У твердих тілах, до яких відносяться і метали, атоми по-різному розташовуються в просторі:
- безладно, т. Е. Для кожного атома немає суворо визна-діленого місця щодо інших атомів. Така будова типово для аморфних речовин, які формально при-надлежат до твердих тіл, оскільки можуть зберігати об'єк-му і форму, але у них відсутня певна температура плавлення і кристалізації;
- впорядковано, коли атоми перебувають на конкретних місцях. Такий принцип розміщення атомів зустрічається у твер-дих речовин. Якщо центри атомів з'єднати гіпотетичними прямими лініями, можна утворити просторову ре-щітка, яка називається кристалічною. Незважаючи на те що окремі атоми в результаті дифузії можуть змінювати своє ме-сторасположеніе, залишаючи вузли решітки, в цілому впорядкований-ність кристалічної будови залишається незмінною.
Для різних металів характерний певний тип кри-сталліческой решітки, утвореної малорухомими іонами з позитивним зарядом, між якими переміщуються негативно заряджені частинки - вільні електрони. Останні утворюють явище, зване електронним га-зом. Саме він забезпечує пластичність, тепло - і електро-провідність металів.
Тверді кристалічні тіла, зокрема метали, мають структуру, що складається з кристалічних зерен, ко-торие називаються кристаллитами. У розташованих поруч зернах кристалічні решітки знаходяться під деяким кутом один до одного.
Для з'єднання двох металів важливо, щоб між їх кристалічною будовою і розміром атомів спостерігаючи-лось певна відповідність. Це означає, що для сварок-ки найкращими є умови, при яких метали матимуть однакові або однотипні кристалічні решітки з приблизно однаковими параметрами і близькими за розміром атомами.
Метал, перебуваючи в твердому стані, має енер-гетіческі стабільним кристалічною будовою, при цьому атоми або їх угруповання мають мінімальною кількістю вільної енергії. Зміна температурних умов (нагрівання або охолодження) тягне за собою енер-тичні зміни в стані атомів, що, в свою оче-гу, призводить до перебудови їх розташування відноси-кові один одного і зміни вільної енергії. Такий стан можливо до певних температур, при яких метал зберігає свою кристалічну структуру. Подальший підйом температури доводить енергетичний стан атомів до стану, характерного для рідко-сти. Триваюче її підвищення закінчується тим, що кристалічна решітка починає руйнуватися, хоча при цьому можуть залишатися окремі комбінації атомів щодо тих атомів, які розташовані в соот-но до колишніми закономірностями. Але вони не отли-зустрічаються стабільністю, оскільки одночасно йде про-процес руйнування одних угруповань і утворення інших. Саме вони при охолодженні металу перетворюються в цен-вки кристалізації. Від їх кількості залежить, наскільки великими будуть кристали, що виникають при зміні стану металу, т. Е. Під час переходу його з рідкого стану в тверде (цей процес називається перекрістал-лизацией).
Нагрівання або охолодження металу, що знаходиться в твердому стані, може призводити до зміни одного виду кристалічної решітки іншим. Це явище називається Аллотропических перетворень і здійснюється по за-конам кристалізації. Такі метали, як залізо, олово і ін. При нагріванні до певної температури, яка називається критичною точкою, після охолодження і затвер-Девані здатні утворювати кристалічні решітки різної форми. Наприклад, критичною температурою для чистого заліза (так зване а-залізо) є 910 ° С (температура плавлення - 1500 ° С), після досягнення якої атоми в межах кристалічної решітки перебудовують-ся. В результаті утворюється інша модифікація - у-залізо, яке за своїми властивостями відрізняється від першого, в част-ності воно позбавлене магнітних властивостей і може розчиняти вуглець.
При перекристалізації будова металу теж изменя-ється. Даний процес відноситься до тих факторів, від яких залежать кристалічна структура, зернистість і властивості металів. Крім того, він може виправити несприятливе будова, сформувавши більш дрібнозернисту структуру.
Таким чином, умови плавлення металу мають біль-ШОЕ значення для процесу кристалізації і визначають властивості металу зварного шва.
Метали мають ряд властивостей, які відрізняють їх від інших матеріалів і речовин. На підставі цього вони під-розділяються на чотири основні групи:
- фізичні (колір, щільність, плавкість, а також тепло - і електропровідність, теплоємність, здатність на-магнічіваться);
- хімічні (жаропрочность, окалиностойкость, жа-роупорность, корозійна стійкість);
- механічні (пружність, міцність, твердість, плас-тичність, ударна в'язкість);
- технологічні (свариваемость, гнучкість, плинність, різанням, прокаліваемость).
Для зварювальної практики найбільш важливими є механічні і технологічні властивості металів, тому на них слід зупинитися більш докладно.
Міцність є здатність металу со-противляться зовнішнього впливу і при цьому не руйнуючої-тися.
Для визначення міцності металу є спеці-ні кошти, зокрема розривні машини, що володіють різною потужністю. При випробуванні того чи іншого зразка на розрив настає момент, коли метал продовжує удли-тися, хоча навантаження на нього не зростає. Ставлення такого навантаження до поперечного перерізу зразка - межа плинності. При подальшому збільшенні навантаження зразок розривається. Напруга, при якому це відбувається, називається преде-лом міцності, або тимчасовим опором матеріалу.
Властивість металу під впливом навантаження змінювати свою форму, а після припинення дії восстанав-Ліван її називається пружністю. А якщо він змінює форму під впливом на нього того або іншого навантаження, але при цьому не руйнується, а після її усунення зберігає надано-ву форму, то така його здатність називається пластичною-ністю. Цей параметр важливий для металу зварного шва, який проходить випробування на загин. За величиною кута загину судять про пластичності шва: чим він більший, тим вище пластичність.
Здатність металу чинити опір проникненню в нього більш твердого тіла називається твердістю. Вона про-перевіряється в процесі різних випробувань, кожне з кото-яких має певну назву, зокрема:
- твердість по Брінеллю;
- твердість по Віккерсу;
- твердість по Роквеллу.
В ході перевірки метал випробовується вдавлення третьому кульки (діаметром 2,5, 5 або 10 мм), виготовленого з твердої сталі, вершини алмазної піраміди і вершини алмазного конуса (кут - 120 °) відповідно.
По тому, наскільки метал здатний чинити опір ударним навантаженням, судять про його ударної в'язкості. У зварюва-ном виробництві це основний параметр наплавленого металу і зварного з'єднання. Чим вище ударна в'язкість металу зварного шва, тим він працездатніші, тим більше навантаження він може витримати.
Крім названих параметрів, метал тестують на втому і стирання. Перший показник важливий для уста-новлення витривалості матеріалу в умовах багаторазово змінюються навантажень, а другий - для металів тих деталей і виробів (наприклад, підшипників і ін.), Які в процес-се експлуатації піддаються тертю.
Технологічні властивості металу важливі в тих випадках, коли стоїть завдання - вирішити, чи є даний метал при-придатним для виготовлення з нього тієї чи іншої деталі, кон-струкції та ін. Для цього беруть технологічні проби, недо-торие з яких мають певні стандарти , наприклад проби на осадку в холодному стані, на загин і т. д.
За своїм складом метали бувають чорними (у цю групу входять залізо і сплави, отримані на його основі, т. Е. Чавун і сталь) і кольоровими (інші метали і сплави).
У промисловості знаходять застосування не тільки метал-ли в чистому вигляді (вони називаються простими, якщо не мають у своєму складі легуючих компонентів), а й складні ве-щества, отримані в процесі сплаву. Вони називаються сплавами і класифікуються на основі різних ознак:
- за складом (вмістом легуючих речовин). Спла-ви бувають низько-, середньо - і високолегованої, якщо з-тримають менше 2%, від 2,5 до 10% або більше 10% легуючих речовин відповідно;
- за кількістю компонентів (хімічних елементів в складі сплаву). На підставі цього параметра розрізняють-ся дво-, три- - і більше компонентні сплави;
- за ступенем чистоти (це відноситься і до металів). Раз-личать сплави від зниженою, середньої, підвищеної і ви-сокой чистоти до особливо чистих.
Якісне виконання зварювальних робіт невозмож-но без урахування властивостей металів і сплавів.