Решебники для студентов » Механізм утворення зварного з’єднання

Механізм утворення зварного з’єднання

Відповідно до законів термодинаміки будь–який процес у природі іде самовільно без витрат зовнішньої енергії, якщо вільна енергія системи зменшується. У процесі зварювання відбувається зменшення сумарної вільної поверхні з’єднуємих тіл за рахунок об’єднання двох контактуючих поверхонь, що веде до зменшення вільної енергії усієї системи.
Однак на практиці самовласне зварювання тіл не відбувається по ряду причин, які наведені далі.
1. Наявність забруднення поверхні.
2. Наявність шорсткості поверхні.
3. Наявність поверхневого енергетичного бар’єру.
В об’ємі твердого тіла хімічні зв’язки між атомами симетричні (зрівноважені). У атомів, які знаходяться на поверхні, з одного боку хімічний зв’язок відсутній (якщо це вакуум) або ослаблений (якщо це повітря, рисунок 1.6), а тому атоми прилеглі до поверхні притягають їх до себе, зменшуючи відстань між кристалографічними площинами. Таким чином на поверхні твердого тіла має місце викривлення кристалічної гратки, а будь–яке викривлення пов’язано із прибутком енергії, тому на поверхні твердого тіла має місце поверхневий енергетичний бар’єр (рисунок 1.7).

Рисунок 1.6 — Викривлення кристалічної гратки поверхневого шару твердих тіл




W0 — енергія, яка необхідна атому для переміщення в середині
кристалічної гратки;
Wn — енергія, яка необхідна атому для виходу в навколишнє
середовище

Рисунок 1.7 — Енергетичний бар’єр потенційної енергії системи атомів на поверхні кристалу


4. Некогерентність кристалічної гратки (рисунок 1.8).

Δ — величина зміщення

Рисунок 1.8 — Схема зміщення кристалографічних осей кристалічних граток тіл, що з’єднуються


Для забезпечення процесу зварювання не достатньо наявності фізичного контакту, необхідно, щоб енергетичні поля атомів перекривалися. В тому випадку, якщо вони не перекриваються, хімічний зв’язок не утворюється і зварювання не відбудеться (це є некогерентність кристалічної гратки). Для уникнення цього, необхідно витратити енергію, щоб змістити атом для перекриття електронних полів цих атомів.
5. Наявність сил відштовхування.
Поверхня будь–якого твердого тіла має негативний заряд. Наявність електронної хмари навколо будь–якого твердого тіла забезпечує негативний заряд на його поверхні. Два тіла, які мають негативний заряд відштовхуються одне від одного, тому для зварювання потрібна енергія для подолання сил відштовхування.
6. Відсутність ненасичених хімічних зв’язків (активних центрів).
Для забезпечення процесу зварювання на поверхні, що зварюється, необхідно мати ненасичені (вільні) зв’язки.

===>>> Зміст