2.6.4. Особенности объемной пластической деформации при шовной и рельефной сварке

При шовной сварке выполнении первой точки шва характер пластической деформации такой же, как при точечной сварке. Однако при сварке следующих точек перед роликом металл деформируется в зазор, как и при точечной сварке, а позади ролика металл вытесняется под ролик (рис. 2.15), как и в случае нагрева целой пластины (см. рис. 2.14). На поверхности шва образуется серповидный рельеф. Вследствие относительно высокого теплосодержания зоны соединения при шовной сварке общая степень пластической деформации и размеры уплотняющего пояска больше. Это дает возможность несколько уменьшить время сварки и усилия по сравнению с режимами точечной сварки.

Пластическая деформация поверхностных слоев металла приводит к ускоренному загрязнению и износу роликов. Кроме того, образование значительной вмятины по роликом в момент формирования объема расплавленного металла, затрудняет его перемещение и может служить причиной пробуксовки ведущего ролика по поверхности детали.

С другой стороны, пластическая деформация может оказать благоприятное влияние на плотность шва. Так, при сварке последующих точек и повторном нагреве несплошности (раковины) в предыдущих точках могут заполняться деформируемым металлом.

При рельефной сварке отмечается интенсивная деформация (осадка) рельефа на первом и особенно на втором этапе формирования соединений. П ри рельефной сварке в твердом состоянии стремятся обеспечить большую степень пластической деформации в радиальном направлении в контакте деталь - деталь, что способствует очистке поверхности и образованию металлических связей (рис. 2.16, а). Одновременно происходит деформация вдоль оси z и заполнение впадины под электродом. Обычно соединение в твердом состоянии образуется по кольцу по периферии контакта. Дальнейший нагрев металла приводит к образованию ядра по обычной схеме точечной сварки (рис. 2.16, б). Рельеф при этом полностью деформируется, но под электродами остаются небольшие вмятины.

2.7. Удаление поверхностных пленок

Поверхностные пленки (оксиды, слои плакировки и др.), как правило, более тугоплавки (за исключением оксидов железа), чем свариваемые металлы или сплавы. В процессе сварки они должны быть разрушены и удалены с плоскости соединения двух деталей, так как, в общем случае, их наличие в конечной стадии процесса препятствует образованию металлических связей. Этот процесс относят к одному из основных при формировании сварных соединений.

В условиях точечной, рельефной и шовной сварки разрушить и перераспределить поверхностные пленки удается только при расплавлении металла в контакте двух листов. Разрушение и удаление указанных пленок происходит под действием электродинамических сил. Результатом действия этих сил является интенсивное перемешивание жидкого металла ядра в направлениях, указанных стрелками на рис. 2.17, а. Следы перемешивания хорошо видны на микрошлифах поперечных сечений точек при сварке разнородных сплавов или при сварке с прокладкой из другого сплава между листами (рис. 2.17, б).

Д ля контрастности выявления этого процесса время сварки выбирают равным приближенно от трети до двух третей времени сварки номинального режима, так как из-за интенсивного перемешивания жидкого металла при номинальном времени сварки происходит выравнивание состава литого ядра.

Причинами перемешивания жидкого металла являются силы, возникающие в результате взаимодействия сварочного тока с магнитным полем, созданного этим же током. Характер и направление действия этих сил могут быть определены при рассмотрении упрощенной модели процесса сварки (рис. 2.18). В предположении равномерного распределения плотности тока j₀ по сечению ядра сила ΔF_j, действующая на элементарный объем металла ΔV, находящийся на расстоянии r от оси z,

ΔF_j = μ₀ j₀ ΔVН = μ₀ j₀² ΔV r /2,

г де Н = j₀r/2 — напряженность магнитного поля; μ₀ — абсолютная магнитная проницаемость вещества. Направление этой силы определяют по правилу левой руки.

Силы ΔF_j, действующие на все объемы ΔV ядра, создают в жидком ядре давление, подобное давлению, возникающему в жидкости от гравитационных сил. Силы ΔF_j действуют также на объемы металла, находящегося в твердом состоянии, где они уравновешиваются силами сопротивления кристаллической решетки. Объемные силы ΔF_j имеют максимальное значение на периферии ядра и снижаются до нуля в центре ядра. Давление (в сечении контакта листов) описывается уравнением параболы (рис. 2.18, а)

р = μ₀ j₀² (R² - r²)/4,

достигая максимума в его центре (R — радиус ядра).

Как правило, литое ядро имеет форму эллипсоида, поэтому в расплавленном металле возникают градиенты давления не только в горизонтальном (Δр_r), но и в вертикальном (Δр_z) направлениях. Под действием этих градиентов слои жидкости циркулируют в указанных на рис. 2.17 направлениях. Незначительная асимметрия в расплавлении двух листов приводит к перемешиванию поверхностных пленок в расплаве.