Загальні відомості

Зварювання – технологічний процес утворення нероз'ємного з'єднання між матеріалами при їх нагріванні та/або пластичному деформуванні за рахунок встановлення міжмолекулярних і міжатомних зв'язків.

Відомо близько 70 способів зварювання. В основу їхньої класифікації покладені дві ознаки: агрегатний стан матеріалу в зоні зварювання та вид енергії, яка використовується для утворення з'єднання.

Відмінними рисами термічних електронно-променевих процесів при зварюванні металів у вакуумі є отримання високих температур (більше 1000°С) на малих за розміром ділянках, в межах яких виконується зварювання), відсутність забруднень, можливість швидкого та гнучкого переміщення променя.

Фізичні явища, які супроводжують фізико-хімічні процеси електронно-променевого зварювання є доволі складними, а їх сукупна дія на кожну марку металу буде різною при однакових режимах обробки. Ці явища (рух електронів на границі вакуум - метал, взаємодія електрона з ПШ матеріалу, електричні поля та їх зміна у між електродному просторі, температурні поля в матеріалі та інші) проявляються і залежать, насамперед від: 1) характеру джерела (термоемісія, електричні та магнітні поля, прискорюючі напруги, електричні струми); 2) енергетичних та часових характеристик потоку (структури та форми, потужності, питомої потужності, часу дії); 3) технологічного середовища та контакту з іншими матеріалами; 4) теплофізичних характеристик матеріалу (теплопровідності, діелектричної проникливості, електропровідності тощо). Виділення одного, або декількох явищ з метою впливу на нього та керування і визначають необхідні умови та процес зварювання.

Електронний промінь є інструментом зварювання і генерується електронно-променевою гарматою. В залежності від конструкції гармати та форми катоду гармати, промінь, у своєму перерізі, може мати форму плями, стрічки, кільця, квадрату тощо.

Теплові процеси при зварюванні

Більшість існуючих способів зварювання ґрунтується на нагріві матеріалу до пластичного стану (дифузійне зварювання), або плавлення (високотемпературне зварювання). Необхідну для цієї мети теплоту отримують від джерел енергії, які розрізняються між собою за характером виділення теплоти, потужності, тривалості дії, швидкості руху та іншими ознаками.

Зварювані вироби розрізняють за властивостями матеріалу, з яких вони виготовлені та за їх геометричними розмірами.

Одне з основних питань, що розглядаються в теорії теплових процесів при зварюванні це - визначення умов, за яких досягається нагрівання виробу до необхідної температури та його зварювання. Проте цим не вичерпується призначення теорії.

Нагрівання і охолодження викликають різноманітні фізичні і хімічні процеси в матеріалі виробу - плавлення, кристалізацію, структурні перетворення, об'ємні зміни, виникнення напружень і пластичних деформацій. Такі процеси призводять до глибоких змін властивостей і стану матеріалу та впливають на якість усієї конструкції в цілому. Це є першим питанням і завданням, яке потрібно розглядати і вивчати при проектуванні зварювального процесу.

Щоб визначити характер протікання вказаних процесів, необхідно знати розподіл температур в тілі і зміну його у часі у кожному окремому випадку. Це друге основне завдання, що розглядається в теорії теплових процесів при зварюванні та у проектуванні процесу зварювання.

Обидва ці завдання вирішуються єдиним методом. Розділення їх умовно лише підкреслює, що окрім основної вимоги, отримати зварне з'єднання, є ряд додаткових умов, які необхідно мати на увазі, виконуючи процес зварювання.

Теорія теплових процесів при зварюванні є частиною загальної теорії теплопровідності в матеріалах. Природно, вона використовує ряд понять, положень і законів, відомих з теорії теплопровідності, застосовуючи їх до специфічних умов зварювання. Основний внесок у розвиток теорії теплових процесів при зварюванні зроблений акад. Н. Н. Рикаліним, Є. О. Патоном та іншими вченими.