Получение заготовок методами сварки

 

Сваркой называется технологический процесс получения неразъемных соединений из металлов, сплавов и других однородных или разнородных материалов в результате образования атомно-молекулярных связей между частицами соединяемых заготовок. Это один из наиболее распространенных технологических процессов, включающий в себя помимо собственно сварки наплавку, пайку, напыление и некоторые другие операции. С помощью сварки можно соединить между собой детали из различных металлов и сплавов, керамических материалов, пластмассы. От степени развития сварки во многом зависит уровень технологии в машиностроении, приборостроении, строительстве и т.д. Сварочная технология позволяет надежно соединять детали любых толщин и конфигураций.

В качестве исходных заготовок для изготовления сварных конструкций применяют продукцию проката – листы, трубы, объемную и листовую штамповки, отливки. Вследствие этого сварная конструкция может иметь очень сложную форму при относительно простой и нетрудоемкой технологии изготовления.

Разработано и внедрено в производство большое число разновидностей сварочных процессов. В зависимости от агрегатного состояния металла в месте соединения во время сварки их подразделяют на способы сварки давлением, осуществляемые с приложением давления в холодном или в подогретом состоянии, и способы сварки плавлением, при которых соединение получают расплавлением соединяемых поверхностей.

 

Сварка давлением

Сущность получения неразъемного сварного соединения двух металлических заготовок в твердом состоянии состоит в сближении идеально чистых соединяемых поверхностей на расстояния (2÷4)·10^-9см, при которых возникают межатомарные силы притяжения. При достижении таких расстояний возможен процесс образования металлических связей, т. е. появление коллективных электронов двух соединяемых поверхностей и их взаимодействие с положительно заряженными ионами кристаллических решеток.

Строение и состояние реальной поверхности соединяемых заготовок характеризуется наличием большого количества дефектов, неровностей и загрязнений. Поверхность любого, даже тщательно отполированного твердого тела всегда волниста, шероховата и имеет множество выступов микроскопической величины, высота каждого из которых, однако, на несколько порядков больше, чем расстояния, необходимые для возникновения сил межатомного взаимодействия. Вследствие наличия неровностей и выступов действительная поверхность металла в много раз превышает наши представления о ее величине, составленные на основании измерений обычными методами. Кроме того, наружную поверхность металла характеризует наличие нескомпенсированных металлических связей и большое количество дефектов кристаллического строения, что способствует ее активному взаимодействию с внешней средой и приводит к быстрому окислению и осаждению на поверхности жидкости и газов. Практически после любой обработки поверхность мгновенно покрывается тонкой пленкой окислов, а также слоем адсорбированных молекул воды и жировых веществ. Толщина этого слоя составляет 100÷200 молекул,и удалить его полностью не удается, так как этому препятствует возникшая между слоем и поверхностью электрическая связь. Следовательно, даже если создать идеально плоские соединяемые поверхности, при их сближении соединение не может возникнуть из-за слоя окислов и масляных пленок.

Получить прочнее неразъемное соединение двух поверхностей в твердом состоянии можно при условии удаления загрязняющих пленок и осуществления затем плотного контакта по всей соединяемой плоскости. Практически при сварке в твердом состоянии этого достигают при приложении к свариваемым заготовкам давления, величина которого должна быть достаточной для смятия всех неровностей в соединяемом сечении. В начальный момент сближения в точках касания разрушается слой осажденных на поверхности примесей, и появляются «островки» металлических соединений. При возрастании давления площадь контакта поверхностей (сближения до расстояний начала действий межатомных сил притяжения) увеличивается. Вследствие большой плотности контакта, соединяемые поверхности не сообщаются с атмосферой, поэтому новых окисных и жировых пленок не образуется, а имевшиеся до этого частично выдавливаются из зоны соединения наружу, частично диффундируют в глубь металла и не препятствуют образованию металлических связей.

Описанный способ может быть применен для заготовок из металлов и сплавов, имеющих относительно небольшое сопротивление пластическому деформированию и достаточно пластичных в холодном состоянии, – Рb, Sn, Zn, Аl, Си. Для заготовок из малопластичных и обладающих высоким пределом текучести металлов приложение давления в холодном состоянии не позволяет получить необходимую степень течения металла вследствие быстрого наклепа. Для высокопрочных материалов можно увеличить пластические свойства и снизить сопротивление деформированию, предварительно подогрев соединяемые поверхности и прилегающие к ним зоны. Благодаря этому удается при относительно небольших усилиях сжатия удалить загрязняющий слой и активизировать процесс образования металлических связей.

Все методы сварки в твердом состоянии с приложением давления носят название сварки давлением. Различают множество разновидностей способов сварки давлением, которые отличаются между собой источником нагрева либо видом энергии, применяемым для активизации процесса.