Сварочное производство

18. Теоретические основы сварки

19. Сварка плавлением

20. Сварка давлением

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВАРКИ ■___

Физические основы сварки

В технике широко используются различные виды разъемных и неразъемных соединений. Неразъемные соединения могут быть монолитными (сплошными) и немонолитными (например, заклепочные). Монолитные соединения получают сваркой, пай­кой или склеиванием.

Сварка — это процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяе­мыми (свариваемыми) частями при их местном нагреве (сварка плавлением), пластическом деформировании или совместном действии того и другого (сварка давлением). С помощью сварки между собой соединяют однородные и разнородные металлы, их сплавы, некоторые керамические материалы и пластмассы. Сварка является одним из наиболее широко распространенных технологических процессов в машиностроении, строительстве, ремонтном деле.

Преимуществами большинства способов сварки являются их высокая производительность и прочность сварных соединений, во многих случаях достигающая прочности цельного металла. К недостаткам сварки следует отнести стоимость специального оборудования (иногда довольно значительную), необходимость нагрева металла до высоких температур и применения больших давлений.

Соединение, полученное при сварке, характеризуется непре­рывной структурной связью и монолитностью строения, достигае­мыми за счет образования атомно-молекулярных связей между элементарными частицами соединяемых твердых тел. Неразъем­ное монолитное соединение, образуемое при сварке, называется сварным соединением.

Под пайкой понимают преимущественно процесс соединения металлов (хотя возможна пайка и некоторых неметаллических материалов), занимающий промежуточное положение между сваркой и склеиванием. Обычно все же считают, что пайка ближе
к сварке, и рассматривают ее как способ соединения металлов, примыкающий к сварке плавлением. Соединение производится с помощью сравнительно легкоплавкого металла, называемого припоем. Температура плавления его должна быть ниже, чем соединяемого металла. Расплавленный припой наносится на хо­рошо зачищенные кромки соединяемых частей, смачивает их и после затвердения образует соединение. Припои и соединяемые металлы весьма разнообразны, что обусловливает резкие разли­чия в процессе пайки и характере получаемых соединений. Су­щественную роль играет способность припоя хорошо смачивать основной металл. Чаще всего основной составной частью припоев служат олово, медь, серебро. Наиболее характерной особенно­стью пайки, отличающей ее от сварки плавлением, является то, что применяемый в ней основной металл, не расплавляясь, сма­чивается жидким припоем.

Для пайки исключительно важна подготовка поверхности металла. Поэтому почти всегда применяются флюсы для очистки поверхности металла от оксидов и других загрязнений и усиления адгезии (прилипания) жидкого припоя к твердому металлу.

Преимуществами пайки являются сравнительно небольшой нагрев металла, возможность механизации и обеспечения высокой производительности процесса, достаточная прочность соединений. К недостаткам способа можно отнести трудности, связанные с пайкой изделий больших размеров, довольно высокую стои­мость припоев, необходимость точной пригонки и очистки со­единяемых поверхностей.

От склеивания пайка отличается наличием взаимодействия припоя с основным металлом и характером затвердения припоя. Слой расплавленного припоя практически не оказывает сопро­тивления сдвигу. Прочность соединения возрастает скачком при затвердении припоя.

Склеивание — это самый универсальный способ соединения твердых материалов за счет сил молекулярного сцепления. Склеивать можно дерево, металлы, пластмассы, бетон, стекло, резину и др., а также разнородные материалы, например метал­лы с деревом, пластмассами, резиной и т.д.

В настоящее время наиболее известны клеи из различных орга­нических соединений. Клей вводится между соединяемыми час­тями обычно в жидком виде, реже — в виде твердого порошка и пластинок, размягчаемых нагреванием. Введенный жидкий клей вследствие испарения растворителя и химических реакций постепенно затвердевает. В отличие от припоев он с самого на­чала обладает некоторой, хотя и незначительной, прочностью, позволяющей удерживать соединяемые детали в определенном положении. По мере затвердевания клея прочность его постепен­но растет и достигает максимума. Склеивание почти полностью основано на адгезии, причем клей не взаимодействует с соединяе­мым материалом. Прочность соединения может быть довольно высокой. При правильном склеивании разрушение во время ис­пытаний происходит или по соединяемому материалу, или по про­слойке клея. Отделение клея от материала на границе раздела служит признаком неудовлетворительного склеивания.

Преимуществами данного способа являются простота, не­большая стоимость и высокая универсальность, позволяющие соединять чрезвычайно широкий круг материалов в самых раз­нообразных сочетаниях.