Различают трение покоя и трение скольжения. Оба эти явления используются, в той или иной мере, при сварке. Выше было показано, в частности (см. § 5, гл. III), что совместное действие нормальной и тангенциальной сил даже в отсутствии взаимного макросмещения (т. е. в условиях трения покоя) приводит к резкому увеличению прочности соединения, получаемого при холодной сварке металлов с атомночистыми поверхностями. Здесь роль, тангенциального усилия сводится к облегчению пластической деформации микровыступов и достижения физического контакта, что увеличивает площадь этого контакта (при неизменной нормальной силе).

Однако даже при трении покоя одновременное действие нормальной и тангенциальной сил всегда вызывает некоторое микросмещение трущихся тел, так называемое предварительное смещение, которое может играть существенную роль при ультразвуковой сварке (см. § 4). В простейшем случае при сжатии усилием Р двух

сферических тел между ними образуется контактное пятно раидусом а (рис. 175, а) [193]. Если возникающие в контакте нормальные напряжения о не превышают предела упругости, то их распределение приближается к параболическому с максимумом

а)

то

1800

0,5 1,0 1,5 2,0 х,пк В)

Рис. 175. Предварительное смещение х при трении покоя [193]:

а — схема; б — предварительное смещение стальных шариков диаметром 10 мм при различной нормальной силе и статическом приложении тангенциальной силы S; в — петли гистерезиса при статическом приложении тангенциальной силы, изменяющейся от 4-S до —S (диаметр шариков 10 мм)

в центре. Приложение тангенциального усилия 5 приводит к взаимному смещению центров контактирующих сфер на величину х. При этом в плоскости контакта возникают касательные напряжения т. Если допустить, что по всему пятну контакта отсутствует взаимное смещение, то у края контакта тх = со. Так как здесь напряжения о близки к нулю, а между нормальными и касательными напряжениями в контакте существует зависимость т г=£ /о, очевидно, что в некоторой области при а' г ^а напряжения т2 будут ограничены величиной т2 = /о и на участке между а' и а касательные напряжения (кривая т2) снизятся до т2 = 0. На этом участке произойдет взаимное скольжение при отсутствии общего скольжения по всей площади контакта. Предварительное смещение для этого случая можно определить по формуле^ [193]

3(2 —|х) 80а

l-(l-Jp-)\

где G — модуль сдвига;

р — коэффициент Пуассона.

Поскольку предварительное смещение связано с локальным проскальзыванием и местной пластической деформацией, оно сопровождается необратимой затратой энергии.

При сжатии шариков диаметром 10 мм коэффициент трения достигал 0,5—0,6 и в зависимости от действующих сил Р и S максимальное значение предварительного смещения лежало в пределах 2—2,5 мкм (рис. 175, б). Статическое приложение тангенциальной силы переменного направления (шарик диаметром 10 мм, р = = 5250 Г) выявляет петлю гистерезиса (рис. 175, е), указывающую на необратимые потери энергии при предварительном смещении: однако небольшая площадь петли свидетельствует о том, что смещение носит в основном упругий характер. Интересны результаты измерения предварительного смещения при динамическом приложении знакопеременного усилия ± S. Опыты показали, что с уменьшением диаметра шарика при неизменных значениях Р и S предварительное смещение растет (например, при 5 = 1800 Г и Р = 3200 Г уменьшение D с 25 до 5 мм ведет к росту х от 1 до ~2мкм). УвеличениеРпри неизменныхЗ hD приводитк заметному уменьшению х. Как и при статическом нагружении, увеличение усилия Р в условиях динамического приложения силы S вызывает существенное увеличение предварительного смещения. Например, при S — ±1800 Г и D = 10 мм увеличение Р приблизительно в 3 раза (от 3200 до 9200 Г) повысило х от 0,7 до —1,5 мкм. При циклическом приложении силы ±S в зоне микроскольжения (при а' г а) наблюдается повреждение поверхности контактирующих тел. Очевидно, что чем ближе отношение S/P к коэффициенту трения покоя, тем шире эта зона (при S/P = f она захватывает