где Я[ и. — сопротивление стягчшанИя контактирующих ме* таллов (при одноименньдх металлах Я[ = Р^[), 7?/ — сопротивление пленки; Р1» Рг и Р/ — удельное сопротивление контактирующих металлов и пленки; в —- суммарная толщина пленки. Рассчитанное по формуле (19) сопротивление пленки даже при малой ее толщине 100 А значительно превосходит сопротивление стягивания а-пятна. Так, Р. Хольм [151] определил отношение /?//2/?1 для металла с р = 2 • Ю-6 ом-см при а = 5 • Ю-3 см и пленке толщиной Ю-6 см при == 10Б ом-см. Для этого случая = 107.

Однако при толщине пленок порядка 10—30 А существенную роль уже играет туннельный эффект, т. е. способность электронов с относительно невысоким уровнем энергии проникать сквозь

узкий потенциальный барьер, создаваемый такими пленками. Туннельное удельное сопротивление ат, измеряемое в ом • см2, снижается с уменьшением высоты потенциального барьера (энергии Ф выхода электрона из металла, составляющей несколько вольт) и уменьшением суммарной толщины пленки е. Оно зависит также от приложенного напряжения: с увеличением V туннельное сопротивление падает (рис. 64). По Р. Холь-му, у обычных адгезионных и пассивирующих пленок от лежит в пределах 5-10~в—10~4 ом-см2. При а — — 5-Ю-3 см отношение туннельного сопротивления пленки к сопротивлению стягивания составит 0,5—1-104. Даже для пленок суммарной толщиной 10—20 А их туннельное сопротивление относительно велико. В условиях сварки давлением, когда в контакте действуют большие сжимающие усилия, тонкие пленки разрушаются механически и их сопротивление, по-видимому, не оказывает решающего влияния на контактное сопротивление в целом.

Как следует из формулы (19), сопротивление стягивания с-пятна растет с увеличением удельного сопро-

10'

10

10

Ч 6 Напряжение

Рис. 64. Туннельное удельное сопротивление пленки толщиной в в металлическом контакте, рассчитанное для потенциального барьера Ф вольт параболической форцы [151]

тивления металла и уменьшается с ростом радиуса с-пятна. Поэтому с повышением усилия, сжимающего контакт и увеличивающего радиус а, сопротивление контакта падает. Нагрев влияет двояко на элементарный контакт. С одной стороны, с повышением температуры растет р, что увеличивает сопротивление стягивания, с другой — уменьшение прочности металла, при нагреве, ведущее к увеличению размеров контактного пятна, понижает сопротивление. Совместное действие этих факторов обычно снижает сопротивление контакта.

Между сжатыми перед сваркой металлическими телами, так же как в любых электрических контактах, различают общую площадь соприкосновения или кажущуюся контактную поверхность Аа (рис. 65, а), площадь Аъ, воспринимающую действующее в контакте усилие сжатия, и площадь Ас — суммарную площадь токопроводящих а-пятен. С уменьшением шероховатости поверхностей и с повышением их чистоты, а также с увеличением удельного давления (или снижением предела текучести металла при нагреве) площади Аь и Ае растут и в пределе могут достигнуть величины Аа. Однако в условиях сварки при холодном контакте, как правило, Ас САЬ С Аа.

Распределение с-пятен по кажущейся контактной поверхности закономерно или случайно. Например, при сжатии двух тонких и ровных пластин между электродами с плоской рабочей поверхностью а-пятна распределяются равномерно по всей площади кажущегося контакта. При сжатии таких же пластин электродами со сферической контактной поверхностью плотность о-пятен закономерно растет к периферии кажущегося контакта. Распределение микроконтактов на сдавленных пластинах исследовали, распыляя на одной из них в вакууме тонкую угольную пленку.

При сварке сопротивлением, когда соединяют детали, жестко закрепляемые в сварочной машине, распределение а-пятен по кажущейся контактной поверхности носит совершенно случайный характер. Оно зависит от перпендикулярности торцов деталей, соосности их установки и, конечно, от макро-и микрогеометрии поверхности. Наглядное представление о распределении контактов в начале сварки дают отпечатки на соединяемых поверхностях (рис. 65, е), полученные на стержнях из стали Ст.З диаметром 35 мм через 0,4—0,6 сек после включения сварочного тока [116].

Контактное сопротивление закономерно уменьшается с ростом приложенного усилия (рис. 66, а) в результате увеличения количества а-пятен, площади отдельных пятен и, как следствие, суммарной площади контакта Лс. В процессе разгрузки контакта его сопротивление вновь растет, но незначительно. Это указывает на то, что увеличение площади Ас с ростом усилия Р идет в основном за счет необратимой пластической деформации поверхностных неровностей и лишь в небольшой степени в результате их упругой деформации. Кажущаяся площадь контакта практически не влияет