деформация едвига металла вокруг плоскости контакта = вот чем заканчивается каждый процесс сварки давлением.

Произведем некоторые расчеты. Если на какой-то объем металла действует сила сжатия Р и деформирует этот объем на размер А, то механическая энергия Ph (Дж), по первому закону термодинамики, за счет внутреннего трения в металле неизбежно перейдет в энергию тепловую. Это бесспорное поцожение можно записать в виде

РЬ = Ve (de/dO а = cVT, (1.25)

где V - деформируемый объем; в - относительная. деформация; dsdt - скорость деформации; *j - коэффициент пропорциональности; ycVT - подъем теплосодержания деформируемого объема. Поскольку сила Р = pS, то

р = ri/(2t) = усТ. (1.26)

Как видно по единице физической величины, ц (Дж/е)/см - это динамическая вязкость или (по другой терминологии) внутреннее трение. Эта характеристика часто используется и ее численные значения определены для многих веществ, в том числе и металлов, но только для жидкого или даже парообразного состояния. Для металлов в твердом состоянии опытных значений коэффициента tj нет. Определим эту характеристику расчетным путем, используя для этой цели принцип механического подобия.

Соотношение (1.25) может быть отнесено к любому как макро-, так и микроскопическому объему. Существуют и механические понятия, которые можно использовать как в отношении макроскопических моделей, так и микроскопических. Например, энергию пружины (Дж) определяем так:

Ещ, = D6 /2, (1.27)

где D - жесткость пружины; б - ее деформация.

Упругопружинными свойствами обладает и любая кристаллическая система. Ее потенциальную энергию (Дж) можно также определить, если вместо константы жесткости D использовать другую константу, которая пригодна для любой кристаллической организации независимо от ее объема. Такой константой, согласно (1.26), является динамическая вязкость. Приравнивая энергии из формул (1.26) н (1.27)

получаем

D = щеЧЦ. (1.28)

Пружинная энергия кристаллов при их деформации и сдвиге превращается в потенциальную

Из равенства формул (1.27) и (1,22), заменяя константу D константой г), по формуле (1.28) находим

(1,29)

Если Б этой формуле 6 -- параметр кристаллической решетки; в - относительная деформация, равная единице при сдвиге на один-параметр решетки б; время / тоже полагать равным единице, то при V (частоте колебаний атомов холодного металла), значение динамической вязкости ц может быть вычислено по табл. 1.2.

В качестве примера можно привести расчет для медиг

2-6.62-1.5-103 (108)8.1

10S* (2.55)8

= 1200 (Дж.с)/см*.

Расчетная формула (1,29) может быть выведена и из других соображений, относящихся непосредственно к деформации сдвига кристаллов.

Если для сдвига кубического кристалла на один параметр решетки необходима сила Р, то энергия сдвига

Р6 = рЬЧ == рб .

Эта энергия превращается в потенциальную fev, т. е.

рб = ftv.

Подставляя сюда значение р, получаем

hv.

И, соответственно, динамическая вязкость определяется, было записано выше, по формуле (1.29)

как и (1.30)

Соотношение (1.25) не зависит от величинн деформируемого объема, оно определяется по первому закону термодинамики, который действителен и для кристаллических масштабов.

Динамическая вязкость в зависимости от температуры меняется по сложной кривой. Нулевое значение для металлов лежит за пределами точки плавления. Если иметь в виду процессы сварки давлением, для которых температура в плоскости контакта не

Таблица 1.2. Физические свойства металлов

выходит за границу плавления, то для приближенных расчетов можно положить

Ч ft* Не (1 - Т/Гя). (1.31)

Сопоставляя это допущение с формулой (1.26), получим

В этой формуле константы рс относятся все же к макрообъемам металла. Формула (1.32), как будет показано дальше, дает вполне удовлетворитеиьные результаты расчета во всех случаях, когда речь идет о некоторых объемах металла или о контактных плоскостях, где нагретые слои по толщине много больше, чем размеры элементарных кристаллов. Если же исследуется, например, чисто плоскостной сдвиг, то формулу (1.26) следует переписать G учетом того, что процесс происходит в микрообъемах. Тогда

р = ?18V(2 ) = SkuQ, (1.33)

где А - поетояниая Больцмана, равная 1,38-10-* Дж/К-атом; п - число атомов в 1 см®; 6 ~ температура. К-

Соответственно о ощутимой неточностью, вызванной заменой абсолютной температуры на температуру в С, получим из (1.32j

В этой формуле относительная деформация всегда равна единице, поскольку здесь сдаиг меньшим не может быть. Практически формула (1.34) более достоверна, чем (1.32), для деформации пирамидальных выступов шероховатых поверхностей, контактирующих друг с другом. В 8нак именно такой ориентации формулы (1.34) символу температурш придан индекс А.

Согласно нредшествующни теоретическим соображениям, ыы приняли, что независимо от используемой энергии эффект сваривания свершается в самый последний момент осадки, в момент максимальной концентрации энергии и ва короткий промежуток времени. Формула (1.34) позволяет оценить значение той мгновенной вспышки температурш в плоскости контакта, при которой и формируется сварное соединение по этой плоскости идеально чистых кристаллов. Следовательно, идеальная чистота должна быть на таком же уровне чистотш, как и межкристаллитные граница внутри металла, которые не препятствуют ни размельчению зерен, ни их новому объединению.

Таким образом, всякая операния сдавливания при всех процессах сварки давлением принципиально делится на даа этапа: первый этап - подготовительный - это удаление, выдавливание из зоны свариваемого контакта всех загрязнений; второй - непосредственное сваривание. Если металл не подвергается никакому предварительному подогреву, как это имеет место при холодной