1.3.1. Термодинамическое определение сварки

Анализ физико-химических особенностей получения сварных и паяных соединений позволяет установить наличие в зоне сварки двух основных физических явлений, связанных с необратимым изменением энергии и вещества (рис. 1.4): введение и преобразо­вание энергии; движение (превращение) вещества.

Вид, интенсивность вводимой энергии и характер ее преоб­разования - вот главное, что определяет способ сварки. Введе­ние энергии - всегда необходимое условие сварки, так как без это­го невозможна активация соединяемых поверхностей; введение вещества необходимо только при некоторых видах сварки плавле­нием и пайки, причем энергия в этих случаях может быть введена также с расплавленным металлом.

Характер движения (переноса) вещества в зоне сварки сильно меняется от процесса к процессу. Движение значительно при свар­ке плавлением и пайке, особенно при наличии присадочного мате­риала. При сварке давлением с нагревом металл в зоне стыка ис­пытывает незначительные превращения и существенно только движение вещества через стык в результате диффузии. Холодная сварка реализуется практически без движения вещества, если не учитывать переползания дислокаций и выхода их на поверхность.

Исходя из сказанного, можно дать так называемое термодина­мическое определение сварки: сварка - это процесс получения мо­нолитного соединения материалов за счет термодинамического необратимого преобразования тепловой и механической энергии и вещества в месте соединения.

Склеивание, цементирование и другие соединительные про­цессы, обеспечивающие монолитность соединения, в отличие от сварки и пайки, как правило, не требуют специальных источников энергии. Они реализуются обычно только за счет введения (пре­вращения) вещества: клея, цемента и т. д. (рис. 1.5).

Кроме самого общего, термодинамического, возможны и дру­гие определения сварки. Например, в технологическом аспекте согласно ГОСТ 2601-84: сварка - это процесс получения неразъ­емных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном нагреве или пластическом деформировании либо при совместном действии того и другого. Вместе с тем именно энергия и пути ее преобразования являются доминирующими факторами, которые определяют свар­ку как физико-химическое явление.

Рассмотрение термодинамической структуры сварочных про­цессов позволяет подразделить их по виду введенной энергии на термические, термомеханические и механические процессы.

На основании первого закона термодинамики можно подсчи­тать изменение внутренней энергии системы соединяемых элемен­тов, теоретически необходимое для образования монолитного со­единения при данных конкретных условиях, в которые входят ис­точник энергии, материал изделий, конструкция соединения и т. д.