V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Для объяснения природы образования сварного соединения при СТП рассмотрим объем металла, ограниченный, с одной стороны поверхностью заплечика инструмента и подкладкой, а с другой кромками свариваемых деталей, где физический контакт свариваемых поверхностей образуется при воздействии на него инструмента, благодаря чему элементарные объемы материала перемещаются друг относительно друга с проскальзыванием, что приводит, при установившемся процессе сварке, к разрушению оксидных пленок и вступлению в контакт ювенильных слоев соединяемых металлов.  

Схватывание происходит в активных центрах. Образование активных центров при сварке давлением происходит, в основном, за счет выхода дислокаций в месте контакта. В области зоны пластических деформаций металл находится в атом-вакансионном состоянии, т. е. область должна быть богата вакансиями и межузельными атомами, в то время как область основного металла за зоной пластической деформации должна иметь повышенную плотность дислокаций.

Объемное взаимодействие. Известно, что в условиях пластического деформирования металлов при повышенных температурах протекает процесс динамической рекристаллизации. При сварке однородных металлов в твердой фазе (диффузионная сварка) критерием окончания третьей стадии служит рекристаллизация, приводящая к образованию общих зерен в зоне контакта и исчезновению границы. В случае СТП образование общих зерен происходит в результате динамической рекристаллизации.

В условиях интенсивного пластического деформирования на фоне объемного обжатия инструментом, как показано, в металлах образуется избыточное количество точечных дефектов атомного строения металла. Это значительно отражается на основных физических параметрах металлов - температуре плавления, скорости диффузии и др.

В процессе СТП при совокупности приведенных факторов снижается температура начала рекристаллизации, а избыточное количество вакансий и межузельных атомов способствует увеличению массопереноса и ускорению динамической рекристаллизации.

При неполном протекании первой и второй стадий (в связи с некачественной подготовкой кромок под сварку, плохой сборкой, выбором нерациональных режимов и т. д.) в сварных швах, выполненных СТП, возможно образование дефектов, при которых бывшая граница стыка деградировала не полностью. Наиболее часто рассмотренный дефект встречается в корне шва, где температура ниже (порядка 100 °С), чем на поверхности вследствие интенсивного теплоотвода в подкладку, а также пониженной интенсивности пластической деформации (участок металла под торцем сердечника, где линейная скорость стремится к нулю).

Динамическая рекристаллизация приводит к образованию общих зерен и исчезновению границы контакта. Однако в процессе образования сварного соединения при сварке в твердой фазе процесс релаксации напряжений порой играет решающую роль, так как остаточные напряжения могут вызвать разрушение сварного соединения сразу после его образования в силу недостаточной прочности установившихся связей. С этой позиции СТП выгодно отличается от других способов сварки в твердой фазе. Наклон инструмента создает в хвостовой части зоны сварки дополнительное давление, способствующее релаксации сварочных напряжений или инициирующее их перевод в сжимающие остаточные напряжения.

Предложена гипотеза образования сварного соединения при СТП, на основании которой сближение, очистка поверхности кромок стыка и активация металла в этой зоне осуществляется за счет совместной пластической деформации сдвига и сжатия в приграничных объемах металла деталей, граница раздела исчезает в результате механического перемешивания и протекания динамической рекристаллизации.