Хорошо отполированные поверхности металла слипаются, если их хорошо прижать одну к другой. Такой опыт показывают на школьных уроках физики. А если их прижать сильно, да к тому же нагреть, хотя вовсе не до температуры плавления, то это годится не только для демонстрации опытов, но и для вполне практической сварки металлов. Такой процесс называется холодной сваркой, и механизм его - в отличие от горячей сварки, где металл плавится, - пока не вполне ясен.

На сей счет существует несколько теорий. Одна из них объясняет этот механизм межатомными силами притяжения, другая - взаимной диффузией, третья - разрушением и последующим восстановлением кристаллической решетки, но ни одна из перечисленных гипотез полностью не подтверждена практикой.

В Институте сварки имени Е. О. Патона (г. Киев) разработана новая теория холодной сварки, названная автовакуумной. Было замечено, что в момент сварки металл ведет себя так, словно находится в глубоком вакууме и не имеет на поверхности тончайшей пленки оксидов и адсорбированных газов. На воздухе же всякий металл после любой очистки имеет такую пленку, поскольку образуется она почти мгновенно. Возникло предположение, что в зоне сварки каким-то образом сам по себе образуется вакуум. Появилась и весьма интересная гипотеза механизма этого процесса, получившая впоследствии экспериментальное подтверждение. Дело в том, что при 1000-1300 градусах Цельсия железо способно поглощать воздух, хотя и в небольших количествах. И если металл нагревать в малом объеме воздуха без дополнительного доступа, то можно получить вакуум.

Процесс сварки, согласно этой теории, выглядит примерно так. При сжатии деталей образуется более или менее четко ограниченная зона их соприкосновения, за пределами которой между поверхностями есть зазор. Но и внутри этой зоны соприкосновение тоже не идеальное: там есть немало хаотично расположенных и заполненных воздухом микрообъемов - микроскопических полостей, образованных неровностями поверхностей.

При окислении металла во время его нагревания по периметру зоны появляется оксид, герметизирующий внутри нее одним плотным кольцом все микрообъемы. В них-то и возникает вакуум, в котором многие металлы приобретают способность к возгонке - переходу в парообразное состояние, минуя жидкое. За счет возгонки в этих микрообъемах происходит активный перенос металла с одной поверхности на другую с образованием новых кристаллических структур. Анализ показал, что структура металла в центре сварного стыка в основном совпадает со структурой в толще металла, а на периферии в нем содержится изрядное количество оксида.

№8, 1998