Роль пластической деформации при стыковой сварке.

При стыковой сварке сопротивлением пластическая деформация необходима для создания электрического контакта и выравнивания соединяемых поверхностей; удаления окислов из стыка и интенсификации процессов образования активных центров и последующей рекристаллизации в зоне соединения.

В общем случае образование физического контакта в результате удаления поверхностных пленок и выравнивания рельефа достигается в основном за счет пластического течения металла вдоль стыка под действием тангенциальных радиальных напряжений. Однако вследствие относительно малой температуры в контакте и затрудненных условий деформации площадь физического контакта деталей по отношению к площади сечения стыка после сварки S_кон сравнительно невелика (50-70%), несмотря на значительную степень деформации металла при осадке. В этих условиях часть окислов остается в стыке. Применение же чрезмерно больших усилий осадки может привести к потере устойчивости деталей и снижению пластичности соединений, связанному с интенсивной деформацией и искривлением волокон.

Объемная пластическая деформация при стыковой сварке характеризуется отношением конечной площади сечения торцов после сварки S_кон к начальной до сварки S_нач, называемым коэффициентом площади: k_n = S_кон/S_нач.

При мягких режимах сварки увеличиваются протяженность околошовной зоны, при жестких режимах k_n снижается, так как деформация локализуется на относительно коротком участке свариваемых деталей.

При сварке сопротивлением допускают значение k_n ≤4.

При сварке оплавлением из-за относительно жесткого режима сварки и плавления металла качественное соединение без оксидов получают при k_n< 2.

Пластическая деформация при стыковой сварке оплавлением

Оплавление только подготавливает торцы к формированию соединения. Последнее осуществляется при осадке в результате пластической деформации. В момент фактического соприкосновения торцов они полностью покрыты слоем расплавленного металла. При сближении торцов, если этому не препятствуют пленки оксидов, образуется объединенная прослойка металлического расплава. Такая же прослойка возможна и после вытеснения (жидких или твердых) оксидов.

Твердый металл всегда смачивается своим расплавом, поэтому образование объединенной жидкой металлической прослойки без границы раздела уже гарантирует формирование здесь соединения при охлаждении, тем более, что кристаллизация жидкой фазы на готовых центрах, имеющихся на оплавленной поверхности твердого металла, идет беспрепятственно.

В процессе дальнейшей осадки зазор по всей площади соединения постепенно закрывается, полностью или частично вытесняя расплавленный металл из стыка. В местах глубоких кратеров, даже к концу осадки в стыке может остаться невытесненный, обычно окисленный литой металл в виде линзы. В зависимости от величины осадки металл сохраняет здесь литую структуру с присущими ей дефектами или подвергается заметной деформации.

На отдельных участках торцов к началу осадки или в момент их фактического соприкосновения жидкий металл может отсутствовать. Соединение формируется в твердой фазе (топо-химический процесс). В результате деформации при осадке торцы должны быть доведены до физического контакта с вытеснением из стыка оксидов, если они там имеются. Осадка обычно идет при температуре, близкой к солидусу, при которой обеспечивается значительная термическая активация, способствующая в сочетании с движущимися дислокациями образованию прочного соединения на участках, свободных от оксидов. Однако даже на таких участках в случае недостаточного их нагрева при малой деформации, осуществляемой после достижения физического контакта, возможно формирование соединения без общих зерен, разрушение которого носит хрупкий межзеренный характер. Обычно при сварке оплавлением температура на торцах в момент осадки достаточно высока, и основное препятствие к получению соединений высокого качества связано с окислением. Практически при сварке оплавлением сочетаются два процесса формирования соединения: через жидкую фазу (основной процесс) и в твердом состоянии.

Процесс осадки характеризуется двумя основными параметрами: ее величиной ∆_ос и скоростью v_ос. С ними связан третий - зависимый параметр - давление осадки р_ос.

Чем уже зона интенсивного нагрева, тем труднее деформировать прилегающий к торцам металл; выравнивание выступов при этом будет сопровождаться меньшей общей деформацией, а удельное давление, необходимое для ее осуществления, возрастет. Поэтому при сварке с подогревом или при непрерывном оплавлении по «мягкому» режиму с широкой зоной разогрева, как правило, необходимая величина осадки возрастает.

При увеличении ∆_ос улучшаются условия удаления расплавленного металла и оксидов из стыка. Однако чрезмерная осадка может снизить пластичность соединения в результате резкого искривления волокон.

Скорость осадки оказывает значительное влияние на формирование соединения. При малой скорости увеличивается время закрытия зазора между деталями, в течении которого расплавленный металл охлаждается и удаление оксидных пленок затрудняется.

Давление осадки определяется величиной и скоростью осадки. Давление осадки увеличивают при увеличении градиента температур и при сварке жаропрочных материалов.

Для лучшего формирования соединения и снятия наклепа часть осадки проводят при включенном токе. При этом уменьшается скорость кристаллизации металла на поверхности наиболее глубоких кратеров, и облегчается деформация неровностей.