76. Понятие механической неоднородности свойств металла, ее влияние на прочность соединения. Мягкая и твердая прослойки.

Под механической неоднородностью сварных соединений понимают различие механических характеристик и, прежде всего, предела текучести металла разных участков соединения.

Механическая неоднородность в определенной степени присуща всем сварным и паяным соединениям. Она появляется из-за различия свойств основного и присадочного металлов, различия в термических циклах. Участки соединений, где механические свойства примерно одинаковы, располагаются параллельно оси шва в виде прослоек. Свойства металла шва 1 в значительной степени зависят от химического состава и свойств присадочного металла, а также режимов сварки, определяющих долю участия металла присадки в основном металле. В околошовной зоне 2 материал претерпевает структурные превращения и у ряда сталей может иметь повышенную твердость и прочность. Зона термического влияния 3 – зона высокого отпуска, у термически обработанных сталей металл в данном месте характеризуется пониженной прочностью и твердостью в результате сварочного нагрева. Основной металл 4, нагревавшийся до более низких температур, по-разному меняет свои свойства, в зависимости от марки стали или сплава.

В основе влияния механической неоднородности на поведение соединений лежит сдерживание одними его участками деформации других участков при нагружении. Это приводит к возникновению объемного напряженного состояния и в конечном итоге влияет на прочность, а также место и характер разрушения.

Мягкие и твердые прослойки в сварных соединениях

Зоны, где металл обладает пониженным пределом текучести по отношению к пределу текучести соседнего участка металла, называют мягкими прослойками. И, наоборот, у твердых прослоек металл имеет предел текучести больший, чем у соседних участков.

Паяные стыковые соединения, припой в которых менее прочен, чем основной металл, также содержат мягкую прослойку. Прочность таких соединений зависит не только от прочности металла мягкой зоны, но и от ее относительного размера, определяемого по формуле , где h – ширина прослойки, s – толщина металла.

77. Диффузионная сварка. Сущность метода.

Диффузионная сварка в твердом состоянии - способ получения монолитного соединения, образовавшегося вследствие возникновения связей на атомном уровне, появившихся в результате максимального сближения контактных поверхностей за счет локальной пластической деформации при повышенной температуре, обеспечивающей взаимную диффузию в поверхностных слоях соединяемых материалов. Отличительной особенностью диффузионной сварки является применение относительно высоких температур нагрева (0,5-0,7Т_пл) и сравнительно низких удельных сжимающих давлений (0,5-0 МПа) при изотермической выдержке от нескольких минут до нескольких часов.

Формирование диффузионного соединения определяется такими физико-химическими процессами, протекающими при сварке, как взаимодействие нагретого металла с газами окружающей среды; очистка свариваемых поверхностей от оксидов; развитие высокотемпературной ползучести и рекристаллизации. В большинстве случаев это диффузионные, термически активируемые процессы.

Для уменьшения скорости окисления свариваемых заготовок и создания условий очистки контактных поверхностей от оксидов при сварке могут быть применены газы - восстановители, расплавы солей; флюсы, обмазки, но в большинстве случаев используют вакуум или инертные газы.

Сближение свариваемых поверхностей происходит, в первую очередь, за счет пластической деформации микровыступов и приповерхностных слоев, обусловленных приложением внешних сжимающих напряжений и нагревом металла.

Диффузионная сварка позволяет решить проблему получения качественного соединения как между однородными, так и разнородными материалами. Соединяемые заготовки могут быть весьма различны по своей форме и иметь компактные или развитые поверхности контактирования.

Схематически процесс диффузионной сварки можно представить следующим образом. Свариваемые заготовки собирают в приспособлении, позволяющем передавать давление в зону стыка, вакуумируют и нагревают до температуры сварки. После этого прикладывают сжимающее давление на заданный период времени. В некоторых случаях после снятия давления изделие дополнительно выдерживают при температуре сварки для более полного протекания рекристаллизационных процессов, способствующих формированию качественного соединения. По окончании сварочного цикла сборка охлаждается в вакууме, инертной среде или на воздухе в зависимости от типа оборудования.

В зависимости от напряжений, вызывающих деформацию металла в зоне контакта и определяющих процесс формирования диффузионного соединения, целесообразно условно различать сварку с высокоинтенсивным (Р = 20-100 МПа) и низкоинтенсивным (Р 2 МПа) силовым воздействием.