указанных различий по давлениям. Но при современных относительно малых скоростях действия собственно осевой силы Рое температурный эффект от этого будет получаться ничтожно малым. Следует вспомнить и еще одну формулу:

в которой Рос - осевая осадочная энергия; hoc - осевой размер осадки; tc - время этой осадки.

Какая же из этих двух формул [(3.40) или (3.41) 1 более достоверна? И могут ли они вообще определять одно и то же число? Одинаковые числа они давать не должны не только потому, что может быть некоторая неполная согласованность физических констант: г\ и Кус. Дело в том, что формула (3.41) с ее энергией Росос дает температурную вспышку от действия осевой силы, а формула (3.40) с ее константой ц - от перпендикулярно направленных радиальных сил сдвига. Однако эффект сдвига возникает от действия осевой осадочной силы Рос, которая и является первоисточником всей сдвиговой деформации. Металл, однако, нагревается . при всякой пластической деформации. В формуле (3.38) содержится и тепловая константа с, и деформационная т). Из формулы (3.40) поэтому получим более достоверные значения температуры, возникающей при деформации, чем из (3.41).

Сравним формулы (3.40) и (3.41) посредством численных расчетов. Для этой цели используем опытные данные ВНИИЭСО для конкретных условий холодной сварки. Надо сказать, что из всех способов сварки давлением процесс холодной сварки до сих пор оказывается теоретически наиболее загадочным. Тем не менее физическая картина сваривания будет как-то связана с расчетным числом. Сваривались медная и алюминиевая проволока диаметром 3,5 мм. Длина выступающих из зажимных губок концов устанавливалась, в зависимости от диаметра, в определенных соотношениях l/d. Осадочная энергия рос измерялась в момент завершения осадки, измерялось время осадки toe (с). На основании этого была составлена таблица опытных и расчетных данных (табл. 3.1).

Если эти температурные расчеты дали в какой-то мере даже завышенные значения температур, то возникает недоумение: как же может происходить не только схватывание, но и сваривание проволок при таких в общем-то низких температурах? Видимо, здесь надо исходить из следующих физических представлений.

1. Каждый акт сваривания как явление формирования непрерывной кристаллической структуры по плоскости контактирования происходит со скоростью звука. Для расстояний, сравнимых с размерами атомов и кристаллов это время составляет 10 с.

2. Каждый процесс сварки давлением завершается эффектом атомно-кристаллического сдвига по плоскости контакта. На этот сдвиг тратится или вся, или частично осадочная энергия. Атомно-

Таблице 3.1. Основные шр&м&еры {режимов

кристаллический сдвиг по плоскости контактирования создаст в тонком слое кристаллитов или даже элементарных кристаллов температурный импульс, всегда превышающий точку плавления для слоя металла, участвующего в эффекте сваривающего сдвига.

Исходя из этих положений, произведем некоторые дополнительные расчеты. Осевая осадочная энергия Росос по плоскости контакта превращается в радиально расходящуюся энергию сдвига

сдв = Рсдв2Й5, (3.42)

если считать г - число слоев элементарных кристаллов, участвующих во взаимном сдвиге; б параметр решетки кристалла; S - площадь контактирования.

Ранее, в гл. 1, была получена формула (1.39) для расчета температуры в плоскости контакта Т, если в плоскости контакта концентрируется любая энергия. Для энергии сдвига [см. формулу (3.42) 1, как видно, можно написать расчетную формулу типа (1.39), если сохранить в ней константы, действительные для микрообъема. Это значит, что равенство (1.39) надо изменить так:

. qt =Шп82х (3.43)

при тех же самых х - 2 y~at

Поскольку qt == pjjzbS, подставляя

получаем выражение для температуры

6 рг8/(Шп

В данном случае речь идет о сдвигах на расстояние параметра решетки, поэтому

t 1Чв,

где - звуковая частота, определяемая как скорость звука 6 , отнесенная к параметру кристалла б.

и теперь получаем:

Q-w/- (3-44)

Скорость звука Са определяется так2

- (3.45)

где G -модуль сдвига, Н/м == кг.м/(с М.

На основе этих выводов можно представить себе сущность холодной сварки в ввде физической схемы, излагаемой следующим образом. Как было показано расчетами, осадка в макрообъеме создает недостаточный нагрев. Оценим количественно температуру, достигаемую при плоскостном сдвиге [см. формулу (3.44)]. Из нее получаем равенство

/ж12. (3.46)

Как видно, число 12 - это значение критерия Ксдв Для энергии сдвига, если температура эффекта сдвига равна точке плавления 6п . Принимаем следующие физические константы:

пл 6.10- . п.10 *. вдд.Ю , а. см /с

см aiom/css* ем/с

Для меди...... 1356 2.55 0,85 0,384 0,82

алюмнння ... 923 2.86 0,60 0,584 0,80

Для холодной сварки меди и алюминия снова используем опытные рекомендации ВНИИЭСО:

l/d. % Рсдв. Яж/см

Для меди.................. 75-125 1250-1450

алюминия.............. . 50-100 550-800

По этим данным формула (3.46) определяет следующее число слоев элементарных кристаллов, участвующих во взаимном сдвиге:

Число слоев г............... 140-120 115-80

Общая толщина слоев Д, мкм...... . 0,35-0,3 0.33-0.23

Как видно, толщина сдвига настолько мала, что не просматривается с помощью обычных систем оптических микроскопов. И тем не менее плоскостный эффект сдвига, завершающий осадку, дает тот самый необходимый для сваривания высокотемпературный импульс, который и завершает процесс формирования непрерывной кристаллической структуры по контактной плоскости. К моменту сваривающего микросдвига контактная плоскость образуется внутренними слоями металла. Поскольку все загрязнения были вытеснены осадкой, сдвиг происходит по идеально чистому металлу. Все изложенные здесь расчеты и соображения относятся к холодной сварке. Для других процессов сварки давлением, например сварки трением, экспериментальные и расчетные числа будут совсем другие.