вать эти известные и привычные константы для многих сварочных процессов следует с большой осмотрительностью.

2. Исследователи редко относятся с полным вниманием к принципу всеобщей связи явлений.

Обе эти ошибки приводят к тому, что в быстропротекающих или даже ударных сварочных процессах ведутся расчеты с пределами текучести, которые давным давно добыты статическими растяжениями. Мало того, почти все процессы сваркн идут с использованием электрических токов, как угодно циркулирующих по свариваемым деталям и непредвиденно создающих концентрированную Б отдельных микрозонах электромагнитную и тепловую активацию. К сожалению, почти никогда не учитывается наличие электрических процессов в металле и в тех сварочных операциях, которые непосредственно идут под действием только механической энергии. Рассматривая, например, чисто механическое понятие релаксации, определяем его как процесс перехода металла из одного структурно установившегося состояния в другое, тоже стабилизированное. Длительность этого процесса, или, как говорят, время релаксации, определяется так:

т = t)/G. (3.50)

где т - динамическая вязкость; G - модуль сдвига.

Стоит еще раз обратить внимание на выражение (3.38). Если его относить так же, как это характерно для определения (3.50), к относительному удлинению е == 1, то

i = 1/(2Рс в) (3.51)

полностью подобно определению (3.50).

Разница между этими соотношениями только та, что т - это константа для холодного металла, at - это всегда переменная величина, зависящая от действующей сдвиговой силы. Однако, если учесть, что изменения динамической вязкости и модуля сдвига от температуры почти подобны, то соотношение (3.50) для горячего и тем более расплавленного металла утрачивает, вероятно, смысл. Соотношение (3.50) - это понятие для макрообъемов, так как модуль сдвига - это статическая характеристика металла:

о, Дж/см ч. Дж.с/си т.с

Для алюминия........ 27 1028 0,038

меди.......... 44 1200 0,027

железа......... 84 1836 0,021

Время релаксации определяет поведение металла по отношению к действующей на него деформирующей силе. Если время действия силы значительно больше времени релаксации [т. е. согласно соотношениям (3.50) и (3.51) / > т1, то металл ведет себя как вязкая жидкость. Это наблюдается при холодной сварке пластичных металлов: алюминия и меди. Если же время действия силы t меньше времени релаксации %, то металл ведет себя как твердое и даже иногда как хрупкое вещество. Такая картина,

видимо, может быть характерна для сварки взрывом, если вести речь о макрообъемах.

Но возвращаясь снова к холодной сварке и ее конечному эффекту плоскостного межкристаллического сдвига, нужно признать, что этот сдвиг ввиду его кратковременности происходит как бы в слое твердого металла, мгновенно переходящего в состояние расплава и тут же снова превращающегося в твердое состояние. И все-таки факторы времени в этих процессах какие-то особенные. Стабилизация электронных плотностей длится в течение не долей секунд, а минут. И здесь снова приходится сталкиваться с несовместимостью явлений в металле в микро- и макрообъемах. Понятие модуля сдвига к электронным конфигурациям неприло-жимо, так же как неприложима к ним и динамическая вязкость.

Температура - это мера энергии массы движущихся частиц. Однако и частицы, т. е. атомы и свободные электроны, весьма различны не только по массам, но и по самой их природе и по их физическим свойствам. Не выходя за рамки макроскопических объемов, мы вправе оперировать с величинами модуля сдвига. Динамическая вязкость действительна для металла от кристаллов до любых макроскопических размеров. Эта физико-механическая характеристика более универсальна, чем модуль сдвига. Можно еще раз обратить внимание на подобие этих характеристик металла. Формулы (3.50) и (3.51) говорят о том, что граница хрупкого разрушения и вязкого течения металла определяется сдвиговой энергией, создаваемой сдвигом Рсдв.

Рсдв = G/2. (3.52)

Если известные опытные значения модуля сдвига для холодного металла считать достоверными, например, для процесса сварки взрывом, то получаются значения ударной энергии сдвига, при которых пластическое (вязкожидкостное) течение металла переходит в хрупкое разрушение. Согласно (3.52), эти значения таковы: для алюминия 13 500, для меди 22 ООО, для железа 42 ООО Дж/см. Большие энергии уже могут вызывать хрупкое поведение твердого металла, так как время действия ударного сдвига меньше времени релаксации.

Все эти соображения, согласно приведенным выше соотношениям, действительны только для холодного металла. Если, однако, обратить внимание на то, что в зависимости от температуры металла обе характеристики t) и G меняются подобно, то соотношение th, равное, согласно (3.50) и (3.51),

tlx = С/(2редв). (3-53)

должно быть действительным и для горячего металла.

Рассмотренные здесь связи модуля сдвига и действующих энергий сдвига могут быть распространены и для растягивающих напряжений. С этой точки зрения появление трещин при осадочных операциях горячего металла может быть объяснено двумя причинами.

1. Это неполностью синхронизированное изменение по температуре модуля сдвига G и динамической вязкости Может оказаться, что скорость изменения dGlpT будет больше drJdT и тогда относительно малое значение знаменателя в соотношении (3.50) даст большое значение времени релаксации. Металл поведет еебя как хрупкий.

2. Такой же локализованно хрупкий эффект может оказаться мгновенно существующим, если и при относительно большом значении модуля сдвига энергия сдвига окажется концентрированно очень высокой. Это будет происходить всякий раз в зонах резко концентрированных структурных включений, резких геометрических переходов и концентраций дефектов. Тогда, согласно (3.53), малое время действия мгновенной энергии сдвига сделает металл хрупким в зоне действия этой энергии. Отсюда и могут возникать осадочные трещины.

В связи с опасностями такого рода при стыковой контактной сварке всегда рационально обеспечивать осадку, не выключая сварочного тока. Вокруг всякого дефекта, концентрирующего механические напряжения, электрический ток и его магнитный поток создают также свои собственные концентрации. Если концентрация механического сдвига усиливает разрушение, то электромагнитное поле своей концентрацией может противостоять этим действиям. И концентрация тока, и магнитный поток вызывают значительный и мгновенный нагрев в зоне концентрации. Нагревы могут доводить металл до мгновенного плавления, когда не только залечиваются микротрещины, но и резко меняется структурная картина со всеми ее бывшими микродефектами. Влияние электромагнитных полей на трещинообразование при сварке полезно иметь в виду и исследователям прочностных свойств соединений при дуговой сварке. Оказывается совершенно небезразлично, как подводился сварочный ток к сварным образцам, с какой именно стороны и в каком направлении. И сварочный ток, и магнитное поле при сварке могут быть и не быть полезными концентраторами.

Концентрации механических напряжений могут наблюдаться и не только в технологии сварки давлением. Эффекты сдвига имеют место и за счет термических циклов, без участия сварочных осадочных давлений. Как видно, принцип всеобщей связи явлений не следует.забывать никакому технологу-сварщику.

Глава 4

ТЕХНОЛОГИЯ ТОЧЕЧНОЙ И РЕЛЬЕФНОЙ СВАРКИ

4.1. Формирование точечно-сварных соединений

К сварке давлением контактная точечная сварка может быть причислена только по чисто внешнему признаку - сжатию деталей электродами точечной машины. Что же касается формирова-