5.Структура поверхностей металлов, подлежащих сварке.

Реальные поверхности металлов, между которыми в процессе сварки происходит формирование неразъемного соединения, имеют геометрические и другие особенности, отличающие их от идеальных поверхностей. Различают макрогеометрию – волнистость поверхности и микрогеометрию – шероховатость поверхности.

Волнистостью принято называть совокупность регулярно периодически повторяющихся выступов и впадин, расстояние между которыми значительно больше их высоты (L_в/h_в ≥ 40). Шероховатость – совокупность микровыступов с относительно малым шагом (2… 800 мкм) и высотой 0,03…400 мкм. Контакт между такими поверхностями всегда дискретен.

Различают номинальную площадь контакта (S_н = аb), очерченную внешними границами соприкасающихся поверхностей; контурную площадь S_к, представляющую собой сумму площадок, расположенных на гребнях волнистостей и несущих на себе микровыступы, и фактическую площадь S_ф, являющуюся суммой фактических элементарных контактных площадок. Именно на фактической площади контакта образуются первоначальные металлические связи между сближенными свариваемыми поверхностями. В соотв-и с этим различают номинальное р_н, контурное р_к и фактическое р_ф давления, являющиеся частными от деления приложенного в процессе сварки усилия на соответствующую площадь.

В зависимости от характера и качества свариваемой поверхности диаметр элементарной площадки может быть порядка 3…50 мкм. Суммарная фактическая площадь слабо нагруженного контакта составляет 0,01 … 0,1 % от его номинальной площади, а контурная площадь при тех же условиях составляет 5…15 % от номинальной площади контакта.

Непосредственно после обработки металла резанием поверхность лишь малые доли секунды остается ювенильной, т.е. совершенно чистой, без окислов и загрязнений. Ювенильная поверхность может существовать в течение продолжительного времени только в вакууме. На воздухе поверхностный слой металла в течение нескольких секунд покрывается оксидной пленкой. Скорость роста этой пленки зависит от ее строения и от состава окружающей воздушной среды. Послед-ть располож-я слоев (жир, влага, газы, пылевые частицы) может быть различной в завис-ти от условий хранения металла на воздухе.

Наличие оксидной пленки и загрязнений на пов-х, подлежащих св-ке, оказ-т большое влияние на процесс соед-я металлов и качество соединений. При сварке плавлением большинства металлов и сплавов оксидные пленки не играют существенной роли в связи с нагревом зоны сварки до температур, значительно превышающих Т_пл. Для соед-я металлов в твердой фазе оксидные пленки предст-т собой одно из самых больших препятствий.

Тонкий слой масел, парафинов и жирных кислот, удерж-ся на пов-ти металла адсорбционными силами, имеет свойства, абсолютно отлич-ся от св-в того же вещества, не связанного с металлической пов-ю. В-во тонкого граничного слоя приобретает упругость твердого тела. Для подтверждения этого положения можно привести такой пример. К двум плоским дискам, имеющим на своих пов-х масляные слои, прикладывали сжимающее усилие. С увеличением усилия сжатия толщина масляного слоя между дисками уменьшалась. После достижения некот-й минимальной толщины слоя дальнейшее вытеснение масла практически стало невозможным. Поэтому перед сваркой давлением, особенно без подогрева, требуется тщательное обезжиривание поверхностей свариваемых деталей.