Физико-химические особенности сварки

Процесс образования сварного соединения можно разделить на 4 стадии:

1) образование физического контакта между поверхностями материалов;

2) активация контактных поверхностей;

3) объемное развитие взаимодействий;

4) кристаллизация.

На первой стадии сближаются материалы на расстояние порядка 10..100нм, при котором между частицами начинает проявляться физическое взаимодействие, обусловленное силами Ван-дер-Ваальса. Под действием этих сил в жидких фазах происходят дальнейшее самопроизвольное уменьшение расстояний между атомами и их поляризация на фазовых границах раздела с изменением орбит части внешних электронов, которые приводят к снижению потенциальной энергии атомов.

На 2 стадии происходит образование на поверхности более твердого из соединяемых материалов центров, активных в химическом отношении. Активный центр упрощенно - это частицы со свободными валентностями, которые могут возникнуть при разрыве связей в кристалле, в местах образования дефектов. Для активирования поверхностей вводится дополнительная энергия: тепловая, деформации, ультразвуковая.

Активирование с помощью энергии деформации приводит к тому, что все большая часть сопрягаемых поверхностей в зоне контакта включается в соприкосновение друг с другом, очищается от оксидных и адсорбционных пленок. Одновременно происходит размножение и выход дислокаций на контактную поверхность, а также химическое взаимодействие с образованием прочных связей.

При воздействии УЗ-колебаний наблюдается упрочнение поверхностных слоев в зоне сварки, что приводит к деформированию более глубоких слоев твердого тела с одновременным интенсивным тепловыделением, вызванного трением сжатых контактирующих поверхностей. В результате осуществляется релаксация напряжений вблизи поверхностных слоев, вовлечение в деформацию все больших объемов металла, разрастание мостиков схватывания.

С момента образования на контактных поверхностях активных центров наступает 3 стадия, при которой развивается взаимодействие соединяемых материалов, как в плоскости, так и в объеме зоны контакта. В плоскости контакта оно заканчивается слиянием очагов взаимодействия, что является необходимым условием возникновения прочных химических связей между материалами.