олова (образование металлического контакта устанавливалось измерением электросопротивления); б) при некоторой нагрузке (для меди в диапазоне 1—10 Г) разрушается пленка и резко растет / и в) пленка настолько прочна, что она в ходе опыта вообще не разрушается и / остается относительно низким для всех изученных значений Р (например, для хрома). Следует отметить, что аналогичные опыты по трению алюминия показали зависимость первого типа, однако более поздние измерения сопротивления выявили переход от неметаллического к металлическому контакту при нагрузке 0,2 Г. Для алюминия высокое / определялось близкими его значениями для чистого металла и окислов. Приведенные на рис. 178, а зависимости являются схемами. Реальный коэффициент трения с увеличением нагрузки, как правило, понижается (до момента разрушения окисной пленки), что показано для стали с 0,3% С и для хрома на рис. 178, б.

Типичные зависимости f от скорости скольжения приведены на рис. 178, в. Они имеют экстремальный характер с максимумом, находящимся в области тем меньших скоростей, чем выше давление. В опытах по трению на больших скоростях нельзя исключить фактор нагрева; тем более трудно оценить роль локальных вспышек температуры. Из приведенного графика, охватывающего весь практический диапазон скоростей, используемых при сварке, следует, что с увеличением давления (переход от кривой / к кривой 3) f уменьшается, особенно на больших скоростях (более 4— 8 м/сек).

Коэффициент трения металлов с чистой поверхностью, для которых фрикционные связи имеют в основном адгезионную природу, мало зависит от температуры до тех пор, пока она ниже некоторой критической температуры, близкой к ТреКр. Так, по данным, приведенным в работе [861, при Т «g; 340° С для молибдена / практически не изменяется (рис. 178, г); для меди-начинается некоторое повышение / при Т — 210°, а для магния с низкой ГреКр уже при 100° С начинается рост коэффициента трения.

В общей теории трения процессы, протекающие при температуре, близкой к плавлению, обычно не рассматриваются. В условиях сварки трением именно эти процессы представляют особый интерес. Как показано в § 3, при высокой температуре / может понижаться до очень низких значений: порядка 0,01. При непрерывной очистке трущихся поверхностей от окислов, благоприятствующей схватыванию, такой низкий коэффициент трения можно объяснить только переходом к режиму полирования, при котором тончайший поверхностный слой металла разогревается до температуры плавления или перехода в твердо-жидкое состояние. При этом между трущимися поверхностями твердого металла появляется пленка жидкого расплава и сухое трение переходит в полужидкостное, для которого характерны низкие коэффициенты трения. Можно предположить, что при сварке процесс трения обладает 278

способностью саморегулирования — толстая пленка жидкого металла вытесняется из зазора, а при чрезмерном уменьшении толщины пленки (например, в случае мгновенного увеличения давления) в результате нарушения режима полужидкостного трения резко увеличивается коэффициент трения и, как следствие, растет тепловыделение в контакте. Это приводит к быстрому восстановлению жидкой пленки до толщины, достаточной для обеспечения полужидкостного трения.

Как отмечалось выше, процесс трения может идти в режиме глубинного вырывания, что при сварке технологически иногда очень желательно. Для этого необходимо, чтобы металл в зоне трения упрочнялся. Одним из путей для создания благоприятного градиента механических свойств является наклеп поверхностных слоев металла, возможный в случае трения без значительного нагрева, при котором рекристаллизация протекает медленно или не идет вовсе. Для этого процесс должен идти при относительно малой скорости скольжения. При трении разноименных металлов или сплавов повышение прочности в зоне контакта может быть также следствием образования твердых растворов и интерметал-лидных фаз.

§ 3. СВАРКА ТРЕНИЕМ

В простейшем случае трением сваривают по торцу круглые детали сплошного или трубчатого сечения. В процессе сварки их вращают относительно друг друга и сжимают осевой силой. Обычно вращается только одна деталь, причем число ее оборотов в процессе сварки, как правило, остается постоянным (до момента остановки системы, т. е. фактического осуществления сварки). Осевое усилие может в ходе сварки изменяться. Часто при ее окончании прикладывается увеличенное ковочное усилие. Иногда усилие изменяют и в процессе трения; сварку начинают при малом усилии, которое затем плавно или ступенчато увеличивают.

Нагрев при сварке трением осуществляется теплом, генерируемым за счет работы сил трения. Это тепло выделяется (см. § 2) в плоскости стыка или в случае, когда трение идет в режиме глубинного выравнивания, в слое некоторой конечной толщины (по данным работ [155, 156], при сварке стержней диаметром до 14 мм из стали 45 с быстрорежущей сталью в слое толщиной 0,3— 0,7 мм).

Интенсивность тепловыделения определяется мощностью, расходуемой на преодоление крутящего момента сил трения. Даже при неизменных значениях числа оборотов п и осевого усилия Р момент сил трения М и, как следствие, потребляемая мощность V/ не остаются в ходе сварки постоянннми. Типичный график изменения момента сил трения и числа оборотов с периодами разгона и торможения двигателя показан на рис. 179 [23]. В. И. Билль