Основы сварки давлением

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ...

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Р, Т, /-ПРОЦЕССОВВ настоящее время практически применяются два способа сварки, использующие процесс трения как один из основных факторов, обеспечивающих получение соединения
...
С одной стороны, работа сил трения превращается в теплоту и обеспечивает нагрев зоны сварки; с другой, — при трении разрушаются поверхностные пленки окислов и обнажающиеся ювенильные поверхности металла, находящиеся в активном состоянии, легко соединяются; наконец, совместное действие нормальных и тангенциальных напряжений при трении облегчает пластическую деформацию в зоне соединения, что также может способствовать сварке (см
...
СУХОЕ ТРЕНИЕПри взаимном скольжении двух твердых тел, сжатых силой Р, нормальной к поверхности их скольжения, всегда возникает сила трения 5, для преодоления которой приходится прилагать равное ей тангенциальное усилие, увеличивающееся с ростом Р
...
Зависимость коэффициента сухого трения стальных шариков от угла наклона поверхностных неровностей на стальной пластине (а) и силы трения шарика и пластины от площади их контакта при различном диаметре шарика (б)почти полностью превращается в тепло (за исключением небольшой ее части, расходуемой на увеличение свободной энергии пластически деформируемого металла в результате повышения в нем плотности дислокаций), что приводит к интенсивному нагреву трущихся поверхностей
...
Оно, с одной стороны, вызывается необходимостью преодоления адгезионных связей, возникающих в местах физического контакта между пленками, обычно покрывающими твердое тело (металл), а в случае разрушения пленок в процессе скольжения — между образующимися при этом ювенильными поверхностями, и с другой — объемным деформированием материала, связанным с взаимным внедрением трущихся тел (механический фактор)
...
Здесь роль, тангенциального усилия сводится к облегчению пластической деформации микровыступов и достижения физического контакта, что увеличивает площадь этого контакта (при неизменной нормальной силе)
...
Это приводит к изменению геометрии трущихся поверхностей, их нагреву и износу, изменению свойств металла в приповерхностных слоях и другим явлениям, влияющим на Р, Т, /-процессы сварки
...
Типы фрикционных связей: а — в момент приложения нагрузки; б — после ее снятия н разрушения связейВ первых трех видах связей преобладает механический фактор, в двух последних — молекулярный
...
В зависимости от степени развития адгезионных процессов и относительной глубины взаимного внедрения (к — глубина внедрения н Я — радиусвнедрившегося выступа) возможно срезание металла (рис
...
Например, запись изменения температуры в трущемся контакте сталь — константан с использованием принципа естественной термопары обнаружила отдельные пики температуры до 700° С продолжительностью менее Ю-4 сек
...
В отдельных случаях температура на поверхности трения может быть и значительно выше, если металл (например, алюминий) способен вступать в экзотермические реакции с окружающей атмосферой
...
По мере выделения тепла на трущихся поверхностях оно распространяется в глубь металла и происходит более или менее равномерный нагрев трущихся тел по всей приповерхностной области
...
Если не учитывать локальные всплески температуры, то нагрев при трении можно рассматривать как процесс линейного распространения тепла, генерируемого плоским источником, расположенным на трущихся поверхностях
...
Следует отметить, что аналогичные опыты по трению алюминия показали зависимость первого типа, однако более поздние измерения сопротивления выявили переход от неметаллического к металлическому контакту при нагрузке 0,2 Г
...
При непрерывной очистке трущихся поверхностей от окислов, благоприятствующей схватыванию, такой низкий коэффициент трения можно объяснить только переходом к режиму полирования, при котором тончайший поверхностный слой металла разогревается до температуры плавления или перехода в твердо-жидкое состояние
...
При этом между трущимися поверхностями твердого металла появляется пленка жидкого расплава и сухое трение переходит в полужидкостное, для которого характерны низкие коэффициенты трения
...
Можно предположить, что при сварке процесс трения обладает 278способностью саморегулирования — толстая пленка жидкого металла вытесняется из зазора, а при чрезмерном уменьшении толщины пленки (например, в случае мгновенного увеличения давления) в результате нарушения режима полужидкостного трения резко увеличивается коэффициент трения и, как следствие, растет тепловыделение в контакте
...
Действительно, если в первом приближении принять, что осевое усилие распределяется по торцу равномерно (ро = const) и коэффициент трения не зависит от р, v и Т (J = const), то по мере увеличения расстоянии г от оси вращения до нагреваемой точки удельная работа сил трения, т
...
Этому способствуют два фактора: выравнивание температуры за счет теплопередачи в плоскости нагреваемых торцов и, что, по-видимому, имеет главное значение, выравнивание интенсивности источника тепла в результате саморегулирования процесса тепловыделения при трении
...
Кроме того, в наиболее нагретой зоне падает удельное давление в связи с более высоким сопротивлением деформированию центральной, относительно холодной части сечения
...
В силу неизбежной непареллельности торцов и не-постоянной интенсивности источников тепла в начальной стадии процесса появляется значительная неравномерность нагрева, тем большая и тем более длительная, чем меньше удельное давление
...
Действительно, если в первом приближении принять, что осевое усилие распределяется по торцу равномерно (ро = const) и коэффициент трения не зависит от р, v и Т (J = const), то по мере увеличения расстоянии г от оси вращения до нагреваемой точки удельная работа сил трения, т
...
В общем случае этотисточник является подвижным, так как нагрев при трении всегдасопровождается некоторым укорочением свариваемых деталей (на2—10 мм в зависимости от длительности процесса, рода материалаи удельного давления)
...
Изменение схемы деформирования, например применение формирующих оправок, затрудняющих свободную деформацию металла в зоне соединения, позволяет существенно повысить (на 100—150°) предельную температуру на трущихся торцах
...
Это в ряде случаев используется для получения бездефектного соединения, в частности, при сварке деталей из металлов с резко отличающимися механическими свойствами
...
Тем не менее соединения с высокими прочностными и в особенности пластическими свойствами могут быть получены только в том случае, если прекращение трения (остановка системы) сопровождается достаточной пластической деформацией
...
По-видимому, это объясняется тем, что при трении физический контакт достигается только в отдельных дискретных точках, положение которых при взаимном скольжении непрерывно изменяется
...
Если в момент остановки системы пластическая деформация не идет или протекает медленно, физический контакт по всей поверхности не достигается или он создается после значительного остывания торцов
...
Этим можно объяснить появление окислов в стыках, сваренных трением при неудовлетворительном режиме, и положительный эффект применения защитной атмосферы при сварке некоторых металлов
...
Макроструктура соединений, сваренных трением без деформации в зоне соединения (А); с деформацией только во время нагрева (Б) и с деформацией как при нагреве, так и при проковке (В)Известно, что при сухом трении образование узлов схватывания, приводящих к задирам поверхности, возможно при относительно низкой температуре
...
Можно было ожидать, что при сварке трением минимальная температура образования прочного соединения для стали должна быть значительно ниже, если учесть, с одной стороны, опыт сварки в вакууме, когда
...
По-видимому, полезность высокотемпературного нагрева и значительной деформации проковки связана с одной и той же причиной — необходимостью быстрого достижения физического контакта по всей поверхности трения
...
Сварка трением малопластичных металлов завершается без образования «воротников»; при этом из стыка при проковке часто выдавливается расплавленный металл
...
Макроструктура соединений, сваренных трением без деформации в зоне соединения (А); с деформацией только во время нагрева (Б) и с деформацией как при нагреве, так и при проковке (В)Известно, что при сухом трении образование узлов схватывания, приводящих к задирам поверхности, возможно при относительно низкой температуре
...
Существенно, что низкая ударная вязкость связана не с какими-либо дефектами самого соединения, а с отмеченным выше искривлением волокон, так как при смещении надреза из плоскости стыка на 1,5—2 мм еще наблюдается заметное понижение показателей ударной вязкости как до, так и после термической обработки стыка, полностью снимающей эффект ох-рупчивания, возможный в результате подкалки во время сварки
...
Простейшее представление о сварке трением как о процессе, состоящем из двух этапов — собственно трения, в задачу которого входит только нагрев свариваемых деталей с получением требуемого температурного поля, и проковки, обеспечивающей образование соединения, противоречит ряду экспериментально установленных факторов
...
Получение соединения в этом случае возможно только при относительно небольшой скорости скольжения, когда процесс идет с глубинным вырыванием и сопровождается «намазыванием» алюминия на относительно твердую сталь практически без образования хрупкой интерметаллидной прослойки
...
При нагреве трением таких металлов один из них будет сильно деформироваться под действием осевого усилия, а другой может практически не изменять свою форму
...
Вследствие неизбежного биения трущихся торцов даже после механической обработки торца детали из более твердого металла непосредственно в сварочной машине в процессе трения поверхность детали из мягкого металла должна при каждом обороте шпинделя передеформироваться
...
В обоих случаях недостаточно быстрое доведение нагретых торцов до состояния физического контакта (медленная осадка, проковка с малой пластической деформацией) ведет к появлению в стыках окислов и непроваров (если нет защитной атмосферы)
...
Главное из них состоит в том, что сварка трением может завершаться в твердом состоянии, в то время как сварка оплавлением по самой своей природе обязательно требует нагрева до температуры, лежащей выше Тпл обоих металлов
...
В частности, поэтому при сварке трением легче предупредить образование хрупких интерметаллидных прослоек и получить прочное соединение разноименных металлов
...
В зависимости от материала свариваемых деталей, состояния поверхности и формы рабочего инструмента, а также параметров процесса (в первую очередь амплитуды и усилия ^распределение этих амплитуд различно
...
В зависимости от величины взаимного смещения оно может сопровождаться общим проскальзыванием одного элемента относительно другого илисоответствовать стадии предварительногоРис
...
Для устранения шунтирования термоэлектродвижущей силы случайными контактами, лежащими вне центральной зоны, за её пределами между свариваемыми деталями прокладывали тонкую изоляцию
...
Для устранения шунтирования термоэлектродвижущей силы случайными контактами, лежащими вне центральной зоны, за её пределами между свариваемыми деталями прокладывали тонкую изоляцию
...
Первые два источника связаны с трением в контактах; третий — либо с увеличенной амплитудой проскальзывания на их периферии, либо с энергичным передеформированием металла в этой зоне под действием ультразвуковых колебаний
...
Интенсивный нагрев контакта инструмент—деталь, свидетельствующий о большой амплитуде их взаимного смещения, ведет к износу инструмента и повреждению поверхности детали
...
В центре, где велики нормальные напряжения сжатия, а смещение относительно мало, турбулентной деформации нет и осколки раздробленной окисной пленки I постепенно перемещаются к краю; на периферии напряжения сжатия могут переходить в растягивающие
...
Байер, которые для объяснения относительно легкого взаимного перемещения уже соединенных деталей в процессе действия ультразвуковых колебаний вводят понятие о квазижидком состоянии поверхностных слоев металла [9]
...
Вряд ли можно ожидать, что в условиях ультразвуковой сварки при действии небольших нормальных и тангенциальных сил твердый металл может перейти в квазижидкое состояние, возможное только в условиях чрезвычайно высоких трехосных напряжений (например, в условиях сварки взрывом)
...
Это все же не дает основания считать, что при ультразвуковой сварке роль колебаний сводится только к нагреву поверхностных слоев металла и разрушению окисных пленок [1]
...
Однако даже наличия физического контакта между чистыми поверхностями реальных металлических тел еще недостаточно для их сварки в твердом состоянии; для этого необходима некоторая активация атомов на соединяемых поверхностях; механическая за счет движения дислокаций и вакансий при пластической деформации или термическая
...
Нельзя считать вполне установленным, нужна ли такая активация для взаимной «подстройки» атомов на соединяемых поверхностях или также для частичного разрыва связей этих атомов со своими соседями
...
Нет экспериментальных оснований для того, чтобы считать невозможным схватывание в твердом состоянии тех или иных разноименных металлов, тем более это справедливо для одноименных металлов
...
Ни резкое различие в размерах атомов, ни отсутствие взаимной растворимости, ни различие в типе кристаллической решетки не являются препятствием для схватывания разноименных металлов
...
Трудности, нередко встречающиеся на пути получения прочного соединения при сварке давлением как одноименных металлов (например, железа при холодной сварке), так и разноименных, по-видимому, связаны не с их неспособностью к схватыванию, а с невозможностью сохранения образовавшихся узлов схватывания при возврате к нормальным условиям (снятии внешнего давления, охлаждении до камнатной температуры)
...
Однако необходимы дальнейшие исследования для того, чтобы однозначно установить взаимосвязь условий образования прочных соединений при сварке давлением с теми или иными физическими свойствами и особенностями строения соединяемых металлов и сплавов
...

Эксплуатация сварочного оборудования: Справочник рабочего. 3-е изд.
Источники питания сварочной дуги: Учебник
Механизация и автоматизация сварочного производства
Основы сварки давлением
Охрана труда при сварке в машиностроении
Сварка химически активных и тугоплавких металлов и сплавов
Сварка разнородных сталей

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Основы сварки давлением