Что значит установление межатомных связей между соединяемыми металлами
Технологии, секреты, рецепты
Имитация черного дерева (протрава).
Гладко обструганное черное (эбеновое) дерево имеет чистый черный цвет без блеска и обладает столь мелким строением волокон, что последнее невозможно увидеть невооруженным глазом. Удельный вес этого дерева очень велик. Полируется черное дерево настолько хорошо, что отполированная поверхность е. Подробнее
Имитации орехового дерева (протрава).
Обыкновенное ореховое дерево имеет светло-бурый оттенок, который даже после полирования выглядит не очень красиво. Поэтому натуральному ореховому дереву следует придать более темный тон, что достигается обработкой раствором марганцовокислого калия. Как только дерево высохнет, этот раствор наносят втори. Подробнее
Имитации розового дерева (протрава).
Розовое дерево отличается темно-красными жилками. Для имитации этого дерева берется клен, как наиболее подходящий по своему строению. Кленовые дощечки или фанеры должны быть тщательно отшлифованы, прежде чем идти в обработку, так как только в этом случае они хорошо прокрашиваются.
Имитация дубового дерева (протрава).
Варят в течение часа смесь из 0,5 кг кассельской земли, 50 г поташа в 1 литре дождевой воды, затем полученный темный отвар процеживают через полотно и варят до сиропообразного состояния. После этого выливают ее в совершенно плоские ящики из жести (крышки из-под жестянки), дают затвердеть и измельчают при. Подробнее
Имитация красного дерева (протрава).
Имитация палисандрового дерева (протрава).
Палисандровое дерево имеет темно-бурую окраску с характерными красноватыми жилками. Так как ореховое дерево ближе всего к палисандровому, то для имитации последнего и берут ореховое, с другими сортами дерева не получается такой красивой подделки.
Ореховое дерево сначала шлифуют пемзой, а потом р. Подробнее
Имитация серого клена (протрава).
В качестве серой протравы для дерева хорошо использовать растворимую в воде прочную и легкую анилиновую краску нигрозин. Раствор 7 частей нигрозина в 1000 частях воды окрашивает дерево в красивый серебристо-серый цвет, который настолько прочен, что даже по прошествии двух лет нисколько не изменяется.
Образование межатомных связей при сварке
Хорошо известно, что конструкционные материалы представляют собой агрегат атомов (ионов), находящихся во взаимодействии. Физические и прочностные характеристики твёрдых тел определяются расположением атомов (ионов) и химическими связями, действующими между ними.
Все твердые тела сопротивляются как деформации растяжения, так и деформации сжатия. Следовательно, между частицами твердого тела действуют как силы притяжения, так и силы отталкивания. При определенном расстоянии между частицами эти силы уравновешиваются, что и соответствует равновесному состоянию кристалла. В грубом приближении это может быть пояснено механической моделью (рисунок 1), представляющей собой два шарика, соединенных натянутым резиновым шнуром и сжатой спиральной пружиной. Шарики находятся в равновесии, так как сила натяжения шнура уравновешена расталкивающей силой сжатия пружины.
На самом же деле картина значительно сложнее, так как силы взаимодействия между частицами тела находятся в более сложной зависимости от расстояния между ними, чем упругие силы. Теория и опыт показывают, что силы притяжения между частицами твердого тела проявляются уже при таких расстояниях, при которых силы отталкивания еще не сказываются. Те и другие силы возрастают с уменьшением расстояния между частицами, но силы притяжения возрастают значительно медленнее, чем силы отталкивания.
Для того, чтобы сварное соединение обладало теми же свойствами, что и свариваемые материалы, необходимо в зоне соединения (между свариваемыми поверхностями) сформировать такие же химические связи, как и в соединяемых материалах.
Для пояснения процесса образования сварного соединения рассмотрим схематически соединение двух монокристаллов с идеально чистыми и идеально ровными поверхностями (рисунок 2).
Соединение таких монокристаллов (состояние а) в единое целое (состояние б) произойдёт, если сблизить их поверхности на расстояние равное или близкое параметру кристаллической решётки 0,0002-0,0003 мкм.
При сближении таких поверхностей их контактирование произойдёт не по всей поверхности, а лишь в отдельных точках (рисунок 3).
Задача соединения реальных поверхностей металлов в одно целое значительно осложняется и наличием на контактных поверхностях, помимо микровыступов, оксидов, адсорбированных газов, влаги, органических (жировых) загрязнений.
Образование металлических связей возможно при условии удаления с контактных поверхностей загрязнений (наиболее прочными из которых являются оксиды) и обеспечения сплошности физического контакта, т. е. при сближении свариваемых поверхностей на расстояние параметра кристаллической решётки по всей поверхности соединения.
Наименьшую высоту микровыступов на свариваемых поверхностях обеспечивает их особо чистовое полирование, но и после такой трудоёмкой обработки высота микровыступов в сотни раз больше параметра кристаллической решетки. Поэтому образование сварного соединения (сближение свариваемых поверхностей, удаление оксидов и образование металлических связей) может происходить в процессе пластической деформации свариваемых поверхностей под действием приложенных сжимающих давлений или в процессе оплавления поверхностей с последующим самопроизвольным образованием общей сварочной ванны. Следовательно, все способы сварки можно условно разделить на сварку давлением и сварку плавлением.
Сварка давлением может осуществляться без подогрева (холодная сварка) и с подогревом. При холодной сварке необходима деформация более 90 %, в процессе которой происходит смятие микровыступов на свариваемых поверхностях и разрушение оксидных плёнок (рисунок 4).
Подогрев свариваемых заготовок облегчает процесс сварки, и соединение происходит при значительно меньшей деформации (рисунок 5).
Формированию сварного соединения могут препятствовать поверхностные загрязнения, прежде всего — оксиды. При этом оксиды могут растворяться в сварочной ванне (например, при сварке сталей, титана и др.) и загрязнять сварной шов кислородом. Если же оксиды тугоплавкие и нерастворимы в жидком металле, то они препятствуют сплавлению металла и образованию общей сварочной ванны (например, при сварке алюминия). В этом случае изыскивают приёмы, обеспечивающие разрушение и удаление оксидов в процессе сварки.
Таким образом, процесс сварки следует рассматривать как совокупность технологических приёмов (расплавление свариваемых поверхностей с образованием сварочной ванны, нагрев и деформация свариваемых заготовок и пр.) для установления межатомных связей на границах раздела соединяемых заготовок.
При сварке давлением также могут происходить изменения фазового состава и микроструктуры свариваемых заготовок, так как металл может нагреваться выше температуры рекристаллизации и фазовых превращений. Но эти изменения не столь существенны, как при сварке плавлением.
Поэтому при рассмотрении процесса образования сварного соединения в условиях сварки плавлением следует ознакомиться с закономерностями:
· изменения химического состава металла сварного шва;
· формирования структуры соединения;
образования внутренних (сварочных) напряжений, возникающих при неравномерном нагреве и способных вызывать деформации свариваемых конструкций и даже разрушение сварного соединения.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Возникновение межатомных связей в этих условиях приводит к прочному соединению деталей. К способам сварки давления относятся диффузионная, контактная, индукционная, газопрессовая, ультразвуковая, сварка, а также сварка трением, холодная сварка, сварка взрывом и конденсаторная. [1]
При этом разрушается кристаллическая решетка и образуется жидкая металлическая ванна 3, общая для двух свариваемых заготовок, называемая сварочной ванной. Поверхностные пленки разрушаются или всплывают на поверхность сварочной ванны. Жидкий металл смачивает оплавленные поверхности, что обеспечивает возникновение межатомных связей между соприкасающимися атомами жидкой и твердой фаз. На второй стадии при охлаждении происходит кристаллизация с образованием межатомных связей. [7]
При сварке давлением соединение заготовок достигается путем совместной пластической деформации соединяемых поверхностей. Пластическая деформация осуществляется за счет приложения внешнего усилия; при этом материал в зоне соединения, как правило, нагревают с целью повышения пластичности. В процессе деформации происходит смятие неровностей, разрушение окисных пленок, в результате чего обеспечивается плотный контакт между заготовками. Возникновение межатомных связей в этих условиях приводит к прочному соединению деталей. К способам давления относятся: контактная, индукционная, диффузионная, ультразвуковая, газопрессовая, сварка трением и холодная сварка. [9]
Расплавленные объемы металла ( рис. 136, б) в месте соединения свариваемых деталей самопроизвольно образуют общий объем металла ( рис. 136, в), называемый сварочной ванной. Процесс образования сварочной ванны сопровождается разрушением оксидной пленки на кромках. При этом связи между атомами в объеме сварочной ванны и на границе с твердой фазой не нарушаются. Таким образом, процесс образования жидкого металла сварочной ванны является первой стадией возникновения межатомной связи между соединяемыми элементами. [11]
Что значит установление межатомных связей между соединяемыми металлами
Хорошо известно, что конструкционные материалы представляют собой агрегат атомов (ионов), находящихся во взаимодействии. Физические и прочностные характеристики твёрдых тел определяются расположением атомов (ионов) и химическими связями, действующими между ними.
Все твердые тела сопротивляются как деформации растяжения, так и деформации сжатия. Следовательно, между частицами твердого тела действуют как силы притяжения, так и силы отталкивания. При определенном расстоянии между частицами эти силы уравновешиваются, что и соответствует равновесному состоянию кристалла. В грубом приближении это может быть пояснено механической моделью (рис. 1.1), представляющей собой два шарика, соединенных натянутым резиновым шнуром и сжатой спиральной пружиной. Шарики находятся в равновесии, так как сила натяжения шнура уравновешена расталкивающей силой сжатия пружины.
Рис. 1.1. Модель межатомных сил в твёрдом теле
На самом же деле картина значительно сложнее, так как силы взаимодействия между частицами тела находятся в более сложной зависимости от расстояния между ними, чем упругие силы. Теория и опыт показывают, что силы притяжения между частицами твердого тела проявляются уже при таких расстояниях, при которых силы отталкивания еще не сказываются. Те и другие силы возрастают с уменьшением расстояния между частицами, но силы притяжения возрастают значительно медленнее, чем силы отталкивания.
Для того, чтобы сварное соединение обладало теми же свойствами, что и свариваемые материалы, необходимо в зоне соединения (между свариваемыми поверхностями) сформировать такие же химические связи, как и в соединяемых материалах.
Для пояснения процесса образования сварного соединения рассмотрим схематически соединение двух монокристаллов с идеально чистыми и идеально ровными поверхностями.
Соединение таких монокристаллов в единое целое произойдёт, если сблизить их поверхности на расстояние равное или близкое параметру кристаллической решётки 0,0002-0,0003 мкм.
При сближении таких поверхностей их контактирование произойдёт не по всей поверхности, а лишь в отдельных точках.
Задача соединения реальных поверхностей металлов в одно целое значительно осложняется и наличием на контактных поверхностях, помимо микровыступов, оксидов, адсорбированных газов, влаги, органических (жировых) загрязнений.
Образование металлических связей возможно при условии удаления с контактных поверхностей загрязнений (наиболее прочными из которых являются оксиды) и обеспечения сплошности физического контакта, т. е. при сближении свариваемых поверхностей на расстояние параметра кристаллической решётки по всей поверхности соединения.
Наименьшую высоту микровыступов на свариваемых поверхностях обеспечивает их особо чистовое полирование, но и после такой трудоёмкой обработки высота микровыступов в сотни раз больше параметра кристаллической решетки. Поэтому образование сварного соединения (сближение свариваемых поверхностей, удаление оксидов и образование металлических связей) может происходить в процессе пластической деформации свариваемых поверхностей под действием приложенных сжимающих давлений или в процессе оплавления поверхностей с последующим самопроизвольным образованием общей сварочной ванны. Следовательно, все способы сварки можно условно разделить на сварку давлением и сварку плавлением.
Сварка давлением может осуществляться без подогрева (холодная сварка) и с подогревом. При холодной сварке необходима деформация более 90 %, в процессе которой происходит смятие микровыступов на свариваемых поверхностях и разрушение оксидных плёнок.
Подогрев свариваемых заготовок облегчает процесс сварки, и соединение происходит при значительно меньшей деформации.
Формированию сварного соединения могут препятствовать поверхностные загрязнения, прежде всего — оксиды. При этом оксиды могут растворяться в сварочной ванне (например, при сварке сталей, титана и др.) и загрязнять сварной шов кислородом. Если же оксиды тугоплавкие и нерастворимы в жидком металле, то они препятствуют сплавлению металла и образованию общей сварочной ванны (например, при сварке алюминия). В этом случае изыскивают приёмы, обеспечивающие разрушение и удаление оксидов в процессе сварки.
Таким образом, процесс сварки следует рассматривать как совокупность технологических приёмов (расплавление свариваемых поверхностей с образованием сварочной ванны, нагрев и деформация свариваемых заготовок и пр.) для установления межатомных связей на границах раздела соединяемых заготовок.
При сварке давлением также могут происходить изменения фазового состава и микроструктуры свариваемых заготовок, так как металл может нагреваться выше температуры рекристаллизации и фазовых превращений. Но эти изменения не столь существенны, как при сварке плавлением.
Поэтому при рассмотрении процесса образования сварного соединения в условиях сварки плавлением следует ознакомиться с закономерностями:
Сварные соединения. Сварные соединения – неразъёмные соединения, образованные посредством установления между деталями межатомных связей
Сварные соединения – неразъёмные соединения, образованные посредством установления между деталями межатомных связей, при помощи расплавления соединяемых кромок, их пластического деформирования или совместным действием того и другого.
Сварные соединения нашли самое широкое применение в промышленности. Без применения сварки в настоящее время не выпускается практически ни одна машина. Многие автомобили имеют сварные рамы, корпус заднего моста, диски колёс, кузова.
Широкому распространению сварных соединений способствовало наличие у них большого числа преимуществ перед клёпаными соединениями.
Достоинства сварных соединений:
1. высокая технологичность сварки, обусловливающая низкую стоимость сварного соединения;
2. снижение массы сварных деталей по сравнению с литыми и клёпаными на 25…30%;
3. возможность получения сварного шва, равнопрочного основному металлу (при правильном конструировании и изготовлении);
4. возможность получения деталей сложной формы из простых заготовок;
5. возможность получения герметичных соединений;
6. высокая ремонтопригодность сварных изделий.
Недостатки сварных соединений:
1. коробление (самопроизвольная деформация) изделий в процессе сварки и при старении;
2. возможность создания в процессе сварки сильных концентраторов напряжений;
3. сложность контроля качества сварных соединений без их разрушения;
4. сложность обеспечения высокой надежности при действии ударных и циклических, в том числе и вибрационных, нагрузок.
По способу образования сварного шва сварные соединения можно разделить на образованные с расплавлением соединяемых кромок(сварка плавлением) и без расплавлениякромок соединяемых деталей. Из наиболее распространённых способов к сварке плавлением относятся соединения, выполненные электродуговой сваркой с различными её модификациями (ручная дуговаяплавящимся и неплавящимся электродом, сварка под слоем флюса, сварка в среде защитных газов и пр.), газовой сваркой(при нагреве свариваемых кромок теплом газового пламени), электрошлаковой сваркой, сваркой лазерным лучом, электронным пучком и некоторые другие виды сварных соединений.
В группу соединений без расплавления кромок входят соединения, выполненные кузнечной сваркой, всеми видами контактной сварки (стыковой, точечной, шовной), сваркой посредством пластического холодного деформирования, сваркой взрывом, диффузионной сваркой в вакууме, сваркой трением и другие виды соединений.
В настоящее время основная масса сварных соединений, выполненных электродуговой сваркой стандартизованы. По взаимному расположению частей сварного соединения последние можно разделить на 5 основных типов: стыковое, угловое, тавровое, нахлёсточное и торцовое.
Металл, затвердевший после расплавления и соединяющий сваренные детали соединения, называют сварочным швом. Формирование сварочного шва сопровождается частичным оплавлением поверхностей деталей, участвующих в образовании сварного соединения. Поверхности свариваемых деталей, подвергающиеся частичному оплавлению при формировании сварчного шва и участвующие в образовании соединения, называются свариваемыми кромками.
По аналогии с заклёпочными швами сварные швы по функциональному назначению делят на прочные, от которых не требуется обеспечение герметичности, плотные, главное требование к которым герметичность, и прочноплотные, у которых требование прочности сочетается с требованием герметичности разделяемых пространств.
По форме поперечного сечения сварные швы делятся на стыковые (рис. 35, I) и угловые (рис. 35, II). Кроме того, поперечное сечение шва зависит от формы подготовки кромок под сварку. Так, например, в стыковых соединениях применяются швы сотбортовкой кромок, без скоса кромок (рис. 35, Iа), с V-образной разделкой кромок (рис. 35, Iб) с K-образной разделкой кромок (рис. 35, Iв) X-образной разделкой кромок (рис. 35, Iг). Швы с разделкой кромок применяются и в других видах соединений. Форма разделки кромок зависит от толщины свариваемого металла, от вида сварки (ручная или автоматическая), от способа защиты расплавленного металла от окисления (сварка под слоем флюса, сварка в среде защитных газов и т.п.) и некоторых других факторов. Для наиболее распространённых видов сварки (ручная плавящимся электродом, полуавтоматическая и автоматическая под слоем флюса и др.) разделка кромок стандартизована.
По форме наружной поверхности швы могут быть плоские (рис. 35, IIа), вогнутые (рис. 35, IIб), выпуклые (рис. 25, IIв). Иногда выпуклые швы необоснованно называют усиленными, а вогнутые – ослабленными. Однако усиление сварочного шва способствует концентрации напряжений в околошовной зоне металла, что отрицательно сказывается на работоспособности соединения при переменных нагрузках, а вогнутость уменьшает рабочее сечение шва, увеличивая тем самым напряжения в нём.
 Рис. 36. Расположение сварочных швов по отношению к действующей нагрузке. |
По расположению швов относительно действующей нагрузки сварные швы разделяют на: лобовые (рис. 36, а), продольная ось которых перпендикулярна действующим усилиям, фланговые (рис. 36, б) или боковые, продольная ось которых по направлению совпадает с направлением действующих усилий, и косые (рис. 36, в), продольная ось которых направлена под некоторым углом к направлению действующей нагрузки. Швы, участки которых имеют различное направление по отношению к действующим усилиям, называют комбинированными (рис. 36, г).
Для сварных конструкций наиболее существенным является различие швов по условиям работы. По этому признаку все швы можно разделить на рабочие, предназначенные для восприятия основных нагрузок, и соединительные или связующие, назначением которых является только скрепление отдельных элементов конструкции в единое целое.
Известны и некоторые другие признаки деления сварочных швов, не представленные в данной лекции.
Критерием работоспособности большинства сварных соединений можно считать прочность шва и околошовной зоны при действующих в соединении нагрузках, которые могут иметь самый различный характер.
6.3. Паяные соединения
Применение расплавляемого припоя обусловливает нагревание соединяемых деталей. Тем не менее, существенным отличием пайки является отсутствие оплавления соединяемых поверхностей.
 Рис. 37. Некоторые типы паяных соединений: а) встык; б) встык с накладкой; в) в косой стык; г) внахлёстку; д) втавр; е) телескопическое; ж) сотовая конструкция. |
Паяные соединения широко применяются в транспортном машиностроении (паяные радиаторы охлаждающих систем), в приборостроении и электронике (монтаж печатных плат и навесных элементов), а также в некоторых других отраслях производства. Некоторые типы паяных соединений представлены на рис. 37.
Достоинства паяных соединений:
1. возможность соединения разнородных материалов;
2. возможность соединения тонкостенных деталей;
3. возможность получения соединения в труднодоступных местах;
4. коррозионная стойкость;
5. малая концентрация напряжений вследствие пластичности припоя;
6. герметичность паяного шва.
Недостатки паяных соединений:
1. пониженная прочность шва в сравнении с основным металлом;
2. требования высокой точности обработки поверхностей, сборки и фиксации деталей под пайку.
В качестве припоев для пайки соединений чаще всего применяются различные металлы и некоторые сплавы, температура плавления которых существенно ниже, температуры плавления материала соединяемых деталей.
6.4. Клеевые соединения
Клеевые соединения образуются посредством адгезионных сил, возникающих при затвердевании или полимеризации клеевого слоя, наносимого на соединяемые поверхности.
Отличие клеевого соединения от паяного заключается в том, что клеи не являются металлами, в то время как припои – это либо металлы, либо их сплавы. В зависимости от состава и свойств клеев их полемирезация может происходить как при комнатной температуре, так и при нагревании.
Большинство клеев требует выдержки клеевого соединения под нагрузкой до образования схватывания и последующей досушки в свободном состоянии. Некоторые клеи требуют нагрева для выпаривания растворителя и последующей полимеризации. Клеевые соединения часто применяют в качестве контровочных для резьбовых соединений. Как правило, клеевые соединения лучше работают на сдвиг, чем на отрыв.
В заключение следует отметить, что перечень неподвижных соединений, используемых в промышленности, далеко не ограничивается представленными в настоящей лекции. Кроме того, техническая мысль не стоит на месте, а, следовательно, постоянно появляются новые методы соединения деталей, а значит, и новые виды соединений.
Кроме неподвижных соединений, которые не подлежат разборке, существует большой класс разъёмных соединений. Последние и будут рассмотрены в последующих лекциях.