Сварка плавлением и давлением
При сварке в жидкой фазе (сварка плавлением и пайка) сближение атомов твердых тел осуществляется за счет смачивания жидким материалом (расплавом), а активация поверхности – путем сообщения тепловой энергии.
Сварка в жидкой фазе производится без приложения осадочного давления путем спонтанного слияния объемов жидкого металла и не требует тщательной подготовки и зачистки свариваемых поверхностей.
Обе стадии процесса происходят быстро (рис. 3), для однородных металлов это неопасно. Но при сварке разнородных металлов, иногда не удается получить растворимость одного в другом при их взаимной ограниченной растворимости. В результате чего возникают интрометаллические прослойки.
При сварке в твердом состоянии сближение атомов и активизация поверхностей достигается за счет упругопластичной деформации соединенных материалов в контакте.
|
Рис.3. Сравнительная характеристика процессов сварки плавлением (1) и давлением (2) |
При сварке в твердой фазе длительность стадии образования физического контакта А (который заключается в смятии микронеровностей) и химического взаимодействия Б, существенно больше, чем при сварке плавлением и зависит от ряда факторов:
физико-химических свойств соединяемых материалов;
механических свойств;
состояния их поверхностей;
состава внешней среды;
характера приложения давления и т.д.
Пайка и склеивание
Пайкой называется процесс соединения материалов без их расплавления с помощью припоя.
Иногда бывает трудно разграничить процесс пайки и сварки, например, при сварке разнородных металлов в сочетании сталь и медь, медь и латунь, и т.д., когда расплавляется только один легкоплавкий металл.
Образование межатомной связи при пайке происходит в процессе смачивания припоем поверхности соединяемых деталей.
Пайку можно выполнять с использованием тех же энергетических процессов, что и сварку. Для осуществления химического смачивания при пайке необходим нагрев деталей припоем, а также активация поверхности. Активизацию обеспечивают:
нагрев в вакууме;
нагрев в специальных средах (орган);
обработка поверхности флюсом.
Склеивание – это процесс, который обеспечивается силами адгезии (прилипание) между молекулами клея и молекулами поверхности твердого тела, и химическими реакциями между ними.
Прочность соединения обеспечивается силами когезии (силами взаимодействия между молекулами самого клея).
Склеивание (рис. 4) может происходить практически без введения энергии и прочность соединения на разных этапах процесса различна, так как существенное влияние на нее оказывают силы химического взаимодействия, а чтобы они достаточно хорошо проявились необходимо время, а иногда и некоторое повышение температуры, поэтому по времени этот процесс достаточно длительный.
|
Рис. 4. Схема процесса склеивания |
Термодинамическое определение процесса сварки
В зоне сварки можно обнаружить наличие двух явлений, связанных с необратимым состоянием энергии вещества:
введение и преобразование энергии;
движение (превращение) вещества.
|
Рис. 5. Термодинамическая схема процесса сварки |
Введение энергии – это всегда необходимое условие сварки, так как без нее невозможна активизация соединяемых поверхностей.
Характер движения (переноса) вещества сильно зависит от процесса сварки. Без нее невозможна активизация соединяемых поверхностей. Движение вещества значительно при сварке плавлением и пайки, особенно присадочным материалом. При сварке давлением с нагревом материал в зоне стыка испытывает незначительные превращения в результате диффузии. Холодная сварка идет практически без движения вещества, а склеивание и другие соединительные процессы, которые обеспечивают монолитность соединения, в отличие от пайки и сварки не требуют введения энергии. Они реализуются в результате преобразования вещества (клея). Исходя из сказанного, сварка – это процесс получения монолитного соединения материала в результате введения и термодинамического необратимого преобразования энергии вещества по месту соединения.