зированное в 10-15 раз. Такое или даже большее превБШ1ение определяется скоростью деформации, которая может обеспечить и весьма ощутимое повышение температуры зоны контакта. Таким образом, механическая активация свариваемого контакта обеспечивает в нем не только развитие теплового, очень привычного нам эффекта, но и одновременно создает явно электрические процессы. Однако сварщики не должны пренебрегать электротепловыми эффектами в свариваемых соединениях. Их признание весьма заметно поможет более глубоко и достоверно понимать физическую сущность металлического контактирования вообще. Каждый процесс сварки давлением завершается операцией сдавливания - операцией осадки. Все процессы сварки давлением отличаются друг от друга временной программой операций осадки. Эти операции могут быть:

1) длительно действующими при постоянном давлении; это соответствует процессу диффузионной сварки;

2) ударно-импульсными - характерными для сварки взрывом и магнитно-импульсной сварки;

3) специально программированными, т. е. переменными по силе сдавливания и времени действия этой силы. К этой области относятся, по сути дела, все процессы сварки давлением, имеюпще наибольшее применение в современной технике: контактная, холодная, трением, ультразвуковая и даже диффузионная. Ультразвуковая представляет собой способ сварки с наиболее сложной временной программой приложения давления, сочетая ударно-импульсное действие с переменной во времени силой удара.

Каждый процесс сварки давлением может обеспечить высокие качества соединения при соблюдении только двух обязательных условий.

I условие: или все оксидные и адсорбционные наслоения в плоскости свариваемого контакта в процессе плавления контакта растворяются в расплаве;

II у с л о в и е: или все оксидные и адсорбционные наслоения полностью выдавливаются из плоскости свариваемого контакта . при операции осадки.

Вакуумирование свариваемого контакта, даже весьма высокое, не может полностью освободить поверхность металла от оксидных и адсорбционных загрязнений.

Условие I полностью соблюдается при контактной точечной и шовной сварке; условие II выполняется для всех остальных процессов сварки: контактной стыковой, трением, холодной, ультра-ввуковой.

Особый характер имеет очистка плоскости свариваемого контакта при сварке взрывом. При ней свариваемые поверхности очищаются воздушно-плазменной кумулятивной струей.

Как видно из изложенного выше, для основных процессов сварки - контактной стыковой, трением, холодной и ультразвуковой - представляется весьма существенным вшябнить физиче-24

Полная энергия

скую сущность операции сдавливания как главной операции, завершающей формирование сварного соединения. При этом в первую очередь следует подчеркнуть, что езаривание может свершиться только в \пг) результате пластической деформации и уж никак не упругой. На основании этого

можно утверждать: в зависимости от ве- Эшргетическая

личины сдавливающей сили и от програм- одель двух связанных мы ее действия в плоскости контакта мо- атомов

гут происходить процессы межкристаллического разрыва; межкристаллического сдвига; всестороннего сжатия кристаллов. Эти процессы могут происходить в любой комбинации друг е другом, каждый по отдельности и даже все вместе взятые одновременно в любом соотношении.

Для того чтобы хотя бы весьма приближенно оценить количественно межкристаллические пластические деформации, рассмотрим некоторые достоверные модели. Постараемся при этом возможно более строго разграничивать понятия масштабов. В частности, если вести речь о действиях в масштабе элементарных кристаллов, то уже не делать попытки использовать для них константы, известные для макроскопических объемов металла. Это касается не только физических, электрических, механических, но и других констант. Это, к сожалению, касается даже целых понятий, таких, например S как температура .

Физически точное определение этого понятия формулируется так: температура - это мера анергии массы движущихся частиц. При этом, вообще говоря безразлично о каком движении идет речь - поступательном или колебательном относительно точки равновесного состояния.

Как видно, понятия температура и энергия неразделимы. Они и в самом деле неразделимы, даже и в микрообъемах. Допустим, у нас речь идет всего о двух связанных друг с другом атомах кристаллической решетки. Эту модель можно представить в виде схемы, приведенной на рис. 1.11. Собственные гармонические колебания атома относительно точки равновесия - это энергия потенциальная, равная

-Бво, = Э. (1.22)

где h - постоянная Планка, равная 6,62.10 * Дж.с; v - частота колебаний.

Кинетическая энергия атома в целом

= &е, (1.23)

где k - постоянная Больцмана; 6 - абсолютная температура пространства, в котором расположены атомы или, точнее, это тот самый показатель, который определяет кинетическую энергию

одной частицы и который для п частиц привыкли называть температурой.

Полная энергия системы равна сумме кинетической и потенциальной энергии при трех степенях свободы

+ = Зкв, (1.24)

Рис. 1.12. Модель сдвига поскольку £пот = кин-двух элементарных кри- Модель, показанная на рис. 1.11, для сталловотносительно друг условий ХОЛОДНОГО металла представляет друга на параметр решет- обой равновесную систему со стабильным расстоянием между центрами шаровых мо-

делей атомов. Это параметр кристаллической решетки б. Что будет происходить при изменениях этого расстояния, можно выяснить исходя из следующих соображений.

По образной терминологии Я. И. Френкеля, в холодном металле атом находится в состоянии оседлой жизни. Если же сообщить ему импульс тепловой энергии, характерный для плавления кристалла, то атом способен мгновенно (снова по образной терминологии Я. И. Френкеля) совершить прыжок в соседнюю вакансию, проделав тем самьш путь, равный параметру решетки 6. Но ведь можно, следовательно, рассуждать и обратным путем: если мы смогли какой-то силой переместить атом из его стабильного положения на такое расстояние б, значит обязательно тем самым сообщили кристаллу энергию, эквивалентную энергии плавления. А эта энергия совсем необязательно должна быть тепловой, она может быть и электрической, и, что самое интересное, - механической.

Прыжок атома в соседнюю вакансию совершается, разумеется, уже не с той холодной частотой, с какой он пребывал в состоянии равновесия, а с той мгновенно высокой, какая характерна для частоты плавления. Но как только атом оседлает вакансию, он мгновенно отдает избыточный импульс колебательной энергии в пространство, т. е. соседним атомам, и система успокаивается, снова на низкой частоте холодного металла. Таким образом, если сдвинуть (рис. 1.12) один целый кристалл относительно другого на единичный параметр б, то эта операция будет эквивалентна энергии плавления, но в объеме, занимаемом только этими двумя кристаллами. Все остальные кристаллические соседи вокруг этих двух сдвинутых почувствовали этот сдвиг только как факт звуковой затухающей волны. В этом и заключается особенность высокоэнергетического процесса в микромасштабе: механической силой был создан элементарный сдвиг, не разрушивший целостность кристаллической связи и совершенно не замеченный большой массой металла. Тем не менее мгновенная энергетическая вспьпика в двух элементарных кристаллах эквивалентна акту их плавления. Эту формулировку полезно запомнить для дальнейшего понимания операции осадочного давления при сварке давлением. 26