1.2. Особенности формирования сварного соединения

в жидкой и твердой фазе

В зависимости от агрегатного состояния вещества, из которого форми-руется сварное соединение (шов), различают сварку в жидкой и твердой фазе.

При сварке в жидкой фазе (сварка плавлением, пайка) сближе­ние ато-мов твердых тел осуществляется за счет смачивания поверх­ностей тел жидким материалом (расплавом), а активация поверхности твердого тела — путем сообщения частицам поверхности теплоты. Вводимая энергия должна обеспечивать расплавление основ­ного и присадочного материалов, оплавление стыка, нагрев кромок. Одновременно происходит усиленная диффузия компонентов в расплав­ленном и твердом материалах, их вза-имное растворение. В процессе затвердевания расплавленного материала образуются прочные химические связи, соответствующие природе и типу кристаллической ре­шетки соединяемых материалов.

Сварка в жидкой фазе протекает достаточно быстро, без приложения давления, за счет слияния объемов жидких металлов, что для однородных материалов не опасно. В случае же разнородных ма­териалов с ограничен-ной растворимостью в контакте могут образоваться интерметаллические прослойки, что, как правило, снижает прочностные характеристики свар-ного соединения.

При сварке в твердой фазе (пластическом состоянии) сближение атомов и активация поверхностей достигается за счет упруго-пластической дефор-мации соединяемых поверхностей в контакте (часто одновременно с до-полнительным нагревом).

В основе образования сварного соединения при сварке в твер­дой фазе лежит схватывание материалов в результате ползучести на контактных по-верхностях с последующим образованием прочных хими­ческих связей. Схватывание — процесс бездиффузионный, основанный на объединении кристаллических решеток контактируемых тел в результате их совместно-го деформирования. Длительность сварки в твердой фазе значительно больше, чем при сварке плавлением, и зависит от ряда факторов, в частнос-ти: от физико-химических и механических свойств соединяемых материа-лов, состояния их поверх­ности, состава внешней среды, характера прило-жения давления, средств активации (взрыв, ультразвук, трение и т. п.) и других.

Вместе с тем считают, что в ряде случаев при сварке в твердой фазе на-ряду со схватыванием существенную роль играет спекание — комплекс диффузионных процессов, протекающих во времени при повышенных тем-пературах. Относительная роль схватывания и спека­ния при различных ме-тодах сварки в твердой фазе различна и опре­деляется в основном темпера-турой, временем и давлением в контак­те. Так, например, можно считать, что диффузионная сварка при большом времени выдержки основана на яв-лении спекания. Во всех остальных случаях схватывание первично, а диф-фузионные и рекристаллизационные процессы (если они вообще проис-ходят) — вторичны.

1.3. Классификация процессов сварки

Основываясь на современных представлениях о классификацион­ных признаках различных процессов и явлений, согласно ГОСТ 19521-74, классификацию процессов сварки рекомендуется проводить по следую-щим признакам: физическим, техническим, технологическим и технико-экономическим.

Физические признаки являются наиболее общими для всех видов свар-ки и включают: наличие давления, вид вводимой энергии, вид носителя энергии.

Классификационный признак по наличию давления применим толь­ко к сварке и пайке.

По виду вводимой энергии все сварочные процессы могут быть разде-лены на термические (Т), механичес­кие (М) и термомеханические (ТМ).

Термические процессы (сварка в жидкой фазе) протекают без приложе-ния внешнего давления и общим для всех термических процес­сов является то, что энергия в изделие всегда вводится через рас­плавленный материал.

Механические процессы протекают без нагрева от постороннего источ-ника. Необходимая теплота выделяется за счет пластической деформации материалов в месте соединения в результате сдавливания, сдвига, трения, удара, взрыва.

Термомеханические процессы сопровождаются введением теплоты в изделие и механической энергии внешних сил (давление при осадке).

Таким образом, все известные в настоящее время процессы сварки ме-таллов осуществляются за счет только двух видов энергии — термической или механической (или при их сочетании). Поэтому в подкласс особых процессов пока могут быть включены только нейтрон­ная сварка пластмасс и склеивание (условно), которое происходит без существенного введения энергии извне.

Форма энергии, применяемой в источнике энергии для сварки (элект-рическая, химическая и др.), как классификационный признак в стандарте не используется, так как она характеризует главным образом не процесс, а оборудование для сварки.

Носители энергии могут быть внешними (электрическая дуга, газовое пламя, луч и т. д.), от которых энергия в изделие передается конвек-тивным или контактным путем, и внутренними (термитная сварка, кон-тактная сварка и т. д.), при которых использу­ется теплота химических реакций (т. е. преобразование в теплоту химической энергии вещества) или теплота, выделяемая электрическим током за счет внутреннего сопротив-ления свариваемых материалов.

Технические признаки могут быть определены только для каж­дого ме-тода отдельно. Они устанавливают особенность носителя энергии, свойст-ва защитной среды, отличительные характеристики и особенности элект-рода или присадочного материала, непрерывность процесса и степень его механизации.

Технологические признаки характеризуют способы и приемы, обеспе-чивающие получение высококачественного сварного соединения.

Технико-экономические признаки (показатели) учитывают раз­личные количественные характеристики процесса. Такими признака­ми могут быть:

а) величины удельных энергий — сварочной или введенной в изде-лие , Дж/м²;

б) удельные затраты на сварку.

Удельные затраты могут подсчитываться отдельно по каждой группе соединений, свариваемых материалов и т. д. Например, удель­ные затраты на сварку 1 погонного метра шва, 1стыка и т. п.

Расчеты показывают, что удельная энергоемкость процессов сварки ( и ) имеет тенденцию уменьшаться при переходе от термических процессов к механическим.

К термическим видам сварки относятся: дуговая, импульсно-дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменная, ионно-лучевая, свето-вая, тлеющим разрядом, индукционная, газовая, термитная, литейная.

К механическим видам сварки относятся: холодная, взрывом, ультра-звуковая, трением, магнито-импульсная, кузнечная (горновая).

К термомеханическим видам сварки относятся: все виды контактной сварки, дугоконтактная, дугопрессовая, газопрессовая, индукционно-прес-совая, печная и др.