Физическая сущность процесса сварки металлов

Физическая сущность процесса сварки состоит в том, чтобы получить соединение металлов через установление молекулярных связей между свариваемыми металлами. И достигается это воздействием высоких температур, когда металлы совместно расплавляются в месте соединения, или воздействием высокого давления, когда металлы свариваются в твёрдом состоянии при совместной пластической деформации. Существуют способы сварки, при которых свариваемые металлы соединяются как посредством высокой температуры, так и посредством высокого давления, одновременно.

Процессы, протекающие при сварке металлов

Все виды сварки плавлением представляют собой сложные процессы, но в любом из этих видов происходят аналогичные, по своей природе, процессы. Можно выделить три основных процесса, протекающих при сварке металлов:
1. Сваривание металлов непосредственно друг с другом, или с помощью промежуточного расплавляющегося металла.
2. Воздействие тепла, которое выделяется при сварке, на свариваемый основной металл.
3. Плавление, металлургическая обработка и последующая кристаллизация металла, из которого состоит сварочный шов.

Связи, возникающие в процессе сварки металлов

После сварки металлов между ними образуется прочная металлическая связь. И эта связь очень схожа с той, которая действует между атомами в поликристаллических металлах и сплавах.

В металле или сплаве, имеющем поликристаллическую структуру, атомы расположены в отдельных кристаллитах. И между этими атомами, внутри кристаллов, действуют силы взаимодействия.

Взаимодействие атомов, и создание металлических связей между ними, происходит и в том случае, если атомы находятся в разных кристаллитах. Подобные межкристаллитные взаимосвязи, по своей сущности, аналогичны взаимосвязям атомов внутри одного кристаллита, но у них есть и свои особенности. Например, большое напряжение решетки кристаллитов. Межкристаллитное взаимодействие может возникать как между однородными атомами, так и между атомами разных элементов, входящих в состав сплава.

На рисунке ниже показано формирование кристаллитов сварного шва:

  1 - металл сварного шва, с содержанием углерода, обычно около 0,1%;
  2 - линия сплавления;
  3 - зона термического влияния, характерна ростом зёрен и растворением мелкозернистых включений;
  4 - область нормализации с мелкозернистой структурой;
  5 - зона рекристаллизации, частичное разрушение перлита, а, затем, его восстановление.

Характерные особенности процесса сварки, определяющие её сущность

Характерным отличием процесса сварки металлов, определяющим её сущность, является создание внутрикристаллических форм связей между свариваемыми металлами или сплавами, или между свариваемыми металлами и металлом сварного шва.

Ещё одной особенностью процесса сварки является то, что кристаллизация начинается от пограничных зёрен, частично оплавленных. И вполне очевидно, что атомы расплавленного металла, в процессе кристаллизации, продолжают кристаллическое строение пограничных зёрен. Поэтому между свариваемыми металлами и металлом шва и появляется постоянное внутрикристаллическое взаимодействие. Именно это и определяет физическую сущность процесса сварки.

Между соединяемыми металлами и металлом шва (либо, непосредственно между соединяемыми металлами, в зависимости от метода сварки) возникает постоянная металлическая связь из-за образования общих зёрен и граница между металлами практически исчезает.

Образование общих зёрен в процессе сварки называется процессом взаимной кристаллизации. А, соответственно, участок сварного соединения, на котором такой процесс происходит, называется областью взаимной кристаллизации.

Дополнительные материалы по теме: