зафиксированы экспериментально Л. Н. Лариковым, В. Р. Рябовым и В. М. Фальченко.

Формула (1.58) дает объяснение совершенно необычной скорости диффузии при сварке взрывом. В момент соударения зафиксированы частоты более жесткого излучения, чем ультрафиолет. Следовательно, это частоты порядков 10-10* Гц. Температура свариваемых поверхностей в результате значительно превышает точки кипения. Внутреннее трение т] стремится к нулевому значению. Соответственно всем этим фактам коэффициент диффузии D возрастает при сварке взрывом в миллиарды раз по сравнению с тем значением, которое характерно для статических печных нагревов.

Энергетическое равенство (1.48) хотя и содержит много переменных, но не все те, какие вообще участвуют в процессе формирования сварного соединения.

Обратимся к некоторым типовым примерам из практики.

Рассмотрим стыковую сварку методом сопротивления стержней из стали СтЗ диаметром 12 мм. Осциллограмма зафиксировала: среднее значение тока нагрева / = 6350 А. Время нагрева 2,3 с. Сила сжатия Р = 5650 Н. Время осадочной операции ос = 1 с. Размер осадки h = 5 мм. Коэффициент аккумуляции теплоты для стали СтЗ примем fXyc = 1,47 Дж/(см2-°С-с>/2), коэффициент т = 1/2. Тогда при Ph = 5650-5-10 = 28,52 Дж

п1 28,25 Л

4mVWcSVt;c~ 4.1/2.1.47.1.13-1 -

Тепловой расчет показывает, что электронагрев в зависимости от величины контактного сопротивления обеспечивает температуру в плоскости контакта 1200-1300 °С. При этих условиях встает парадоксальный вопрос: зачем же вообще нужна механическая ocaiiKa, если она добавляет к электронагреву в 1200-1300 °С всего 8,5 °С. Однако выше обращалось внимание на то, что осевая осадка неизбежно завершается сдвиговым эффектом по плоскости контакта. И если на этот сдвиговый эффект положить те же сдв = = 1 с, то по формуле (1.34) получим

Т 1 994 °Г

6-1,38-0,84-1/1836-1- 1/1450 -

А это уже такая существенная добавка, которая или весьма приблизит суммарную температуру Тв = Tj, + 7д к точке плавления, или даже превысит ее, стоит только слегка ускорить операцию осадки. Превышение точки плавления по плоскости контакта не только реальная вещь, но, вероятно, даже желательная. Не следует только забывать, что добавление температуры 7д имеет место только в самой плоскости сдвига, а не в глубинных слоях металла вокруг контакта.

Можно привести и другой характерный пример. Это ударно-стыковая сварка с разрядом конденсатора на свариваемый контакт. Одна из осциллограмм зафиксировала длительность процесса сварки медных проволок 0,003 с. Время осадки и, следовательно, время деформации сдвига ос = 0,001 с. По формуле (1.34) для меди

\

6-1,38-0,85-0,001/1200-1 -I- 1/1083

Тд = . .оо по. ппп, ппп.....= 1076 Т.

Отсюда приходится делать вывод, что ударное давление выбивает из контакта весь кипящий металл, нагретый разрядом конденсатора. Сдвиговый же удар по плоскости контакта обеспечивает температуру плавления. Этот факт вполне объясняет структуру сваренного контакта. Его плоскость раздела не отличается от межкристаллитных границ. Таким образом, медленная (за 1 с) осадочная операция при сварке методом сопротивления не дает заметной температурной добавки, но скоростная осадка обеспечивает решающий температурный эффект по плоскости контакта. Достаточно заметная по величине составляющая Тд получается и при сварке трением.

На основании приведенных конкретных примеров равенство (1.55) можно расценить как основное технологическое. В нем несколько слагаемых, обусловленных разными видами энергии, но все эти слагаемые дают общую, уже не разделяемую сумму температур. Это значит, что все виды энергии можно регулировать с любой точностью, причем особенно гибко регулируется энергия механическая. В связи с этим следует сделать вывод, что проектировщики современных машин для сварки контактной, трением, холодной мало интересуются скоростью действия сил сжатия, а в основном только их величиной. Характерно, что до сих пор ни в одном литературном источнике не приводится данных о том, какая именно скорость деформации может и должна быть обеспечена. Даются только предельные значения давлений, которые может развить машина. Энергетическое равенство (1.55) убедительно показывает полную недостаточность существующих технологических рекомендаций по параметрам давления. К тому же эти рекомендации неопределенны, поскольку не говорят о программе приложения рекомендуемых давлений. Вот в этой неопределенности и заложены главные причины нестабильности качества сварных соединений. Все приведенные теоретические материалы убедительно говорят о том, что давление должно выжать из плоскости контакта все загрязнения - это условие необходимости. Условие же достаточности обеспечивает завершающий момент деформации сдвига: формируется сварное соединение. И чем крат-ковременнее осуществляется сам сдвиг, тем стабильнее и выше прочность сварного соединения.

Энергетическое равенство (1.48) говорит о том, что любые, до сих пор отработанные и общепринятые режимы могут быть пол-40

ностью отвергнуты. Вместо них с их установившимися в практике нормами сил сжатия, сил токов и времени действия этих переменных для любого металла могут быть найдены пока не рекомендуемые, но еще лучшие характеристики технологических режимов. Рассмотренные выше теоретические и расчетные материалы дают полное основание сделать вывод: главным и решающим фактором, определяющим все процессы сварки давлением, является механическая энергия, которую благодаря малой ее инерционности можно вводить в свариваемый контакт по любой программе.

Правильное понимание этого принципа позволяет пересмотреть устарелые границы рекомендуемых режимов и найти новые сочетания, например, между электронагревом и осадочными давлениями.

Равенство (1.55) позволяет предсказывать появление новых способов сварки давлением. Их многообразие, однако, будет определять не тепловая, в том числе электрическая энергия, а энергия механическая, различным образом программированная. И термин контактная сварка получит, вероятно, более широкое содержание.

Не следует также забывать о возможности всестороннего сжатия отдельных кристаллических организаций. Как было показано на рис. 1.13, деформации такого рода могут создать высокую степень активации контакта. Однако для достижения такой цели скорость деформации должна быть весьма высокой, что обеспечивается при ударной силе. Допустим, что ударно-импульсная сила действует на некоторую, уже макромаоштабную плоскость. Тогда можно сказать, что удар фононного потока воспринимают все поверхностные атомы этой плоскости. Колебательная энергия атомов может быть доведена до состояния плавления кристалла, что и определится равенством /iv = kQjj-

Зная, что для плавления достаточно сблизить атомы на одну четверть параметра решетки (см. рис. 1.13), можно определить

= е л/л = 0,208- 10ие л.

Скорость удара для плавления Шуд = bvjjA. Значения этих скоростей для некоторых металлов приведены в табл. 1.2. Как известно, такие или несколько менее высокие скорости удара имеют место при сварке взрывом.

Все изложенное выше убедительно говорит о том, что свариваемый контакт только в редких случаях подобен статическому контакту между металлическими поверхностями. Этот вывод может быть подтвержден и еще одним расчетом применительно к контактированию холодных деталей при точечной сварке. Сохраняя принятую выше пирамидальную модель шероховатости, рассмотрим процесс деформации некоторой единичной пирамиды (рис. 1.18), Допустим, электрод точечной машины своим ударом деформирует эту единичную пирамиду так, что ее поверхность за счет сдвига получает нагрев до температуры Тд, а весь смятый объем нагре-