Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 86
Текст из файла (страница 86)
ти ра оты пока- дуговой езки так несомненную целесообразность и перспективность механиза и ции воздушноботки. у р, т к как достигаются высокие качество и эффективность об тк т ора- 1976, 264 с. 1. Антонов И. А. Газоплам н е ная обработка металлов.
М., «Машиностроение», азозлектрическая резка металлов. М., Машгиз, 1963, 174 с. 2. Васильев К. В. Г асильев К. В. Плазменно-дуговая резка. М., «Машиностроение», 1974, 111 4. Головченко В. С., Доброленский В. Р., Мисюров И. П. Тепловая в судостроении. Л., «Судостроени ., 1975, 272 с. 5. Евсеев Г. Б. Г лизманенко Д. Л. Оборудование и технология газопл м зов с. обработки металлов и иеметаллическнх мате риалов..; «Машиностроение», 1974, ур и технологии неорганических материалов. 6.
Плазменные процессы в металл гни -летию жм.. ыкалина. Под ред. акад. Б. Е. Патона. М., «Н~- 7. Рыкалин Н. Н. Расчеты те счеты тепловых процессов прн сварке М., Машгиэ, 1951, 296 с. сибян Э. М, Плазменно-дуговая аппаратура. Киев, «Техника», !971, 164 с. Глава 9 СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ СВАРКИ В течение последнего десятилетия в СССР и за рубежом получили широкое развитие разнообразные способы сварки в твердой фазе: термокомпрессионная, диффузионная, трением, ультразвуковая, клинопрессовая, индукционная, холодная, взрывом, магнитно-импульсная и др.
Этому способствовали, с одной стороны, разработка теоретических основ сварки в твердой фазе (1965 — 1972 гг.) и, с другой стороны, быстрый прогресс электронной техники, точного приборостроения н средств автоматизации. Способами сварки в твердой фазе (рис. 1) можно соединять практически любые металлические сплавы в однородном и разнородном сочетаниях, металлы с полупроводниками и керамиками, пластмассы и т. д. Чем выше степень локализации пластической деформации в зоне соединения, тем эффективнее способы сварки в твердой фазе обеспечивают точность размеров изделий, сохранение механических и специальных свойств свариваемых материалов и тем легче они позволяют соединять хрупкие материалы, особенно в разнородных сочетаниях.
При любых способах сварки в твердом состоянии соединение образуется в результате деформацнонного или термодеформацнонного воздействия на соединяемые материалы в зоне контакта. Независимо от характера н интенсивности этого воздействия природа образования соединения едина.
Различия заключаются в кинетике протекания бтдельных стадий процесса, которая определяется условиями нагрева, характером и интенсивностью деформации материалов, степенью локализации деформации и особенностями развития релаксационных процессов в приконтактной зоне. С позиций теории твердофазных топохимических реакций процесс образования соединения при всех способах сварки в твердой фазе протекает в три основные стадии 115, 29, 9!. 1.
О б р а з о в а н и е ф и з и ч е с к о г о к о н т а к т а, т. е. сближение атомов соединяемых материалов на расстояние, при котором возникает физическое взаимодействие (обусловленное дисперсионными силами типа Ван-дерВаальса), или расстояние, прн котором возможно слабое химическое взаимодействие. Это осуществляется за счет пластической деформации обоих (при соединении одноименных или близких по сопротивляемости пластическому деформированию) или более мягкого нз соединяемых материалов. Расчеты кинетики стадии образования физического контакта разработаны для процессов сварки с низкоинтенсивным силовым воздействием типа термокомпрессионной и диффузионной, для которых эта стадия достаточно продолжительна.
Эти расчеты основаны на анализе смятия микровыступов на поверхностях соединяемых материалов за счет ползучестн с учетом степени чистоты механической обработки поверхностей и изменения истинного напряжения по мере деформации микровыступов. 2. Активация контактных поверхностей (образование активных центров). При сварке одноименных материалов активация контактных поверхностей происходит одновременно с образованием физического контакта в процессе нх сближения при смятии отдельных микровыступов за счет пластической деформации.
При сварке разноименных материалов на этой стадии для образования соединения необходимо дополнительное время для образования активных центров на поверхности более твердого из соединяемых материалов. 353 352 Специальные виды сварки Сварка давлением Теория активных центров предусматривает, с одной стороны, дискретность процесса образования очагов взаимодействия (активных центров), а с другой стороны, коллективность взаимодействия атомов в поле активных центров. В общем случае активными центрами или очагами взаимодействия являются ноля упругих искажений кристаллической решетки, образующиеся на поверхностях соединяемых материалов Гомологачеокая гоемоерааура о зоне соединения в процессе упругопластической деформации.
Однако для образо- 0 Ого ЙЮ В7е чву вання активных центров совсем р ~б ечс е еее„~ ~раоаипочной прокладкой У-6 диффузионная В ооерхплоаптчном оосягоянои 1-о Ультрозууяооая Я,Хч в,р,ю„, ~, ужю !2Д8 Диффузионная с циклическим нвгружвниеи у-В Термокоморессионная г,,т грением А ФФу' у,2,х,з нронаоткой л'олодная рис. 1. Классификация способов сварки в та. Исследования экзоэлектронтвердой фазе по степени локализации пла- ной эмиссии с поверхности тверстической деформации и гомологической тем- дых тел в процессе их пластипературе (7/Тоо) в зоне соединения. Цифрами чсской дефоРмации показывают, указаны наиболее распространенные области что интенсивность эмиссии элекприменения (271: тронов в существенной мере зависит не только от уровня 1 — машиностроение; 2 — точное приборостроение; е — электРонная техника; е — электРотех- микронапряженнй в поле упру- ника; е — самолетостроение и космическая тех- гих искажений, но и от плотника; 6 — химическое и нефтяное машяыостРоевие ности потока вакансий, для которых места выхода дислокаций служат интенсивными стоками.
Это подтверждает мнение о значительной роли точечных дефектов в процессе активации контактных поверхностей при сварке в твердой фазе, особенно на релаксационной стадии взаимодействия. Поверхности твердых тел в атмосферных условиях, как правило, инертны, так как валентности их атомов насыщены связью с атомами окружающей среды. Даже в отсутствие окисных пленок, например, в условиях диффузионной сварки В е') а ь Ф3 им а Ы $Ъ не обязательно, чтобы приповерхностные слои обеих соединяемых повер хносте й подве ргались пластической деформации. Например, при соединении разнородных материалов с резко различной сопротивляемостью пластической деформации, таких как алюминий и кремний, в условияк термокомпрессионной и ультразвуковой сварки поверхность кремния при определенных параметрах режима не имеет следов пластической деформа. ции в виде дислокаций и полос скольжения.
В этом случае ак. тивными центрами на кремнии являются чисто упругие искажения, возникающие либо вследствие царапания деформационными микровыступами алюми. ния, либо в результате воздействия ультразвукового поля. При сварке одноименных металлов и сплавов, а также разнородных материалов с не слишком большой разницей в механических свойствах активные центры образуются, как правило, в местах ьыхода дислокаций и их скоплений в зону контак- в вакууме, когда они у большинства металлов диссоциируют или растворяются, на поверхностях имеется хемосорбированный слой. Несмотря на ионную природу, связь между адсорбированным кислородом и атомами металла на его поверхно- сти сильнее связи кислорода с металлом в окисле того же стехиометрического состава.
Так как величина теплоты адсорбции в большинстве случаев выше теп- лоты образования окисла, связь металл — кислород в комплексе хемосорбции энер- гетически более стабильна, чем связь металл †кислор в окисле. Это различие в стабильности оказывается решающим при оценке роли активных центров в про- цессе образования соединения при сварке в твердом состоянии.
Даже при разру- шении твердых тел в глубоком вакууме комплексы хемосорбции образуются за весьма короткое время вследствие сегрегации примесных атомов на поверхности путем диффузии из прилегающих объемов тела. В этом смысле понятие юве- нильных поверхностей весьма условно. Акт активации поверхностных атомов можно представить как процесс разрыва насыщенных связей, приводящий к по- явлению неспаренных электронов (радикалов), способных участвовать в химиче- ском взаимодействии. Следовательно, для развития в зоне контакта соединяемых материалов процессов электронного взаимодействия требуется определенная величина энергии для активации поверхностей. Такая энергия может сообщаться в виде теплоты (термическая активация), упругопластической деформации (меха- ническая активация), электронного, ионного и других видов облучения (ради- ационная активация).
При сварке металлов с металлоидами химическими соединениями метал- частности окислами а также с полупроводниками или интерметаллидами, лов, в ч о ятся обладающими полупроводниковыми своиствами, квантовые процессы св д к образованию прочных связей в основном ковалеитного типа. Когда соединяе- мые вещества обладают способностью к донорно-экцепторному взаимодействию, устанавливается координационно-ковалентная связь. Примерами таких веществ могут служить основные окислы (доноры) и кислые окислы (акцепторы). При непГсредственном соединении металлов с керамиками, в состав которых входят кислые окислы, координационно-ковалентная связь наиболее легко образуется в том случае, если на поверхности металла создан тонкий слой низших основных окислов, обладающих ярко выраженными донорными свойствами. Координанно-ковалентная связь не является единственным типом связи, обусловлива- ционно-ко ющей образование прочного соединения металла с другими веществ м . можно также образование парноэлектронной связи вследствие переключения (трансляции) валентных связей.
Длительность стадии активации принято оценивать на основе термофлуктуавнений теории абсолютных скоростей реакций, учитывающих вклад 289 . в энергию активации процесса не только температуры, но и напряжений ( 3, О б ъ е м н о е в з а и м о д е й с т в и е. Эта стадия наступает с момента образования активных центров на соединяемых поверхностях. В течение этой стадии происход р сходит развитие взаимодействия соединяемых материалов на актив- ных центрах как в пло а в плоскости контакта с образованием прочных химических свя- зей, так и в объеме зоны контакта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
