§ 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Р, Т, /-ПРОЦЕССОВ

В настоящее время практически применяются два способа сварки, использующие процесс трения как один из основных факторов, обеспечивающих получение соединения. Это, собственно, сварка трением и ультразвуковая сварка. В общем, роль трения в этих процессах одинакова. С одной стороны, работа сил трения превращается в теплоту и обеспечивает нагрев зоны сварки; с другой, — при трении разрушаются поверхностные пленки окислов и обнажающиеся ювенильные поверхности металла, находящиеся в активном состоянии, легко соединяются; наконец, совместное действие нормальных и тангенциальных напряжений при трении облегчает пластическую деформацию в зоне соединения, что также может способствовать сварке (см. § 3, гл. III). Однако относительное влияние теплового, физико-химического и механического факторов при сварке трением и ультразвуковой сварке существенно отличается. Особенности этих процессов рассмотрены ниже (см. § 3 и 4).

§ 2. СУХОЕ ТРЕНИЕ

При взаимном скольжении двух твердых тел, сжатых силой Р, нормальной к поверхности их скольжения, всегда возникает сила трения 5, для преодоления которой приходится прилагать равное ей тангенциальное усилие, увеличивающееся с ростом Р. Под действием силы Р неровности, всегда имеющиеся на поверхности твердого тела (см. § I, гл. II), приходят в соприкосновение и упруго- или упругопластически деформируются с образованием отдельных пятен физического контакта (см. рис. 65). С ростом силы Р количество и суммарная площадь пятен контакта увеличиваются. В результате совместной деформации одно тело как бы внедряется в другое.

В процессе скольжения отдельные пятна контакта образуются и исчезают. Работа, совершаемая силами трения при скольжении, 268

О 20

Площадь контакта б)

Рис 174. Зависимость коэффициента сухого трения стальных шариков от угла наклона поверхностных неровностей на стальной пластине (а) и силы трения шарика и пластины от площади их контакта при различном диаметре шарика (б)

почти полностью превращается в тепло (за исключением небольшой ее части, расходуемой на увеличение свободной энергии пластически деформируемого металла в результате повышения в нем плотности дислокаций), что приводит к интенсивному нагреву трущихся поверхностей.

По современным представлениям, трение имеет двойственную молекулярно-механическую природу. Оно, с одной стороны, вызывается необходимостью преодоления адгезионных связей, возникающих в местах физического контакта между пленками, обычно покрывающими твердое тело (металл), а в случае разрушения пленок в процессе скольжения — между образующимися при этом ювенильными поверхностями, и с другой — объемным деформированием материала, связанным с взаимным внедрением трущихся тел (механический фактор).

Двойственная природа трения подтверждается'множеством экспериментов. Например, коэффициент сухого трения / заметно растет с уменьшением угла наклона поверхностных неровностей (рис. 174, а). В опыте [86] определяли коэффициент трения покоя полированных стальных шариков по твердой стальной пластине с различной микрогеометрией поверхности (для плитки Иогансена условно tga. = 0). При чисто механической природе трения с уменьшением а коэффициент трения должен был бы не расти, а уменьшаться.

В случае чисто адгезионной природы трения при равной площади физического контакта двух пар тел с идентичными свойствами сила трения для обеих пар должна быть одинаковой. В действительности (рис. 174, б) при вдавливании стальных шариков разного диаметра в стальную пластину сила трения растет не только с увеличением площади контакта, но и с уменьшением диаметра шарика, т. е. с увеличением глубины внедрения шарика в пластину.