Физическая сущность процесса сваривания и образования сварного соединения при сварке плавлением.

Физическая сущность процесса сварки очень проста. Поверхностные атомы куска металла имеют свободные, ненасыщенные связи, которые захватывают всякий атом или молекулу, приблизившуюся на расстояние действия межатомных сил. Сблизив с помощью сварочного оборудования поверхности двух кусков металла на расстояние действия межатомных сил или, говоря проще, до соприкосновения поверхностных атомов, получим по поверхности соприкосновения сращивание обоих кусков в одно монолитное целое с прочностью соединения цельного металла, поскольку внутри металла и по поверхности соединения действуют те же межатомные силы. Процесс соединения после соприкосновения протекает самопроизвольно (спонтанно), без затрат энергии и весьма быстро, практически мгновенно.

Процесс образования сварного соединения плавлением протекает в две стадии: 1) расплавление кромок металла деталей (заготовок), сопровождающееся образованием общего объема жидкого металла, и 2) затвердение этого объема металла. Следствием образования объема жидкого металла является возникновение межфазной границы жидкость — твердый металл.

Расплавленные объемы металла кромок в месте соединения свариваемых деталей самопроизвольно образуют общий объем металла, называемый сварочной ванной. Процесс образования сварочной ванны сопровождается разрушением оксидной пленки на кромках. При этом связи между атомами в объеме сварочной ванны и на границе с твердой фазой не нарушаются.

Таким образом, процесс образования жидкого металла сварочной ванны является первой стадией возникновения межатомной связи между соединяемыми элементами.

По мере удаления источника нагрева (электрической дуги, пламени горелки и т. д.) в сварочной ванне начинается процесс кристаллизации металла. На границе между твердой и жидкой фазами образуются новые наращиваемые кристаллы.

Этим и заканчивается вторая стадия установления связей.

Переход металла из жидкого состояния в твердое представляет собой процесс, при котором усиливается связь между атомами и упорядочивается их расположение в пространстве образованием кристаллической решетки. При этом металл шва имеет литую структуру.

Известно, что жидкий металл сварочной ванны обладает более высокой активностью по отношению к окружающей среде, чем твердый металл, при сварке пластическим деформированием. В связи с этим металл шва, как правило, отличается от металла изделия химической неоднородностью, составом, структурой и механическими свойствами. Объясняется это тем, что сварочная ванна при разных способах сварки контактирует с различными средами, компонентами (O2, N2) которых она насыщается.

Для расплавления металлов при сварке используют разные источники нагрева.

Сварка представляет собой технологический процесс получения плотного неразъемного соединения деталей с использованием сил молекулярного сцепления при этом материал соединения (сварной шов) имеет те же физические и механические характеристики, что и соединяемые детали (сварочные аппараты).

Сварное соединение металлов характеризуется непрерывностью их структур. Для получения сварного соединения нужно осуществить межмолекулярное сцепление между свариваемыми деталями, которое приводит к установлению атомарной связи в пограничном слое.

При повышении температуры в месте соединения деталей, амплитуда колебания атомов относительно постоянных точек их равновесного состояния увеличивается, и тем самым создаются условия более легкого получения связи между соединяемыми деталями. Чем выше температура нагрева, тем меньшее давление требуется для осуществления сварки, а при нагреве до температур плавления необходимое давление становится равным нулю.

При сварке плавлением металл нагревают до жидкого состояния (расплавления), причем кромки соединяемых деталей расплавляются одновременно, o6paзуют общую ванну жидкого металла; при кристаллизации (затвердевании) расплавленный металл сварочной ванны образует прочное соединение, имеющее литую структуру.

Сближению деталей до нужного расстояния препятствуют неровности поверхности, а также находящиеся на ней загрязнения и оксидные пленки. Для преодоления их влияния необходимо затратить энергию, которая при сварке передается свариваемым поверхностям двумя физическими процессами: нагревом и давлением.

При нагреве металла до температуры плавления (точка D) для получения сварного соединения применять давление нет необходимости. Расплавленный жидкий металл растекается по активированной нагревом поверхности твердого металла, смачивает ее и приближается на расстояние, достаточное для установления общих связей. После охлаждения образуется неразъемное соединение. Определение сварочной дуги – это длительный разряд между электродом и деталью в ионизированном газе.

При сварке в жидкой фазе (сварка плавлением) сближение атомов твердых тел осуществляется за счет смачивания поверхностей тел жидким материалом (расплавом), а активация поверхности твердого материала путем сообщения ее частицам тепловой энергии.

Сварка – это технологический процесс получения монолитных неразъемных соединений посредством установления внутренних межчастичных (межатомных, межмолекулярных связей, при их местном или общем нагреве или пластическом деформировании или совместном действии того и другого. Сварные соединения металлов характеризуются непрерывной структурной связью.