центров и способствовать формированию соединения. Тем не менее соединения с высокими прочностными и в особенности пластическими свойствами могут быть получены только в том случае, если прекращение трения (остановка системы) сопровождается достаточной пластической деформацией. По-видимому, это объясняется тем, что при трении физический контакт достигается только в отдельных дискретных точках, положение которых при взаимном скольжении непрерывно изменяется. Если в момент остановки системы пластическая деформация не идет или протекает медленно, физический контакт по всей поверхности не достигается или он создается после значительного остывания торцов. Все это ведет к понижению качества соединения.

Из опыта по резанию металлов, при котором существенную роль играет трение, известно, что окружающая атмосфера (воздух, инертный газ) существенно влияет на ход процесса, несмотря на ее затрудненное взаимодействие с трущимися поверхностями при очень высоком давлении в контакте резец — обрабатываемый металл. При сварке трением удельное давление значительно ниже, что должно облегчить проникновение в зону стыка окружающего газа. Этим можно объяснить появление окислов в стыках, сваренных трением при неудовлетворительном режиме, и положительный эффект применения защитной атмосферы при сварке некоторых металлов.

Хотя иногда, как это уже отмечалось можно получить хорошие соединения и без проковки (т. е. при Р = const), такой процесс имеет ряд "недостатков, и, в частности, большое давление, требующееся для получения соединения необходимого качества (рис. 183, а), вызывает в значительной мере бесполезную деформацию при нагреве. Роль давления особенно наглядно выявляется

50

30 20

п*1200 об/пин FS150

а)

15 р кГ/т2 2

14 Рсс.кГ/пп2

Рис. 183. Зависимость механических свойств соединения от удельного давления при сварке трением:

а — предел прочности соединения стержней диаметром 10 мм (Ст.З + Р18) при р ="Соп$1 [1Б6]; б — угол загиба стыка труб размером 146X9 мм, сваренных при ро 0.6-г-2,4 кГ/мм* и различном давлении проковки рос [41}

при Сварке с проковкой, когда нагрев проводится при низком давлении. Например, при сварке труб из стали 45 удовлетворительная пластичность соединения и отсутствие в нем дефектов достигались только при рос ^ 12 кГ/мм2 (рис. 183, б). Большое значение имеет момент приложения ковочного давления. Необходимо, чтобы вся или большая часть пластической деформации при проковке протекала после прекращения взаимного перемещения свариваемых деталей. Если из-за преждевременного начала проковки или медленного торможения системы в конце сварочного нагрева деформация идет в основном до остановки системы, то положительный эффект проковки снижается. Например, если при сварке труб из стали 45 размером 146x9 мм (V = 4,7-И5 мкек, р0 — 0,6-^-3,9 кГ/мм2, рос — 12,4 кГ/мм2, г = 21 -н24 сек) из общей деформации осадки (Д0с = 9-ИО мм) не менее 50—60% проходило после полной остановки системы, то в соединении отсутствовали дефекты и средний угол загиба термически необработанных стыков был близок к 60°. Если же только 25% общей осадки осуществлялось после останова системы, то в соединении наблюдались дефекты [41].

Существенное значение может иметь и то, что при трении деформация приповерхностного слоя идет с очень большой скоростью, при которой релаксация не успевает протекать. В связи с этим удельное давление, необходимое для смятия выступов и достижения физического контакта, растет в несколько раз по сравнению с давлением, достаточным для этой цели в условиях статического приложения нагрузки к неподвижным поверхностям. Как следствие, практически применяемое ковочное давление, вызывающее большую пластическую деформацию в макрообъемах, может оказаться совершенно недостаточным для выравнивания резко упрочненного поверхностного слоя до тех пор, пока система полностью не остановится и процесс упрочнения этого слоя, связанный со скольжением при трении, не будет исключен.

Роль деформации проковки в формировании соединения иллюстрируется опытом, поставленным П. М. Сутовским совместно с автором, по сварке стержня с дном полой детали (сталь 45). Опыт провели в трех вариантах (рис. 184): а) стержень входил в гладкое цилиндрическое отверстие — ни при нагреве, ни в момент приложения ковочного усилия существенной пластической деформации не было; б) стержень входил в постепенно расширяющееся отверстие; режим сварки выбрали таким, чтобы все это отверстие было заполнено деформирующимся металлом стержня во время нагрева трением, а при проковке деформация практически отсутствовала и в) сварка производилась также, как во втором случае, но часть деформации осуществлялась в момент проковки. Торцы во всех случаях нагревали примерно до одинаковой температуры.

При сварке без макродеформации (табл. 43) в момент проковки (Дос = 0) качество соединений понизилось.