Этот вывод дает право сформулировать общее заключение: тепловое состояние свариваемого контакта, активированного любым видом энергии, определяется произведением критерия Кирпичева в первой степени на критерий Фурье в половинной. -

Вывод (1.45) можно записать такими формулами, вводя обобщенный критерий подобия К:

-Ki/Fo; К = у-ф. (1.46); (1.47)

Вернемся еще раз к формуле (1.39), обратив внимание на то, что для энергии qt мы не ставили никаких ограничений, т. е. она может быть любой: тепловой от экзотермической химической реакции, электрической, механической и пр. Если иметь в виду современные используемые виды энергии, то qt может быть представлено суммой:

qt - фшсе + P{R + /?0н + Vft -f ef/n -\- цН + Ph, (1.48)

где /?ц и /?м - изменяющиеся в процессе нагрева электрические сопротивления контакта и самого металла; t - время действия сварочного тока /, т. е. время нагрева.

Из этой суммы энергий технолог может выбирать или любой один вид, или любые комбинации из членов в сумме, если только это может дать желаемый технологический эффект. Первое слагаемое в равенстве (1.48) относится, например, к газовому или термитному нагреву, второе - к контактной сварке, третье - к ней же для процесса оплавления или искрового разряда; eUn - этолучевая энергия; if>fP - энергия магнитная и, наконец, Р/г - это энергия механическая. Как ни странно на первый взгляд, о последней надо говорить особо. Дело в том, что простейшее понятие P/Im как силы, умноженной на путь, в сварочных процессах может быть реализовано разными путями. Сила может быть статической, ударно-импульсной и знакопеременной. Путь может равняться линейной осадке, но может быть и иным. Так, при сварке трением

qt = РрУ + РоЛм. (1-49)

В этой сумме у - это путь трения, равный

у = л dneO, (1.50)

где d - средний диаметр стержней; п - частота вращения детали; тр - время операции трения.

Формула (1.41) получает такой вид:

где /7тр - давление при операции трения; рос - осадочное давление по окончании нагрева, которое, как видно, нужно прикладывать за короткое время ос чтобы, во-первых, не упустить состоя-36

ния подогрева, достигнутое за время f,.p, и, во-вторых, осуществить кратковременный, окончательный, сваривающий сдвиг.

Энергия может быть и комбинированной - электрическая плюс механическая. Их соотношение также может быть разнообразным. Например, для стыковой сварки методом сопротивления

qt = 1% (/?к + Rm) + Росйм, (1.52)

Для стыковой сварки методом оплавления и ударно-стыковой

. qt = и опопоп + осм. (1.53)

где оп - время процесса оплавления при действующем токе оплавления /оп и напряжении на свариваемых деталях t/on-

Имея в виду все изложенные выше частные соображения о видах энергии, которые можно вводить в контакт, и о величине температуры в плоскости контакта, которая развивается за счет этих энергий, следует написать:

Гсв = 7к + Тд. (1.54)

Здесь первое слагаемое определяется формулой (1.39), а второе - ранее исследованной формулой (1.34). Если полностью развернуть сумму (1.54) по всем возможным составляющим вводимой энергии, то получим общее энергетическое равенство для любых процессов сварки

imlTh/cVtoc 240m Vyc

feknt,

-). (1.55)

Равенство (1.55) интересно тем, что оно показывает, как можно , комбинировать виды энергии для известных и освоенных процес-i, сов сварки. Например, стыковую сварку методом сопротивления определяют только два слагаемых равенства (1.55) - это первое и третье; для сварки непрерывным оплавлением - второе и третье; . для сварки оплавлением с подогревом - первое, второе и третье. Однако это чисто внешние технологические признаки. Вскрыть внутреннюю сущность, а точнее, определить вклад каждого из сла- гаемых равенства (1.55) может только численный расчет. Для некоторых способов сварки, как, например, контактной точечной и шовной, можно и без расчета определить, что для них используется только первое слагаемое, поскольку металл доводится до плавления и поэтому осадочное давление не нужно. В этих процес-. сах давление обеспечивает другие функции: оно создает начальный холодный контакт и во многих теперь случаях осуществляет опера-

цию проковки уже сваренного горячего металла. Равенство (1.55) может быть продолжено, например, для ультразвуковой сварки

qt = РЫ, (1.56)

где Р - сила сжатия; - амплитуда колебаний; со - частота колебаний; t - время полного цикла.

Соответственно (1.56) в сумме (1.55) появится слагаемое /7со/ t/{Am /кус).

Равенство (1.48) еще более существенно и в другом. Оно позволяет предсказать возможность создания новых, пока не используемых процессов сварки. Вряд ли, например, можно отрицать, что когда-нибудь не окажется целесообразным использовать одновременно и энергию трения, и электрический нагрев, т. е. суммировать первое и четвертое слагаемые. Могут быть и другие комбинации, например, любого из электрических нагревов с колебаниями ультра-, гипер- или просто звуковыми. Последние, например, С. И. Кучук-Яценко уже сочетает со вторым и третьим слагаемыми равенства (1.48).

Единственно, какой Ьроцесс сварки давлением не вписывается в равенство (1.48), так это диффузионная сварка в вакууме. Для нее, в классическом ее виде, при постоянных температуре и давлении в этом равенстве не подходит ни одно слагаемое.

Коэффициент диффузии, согласно определению Я- И. Френкеля, для условий печного нагрева

D = kd/(j]6), (1.57)

где kQ - тепловая энергия, которая сосредоточена в свариваемых деталях; при диффузионной сварке она равномерно распределена как по зоне контакта, так и по всей детали в целом; т] - динамическая вязкость, или внутреннее трение; б - параметр кристаллической решетки.

В последние годы для диффузионной сварки стали использовать программированное ударное давление. Мало того, замечено, что внешнее магнитное поле тоже оказывает влияние на процесс диффузии. На основании этих фактов формулу Я. И. Френкеля (1.57) следует дополнить механической ударной энергией фононов hv и магнитной уЯ. При этих условиях коэффициент диффузии можно определить по такой формуле

D = (kQ +hv+ 11НУ(ф). (1.58)

В знаменателе этой формулы коэффициент, характеризующий внутреннее трение, как и ранее, определяется формулой (1.31).

Формула (1.58) показывает, что коэффициент диффузии по свариваемому контакту может возрасти действительно в миллионы или даже миллиарды раз против его значения, известного для условий статического нагрева всего объема металла. Такие именно миллионнократные возрастания за счет ударных давлений и были 38