Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 91
Текст из файла (страница 91)
Из приближенных форму а ет л можно рекомендовать следующую: В формулу не входит величина Н, так как предполагается, что движущиися участок пластины на всем пути й находится под действием импульса от разлета продуктов взрыва (т. е, время их разлета с поверхности движущегося участка превышает время движения последнего от исходного положения до соударения с неподвижной пластиной). Пластическая деформация металла с помощью известного дислокационного м ма возможна со скоростями, меньшими скорости распространения пластиеханизм в емых ческих волн сжатия с.
Поэтому для создания в зоне соударения свари а- частей физического контакта и реализации в нем механизма образования актив'ных центров скорость ои должна быть меньше скорости с, в противном случае м н спеет деформироваться и сварки не произойдет. Это условие легко выполняется путем применения ВВ соответствующего типа, так как р р по схеме рис. 2 ои.= В, а величину с при известных физических константах свариваемых металлов можно рассчитать по распространенным уравнениям физики взрыва и теории ударных волн из условий сохранения состояния твер- 366 Специальные виды сварки 367 Сварка взрывом р (2) 4.
Результаты исследований р 1 с 1ос 2 (т,+т )' й8 (6) 2(т+т) с С 1 2 (та+-т ) с(С / (7) (8) В,2 дых тел под интенсивным давлением. С приемлемой для приближенных о 1Х ОЦЕнок точностью величина с может быть определена также по формуле где Й вЂ” модуль объемного сжатия металла, кгс/см', р — плотность металлз (к ге/смв) ° (св/см), С этих позиций в настоящее время объясняется первоначальная реализа сва к р и взрывом по так называемои угловой схеме (с исходным расположением ация контактирующих поверхностей под некоторым углом а), снижавшей скорость рк до величин, меньших с, при применении ВВ со скоростями детонации Р ) е (например, гексогена) по следующей зависимости: 81п (у — сс) рк =Р (3) Опыты показывают, что для ряда сочетаний металлов (титан — сталь, алю.
миний — сталь и т. п.) выполнение условия рк с с является необходимым, но недостаточным. Прочность их соединений продолжает расти с уменьшением о„ и в «дозвуковой области». При этом нижний предел возможного уменьшения р, пока составляет 1800 — 2000 м/с и определяется производством ВВ с этой минимально возможной величиной Р. Для создания прочного соединения металл в зоне соударения должен быть в определенной степени пластически продеформирован, чтобы в течение очень короткого времени, определяющегося скоростью сварки, разорвать подавляющую часть химических связей на обеих контактирующих поверхностях и заменить их новыми.
Требуемая энергия активации этого процесса при сварке взрывом может развиваться только в результате пластической деформации металла в вершине угла у, степень которой обусловливается расходуемой на нее ол й тической и й энергии соударения свариваемых частей. Последняя определяется из энергетического баланса сварки взрывом )Р = (Р'а+ ~'в+ ~'а (4) где 15' — удельная кинетическая энергия соударения свариваемых частей; К, — удельная кинетическая энергия системы сваренных частей; Ю'в — удельная кинетическая энергия, затраченная на пластическую деформацию прилегающих к контактирующим поверхностям слоев металла; Ж'а — удельная энергия, уносимая из свариваемой системы с металлом под действием кумулят о эффекта. В свою очередь, где, помимо уже ранее введенных обозначений, т„и т, — соответственно удель. ные массы метаемой и неподвижной частей.
В приведенном балансе не учиты- ваются диссипативные потери иа колебания соударяющихся тел и нагрев метае- мого тела продуктами взрыва ВВ из-за незначительности их величин. Таким образом, если задаться определенными значениями р„о и К (или 1й'в), можно рассчитать основные технологические параметры сварки Ц, й, Р и рВВ. Однако разработку технологических процессов сварки взрывом пока приходится осуществлять экспериментально — расчетным путем нельзя из-за отсутствия данных о величинах необходимых давлений и деформаций для получения прочных соединений между заданными сочетаниями материалов, а также количественных связей между величинами й7", и деформации металла.
Результаты отдельных исследований показывают, что величины необходимых для образования равно- прочных соединений минимальных давлений р примерно на порядок превышают статический предел текучести свариваемых металлов и, видимо, должны коррелироваться с его динамической величиной при данных скоростях деформации (табл. 4). Данных о минимальных пластических деформациях, обеспечивающих равно- прочность сварных соединений, нз-за сложности н трудоемкости опытов еще меньше: равнопрочность соединений СтЗ + СтЗ достигается при 36% максимальных сдвигов на границе раздела металлов, в соединениях СтЗ+ А1 — при 6% со стороны стали.
В дополнение к рассмотренным динамическим параметрам сварки взрывом можно также отнести производный от скоростей ос и ок угол встречи контактирующих поверхностей у и время 1 действия в окрестностях его вершины давления р, оценка роли которых в процессе сварки исследуется. Особенности микронеоднородности сварных соединений. Физическая и химическая микронеоднородность, являющаяся общей чертой всех сварных соединений нз-за местного приложения энергии при сварке взрывом разделяется на 10 основных видов, обусловленных характером и параметрами этого процесса, свойствами и сочетаниями соединяемых материалов. 'Рнс.
11. Схема определения относительной суммарной протяженности физической микро- неоднородности второго вида и зависимость от нее относительной прочности сварных соединений: — прочность сварных соединений без микро- в иеодяородности второго вида и о, — с данной протяженностью этой микронеоднородности; Ь вЂ” сталь 12Х18Н1ОТ + Стз; П вЂ” сталь ВХ2ЗН28МЗДЗТ+ Стз; Х вЂ” сталь ХН75МБТЮ+ + СтЗ; Π— титан ВТб + сталь 10Г2СД; О— .
сплав Х15Н55М16В + Стз 368 Специальные виды сварки тбо Ф и з и ч е с к а я м и к р о и е од и о р од н о с т ьн не обнаруживающиеся средствами оптической металлографии участки границы раздела металлов с низкой, доходящей до 0 прочностью, образующиеся Рис. 12.
Участки мартенситной структуры в зоне соединения СтЗ+ СтЗ (х 300) прп недостаточных величинах о и !!!', видимо, вследствие недостаточного развития пластической деформации, обеспечивающей создание только физического контакта; искажение синусоидального профиля границы раздела металлов при чрезмерных значениях о (а следовательно, и угла у) со скоплением в завихрениях волн различных дефектов (микропустот, неметаллических включений и т. и.), снижающих прочность соедисплаб п1 шпана Сшальл17 пений с ростом их относитша ВТВ тельной протяженности прак- тически по линейному закону ЗОО (рис.
11); участки мартенситной структуры на границе раздела углеродистой и легированной стали, $ Я иногда образующиеся из-за чрезмерного локального выделения тепла пластической деформации при развитии ее неравномерности по профилю волн н быстрого отвода тепла в прилежащий холодный металл (рис. !2); повышающие прочность со- единений слои металла у гра- 0 0,10 Огв 040 000 нм Рис. 13. Распределение твердости по поперечному сечению сварных соединений титан ВТ6+ сталь Х!7. ос =- 2000 м/с: 1 — Н' = 32 10' эрг/см'1 2 — В' = 1б ° 1О" эрг(смэ Рис. 14.
Участок оплавленного металла в сварном соединении сталь Х25Т (ввер- ху) + сталь 1ОГ2СД (ХЗОО) Рис. 15. Рекристаллизованная структура серебра (вверху) около оплавленного участка в соединении со сталью 10 (Х!00) 370 Специальные виды сварки Сварка взрывом О,б ницы раздела, упрочненные пластической деформацией, ширина и твердость которых растет с увеличением У (рис. 13); локальные участки оплавленного металла в соединениях между однородными металлами, сплавами и сталями, образующиеся при чрезмерных величинах ~' (рис. 14); участки рекристаллизованной структуры вблизи границы раздела металлов или оплавленных участков, образующиеся под действием тепла пластической деформации или тепла, выделяющегося Ог~аб при кристаллизации оплавленного ме. галла (рис.
15). Химическая микронео,в однородность: локальные участки оплавленного металла трех видов, образующиеся в соединениях разнородных металлов ! со свойствами, обусловленными их со- 04 четаниями: состоящие из твердых растворов, обладающих непрерывной взаимной Р,г растворимостью, практически не влияющие (а иногда и повышающие) на прочность соединений, если они не содержат кристаллизационных дефектов; состоящие из интерметаллических прочности сварных сое е " соединений и эвтектик в композициях относительно п очности сва ных соединений ти- п ВТ1 1+ т3 ( „ва„г) и с ограниченной РаствоРимостью (наприконий + сталь 12Х18й10т (кривая Р, титан — сталь), пРактически не ме 2) с увеличением относительной УчаствУющие в Работе соединений и ли- нейно снижающие их прочность с суммарной протяженности оплав- ростом относительной протяженности состоящие из мелкодиспергирован- ных частиц обоих сваренных металлов в композициях, не взаимодействующих в равновесном состоянии (например, серебро — сталь), (см.
Рис. 15); примыкающие к границе раздела металлов слои с однофазной структурой в соединениях двухфазных сплавов с второй фазой, упрочняющей границы твердого раствора; при этом вторая фаза скапливается на внешних границах однофазных слоев (рис, 17). Механизм образования этой неоднородности требует специального изучения, В заключение необходимо отметить отсутствие на границах раздела разнородных металлов диффузионных зон или перемешивания (в соединениях без оплавленных участков), не обнаруживаемых электронной микроскопией и локальным рентгеноспектральным анализом, что позволяет с помощью сварки взрывом получать прочные соединения между разнородными металлами и сплавами. Зависимость прочности соединений от параметров сварки.
Причины образования того или иного вида микронеоднородности в соединениях различных композиций имеют общий характер и обусловлены величинами ос и Иг. Поэтому во всех случаях сварки взрывом зависимость прочности сварных соединений от наиболее важного параметра процесса — скорости о„обусловливающей давление Р и количество вводимой энергии Ф', имеет одинаковый характер и выражается кривыми с максимумом (рис. 18), которые условно можно разделить на три области.
В первой из них с увеличением ос прочность соединений возрастает почти скачкообразно до прочности основного металла за счет исчезновения первого вида физической микронеоднородности. Численные значения о„соответствующие достижению в этой области равнопрочности, для различных толщин и сочетаний металлов различны и обычно определяются опытным путем или по дан. ным сварки аналогичных материалов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
