Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 90
Текст из файла (страница 90)
за счет интенсивной совместной пластической деформации. Величина пластической деформации, требуемой для Разрушения и удаления окисных пленок, тем больше, чем меньше отношение твердостей пленки и металла (рис. 5) и чем толще пленка. Далее пластическая деформация, как и при всех других способах сварки в твердом состоянии, обеспечивает образование физического контакта, активацию контактных поверхностей и их схватывание на стадии объемного взаимодействия. Различия на этих стадиях не принципиальны н связаны лишь с кинетическими особенностями процесса, Сварка взрывом 362 Специальные виды сварки которые определяются большей степенью затрудненности пластической деформации и релаксации напряжений, что дополнительно обусловливает еще большую величину накопленной деформации, требуемой для образования прочного соединения, по сравнению со способами сварки в твердом состоянии при повышенных темпе атурах.
ля оценки большого значения окисных пленок при холодной сварке полезно привести данные по схватыванию металлов в глубоком безмасленном вакууме под давлением с предварительным удалением окисных пленок механической зачисткой поверхностей (рис. 6 и табл. 3). 3. Влияние вакуума на деформацию схватывания медк под давлением в течение 1 мин 1З1 Эти данные показывают, что схватывание в вакууме зависит не от р и 1 в отдельности, а от их произведения, так как оно определяет толщину адсорбируемого слоя газов и появляющейся затем окисной пленки на ювенильной поверхности металла. Мономолекулярный слой адсорбированных газов (при р1 = = 3 10 а мм рт.
ст. мин) служит препятствием для холодной сварки, а появление окисной пленки и рост ее толщины (в области р1от 10 ' до 10 змм рт. ст. ° мин) резко увеличивает а,„(см. рис. 5). Сопоставление данных о величине а .,п при сварке на воздухе и в глубоком вакууме для таких пластических металлов, как алюминий и медь (см. табл. 1, 2, 3 и рис.
5), показывает, что вклад деформации, необходимой для разрушения и удаления окисных пленок, в общую деформацию схватывания а является т!и решающим и составляет примерно около 80 — 90%, Следует полагать, что эта деформация обеспечивает развитие не только физического контакта, но и всех других стадий процесса образования соединения, включая и активацию контактных поверхностей и объемное взаимодействие. Для менее пластичных металлов, особенно с ОЦК-решеткой (железо, ниобий и т. д.), величина деформации схватывания а;„значительно превышает деформацию, необходимую для разрушения и удаления окислов, так как из-за невозможности схватывания этих металлов по всей поверхности соединения остающиеся несплошности, как концентраторы напряжений, не позволяют вследствие хрупкого характера разрушения реализовать прочность, пропорциональную общей площади схватывания.
Существенную роль при сварке этих металлов играют также сильное деформационное упрочнение зоны контакта, большая величина упругой деформации, последействия в процессе разгрузки после сварки и затрудненность релаксации напряжений при комнатной температуре. Поэтому для достижения достаточно высокой прочности соединения требуется существенное увеличение общей деформации схватывания а„,;„, с тем чтобы уменьшить размер несплошностей между мостиками схватывания до величин, при которых они уже не могут служить опасными концентраторами напряжений. СВАРКА ВЗРЫВОМ 'Сварка взрывом по виду вводимой энергии относится к группе механических процессов соединения металлов. При ней химическая энергия превращения заряда взрывчатого вещества (ВВ) в газообразные продукты взрыва трансформи- руется в механическую энергию их расширения, сообщая одной из свариваемых частей большую скорость перемещения.
Кинетическая энергия соударения движущейся части с поверхностью неподвижной части затрачивается на работу совместной пластической деформации контактирующих слоев металла, приводящей к образованию сварного соединения. Работа пластической деформации переходит в тепло, которое вследствие адиабатического характера процесса из-за больших скоростей может разогревать металл в зоне соединения до высоких температур (вплоть до оплавления локальных объемов). Ю 2 ~ 4 Принципиальная схема сварки взрывом показана на рис.
7. На основании 1 н (земляной грунт, дерево, металл и т. и.) расположена одна из свариваемых деталей 2 (в простейшем случае пластина), над ней параллельно с определенным зазором й расположена вторая деталь 3 на технологических опорах 4. На ее внешней Рис. 7. Принципиальная схема свар- поверхности находится заряд ВВ 5 задан- ки взрывом ной высоты О и плошади, как правило, равной площади пластины д (наиболее широко применяемые для сварки взрывом насыпные ВВ помещаются в открытом контейнере соответствующих размеров). В одном из концов заряда ВВ находится детонатор б. 1 При инициировании заряда ВВ по нему распространяется фронт детонационной волны со скоростью О, лежащей для существующих ВВ в пределах 2000 — 8000 м/с, определяющейся их химическим составом и физическим состоянием. Образующиеся позади него газообразные продукты взрыва в течение короткого времени по инерции сохраняют прежний объем ВВ, находясь в нем под давлением 100 — 200 тыс.
ат, а затем со скоростью 0,50 — 0,75 0 расширяются по нормалям к свободным поверхностям заряда, сообщая находящемуся под Рис. 8. Схема установившегося процесса сварки взрывом: / — фронт детонационной волны; 2 — фронт Раз. лета продуктов взрыва ВВ; а — фронт волны раз режения; 0 — скорость детонации ВВ; он — нормальная составляющая скорости соударения кон тактирующих поверхностей; о — скорость движе- к ния вершины динамического угла встречи контактирующих поверхностей т в направлении сварки (о„= с)) ними участку металла импульс, под действием которого объемы изделия последовательно вовлекаются в ускоренное движение к поверхности неподвижной части металла и со скоРостыо Рс соУДаРЯютсЯ с ней.
ПРи УстановившемсЯ пРоцессе метаемая пластина на некоторой длине дважды перегибается, ее наклонный участок со скоростью о = О движется за фронтом детонационной:Волны, а участок перед ее фронтом с непродетонировавшей частью заряда ВВ под действием сил инерции продолжает занимать исходное положение (рис. 8).;к' Высокоскоростное соударение метаемой части металла с неподвижной развивает в окрестностях движущейся вершины угла у встречи их контактирующих поверхностей давления 10' — 10з кбар. Вызываемое им всестороннее неравномерное сжатие с наиболее благоприятными условиями для пластического течения в направлении процесса сварки благодаря наличию свободной поверхности перед вершиной угла у и возникновению тангенциальной составляющей скорости ос заставляет металл поверхностных слоев обеих соударяющихся частей Специальные виды сварки Сварка взрывом совместно деформироваться в эгом же направлении со скоростью о„ что приводит к тесному сближению свариваемых частей.
При этом процессе окисные пленки н другие поверхностные загрязнения дробятся, рассредоточиваются, а также выносятся из вершины угла у под действием кумулятивного эффекта. Таким образом, реализуется известная способность металлов образовывать прочные металлические связи в твердой фазе при создании между соединяемыми поверхностями физического контакта и условий для электронного (химического) взаимодействия между ними.
Требующаяся для второй стадии процесса энергия активации обеспечивается за счет работы пластической деформации и вызывае,- Рис. 9. Типичная граница раздела металлов в соединениях, сваренных взрывом. Вверху — ниобий, внизу — медь (Х 100~) мого ею нагрева. Объемная диффузия из-за скоротечности процесса, даже несмотря на нагрев, развиваться не успевает, что позволяет широко применять сварку взрывом для соединения разнородных металлов и сплавов — граница раздела металлов обычно резко выражена и имеет вид регулярных синусоидальных волн (рис.
9). Параметры режима сварки. Динамическими параметрами процесса сварки взрывом являются скорость соударения контактирующих поверхностей о,; скорость движения вершины угла встречи контактирующих поверхностей вдоль соединения о,; кинетическая энергия соударения свариваемых частей йт (отнесенная для удобства к единице площади соединения).
При соударении свариваемых частей по ним распространяется система ударных волн — упругой и следующей за ней пластической, последняя из которых возникает при развитии в окрестностях вершины угла у определенного динамического давления р и приводит к совместной пластической деформации контактирующих слоев металла. Средняя величина давления р зависит от скорости о;, физических свойств свариваемых металлов и определяется с помощью ударных адиабат, построенных в координатах р — и для многих применяемых в технике металлов и сплавов (и — массовая скорость частиц металла за фронтом ударной волны).
При известном значении о, на ударную адиабату металла неподвижной части накладывают зеркальное отображение ударной адиабаты метаемой части, располагая ее начальное состояние в точке А с абсциссой и = о,; ордината точки пересечения адиабат В при этом дает искомую величину р (рис. 10). Скорость о, зависит от скорости детонации В, плотности р и высоты Н заряда ВВ, толщины 6 и плотности р„метаемого металла, а также исходного расстояния и между контактирующими поверхностями. Существует два метода определения величины о, — экспериментальный и расчетный, Первый заключается в скоростном фотографировании момента установившегося процесса сварки взрывом в вакуумных камерах с помощью фоторегистров типа СФР или д рентгеновских импульсных установок.
И , Обработка фотографий позволяет определять величины углов у и по ним при известных значениях скорости детонации В рассчитывать значения о,. Не требующим сложного оборудования и камер является хронографический метод, осно. 1 ванный на регистрации с помощью катод- ! ных осциллографов промежутков времени между замыканиями метаемой части двух д и иг ир электрических контактов, торец одного из которых расположен заподлицо с контактирующей поверхностью неподвижной Рис. 1О. Зависимость среднего дачасти, а торец второго почти вплотную аления р, развивающегося в окрест- примыкает к контактирующей поверх- ностях вершины угла у, от сконости метаемой.
Изменение от опыта рости о,: к опыту расстояния 6 позволяет строить зим а НВА удир ио адиивати графики путь — время, а по ним с по- териала неподвижной и метаемой пламощью графического дифференцирования 'тии вычислять значения о,. Точных расчетных формул о, пока получить не удалось из-за сложности р счетной схемы и большого числа переменных величин, определяющих процесс соударения металлических тел при сварке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
