Важным условием получения соединений с заданными свойствами и обеспечения высокой работоспособности сварных конструкций является оптимизация указанных процессов путем определения наиболее благоприятных сочетаний параметров рабочего режима. Для этого необходимо количественное описание процесса сварки.

Однако влияние большого числа параметров на процесс сварки не может быть учтено в аналитической форме. Например, механические свойства сварного соединения (в частности, предел прочности при растяжении и относительное удлинение) зависят от температуры сварки, приложенного давления, длительности выдержки, состава и свойств промежуточных слоев. В этих условиях трудно однозначно оценить воздействие каждого параметра и тем более их совместное влияние на качество сварки.

При изучении влияния указанных параметров на процесс сварки обычно рассматривают изменение лишь одного из них, тогда как остальные должны быть постоянными. Однако при проведении экспериментов в большинстве случаев многие параметры невозможно сохранить без изменений, вследствие чего вносятся значительные погрешности в результаты исследований.

Метод математического моделирования был применен для установления зависимостей механических свойств, во-первых, порошковых промежуточных слоев от их состава и технологических параметров обработки и, во-вторых, сварных соединений от состава и свойств промежуточных слоев и условий диффузионной сварки.

Как указывалось ранее, порошковые промежуточные слои могут наноситься на свариваемые поверхности в трех видах: свободно насыпанном (хотя использование такого порошка при диффузионной сварке нетехнологично), в виде пористых таблеток, приготовленных прессованием по различным схемам, и пористых лент, полученных прокаткой УДП металлов и их смесей.

Первоначально изучали закономерности формирования пористых таблеток в условиях предварительного холодного прессования с постоянной или циклически изменяющейся скоростью спекания, а также горячего прессования с циклическим принудительным деформированием (ЦПД), т.е. в условиях, аналогичных диффузионной сварке с ЦПД.

Исследовали таблетки диаметром 8,0 мм и толщиной 0,2. 8,0 мм из промышленного порошка электролитического никеля ПНЭ-1 фракции 0071-0040, полученные односторонним холодным прессованием на воздухе при давлениях Р„ = 100. 1700 МПа, скоростях деформирования ^„ = 2. 100 мм/мин и числе циклов деформирования 7У„ = 1—50 с последующим спеканием с вакууме при остаточном давлении 2ТО-2 Па и температурех Тс = 300.700'С длительностью 5.30 мин.

Формирование никелевых пористых таблеток в процессе диффузионной сварки (аналогично горячему прессованию) изучали при давлениях 50. 150 МПа, температурах 300. 900 °С, скоростях деформирования 0,4. 20 мм/мин и числе циклов деформирования 1 —50, осуществляемого в вакууме при остаточном давлении 6,5-10~3 Па. Таблетки деформировали, помещая их между образцами из керамики ВК94-1 с пределом прочности при сжатии свыше 980 МПа в диапазоне температур 20. 900 "С.

В дальнейших экспериментах применяли пористые таблетки после одного цикла предварительного холодного прессования при Рп = 150 МПа и гп = 20 мм/мин, что обеспечивало их относительную плотность уп = 56 % и минимальную прочность, необходимую для их транспортирования (относительное напряжение среза т"р = = 7,5 %), без изменения конечных результатов, характерных для случаев использования свободно насыпанного порошка.

После холодного прессования исследовали относительную деформацию (осадку) £„, уп, т"р, работу Л"р, необходимую для разрушения спеченного материала на срез, и условный предел текучести aS2; после спекания — относительную плотность ус и условный предел текучести cü2; после горячего прессования — относительную плотность у, пластическую деформацию е и напряжение среза oj^.

Регрессионные модели, описывающие физико-механические свойства пористых таблеток, полученных холодным прессованием с ЦПД, имеют следующий вид:

1пе„ = 3,1535 + 0,15092 In*", + 0,014тт„ ln/V„ -

-0,0191пР„ \ni„ ln/V„;(4.38)

lny„ = 3,1117 + 0,19601 ЫР„ - 0,03041п7Уп + 7,2-10"41пкп 1п/„ + + 0,02 lni„ 1п7У„ + 0,0057 ЫР„ lnrVn - 0,0031пк„ ЫРП 1п7У„; (4.39)

Intjp = -2,7165 + 0,8774 ЫР„ + 0,005\nvn ЫР„ + 0,06521 1т;п 1п7Уп -

-0,008331nvnln/Jnln/Vn;(4.40)

ln^p = -6,9285 + 1,1821ЫРи - 0,340lnrVn + 0,1454 Inj;,, lnNn +

+ 0,04891n/„ ln/V„ - 0,0187 ЫРп lnv„ ln/Vn.(4.41)

Результаты расчетов приведены на рис. 4.58—4.60.

Установлено, что в исследованном диапазоне значений Рп, vn и Л'п наибольшее влияние на механические свойства таблеток оказывает давление прессования Р„. Относительная деформация е„ ™- рис. 4.58) при /V*n = 1 не зависит от vn и при изменении Рп от 100 до 1700 МПа увеличивается с 46 до 72 %. Циклическое прессование на 4.5% повышает £„ в областях низких Рп и высоких г„. однако по мере роста Рп влияние v„ и 7Vn снижается.