2. Поведение металлов в условиях сварки взрывом

2.1. Тепловой эффект и энергетический баланс сварки взрывом

Многочисленные наблюдения показали, что в процессе сварки образцы нагреваются. Количественные связи между выделяющимся теплом в образцах и режимами сварки исследовались методом калориметрирования (15). Для этого сваренные на одинаковых режимах образцы опускались в калориметры через 1, 2, 3 минуты после сварки. Полученную зависимость «выделившееся тепло—время» для каждого режима экстраполировали на нуль времени — полученное значение тепла принималось равным выделившемуся при сварке для данного режима. Сравнение выделившегося тепла с кинетической энергией метаемой пластины (см. завис. 12) показало, что первое пропорционально второму, причем при одинаковых значениях кинетической энергии W_к количество выделяющегося тепла тем меньше, чем больше скорость контакта (рис. 4). Обработка экспериментальных результатов позволила найти общую зависимость между параметрами сварки и выделяющимся теплом в образцах (15):

Единственным источником тепловыделения в образцах при сварке взрывом является пластическая деформация, так как 90-95% энергии пластической деформации переходит в тепло (7), то в дальнейшем тепловыделение в образцах, определяемо выражением (16), просто приравнивали W₂.

Особенностью полученных результатов является то, что тепловыделение мало зависит от механических свойств свариваемых металлов и практически полностью определяется энергетическими параметрами процесса. Сомножитель перед скобкой выражения (16) представляет собой энергию, на которую должна уменьшиться кинетическая энергия системы в результате абсолютно неупругого соударения (13, с. 12). Сомножитель в круглых скобках меньше единицы и свидетельствует о том, что часть энергии уносится из системы свариваемых пластин. Этот эффект возможен только вследствие кумуляции (12, с. 367).

Впервые эффект выноса части металла из системы изучен в (16), после чего в течение 8 лет публикаций по этому вопросу не было. В 1974, 1978 и 1979гг. появились работы наших исследователей (20, 21, с. 35, 22), при этом, автор (20) изучал не только количество выносимого металла, но и скорость его движения (20), что могло позволить ему перейти к расчету уносимой энергии, однако сравнить полученные результаты с калориметрическими исследованиями нельзя, так как неизвестно, до какой температуры нагрет уносимый металл. Поэтому эти данные можно считать за качественное подтверждение выноса части энергии из системы. Дополнительным фактом, подтверждающим соотношение (16), может служить то, что энергия, уносимая из системы, согласно данным (20) и (22), пропорциональна квадрату скорости контакта.

Представленные результаты позволяют составить энергетический баланс сварки взрывом. Рассуждения будем вести относительно единицы поверхности соударения.

Полный запас энергии системы «метаемая пластина + неподвижная» определяется кинетической энергией метаемой пластины (см. завис. 12). После соударения часть ее расходуется на пластическую деформацию пластин, часть выносится из системы вследствие кумулятивного эффекта, часть преобразуется в кинетическую энергию пришедшей в движение неподвижной пластины, часть сохраняется в метаемой. Если после соударения пластины соединились и имеют одинаковую скорость движения, то их соударение является абсолютно неупругим и можно записать:

где W₁ — кинетическая энергия сваренного пакета.

Так как при абсолютно неупругом соударении кинетическая энергия сваренного пакета полностью определена (см. завис. 13), то условия соударения должны обеспечить определенную величину затрат на пластическую деформацию. По-видимому, процесс деформации является саморегулирующимся, причем протекает таким образом, что всегда выполняется выражение (14), а вот перераспределение составляющих W_пот (W₂ W₃) представляет собой серьезную задачу для исследователей, так как их соотношение определяется особенностями пластического деформирования металлов в условиях сварки взрывом.