1. ФИЗИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ СВАРКИ

Получение качественного соединения как сваркой давлением, так и сваркой плавлением зависит от атомно-кристаллического строения свариваемых металлов.

При сварке давлением качественное неразъемное соединение образуется при сближении свариваемых поверхностей на расстояние, позволяющее реализоваться силам межатомного взаимодействия и установить электронный обмен у возбужденных (активированных) атомов на свариваемых поверхностях. Поэтому для данного вида сварки имеют значение природа атомов, вступающих в контакт, условия активации атомов и факторы, препятствующие активации, характер межатомных связей свариваемых поверхностей .

При сварке плавлением для совместной кристаллизации металла шва и металла оплавленной свариваемой поверхности имеет значение характер взаимодействия атомно-кристаллических решеток в твердожидком и твердом состояниях, природа связей и другие факторы, связанные с атомно-кристаллическим строением этих металлов.

В связи с отмеченным явления, лежащие в основе получения качественных сварных соединений, надо рассматривать начиная с закономерностей атомно-кристаллического строения металлов.

1.1. РОЛЬ АТОМНОГО СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

Среди многих показателей, связанных с особенностями атомного строения металлов, для сварки наибольшее значение имеют следующие:

прочность связи наиболее легко отделяемых электронов внешней оболочки с ядром или ионом;

тип и прочность связи между атомами;

показатель свободной энергии поверхности.

В атоме электроны внешней оболочки наименее прочно связаны с ядром, что обусловлено как наибольшим удалением этих электронов от ядра, так и экранирующим влиянием силовых полей электронов промежуточных оболочек. Известно также, что прочность связи электронов внешней оболочки с ядром тем больше, чем выше степень заполнения внешнего электронного уровня электронами. При полностью укомплектованных внешних уров-4

нях связь этих электронов с атомами настолько велика, что они практически не могут отделиться и принять участие в электронном обмене, необходимом для образования сварных или химических соединений. Поэтому элементы с полностью достроенной внешней электронной оболочкой являются инертными.

Для образования сварного соединения при сварке давлением необходимо, чтобы между атомами свариваемых поверхностей, сближенных на определенное расстояние, установился электронный обмен. Только в этом случае может образоваться надежное неразъемное соединение.

Для установления между свариваемыми поверхностями электронного обмена необходимо, чтобы наименее прочно связанные с ядром электроны внешних электронных оболочек были способны отделиться от своего атома и перейти на внешнюю электронную оболочку атома другой свариваемой поверхности или же атомы обеих свариваемых поверхностей были способны «владеть» одновременно какими-то электронами внешних оболочек обоих атомов. Таким образом произойдет объединение атомов свариваемых поверхностей и образуется прочная связь.

О способности металлов образовывать неразъемное сварное соединение в результате объединения атомов сближаемых поверхностей можно, в определенной мере, судить по закреплению электрона на внешнем электронном уровне атома. Чем прочнее это закрепление и больше энергия связи, тем труднее электрону оторваться от своего атома и принять участие в электронном обмене с атомами другой свариваемой поверхности.

Исходя из изложенных положений, можно попытаться оценить свариваемость металлов сваркой давлением по особенностям строения атома и величине энергии (работы), которую надо затратить на отрыв электрона от атома.

К особенностям строения атома можно отнести атомный радиус — расстояние от центра ядра до внешней электронной оболочки. Чем больше это расстояние, тем меньше энергия связи внешнего электрона с ядром, и соответственно тем выше способность электрона к отрыву от атома и к сварке давлением. Ниже приведены атомные радиусы некоторых элементов:

Элемент.MgА1 И VСгМпРеСо

Атомныйрадиус, нм1,601,431,471,361,301,271,261,25

Элемент.№Си1п1т1ЧЬМоAgР1

Атомныйрадиус, нм1,251,281,371,601,471,391,441,39

Элемент.Аи

Атомныйрадиус, нм1,46

Данные элементы можно объединить в 13 групп, свариваемость, определяемая только расстоянием электрона до центра ядра, должна убывать от 1-й до 13-й группы:

Группа. 123 4 567

Элементы. Mg, 2т Т1, 1ЧЬ Аи Ag А1 Мо, Р1 2п

Группа. 89 10 11 12 13

Элементы. VСг Си Мп Ре Со, №