Так, при р0 = 0,2 кГ/мм2 даже через 100 сек не достигается выравнивания температуры. Однако при переменном давлении (р0 = = 0,6 кР/мм2; рк = 1,4-4-2,4 кГ/мм2) уже через 40—50 сек температура практически полностью выравнивается ( = IV

Явно выраженное влияние удельного давления на условия выравнивания температуры подтверждает большую роль саморегулирования при сварке трением. Если бы главное значение имела'

теплопередача по торцу, то характер кривой _mln = / (t) не зави-

сел бы от удельного давления.

Полученные результаты дают основание рассматривать нагрев при сварке трением как линейный процесс распространения тепла плоского источника одинаковой интенсивности по всему сечению. Во всяком случае, для трубчатых деталей ошибка, вызываемая таким допущением, невелика.

По обычной расчетной схеме {р ~ ~у~ = const; v = cor и / =

== const), не учитывающей явления саморегулирования, суммарная мощность теплового источника определяется по формуле

Wt =-—j—-= kJPco,(67)

где Р — осевое усилие; со — угловая скорость; гх и г2 — наружный и внутренний радиус сечения трубы (для стержня г2 = 0) ц. k, — коэффициент.

При таком расчете удельная интенсивность источника пропорциональна расстоянию рассматриваемой точки от оси вращения. Постоянная удельная интенсивность источника при / = const обеспечивается в случае pv — const. При этом суммарная его интенсивность

W, = fPa -^Ц^- = k2fPo).(68)

Для относительно тонкостенной трубы (при — 0,8) k2 =SS kx.

При — = 0 (для стержня) -г- = 0,78. rißi

Хотя, как отмечалось выше, при трении в режиме глубинного

вырывания тепловыделение идет ^в слое конечной толщины, без

большой погрешности можно рассматривать процесс нагрева как

распространение тепла плоского источника. В общем случае этот

источник является подвижным, так как нагрев при трении всегда

сопровождается некоторым укорочением свариваемых деталей (на

2—10 мм в зависимости от длительности процесса, рода материала

и удельного давления). Однако скорость перемещения источника,

при сварке трением редко превышающая 0,5—1 мм/сек, по сравне-

нию, например, со сваркой оплавлением невелика (скорость оплавления перед осадкой может достигать 5—10 мм/сек).

Хотя в отдельных точках на трущихся поверхностях температура может повышаться до солидуса, средняя температура торцов ограничивается условиями вытеснения горячего металла приложенной осевой силой. Изменение схемы деформирования, например применение формирующих оправок, затрудняющих свободную деформацию металла в зоне соединения, позволяет существенно повысить (на 100—150°) предельную температуру на трущихся торцах. Это в ряде случаев используется для получения бездефектного соединения, в частности, при сварке деталей из металлов с резко отличающимися механическими свойствами.

Нагрев при сварке трением имеет еще одну особенность. Так как обычно только одна из свариваемых деталей вращается, создаются неодинаковые условия их охлаждения за счет теплоотдачи с наружной поверхности. Опыты на трубах из стали 45 размеров 146X9 мм показали, что через 40—50 сек температура вращающейся трубы на расстоянии около 10 мм от торца была ниже, чем неподвижной при окружной скорости V = 4,75 м/сек, на 20— 30° С, а при V = 15 м/сек — даже на 100—120° С [42]. Однако в практически применяемом диапазоне скоростей (ь ^ 5 м/сек) влиянием конвективных потерь на нагрев можно пренебречь.

Предельная температура в стыке при трении разноименных металлов, очевидно, ограничивается температурой плавления более легкоплавкого из них. Если учесть вытеснения наиболее нагретого металла из зоны соединения, то средняя максимальная температура в этой зоне будет еще ниже. Применение оправок, ограничивающих свободную деформацию, позволяет повысить эту температуру, однако не выше точки плавления более легкоплавкого металла.

Итак, несмотря на казалось бы особенно неблагоприятные условия для равномерного нагрева при сварке трением, благодаря саморегулированию интенсивности источника тепла температура на трущихся поверхностях автоматически выравнивается. В связи с этим степень равномерности нагрева при сварке трением не только не ниже, а, как правило, выше, чем в ряде других способов сварки давлением (в частности, при контактной сварке сопротивлением и др.). Условия нагрева при сварке трением сильно зависят от применяемого давления: при малом давлении затрудняется саморегулирование; при чрезмерно большом снижается средняя температура в зоне соединения (и очень велико укорочение деталей). Оптимальное давление обеспечивает равномерный и интенсивный нагрев без большого укорочения деталей.

Нагрев соединяемых торцов трением сопровождается разрушением окисных пленок и непрерывным износом материала. Все это должно приводить к созданию большого количества активных