Материал: Технологические основы современных способов сварки. учебное пособие. Пешков В.В., Коломенский А.Б

Для них характерны высокие значения прочностных характеристик, модуля упругости, вязкости разрушения, ударной вязкости, более высокие температуры эксплуатации, чем у ПКМ; Таблица 1.4 Состав и физико-механические свойства некоторых лис-

тов МКМ при комнатной температуре

−ПКМ практически не имеют резервов увеличения поперечной и сдвиговой прочности за счет матрицы, а для МКМ данные показатели можно варьировать в значительных пределах. Например, для МКМ системы Al-В марки ВКА-1 на основе

31

алюминиевого сплава АД 1 прочность на сдвиг вдоль направления волокон составляет 80-100 МПа. Использование в качестве матрицы сплава АДЗЗ даёт прочность на сдвиг 120 -140 МПа;

−МКМ предпочтительнее, чем ПКМ, для получения конструкций высокой жёсткости, циклической долговечности и надёжности. В частности, в 5-7 раз возрастает показатель возможных предельных деформаций, которые обеспечивают безопасность работы агрегата в условиях повреждений и перегрузок;

−наиболее существенные преимущества МКМ имеют в конструкциях, испытывающих все возрастающие термические нагрузки, что характерно для многих узлов и агрегатов современной техники. Для МКМ в сравнении с ПКМ удельная прочность и модуль упругости стабильны в значительно более широком температурном интервале;

−большим преимуществом МКМ перед ПКМ является высокая ремонтопригодность конструкций. Ремонт агрегатов, выполненных из ПКМ, требует специальных условий: температуры, давления, влажности и пр. специального оборудования для проведения склейки с обеспечением необходимой прочности соединений. Для агрегатов из МКМ основной ремонтной операцией может быть сварка (аргонодуговая и контактная), которая обеспечивает достаточную прочность соединений и может проводиться в условиях ремонтных и эксплуатационных предприятий.

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СВАРКИ

По технологическому признаку в соответствии с ГОСТ 2601-84 сварка – это процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы

32

и их сплавы, металлы с неметаллическими материалами, а также композиционные материалы и пластмассы.

В настоящее время существует более 70 способов сварки, но наибольшее распространение получили способы сварки плавлением с использованием электрической дуги.

2.1. Классификация видов сварки

Все способы сварки в зависимости от состояния металла в зоне соединения можно разделить на две большие группы:

-сварка давлением (в твёрдой фазе), когда температура металла в зоне соединения не превышает температуру плавления свариваемых металлов;

-сварка плавлением (в жидкой фазе), когда металл в зоне

соединения нагревается выше его температуры плавления. Методы сварки плавлением получили широкое распро-

странение благодаря их следующим преимуществам:

1.Возможность сварки в монтажных и цеховых условиях.

2.Разнообразие применяемых типов соединений.

3.Широкие возможности сварки конструкций различных габаритов.

4.Большой диапазон свариваемых толщин металла – от нескольких микрон, например, при сварке световым лучом, до 1 м и более – при электрошлаковой сварке.

5.Возможность сварки швов в любых пространственных положениях.

6.Возможность изменения химического состава и свойств наплавленного металла.

Сварка плавлением, однако, имеет ряд недостатков:

1.Кристаллизация металла шва протекает при растягивающих напряжениях, что может приводить к образованию трещин.

2.Возможно образование (особенно при сварке разнородных металлов) в наплавленном металле хрупких интерметаллидных включений, закалочных структур, развитие ликва-

33

ционной неоднородности в шве, являющихся причинами возникновения трещин.

3. Образование напряжений и деформаций при сварке. Методы сварки давлением менее универсальны, чем

сварки плавлением, но могут иметь в ряде случаев преимущества. Применение сварки давлением значительно расширило диапазон свариваемых материалов, в том числе разнородных металлов, а также неметаллических материалов, исключило возникновение при сварке трещин, пористости, способствовало уменьшению деформации сварных узлов. Важным является тот факт, что сварка давлением вызывает менее значительные изменения свойств основного металла, чем сварка плавлением.

Методы сварки давлением легко поддаются механизации и автоматизации, характеризуются высокой производительностью.

В зависимости от вида энергии, используемой для образования сварного соединения, все виды сварки разделяют на три класса: термический, термомеханический и механический.

Ктермическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением свариваемых поверхностей с использованием тепловой энергии. К этому классу относят такие виды сварки как дуговая, плазменная, электрошлаковая, электроннолучевая, лазерная и др.

Ктермомеханическому классу относятся виды сварки,

осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления: контактная сварка, диффузионная сварка и др.

К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления: холодная сварка, сварка трением, ультразвуковая сварка и др.

2.2. Образование соединения при сварке

Задача сварки – получение соединений со свойствами, близкими к свойствам соединяемых материалов. Так как физи-

34

ческие и химические свойства твёрдых тел определяются их строением и природой межатомных связей, то для получения соединения необходимо сформировать между свариваемыми поверхностями химические связи, аналогичные действующим

втвёрдых телах.

Вузлах кристаллической решётки твёрдых тел находятся атомы (ионы), между которыми существует химическая связь: ионная, ковалентная, металлическая, Ван-дер-Ваальса.

Вионных кристаллах в узлах решётки находятся ионы, которые располагаются так, что силы кулоновского притяжения между ионами противоположного знака больше, чем силы отталкивания между ионами одного знака. Ионная связь обусловлена электростатическим взаимодействием противоположно заряженных ионов.

Межатомные связи могут быть обусловлены обобщением валентных электронов. Такие связи называются ковалентными. В основе их возникновения лежит обменное взаимодействие, или обменный эффект, обусловленный обменом атомов электронами и имеющий чисто ковалентную природу. Ковалентная связь имеет строго направленный характер. Все ковалентные связи, исходящие от данного атома, жёстко связывают его с каждым другим атомом, образуя гигантскую молекулу. Пластическая деформация кристаллов с такими связями возможна только при повышенной температуре.

При образовании металлических кристаллов атомы сближаются на такое расстояние, когда волновые функции валентных электронов существенно перекрываются. Валентные электроны получают возможность переходить от одного атома к другому и могут довольно свободно перемещаться по всему объему металла. Поэтому валентные электроны принято называть «коллективизированными». Металлическую связь в таких кристаллах можно представить как связь, возникающую за счет сил притяжения между решеткой из положительно заряженных ионов и окружающим их газом «коллективизирован-

35