Таким образом, чтобы получить прочное соединение твердых 1г.п, нужно обеспечить взаимодействие их поверхностных атомов. Для лого последние необходимо сблизить настолько, чтобы между ним» могли возникнуть межатомные связи, т. е. на расстояния порядка атомных радиусов. В жидкостях такое сближение достигается сравнительно легко за счет подвижности частиц, но для твердых тел возникают значительные трудности. Их поверхности даже при самой тщательной обработке имеют неровности — выступы и впадины, размеры которых по сравнению с размерами атома огромны. При наложении поверхностей двух тел фактическое соприкосновение произойдет лишь в отдельных физических точках. Возможность сцепления атомов соприкасающихся поверхностей затрудняется тем, что в обычных условиях они всегда покрыты пленками оксидов, адсорбированных газов, всевозможных загрязнений. Эти пленки как броней защищают поверхность металла от соприкосновения.

Рассмотрим основные способы соединения твердых материалов за счет молекулярных сил сцепления.

Сварка. Соединение может образовываться без применения промежуточного материала, отличного от соединяемого металла, или с подачей его в зону сварки. Трудности получения прочного соединения преодолеваются нагревом соединяемых частей либо механическим сдавливанием или осадкой их. Нагрев ослабляет связи между атомами, делает их более подвижными, снижает твердость металла и повышает его пластичность — способность к пластическим деформациям. Осадка создает пластические деформации, вызывает течение металла вдоль поверхности раздела и его перемешивание, разрушает поверхностные слои металла, выводит на поверхность внутренние, свежие — ювенильные (не бывшие в соприкосновении с атмосферой) слои металла, сближает соединяемые поверхности и способствует соприкосновению их атомов. Нагрев и осадка при сварке взаимосвязаны: чем выше нагрев, тем меньше давление осадки и наоборот. Если нагрев в зоне сварки ведут до расплавления металла, осадка становится излишней. Обратный случай — холодная сварка. Соединение осуществляется высоким давлением осадки, металл остается все время холодным. Большинство способов сварки используют одновременно и нагрев и осадку.

Сварное соединение возникает в тонком слое, зона сварки носит пленочный характер. Увеличению толщины слоя сварки и повышению прочности сварного соединения могут способствовать процессы взаимного растворения, диффузии и кристаллизации металла соединяемых частей, протекающие более медленно.

Применяемые способы сварки (их существует более сотни) очень разнообразны. Их можно разделить на способы сварки плавлением (сварка в жидкой фазе) и сварки давлением (сварка в твердой фазе).

При сварке плавлением металл в зоне сварки расплавляется и переходит в жидкое состояние, соединение возникает за счет само-'4 произвольного слияния и взаиморастворения металла соединяемых

частей, осадочное давление обычно не применяется. Металл сварного соединения по химическому составу и структуре значительно отличается от металла соединяемых частей. Свариваемый металл не требует особенно тщательной очистки: расплавляются как металл, так и загрязнения его поверхности, переходящие в шлак.

Для сварки давлением достаточен нагрев до меньших температур, а иногда — при соответствующем увеличении осадочного давления — и вовсе не требуется (холодная сварка). Сварка давлением не изменяет химического состава металла, а структуру меняет лишь незначительно. При этой сварке есть возможность приблизиться к идеальному случаю полного тождества металлов в зоне сварки н вне ее, полной неразличимости зоны сварки при металлографическом исследовании. Сварка давлением требует более тщательной подготовки и зачистки соединяемых поверхностей.

Преимуществами сварки обычно- являются высокая производительность процесса и хорошая прочность сварных соединений. К недостаткам сварки можно отнести довольно значительную стоимость и сложность оборудования, применение высоких температур, значительную потребную мощность установок.

Пайка — процесс, родственный сварке плавлением. Шов, соединяющий детали, заполняется особым металлом — припоем, представляющим собой специальный сплав, по составу совершенно отличный от металла соединяемых деталей и более легкоплавкий. Расплавленный припой наносится на зачищенные кромки соединяемых частей, смачивает их и по затвердевании и кристаллизации образует соединительный шов. При этом возможны также процессы взаимного растворения и диффузии.

Припои весьма разнообразны по составу и назначению. Основой припоя чаще служит олово, реже — медь, серебро. Припой должен хорошо смачивать основной металл, адгезия (прилипание) припоя к основному металлу должна превышать когезию (сцепление частиц припоя). Паяют преимущественно металлы, хотя возможна и довольно широко применяется пайка неметаллических материалов, например керамики. Наиболее характерная особенность пайки и отличие ее от сварки плавлением состоят в том, что основной металл не плавится, а в твердом состоянии смачивается жидким припоем. От клейки (см. ниже) пайка отличается наличием взаимодействия припоя с основным металлом и характером затвердевания припоя: из жидкого состояния в твердое припой переходит в узком интервале температур. Расплавленный припой практически не оказывает сопротивления сдвигу, прочность соединения возникает лишь с затвердеванием припоя. Для очистки поверхности металла от оксидов и различных загрязнений, для улучшения смачивания при пайке широко применяют флюсы.

Преимуществами пайки являются небольшой нагрев металла, возможность широкой механизации и автоматизации процесса. К недостаткам можно отнести трудности пайки изделий больших размеров, значительную стоимость и дефицитность многих припоев,