Сварка – технологический процесс получения неразъёмных соединений материалов посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагреве и (или) пластическом деформировании (схема 1).
В разработке метода получения неразъёмных соединений материалов путём их сварки ведущая роль принадлежит отечественным инженерам и учёным. В 1882 г. Н.Н. Бенардос и в 1888 г. Н.Н. Славянов предложили первые практически пригодные способы сварки с использованием электрической дуги.
Физические основы и классификации методов сварки
Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий:
- освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов;
- энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие;
- сближение свариваемых поверхностей на расстояние, сопоставимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках.
Свариваемость – свойства металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки сварные соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.
Безотносительно к виду конструкции и её назначению свариваемость материалов оценивают степенью соответствия заданных свойств сварного соединения одноимённым свойствам основного металла и их склонностью к образованию таких сварочных дефектов, как трещины, поры, шлаковые включения и др.
По этим признакам материалы разделяют на: хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо свариваемые.
Свариваемость материалов в основном определяется типом и свойствами структуры, возникающей в сварном соединении при сварке. При сварке однородных материалов прочность оценивается как хорошая или удовлетворительная. При сварке разнородных материалов – ограниченная или плохая.
Схема 1. Методы сварки
В зависимости от состояния металла в зоне соединения и использования внешних сил различают способы сварки плавлением и давлением.
Виды сварки плавлением:
- дуговая,
- плазменная,
- электронно-лучевая,
- лазерная,
- электрошлаковая,
- газовая и др.
Виды сварки давлением:
- холодная,
- контактная,
- ультразвуковая,
- диффузионная,
- трением,
- взрывом и др.
В процессе сварки плавлением в сварочной ванне за короткий промежуток времени протекают сложные процессы взаимодействия компонентов материала заготовок, электрода и присадки. Материалы, составляющие сварочную ванну, представляют собой основной металл заготовок, легирующие элементы, образующиеся растворённые газы и посторонние включения. Компоненты сварочной ванны взаимодействуют между собой, с газами атмосферы, с материалом покрытий и шлаковой ванны. В результате по химическому составу и свойствам сварной шов может значительно отличаться от основного металла заготовок.
При изучении микроструктуры сварного соединения выявляются три зоны: основного термического влияния (ЗТВ) и наплавленного металла сварного шва (рис. 1).
В свою очередь, в зоне в зоне термического влияния (ЗТВ) также можно выделить шесть участков: 1 – 2 – участок неполного расплавления металла, является переходным от зоны наплавленного металла сварного шва к основному металлу. В этой области отмечено сплавления зёрен шва и основного металла при кристаллизации и свойства этого металла определяют свойства сварного шва в целом; 2 – 3 – участок перегрева, на котором металл нагревается 1500оС. После затвердевания металл этого участка имеет крупнозернистое строение с пониженной пластичностью. Для углеродистых сталей возможно появление закалочных структур; 3 – 4 – участок нормализации, после охлаждения имеет мелкозернистую с высокими механическими свойствами; 4 – 5 – участок неполной рекристаллизации, здесь крупные зёрна феррита в структуре окружены мелкими зёрнам
Рис. 1. Строение зоны термического влияния сварного шва: 1 – 6 – участки соответственно неполного расплавления, перегрева, нормализации, неполной перекристаллизации, рекристаллизации и синеломкости феррита и перлита; 5 – 6 – участок рекристаллизации. Участок часто наблюдается после сварки заготовок, прошедших предварительную пластическую деформацию (поковки, прокат). Для металла на этом участке характерно восстановление формы и размеров разрушенных при деформации зёрен; начиная от границы 6 металл характеризуется синеломкостью, металл здесь в процессе ведения сварки нагревается до 200 – 400 оС, что соответствует синим цветам побежалости и характеризуется снижением пластичности металла.