Как сварить две железяки без всего

Любое металлическое изделие при нормальных условиях на воздухе моментально начинает взаимодействовать с химическими элементами, содержащимися в этой среде. В результате появляются такие интересные штуки, как, например, защитная оксидная пленка на любом алюминиевом изделии или начинает медленно проявляться коррозия, которая тоже является по своей сути процессом ответной реакции металла на кислород.

Оксидная пленка Поскольку все металлические изделия неминуемо покрываются пленкой того или иного типа на воздухе, то заставить механически взаимодействовать сами железяки друг с другом в чистом виде практически невозможно. Если мы прислоним два кусочка металла друг к другу, то мы заставим соприкасаться не сами металлы, а только оксидные пленки, которые находятся на их поверхности. Они невидимые для глаза, но ведут себя с механической точки зрения практически также, как ведёт себя слой краски на поверхности любого изделия. Но возможен и другой вариант взаимодействия.

Соединим две пластины

Вспомните, что будет, если взять две металлических отполированных пластины и приложить их одна к другой. Такое иногда происходит в той или иной форме в обычной жизни. Рассоединить их будет довольно сложно. Ещё есть так называемые концевые меры.

Набор концевых мер Это вид измерительного инструмента, о котором сегодня можно услышать, разве что, на метрологии в институте. Такие меры можно потереть друг о друга, приложив некоторую силу к ним и они соединятся как два магнитика, хотя металлы не обладают магнитными свойствами. Процесс взаимодействия тут очень интересный. Если мы вспомним такое понятие, как металлическая связь, то там будет присутствовать упоминание пересечения электронных облаков.

Металлическая связь как способ соединения

Опустим сейчас момент, что как таковые электронные облака - это на самом деле вероятностное объемное поле, где может появиться электрон. Для нас важна логика модели. Пересечение таких облаков позволяет образовывать связь в металлах.

Металлическая связь в деле Теперь будем рассуждать образно и условно. Поскольку взаимное пересечение электронных облаков приводит к образованию металлов как таковых, то при возможном пересечении электронных облаков разных "кусков металла", они могут соединиться. Причем, если ничего не будет им мешать, то получится соединение со свойствами не сварного шва, а самого настоящего цельного металлического слитка. Именно это мы и наблюдаем в случае, когда соединяем две отполированные железячки друг с другом. Частичное перекрывание электронных облаков приводит к тому, что мы чувствуем притяжение между частями, которое напоминает магнитное притяжение. Оно и удерживает те же плоские концевые меры. Вот только между двумя фрагментами при наличии вокруг воздуха неизбежно будет находиться и прослойка из оксидной пленки. Она не позволяет поднести фрагменты настолько близко, чтобы они образовали неразрывную связь. Опять-таки, тут вспоминается фокус с магнитиками. Есть такой лайфхак: для того, чтобы легко отлепить сильный магнит от металлической поверхности, между магнитом и поверхностью прокладывают кусочек картона. В случае двух металлических деталей и электронных облаков таким кусочком картона является оксидная пленка.

Холодная сварка

Логично предположить, что если убрать оксидную пленку, то получится невероятной силы сварка. И это действительно так! В телеграмме проекта я разместил ролик, где показан процесс холодной сварки под микроскопом (https://ok.me/MPD41). Существует такое понятие, как холодная сварка. Так иногда называют смесь эпоксидки с металлической стружкой. Это чудо можно купить в автозапчастях, но это совсем неуместное применение термина. Холодная сварка в обычных условиях выполняется плотным соединением двух металлических образцов под давлением. По сути дела, близкое соединение двух поверхностей позволяет поднести электронные облака на такие расстояния, что образуется взаимодействие.

На схемке б образовалось сварное соединение Но во всей красе с холодной сваркой столкнулись, когда начали активно изучать космос. Один из самых забавных и известных случаев связан со спутником "Галилео". Однажды его антенна отказалась раскрываться поскольку смазка и остатки оксидной пленки на металлических поверхностях, которые были нанесены ещё на Земле, истерлись в результате движения и взаимного трения. Чистые части антенны просто приварились друг к другу именно что холодной сваркой. Само собой, тут ещё присутствовало и некоторое механическое воздействие частей друг на друга. Но таких невероятных сил, как это нужно на Земле, не потребовалось.

Земля в иллюминаторе Для условий космоса, где металл ни с чем не взаимодействует и ничем в результате не покрывается - это явление оказалось обычным делом. Закрутишь так болт в резьбу и всё... Получишь неразъемное соединение. Важно отметить, что часто это явление часто называют диффузионной сваркой и путают именно с ним. Это неправильная связь. Тут перепутаны два принципиально разных процесса. Понять логику просто. Вспомните, что диффузия - это процесс взаимного перемешивания частиц двух разных веществ или частиц одного и того же вещества в общем объеме. Она тоже вполне возможна в металлах. Но в случае холодной сварки процесс совсем другой. Диффузия тут должна была бы для начала преодолеть силы поверхностного раздела и протекала бы не мгновенно, а годами.

Холодная сварка на Земле

Было бы очень удобно использовать подобные технологии сварки и на Земле. Но вакуум создать не так просто и деталь ещё нужно подготовить определенным образом. Кроме того, далеко не все металлы начнут соединяться даже при отсутствии окисления без приложения значительного внешнего давления. Поэтому, технологичность заставляет придерживаться классических методик соединений металлических частей. Однако, холодная сварка всё-таки прорабатывается как возможная методика и не так давно в вакуумной камере вполне успешно был проведен эксперимент по соединению двух образцов из золота простым их прикосновением.