3.3. Удаление поверхностных пленок

Поверхностные пленки (оксиды, слои плакировки и др.), как правило, более тугоплавки (за исключением оксидов железа), чем свариваемые металлы или сплавы. В процессе сварки они должны быть разрушены и удалены с плоскости соединения двух деталей, так как, в общем случае, их наличие в конечной стадии процесса препятствует образованию металлических связей. Этот процесс относят к одному из основных при формировании сварных соеди­нений.

В условиях точечной, рельефной и шовной сварки разрушить и перераспределить поверхностные пленки удается только при рас­плавлении металла в контакте двух листов. Разрушение и удаление указанных пленок происходит под действием определенных сил, в ос­новном электродинамических по своей природе. Результатом дей­ствия этих сил является интенсивное перемешивание жидкого ме­талла ядра в нап равлениях, указанных стрелками на рис. 37.

Рис. 37. Перемешивание жидкого металла ядра

Силы создают в жид­ком ядре давление, подобное давлению, возникающему в жидкости от гравитационных сил, Они действуют также на объемы ме­талла, находящегося в твердом состоянии, где они уравнове­шиваются силами сопротивле­ния кристаллической решетки. Максимальные значения наблюдается на пе­риферии ядра, и снижаются до нуля в его центре.

Как правило, литое ядро имеет форму эллипсоида, поэтому в расплавленном металле возникают градиенты давления в горизонтальном и вертикальном направлениях. Под действием этих градиентов слои жидкости циркулируют в ука­занных на рис. 37 направлениях. Незначительная асимметрия в расплавлении двух листов приводит к перемешиванию поверхност­ных пленок в расплаве.

Данные явления приводят также к сепарации частиц пленок в ядре в зависимости от их электропроводимости. Взвешенные в расплаве твердые неэлектропроводимые частицы перемещаются и скапливаются на периферии литого ядра, а электропроводимые - двигаются к центру ядра.

Стыковая сварка. При стыковой сварке торцы открыты для взаимодействия с атмо­сферой. Наиболее активно развиваются процессы окисления при сварке сопротивлением. Для сварки оплавлением характерно не­прерывное обновление металла на торцах, образование большого количества капель и паров металла в зазоре (например, при сварке сталей оксида углерода СО) при взрыве перемычек, связывающих кислород и другие газы, что значительно снижает интенсивность взаимодействия металла с атмосферой. Однако при соединении химически активных металлов (титана, молибдена и др.) такая защита может оказаться недостаточно эффективной, и сварку иногда выполняют в среде инертных газов. Условия разрушения и удаления оксидов при стыковой сварке зависят от температуры тор­цов, градиента температур, свойств оксидов и металлов.

Трудность удаления оксидов при сварке со­противлением возрастает с увеличением их твер­дости. Так, при сварке сталей трудно удалить оксид Fe₂O₃, который по твердости сопоставим с основным металлом. В то же время сравнительно легко удаляется оксид FeO, имеющий температуру плавления и твердость ниже, чем у стали. При сварке оплавлением, когда оксиды находятся преимущественно на жидкой подложке, их твердость не оказывает существенного влияния на их удаление. При сварке сопро­тивлением вследствие сравнительно малой пластической деформации происходит лишь частичное разрушение и удаление оксидов. Об­новление поверхности (удаление с поверхности торцов оксидов) со­ставляет при этом не более 60-70 %, что в общем случае опреде­ляет относительно низкую пластичность соединений.

При сварке оплавлением удаление оксидов значительно облег­чается и происходит вместе с частицами расплавленного металла, выбрасываемого из стыка, и главным образом при осадке вытесне­нием оксидов с жидким и твердым металлом в грат. При сравни­тельно небольшой деформации обновление поверхности при опти­мальном режиме сварки приближается к 100 %. Однако при этом необходимо учитывать, что на поверхности оплавленных торцов, как правило, имеются неровности, и, хотя осадку выполняют отно­сительно быстро, для закрытия зазора Δ_з и полного удаления из стыка оксидов требуется определенное время.