сварке капсулированных образцов меди (см. рис. 28). При нагреве до 400° С Епцп снижается с 72% (при комнатной температуре) до 25%. Снижение ет1п в этом случае можно связать с первичной рекристаллизацией, интенсивно протекающей в зоне пластически деформируемого соединения и сопровождаемой движением границ зерен и, по-видимому, коалесценцией тонких окисных пленок. Для ряда металлов возможны и процессы восстановления или растворения окисных пленок.

Хотя растворимость кислорода в меди растет с повышением температуры и в результате этого при нагреве медь может растворить некоторое дополнительное количество кислорода из окисной пленки и имеющихся в самом металле окисных включений, процесс такого растворения, связанный с диффузией кислорода, идет при низкой температуре (100—400° С) очень медленно (энергия активации диффузии кислорода в меди достигает 46 000 кал/моль). По-видимому, при сварке давлением меди с нагревом ненамного выше Трекр основным фактором, облегчающим сварку, является сам процесс рекристаллизации, так как в глубоком вакууме (Ю-9 — 10"1") мм рт. ст., когда пленки окислов отсутствуют полностью, медь уже при 200° С способна быстро давать соединение и без заметной пластической деформации [179]. В опытах [130] для получения прочного соединения при температуре 200° С требовалась степень деформации ет1п = 48%.

В конечном счете условия сварки давлением с нагревом без оплавления высокопластичных металлов определяются результирующим действием процессов образования и разрушения окисных пленок. При сварке металлов с чистой поверхностью в глубоком вакууме (пленок нет, и они не появляются при нагреве) или при сварке металлов в менее глубоком вакууме, но с легко восстанавливающимися окислами, повышение температуры, в особенности выше ТреКр, быстро понижает необходимую степень деформации. При сварке металлов с трудно восстановимыми окислами, особенно в условиях, способствующих росту пленок при нагреве, при неко торой температуре достигается минимальная величина 8т1п, а дальнейшее повышение температуры приводит не к снижению, а наоборот, к росту необходимой степени деформации. Например, при сварке на воздухе алюминия повышение температуры до 300° С снижает ет1п до 44%, а дальнейший нагрев до 400° С повышает ет1п до 46%.

При сварке металлов, склонных к хрупкому разрушению, нагрев выше Трекр дополнительно облегчает условия сварки в связи с устранением опасности такого разрушения и резким понижением уровня остаточных напряжений. Кроме того, при Т Трекр процесс сварки должен облегчаться благодаря возрастающей роли термической акгивации.

§^3. УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СВАРКЕ БЕЗ ОПЛАВЛЕНИЯ

Выше было рассмотрено в общем виде влияние нагрева на процессы, определяющие образование металлических связей и сварного соединения, а также проанализировано воздействие термомеханического цикла сварки на свойства получаемого соединения. Экспериментальные данные по сварке железа, стали и некоторых легких сплавов, показывающие влияние главных параметров процесса (температуры, давления и связанной с ними степени деформации), а также исходного состояния свариваемого металла и его поверхности на структуруи свойства соединений, позволяют определить конкретные требования к технологическому процессу сварки давлением (без оплавления).

Начнем с наиболее изученной сварки давлением железа и стали прежде всего в условиях, предупреждающих значительное окисление. Это должно обеспечить оценку роли температуры и давления в физическом процессе образования соединения. Как следует из общих закономерностей процесса, с ростом температуры сварка давлением в условиях ограниченного окисления облегчается. Однако нагрев до чрезмерно высокой температуры может понизить свойства соединения из-за ухудшения структуры, разупрочнения металла в зоне термического влияния и т. д.

Для каждого металла, как правило, имеется более или менее узкий диапазон оптимальных температур сварки в твердом состоянии, в котором обеспечивается наилучший комплекс свойств соединения [197].

А. Кинзель систематически изучал влияние температуры на структуру и свойства соединений железа и стали с 0,2—0,25% С в условиях ограниченного окисления при сварке встык стержней диаметром 25 мм с нагревом ацетилено-кислородным пламенем с помощью кольцевой горелки [197]. Несмотря на газовую защиту, препятствовавшую образованию окалины, имевшиеся на торцах окислы при недостаточном нагреве сохранялись в стыке и понижали его свойства. Применяли два цикла сварки: нагрев до заданной температуры при постоянном давлении р = const с пластической деформацией, скорость которой росла с температурой и с постоянной температурой (стержни с незажатыми торцами нагревали до заданной температуры, а затем быстро осаживали при Г = = const). Характер цикла заметно не сказался на результатах сварки.

Влияние температуры на структуру соединения хорошо выявилось при сварке железа. Сваривали стержни при р = 5 кГ/мм2 и Т — 760-4-1050° С. Несмотря на относительно высокое давление, заметная деформация при этих температурах отсутствовала. В соединениях, сваренных при 760 и 850° С (рис. 52, а), имелась сплошная цепочка окислов. Общих зерен в стыке не было. Рядом с линией