Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 87
Текст из файла (страница 87)
В плоскости контакта этот процесс заканчи- вается слиянием дискретных очагов взаимодействия, а в объеме — релаксацией напряжении (в тон степени, " ( " степени которая необходима для сохранения образовавшихся связе ). днако д я й). О ля обеспечения требуемой прочности соединения в целом часто в типа ек исталли- необходимо дальнейшее развитие релаксационных процессов тип р р зации или гетеродиффузии в фф зии в допустимых пределах. При сварке одноименных нем окончания третьей стадии и образования качественного металлов критерием окончания р соединения может служить длительность, необходимая для о ра зерен в зоне контакта за счет собирательной рекрнсталлизации или рекристалли- зации о ра отки. ри сва б б .
П сварке разноименных материалов необходимость разви- тия или ограничения гетеродифф гетеродиффузии определяется физико-химическими свой- ствами диффузионной зоны и образующихся в ней фаз. Таким образом„при всех способах сварки в твердой фазе пластическая дефор- мация является основным процессом, определяющим развитие первых двух 355 Сварка давлением 354 Специальные виды сварки стадий образования соединения — физического контакта и активации контакт- ных поверхностей, причем длительность процесса образования прочных связей по всей площади взаимодействия определяется частотой выхода дислокации в зону физического контакта, т.
е. не только необходимой для этого величиной накоплен- ной деформации, но и ее скоростью, Степень развития третьей стадии процесса (релаксация напряжений, ре- кристаллизация, гетеродиффузия) определяется главным образом температурой в зоне соединения, однако накопленная пластическая деформация и ее скорость могут также оказывать существенное влияние на интенсивность протекания ре- лаксационных процессов и определять их механизм. Например, при сварке однородных металлов в режимах интенсивной пластической деформации при относительно невысоких температурах образование общих зерен в зоне соеди- нения может происходить и по механизму рекристаллизации обработки, а при малоинтенсивной деформации и высоких температурах — только по механизму собирательной рекристаллизации.
Скорость пластической деформации может менять механизм гетеродиффузии. Например в работе [4] было показано, что при ударной сварке разнородных металлов в твердом состоянии в вакууме со скоростью соударения порядка десятков метров в секунду скорости гетеро- диффузии могут быть даже выше, чем в жидком состоянии, что было объяснено образованием высоких неравновесных концентраций дислоцированных атомов.
Обычными механизмами диффузии по вакансиям этот факт объяснить нельзя. По своей физико-химической природе схватывание поверхностей твердых тел в условиях глубокого вакуума является частным случаем процесса образова- ния соединения материалов при сварке в твердой фазе. В связи с определяющей ролью пластической деформации в процессе образо- вания соединения (схватывания) металлов в твердом состоянии представляет особый интерес рассмотрение возможных причин активирующего влияния глу- бокого вакуума (наряду с температурой и приложенным давлением) как одного из факторов, облегчающих пластическую деформацию в металлах и ослабляю- щего прочность связей в окислах и химически адсорбированных слоях, сущест- вующих на соединяемых поверхностях.
К этим причинам следует отнести резкое снижение температуры диссоциации и испарения окислов (для большинства металлов, за исключением алюминия, магния, тория и т. п., это происходит уже при вакууме около 1О з мм рт. ст.); десорбцию примесей внедрения; изменение величины поверхностной энергии. Все это значительно облегчает условия гетеро- генного зарождения дислокаций вблизи поверхности (снижение критического сопротивления сдвигу и энергии образования и движения дислокаций) и их выхода к поверхности (снижение сил зеркального изображения).
В результате этого с увеличением степени вакуума температура и давление, необходимые для схватывания, значительно снижаются. Особого внимания заслуживает анализ влияния дегазации мгталла, так как снижение концентрации примесей внедре- ния существенно, но неодинаково интенсифицирует пластическую деформацию при известных ее механизмах (поперечное скольжение, пороговая ползучесть, непороговая или диффузионная ползучесть).
В частности, вследствие десорбции газовых примесей и периодической блокировки ими дислокаций и последующей деблокировки наблюдается ступенчатое развитие деформации ползучести в зоне контакта [30). С изложенных выше позиций теории трехстадийности процесса соединения легко объяснить наблюдаемые экспериментальные факты и явления. В частно- сти, при сварке с высокоинтенсивным силовым воздействием (сварка взрывом, магнитно-импульсная сварка, холодная сварка и др.), ввиду того, что скорость и величина пластической деформации соединяемых материалов в приконтактной зоне велики, атомы в состоянии физического контакта вступают уже энергетиче- ски подготовленными для образования химических связей.
При магнитно-импульсной сварке и сварке взрывом в ряде случаев даже необходимо ограничивать величину и скорость пластической деформации в при- контактной зоне, так как образуются оплавленные участки металла. Возможность образования соединения и его прочность при сварке с высокоинтенсивным силовым воздействием часто определяются условиями релаксации напряжений в приконтактной зоне При сварке с низкоинтенсивным силовым воздействием (диффузионная сварка, сварка давлением с подогревом, термокомпрессионная сварка) скорость пластической деформации материала мала, и для получения качественного соединения требуются десятки минут.
В этом случае пластическую деформацию, наоборот, необходимо интенсифицировать, чтобы сделать процесс более производительным. Кинетический подход к анализу процесса образования соединения материалов в твердой фазе позволил наметить пути интенсификации способов сварки с низкоинтенсивным силовым воздействием и, наоборот, так ограничивать параметры импульсных способов сварки, чтобы не происходило образования оплавленных участков металла в зоне контакта.
Эти пути дальнейшего совершенствования технологии сварки сочетаются с новыми подходами к разработке высокопроизводительного сварочного оборудования. Сопоставление кинетики развития пластической деформации соединяемых материалов с кинетикой роста прочности соединений, полученных при сварке металлов различной природы в одноименном и разноименном сочетаниях, показывает, что наиболее интенсивный рост прочности соединения происходит за период активного деформирования и этап неустановившейся ползучести. На этапе установившейся ползучести интенсивность процессов развития физического контакта и образования химических (металлических) связей снижается в соответствии с уменьшением скорости деформации.
Следовательно, если в процессе образования соединения любым способом инициировать интенсивную пластическую деформацию соединяемых материалов, то должен наблюдаться и интенсивный рост прочности соединения. При сварке давлением с подогревом с ограниченной пластической деформацией, т. е. в условиях диффузионной сварки, интенсифицировать развитие деформации соединяемых материалов можно путем скачкообразного увеличения температуры или давления или путем импульсного воздействия давления. Одним из наиболее существенных недостатков сварки давлением с подогревом, например диффузионной, является длительность процесса, обусловленная медленным развитием деформации по схеме ползучести вследствие интенсивного развития деформационного упрочнения металла в приконтактном объеме. В связи с этим перспективным является новый способ сварки с циклическим приложением давления, позволяющий использовать наиболее эффективные стадии развития пластической деформации (стадии активной деформации и неустановившейся ползучести).
Эффект циклического воздействия сварочного давления при высокой температуре (= 0,5 Тьл, см. рис. 1) обусловлен тем, что в течение разгрузки и паузы интенсивно протекают процессы возврата, т. е. устраняются барьеры, препятствующие дальнейшему развитию пластической деформации в приконтактном объеме. Каждое последующее нагружение вновь инициирует активную пластическую деформацию.
При этом появляется возможность существенного снижения температуры процесса, что способствует повышению свойств соединения как за счет наиболее совершенной тонкой структуры металла, так и за счет ограничения возможности образования промежуточных хрупких фаз. Другим, также перспективным способом интенсификации процесса сварки давлением с подогревом является циклическое повышение температуры сварки, способствующее ускорению процесса возврата и рекристаллизации.
Широкие возможности для сварки металлов в твердой фазе открывает использование явления сверхпластичности. При этом сварку металлов, претерпевающих фазовые превращения (например, титана, железа, циркония или их сплавов), осуществляют в области температур фазовых превращений и при скоростях деформации 10 з — 10 4 с ', обеспечивающих сверхпластнчность. Сварку сплавов с гетерофазной структурой ведут при скоростях деформации этого по- Специальнэее виды сварки Сварка давлением рядка при соответствующих температурах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
