Текст полный

Раздел 1. Источники энергии при сварке

1.1. Физические основы и определение процесса сварки

В настоящее время под сварочными процессами понимают большую группу технологических процессов соединения, разъединения (резки) и локальной обработки материалов. Примерами сварочных процессов могут служить: собственно сварка, наплавка, пайка, резка, напыление, склеива-ние, спекание и т. п.

Отличительной особенностью сварочных процессов является то, что в место обработки вводится термическая, механическая или термомехани-ческая энергия (во втором случае в значительной ме­ре используется эф-фект преобразования механической энергии в термическую).

Особенности получения сварных соединений характеризуются наличи-ем в зоне сварки двух основных физических явлений, связан­ных с термо-динамическим необратимым изменением состояния вещест­ва и энергии (рис. 1.): введением и преобразованием энергии; пре­вращением (движе-нием) вещества.

Рис. 1. К термодинамическому определению процесса сварки

Для получения качественного сварного соединения необходимо:

а) обеспечить контакт по возможно большей части соединяемых по-верхностей;

б) активировать соединяемые поверхности.

Активация поверхности состоит в том, что поверхностным ато­мам твердого тела сообщается энергия, необходимая, во-первых, для разрыва связей между атомами тела и атомами внешней среды, насыщающими их свободные связи, и, во-вторых, для повышения энер­гии поверхностных атомов до уровня энергетического барьера схва­тывания (т. е. для перевода их в активное состояние).

Энергия активации может сообщаться в виде теплоты (термическая ак-тивация), упруго-пластической деформации (механическая активация), электронного, ионного и других видов облучения (радиационная акти-вация).

Главное, что определяют вид процесса сварки — это вид, ин­тенсивность вводимой энергии и характер её преобразования. При этом введение энергии всегда является необходимым условием свар­ки, так как без этого невозможна активация соединяемых поверхностей.

Введение вещества необходимо только при некоторых видах сварки плавлением и пайки, причем в этих случаях может быть вве­дена также энергия с расплавленным материалом. Характер движения вещества в зоне сварки сильно меняется от процесса к процессу. Движение вещества зна-чительно при сварке плавлением, особенно при наличии присадочного ма-териала, и при пайке. При сварке дав­лением с нагревом движение мате-риала в зоне образования соедине­ния незначительное. Холодная сварка реализуется практически без движения вещества.

На основе анализа схемы термодинамических превращений вещества и энергии при сварке можно сделать вывод, что результатом этих прев-ращений является монолитность сварных соединений, обусловленная фи-зико-химическими, атомно-молекулярными связями элементарных частиц соединяемых тел.

Склеивание, цементирование и ряд других соединительных про­цессов, обеспечивающих монолитность соединения, в отличие от сварки и пайки, как правило, не требуют специальных источников энергии. Они реали-зуются обычно только за счет введения (преобразования) вещества (клея, цемента и т. д.).

Анализ физических основ образования сварного соединения позволяет дать наиболее общее термодинамическое определение про­цесса сварки.

Сварка — это процесс получения монолитного соедине­ния материалов за счет введения и термодинамического необратимого преобразования ве-щества и энергии в месте соединения.

Возможны также и другие определения сварки, характеризующие кон-кретные стороны процесса (технологический процесс, металлургический процесс и т. д.). Например, согласно ГОСТ 2601-74, сварка, в технологи-ческом аспекте, — это процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми час-тями при их местном нагреве или пластичес­ком деформировании, или совместном действии того и другого,