Контактная сварка

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ...

В книге изложены основа теории в технологии веек способов контактной сварки. Описаны элек ротеплоаые, энергетические н еталлофкзкческие процессы в свариваемых контактах и сварнык соедниенняк. Рассмотрены вопроса проектирования обор доваиив, организации производства к контроля качества контактной сварки. Все технологические процессы н способы контактной сварки даиы применительно к типовым конструкциям и деталям из сталей н
...
Все основные технические достижения нашего века — развитие атомной н авиационной промышленности, успехи строительства, машиностроения и радиоэлектроники — определяются, в первую очередь, развитием технология. В связи с этим следует дать общую формулировку этого понятия. Технология— это процесс взаимодействия вещества и энергии, организованный в определенной среде с целью создания новых материалов, новых конструкций, новых машин и даже новых сооружений.
...
Машиностроительному комплексу принадлежит исключительно важная роль в реализации задач, поставленных XXVII съездом КПСС по дальнейшему ускорению экономического н социального развития советского общества. Однако новое машиностроительное оборудование будет работать наиболее эффективно и производительно в том случае, если в основе его действия будут лежать новые прогрессивные технологические процессы.
...
Если в качестве вещества, подвергаемого обработке, рассматривать металлы и сплавы, а конечным технологическим результатом считать сварные соединения и конструкции, то сварочная технология поистине не имеет границ применения ин в современности, нн в будущем. Это определяется таким энергетическим богатством и разнообразием сварочного производства, каким не обладает ни, одна другая отрасль обработки металла. О таком именно богатстве говорится н в '«Основных направления» экономического и социального развития СССР на 1986— 1990 годы и на период до 2000 года», утвержденных на XXVII съезде КПСС: «Расширить в двенадцатой пятилетке в 1,5—2 раза применение прогрессивный базовых технологий. Обеспечить широкое внедрение в народное хозяйство принципиально новых технологий — электронно-лучевых, плазменных, импульсных, позволяющих многократно повысить производительность труда...».
...
Современные процессы сварки давлением — это и есть одна из разновидностей импульсных технологий. Контактная точечная сварка современных конструкций ответственной службы целиком построена на принципах синхронно сочетания импульсных режимов электрической и механической энергии Импульсные принципы построения режимов стыковой контактной сварки, разработанные Институтом электросварки им. Е. О. Патона, стали обеспечивать непревзойденное качество сварных соединений магистральных трубопроводов. Дальнейшее развитие новых способов контактной сварки будет определяться сочетанием новых программ приложения электрофизической н механической энергий и металлу».
...
Отзывы и вам ч ння по книге просим направлять по адресу: 191065, Ленинград, ул. Дзержинского, 10, издательство «Машиностроение» 1*
...
Все основные технические достижения нашего века — развитие атомной н авиационной промышленности, успехи строительства, машиностроения и радиоэлектроники — определяются, в первую очередь, развитием технология. В связи с этим следует дать общую формулировку этого понятия. Технология— это процесс взаимодействия вещества и энергии, организованный в определенной среде с целью создания новых материалов, новых конструкций, новых машин и даже новых сооружений.
...
Около 35 лет тому назад появились и стали привлекать к себе внимание некоторые новые для того времени процессы сварки. Среди них оказались: холодная, сварка трением, ультразвуковая, взрывом и другие, для которых механическое давление было главной и обязательной технологической операцией. Возникла необходимость не только формально выделить эти виды сварки. Они оказались особыми и по технологической сущности, и по времени появления. Последний показатель подсказал название: «новые способы сварки». Это термин свое существование оправдывал недолго. В производство начали вводиться еще более новые виды сварки: плазменная, электронно-лучевая и лазерная. Стало ясно, что в направлении реализации новых процессов сварка способна развиваться бесконечно.
...
Заслуженный деятель науки и техники профессор Николай Оскарович Окерблом все известные в 50—60-х годах способы сварки предложил тогда же разделить на две группы: плавлением и давлением. Название привилось и было принято повсеместно, всеми школами. Однако сейчас и такое разделение начинает казаться недостаточным.
...
Для современных концентраций энергии в металлических деталях процессы идут далеко за пределами кипения металла и все ближе подходят к атомно-электронным процессам и масштабам, а в ближайшем будущем подойдут к ядерным.
...
Таким образом, изучение современных сварочных процессов совсем не обязательно связывать с той или иной рекомендуемой классификацией способов сварки. Гораздо существеннее научиться понимать физические явления в свариваемом контакте между деталями в зависимости от тех видов энергии, которые используются при разных способах сварки. Нужно отметить при этом, что никакая другая отрасль обработки металла, кроме сварки, не располагает в своем арсенале таким широким ассортиментом видов энергии. Достаточно перечислить хотя бы такие основные виды энергии, обеспечивающие так называемые процессы сварки плавлением:
...
Каждый из перечисленных видов энергии переходит (по первому закону термодинамики) в энергию тепловую, доводя температуру металла в зоне свариваемого контакта до величин, иногда весьма превышающих точки плавления и в сотни тысяч раз больших, чем это необходимо для связи пограничных кристаллических слоев металла. Отсюда неизбежна тепловая инерция металла зоны свариваемых контактов при приложении всех перечисленных выше видов энергии.
...
Но есть еще и седьмой вид энергии — энергия механическая, которая может быть какой угодно: инерционной статической, вибрационной, знакопеременной и, самое существенное, ударно-импульсной, т. е. вовсе безынерционной.
...
Если" комбинация каких-либо двух видов энергии из шести, перечисленных первыми, для одного и того же способа сварки встречается редко, то комбинация разнбпрограммированной механической энергии с любым другим видок энергии создает все известные современные способы сварки. Мало того, будут создаваться еще и новые, пока не известные сварочные процессы из комбинаций двух видов энергии, одна из которых — безынерционная механическая. Но и это не все, чем замечательна механическая энергия. Она одна определяет целую серию новых, весьма эффективных процессов сварки (холодная, взрывом, трением). Для сварочной технологии механическая энергия используется, главным образом, как сдавливающая сила. При этом, если в редких случаях сдавливаемый объем металла не имеет возможности пластического течения, то сдавливающая сила создает всестороннее сжатие. Если сдавливаемый объем может течь и деформироваться, то операция сдавливания неизбежно и обязательно превращается в сдвиговый процесс и этим процессом завершается. Сдвиг по плоскости свариваемого контакта в зависимости от вида сварного соединения и нашего желания может быть одного направления, радиально растекающимся или вращательным.
...
Сдвиг по плоскости контакта и только сдвиг — вот обязательная завершающая операция любого способа сварки давлением, в том числе и электрической контактной сварки. J
...
Каждая металлическая деталь в реальных условиях покрыта защитным слоем оксидной пленки с дополнительными адсорбентами на ней. Если речь идет о сварке плавлением.за счет любого из перечисленных выше шести видов энергии обеспечиваем соединение деталей слоем самопроизвольно кристаллизирующего расплава толщиной б. Этот слой, получивший энергию knQ (Дж/смэ), по прочности металла может быть хуже основного, равен ему или лучше его. Все это во власти технологии. Толщина б химически и структурно постороннего металла в сотни тысяч раз превышает тот двойной слой поверхностных кристаллов, которые могли бы сформировать непрерывную кристаллическую структуру и создать прочное сварное соединение. Если такая задача ставится, то в действие вводится второй вид энергии — механическая. Давление, обеспечивающее осадочную операцию, может вытеснить практически весь слой б химически и структурно разнородного металла и обеспечить соединение действительно однородных элементарных кристаллов только с различной структурой зерен и с различным насыщением микродефектами этой структуры. Отсюда хотя и очевидный, но необходимый вывод: для обеспечения сварного соединения свариваемые контакты могут получать любые соотношения двух видов энергий. Это и есть акты физической активации металла. Однако самым главным является ие статическое соотношение тепловой и механической энергий, а динамика изменения их во времени, особенно механической энергии. Важна не только общая величина последней (непосредственно число джоулей), которая может быть введена в деформируемый металл, — это сила, умноженная на путь, но и скорость, с какой прикладывается эта сила.
...
Отсюда ясно, что недостаточная тепловая активация или даже ее полное отсутствие может с избытком компенсироваться скоростной механической деформацией. Следовательно, для каждого температурного состояния контакта существует определенная сила сдавливания, прикладывая которую с определенной скоростью, обязательно получаем качественное сварное соединение. Существует, таким образом, непрерывный ряд значений давления, осуществляемых с соответствующими скоростями, для непрерывного ряда температур — от комнатной до точки плавления. Однако ударно-импульсные давления, или скоростные сдвигово-поворот-ные для электроконтактного нагрева практически не используются.
...
Для процессов сварки понятия температуры и давления неотделимы друг от друга, поскольку они определяют анергию кристаллов. Деление всех способов сварки на две группы (плавлением и давлением) отображает только чисто внешние технологические действия. Что же касается физической сущности всех сварочных процессов, то для них единственно общим является количество вводимой в металл энергии к программа введения ее во времени. Однако
...
Для процессов сварки понятия температуры и давления неотделимы друг от друга, поскольку они определяют анергию кристаллов.
...
раздельное, долевое участие механической энергии все же различается. Механическая энергия вводится в виде силы: статической, ударной или вибрационной. Эта сила может деформировать макро-масштабный объем и тем самым активировать весь этот объем за счет массовой всеобщей деформации электронных конфигураций. Но механическая сила, приложенная к плоскости контакта, может деформировать (и притом неодинаково) отдельные микро объемы. Неодинаковая механическая деформация создает неоднородную активацию электронных плотностей. Этот факт определяет энергетический и, следовательно, электрический контраст между соседними неравномерно деформированными микрообъемами. Электрический контраст выражается разностью электрических потенциалов (мВ); а электрическое сопротивление металла между деформированными микрообъемами составляет микроомы. Следовательно, плоскость механического контакта — это поле электрических замкнутых токов еще без приложения какой-либо электрическое а только механической энергии. Отсюда видно, насколько еще пока примитивно во многих случаях мы рассматриваем электрическое сопротивление свариваемых контактов, если имеем в виду только статическую силу, действующую на контакт.
...
До сих пор было как-то очень привычно считать, что электронные конфигурации и электронные концентрации подвластны только электрическим силам и температуре, но природа предусмотрела значительно большие возможности для этого. Каждый вид механической обработки металлической поверхности различным образом изменяет приповерхностные значения плотности электронов и тем самым заставляет эмиттировать в пространство электроны с относительно высокой энергией.
...
Испускание электронов металлическими поверхностями под влиянием механической обработки получило название экзоэлек-тронной эмиссии. Исследование этого процесса показало, что металлическая поверхность может получить значительную способность эмиттировать электроны за счет механической деформации, разрыва, сдвига, трения, изгиба. Интенсивность экзоэлектронной эмиссии носит пока что загадочный характер. Длительность эмиссии иногда определяется десятками минут после механической деформации, а максимум эмиссии наступает через несколько минут. Например, на алюминиевой поверхности максимум эмиссии от момента трения поверхности со сдвигом наступил через 2 мин,, а полностью эмиссия угасла только через 30 мин, на железной — максимум через 5 мин, а угасание через 30 мин. Эффект электрической, а следовательно, и структурной перестройки оказывается, как видно, весьма растянутым по времени.
...
Ток экзоэлектронной эмиссии измеряют и тем самым определяют интенсивность механических деформаций. Для стационарных механических контактов эти измерения не нужны и неинтересны, так как эмиссия, даже если она н не угасла, не оказывает
...
влияния на чисто механическую деформацию поверхностных слоев металла. Что же касается электрических свариваемых контактов, с которыми приходится иметь дело при точечной и шовной сварке, то здесь о существовании экзоэлектронной эмиссии следует помнить. Это значит, что важно не только учитывать, как обработаны (с точки зрения, например, шероховатости) контактирующие поверхности, но и сколько времени прошло после этой обработки.
...
На основании вышесказанного можно сделать вывод, что механическая энергия, вводимая в свариваемый контакт, создает не только механические деформации, но порождает сложный физический комплекс электрических эффектов. Отсюда следует, что технолог в своем мышлении не должен замыкаться на учете действия только явно видимых внешних сил. Имея в виду принцип всеобщей связи явлений, надо думать и о других, сопутствующих и невидимых силах, далеко не всегда играющих второстепенную роль.
...
В технологии машиностроения занимаются лишь геометрией металлических поверхностей. Для сварочной технологии кроме геометрии необходимо исследовать физические процессы, которые происходят на поверхностях свариваемых деталей. Процессы эти разнообразны, динамичны и очень сложны по своей физическо природе. Для сварочной технологии, на современном ее этапе, полезно рассмотреть все, что происходит на поверхности металла от момента ее подготовки к сварке до самого сварочного процесса. Наиболее удобно анализировать поверхностные явления на металле, используя следующую модель. Представим себе, что разрываем металлический образец. До разрыва внутренние слои металла были абсолютно свободны от всяких посторонних загрязнений. Они были построены в виде нормальных кристаллических структур, с обычными для реального металла дефектами. Поверхность разрыва в момент ее образования идеально чиста. Такую чистоту называют ювенильной. Обнажающиеся при разрыве кристаллические грани элементарных кристаллов особенно и необычайно подвижны. В первые же миллионные доли секунды большая часть свободных электронов покидает кристалл и образует над его гранями подвижное отрицательно заряженное облако. Вслед за этим эффектом, а затем и одновременно с ним все острые кристаллические грани размываются, придавая острым выступам округлые очертания: при выравнивании и закруглении рельефа поверхностная энергия уменьшается.
...
Электронное облако над поверхностью и избыточный положительный потенциал кристаллов создают прочный и стойкий двойной электрический слой (рис. 1.1, а). Такой слой может существовать только в абсолютном вакууме. Если же разрыв металла произошел на воздухе, то двойной пограничный слой может возникнуть только как первый импульсный эффект. Электронное облако без промедления (рис. 1.1, б) активирует молекулы кислорода в окружающей атмосфере, которые с большой скоростью образуют оксидную пленку. Электрическая структура пленки непрерывно сохраняет разнополярность внутреннего и наружного слоев. Если первый электронный слой возникает мгновенно, то он мгновенно же вступает во взаимодействие с молекулами кислорода, активи-
...
зируя их на образование химической связи с металлом. Над поверхностью металла образуется рыхлое и подвижное облако ионов металла, его оксидов и свободных электронов. В этом облаке самой активной составляющей и притом длительно, в течение минут и даже десятков минут, остаются свободные электроны. Электронная эмиссия с металлической поверхности за это время продолжается даже сквозь слой уже образовавшегося оксида (рис. 1.1, в). В земной атмосфере при избытке кислорода мономолекулярный слой кислорода на поверхности только что разорванного образца выстраивается за миллиардную долю секунды, при давлении
...
ском вакууме — за 7 лет. Созданная на реальном металле оксидная пленка не остается непроницаемым и мертвым панцирем. Она сама по границе ее с металлом и по границе с окружающей средой весьма длительно живет подвижной электрической жизнью, если даже на нее не воздействуют никакие механические силы. Образовавшийся оксидный слой непрерывно обменивается с металлом электрическими зарядами. Верхний слой металла, на котором образуется оксидная пленка, представляет собой особую физическую систему, поскольку любая механическая обработка создает в этом слое полностью разрушенную и разориентирован-ную кристаллическую структуру. Глубина таких слоев зависит от способа механической обработки: после тонкого шлифования — приблизительно от 2 до 25 мкм, после точения и грубого шлифования — от 75 до 250 мкм, после полирования — от 0,2 до 0,5 мкм. Энергетическая и электрическая пересыщенность таких слоев по сравнению с нормальной структурой металла весьма велика. Это и проявляется в необычайно высокой активности, с какой на такой поверхности возникают оксидные наслоения, с которыми и приходится особенно считаться технологу при различных способах сварки давлением.
...
Начальные скорости окисления обнаженных металлических поверхностей, как уже указывалось, огромны. Однако по мере увеличения толщины оксидного слоя на холодном металле стабилизируются пленки такой сравнительно небольшой толщины, что металл визуально сохраняет свой характерный металлический блеск. Такие оксидные наслоения благодаря их малой толщине оптически прозрачны. Так, в частности, если говорить о железе, то его металлическая поверхность не теряет своего блеска, пока
...
Рис. 1.1. Структура слоев на металлической поверхности
...
Рис. 1.3. Моделирование шероховатости посредством пирамид с квадратным основанием: а — единичный выступ; б — схема деформации пирамиды кратковременным ударом по идеальней плоскости; в
...
Как видно, металл надежно защищает чистоту своих глубинных слоев. Оксидные и адгезионные наслоения и являются главным препятствием против самопроизвольного сваривания любых металлических поверхностей, образующих контакт. Электрическая связь адгезионных и оксидных наслоений с металлом очень прочна.
...
Рис. 1.4. Профилограмма поверхности алюминиевой пластины после зачистки ее наждачной бумагой (а) и в результате ее деформации плиткой Йога неона под давлением 20 100 и 200 МПа (б)
...
Рис. 1.3. Моделирование шероховатости посредством пирамид с квадратным основанием: а — единичный выступ; б — схема деформации пирамиды кратковременным ударом по идеальней плоскости;
...
А — неталл глубинных слоев; Б -= неталлооксидная ввтектнка внешнего кристаллического слоя; В — адсорбционные наслоения по оксидному слою (воэдуж, пары воды, наело, пыль); МеО — оксидный слой (толщина относительно увеличена)
...
скими средствами. Всякая, даже самая тщательная, зачистка металлических поверхностей способна только свести к минимальной толщине все оксидные и адсорбционные наслоения на поверхности металла. Контакт двух металлических деталей без промежуточной оксидной и адсорбционной прослойки, т. е. непосредственно контакт между кристаллами может быть обеспечен только в двух случаях:
...
2) когда пластическая деформация выдавливает и выносит за пределы плоскости контактирования все оксидные и адсорбционные наслоения.
...
К последнему, идеальному случаю с различной степенью успеха стремятся все технологические приемы всех процессов сварки давлением.
...
Что касается процессов сварки плавлением, то здесь все оксидные и другие наслоения просто растворяются в расплавленном металле. Удаление загрязнений металла в одних случаях и растворение этих загрязнений в других — вот в этом и есть одно из самых существенных различий между сваркой давлением и плавлением. Как будет показано в дальнейшем, при современной контактной точечной и шовной сварке соединения образуются по принципам плавления.
...
На рис. 1.4 представлена картина постепенной деформации выступов шероховатости при сдавливании этих выступов плиткой Иогансона, т. е. почти идеально плоской деталью. Наибольшее давление (200 МПа) значительно превышает предел текучести отожженного алюминия. Тем не менее пирамиды полностью не смялись и не превратились в параллелепипеды. Этот факт объясняется следующими причинами.
...
Поверхностный слой металла в результате любой механической обработки становится предельно наклепанным, насыщаясь линейными и точечными микродефектами в сотни и тысячи раз больше, чем это характерно для нормального проката. Оксидные прослойки проникают в глубину шероховатостей, создавая своеобразную эвтектику металла с его оксидами (слой Б на рис. 1.6). Показатели микротвердости, приведенные в табл. 7 приложения,
...
Ряс. 1.6. Схема строения слоев на реальной металлической поверхности:
...
определяют, насколько может повыситься микротвердость пира мид в целом, если их структура из чисто металлической превращается в металлооксидную. При значительных давлениях в пора образующихся между пирамидами, сжимаемый воздух настолько нагревается, что должно произойти энергичное окисление металла, окружающего поры. Этот эффект вызывает еще большую концентрацию оксидной фазы в металле и соответственно повышает и показатели твердости, и значения удельного электрического сопротивления поверхностного слоя металла. В табл. 7 приложения приведены сравнительные значения удельных электросопротивлений некоторых металлов и их оксидов. Сравнивая эти данные, можно сделать вывод, что и с точки зрения электропрово ности шероховатая поверхность металла по своим свойствам может значительно приближаться к полупроводникам.
...
Учитывая изложенное выше, следует констатировать: в земной атмосфере никакие металлические поверхности не могут быть свободными от оксидных и адсорбционных наслоений. Весь вопрос для сварщиков сводится только к тому, какова структура и толщина этих наслоений. Несмотря на неизбежное наличие поверхностных наслоений, в технологической практике используются термины «чистого металла» в смысле его зачистки перед сваркой., Для контактной сварки визуальная оценка чистоты определяется отсутствием явно видимой окалины или явно видимого потускнения. С этой точки зрения идеальной поверхностью считают холод ный прокат, протравленный металл, металл, зачищенный абразивным инструментом и абразивным материалом.
...
Выше было определено, что главной и даже единственной причиной неизбежных оксидных и адсорбционных наслоений на поверхности металла является факт энергетического неравновесия, энергетического контраста между средой и вновь образовавшейся поверхностью металла в этой среде. Электрическая полярность всех слоев на металле, показанная на рис. 1.6, говорит и об электрической природе всех границ структур, что подтверждается многими измерениями разности потенциалов. Установлено, например, что не только два соседних кристаллита энергетически неравновесны, но даже граница зерна по сравнению с его серединой электрически более отрицательна. Упругие деформации почти не изменяют разности потенциалов между соседними зернами, пластические же сказываются в очень сильной степени. Все надрезы, трещины и другие концентраторы напряжений дают отрицательный потенциал относительно основной массы металла.
...
Любые соседние контрастные элементы структуры, любые два соседних зерна одной и той же структуры, но разного размера два различно деформированные зерна обязательно имеют между собой электрическую разность потенциалов как следствие электрической природы строения вещества.
...
Эти общеизвестные факты почти не используются, к сожалению, металловедами при изучении металлических структур. 14
...
Для технологов сварочного производства отмеченные микроэлектрические эффекты существенны, особенно при изучении контактных сопротивлений. Вероятно, существует прямая связь между явлением экзоэлектронной эмиссии и фактом медленного выравнивания разности потенциалов между различно деформированными объемами металла.
...
Механическая деформация шероховатостей — это акт некоторой общей для контакта атомно-электронной активации, которая за несколько минут постепенно угасает, создавая равновесную электрическую структуру. Это и фиксируется, в конечном итоге, нулевой разностью потенциалов на холодном контакте. Получается некоторый физический парадокс: механический контакт при своем возникновении оказывается чисто электрическим. Другое дело, что разности потенциалов на нем измеряются микровольтами, что весьма мало по сравнению с теми, что возникают на контакте при прохождении через него сварочного тока. Тем не менее для объяснения электрического пробоя через поверхностные слои на металлических поверхностях в контакте вряд ли следует пренебрегать явлением его своеобразной электризации путем давления. Наиболее достоверно считать, что в плоскости всякого механического контакта в момент его организации за счет энергии пластической деформации образуется структура плазмы, и плазмы безусловно проводящей, если этой проводимости не мешают большие толщины оксидов.
...
Оксидная пленка на рис. 1.6 показана схематически и увеличенной толщины. Ее сцепление с металлом происходит через промежуточный разориентированный слой оксидно-металлической эвтектики. Наличие такого слоя в плоскости холодного контакта неизбежно при любой толщине оксидной пленки. Рассматривая профилограмму поверхности на рис. 1.4, можно сопоставить относительные размеры пирамид шероховатости и толщины оксидной, оптически прозрачной пленки на пирамидах. Если высота пирамиды приблизительно 50 мкм, а толщина пленки 0,03 мкм, то из рис. 1.4 можно увидеть, что высота пирамиды в тысячи раз больше толщины оксида на ней. Таким образом, макрошлиф реального
...
Рис. 1.7. Снижение разности потенциалов U_aa, возникшей на контакте после ударного сжатия, во времени
...
холодного контакта свежезачищенных деталей покажет толщину оксидной пленки, разделяющей детали приблизительно такого же размера, как и толщина межкристаллитных границ. Однако структуры этих двух границ категорически различны, так же как различно строение самой пирамиды и внутреннего зерна металла.
...
Зерна (кристаллиты) составлены из фрагментов, фрагменты — из блоков. Блоки как группа элементарных кристаллов могут быть разориентированы (а не разделены прослойками) относительно друг друга на доли градуса, фрагменты — на несколько градусов. Внутри зерна никаких оксидных загрязнений нет, но зерна отличаются друг от друга не только ориентацией, они отделяются особыми межкристаллитными границами. Эти границы оказываются насыщенными всеми возможными несовершенствами кристаллических решеток. Тем самым межкристаллитные границы представляют собой концентраторы особой энергии, всегда стремящейся к возможной разрядке. Разрядка может происходить в виде высокой химической активности границ по сравнению с серединой зерна.
...
Общеизвестное явление повышенной скорости травления меж-зеренных границ для сварщиков-технологов должно быть подчеркнуто особенно. Протравленная межзеренная граница своей' чернотой создает впечатление полной разобщенности зерен и тем самым якобы подчеркивает полное отсутствие прочностной связи между ними. В действительности между зернами существует сильнейшая металлическая связь. Зерна посредством больших пластических деформаций могут дробиться на множество более мелких, показывая при травлении свои новые границы. Эти границы при последующей рекристаллизации исчезнут в процессе поглощения одного зерна другим. Новые границы снова будут визуально фиксироваться как черные изолирующие прослойки. Однако эти прослойки никогда не вызывают у исследователя сомнений в прочности металла по межзеренным границам, поскольку известно, что во многих случаях здесь оказывается большая прочность, чем в сердцевине зерна.
...
Некоторые процессы контактной сварки (особенно микросварки) протекают при температурах ниже точки плавления. При этом достигаются высокие прочностные свойства соединений, но в разрезе соединений на макрошлифах также видна протравленная сплошная чернота по плоскости контакта. Вот эта чернота в сваренном контакте почему-то у многих металловедов вызывает подозрение в непроварах. Можно вполне определенно утверждать, что и по плоскости сваренного контакта визуально заметная граница только потому и оказывается заметной, что здесь в процессе сваривания произошла обильная концентрация микродефектов всех родов. Это вызвало активную химическую реакцию травления, что и зафиксировалось черной прослойкой, видимой на макрошлифе. 16
...
Вопросами теории холодных контактов металлических поверхностей задолго до сварщиков занимались технологи машиностроения. В этой области накоплен большой опыт, который и следует позаимствовать для контактной сварки, но если речь идет только о холодном контакте, находящемся под статическим давлением.
...
Показатели шероховатости после различных видов механической обработки поверхностей представлены в табл. 5 приложения. Здесь же даны значения коэффициентов Ъ и v, введенные в практику Н. Б. Демкиным и И. В. Крагельским [31.
...
Как было ранее обусловлено, шероховатость моделируется в виде пирамид с квадратным основанием. Моделирование такого рода безусловно идеализировано, но без систематизации размеров и форм шероховатостей невозможны никакие расчеты и даже качественные выводы. На основании конкретных значений шероховатости можно сделать вывод, что при всех видах обработки пирамиды представляют собой сильно сплюснутые геометрические фигуры: размеры основания в десятки или сотни раз превышают высоту пирамид. Такая форма выступов определяет разную деформационную картину в зависимости от программы приложения действующего давления и температуры пирамиды.
...
Для ударного давления плоской пластиной по холодной пирамиде она получает деформацию по схеме рис. 1.3, б. Нагретая целиком под действием статической или медленно изменяющейся силы пирамида деформируется по схеме рис. 1.3, в. Такого рода деформации характерны только для сил, сдавливающих пирамиду от ее вершины точно по оси симметрии. Однако практически почти при всех способах сварки давлением осевое давление сочетается со сдвиговым в какую-либо сторону. Мало того, и чисто осевое давление в свариваемом контакте как в отдельных микропирамидах, так и по всей плоскости контакта всегда завершается сдвиговым эффектом. Как будет показано в дальнейшем, этот эффект является самым главным фактором формирования сварного соединения вообще.
...
Для равномерной осевой деформации при полном смятии пирамида превращается в параллелепипед. Частичная деформация создает идеализированную усеченную пирамиду. Единичную площадь контакта смятой пирамиды у2 принято обозначать так:
...
В плоскости реального металлического контакта (рис. 1.8) может образоваться л таких площадок. Если считать всеДЛ, одинаковыми, то в сумме они составят так называемую фактическую площадь контакта
...
ло элементарных ллощадок п определяется и волнистостью контактируемых деталей (см. рис. 1.2). В связи с этим введено понятие контурной площади контакта. Эту площадь обозначают Ас и ее размер определяют теми границами, в пределах которых вписываются все элементарные площади контакта ЛЛГ.
...
Размер площади сечения всей свариваемой детали, или размер предельно возможной площади контактирования деталей, называют номинальной площадью контакта и обозначают символом Аа.
...
Относительную деформацию группы микропирамид, составляющих фактическую площадь контакта, согласно экспериментальным данным Н. Б. Демкина [3 J, принято вычислять так:
...
В этой формуле коэффициенты Ь и v характеризуют деформационную способность шероховатой поверхности чисто геометрически, без учета способа обработки поверхности ее физического состояния; р — давление, усредненное по контурной площади контакта; рс.д — сопротивление деформации микропирамид, это показатель в значительной степени неопределенный, его величина зависит от способа обработки поверхности' металла и энергии, с какой это делалось.
...
В технологии машиностроения величину рс.д для всех видов станочной обработки рекомендуют принимать, в среднем, равной тройному пределу текучести металла
...
Опыт показал, что для свариваемых контактов при точечной и стыковой сварке это соотношение дает удовлетворительные результаты при расчетах площадей контактирования.
...
Если контурная площадь под действием давления и нагрева стремится в пределе к номинальной, то, видимо, фактическая площадь имеет своим пределом контурную. Закономерность изменения фактической площади под действием давления и нагрева, очевидно, также должна определяться критериальным числом аналогичным Z.
...
турные и, следовательно, электрические микропроцессы успокоились и стабилизировались. Для свариваемых контактов в моменты их образования определение площади весьма затруднительно, особенно при действии ударных сдавливающих сил. Для такого рода нагрузок на контакт значения величин ре.д>
...
Вопросам концентраций и распределения действующих механических напряжений посвящено много литературы. Для условий контактной и некоторых других процессов сварки давлением схемы силового взаимодействия представляют значительный интерес, п.
...
На рис. 1.9 показаны эпюры распределения механических напряжений по плоскостям контактирования и плоскостям резкого изменения сечений.
...
Для практических расчетов принимают, что под абсолютно жестким пуансоном (рис. 1.9, а) абсолютно жесткая плита равномерно нагружается силой Р,
...
Рис. 1.9. Схемы распределения напряжений по плоскости контактирования
...
Формула (1.16) дает теоретически бесконечно большие значения давления по образующей цилиндрического пуансона. Практически идеально жесткого пуансона не бывает, так же как не бывает пуансона хотя бы без самых малых закруглений по краю опорного круга /—/ (рис. 1.9, с). При наличии таких закруглений кривая распределения давлений также превращается в закругленную: кривая 2—2
...
или несколько меньшее этой величины. На рис. 1.9, в показано внедрение пуансона в металл (прошивка металла). Стрелки показывают течение слоев металла радиально осевой линии пуансона. Для определения действительных напряжений в металле при деформировании по схеме рис. 1.9, в существует известная формула Е. П. Унксова
...
Как видно из формулы (1.18), для прошивки металлической болванки толщиной 8 и диаметром D необходимо создать напряжения сжатия, превышающие предел текучести на некоторый коэффициент (приведен в квадратных скобках), зависящий от размеров заготовки и глубины проникновения пуансона. Первые два члена этого коэффициента показывают, какие должны быть приложены давления, чтобы деформировать цилиндрическую заготовку abed (рис. 1.9, в) без окружающей ее массы металла. Вторая часть коэффициента, In (D/d),
...
Если сжатию подвергается целый стержень из жесткого, непластичного металла, то никаких пластических деформаций нет, и эпюра действующих напряжений сжатия представляется в виде равномерно распределенной нагрузки (рис. 1.9, г). Если на стержне из такого же жесткого материала сделан кольцевой вырез (или два деально подогнанные друг к другу по плоскости контакта стержня, которые по краю не соприкасаются) (рис. 1.9, д), то у вершины выреза концентрируются пиковые напряжения. Если целый стержень из пластического металла деформируется между двумя плитами, в которых он жестко закреплен (абсолютное трение), то распределение напряжений сжатия представляется эпюрой, изоб-
...

Твердые сплавы
Цементация стали
Зварювальні матеріали
Контактная сварка
Термическая обработка в машиностроении: Справочник
Металлургия черных металлов

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

admin

Контактная сварка