механізм утворення монолітних з'єднань твердих тіл

На перший погляд здається, що утворення монолітного з'єднання двох однакових монокристаллов з ідеально гладкими й чистими поверхнями можливо при будь-якій температурі й без додатка зовнішньої енергії. Для цього досить зблизити їхньої поверхні на відстань, порівнянна з параметрами кристалічних ґрат (порядку часток нанометра).

У дійсності навіть в ідеальному випадку для з'єднання поверхонь потрібна витрата енергії. Справа в тому, що кожному стійкому стану системи відповідає певний мінімум енергії атома. Кожний атом перебуває як би в потенційній лунці й перехід з одного стійкого стану в інше можливий тільки шляхом подолання енергетичного бар'єра.

Практично одержання монолітних з'єднань ускладнюється двома факторами:

• поверхні, що зварюються, мають мікронерівності (навіть при ретельній обробці), висота яких виміряється мікрометрами. Тому при сполученні поверхонь контакт можливий лише в окремих крапках;

• поверхні, що зварюються, мають забруднення, тому що на будь-якій поверхні твердого тіла адсорбируются атоми зовнішньої середовища.

Для якісного з'єднання матеріалів необхідно забезпечити контакт по більшій частині стыкуемой поверхні й активізувати її.

Енергія активації. Активація поверхні полягає в тім, що поверхневим атомам твердого тіла повідомляється деяка енергія, необхідна:

а) для обриву зв'язків між атомами тіла й атомами зовнішнього середовища, що насичують їхні вільні зв'язки;

б) для підвищення енергії поверхневих атомів до рівня енергетичного бар'єра охватывания, тобто для переходу їх в активний стан.

Така енергія активації може в загальному випадку повідомлятися у вигляді теплоти (термічна активація), упругопластической деформації (механічна активація), електронного, іонного й іншого видів опромінення (радіаційна активація).