Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование механизма формирования сварного соединения и разработка технологии диффузионной сварки фторопласта-4 со сплавом алюминия АМг6 Семичева Лариса Георгиевна

Исследование механизма формирования сварного соединения и разработка технологии диффузионной сварки фторопласта-4 со сплавом алюминия АМг6
<
Исследование механизма формирования сварного соединения и разработка технологии диффузионной сварки фторопласта-4 со сплавом алюминия АМг6 Исследование механизма формирования сварного соединения и разработка технологии диффузионной сварки фторопласта-4 со сплавом алюминия АМг6 Исследование механизма формирования сварного соединения и разработка технологии диффузионной сварки фторопласта-4 со сплавом алюминия АМг6 Исследование механизма формирования сварного соединения и разработка технологии диффузионной сварки фторопласта-4 со сплавом алюминия АМг6 Исследование механизма формирования сварного соединения и разработка технологии диффузионной сварки фторопласта-4 со сплавом алюминия АМг6 Исследование механизма формирования сварного соединения и разработка технологии диффузионной сварки фторопласта-4 со сплавом алюминия АМг6 Исследование механизма формирования сварного соединения и разработка технологии диффузионной сварки фторопласта-4 со сплавом алюминия АМг6 Исследование механизма формирования сварного соединения и разработка технологии диффузионной сварки фторопласта-4 со сплавом алюминия АМг6 Исследование механизма формирования сварного соединения и разработка технологии диффузионной сварки фторопласта-4 со сплавом алюминия АМг6
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Семичева Лариса Георгиевна. Исследование механизма формирования сварного соединения и разработка технологии диффузионной сварки фторопласта-4 со сплавом алюминия АМг6 : Дис. ... канд. техн. наук : 05.03.06 : Красноярск, 2004 210 c. РГБ ОД, 61:04-5/3616

Содержание к диссертации

Введение

1. Состояние вопроса, цели и задачи исследования

1.1. Анализ существующих способов получения неразъемных соединений фторопласта- с металлами

1. 1. 1. Склеивание

1. 1.2. Механическое крепление

1. 1 .3. Напыление

1. 1. 4. Сварка

1. 1.5. Преимущества диффузионной сварки при изготовлении СВЧ-окон

1. 2. Основные сведения о взаимодействии полимеров с поверхностью металлов

1.3. Проблемы получения качественных диффузионных соединений фторпласта-4 с металлами Выводы. Постановка задачи

2. Методы исследования. Оборудование и применяемые материалы

2. 1. Материалы и образцы для исследований

2. 2. Подготовка свариваемых поверхностей

2. 3. Выбор основных параметров режима процесса сварки и интервалов их варьирования

2. 4. Применяемое оборудование

2. 5. Математическая модель процесса нагрева при диффузионной сварке фторопласта -4 со сплавом АМгб

2. 6. Методы исследований и испытаний сварных * соединений Ф-4 + сплав АМгб

2. 6. 1. Металлографический анализ

2. 6. 2. Дифференциальный термический анализ 2

6. 3. Микрорентгеноспектральный анализ 58

2. 6. 4. Рентгеноструктурный анализ 59

2. 6. 5. Исследования методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) 60

2. 6. 6. Электронно-микроскопические исследования 62

2. 6. 7. Испытания на вакуумную плотность 64

2. 6. 8. Испытания на механическую прочность 70 Выводы по разделу 2 70

3. Моделирование процесса образования физического контакта при диффузионной сварке с наложением УЗК мегагерцевой частоты фторопласта-4 со сплавом алюминия АМгб 72

3.1. Существующие модели образования физического контакта при сварке в твердой фазе 72

3. 2. Особенности образования физического контакта при

диффузионной сварке фторопласта - 4 со сплавом алюминия АМгб 77

3.3. Рабочая система уравнений для расчета перемещений

фторопласта — 4 85

3. 4. Расчет и выбор оптимальных режимов сварки фторопласта - 4

со сплавом алюминия АМгб 95

Выводы по разделу 3 122

4. Исследования механизма формирования сварного соединения фторопласта - 4 со сплавом алюминия АМгб. Влияние технологи ческих параметров процесса сварки на качество соединений 123

4. 1. Металлографический анализ 123

4. 2. Микрорентгеноспектральный анализ зоны соединения фторопласта — 4 со сплавом алюминия АМгб 136

4. 3. Рентгеноструктурный анализ 140

4. 4 Дифференциальный термический анализ 142

4. 5. Электронно-микроскопические исследования 143

4. 6. Исследования методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) 145

4. 7. Влияние технологических факторов на прочность диффузионных соединений фторопласта — 4 со сплавом алюминия АМгб 152

Выводы по разделу 4 156

5. Разработка технологического процесса и оборудования для диффузионной сварки СВЧ-окон 157 5. 1. Технологический процесс диффузионной сварки СВЧ-окон 157

5. 2. Технологическое оборудование 158

5. 2. 1. Установка для диффузионной сварки 158

5. 2. 2. Ультразвуковой генератор мерцающей частоты УВО-2А 161

5. 2. 3. Ультразвуковая головка 164

5. 2. 4. Особенности расчета геометрических размеров акустической системы 168

5. 3. Работоспособность диффузионных соединений фторопласт - 4

АМгб при циклическом изменении температуры и повышенной влажности окружающей среды 171

5. 4. Виды дефектов и контроль качества сварных соединений 173

Заключение 174

Список использованных источников 176

Приложения

Введение к работе

Дальнейшее развитие приборостроения, электронной, авиационной, космической и других отраслей промышленности связано с применением полимерных материалов. Эти материалы обладают уникальными физико-механическими свойствами и в сочетании с металлическими материалами могут быть использованы в конструкциях ответственных узлов с различными эксплуатационными свойствами. Особый интерес среди них вызывает фторопласт-4, который может быть использован в качестве диэлектрика, антифрикционного, звукопрозрачного и коррозионно-стойкого материала [1, 2]. В связи с тем, что он обладает низкой диэлектрической проницаемостью, широким диапазоном рабочих температур и абсолютной химической стойкостью к агрессивным средам, перспективно его использование в качестве диэлектрика взамен стекла и керамики, которые применяются в настоящее время при изготовлении одного из важнейших узлов СВЧ-трактов - СВЧ-окон.

Создание новых надежных конструкций СВЧ-окон с улучшенными эксплуатационными характеристиками требует применения качественных неразъемных соединений фторопласта-4 с металлами, сохраняющих работоспособность и вакуумную плотность в условиях циклического изменения температур и повышенной влажности окружающей среды.

Однако фторопласт-4 относится к трудно-склеиваемым и трудносваривае-мым полимерам, а в промышленности отсутствуют технологии надежного соединения его с металлами.

Способы сварки плавлением не пригодны для соединения металлов с фто-ропластом-4 из-за низкой температуры термодеструкции фторопласта-4 и невозможности перевода его в жидкое состояние.

Использование клеевых соединений также ограничено из-за низких прочности соединения и стойкости к термоударам, а также из-за усадки и пористости клеевой прослойки. Кроме того, склеивание требует сложной предвари

тельной подготовки свариваемых поверхностей, применения токсичных клеев и отличается высокой трудоемкостью.

Изготовление таких узлов механическим креплением, напылением и ультразвуковой сваркой не представляется возможным по конструктивным соображениям.

Особый интерес для решения этой проблемы представляет способ диффузионной сварки в вакууме, предложенный и разработанный д.т.н., профессором Н. Ф. Казаковым. В России и за рубежом выполнено ряд крупных научных исследований по соединению разнородных материалов диффузионной сваркой, среди которых особое место занимают работы А. В. Красулина, М. X. Шоршо-рова, Э С. Каракозова, И. И. Метелкина, Г. В. Конюшкова, Р. А. Мусина, В. Г. Новикова, А И. Екимова и других [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9].

Несмотря на то, что исследованиями по данному научному направлению занимается большой круг ученых, проблема настолько многообразна, что в настоящее время еще недостаточно раскрыты возможности диффузионной сварки для получения таких соединений, как полимеры с металлами. Это обусловливает актуальность и важность исследований механизма формирования сварного соединения фторопласта-4 с металлами, позволяющих разработать и віїедрить новую технологию изготовления СВЧ-окон с заданными эксплуатационными характеристиками, способных работать в условиях циклического изменения температуры и повышенной влажности окружающей среды. Учитывая химическую инертность фторопласта-4, актуальна также разработка способа интенсификации процесса диффузионной сварки, позволяющего активизировать процессы, происходящие в зоне контакта соединяемых материалов.

Целью настоящей работы является разработка технологии получения ваку-умно-плотных соединений фторопласта-4 со сплавом алюминия АМгб применительно к СВЧ-окнам и технических устройств для ее осуществления в производственных условиях на основе исследования механизма формирования неразъемного соединения в процессе диффузионной сварки.

Методы исследований:

Для изучения механизма взаимодействия сплава алюминия АМгб с фторо-пластом-4 широко использовались методы оптической металлографии, ядерного магнитного резонанса, электронной микроскопии, рентгеновский структурный и микрорентгеноспектральный анализы, а также дифференциальный термический анализ. Теоретические исследования основаны на математическом моделировании процессов нагрева и образования физического контакта при диффузионной сварке с наложением УЗК мегагерцевой частоты. Для решения дифференциальных уравнений, использованных при разработке математических моделей, применяли численные методы.

Научная новизна работы:

1. Установлено, что наложение УЗК частотой 2 МГц в процессе диффузионной сварки фторопласта-4 со сплавом алюминия АМгб увеличивает фактическую площадь контакта за счет заполнения пор и дефектов металлической поверхности фторопластом-4 вследствие снижения вязкости расплава фторопласта-4 и ультразвукового капиллярного эффекта, что повышает прочность соединения более, чем на 20%.

2. Установлено, что УЗК мегагерцевой частоты активизируют взаимодействие свариваемых материалов за счет частичного отрыва атомов фтора от молекулы фторопласта-4 в приграничных слоях и диффузии углерода в сплав АМгб.

3. Установлено, что в основе физико-химических процессов взаимодействия фторопласта-4 со сплавом АМгб лежат топохимические реакции, протекающие при температуре сварки на границе раздела фторопласт-металл, в результате которых образуется переходная зона, ширина которой для исследованной области составляет 10...60 мкм.

4. Установлены зависимости прочности соединений фторопласта-4 со сплавом АМгб от ширины переходной зоны и режимов сварки.

Разработаны:

«математическая модель процесса нагрева сборки, позволяющая рассчитывать температурный режим процесса диффузионной сварки и учитывающая нагрев от внешнего источника и УЗК;

-математическая модель образования физического контакта свариваемых материалов, учитывающая комплексное влияние параметров режима диффузионной сварки и УЗК на величину перемещений фторопласта-4 при формировании соединения и позволяющая определять их оптимальные значения, которые обеспечивают получение качественных вакуумно-плотных соединений фторопласта-4 со сплавом алюминия АМгб; -методика металлографических исследований соединений фторопласта-4 со сплавом алюминия АМгб, полученных диффузионной сваркой, с применением травления в плазме безэлектродного высокочастотного разряда и ультратонких срезов.

актическое значение работы. Разработаны: -производственный технологический процесс изготовления СВЧ-окон с получением вакуумно-плотных соединений фторопласта-4 со сплавом алюминия АМгб диффузионной сваркой с наложением УЗК частотой 2 МГц, позволяющий создать новые конструкции СВЧ-окон и расширить диапазон частот СВЧ-трактов;

-производственный технологический процесс изготовления гермовводов СВЧ-трактов с получением вакуумно-плотных соединений фторопласта-4 со сплавом АМгб, коваром 29НК, латунью ЛС59;

-производственный технологический процесс изготовления пьезодатчика уровня с согласующим слоем из фторопласта-4, позволяющий обеспечить работоспособность датчика в условиях термоциклирования, воздействия

ударных нагрузок и агрессивной среды и повысить коэффициент передачи пьезодатчика; -производственный технологический процесс изготовления корпуса микро • схемы с получением вакуумно-плотных соединений фторопласта-4 со сплавом алюминия АД1;

-ультразвуковая головка и генератор УЗК частотой 2МГц, совместимые с установкой СДВУ-50М, применение которых позволяет интенсифицировать процесс диффузионной сварки фторопласта-4 с металлами. 2. Созданная программа для расчета температурных полей свариваемых де талей может быть использована для расчета ряда технологических и научно-исследовательских задач.

Практические результаты диссертационной работы внедрены на Горьков-ском научно-производственном объединении «Кварц», предприятии п/я А-3759 и ФГУП «Красмаш». Результаты исследований включены в учебное пособие «Сварка фторполимеров с металлами под действием ультразвукового луча», рекомендованное Министерством общего и профессионального образования РФ для студентов по специальности 12.05.00 «Оборудование и технология сварочного производства», а также внедрены в учебный процесс СибГАУ, в частности в методические указания по курсовому и дипломному проектированию. Апробация работы:

Основные положения работы докладывались на XI, XII, XIII Всесоюзных конференциях по диффузионному соединению металлических и неметаллических материалов (г. Москва, 1984, 1987, 1991 гг.); Всесоюзной научно-технической конференции «Экономия материальных, энергетических и трудовых ресурсов в сварочном производстве» (г. Челябинск, 1986 г.); Всесоюзной конференции « Сварка и склеивание полимеров » (г. Киев, 1987 г.); Международной научно-технической конференции «Ультразвук в технологии машиностроения 91 »(г.Архангельск, 1991 г.); 2-ой Международной конференции «Сварка в космической промышленности и в условиях космоса» (г.Киев, 1994

г.); Всероссийской научно-технической конференции по перспективным путям развития сварки и контроля - « Сварка и контроль — 2001 » (г. Воронеж, 2001 г.); Всероссийской научной конференции, посвященной памяти Генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Решетнева, проводимой в составе первого Международного Сибирского Авиакосмического салона «САКС-2001» (г. Красноярск, 2001 г.); на конференциях и семинарах в СибГАУ.

Работа демонстрировалась на Всероссийской выставке Минвуза РСФСР, ВДНХ СССР «Машиностроительная технология - 87» и была награждена дипломом первой степени.

Публикации:

Основное содержание диссертации опубликовано в 32 научных работах и 10 авторских свидетельствах СССР на изобретения.

Структура и объём:

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов по работе, списка использованной литературы и приложения. Общий объём работы 185 машинописных страниц, в том числе 53 рисунка, 4 таблицы. Список литературы включает 108 наименований использованных литературных источников.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам кафедры «Сварка летательных аппаратов» Сибирского государственного университета имени академика М.Ф. Решетнева за консультации и всестороннюю помощь при проведении работ.

Анализ существующих способов получения неразъемных соединений фторопласта-4 с металлами

Склеивание широко применяется для соединения разнородных материалов. Технология склеивания включает следующие операции: подготовку соединяемых поверхностей, нанесение клея, приведение поверхностей в контакт, отвердение клея, контроль качества шва. Фторопласты относятся к трудносклеивае-мым термопластам, поэтому для получения прочного соединения требуется сложная подготовка поверхностей или применение специальных клеев, пригодных для пластмасс определенного типа.

Подготовка соединяемых поверхностей состоит в подгонке их друг к другу и обработке с целью модифицирования свойств поверхности и ее очистки. Особенно тщательная подгонка, необходимая для получения тонкой клеевой прослойки равномерной толщины, требуется при использовании клеев, обладающих в момент запрессовки малой текучестью. Известны способы подготовки поверхности фторопластов перед склеиванием путем предварительной обработки - излучением, дуговым и тлеющим разрядами, сильными химическими реагентами, комплексами щелочных металлов.

Основными недостатками указанных способов являются сложность процесса, необходимость применения специального оборудования, чрезвычайная опасность, высокая стоимость, ограниченность площади обработки, недоста точная эффективность. Вследствие этого известные способы практически ис пользуются только в лабораторных условиях. Так, например, прививка мономе ра стирола к поверхности фторопласта-4 осуществляется в течение 6-8 часов при высокой температуре, а процесс отмывки пленки от стирола в бензине длится несколько суток. Если же перед прививкой мономера поверхность фто- ропласт-4 активизируется с помощью у-излучения или тлеющим разрядом, то процесс еще более усложняется. Проведенные эксперименты показали, что прививка стирола или метилметакрилата к фторопласту-4 малоэффективна с точки зрения увеличения адгезионной способности фторопласта, а обработка частицами высоких энергий ухудшает свойства материала в целом.

По рекомендации фирмы «Дюпон» (США) химическая обработка фторопласта-4 ведется металлическим натрием, растворенным в жидком аммиаке [1]. После такой обработки применяют обычные клеи. Однако такая подготовка связана со значительными затратами и осложнена мероприятиями, обеспечивающими безопасность работ. Кроме того, она не обеспечивает достаточной адгезии поверхности к обычно применяемым клеям.

Наиболее эффективна химическая обработка фторопласта-4, для которой рекомендуется следующий состав ванны: натрия- 46 г, нафталина - 128 г, тет-рагидрофурана — 1 л. Обработку ведут при нормальной температуре в течение 60.. Л20 с [10]. Такая обработка необходима для склейки больших и сложных конфигураций поверхностей фторопласта. Для повышения прочности клеевого шва и обеспечения стойкости его к агрессивным средам авторы работы [11] после такой обработки (или без нее) наносили на поверхность фторопласта жидкое золото, например, стандартный 12%-ный раствор, содержащий 10-12% золота; 0,02-0,03% РЬ; 0,035-0,08% Сг203 и 0,4-0,5% Ві203, затем нагревали до 663...668 К и выдерживали до восстановления золота. При этом происходит диффундирование частиц золота во фторопласт и на поверхности фторопласта образуется механическая смесь фторопласта с частицами золота с толщиной слоя около 1 мкм. Вместо препарата жидкого золота можно применять препарат жидкой платины и жидкого серебра. Однако при применении жидкого серебра место склейки недостаточно стойко к некоторым агрессивным средам, а ее прочность ниже, чем при применении жидкого золота. При такой обработке прочность соединения фторопласта-4 со сталью Ст.З достигает 18 МПа и при воздействии агрессивной среды уменьшается до 3,8 МПа. Кроме того, этот способ требует применения драгоценных металлов и отличается высокой трудоемкостью.

Известен также способ предварительной металлизации с последующим нанесением клея, когда изделие из фторопласта-4 погружают на 180с в 10%-ный раствор четыреххлористого титана в гексане, после чего сушат в токе азота. Эти операции проводят при комнатной температуре. Для осаждения металлического алюминия материал обрабатывают эфиратом гидрата алюминия в эфиро-толуольном растворе с концентрацией 3 г/л при 353 К в течение 180 с. При склеивании фторопласта-4, подготовленного указанным способом, со сталью Ст.З клеем ПУ-2 предел прочности клеевого шва на отрыв составляет 13 МПа, а эпоксидным клеем ЭД-5 с 6% полиэтиленполиамина — 18,8 МПа.

Значительно упрощает процесс подготовки поверхности фторопластов перед склеиванием способ подготовки [12], когда фторопласт выдерживают в течение 12...600 с при температуре на 50... 120 градусов выше температуры его плавления в контакте с металлами, выбранными из группы, включающей медь, железо, хром, вольфрам, свинец, олово или их окислами.

Материалы и образцы для исследований

Замечательные диэлектрические свойства фторопласта-4, практически не зависящие ни от температуры, ни от частоты, в сочетании с химической стойкостью и широким диапазоном рабочих температур делают его незаменимым материалом, особенно в технике высоких и ультравысоких частот. Особенно важным свойством фторопласта-4 является его несмачиваемость и ненабухае-мость в воде. Это позволяет применять его в качестве диэлектрика для работы в условиях высокой влажности, так как при этом не меняются его диэлектрические свойства.

Фторопласт-4 является полимером тетрафторэтилена CF2=CF2, т.е. полностью фторированного этилена.

Уникальные свойства его объясняются тем, что к углеродному скелету присоединяются только атомы фтора. При этом связь углерод-фтор является одной из самых прочных связей [1,2], известных для органических соединений, а связь углерод-углерод также является одной из прочных одинарных связей [53]. Другой особенностью фтоопласта-4 является небольшой размер атомов фтора, которые образуют плотную оболочку вокруг углерод - углеродной цепи. Такая оболочка является непроницаемым щитом, защищающим цепь от воздействия большинства химических реагентов [54]. По своей химической природе фторопласт-4 представляет собой насыщенный полимер, молекулы которого построены в виде правильной зигзагообразной спиральной цепи с периодом идентичности 16,8 А [54 ].

Фторопласт - 4 - кристаллический полимер, содержащий от 45% до 80-85% кристаллической фазы в зависимости от времени и температуры спекания порошка полимера в монолитный материал.

При обычных температурах полимер содержит твердую кристаллическую фазу и аморфные участки, обладающие высокоэластическим состоянием. Поэтому он относительно мягок и твердость его зависит от степени кристалличности.

При охлаждении ниже 600 К фторопласт-4 начинает кристаллизоваться, причем наибольшая скорость кристаллизации наблюдается при 588 К.

Медленное охлаждение полимера и длительная выдержка при 588 К приводят к появлению наибольшего содержания кристаллической фазы. Быстрое охлаждение полимера от 600 К до температуры ниже 523 К приводит к так называемой закалке, характеризуемой относительно малым содержанием в образце кристаллитов и, вероятно, мелкокристалличностью.

Однако закалка не всегда возможна. Теплопроводность фторопласта-4 очень мала, поэтому закаливать можно изделия с толщиной 5...6 мм, в редких случаях - более 10 мм.

При нагревании фторопласта-4 выше точки перехода, т.е. выше 600 К кристаллы плавятся, и вся масса становится аморфной, а выше 688 К начинается разложение фторопласта-4, ускоряющееся при дальнейшем повышении температуры.

При нагревании фторопласта-4 заметный расплав начинается только при 763К, с увеличением давления температура разложения также увеличивается

Физико-механические свойства фторопласта-4 приведены в таблице 2.1.

Как видно из табл. 2.1 механические свойства фторопласта-4 при нормальной температуре достаточно высокие, кроме того, нет полимера, который сохранял бы механические свойства в таком широком интервале температур. Почти до 573 К сохраняется механическая прочность. Относительное удлинение быстро увеличивается с повышением температуры до 323 К, после чего оно не зависит от температуры вплоть до температуры плавления.

Механические свойства полимера сохраняются и после длительного испытания при высоких температурах через месяц выдержки при 573 К предел прочности при растяжении понижается только на 10...20 %.

Для проведения исследований в данной работе использовали фторопласт-4 (Ф-4) (ГОСТ 10007-80Е) и сплав алюминия АМгб (ГОСТ 4784-74). Химический состав и физико-механические свойства слава АМгб приведены в таблицах 2.2 и 2.3. Форма и размеры образцов, представленных на рис. 2.2, 2.3 и 2.4, которые применялись при исследованиях в настоящей работе, выбирались в зависимости от конструкции СВЧ-окна (рис. 2.1).

Существующие модели образования физического контакта при сварке в твердой фазе

Процесс развития физического контакта зависит от ряда факторов. К ним относится, прежде всего, состояние контактируемых поверхностей, свойства материалов, вступающих в контакт, а также условия термодеформационного воздействия на контактируемую пару.

В технике принято состояние поверхности твердого тела оценивать по степени шероховатости, которая и определяет ее микрогеометрию [3, 4]. Иногда используют термин волнистость поверхности, который характеризует макрогеометрию твердого тела. Волнистость и шероховатость принято моделировать в виде пирамид, конусов или сферических выступов. Степень шероховатости определяется способом обработки.

Вопросам контактирования твердых поверхностей различных металлов и неметаллов постоянно уделяется пристальное внимание в различных областях науки и техники. Так при изучении вопросов трения металлических поверхностей большое количество исследований было уделено определению истинной или фактической площади контактирования, которая может быть определена как сумма элементарных контактов по смятым шероховатостям [6, 7] (Аг). Фактическая площадь контактирования всегда меньше контурной площади (Ас), то есть

Проведенные исследования этих авторов по анализу контакта металлов в холодном состоянии показали, что с увеличением сдавливающей силы значительно быстрее растет количество микроконтактов, чем средние размеры площадок каждого из них.

В работах К.А. Кочергина [65] приведен расчет площадей контактирования, в основе которого заложено определение некоторой функции , которая связывает фактическую и кажущуюся площади контактирования соотношением

Недостатком этой модели расчета физического контакта заключается в отсутствии учета временного фактора развития процесса контактирования и достаточно большая погрешность , вносимая при определении коэффициента подобия. По-видимому, данная модель может успешно применяться в тех случаях, когда процесс сварки протекает в короткие промежутки времени с импульсным выделением тепла в зоне соединения, например, при контактной сварке.

Большую экспериментальную работу по определению фактической площади контакта при точечной сварке провел В.И. Рязанцев, который использовал метод печати через угольную пленку. При этом им установлено, что отпечатки микроконтакта рассеяны по поверхности соприкосновения неравномерно. В случае сочетания металл + металл большая плотность отпечатков наблюдается на периферии этой поверхности. Это объясняется взаимным проскальзыванием микровыступов при сближении под действием нормальных сил. В центральной же зоне, где соприкасание происходит только под действием нормальных сил, плотность микроотпечатков меньше.

На развитие контакта, то есть на суммарную фактическую площадь большое влияние оказывает подготовка поверхности. Так было установлено, что при зачистке поверхности металлической щеткой наблюдается ситочный контакт, причем количество отпечатков в этом случае в 10...20 раз, а фактическая площадь в 2,5...5 раз меньше, чем после травления деталей. Это явление объясняется тем, что микровыступы после зачистки наклёпываются и упрочняются окисными включениями, а высота их в 5... 15 раз больше, чем в случае травления. Получено также подтверждение, что на свежезачищенных образцах тонкая и хрупкая оксидная пленка легко разрушается в местах соприкасания, что подтверждается низким контактным сопротивлением. При вылеживании после зачистки возрастают толщина и плотность оксидной пленки, и она все труднее разрушается в участках фактического контакта.

Таким образом, проведенные рядом исследователей расчеты и эксперименты по определению фактической площади контакта на основании вышеприведенной модели показывают, что ее величина не превышает 7...10 % контурной площади. Безусловно, применение подобных методов в диффузионной сварке является неоправданным, поскольку длительность процесса несравненно больше и поэтому роль высокотемпературной ползучести будет заметно выше.

Похожие диссертации на Исследование механизма формирования сварного соединения и разработка технологии диффузионной сварки фторопласта-4 со сплавом алюминия АМг6