При сварке однороднв1Х металлов, которые имеют идентичные кристаллические решетки, способность к соединению определяется в основном рассмотренными закономерностями электронного строения атомов данного металла. При сварке разнородных металлов важное значение приобретает их атомно-кристаллическое строение. Чем меньше различие атомно-кристалличе-ского строения металлов, тем легче они Рнс 1.4. Дефекты кристал- соединяются при сварке. Близость лической решеткиатомно-кристаллического строения сое-

диняемых металлов означает близость энергетического состояния их атомов. А это значит, что атомы одного свариваемого металла способны энергетически благоприятно располагаться в кристаллической решетке другого свариваемого металла. Признаком такой близости является близость атомных радиусов и близость типов и параметров кристаллических решеток:

Металл.a-Fey-Fe Ni Al. MgCu Cr Mo

Тип решетки . .ОЦКГЦКГЦКГЦКГПУ ГЦК ОЦК ОЦК Параметр решетки, нм .2,93,63,5 4,0a = 3,2 3,6 2,9 3,1

Атомный радиус,

нм.1,241,241,251,431,60 1,28 1,25 1,36

Металл.WAg PtP-TiPba-Sn

Тип решетки. . .ОЦКГЦКГЦКОЦКГЦК Кубическая Параметр решетки, нм.3,24,13,93,34,9 6,5

Атомный радиус,

нм.1,371,441,391,441,75 1,54

Атомная решетка реальных кристаллов не является идеальной по построению. Дефекты кристаллической решетки (рис. 1.4) в виде вакансий 1 или дислокаций 2 приводят к созданию областей с повышенной свободной энергией в результате отсутствия уравновешенных связей. В местах с повышенной свободной энергией активность прилежащих атомов повышена, поэтому выход дефектов кристаллического строения на свариваемые поверхности создает условия, требуемые для образования центров схватывания. Движению и выходу на поверхность дефектов кристаллического строения способствует деформация свариваемых поверхностей. Показателем способности металла к выходу дислокаций на поверхность при деформации может служить энергия активации сдвига:

Металл . Ре Сг Мо XV V № А£ А1 Си

Энергия активации,

10~20 Дж . 3,52 3,20 3,04 7,85 2,88 3,84 1,35 1,49 1,76

Чем выше этот показатель, тем меньше вероятность выхода дислокаций на поверхность схватывания при сварке давлением. 12

2. ТЕРМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ СВАРКИ, ПРЕДОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Большая часть применяемых на практике видов сварки основана на локальном концентрированном нагреве участков свариваемых изделий до температур плавления или пластического течения. К сварке плавлением относятся дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая и другие виды сварки. Сварочные процессы с местным нагревом металла до пластического состояния реализуются при контактной сварке сопротивлением, газопрес-совой сварке и некоторых других способах. От степени нагрева металла и характера распределения теплоты и деформаций в изделии зависят структурно-фазовые превращения, механические, технологические и служебные свойства сварных соединений. Возникновение сварочных напряжений также зависит от цикла нагрева и охлаждения свариваемого изделия. Кроме того, интенсивность протекания тепловых процессов предопределяет такие важные параметры сварочного процесса, как производительность и технико-экономическая эффективность. Таким образом, практически все процессы, протекающие в металлах при сварке, зависят от термических циклов сварки и в значительной степени могут определяться их параметрами. Поэтому в теории сварочных процессов, разрабатываемой отечественными и зарубежными исследователями, важное место отводится вопросам расчетного и экспериментального определения термических циклов сварки.

Важнейшими параметрами термических циклов сварки околошовного участка зоны термического влияния (ЗТВ) сварных соединений сталей, претерпевающих полиморфное превращение, являются следующие: tmsx — максимальная температура цикла; шн — скорость нагрева в интервале температур от температуры критической точки Асъ до £тах; х', т" и тс — время пребывания металла выше критической точки Ас3 соответственно при нагреве, охлаждении и суммарное; иа800_500, &%ю-5оо — скорости охлаждения в интервалах температур превращения аустенита 800—500 и 600—500 °С, а также соответствующие этим интервалам температур длительности охлаждения т800_500 и хв00_500; на — мгновенная скорость охлаждения при температуре наименьшей устойчивости аустенита tsmn.

На основе решения уравнения теплопроводности применительно к различным условиям схематизации процессов сварки получены следующие расчетные зависимости, широко используемые для определения термических циклов сварки и их параметров 158, 91 ].