Диссертация (Термобиметаллы с эффектом памяти формы), страница 6

Во время процесса сварки в зоне соединения последовательно протекает рядпроцессов. При наличии сжимающего давления и увеличении скорости вращениязаготовок, в зоне контакта происходит очистка поверхностей от оксидных и жировыхпленок, в результате чего граничное трение уступает место сухому трению. На этомэтапе начинается взаимодействие дефектов поверхностей заготовок присутствующихв виде выступов, что приводит к их деформации и образованию ювенальных областейс ненасыщенными связями поверхностных атомов. В результате этого между атомамивозникают металлические связи, которые немедленно разрушаются вследствиевращательного движения, сопровождающего этот процесс.

Продолжением этогопроцесса является увеличение фактической площади взаимодействия свариваемыхповерхностей, что приводит к увеличению температуры в зоне сварки. При этомснижается способность металла противостоять процессам деформации, и трениераспространяется на всю поверхность контакта. Результатом описанного процессастановится образование пластифицированного слоя материала между вращающимисясвариваемыми деталями. Этот слой обладает высокими пластичными свойствами, чтопереводит природу трения обратно из сухого в граничное состояние.

Припоследующем перемещении заготовок относительно друг друга под действиемсжимающей силы происходит вытеснение размягченного материала из зоны контакта.Последующее резкое снижение частоты вращения приводит к охлаждению сварногошва. Этот процесс приводит к осадке материалов сопровождающейся образованиемметаллических связей по всей поверхности соединения. После полного остываниявозникает прочное соединение двух металлов друг с другом.30Несмотря на привлекательность этого метода, он обладает рядом существенныхнедостатков, а именно - ограничение по форме готовых изделий (возможно получениедеталей преимущественно цилиндрической формы) и локальный разогрев в зоневзаимодействия свариваемых деталей, который может приводить к образованиюнежелательных интерметаллидов, которые способствуют охрупчиванию и снижениюпрочности соединения.Существует несколько работ [27,28], посвященных соединению сплава TiNi сЭПФ с другими металлами методом сварки трением.

Однако в силу вышеупомянутыхнедостатков, данная методика не нашла широкого применения в качествеэффективного метода создания композитных материалов на основе сплавов сэффектом памяти формы.Контактная сваркаЭтот вид сварки также является разновидностью сварки давлением. Во времяконтактной сварки разогрев соединяемых поверхностей происходит за счетпропускания через них электрического тока, а для обеспечения сварного соединенияв зоне нагрева обеспечиваются большие пластические деформации путем приложениясжимающих усилий. Существует несколько разновидностей контактной сваркииспользующихся в зависимости от требований, предъявляемых к прочности сварногосоединения в той или иной области машиностроения. Точечная контактная сваркаприменяется для соединения деталей в одной или нескольких точках.

Свойствасварного соединения при этом зависят от формы и структуры сварной точки, которыемогут зависеть от силы пропускаемого тока, времени воздействия тока на точкуконтакта, величины приложенных сжимающих усилий и свойств соединяемыхповерхностей. Рельефная контактная сварка отличается от точечной тем, чтосвойства точки соединения задаются не сварочным электродом, а формой, заранееприготовленного на одной из соединяемых поверхностей, выступа. Шовнаяконтактная сварка заключается в то, что поверхности соединяются друг с другомпутем созданием сварного шва состоящего из ряда отдельно стоящих сварных точек.31Эти сварные точки могут либо частично перекрывать друг друга, либо нет, чтообеспечивает как герметичность сварного соединения, так и его проницаемость.Стыковая контактная сварка отличается от сварки трением лишь тем, что разогревзаготовок происходит на за счет силы трения, а за счет пропускания черезсвариваемые поверхности электрического тока с одновременным приложениембольших сжимающих усилий.В научной литературе не встречается упоминаний о попытках полученийкомпозитов с эффектом памяти формы методом контактной сварки.

Это может бытьсвязано с тем, что зона сварного соединения очень мала и существует возможность ееразрушения, как при протекании мартенситных превращений, так и во времяреализации деформационных эффектов, таких как эффекты памяти формы ипсевдоупругости.Лазерная сваркаВ процессе лазерной сварки разогрев и плавление свариваемых металловпроисходит за счет воздействия лазерного луча. Ввиду того, что зона локальногоплавления очень мала, то в совокупности с высокой скоростью процесса сварки,удается избежать существенно рекристаллизации в околошовной зоны, котораяприводит к ухудшению прочностных качеств соединений, полученных другимиметодами сварки.

Благодаря этим качества лазерная сварка широко применяется ввысокотехнологичных областяхпромышленности, таких как машиностроение,приборостроение и автомобилестроение. При лазерной сварке применяются лазерныеустановки всех известных видов, а сварка может происходить как на воздухе, так и всреде защитных газов, таких как аргон или углекислый газ, во избежание образованияна поверхности сварки нежелательных оксидов или иных соединений.Благодаря своему широкому распространению в промышленности, лазернаясварка активно исследуется как эффективный метод соединения сплавов с памятьюформы [29–32]. Влиянию параметров лазерной сварки, среды в которой проходиласварка и состава свариваемых материалов посвящено множество работ как32российских, так и зарубежных ученых [33,34]. Однако, локальный разогрев споследующим плавлением приводит к образованию нежелательных частицвторичных фаз, как и при любом другом виде сварки, описанном выше [33–37].

Этоотрицательно сказывается на функционально-механических свойствах полученныхобъектов [31,35–39].Сварка взрывомОдним из эффективных методов создания качественных биметаллическихкомпозитов является сварка взрывом. Этот метод основан на высокоскоростномсоударениидвухметаллическихпластин.Этовысокоэкономичныйипроизводительный процесс, который не требует дорогостоящего оборудования иоснастки [40]. Из-за своей быстротечности, он подавляет развитие активныхдиффузионных процессов на границе раздела разнородных металлов и сплавов,позволяет получать равнопрочные соединения из практически любых сочетанийметаллов и сплавов площадью до нескольких сотен метров.

Импульсная нагрузкахарактеризуется мгновенным возрастанием нагрузки до очень большого значения ипоследующимбыстрымееуменьшением.Присваркевзрывомпротекаетпластическая деформация, и она обеспечивает физический контакт соединяемыхразнородных металлов. Выделяющееся при деформации тепло не вызывает взаимнуюдиффузию металлов вследствие высокой скорости протекания процесса. Такженедостаточно условий для возникновения рекристаллизации в зоне соединения, и онапротекает только после образования соединения вследствие высокого давления [41].При сварке взрывом применяется схема метания одной из пластин на другуюпри помощи взрывной волны (Рисунок 13).

Естественно, обеспечения хорошегосоединения пластин необходимо уметь вычислять необходимые параметры процессасварки, а так же связь между ними. Это создает необходимость в решении трехмернойнестационарной задачи о метании тел, но можно построить и более простые схемы.Например, простаяиизученная одномернаясхема, в которой пластинысоприкасаются по всей площади и от плоскости контакта распространяются плоские33ударные волны. В этом случае решается одномерная газодинамическая задача инаходится скорость соударения пластин [42].В случаях, когда соударение пластинпроисходит под некоторым углом, простаясхема не работает, и применяют схемудвумерногометания.Взаданнойточкеинициируют плоский заряд, и со скоростьюРисунок 13 Схема сварки взрывом. 1 - несколько тысяч метров в секунду метаемаяосновная пластина, 2 – метаемая пластина,3 – подложка, 4 взрывчатое вещество, 5 - пластина соударяется со стационарной.

Придетонаторэтом пренебрегают упругими и вязкимисилами, течение считается адиабатическим, а движение в области соударениярассматривают как задачу гидродинамики для идеальной жидкости. Решив эту задачу,получают скорость точки контакта, отличную от скорости детонации. Скорость точкиконтакта является одним из важнейших параметров процесса сварки. К ним так жеотносится скорость детонации, возрастающая от увеличения плотности детонации.Также известно, что при увеличении размера заряда до предельной величины скоростьдетонации возрастает до максимального значения и далее остается неизменной.Кроме этого на процесс сварки влияют прочностные свойства пластин и ихгеометрические размеры.

При этом для осуществления соударения один из размеровобразца должен быть существенно меньше двух других. Определение параметровсварки является важным аспектом для достижения качественного соединениясвариваемых материалов.Другим важным фактором, определяющим возможность получения прочногосоединения, является относительное удлинение металлов: с его уменьшениемснижается пластичность металла в зоне ударения, что, в свою очередь, приводит кконцентрации напряжений в малом объеме. В случае высокой концентрации можетпроизойти разрушение шва посредством значительного возрастания внутреннейэнергии.34На практике применяются две схемы сварки металлов: параллельное и угловоерасположение пластин.