ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Поверхность свариваемых заготовок

На качество и надежность сварного соединения влияет состоя­ние реальной поверхности соединяемых тел. Реальная поверхность любого твердого тела характеризуется геометрическим и физическим факторами.

Геометрический фактор характеризуется отклонениями реаль­ной формы поверхности от номинальной (неплоскостность, оваль­ность, огранка.) и совокупностью неровностей (макрогеометриче - ские неровности - волнистость; и микрогеометрические неровности - шероховатость). Условно их различают по величине отклонения шага неровностей (Sw) к их высоте (Wz): Kz= Sw/ Wz. Отклонения формы имеют шаг Kz > 1000. Волнистость имеет шаг 1000> Kz > 40. Шерохо­ватость имеет шаг Kz < 40.

Г еометрический фактор определяет площадь фактического кон­такта соединяемых поверхностей. Чистые металлические поверхности заготовок при соприкосновении контактируют по выступам и впади­нам микронеровностей. Фактическая площадь контакта (опорная по­верхность) значительно меньше теоретической площади. При прило­жении к заготовкам давления, происходит смятие выступов микроне­ровностей. Заготовки сближаются. Увеличивается площадь опорной поверхности. При упруго - пластическом контакте пластическая де­формация возрастает до тех пор, пока нагрузка не будет уравновешена сопротивлением контактирующих поверхностей:

P = F Ca

1 1 опcaт,

где: P - сила сжатия; !оп - фактическая площадь опорной поверхно­сти; C - коэффициент, характеризующий жесткость микронеровностей; ат - предел текучести материала заготовок на сжатие.

Пластическое деформирование микронеровностей (следова­тельно, и увеличение фактической площади опорной поверхности) приводит к расширению зоны сварного соединения.

Физический фактор определяется состоянием поверхности твердого тела. Над металлической поверхностью существует облако непрерывно движущихся свободных электронов, покидающих по­верхность и снова возвращающихся в нее. Это облако покрывает ме­таллическую поверхность двойным электрическим слоем: облако электронов и вакансии в верхних слоях, появившееся за счет поки­нувших поверхность свободных электронов. Плотность электрическо­го заряда этого слоя зависит от микрогеометрии поверхности тела. Наибольший потенциал концентрируется на остриях микровыступов. На воздухе все выступы и впадины поверхности покрыты оксидными пленками и слоями адсорбированных молекул воды, газов и жировых веществ. Таким образом, поверхностный слой твердого тела имеет сложную систему адсорбированных слоев (рис. 1.6). Над физически чистой поверхностью 7 находятся слои оксидов 5 и 6, прочно связан­ных с металлом. Выше, возможно наличие адсорбированных слоев 4 воды, газов. Над ними располагаются адсорбированный слой кисло­родных ионов 4 и адсорбированный слой 3 полярных и неполярных молекул жировых веществ. Оксидный слой 5, непосредственно приле­гающий к металлической поверхности, представляет собой рыхлое покрытие. По мере увеличения толщины этого слоя, увеличивается упорядоченность его кристаллического строения и уменьшается ско­рость его образования. Наружный слой оксидного покрытия 5 элек­троположителен. Он адсорбирует на себя отрицательный слой кисло­родных молекул. Следовательно, окисленный металл покрыт двумя двойными электрическими слоями. Жировые молекулы образуют с металлом двойной электрический слой, что обеспечивает прочную связь металла и жировой пленки (при обработке металлической по­верхности растворителями, остается жировая пленка толщиной от 10 до 100 молекул). Жировые пленки глубоко проникают по все микро­трещины металлической поверхности.

Наличие трудноудаляемых адсорбированных электрически ак­тивных слоев газов, воды, жиров и оксидов препятствует образованию металлических связей при механическом сближении заготовок и тре­бует введения в зону сварки дополнительной (тепловой или механиче­ской) энергии расходуемой на разрушения этих слоев.