Зварюванням називається формування нероз'ємного з'єднання деталей, при якому змінюються старі зв'язки між атомами і утворюються нові. Для забезпечення техпроцесу потрібна енергія. З'єднання матеріалів може досягатися завдяки механічним зусиллям. В результаті відбувається пластичне деформування, що називається зварюванням тиском. Зварювальний процес, який забезпечується сильним нагріванням матеріалів, називають плавленням. Зміни металів при високотемпературної зварюванні подібні класичним металургійним перетворенням.

плавлення
Одним з основних металургійних процесів є плавлення. Температура плавлення - це показник, при якому речовини переходять з твердого стану в рідке. У зварювальних процесах температури досягають 5-7 тисяч градусів.
У твердих матеріалах атоми розташовані близько один від одного. В металах маленька довжина міжатомної зв'язків призводить до усуспільнення електронів. Утворені групи рухомих електронів називаються металевим зв'язком. Вона обумовлює всі властивості металів: високі значення тепло- і електропровідності, пластичність, хімічну активність.

Теплові процеси при зварюванні призводять до віддалення один від одного атомів на кромці з'єднуються металів, просуванню їх в зону розплаву, перемішування в ній. В результаті металургійних процесів плавлення в зварювальної ванні утворюється новий розплавлений матеріал, з якого після застигання виходить шов.
Характер джерела теплової енергії визначає види зварювання. Найчастіше виконується електродугове, електрошлакове, електронно-променевого, дифузне зварювання. При необхідності використовують інші технології термічного впливу.

технологічні особливості
Поняття про металургійних процесах, що реалізуються під час зварювання, повністю формується при розгляді всіх фізико-хімічних явищ, хімічних реакцій в робочій зоні. Вони подібні до перетворень, які проходять на сталеплавильних комбінатах. Існує кілька технологічних особливостей зварювання, що відрізняють її від металургії:

• в невеликому просторі взаємодіє відразу кілька фаз;
• в різних точках зварювальної ванни значно відрізняються показники температур. Для центральної частини зони характерний великий перегрів;
• розплавлена ​​маса інтенсивно рухається, перемішується, оновлюється;
• місце сплаву швидко охолоджується, утворюючи нову тверду фазу.

У таких специфічних умовах йде швидке взаємодія частинок розплаву з молекулами навколишніх газів, флюсів, присадок. Взаємодія між плавиться матеріалом і навколишнім середовищем в зоні дуги різноманітні.
Одночасно протікають реакції окислення, розкислення (відновлення), легування. У зоні шва можуть поглинатися або виділятися газоподібні продукти. Часто реакції йдуть не до повного завершення. Всі перетворення позначаються на якості шва. Щоб забезпечити міцне з'єднання матеріалів, потрібно регулювати процес зі знанням його металургійних особливостей.

розщеплення молекул
Розщеплення молекул газів і інших складних речовин під час зварювання часто називають дисоціацією. Це не зовсім вірно, але термін прижився. При класичної дисоціації утворюються іони. При розпаді молекул в металургійних процесах зварювання утворюються тільки атоми або нові молекулярні речовини і атоми. Так розщеплення простих газів (водню, кисню, азоту) призводить до кожної реакції до утворення атомів. Причому, перші два з наведених газів розщеплюються майже повністю. Розпад азоту йде повільніше. Розщеплення молекули води при різних температурах дає принципово відрізняються продукти. В одному випадку утворюється атомарний кисень, який ініціює реакції окислення. В інших умовах виділяється атомарний водень - найсильніший відновник.

До складу покриттів електродів часто міститься фторид кальцію, званий плавиковий шпат. При його розщепленні утворюється атомарний фтор. Його можливий вплив на зварювання двояко. Атоми фтору можуть знижувати стабільність дуги, але при цьому пов'язувати атомарний водень, зменшуючи, таким чином, відновне напрямок реакцій.
Покриття електродів часто містять карбонати, відомі схильністю до термічного розкладання з утворенням вуглекислого газу. При температурі зварювальної зони він розкладається з виділенням атомів кисню. Атомарний кисень впроваджується в металургійний процес, погіршує якість розплавів.

окислювальні реакції
Окислення істотно впливає на якість зварного з'єднання. Реакція може стимулюватися киснем середовища, шлаками робочої зони, оксидами поверхонь деталей. З усіх оксидів заліза найгіршим чином на стан шва впливає нижчий оксид. Він має невелику температуру плавлення, впроваджується в розплав, твердне в ньому першим при охолодженні. Вищі оксиди спливають вгору або залишаються у вигляді шлаків, які можна легко видалити. Погіршують механічні якості швів оксиди інших елементів: кремнію, вуглецю, марганцю. Для забезпечення якісного металургійного процесу при зварюванні вплив окислювачів потрібно мінімізувати. 

розкислення
Домогтися повної відсутності окислювальних реакцій в металургійних зварювальних процесах дуже складно. Для зменшення впливу оксидів проводять відновлення металу з них, зв'язування кисню з іншими хімічними елементами. Ця реакція називається раскислением. Хороший результат спостерігається при утворенні нерозчинних оксидів, які легко переходять в шлак.
Як відновники в зварювальних металургійних процесах найчастіше застосовують кремній, титан, вуглець, марганець, алюміній. Відновлюючі добавки вносять в робочу зону за допомогою електродів, що плавляться, флюсів, електродних покриттів. В результаті взаємодії з вуглецем утворюється газ, який в структурі шва сформує пори. Якщо потрібно отримати щільний шов без пір, застосовують інші відновники.

При використанні в якості розкислювачів марганцю, кремнію властивості шва поліпшуються. Ці добавки в металургійному процесі виконують одночасно легирующую функцію. Покращувати зварювальне з'єднання можна кобальтом, нікелем іншими елементами легування, які добре розчиняються в робочій зоні.

Очищення і застосування неплавких електродів
Негативно позначаються на міцності зварювального шва газоподібні речовини водень і азот. Для зменшення насичення середовища шкідливими газами в металургійних технологіях застосовують спеціальні прийоми, перш за все очищення і прожарювання вихідних матеріалів.
Особливими прийомами рафінування з робочої зони виводять сірку, фосфор. Суть цієї стадії металургійного процесу зводиться до виведення сірки і фосфору з сульфідів і фосфидов до складу шлакових речовин.

При використанні тугоплавких електродні матеріали кількість хімічних компонентів в металургійному процесі зварювання значно зменшується. Зварювальну зону складають тільки розплави крайніх частин деталей. Інертне газова хмара зводить нанівець ймовірність окислювальних реакцій. Шов утворюється з атомів вихідних матеріалів без сторонніх вкраплень. При необхідності введення додаткових компонентів в зварювальну зону вводять присадні дріт. Гарне сплавом можливо при використанні присадок з металів, ідентичних за складом матеріалу вихідних деталей.

Електрошлакове і плазмова технологія
У електрошлаковій технології дуга пронизує зварювальну ванну через розплавлений шлак, компоненти якого природним чином беруть участь в хімічних реакціях. У перші миті металургійного процесу розплавляється флюс, через який потім проходить дуга і досягає розплавлений шлак. Система в даній технології має багато компонентів. Для отримання хорошого зварювального з'єднання потрібно враховувати хімічні властивості кожного речовини, можливість їх взаємодії; направляти процес в потрібне русло регулюванням параметрів.

Джерелом енергії, що викликає розплавлення в плазмової технології, є іонізований газ. Освіта плазми забезпечується дією струму з великою щільністю через здавлений газ. Зазвичай використовують інертні газоподібні речовини, наприклад аргон. Формують шов електродами з вольфраму. Участь всіх інших речовин під час плазмового зварювання виключається. Металургійні процеси зварювання в плазмі мають специфіку. Механізми реакцій істотно відрізняються від зміни атомних зв'язків при звичайних взаємодіях. Плазмова зварювання використовується для отримання швів дуже високої якості.

Всі види зварювання по суті відбуваються технологічних процесів є різновидом металургійних перетворень. Розуміння ролі кожного хімічного компонента робочої зони, його впливу на результат, можливості взаємоперетворення середовища дозволяє отримати хорошу зварювальне з'єднання.