СОЕДИНЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В ТВЕРДОЙ ФАЗЕ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ СВАРКИ ПРОКАТКОЙ

Сварка прокаткой характеризуется малой длительностью процес­са t, относительно высокой температурой Т и принудительным характером деформации свариваемых элементов е. Эти особенности позволяют считать, что при сварке прокаткой (по аналогии со свар­кой взрывом, магнитно-импульсной сваркой и электроконтактным способом получения металлопокрытия) процесс образования соеди­нения ограничивается схватыванием контактных поверхностей без развития процесса рекристаллизации или образования новых фаз в зоне соединения. Для этого случая ранее было сформулировано следующее условие получения качественного соединения:

(219)

где tB — длительность взаимодействия, определяемая длитель­ностью силового воздействия на свариваемые материалы;

ta — длительность активации всей контактной поверхности, т. е. длительность, за которую все атомы контактных поверхностей образуют межатомные связи; tp — длительность релаксации напряжений в зоне контакта. При сварке прокаткой управляемыми технологическими пара­метрами процесса являются скорость прокатки v, величина дуги захвата I, величина обжатия Ah и температура Т, причем [250]:

TOC o "1-5" h z v = niiD, (220)

l=Y±Dbh, (221)

здесь п — число оборотов;

D — диаметр валков.

Скорость деформации при прокатке выражают уравнением

i = fta£, (222)

где h0 и /гк — исходная и конечная толщины прокатываемого элемента.

При сварке прокаткой разумно предположить, что —это длительность пребывания металла в очаге деформации, т. е.

(223)

а /а выражается уравнением (174), а именно

(224)

Анализ приведенных уравнений показывает, что при сварке прокаткой значения tB и /а могут изменяться в широком диапазоне в зависимости от технологических параметров процесса. Задачей дальнейшего анализа будет определение таких технологических параметров сварки прокаткой, при которых выполняется левая часть неравенства (219). Одновременно будем решать задачу определения температурной области, в которой выполняется правая часть неравенства (219). Для этого используем уравнение (175), рассчитывая значения tp при различных значениях Е.

Расчет будем проводить для биметаллического пакета с исход­ной толщиной h0 = 44 мм (толщина каждого листа 22 мм) для различных диаметров валков и скоростей прокатки при Sh = 4,4 (є = 10%); 8,8 (є = 20%) и 13,2 (е = 30%). Результаты этих расчетов приведены на рис. 129. Видно, что при h 4,4 и 8,8 мм при исследуемых значениях D и и справедливо неравенство < <С ta, т. е. не выполняется левая часть неравенства (219). При Ah = 13,2 мм левая часть неравенства (219) выполняется при любых исследованных значениях D и и.

Экспериментальную проверку полученных результатов про­водили на сплавах Н31Х79 и Н31Х41, которые сваривали между собой. Исходный биметаллический пакет составляли из травленых и обезжиренных полос и заваривали по периметру сваркой плавле­нием. Для определения температуры прокатки, при которой tB>tp, исследовали ползучесть указанных сплавов при различных темпе­ратурах и Р=1,0 кгс/мм2. Значения Е, полученные путем построе­ния зависимостей lg є, составляют: для сплава Н31Х79 —

63,8 ккал/моль; для сплава Н31Х41 — 52,6 ккал/моль. Поэтому (см. рис. 130, в) биметаллический пакет перед сваркой нагревали до 1000“ С и после этого подавали в валки. Сварку осуществляли в один проход, обеспечивая для разных исходных пакетов различную степень обжатия, так что деформация составляла 10, 20, 30 и 40 % Из сваренных биметаллов изготавливали по 5 кольцевых образцов для каждого значения степени деформации и испытывали на отрыв по методике, описанной в работе 1251 ]. Результаты этих испытаний показали, что при є = 10% величина а = 0,5; при є 20% а 0,75; при є 30% а = 0,85; при є 40% а = 0,85 (здесь а ов — о, причем а — прочность на отрыв сварного соединения, а ов — прочность на отрыв менее прочного из составляющих сплава Н31Х41). Эти данные показывают, что результаты расче­тов, представленных на рис. 130, могут быть использованы для определения оптимальных режимов сварки прокаткой.