/
Текст
IN
DUCTOR.SU
ИНДУК,ц
оннная техника
и!
" орорудование
\
\
,/
!! j/'.-,
.,
.
,
: l
1, :!
{; )
} I !
, \)"
j
} (
....\,. (
\ \., )'
I
(i' -j l
I i,> /
1, 1.
J
/' t'
;) -!
."
(
; .
1
у'
ct
у
It ,.!
'
Ii
В. и. вилль
СВАРКА
МЕТАЛЛОВ
ТРЕНИЕМ
Издание второе,
переработанное
и дополненное
,,"'
1
ИЗДАТЕЛЬСТВО "М А W И н О с т р О Е Н И Е"
ЛЕН Hry'E." '
7;Ч
'
'
.
:
: 'C
:"
\
'l
'
<\ i
, ." .' . ' . I
1
r f'" >.,. . , . .. ') ,
v , (.1 , .
, :' "; .... I
;,
4':,
"_
_ 'F
; _ ..... r
!
.. " \
.
_ _ , ...., J ...............
6
13 '1:)
, .
. I
I
I
i I
УДК 621.791.14
Сварка металлов трением. Б и Jr Jr ь В. И., ИЗkвd
«Машиностроение», 1970, 176 стр. Табл. 13. Илл. 90. Библ.
80 назв.
В книrе излаrаются основы теории и освещаются BO
просы технолоrии сварки трением; рассматривается COBpe
мен ное оборудование, применяемое для сварки трением;
обобщен и систематизирован опыт ее практическоrо при
менения; намечены перспективы дальнейшеrо развития
этоrо HOBoro, проrрессивноrо вида сварки.
По сравнению с первым изданием (1959 r.) в книrе pac
сматриваются основы теории процесса сварки трением,
приводится опыт внедрения сварки отечественных и зару-
бежных предприятий.
К:ниrа рассчитана на инженерно технических работ-
ников, занимающихся вопросами сварки металлов. Она MO
жет быть также использована студентами вузов и учащи
мися техникумов сварочных специальностей.
Рецензент ннж. И. Б. Баранов
3 12 6
48 70
1\'
r
1
Посвящается памяти
Н иколая Яковлевича
I( очановскоzо
ПРЕДИСЛОВИЕ
Превращение части механической энерrии в тепловую, всеrда
сопутствующее процессу трения, было известно еще с давних
времен.
В подавляющем большинстве случаев выделение тепла при Tpe
нии рассматривалось как явление безусловно вредное, и в технике
с ним постоянно велась и ведется борьба; можно назвать лишь
ничтожно малое число примеров полезноrо ero использования.
Одним из таких примеров является применение теплот Tpe
ния для сварки ,Металлов.
Из практики металлообработки давно были известны MHoro
численные случаи приваривания стружки к резцу, неподвижноrо
заднеrо центра TOKapHoro станка к обрабатываемой детали, при
варивание шеек осей BarOHOB к подшипникам букс и др.
Более Toro были даже известны целенаправленные попытки сварки
трением металлических прутков на токарных станках. Однако
эти нередко успешные попытки обычно рассматривались лишь
как технические курьезы и серьезноrо значения им не придава
лось. Упоминания о принципиальной ВОзможности осуществле
ния сварки металлов трением, правда очень скупые и редкие,
можно было встретить в литературе [5, 47, 50]. Недавно даже
был обнаружен патент на сварку TpeHlIeM, относящийся к концу
прошлоrо столетия [68].
Но практическоrо применения сварка трением не находила.
Вероятно, немалую роль в этом сыrрала отрицательная оценка,
которая была ей дана и долrое время оставалась распростра
ненной в литературе.
Лишь в 1956 r. эта оценка сварки трением была опроверrнута
опытами токаря новатора А. И. Чудикова. Ero большая заслуrа
состоит не в том, что он как мноrие считают «открыл» сварку
трением (как видно из изложенноrо, она была известна и до Hero),
но в том, что он, убедившись в ВОЗМОЖНОСТII получения добро-
качественноrо соединения стальных стержней с помощью HarpeBa
трением, впервые положил начало п р а к т и ч е с к о м у при
м е н е н и ю сварки тренцем.
1* 3
,}
t
IJ
1
Новатора энерrично поддержали во Всесоюзном научно-ис
следовательском институте электросварочноrо оборудования
(ВНИИЭСО), rде предпринятые нами специальные исследования
подтвердили положительные результаты опытов А. И. Чудикова.
Этими же исследованиями тоrда впервые были полностью опро
BeprHYTbI ошибочные представления о неполноценности 1 сварных
соединений, выполненных при HarpeBe трением; были открыты
весьма важные и интересные физические особенности процесса
сварки трением, выявлены ero несомненные достоинства и безу
словная проrрессивность. В связи с этим во ВНИИЭСО была
орrанизована специальная лаборатория для дальнейших иссле
дований и совершенствования этоrо HOBoro способа сварки, раз
работки соответствующеrо оборудования и внедрения сварки
трением в ПРОИЗВОДСТВQ.
. В результате ознакомления широких KpyroB техническоij
\ общественности на совещаниях и конференциях с работами лабо
ратории сварки трением ВНИИЭСО и опубликования в 1956
1957 rr. этих работ сперва в информационных листках инсти
тута, а затем и в официальной печати [11, 58], достоинства сварки
трением привлекли внимание мноrих промышленных предприятий
и научно исследовательских орrанизаций, которые вслед за
ВНИИЭСО включились в плодотворную работу по изучению
этоrо метода сварки, ero развитию и широкому внедрению.
К числу таких орrанизаций и предприятий относятся: Минский
тракторный завод пионер MaccoBoro внедрения сварки трением
в поточном производстве, Челябинский и Алтайский тракторные
заводы, НИИтракторосельхозмаш, Институт металлурrии им.
Байкова АН СССР, ЦНИИТмаш, завод «Фрезер», челябинский
НИПТИАМмаш, Харьковский политехнический институт и HeKO
торые друrие.' ,:
Теперь уже сварка трением успешно используется более eM
на '150 промышленных предприятиях отечественной промышлен
насти; с ее помощью решен ряд сложных и весьма актуальных
практических задач. Действующий парк оборудования для сварки
трением 'уже сейчас дает более 5 млн. руб. ежеrодной экономии,
которая по мере ввода в эксплуатацию новых машин будет неп;..
.рерывно возрастать.
, Работы cOBeTcKoro Союза в области сварки трением послужили
толчком к ее распространению и за рубежом. Ряд фирм в США,
Анrлии, Франции, Японии, ФРr стали проводить исс;ледования
и создавать оборудование для «русской сварки», как нередко Ha
зывают сварку трением за rраницей, подчеркивая этим, что роди
ной первых ее разработок и внедрения является Советский Союз.
, "'1
1 Ранее. СЧ1:Iталосъ {5, 5.0] ,:. .что. rеп.аQ ыделен е при трении недостаточ.нр
для сварки и что при этом невозможно получить доброкачественное соединение
Из за якобы остающихся в стыке окислов И инородных включениц.
4
r
Дальнейшие работы по сварке трением, с целью быстрейшеrо
и наиболее эффективноrо ее использования, в СССР ведутся COB
местно с предприятиями и орrанизациями rдр, Польши и Чехо
словакии, объединивших свои усилия в рамках научно техни
ческоrо сотрудничества СЭВ.
В итоrе к настоящему времени уже накоплен значительный
опыт промышленноrо использования сварки трением в различных
отраслях производства. В мировой литературе опубликовано
MHoro советских и зарубежных работ как прикладноrо, так и Te
оретическоrо характера, и, по видимому, назрела необходимость
систематизировать и обобrцить весь этот опыт в связи с очевид
ными достоинствами сварки трением, все более возрастающим
к ней интересом и непрерывно. расширяющимся объемом ее про-
мышленноrо использования. Такое обобщение направлено на
еще более широкое применение в нашей стране этоrо проrрессив
Horo способа сварки,
Первое издание книrи (1959 r.) быстро разошлось и давно
стало библиоrрафической редкостью; в 1961 r. книrа была пере
ведена на aHr лийский язык и издана в США, а в 1967 r. она пере-
издана в Ф pr на немецком языке. Все это свидетельствует об
актуалыIOСТИ изложенноrо в книrе материала.,
В предпринятом втором издании книrа значительно перера
ботана, расширена и пополнена новейшими данными; автор на":
деется, что в та'Ком виде она в еще большей мере будет отв чатр
сформулированным выше задачам.
Как и всякий друrой труд, эта книrа, разумеется, не свободна
от недостатков. Автор заранее признателен всем орrанизациям
и лицам, которые своими замечаниями и' предложениями помоrут
эти недостатки в будущем устранить. . ..'... ,.,
\
"\
l
I
I
1
l
Aвтop.
{
.-,. ;:. f:
..' ...;,""", ,J.'" "'-
J ..
; ,,1, .;i ",,><,. А
,
"";
r лава 1
ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ ТРЕНИЕМ
Все известные способы сварки обычно разделяют на две- боль
шие rруппы: сварка плавлением и сварка давлением (или иначе
пластическим деформированием).
При с в а р к е п л а в л е н и е м кромки соединяемых дeTa
лей расплавляются и зазор между НИМИ заполняется расплавлен
ным металлом; образование неразъемноrо соединения происходит
в результате охлаждения и совместной кристаллизации металла
свариваемых деталей и присадочноrо металла (в тех случаях,
коrда он добавляется).
С в а р к а Д а в л е н и е м происходит, как правило, в TBep
дой фазе, без расплавления металла; неразъемное соединение
образуется в результате сближения свариваемых поверхностей
до таких малых расстояний (соизмеримых с междуатомными),
при которых в известных условиях между сопряженными точками
этих поверхностей возникают прочные связи, аналоrичные силам
взаимодействия атомов в цельном куске металла. Каждая такая
единичная связь ничтожна по величине; сварное соединение может
получиться лишь в том случае, коrда число таких связей (взаимо-
действующих точек) будет очень велико.
Одним из необходимых (однако еще недостаточным) условием
для этоrо является высокая пластичность металла на сопряженных
ПOl ерхностях свариваемых деталей.
Некоторые металлы, например медь, алюминий, свинец, ce
ребро (достаточно пластичные в нормальных условиях), свари-
ваются давлением при комнатных и даже при отрицательных тем-
пературах.
Такой процесс соединения пластичных металлов называется
холодной сваркой.
Друrие металлы для сварки в твердой фазе должны быть
подверrнуты искусственному повышению пластичноСти путем
HarpeBa соединяемых поверхностей до более или менее BbICQKltX
температур, не превышающих" однако, точек плавления.
6
К сварке давлением относятся kузнечная, rазопрессовая,
электрическая контактная и друrие.
, Сварка трением также является разновидностью сварки дав-
лением: сварное соединение образуется в результате cOBMecTHoro
пластическоrо деформирования соединяемых деталей в твердой
фазе.
От друrих видов сварки давлением она отличается прежде
Bcero способом HarpeBa, точнее, способом введения тепла
в свариваемые детали. При сварке трением механическая энерrия
непосредственно преобразуется в тепловую, причем rенерирование
тепла происходит cTporo локализованно в тонких приповерхност
ных слоях металла. Ниже показано, что именно эта особенность
процесса предопределяет основные
достоинства сварки трением. _
Простейшая схема процесса свар-
ки трением изображена на рис. 1.
Две детали, подлежащие сварке, pac р 7 - --- ' . - -
полаrаются соосно в зажимах Ma _
шины; одна из них закрепляется не-
подвижно, а друrая приводится во Рис. 1. Принципиальная схема
процесса сварки трением
вращение BOKpyr их общей оси. На
сопряженных поверхностях деталей, прижатых одна к друrой oce
вым усилием Р, возникают силы трения. Работа, затрачиваемая
при относительном вращении деталей на преодоление этих сил,
превращается в тепло, которое выделяется на поверхностях
трения и вызывает их интенсивный HarpeB до температур, необ
ходимых для образования cBapHoro соединения (применительно
к сварке черных металлов эти температуры, в зависимости от
режима процесса, лежат в пределах 950 13000 С). По достижении
требуемои температуры относительное движение поверхностей
должно быть по возможности быстро (практически MrHoBeHHo)
прекращено; при этом прекратится и тепловыделение. Процесс
образования cBapHoro соединения завершается стадией «проковки»:
К HarpeTbIM, но уже неподвижным деталям на некоторое время
прикладывается сжимающее усилие.
Во время и после проковки происходит естественное охлажде
ние сварных деталей.
Сварка трением обладает рядом важных достоинств, мноrие
из которых являются результатом свойственноrо этому процессу
Локализованноrо выделения тепла в тонких приповерхностных
слоях металла, т. е. именно там, rде это и требуется для целей
сварки.
Высокая производительность. Объем TOHKoro слоя HarpeBae
Moro металла настолько незначителен, что весь цикл ero HarpeBa
обычно укладывается в весьма малый промежуток времени от
нескольких секунд до полуминуты (в зависимости от свойств
материала и размеров сечения свариваемых деталей); поэтому
7
производительность сварки трением весьма ВЫсока, и kЬНКУРИ ё
ровать с нею в этом отношении может лишь электрическая кон"
тактная сварка.
Малое потребление энерrии и мощности. Малый объем ме"
талла, HarpeBaeMoro при сварке трением, предопределяет и исклю
чительно высокие энерrетические характеристики процесса; pac
ход энерrии и мощности (рис. 2) на сварку в 5 10 раз меньше,
R чем при контактной сварке.
, Киа О
сновным энерrетическим узлом
машин для сварки трением обычно
является асинхронный двиrатель;
поэтому потребляемая для сварки
мощность равномерно распреде
ляется между тремя фазами питаю
щей электрической сети и притом
с высоким (моторным) коэффици-
ентом мощности cos ер == 0,8 O,85
(при электрической сварке наrруз
ка на сеть, как правило, однофаз.
ная и со значительно меньшим
коэффициентом мощности).
Высокое качество cBapHoro coe
динения. Одним из наиболее важ
ных преимуществ ссварки трением
Рис. 2. Потребляемая из сети мощ является высокое качество полу
ность: чаемых сварных соединений. При
l при электрической контактной свар. П р авильно выб р анном Р ежиме CBa p
ке; 2 при сварке трением
ки металл стыка и прилеrающих
к нему зон обладает прочностью и пластичностью, не меньшими,
чем основной металл свариваемых деталей. Это объясняется сле.
дующим: /
1) все окисные и адсорбированные пленки и различные ино
родные частицы, всеrда покрывающие металлические поверх..;
ности и препятствующие образованию cBapHoro соеДl1нения,
в процессе сварки трением удаляются из стыка в rpaT блаrодаря
механическому износу сопряженных поверхностей при трении
и деформированию металла в радиальных направлениях,
в результате чеrо образ'уется характерный «воротнию> (рис. 3).
Плотный контакт между поверхностями трения препятствует
новообразованиям окислов в процессе сварки. В результате в
стыке отсутствуют непровары, поры, раковины, окисные и шла-
ковые включения, трещины и друrие макропороки металла;
2) в стыке и прилеrающих к нему зонах термическоrо влияния
металл приобретает структуру с равноосным и резко измельчен
ным (по сравнению с основным металлом) зерном (рис. 4); такая
структура образуется в результате быстроrо локальнЬrо HarpeBa
малых объемов металла и высоких СКОрОС'rей их ,ох:n:ажд ния
800
с:..:,
БОО
""
t::s
<I.:J
400
':<
с.:,
.J::> 200
с:::.
:х::
::r-
О
О 20 40 60 80 мм
Диаметр сбариВаемоii заепто8lfи
8
(и нтенсивный теплоотвод в массы окружающеrо металла) в при.
сутствии значительных давлений, достиrающих 300 500 ат
и более 1 , кроме Toro, имеет место механическое мельчение зерен
в процессе трения. с
ТО fIкая структура металла, свободноrо от макропороков,
определяет высокие механические показатели cBapHoro соединения..
Кроме названных выше,
сваркса трением обладает и'
друrими, не менее важными
достоинствами.
Стабильность качества
сварных соединений. Партия
деталей, выполненных с по-
мощью сварки трением без
перенастройки машины, обла-
дает постоянством качества
соединений и по ряду показа-
телей (временное сопротивле-
ние разрыву, уrол заrиба,
ударная вязкость) колебание Рис. 3. Ста.rrьные стержни, сваренные Tpe
величин не превышает 7 нием, с образовавшимся на них rpaToM ,
1 0%. Это объясняется посто
янством основных параметров процесса скорости относитель
Horo вращения, величины oceBoro усилия и времени HarpeBa, и
тем, что свойства cBapHoro соединения практически не зависят
Рис. 4. Сварка трением малоуrлеродистой стали. Структура метаЛ.rrа
стыка (а) и OCHoBHoro металла (6)
от таких внешних (возмущающих) факторов, как колебания на-
пряжения питающей сети, качество вспомоrательных материалов,
квалификация и степень утомленности сварщика и т. П., которые
при друrих видах сварки в значительной мере влияют на посто
HCTBO свойств сварных соединений.
1 Давления при HarpeBe обычно составляют 3 5 кпмм 2 .
9
!il
Высокая стабильность механических показателей cBapHoro
соединения, являющаяся важной особенностью процесса сварки
трением, позволяет вполне обоснованно применять выборочный
контроль изделий путем, например, разрушения нескольких
деталей, отобранных от партии. В особенности это важно в COBpe
менных условиях производства, коrда практически отсутствуют
простые, дешевые и надежные способы неразрушающеrо контроля
сварных стыковых соединений, П})иrодные для использования
в сварочных или заrотовительных цехах.
Возможность сварки метаЛJlОВ и сплавов в различных сочета
ниях. Накопившийся уже нем алый ПРОИЗВОДСТJ3енный опыт при
менения сварки трением показывает, что одним из важнейших ее
достоинств является возможность осуществления прочных соеди.
нений не только из одноименных, но также и из большоrо числа
сочетаний разноименных металлов и сплавов, в том числе и таких,
теплофизические характеристики которых резко различны. С по.
мощью сварки трением получены и освоены в промышленном
производстве, в частности, соединения таких пар металлов, кото.
рые друrими видами сварки были или вовсе невыполнимы, или
получались с большим трудом, например алюминий со сталями,
титан с алюминием, медь со сталью и друrие.
Возможность сварки деталей с необработанными поверхно
стями. Сварка трением непритязательна в отношении заrрязнен.
ности и чистоты обработки боковых поверхностей деталей, пред
назначенных к BapKe, и э;им выrодно отличается, например,
от электрическои контактнои сварки, при которой операция их
тщательной зачистки необходима и отнимает MHoro времени.
К поверхностям, подлежащим соединению, в большинстве слу.
чаев, в особенности при сварке деталей из одноименных материа.
лов, также не предъявляются требования чИстоты и точности
обработки, допускаются заrрязненность и ржавчина, анепер.
пендикулярность торцов оси вращения без заметноrо ухудшения
качества соединения может достиrать 5 70. На поверхностях
трения недопустима лишь окалина; ее присутствие может привести
к образованию недоброкачественноrо соединения.
rиrиеничность процесса. Сварку трением от друrих видов
сварки выrодно отличает rиrиеничность процесса: отсутствие
ультрафиолетовоrо излучения, вредных rазовых выделений, ro.
рячих брызr металла и т. п. Это позволило мноrим предприятиям
установить машины для сварки трением в линиях механической
обработки деталей, полностью отказаться при этом от внутри
заводских перевозок деталей из механообрабатывающих цехов
в сварочные и обратно и в результате получить значительный
экономический эффект.
Простота механизации и автоматизации. Основные параметры
процесса сварки трением сравнительно леrко проrраммируются.
Как правило, все оборудование для сварки трением представ
10
ляет собой либо полуавтоматы с минимальным использованием
ручноrо труда, либо автоматы, работа которых протекает вовсе
без участия человека.
Высокая степень механизации и автоматизации оборудования
для сварки трением в сочетании с rиrиеничностью процесса
существенно облеrчает и оздоровляет процесс труда по сравнению
с друrими, традиционными, видами сварки.
Весьма существенной особенностью сварки трением является
оrраничение применения этоrо способа соединения формой и раз
мерами сечения свариваемых деталей.
При вращательном движении сварка трением позволяет полу.
чить хорошие результаты лишь в тех случаях, коrда одна из
а) о)
Е8З +ф - 1
6) 8J m О)ж
+ 1
Рис. 5. Типы сварных соединений, ВЫПО.'Iненных с помощью
сварки трением: а стержни встык; б трубы встык;
в стержень и труба встык; и д Т образные соединения
стержня и трубы с плоской поверхностью детали
подлежащих сварке деталей представляет собой тело вращения
(стержень или трубу), ось KOToporo совпадает с осью вращения,
а друrая деталь обладает плоской поверхностью, с которой co
пряrается торец первой детали. Эта особенность процесса приво
дит к следующим возможным видам соединений, выполняемых
с помощью сварки трением (рис. 5): стержни встык, трубы встык,
стержень встык с трубой, Т образное соединение стержня или
трубы и детали с плоской поверхностью; в последнем случае
форма детали, обладающей плоской поверхностью, и ее размеры
с точки зрения технолоrии сварки безразличны; они влияют
лишь на выIорp конструкции соответствующих зажимов для за-
крепления детали в сварочной машине.
Возможность применения сварки трением пока оrраничивается
не только формой, но также и размерами сечения свариваемых
деталей в месте их сопряжения. Расчеты показывают, что исполь
зовать этот процесс для сварки стержней сплошноrо сечения диа
метром более 200 мм при современном уровне развития техники
вряд ли целесообразно. Действительно, для сварки таких стерж.
Ней (сечением более 30 000 мм 2 ) потребовалась бы машина с дви-
rателем мощностью порядка 500 квт, при скорости вращения
11
,
1
1,1
около 100 150 06/мин и с осевым усилием более 300 Т1. Соору-
жение такой машины и ее эксплуатация были бы настолько дopo
rими, что они вряд ли окупились бы выrодами, которые может
дать сварка трением таких деталей даже со свойственной ей высо-
кой производительностью. В этих случаях целесообразнее при
менять, например, электрошлаковую сварку, rде на более простом
оборудовании и со значительно меньшими затратами, хотя и з
несколько большее время, можно осуществлять соединение дeTa
лей крупных сечений.
Что касается нижнеrо предела диаметра свариваемых трением
деталей, то можно отметить, что до caMoro последнеrо времени
даже в лабораторных условиях не удавалось сварить стеРЖfШ диа
метром менее 3,5 мм. ДЛЯ сварки таких мелких деталей нужна
специальная установка со скоростью вращения шпинделя порядка
1 О 000 06/ мин и со сложным устройством для осуществления MrHo-
BeHHoro ero торможения; кроме Toro, при сварке тонких стержней
возникают дополнительные затруднения в связи с их неустой
чивостью на продольный изrиб и с повышенными требованиями
к их соосной установке в машине. В производственных условиях,
насколько известно, стержни диаметром менее 6 мм до сих пор не
сваривались.
Расчеты и опыт практическоrо применения сварки трением,
а также учет потребностей промышленности, позволяют сделать
вывод о том, что диапазон сечений деталей, которые целесообразно
сваривать трением, в настоящее время лежит в пределах 30
8000 мм 2 . Приведенные численные значения сечений в равной
мере относятся как к сплошным стержням, так и к трубчатым
деталям. Несомненно, что по мере совершенствования технолоrии
С13арки трением и создания новых видов оборудования, этот диа-
пазон будет расширен. В докладе Британской делеrации на кол-
локвиуме по сварке трением (Х Х 1 Ассамблея Международноrо
института сварки. Варшава. 1968 r). появилось сообщение, что
в Великобритании создана уникальная миниатюрная установка
для сварки трением проволоки и трубок с наружным диаметром
0,75 и 1,55 мм при скоростях вращения соответственно 38 000
и 20 000 06/ МИН.
Указанные оrраничения области применения сварки трением,
связанные с формой и величиной сечения свариваемых деталей,
пока, однако, не сдерживают ни темпа, ни объема внедрения сварки
трением. Анализ продукции предприятий машиностроения и He
которых друrих отраслей отечественной промышленности показы
вает, что большинство свариваемых деталей (до 50 70 %) имеет
круrлое сечение, с размерами, не выходящими за пределы указа I
Horo выше рекомендуемоrо диапазона.
1 Приведенные в этом примере данные относятся к сварке малоуr.rrероди-
стой стали.
12
Серьезным фактором, ДОЛI'ое время сдерживавшим широкое
применение сварки трением, было отсутствие централизованноrо
производства необходимоrо оборудования. Мноrие предприятия,
несмотря на очевидные преимущества этоrо вида сварки, отказы-
13ались от ее применения лишь из-за необходимости изrотовлять
оборудование собственными силами. Только некоторые заводы
пошли по пути использования разработанной ВНИИЭСО ДOKY
ментации на оборудование для сварки трением, внесли свой TBOp
ческий вклад в это дело и с боль-
шим успехом внедрили у себя
этот проrрессивный вид сварки,
изrотовив оборудование собствен
ными силами и для собственных
нужд. Несмотря на то, что такой
путь изrотовления оборудования
далеко не наиболее экономичный,
пионеры внедрения сварки Tpe
нием: Минский тракторный завод,
[орьковский автомобильный за
вод, Челябинский и Алтайский
тракторные и затем друrие заводы,
став на этот путь, быстро полу-
чили значительный экономический
эффект. Опыт этих, а теперь уже
и мноrих друrих предприятий,
показал, что сварка трением,
успешно конкурируя с друrими, традиционными, видами
сварки, во мноrих случаях позволяет получить значительные
выrоды. Наиболее эффективным оказалось ее применение в сфере
изrотовления режущеrо инструмента, при производстве COCTaB
ных сварно-кованых, сварно-литых или сварно штампованных
деталей, а также в тех случаях, коrда с целью экономии дороrоrо
или дефицитноrо материала, цельная деталь заменяется сварной
биметаллической. Сварка трением в ряде случаев оказалась неза
мени мой при соединении трудно свариваемых или вовсе не сва-
ривавшихся друrими способами разноименных материалов, на-
пример стали с алюминием, аустенитных сталей с перлитными
u некоторых друrих «эКзотических» композиций.
Во всех перечисленных случаях экономическая целесообраз
HOL:Tb сварки трением оказалась безусловной: срок окупаемости
оборудования (а оно относительно дороrое) не превышал 4 6 мес.
двухсменной ero работы. В среднем же каждая машина для сварки
трением окупается приблизительно за rод.
Промышленное использование сварки трением стало быст'ро
расширяться с тех пор, как на Волковыском заводе литейноrо
оборудования (ВССР) в 1965 r. было начато серийное производ-
ство оборудования общеrо применения для сварки трением, а
I
t
а)
€t €+:
:I
Рис. 6. Возможные схемы процесса
сварки трением: а сварка двух
неподвижных дета.rrей с помощью
вращающейся третьей детали;
б сварка вибротрением (возврат
но поступательныедвижения в П.rrос-
кости стыка с относите.rrьно малыми
аМП.rrитудами при звуковой частоте)
13
неСkОЛЬКО позд1-Iее k изtотовЛению специаЛьных машИ1-l дЛя сваркИ
трением заrотовок режущеrо инструмента приступил завод «Фре
зер» (Москва). В итоrе к настоящему времени в отечественной
промышленности работает уже несколько сотен единиц обору
дования для сварки трением, а часть выпускаемых машин направ
ляется на экспорт.
За последнее время проведены работы, позволяющие значи
тельно расширить возможности применения сварки трением,
а также использовать теплоту трения и в друrих, смежных областях
металлообработки. Так, с целью осуществления сварки трением
крупных деталей, вращение и, в особенности, быстрое торможение
которых в конце процесса сварки невозможно или сильно затруд
нено, предложена [14] схема процесса сварки с помощью враще
ния вспомоrательной детали (TpeTbero тела), зажатой между
двумя невращающимися и подлежащими сварке деталями
(рис. 6, а). Эта же схема процесса позволяет также выполнять
сварку двух (крайних) деталей, если они после сварки должны
быть определенным образом взаимно ориентированы.
На рис. 6, б показана схема процесса сварки вибротрением,
отличительной особенностью KOToporo является сообщение одной
из свариваемых деталей быстропеременноrо возвратно поступа
телыюrо движения в плоскости трения с относительно малыми
амплитудами. Отказ в этом случае от вращательноrо движения
позволяет осуществить сварку трением таких деталей, поперечное
сечение которых может быть не только круrлым, но и любой
друrой фс рмы.
Наряду со сваркой трением возникла и начала развиваться
«наплавка» трением. Теплоту трения предложено использоваТq
также для целей формообразования металлических деталей и в He
которых друrих случаях.
Таким образом, за сравнительно короткий срок сварка Tpe
нием нашла широкое применение, и интерес к этому проrрессив
ному и весьма экономичному виду сварки и смежным с нею про-
цессам, использующим теплоту трения, постоянно возрастает.
l
,
'у
[лава 11
о МЕХАНИЗМЕ ОБРАЗОВАНИЯ CBAPHOrO
СОЕДИНЕНИЯ В ТВЕРДОЙ ФАЗЕ
Несмотря на кажущуюся простоту процесса, механизм образо
вания cBapHoro сое инения в твердой фазе (пластическим дефор
мированием) в деиствительности достаточно сложен. Долrие
rоды природа образования прочных связей между двумя, ранее
разобщенными поверхностями была предметом пристальноrо вни
мания теоретиков и экспериментаторов, причиной долrих споров,
но и до настоящеrо времени она остается еще далеко не ясной.
Был высказан ряд rипотез, которые с различной степенью
достоверности описывают процесс и механизм образования соеди
нения в твердой фазе. Например:
п л е н о ч н а я r и п о т е за [3], авторы которой полаrают,
что для возникновения сил взаимодействия между сближенными
поверхностями двух тел необходимо очистить эти поверхности
от окисных и адсорбированных жировых и rазовых пленок и что
соединение чистых (ювенильных) поверхностей происходит в pe
зультате течения приповерхностных слоев металла при COBMeCT
ном пластическом деформировании соединяемых тел;
р е к р и с т а л л и з а Ц и о н н а я r и п о т е з а [28, 77],
основанная на представлении о рекристаллизации как об OCHOB
ном факторе, определяющем образование соединения в твердой
фазе; cor ласно этой rипотезе деформация и сопутствующий ей
наклеп металла, при одновременном воздействии относительно
Высоких температур, приводят к перестройке атомов в кристал
Лических решетках соединяемых тел и к образованию на их rpa
ницах новых зерен, одновременно принадлежащих обоим телам;
д и Ф Ф у з и о н н а я r и п о т е з а [38] в соответствии
с которой в основе образования связей между онтактирующими
поверхностями лежат процессы взаимноrо диффузионноrо пере
мещения атомов в r лубь соединяемых тел;
э н е р r е т и ч е с к а я r и п о т е з а [46] в основе KOTO
рой лежит представление о необходимости акт визации атомов
15
111
при поверхностных слоев металла соединяемых тел путем сооб
щения им извне дополнительной энерrии (в тепловой, механиче
ской или в иных формах), величина которой должна быть выше
HeKoToporo критическоrо уровня, вполне определенноrо для
каждоrо металла.
Все названные rипотезы трактуют образование соединения
в твердой фазе с различных научных позиций, но пока еще ни
одна из них не раскрыла это явление во всех ero мноrообразных
проявлениях. Однако за последнее время сложились некоторые
общие представления об основных особенностях процесса соеди
нения в твердой фазе.
Большинство исследователей утверж
дают, что соединение металлов в TBep
дой фазе обязано ВОЗНИКfIовею;ю между
сопряженными поверхностями так Ha
зываемых «металлических связей» т. е.
таких же сил взаимодействия между
атомами (ионами) двух соседних, BBeдeH
ных в контакт тел, какие всеrда имеют
место внутри цельноrо куска металла
и определяют ero сплошность.
Современная физика рассматривает
20 40 БО ОА [54] любой металл как совокупность
Расстояние положительно заряженных ионов (pac
положенных в идеальном случае в узлах
кристаллической решетки) и большоrо
числа свободных электронов, находя
щихся в постоянном взаимодействии
одновременно со мноrими ионами рассматриваемоrо объема ме-
талла.Этовзаимодействие«облака»коллективизированныхэлеKTpO
нов с ионами решетки и определяет целыюсть металлическоrо тела.
При известных условиях такие же силы MorYT возникать и
между поверхностями двух соединяемых металлических тел. При
их сближении на очень малые расстояния, соизмеримые с пара
метрами кристаллической решетки (порядка нескольких aHr
стрем), тела начинают обмениваться своими свободными электро
нами, которые при этом пролетают через поверхность раздела.
В результате TaKoro обмена образуется обrцее облако коллекти-
визированных электронов, одновременно взаимодействующих
с ионами, принадлежащими обоим сопряженным телам; обра
зуются металлические связи между введенными в контакт (ранее
разобщенными) поверхностями.
Величина F сил TaKoro взаимодействия по UJалеру обратно
пропорциональна расстоянию r между взаимодействующими точ
ками поверхностей. а
F == .
r
Kr/M 2
80
""
::::s
БО
'
40
1::;
20
00
Рис. 7. Зависимость силы
взаимодействия от расстоя
ния между взаимодействую-
щими точками поверхностей
(1)
rрафик этой зависимости представлен на рис. 7.
16
t
Такая точка зрения позволяет предположить, что при сбли-
жении идеально rладких, чистых и параллельных поверхностей
между ними моrли бы самопроизвольно, без затрат энерrии извне,
возникать металлические связи, достаточные для образования
соединения, не уступающеrо по прочности uелыюму металлу.
Однако идеальных поверхностей не существует, а реальные
металлические поверхности, во первых, всеrда покрыты пленками
окислов и адсорбированных жиров и rазов, которые препятствуют
возникновению металлических связей, и, во-вторых, никоrда не
бывают r ладкими.
Поверхность любоrо, даже тща
тельно отполированноrо, твердоrо
тела всеrда волниста, шероховата
и покрыта множеством микроско
пической величины выступов
(рис. 8). При сближении таких по
верхностей их начальное сопри
косновение происходит лишь OT
дельными точками, расположен
ными на rребнях волнистостей.
\.... ..-\i Контакт поэтому имеет прерывис Рис. 8. Модель ВО.rrнистой и шеро
тый, или, как принято rоворить, ховатой поверхности реальноrо те-
) Д И С К Р е т н ы й характер. Обычно ла. Точками обозначены места фи-
":\' Р азличают: а ) номинальн у ю ( reo зическоrо (фактическоrо) контакта;
контурная П.rrощадь обведена штри-
метрическую) площадь соприкосно ховой линией; номинальная пло-
'вения Sfl' очерченную внешними щадь Sfl == аЬ [33]
rраницами соприкасающихся по -
верхностей; б) контурную площадь соприкосновения SK' представ
ляющую собой сумму площадок, расположенных на rребнях волни
стостей; на этих площадках расположены точки физическоrо
контакта поверхностей (микровыступы); по контурной площади
происходит объемное смятие при наrружении контактирующих
поверхностей; здесь контакт имеет смешанный упруrо-пласти
ческий (эридитарный) характер; в) физическую (фактическую)
площадь контакта Sф, представляющую собой COBOKY HOCTЬ
элементарных площадок касания, вошедших во взаимодеиствие
микровыступов.
Размеры площадки касания каждоrо TaKoro ненаrруженноrо
микровыступа зависят от свойств материала, чистоты обработки
поверхности и ряда друrих причин и колеблются в пределах от
долей квадратноrо микрона до тысяч квадратных микрон.
Несмотря на то, что число одновременно контактирующих
микровыступов может быть весьма значительным, суммарная
фактическая площадь касания сопряженных поверхностей Sф
во MHoro раз меньше номинальной поверхности контакта Sfl
1 1
и ,составляет от 10000(P.,.. S .,.дg ... tOO0 C S-Н "'О'1По ятно, .....ч p таких
Т [" ,, - f' ,,- 1\,.
,.\ t) 't
'<j<
2 в, И. 13I1ЛJJЪ
,'1
'\
17
i"2 1 i
. 'Cja.
. .{
'.' . iI
1 r'(;
G
размерах суммарной площади фактическоrо контакта если на
ней даже и возникнут силы взаимодействия между сопр женными
телами, обязанные металлическим связям, т. е. если появятся
первые очаrи «схватывания» поверхностей, и даже если локальная
прочность этих очаrов будет весьма высокой, то прочность TaKoro
соединения в целом окажется HaMHoro меньшей, нежели прочность
исходноrо материала деталей. Поэтому при образовании единич
ных очаrов (мостиков) схватывания и даже при относительно
большом их числе еще нельзя rоворить о сварном соединении.
Понятия «схватывание» и «сварка» нельзя отождествлять из за
их разномасштабности. Единичное схватывание следует paCCMaT
ривать как элементарный процесс, лежащий в основе образования
cBapHoro соединения, но последнее можно получить лишь при
условии распространения единичных схватываний на всю номи
нальную поверхность или, по крайней мере, на б6льшую ее часть.
Применяя математическую терминолоrию, эту же мысль можно
выразить следующим образом: сварка суть интеrрал от CXBaTЫBa
ний, взятый по номинальной поверхности контакта.
Таким образом, осуществление сварки в твердой фазе двух
реальных тел возможно при соблюдении, по меньшей мере, двух
следующих условий:
обязательная очистка сопряrаемых поверхностей от адсорби
рованных ими веществ и окисных пленок и обеспечение контакта
между ювенильными (чистыми) поверхностями;
максимальное увеличение площади фактическоrо контакта
сопряженных поверхностей (в пределе до величины номиналь
ной площади контакта).
Первое из названных условий при сварке трением может быть
(см. rл. У) равнительно л rко выполнено в результате износа
поверхностеи.
Второе' условие увеличение фактической площади кон-
такта осуществимо путем сжатия сопряженных тел внешними
силами. При этом, блаrодаря тому, что все микровыступы, покры
вающие поверхности, обладают различной высотой, в первый
момент в контакт вступит лишь небольшое их число, причем лишь
те, вершины которых расположены ближе друrих к контртелу .
Под воздействием внешней силы в этих микровыступах, факти
ческая площадь касания которых ничтожно мала, возникают
rромадные напряжения; их расчетные значения значительно
превосходят предел текучести. Наrруженные микровыступы будут
тотчас же смяты; поверхности сблизятся на величину деформации
смятия; в контакт вступят новые микровыступы и т. д. По мере
смятия ранее вступивших в контакт выступов, поверхности будут
продолжать сближаться и в соприкосновение будет входить все
большее число микровыступов; суммарная фактическая площадь
контакта поверхностей будет проrрессивно возрастать как в pe
зультате увеличения числа взаимодействующих микровыступов,
18
j
так и по rtРИЧI1не роста ПЛОЩадок касюtия каждоI'О пlкоrо МI1КРО-
выступа 1.
Изложенное приводит к чрезвычайно важному выводу: обра-
зование прОЧН020 соединения в твердой фазе невозможно без сов-
местН020 пластичеСК020 деформирования микрооб'Ьемов приповерх
ностных слоев металла соед иняеМblХ тел.
Для обеспечения же плаСТl:Iческой деформации к соеДИfIяемым
телам необходимо приложить извне усилие( и затратить некоторую
работу.
Степень пластической деформации (мерой которой в данном
случае может служить величина суммарной фактической площади
контакта Sф), состояние металла на поверхностях и соединяе-
мых деталей (J т и величина усилия Р, необходимоrо для обеспе
че ия деформации, связаны между собой следующей приближен
нои зависимостью:
Р;:::;:;; (JT Sф.
(2)
Экспериментально, однако, показано, что для сварки реаль
ных деталей одноrо только смятия микрошероховатостей на их
поверхностях недостаточно, так как при этом окислы и различные
адсорбенты не удаляются из стыка и мешают образованию Me
таллических связей. Для удаления пленок этих веществ нужно
еще обеспечить пластическое т е ч е н и е м а к р о о б ъ е м о в
м е т а л л а в плоскости стыка. На это необходимо затратить
дополнительную работу извне. Величина усилия, сжимающеrо
детали, при этом оказывается больше расчепюrо значения, полу
ченноrо из уравнения (2).
Значительно улучшить условия пластическоrо деформирова
ния металла соединяемых деталей и этим облеrчить задачу их
сварки мqжно путем искусственноrо сни ения предела TeKY
чести (J то
у большинства металлов ero величина резко снижается с YBe
личением температуры. Это свойство давно использовалось, Ha
пример, при кузнечной сварке, коrда детали, подлежащие соеди
нению, предварительно наrревались в ropHe, а затем ударами
молота подверrались сжатию. По существу тот же процесс про
исходит и при современной rазопрессовой сварке: детали Harpe
ваются до высоких, но не доходящих до точек плавления темпера
тур, а затем сжимаются путем приложения внешнеrо статическоrо
давления. Аналоrичная картина имеет место и при электрической
контактной сварке встык сопротивлением: детали наrреваются
джоулевым теплом и одновременно сжимаются. Тот же общий
принцип образования cBapHoro соединения в твердой фазе HarpeB
давление лежит и в основе сварки трением.
1 Соображения о росте площадок единичных контактов в процессе сближе
ния двух поверхностей под действием внешних сил некоторыми исследователями
[22, 32] не разделяются.
2*
19
.........
Таким ооразом, почти Ба всеХ известных виДах сварки ДaB.тie
нием HarpeB используется как средство, способствующее выпол
нению cBapHoro соединения в твердой фазе. Все виды сварки дaB
'лением различаются лишь способом HarpeBa (способом введения
тепла в свариваемые детали) и методом приложения внешнеrо
сжимающеrо усилия 1.
Зависимость прочности cBapHoro соедине ния, выполненноrо
в твердой фазе, от температуры и величины внешнеrо усилия
хорошо подтверждается исследованиями Esser' а, результаты
которых показаны на рис. 9. Здесь видно, что при неизменной
температуре (постоянном пределе
текучести) прочность соединения
возрастает по мере увеличения
сжимающеrо внешнеrо усилия (YBe
личения суммарной фактической
площади соединения) и что при
неизменном внешнем сжимающем
усилии прочность растет по мере
повышения температуры, т. е.
с уменьшением предела текучести.
Исследования последних лет
позволили дополнить изложенные
1000 НОО OC здесь представления о механизме
сварки давлением.
Рис. 9. Зависпмость прочности CBap М. Х. Шоршоров И др. [56,57],
Horo соединения от температуры и В результате анализа ряда Teope
давления при сварке тических работ и основываясь на
экспериментальных данных, соз
дали новую rипотезу, которая, не противореча изложенным выше
взrлядам и не отверrая существовавшие ранее rипотезы, значи
телыю полнее объясняет явление соединения в твердой фазе и
в ряде случаев позволяет даже ero математическую интерпретацию.
Эта новая rипотеза рассматривает процесс образования CBap
Horo соединения в твердой фазе, состоящим из двух стадий, про
текающих последовательно, во времени:
А. Образование и развитие физическоrо контакта между по
верхностями, коrда в результате смятия микровыступов и шеро
ховатостей число единичных контактов (мостиков схватывания)
между поверхностями возрастает и суммарная площадь физичес
Koro контакта sф увеличивается, стремясь к своему пределу
номинальной площади S н;
. .. В.' Возникновение между сближенными поверхностями проч-
ных связей, имеющих химическую природу .
30
б6
" Kr/MM
20
10
о
800
!JOO
1 Лишь некоторые металлы, обладающие низким преде.rrом П.rrастичности llрИ
нормальных температурах, медь, а.rrюмИНИЙ, серебро, свинеЦ и некоторые
друrие MorYT свариваться давлением без применения HarpeBa, с помощью
так называемой холодной сварки.
20
Кинетику этоrо процесса авторы изображ'ают так, каК 'Это
показано на рис. 10.
Стадии А преимущественному образованию физическоrо
контакта свойственно лишь максимальное сближение поверхно
стей и очищение их от окисных И адсорбированных пленок.
Стадии В свойственно преимущественно образование хими-
ческих связей, обусловливающих прочность соединения.
В обеих стадиях процесса rлавную роль иrрает пластическое
деформирование металла, ero ползучесть под действием приложен-
ной извне наrрузки и в усло-
виях существующих темпера-
тур: блаrодаря ползучести
в стадии А происходит сбли
жение поверхностей и увели
чение площади фи:зическоrо
контакта; блаrодаря ползуче
сти и микродеформированию
приповерхностных слоев ме-
талла в стадии В провоци-
руется химическая активация
металла, выход на поверх
ность дислокаций и образова
ние на ней активных у злов Рис. 10. Кинетика проuесса образования
соединения в твердой фазе:
(мостиков схватывания).
Р А стадия образования физическоrо контакта
ассматривая микровы- между поверхностями; В стадия возникно
ступы контактирующих по- вения химическоrо взаимодействия [56, 57]
верхностей как сферические
или конические образования, или как элементы друrой формы и
используя законы теории ползучести, авторы rипотезы получили
следующие уравнения длительности t протекания названных CTa
дий процесса и дающие удовлетворительную сходимость [57]
с экспериментальными данными:
для стадии А
::t:
\1,;)
с:::.
с:::.
::t:
::J--
с::::.
О
А
В
Время c8apl<lJ.,
t А == А B m ех р ( k ' ) ,
(3)
rде р среднее давление на поверхности идеально r ладко обра
ботанной поверхности (практическая чистота обработки
учитывается коэффициентом А);
В коэффициент;
т температура (абсолютная);
k постоянная;
т показатель степени (обычно принимается т == 4+5);
Е энерrия активации ползучести;
для стадии В
t B v (;; с) . ;0 ехр ( f; ),
(4)
21
rде " частота собственных колебанцй aTQM9n иЛИ частота
перемещения вакансий;
с коэффициент, характеризующий свойства материала;
N
N o == 0,7 0,9 отношение требуемоrо числа N разорван
ных связей к числу связей N о на единицу поверхности;
Ба энерrия единичной связи, энерrия активации движения
дислокаций и энерrия активации образования и переме-
щения вакансий.
Авторы отмечают, что деление процесса на две разrраниченные
стадии несколько условно; в действительности химические явле
ния возникают уже в l й стадии, а образование физическоrо KOH
такта может заканчиваться и во 2 й стадии, однако преобладающая
роль каждоrо из этих процессов (физическоrо и химическоrо)
соответствует определенной стадии явления.
Авторы отмечают далее, что разrраничение стадий особенно
ярко выражено при соединении разноименных материалов, в то
время как при соединении одноименных материалов стадии физи
ческой подrотовки контакта и химической активации соединяе
мых поверхностей обычно совпадают во времени и что в этом слу
чае разделение процесса на две стадии имеет лишь формальное
значение, позволяющее лучше осмыслить ero закономерности.
Однако при соединении материалов с различной степенью
пластичности разделение процесса на две стадии вполне COOTBeT
ствует действительности: плотный физический контакт в этом слу
чае образуется в результате леrкой и быстро протекающей дефор
мации более пластичноrо металла, но прочное соединение воз
никает лишь спустя некоторое время, так как из-за затрудненной
деформации и замедленноrо темпа выхода дислокаций на поверх
ность в более твердом металле данной пары число активных узлов
на ней вначале оказывается недостаточным и требуется дополни-
тельное время для доведения этоrо числа до оптималыюrо значе
ния. Результат этоrо явления можно, в частности, наблюдать и при
сварке трением, например, алюминия со сталью и некоторых дpy
rих разноименных металлов и сплавов.
[лава 111
ОСЦОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ ТРЕНИЯ
В предыдущей rлаве были вкратце рассмотрены современные
представления о процессе соединения в твердой фазе.
Этот процесс, как видно, сложен и мноrообразен. Сварка
трением, щна из разновидностей сварки давлением, представ
ляе-; собои еще более обширный комплекс явлений, так как ей
своиственны все особенности процесса сварки в твердой фазе и,
кроме Toro, она основывается на закономерностях, присущих
процессам трения. Тут сочетаются такие явления, как тепловы
деление и износ поверхностей при трении; непрерывное образо
вание и немедленное же разрушение связей между сопряженными
поверхностями при их непрекращающемся относительном дви
жении; почти мrновенный HarpeB и быстрое охлаждение малых
объемов металла в условиях значительных давлений; упруrо
пластически деформации в микрообъемах выступов шероховатых
поверхностеи и в макрообъемах слоев металла, прилеrающих
к этим поверхностям; наклеп и рекристаллизация металла; вза
имная диффу ия, а также внедрение макроскопических частиц
металла однои из свариваемых деталей в тело друrой и др.
Почти B e названные процессы являются предметом изучения
современнои науки о трении. Развитие этой науки связано с необ-
ходимостью совершенствования узлов трения машин и Mexa
низмов.
Среди практических задач, которые решает наука о трении,
значительное место занимают такие, как максимальное с о к р а
Щ е н и е т е п л в ы Д е л е н и я в узлах трения, с о з Д а
н и е у с л о в и и, п реп я т с т в у ю Щ и х з а е Д а н и ю
схватыванию поверхностей трения и т. п. Как видно, эти задач
прямо противоположны тем, которые ставятся при исследоваНИf1
процесса сварки трением. Кроме Toro, область режимов изучав-
шихся до сих пор наукой о трении, лишь rраничит, но ;-Ie совпа
дает с областью режимов, используемых при сварке трением.
И тем не -менее рассмотрение закономерностей процесса сварки
23
'1
трением с учетом изложенных выше ero особенностей может
и должно базироваться на основах, разрабатываемых современной
наукой о трении и освещенных в уже достаточно обширной лите
ратуре.
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СОВРЕМЕННОЙ ТЕОРИИ ТРЕНИЯ 1
В н е ш н и м т р е н и е м (или просто трением) называется
сопротивление, возникающее между двумя соприкасающимися
под действием сжимающей наrрузки телами при относительном
их перемещении в плоскости касания; при этом сила сопротивле
ния (направленная в сторону, противоположную .сдвиrающему
усилию) называется с и л о й т р е н и я.
К о э Ф Ф и ц и е н т о м т р е н и я называется отношение
силы трения к величине сжимающей тело (нормальной относи
тельно поверхности касания) наrрузки.
По кинематическим признакам различают три вида трения:
1) т р е н и е с к о л ь ж е н В я, при котором одна и та же
номинальная поверхность одноrо тела поступательно перемещается
по поверхности друrоrо тела;
2) т р е н и е в е р ч е н и я, при котором точки поверхности
одноrо тела, расположенные в плоскости касания двух тел, опи
сывают концентрические окружности BOKpyr центра, лежащеrо
на оси верчения. Трение верчения, таким образом, является
частным случаем трения скольжения;
3) т р е н и е к а ч е н и я.
По признаку состояния поверхностей трущихся тел и наличия
смазки различают следующие виды трения:
1) ч и с т о е т р е н и е, возникающее на поверхностях, oc
вобожденных от адсорбированных и окисных пленок; такие поверх
ности принято называть ювенильными; они образуются, в част
ности, при значительных пластических деформациях, коrда хруп
кие пленки разрушаются, обнажая лежащий под ними чистый
металл; чистое трение, как правило, сопровождается «заеданием»
(<<схватыванием»), образованием узлов сцепления между TPy
щимися поверхностями;
2) с у х о е т р е н и е, возникающее при отсутствии смазки
и заrрязнений между контактирующими поверхностями;
3)r р а н и ч н о е трение, при котором поверхности раз
делены слоем смазки настолько незначителыюй толщины (0,1 МКМ
И менее), что он обладает особыми свойствами, отличными от объем
ных свойств смазки и зависящими от природы и состояния TPy
щихся поверхностей; rраничная пленка имеет слоистое строение;
цепочки молекул смазочноrо вещества прикрепляются к металлу
своими активными концами, образуя при этом как бы ворс; при
1 Приведены по книrе И. В. I(раrельскоrо и И. Э. Биноrрадовой [33] «I(оэф
фициенты трения», Машrиз, 1955.
24
..........
достаточно выIокихx температурах (около 2000 С) ориентацtНI мо-
лекулярных слоев нарушается; некоторые химически активные
смазки при этом вступают в реакцию с металлом;
4) ж и д к о с т н о е т р е н и е, при котором поверхности
полностью разделены слоем жидкости.
Можно различать таКже и промежуточные виды трения
п о л у с у х о е и п о л у ж и Д к о с т н о е.
В зависимости от условий работы трущейся пары износ по
веРXIюстей трения может иметь различный характер. Различают
следующие виды изнашивания (приведены по классификации
М.: М. Хрущова [53 ]): а) абразивное, б) вследствие пластичес
Koro деформирования, в) при хрупком разрушении, r) при CXBa
тывании .(молеКУЛЯРlю механическое), д) коррозионное; е) оки
слителыюе.
При сварке трением имеет место преимущественно одно из
названных видов изнашивания молекулярно механическое из-
нашивание при схватывании. Оно характерно тем, что между
частицами металла, принадлежащими двум разным телам, сопри
касающиеся поверхности которых перемещаются одна относи
телыю друrой, MorYT возникать столь прочные связи, что разру
шение их в процессе продолжающеrося движения поверхностей
происходит не по прежней rранице тел, а в результате вырыва
одной из частиц из тела, которому она до этоrо принадлежала.
Размеры вырванной частицы и оставшеrося уrлубления различны
и зависят от режима трения. Изменением скорости относитель
Horo движения поверхностей и силы их сжатия процесс износа
может быть сведен к полированию (заrлаживанию) поверхностей;
при этом изменится и прочность образующеrося соединения.
В иных условиях сварка трением может сопровождаться и изна
шиванием вследствие пластическоrо деформирования.
2. СИЛА ТРЕНИЯ И ЕЕ ПРИРОДА
В связи с прерывистостью (дискретностью) контакта между
двумя соприкасающимися реальными поверхностями силу трения
рассматривают как равнодействующую элементарных сил, воз
никающих при взаимодействии мноrих пар выступов. Эти элемен-
тарные силы невелики, но сила трения может д6стиrать относи
тельно больших значений, так как на номинальной поверхности
контакта может быть расположено достаточно большое коли
чество одновременно взаимодействующих выступов.
До последнеrо времени существовало две rипотезы о природе
сил взаимодействия между элементарными площадками факти-
ческоrо контакта и, следовательно, о природе явления трения
[31 ]. . . .. ..
.. 1. М е х а н и чес' к а я .- r и п- 6 т -е з а возникла в пер'иод
бурноrо развития механики и объясняет явление трения чисто
25-
меХаниЧеским взаимным внедрением выступов, tфинадJiежаiцих
противоположным поверхностям 1 и 11 (рис. 11). Зацепившиеся
выступы препятствуют относительному перемещению; под дей
ствием внешней силы они либо изrибаются как упруrие балки,
заделанные одним концом в упруrое основание, либо срезаются
один друrим. В обоих случаях реакция ка,ждоrо выступа paCCMaT
ривается как элементарная сила трения.
2. М о л е к у л я р н а я r и п о т е з а более поздняя и объ
ясняет трение как результат молеку лярноrо взаимодействия двух
поверхностей при их сближении до таких малых расстояний,
при которых действие молекулярных сил становится заметным.
Этому условию MorYT отвечать
лишь отдельные точки поверх-
ности. Поэтому молекулярное
поле над шероховатой поверх
ностью дискретно, вследствие
чеrо для ero преодоления при
танrенциальном смещении дол
жна быть приложена некоторая
сила, равная силе трения по Be
Рис. 11. Модель поверхностей трения личине и обратная ей по знаку.
[33] Однако с помощью только
одной из этих rипотез нельзя
достаточно полно объяснить все явления, свойственные трению.
Чтобы преодолеть этот недостаток, И. В. Краrельский сфор
мулировал [31] обобщенную молекулярно-механическую теорию
трения. Соrласно этой теории трение имеет двоиственную природу
и является результатом как механическоrо, так и молекулярноrо
взаимодействия поверхностей, причем в зависимости от условий,
при которых имеет место процесс трения, может преобладать
либо одно из них, либо друrое.
Представления о силе и коэффициенте трения по мере развития
науки постепенно менялись: так, е<2ЛИ Амонтон (l663 1705) пола
rал, что сила трения F зависит только от величины нормалыюrо
давления Р и коэффициент трения f для данной пары материалов
постоянен 1
зависимость, названную обобщенным законом cyxoro и rранич-
Horo трения:
F == Sфа+ P,
(6)
rде F сила трения;
!$ф сумма фактических площадей элементарных контактов;
а и постоянные коэффициенты, характеризующие MaTe
риал поверхностей трения;
Р сила нормальноrо давления.
Определяя по прежнему коэффициент трения как отношение
силы трения к величине нормалыюrо давления, можно, преобра
зовав уравнение (6), получить следующее выражение для коэф
фициента трения:
F sф
t == р == а]5"""" + .
\.
(7)
....
Из уравнения (7) видно, что в общем случае коэффициент
трения для данной пары материалов не постоянен, а зависит
от величины нормальноrо давления; первый член правой части
этоrо уравнения является поправкой к закону Амонтона.
Однако в некоторых частных случаях коэффициент трения
может и не зависеть от величины давления, например:
р
а) для чисто пластическоrо контакта, коrда отношение sф
== а т === const (а т предел текучести), 'тоrда
а
t == + == const; (8)
а т
б) при больших значениях фактических удельных давлений
:ф , коrда первый член уравнения (7) становится малым, а ero
изменения при изменении нормальноrо давления являются вели-
чинами BToporo порядка малости; поэтому практически можно
считать, что и в этом случае
sф
f == a"[J + Р ;::::; == const. (9)
F == {Р, (5)
то уже Кулон (1736 1806) установил [34], что коэффициент
трения уменьшается с ростом нормалыюrо давления . Кулон.
заметил также, что коэффициент трения зависит от скорости сколь
жения.
Современная наука о трении на базе обобщенной молекулярно
механической теории трения позволяет вывести [33] следующую
3. О НЕПОСТОЯНСТВЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ
Вопреки существовавшим ранее утверждениям о постоянстве
коэффициента трения современными исследованиями доказано,
что в действительности он меняется не только с изменением вели
чины нормалыюrо давления, но зависит также и от ряда друrих
факторов. Например, при трении скольжения стали по стали
в зависимости от условий, в которых протекает процесс, коэффи-
циент трения может изменяться, как показывает опыт, в очень
широких пределах (О, 1 1 и более). И это вполне закономерно, так
как сухое трение представляет собой сложное физическое явление J
27
1 1( сожалению, школьные учебники и некоторые справочники продолжают
и сейчас еще пропаrандировать эти ставшие уже устаревшими представления.
26
зависящее от очень мноrих факторов, в котором механическое
разрушение материала сочетается со взаимодействием молеку-
,пярных полей. Естественно, ЧТQ при этрм нельзя характеризовать
трение одним, даже для данной пары материалов неизменным,
параметром коэффициентом трения.
И. В. Краrельский и И. Э. Виноrрадова [33] считают, что на
коэффициент трения ВЛИяют по крайней мере следующие девять
факторов:
1) природа материала и наличие пленок на поверхностях Tpe
fJИЯ (смазка, окисел, заrрязнение);
2) продолжительность неподвижноrо контакта; .
3) скорость приложения наrрузки;
4) жесткость и упруrость узла трения; ...
5) скорость относительноrо .движения поверхностеи трения;
6) температурный режим узла трения;
7) величина нормальноrо давления;
". -,8) характер соприкосновения тел, размер повер ности,. коэф-::
фициент взаимноrо перекрытия;
. 9) качество поверхности и шероховатость. .
Применителыю к сварке трением существенными, по видимому,
являются следующие пять из названных факторов: ... .'
1) скорость относителыюrо движения поверхностеи трения;
2} природа материала -и наличие ,поверхностных пленок;
3) температурный режи уз.[н ;. .
4) величина нормальноrо давления;
5) жесткость и упруrос:тьс=у?ла -тр€ния.
В настоящее время наука еще' не располаrает исчерпываю
iцими = данными, '. 'ОJРДЖЯЮЩИМИ. совместное. влияние всех .этих
фС!кторов на.процесс трения, однако, некоторые из имеющихся
СЁедёни-й i1римеЙй-ТельЙо к с'варке трением; MorYT оказаться весьма
-Полезн'ьiми;' -К НИМ,. в- частнОСти,. относится зависимость коэффи
ltиента iрetfия от скорости,:относительноrо движения поверхносте
трения.
... в результате мноrочисленных экспериментальных исследо-
'ваний этоЙ заВИСИМ0СТ-И установилось !fеЬколько различных точек
зрения [34]. Одни ученые считают, что коэффициент трения
возрастает с увеличением скорости, друrие приводят обобщенный
экспериментальный материал в виде формул, из которых видно,
:9I9::!<()?ффищ ент трения с увеличением скорости убывает, и, на-
конец" есть исследования, rде доказывается независимость коэф-
:фицие'нта трения от скорости скольжения. Такие противоре1JИЯ
в' 'B IВoдax не MorYT объясняться их ошибочностью, так как боль..
ППIIIcтво . опытов проводилось достаточно тщательно. Остается
де ЩТJ? пр еДIЮЛ9жение, что. -на результаты, экспериментов повли-
LI 4 . ра л нь е У I( I3ИЯ. IfX провер.ения, т. . что I ельзя рассматри-
:р?ть, сВЛ!l ItИ одной иш Р<ОR()СТИ скольже -IИЯ на коэффициент
ре};щя..,!" не, узл-:r:ыва.я при ?TOl'v друrиепараметры про есса/ TaKO
/'
(
...............
предположение подтверждается при рассмотрении [33] наиболе
обще формулы, определяющей значение коэффициента трения "
f == (а + bv) e cv + d, --(1.0)
из которой видно, что коэффициент трения с изменением CKO
рости v либо монотонно нарастает, либо J\ЮНОТОННО убывает, либо
проходит через максимум, либо, наконец, остается остоянным,
в зависимости от соотношения числовых значении входящих
в эту формулу 1 коэффициентов а, Ь, с и d. Значения же этих коэф
фициентов зависят от природы тел, от ,вел-ичины удельноrо дaB
ления и друrих факторов и для кон- '
кретных условий работы данной пары .' А..
трения еще нуждаются в определе
нии. Известно, однако, что положе,:
ние максимума кр.rIВой (рис. 12) зави .
сит от величины удельноrо давления
и от твердости каждоrо из трущихся
тел: чем больше удельное давление и
чем больше твердость материала, тем
меньшим значениям скорости COOT
ветствует точка максимума.
Существенным недостатком фор
М у лы ( 10 ) является то, что в ней
I малая удельная наrрузка;
определена зависимость коэффициен 2, 3 средняя наrрузка; 4 3Ha
та трения только от скорости, а Ta чительная удельна,я Harp}''i a .
кой важный параметр процесса Tpe '. ,"'!'. Jf:<
ния, как давление, в явном виде в нее не вошел; ПО-ВИДИМQМу.,
задачей дальнейших исследований является отыскание сложной
-зависимости коэффициента трения от скорости скольжения..,. еJ1и.,..
чины удельноrо давления и друrих факторов. :АнаЛQrичная з дача
тем более должна быть решена при исследованиях -процесса сваркй
т'рением. \ -'. . ". .:'
Помимо величины нормальноrо давления, . скорости." относи-
тельноrо движения и свойств материала взаимодействующих пр-и
трении поверхностей, на коэффициент трения большое- I3J:щяние
оказывает также состояние этих поверхностей. - У тановл.ено.:,
что коэффициент трения одной и той же пары 'взначитеJ]'ЬНОЙ мере
изменяется в зависимости от чистоты обрабQТКИ поверхнос'tи.:.
При взаимодействии rрубо обработанных поверхностей, наблю
дается увеличение коэффициента трения, по сравнеНИЮСО'знаце
ниями, соответствующими чистой обработке, так- как бoJIее Bыca
кие микровыступы обеспечивают лучшее сцепление по'Верхност й
.и, следовательно, большое значение -СИЛрI. rр.ения. При тре ии
весьма rладких поверхностей- также наблюдается .повыше!l-н-йе
- . .: ::. ., =- :- . .. ..: . ,. , с
v
Рис. 12. Зависимость коэффи-
uиента трения от скорости сколь-
жения [33]:. ,
1 В формуле (10) е - основа ие натуральных л r?рифм<?В.
-. ::_. ,c<,:","'
i ;:., . f" --: <r""" 1"1
. I .l"....:i _,,,,", ,", J ...i
;?
значение коэффициента трения, что объясняется увеличением сил
молекулярноrо взаимодействия между этими поверхностями.
Значительное влияние на процесс трения оказывает степень
заrрязненности взаимодействующих поверхностей. Пленки раз
личноrо рода смазочных веществ, адсорбированные этими поверх-
ностями, способствуют снижению коэффициента трения и YMeHЬ
шению интенсивности тепловыделения при трении.
На коэффициент трения также влияет наличие на сопряженных
поверхностях окисных пленок и толщина последних [33]. Тонкие,
но обладающие большей твердостью окисные пленки, как правило,
способствуют уменьшению коэффициента трения; толстые окис
ные пленки, обладающие меньшей твердостью, обусловливаIQТ
ero увеличение.
4. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ
И ЯВЛЕНИЯ «СХВАТЫВАНИЯ» (ЗАЕДАНИЯ)
В процессе трения температура сопряженных поверхностей
не остается постоянной. Происходит это потому, что энерrия,
затраченная на преодоление сил трения (молекулярно механи
ческоrо взаимодействия поверхностей), выделяется в форме тепла
в первую очередь на элементарных площадках физическоrо KOH
такта. В этих точках при трении MorYT появляться KpaTKOBpeMeH
ные температурные вспышки, быстро повышающие темдературу
микровыступов. Их температура может так же быстро спадать
блаrодаря интенсивному отводу тепла в rлубину тела и в OKPy
жающую среду, но средняя температура поверхности трения
в начальный период процесса трения будет в результате нарастать.
Тепловыделение при трении имеет место не только на поверх
ностях точек физическоrо контакта. Деформирование микро
выступов, на которое затрачивается некоторая доля энерrии при
трении, также я ляется причиной теплоrенерирования. Поэтому
следует rоворить о тепловыделяющем поверхностном слое, имею-
щем некоторую толщину. В пределах этоrо слоя, а блаrодаря
теплопроводности и в слоях, расположенных rлубже, при трении
образуется температурное поле. В непосредственной близости
к точкам физическоrо контакта это поле имеет вид полусферичес-
ких изотермических поверхностей, которые сливаются в общие
поверхности на некоторой rлубине тела (рис. 13, а).
В настоящее время наука еще не располаrает необходимым
аппаратом для точноrо расчета температурных полей при трении.
Подобные расчеты затруднены невозможностью точноrо учета
rраничных условий при теплообмене. Методика же приближен
ных расчетов температур излаrается в ряде специальных трудов
[10, 45]. Этому вопросу уделено также место в rл. V.
Здесь важно подчеркнуть, что распределение температур по
rлубине тела х (в направлении, перпендикулярном поверхности
трения) определяется убывающий функцией (рис. 13, б).
30
Увеличени температуры тел, i30знйкающее в результате
тепловыделения при трении, в свою очередь вносит изменения
в процесс трения. Так, при HarpeBe до 200 3000 С происходят
качественные изменения смазочных веществ, вследствие чеrо rpa
ничное трение, если оно имело место, переходит в сухое. Это
изменение режима в большинстве случаев связано с увеличением
коэффициента трения, сил трения и мощности тепловыделения'
и вызывает дальнейшее увеличение температуры. В кристалли
ческих телах увеличение температуры до значений, соответствую-
а)
о)
t о
"\.
T C
х
Рис. 13. Температурное поле в приповерхностном слое металла:
а в ми крообъемах; б в микрообъемах (распределение температуры
по r лубине х)
","_.!
щих темпер...атуре рекристаллизации, приводит к изменению физи-
ческих своиств тел и, в связи с этим, к новому изменению
коэффициента трения.
. Некоторые исследователи [33] предполаrают, что характер
процесса трения определяется не только величиной температуры
на пов...ерхностях трения, но и rрадиентом температур по нормали
к тои поверхности. Известно, что в металлах механические
своиства, в частности прочность, зависят от температуры. Поэтому
rрадиенту температур всеrда соответствует rрадиент механичес
ких своиств. Если этот последний положителен, т. е. с уrлу
блением от поверхности трения в тело прочность материала воз
растает, то разрушение поверхностей при трении носит локали
зованный поверхностный характер; при отрицательном rрадиенте
прочности имеет место rлубинное разрушение металла близ по
верхностей и увеличение толщины теплоrенерирующеrо слоя.
Предполаrают, что с этим должно быть связано и явление заеда
Ния (<<схваТЫВШIИЯ»).
И. Э. Виноrрадова [15] считает, что заедания при трениц
являются результатом cOBMeCTHoro действия нескольких фак-
торов. Она, в частности, указывает, что схватывание переходит
в «ката трофический процесс заедания» по мере увеличения фак-
тическои площади контакта поверхностей трения и что при этом
резко изменяется (возрастает) величина коэффициента трения.
31
Таким образом, появление узлов схватыБнияя приводит к зна А
чительным количественным изменениям процесса, отражающимся
на величине коэффициента трения. По видимому., это сопряжено
и с качественными изменениями процесса.
Действительно, образование мостиков схватывания между
двумя взаимодействующими при трении поверхностями влечет
за собой появление танrенциалыюй силы сопротивления, препят
ствующей относительному перемещению этих поверхностей даже
при отсутствии нормальноrо давления. Однако это не уклады
вается в рамки обычных представлений о я в л е н и и т р е н и я
и с и л е т р е н и я. Определения последних (стр. 26) не MЫC
лятся без указания в них на роль нормальноrо давления.
Разница между указанной выше танrенциальной силой IJ силой
трения становится особенно очевидной при рассмотрении с, этой
точки зрения процесса сварки трением.
Если в начале этоrо процесса, до образования очаrов схваТЫ А
вания, имеет место только явление трения и кручению одной
детали относительно друrой препятствует лишь момент сил внеш-
Hero трения (после снятия осевой, т. е. нормальной наrрузки,
связи между торцами деталей исчезают), то в конце процесса,
после образования неразъемноrо соединения, явление сопротив
ления такому же кручению уже никак не может быть объяснено
внешним трением (после снятия осевой наrрузки прочное соеди-
нение деталей не исчезает), оно скорее соответствует понятию
прочности. По крайней мере именно так определяют прочность
деталей при их испытании на скручивание.
Таким образом, в процессе сварки трением явления внешнеrо
трения постепенно уступают место и к концу процесса оказы-
ваются вытесненными явлениями, связанными с прочностью
и силами BHYTpeHHero трения в материале. Лоrично предположить,
что в связи с этим должны изменяться и закономерности, которым
подчиняется процесс сварки трением на разных стадиях.
Эти качественные изменения, происходящие в процессе сварки,
по видимому, следует связывать с образованием очаrов единич-
Horo схватывания, так как именно они, возникая сперва локали-
зованно и затем распространяясь по всей поверхности трения,
являются основой образования неразъемных соединений как
в узлах трения машин и механизмов (в аварийных случаях), так
и при сварке деталей трением.
Из изложенноrо видно, что процесс сварки трением сложнее
процессов, обычно протекающих в узлах трения машин, причем
закономерности этоrо процесса в начальной и конечной ero ста-
диях, . по-видимому , различны.
rлава IV
ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ ТРЕНИЕМ
в rл. III отмечалось, что температурному режиму узлов трения
в машинах придается большое значение. Мноrие исследователи
сходятся на том, что заедания при трении в значительной мере
обязаны повышению температуры узла dp
трения.
Еще более важное значение имеет теп-
ловыделение при сварке трением. В этом
случае тепловой режим определяет не
только комплекс явлений, происходящих
на поверхностях трения, но и производи-
тельность процесса, прочностные характе-
ристики cBapHoro соединения и, наконец,
параметры сварочноrо оборудования.
В свою очередь тепловой режим при
сварке зависит от интенсивности тепловы-
деления (мощности).
Применителыю к простейшей схеме
процесса сварки трением аналитическое
выр ажение для тепловой мощности может
быть получено из рассмотрения процесса N
тепловыделения на элементарной площадке
поверхности трения, оrраниченной радиу-
сами р и р + dp (рис. 14).
На этой бесконечно малой площадке
размером dS == 2лрdр действует элемен
тарная сила трения
dF =:о; р! dS == 2лрfр dp.
5. АНАЛИЗ ТЕПЛО В ЫДЕЛЕНИЯ
о
Рис. 14. Эпюра мощности
тепловыделения при свар-
ке трением в предположе
нии р == const и f == const
(11)
Момент этой силы относительно оси вращения (точки О)
dM == р dF === 2лрf р 2 dp. (12)
3 в. И. Билль
.........
33
ТепJtоgАЯ мОЩНоСТЬ 13 pa.CCMa'tpHBa MoM эJ1емент площа.ди
трения находится из выражения
dN 1,02dMnl0 6 == 2,04лрtпр2dрl0 6.
Для уравнений (11 16) принято:
F и dF полная и элементарная силы трения в KF;
М и dM полный и элементарный моменты сил в KF. мм;
N и dN полная и элементарная мощности в квт;
Р удельное давление в KF/MM 2 ;
п относительная скорость вращения в об/мин;
t коэффициент трения.
Если допустить, что входящие в выражение (13) удельное
давление Р и коэффициент трения t постоянны по поверхности
трения, а коэффициент трения, кроме
Toro, не зависит от линейной скорости
1'1 И от давления, т. е. что Р (р) == const и
t (р; п; р) == const, то эпюра мощности
dN
тепловыделения df) имела бы вид KBak
ратичной параболы (рис. 14); макси
\ малыюе тепловыделение при этом имело
бы место на периферии поверхности
трения, а на оси вращения тепловая
мощность равнялась бы нулю.
Рис. 15. Эпюра давлений сжа При сделацных допущениях путем
тых торцами и взаимнонепо ... ( 12) ( 13)
движных круrлых стержней интеrрирования уравнении и
MorYT быть получены выражения:
для момента сил трения, действующих на всей поверхности
трения,
(13)
.......
2R
2
М == "3 лРfR 3 ;
(14)
для соответствующей мощности тепловыделения
N == лрпtR310 6;
(15)
для средней удельной мощности, отнесенной к единице поверх
ности трения (вт/ мм 2 )
N Уд == л 2 pfnRI0 3. (16)
в действительности же, удельное давление на поверхности
сопряжения двух даже неподвижных тел распределено HepaBHO
мерно. Как показано в работах [2, 36], кривая распределения
давления имеет выпуклую форму (рис. 15) и для сжатых торцами
двух неподвижных стержней круrлоrо сечения радиусом R может
быть описана уравнением
р (р) == Рт (1 : ) + Ркр, (17)
34
, Степень выпуклости этой кривой вполне определяется COOT
ношением Рт/ Ркр'
Если учесть это непостоянство удельноrо давления по сечению,
то путем подстановки (17) в (13) и замены Рт, усредненным зна
чением уделыюrо давления равным частному от деления полноrо
приложенноrо усилия на номинальную поверхность трения (Р ==
== Л 2 ), уравнение эпюры тепловыделеljИЯ получит вид
dN == 2лtп [2р ( 1 : )
PKP(I 2 : )Jp2dp, (18) 0,8
N
а значение результирующей мощно 6
сти тепловыделения может быть по
лучено из выражения *
N == . лfпR 3 ( ; Р 175 Ркр,) . (19) 2
Уточненная эпюра тепловыделе О
ния имеет вид кривых, изображенных о
на рис. 16. Эти кривые, как видно,
имеют максимум, положение KOToporo
смещается по оси абсцисс в зависи
мости от формы кривой удельных
давлений (от отношения Рт/ Ркр, см.
рис. 15). При изменении этоrо от1ю
шения от О до 00 максимум кривой
тепловыделения смещается от 0,7 R
до R (кривая 1 соответствует Ркр == Р,
т. е. Рт == О или случаю Р (р) ==const, изображеiпюму на рис. 14).
Нетрудно усмотреть, что в уточненном варианте формулы
мощности (19) первый член выражения по структуре подобен
выражению идеальной мощности (15) и отличается лишь коэффи
циентом 4/5; второй член выражения (19) также свидетельствует
об уменьшении значения суммарной мощности трения в резуль
тате учета условия Р (р) =1= const, по сравнению с выражением
(15), rде это условие учтено не было. (При этом сравнении размеры
сечения и величина приложенноrо усилия принимаются одина
ковыми в обоих случаях.)
Из рассмотрения приведенных аналитических выражений
для элементарной и полной мощности трения можно сделать
следующие выводы:
1) тепловыделение по поверхности трения непостоянно:
в центре, на оси вращения (р == 0), тепловыделение отсутствует,
так как скорость относительноrо движения поверхностей трения
здесь равна нулю;
20 0,40 О, БО 0,80
Рис. 16. Эпюры мОщности тепло-
выделения при сварке трением
в предположении р (р) =1= const,
но f == const:
l ==O; 2 Р т ==2'
Р кр п кр '
3 Р т ==6; 4 рт ==00
Ркр р кр
3*
35
на некотором удалении от центра кривая тепловыделения
(рис. 16) имеет максимум, положение KOToporo (значение радиуса)
на поверхности определяется формой эпюры давления (рис. 15)
или, точнее, отношением Рт/ Ркр;
на периферии (при р == R) имеет место снижение тепловыде-
ления, если здесь заметно уменьшается величина фактическоrо
удельноrо давления;
2) интенсивность тепловыделения определяется линейной
скоростью вращения nR, величиной номинальноrо удельноrо
R ...
даВJ1ения Р == лR 2 ' своиствами материала и состоянием поверх
ностей трения (коэффициент трения t) и, наконец, величиной по
верхности трения лR 2 ;
3) из выражения (16) видно, что средняя по поверхности тре-
ния удельная мощность тепловыделения не зависит от величины
этой поверхности.
На основании этих выводов можно было бы предположить,
что температура, так же как и мощность тепловыделения, не
постоянна по поверхности трения. Однако экспериментальное
исследование температурноrо поля при сварке трением подтвер-
дило истинность этоrо вывода лишь применительно к начальной
стадии процесса трения; в то же время было экспериментально
установлено быстрое выравнивание температуры по поверхности
трения.
Эти исследования позволили считать правомерным сделанный
выше вывод о необходимости раздельноrо рассмотрения законо-
мерностей начальной и конечной стадий HarpeBa при сварке Tpe
нием. Этими же исследованиями установлена неправомерность
сделанноrо допущения о постоянстве коэффициента трения.
6. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР ПО ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ
Эксперимент, проведенный автором [9], а затем неоднократно
повторенный [16, 51], позволил выявить изменения температур
во времени для различных точек поверхности трения (различно
удаленных от оси вращения) путем осциллоrрафической записи
термоэлектродвижущей силы полуискусственных термопар, за-
ранее вставленных в образцы, подлежащие сварке, причем так,
что на протяжении Bcero процесса сварки rорячий спай термопар
всеrда находился на поверхности трения.
Одна из таких записей изменения температур приведена на
рис. 17. В результате MHoroKpaTHbIx опытов, выполненных на об-
разцах из малоуrлеродистой стали 20, а затем повторенных [16,
51] на друrих материалах, было установлено, что, несмотря на
теоретическое непостоянство мощности тепловыделения (рис. 16),
температура в стыке (от центра до периферии) через несколько
секунд после начала процесса трения практически выравнивается
36
и разброс ее по поверхности трения не превышает 50 1 000 С.
Малая длительность промежутка времени выравнивания темпе-
ратур (3 5 сек) при диаметре образuов от 20 мм и более не допус-
кала предположения о том, что выравнивание температуры про
исходит только блаrодаря теплопередаче от более HarpeTbIx точек
поверхности трения к более холодным. Теплопередача может
лишь частично способствовать такому выравниванию температур.
Механизм же этоrо явления о Q. f
объясняется самопроизвольным пе I т, 2
рераспределением в процессе Tpe \xfOO/
ния удельноrо давления и мощности .fO
тепловыделения, а следовательно,
и температур. Действительно,
в первые моменты процесса трения
все приложенное к образцам уси-
лие воспринимается, как было по
казано выше, лишь небольшим
числом выступов поверхностей,
обладающих наибольшей высотой;
orpoMHbIe местные удельные дaB
ления приводят к MrHoBeHHbIM тем-
пературным вспышкам. Однако
металл этих выступов, ставший
под воздействием HarpeBa пластич
ным, в присутствии больших дав-
лений леrко деформируется, пере-
стает воспринимать усилие, и по
следнее перекладывается на новые,
вошедшие в контакт выступы.
В результате интенсивность тепло-
выделения в точках начальноrо контакта снижается, а резкие
повышения температуры возникают на соседних участках поверх
ности трения и т. д. Этот процесс распространяется на всю поверх-
ность трения, и температура на ней, таким образом, быстро вы-
равнивается.
Динамику этоrо явления нетрудно проследить на рис. 18,
rде видно, как с течением времени очаrи схватывания быстро рас-
пространяются и уже через 2 сек после начала трения покрывают
всю поверхность. Важно отметить, что и центральная часть ее,
rде rенерирование тепла минимально, не составляет при этом
исключения.
С целью дополнительной лроверки явления самопроизвольноrо
выравнивания температур по сечению, была выполнена серия
технолоrических проб: на одном из режимов сварки, заведомо
обеспечивающем вполне удовлетворительные качества cBapHoro
соединения, осуществлялось соединение трением образцов из
малоуrлеродистой стали; после снятия rpaTa образцы разрезались
8
6
L;
2
00
1 2 3 L; tM ceK
Рис. 17. Изменения температуры
во времени для точек поверхности
трения, различно удаленных от оси
вращения:
1 P===8.5 мм; 2 Р == 5 .мм; 8 Р ==
==0 AtM (режим сварки: п== 1000 обjмин.;
Рн.==5 KrjAtM 2 ; малоуrлеродистая сталь,
диаметр 20 AtM)
31
тонкой фрезой (рис. 19) на темплеты сечением 2 х 2 мм или 2,5 х
х 2,5 мм; темплеты испытывались затем на растяжение и на изrиб
(статический и ударом). Эти испытания, правда, не COOTBeTCTBO
вали требованиям rOCTa из за необычных размеров испытуемых
образцов, но результаты были вполне приrодны для сравнения
качества cBapHoro соединения в различных участках поверхности
трения; все темплеты, вырезанные из одноrо образца, в том числе
Рис. 18. Торцовые поверхности об.
разцов малоуrлеродистой стали,
подверrшиеся трению в течение:
а 0,5 сек; б 1 ,5 сек; в 2,0 сек.
Режим трения: п == 1500 об/мин;
Рн. == 6 кт/ мм 2
и те, которые были взяты из центральной области, по качеству
cBapHoro соединения оказались одинаковыми.
Таким образом было установлено, что процесс деформирования
приповерхностных объемов металла при сварке трением иrрает
еще одну важную роль, так как блаrодаря ему достиrается пере
распределение удельноrо давления по поверхности трения и быст-
рое (самопроизвольное) выравнивание температуры и условий
образования C8apHQfO соединения по 8сему сечению с:еари:еаемой
детали.
38
Из излdженiюr6 МОЖ1-Iо сдела:1ъ следующие ВЫводы:
1) на протяжении первых 3 4",JeK, а иноrда и за меньшее
время процесса трения, удельное давление самопроизвольно
перераспределяется; в результате этоrо расчет мощности по даже
уточненным формулам (18, 19) может быть выполнен лишь весьма
приближенно; ...
2) источник тепла при CBap
ке трением можно считать плос-
ким и с постоянной интенсив
ностью по поверхности трения;
однако это имеет место только
после окончания начальной ста-
дии процесса стадии BыpaB
нивания температур по сечению;
3) усредненная установив
шаяся температура поверхно- Рис. 19. Образец малоуrлеродистой
стей трения, по данным обра стали после сваРП 1 разрезки на TeM
ботки осциллоrрамм процесс а
сварки малоуrлеродистой стали, лежит в пределах 950 13500 С.
Что же касается начальной стадии процесса трения, то она
подчиняется уравнениям (18) и (19); TOJIbKO эти зависимости поз
воляют объяснить постоянно наблюдаемое явление: цвета TeMHO
KpacHoro каления в начале процесса появляются внутри стыка,
между свариваемыми деталями, приблизителыю на расстоянии
(0,6 0,8) R от центра и лишь затем, в соответствии с изложенным
выше, распространяются достаточно быстро на всю поверхность
трения.
7. ИЗМЕНЕНИЕ ТЕП.,Т]ОВЫДЕЛЕНИЯ ВО ВРЕМЕНИ
ЭТИ исследования проводились на лабораторной установке,
снабженной устройством, позволяющим наблюдать и записывать
мпювенные значения момента сил трения на протяжении Bcero
процесса сварки 1.
Так как произведение момента сил М на скорость вращения п
имеет размерность мощности (N == kMn), то при постоянной
1 Для этоrо обычно неподвижный при сварке трением образец устанавли
Вается в специальном патроне на шарикоподшипниках. От вращения при сварке
он удерживается рычаrом, прочно с ним скрепленным. Свободный конец рычаrа
ПОкоился на катковой опоре. Момент сил на торцовых поверхностях свариваемых
образцов уравновешивался 'моментом опорной реакции, приложенной к своБОk
НОМУ концу рычаrа. Возникающие при этом упруrие деформации тела рычаrа,
пропорциональные величине момента сил трения, записывались шлейфным осцил
лоrрафом с помощью тензометрических (проволочных) датчиков, наклеенных
На рычаr, и соответствующей усилительной аппаратуры. Одновременно записы-
вались величина oceBoro усилия (теНЗ0метрическим датчиком) и скорость относи-
теЛьноrо вращения (TaxoreHepaTopoM, жестко связанным со шпинделем уста-
новки).
39
сkоtюсти вращения кривая М (t) в ином масштае)е может рассмА-
триваться как кривая изменения мощности. В то же время пло
щадь, оrраниченная ею, осью абсцисс и двумя ординатами t 2
И t 1 , представляет собой величину энерrии, выделенной за
время t 2 t 1 так как
12 12
а == S N dt == k S Мп dt.
11 11
(20)
8
2
......................
{
'" ,
Рис. 20. Осциллоrрамма процесса сварки образцов малоуrлеродистой
стали ({О 20 мм). Режим: п == 1500 об/мин; Рн. == 6 кпмм 2 :
I кривая моментов сиJl; 2 кривая скорости осадки; 3 отметчик времени
(50 ец)
Опыты проводились автором [9] на образцах из малоуrлеро-
дистой стали (Ст.3) диаметром 20 мм, при удельных давлениях
2 10 KF/MM 2 и при скоростях вращения 240 3000 об/мин. Ре-
зультаты проверялись на образцах друrих диаметров. Сварка
велась всякий раз при осевом усилии, постоянном на протяжении
Bcero процесса. Для этоrо об
( 1L разцы сперва наrружались уси
лием, а затем приводились во
вращение. Мноrочисленные oc
циллоrраммы изменений во вре-
мени момента сил и мощности,
снятые при различных режимах
сварки (например, рис. 20),
имеют в общем один и тот же вид
Рис. 21. Изменение во времени момента кривой 1 . На рис. 21 изображена
сил м и скорости вращения п при
сварке трением характерная кривая момента
сил М (t) и совмещенная с ней
кривая скорости относительноrо вращения п и).
Из приведенных иллюстраций видно, что тепловая мощность,
как и значение момента сил, резко изменяется на протяжении
процесса сварки, проходя сначала через минимальное, затем через
максимальное значение и, наконец, устремляясь к некоторому
установившемуся значению в конце процесса.
M(t
Время
1 Позднее друrие исследователи [16, 51] этот метод исследования примеНИJ1И
при сварке друrих сочетаний материалов (быстрорежущая сталь с конструк-
ционной, алюминий со сталью и пр.).
40
Экспериментально полученные кривые изменения интенсив-
ности тепловыделения во времени (осциллоrраммы моментов
сил и мошности) интересны H только в связи с поставленной выше
задачей об изучении характера этих изменений. Анализ кривых
позволяет, кроме Toro, получить некоторое представление о явле u
ниях, происходящих на поверхностях трения при сварке.
Начальная фаза процесса сварки протекает при незначитель
ных температурах и характеризуется сухим или rраничным тре-
нием (коэффициент трения при этом t 0,1 +-0,12). Небольшой
пик на кривой моментов в самом начале процесса (t о 0,25)
соответствует трению покоя. Переход от состояния покоя к дви-
жению соответствует сначала быстрому, а затем более медлен.
ному спаду кривой моментов (интервал времени 't 1, рис. 21).
Следующее затем быстрое нарастание этой кривой в интервале
времени 't 2 И сопутствующее ему появление колебаний неопре.
деленной частоты и амплитуды, накладывающихся на основную
кривую, можно рассматривать как признаки начала перехода от
cyxoro (rраничноrо) трения к чистому [33].
Как показывают приближенные расчеты 1, средняя темпера-
тура поверхностей трения в начале отрезка времени 't 2 составляет
100 1200 С, а температура отдельных точек может достиrать
и значительно б6льших значений, при которых адсорбированные
вещества, имевшиеся на поверхности трения, претерпевают изме-
нения [15].
Блаrодаря этому явлению, а также вследствие обнажения
учасТI{ОВ чистоrо металла на обеих поверхностях трения, обу-
словленноrо разрушением покрывающих их окисных пленок,
появляется возможность образования очаrов (мостиков) единич
Horo схватывания [3]. Но в процессе продолжающеrося относи
тельноrо движения поверхностей эти мостики вслед за их образо
ванием тотчас же разрушаются. Энерrия, затраченная на их
деформацию, проявляясь в форме тепла, способствует повышению
температуры поверхности, что, в свою очередь, облеrчает проrрес-
сивное образование новых очаrов схватывания, которые вновь раз-
рушаются и т. д. Процесс схватывания быстро нарастает. На
рис. 18 были показаны поверхности нескольких «законсервиро-
ванных» образцов с различной длительностью HarpeBa 2. Из этих
фотоrрафий видно, что рост числа схватываний и распространение
их по поверхности быстро увеличивается во времени. Однако
беспредельному росту числа очаrов схватывания препятствуют
оrраниченные размеры поверхности трения. Поэтому с течением
1 Эти расчеты MorYT быть выполнены, например, с привлечением теории теп..
ЛОВЫХ процессов Н. Н. Рыкалина [45] или по данным друrих исследователеи
[1 О, 59, 67, 72].
2 По истечении заданноrо времени HarpeBa (трения) образцы без прек аще
иия вращения быстро р;з.ЗВОДИJIИСЬ с целью изучения состояния застывшеи по-
веРХl!ОСТИ.
41
времени этот процесс, достиrнув HeKoToporo уровня, устанавли
вается.
Вместе с увеличением числа единичных схватываний проис-
ходит отмечаемое осциллоrраммой быстрое увеличение момента
сил, необходимоrо для разрушения этих схватываний, а также
соответствующее увеличение температуры поверхностей.
Наличие маКСИ11ума на осциллоrрамме моментов (рис. 20 и 21)
может быть объяснено лишь одновременным влиянием на процесс
двух противоположно действующих факторов.
В качестве одноrо из таких факторов может быть принято
описанное выше сперва быстрое, но постепенно замедляющееся
нарастание числа единичных схватываний.
Друrим противоположно направленным фактором MorYT
быть лишь явления, связанные с изменением температуры, в pe
зультате нарастания которой момент трения снижается:
из за снижения прочности металла (рис. 22) и, следовательно,
уменьшения момента сил и мощности, необходимых для разру
шения ставших менее прочными мостиков схватывания;
из за появления на поверхностях трения жидкой фазы металла,
иrрающей роль смазки и уменьшающей величину коэффициента
трения 1.
В обоих этих случаях действие BToporo фактора, как и пер
Boro, сперва интенсивно, но затем, по мере приближения темпе
ратуры к точке плавления, постепенно замедляется. Этому спо
собствует теплоотдача от стыка в окружающий холодный металл
детали, а также потери тепла с металлом, выдавливаемым в rpaT.
В результате cOBMecTHoro действия указанных выше двух фак-
торов процесс неизбежно приводится к самореrулированию:
момент и мощность трения достиrают HeKoToporo установившеrося
значения (рис. 20 и 21).
При рассмотрении зависимостей изменения тепловыделения
во времени удобно весь процесс HarpeBa при сварке трением условно
разделить на 3 фазы (рис. 21):
первая (начальная) фаза, характеризующаяся преобладанием
явлений внешнеrо (cyxoro или rраничноrо) трения Тl;
вторая фаза, начинающаяся с появления схватываний и ха-
рактеризующаяся процессом бурноrо увеличения числа очаrов
еДиничноrо схватывания, L 2;
третья фаза, отличающаяся высокими температурами и TeH
денцией процесса к установлению, L 3'
Из рассмотрения осциллоrрамм мощности с точки зрения ко-
личества тепла, выделенноrо в разных фазах процесса сварки
трением, видно, что в первой и второй фазах процесса тепловы
1 Хотя расчетное и экспериментально полученное значения усредненных
температур стальных поверхностей трения лежат в пределах 950 13000 С, не
исключено, что некоторые наиболее наrруженные точки этих поверхностей MorYT
достиrать и температур плавления.
42
деление незначительно. В частности, соответствующий расче't,
проведенный для осциллоrраммы, представленной на рис. 20,
дает следующие результаты в %:
Количество тепла, выделенноrо впервой u фазе
» » » во втором »
» » » в третьей »
1
12
87
2
v 1\
:} 1
5 I
...... Ir "
4 .
, '\
6 .....-t ..... "
+'
[р'- ч--
" .....
зl\ / \ I
' D,1%C
1"', 2 0,26
3 0,50
1/.... \ 4 0,76
5 0,g8
1" 1/ \ 6 1,19%C I
02 "- 1\
ro" \\ I
!« 1\ L\
О 1
i\ ' \.
'о 1\ \ \
\ i\\ I\.
D \
100
90
'""
80
Q
Ic
:::,
:::,
70
1:>::
t:
60
t::<..
50
::t:
::.-
4
'"
Q)
сс::,
з
о
400 6ОО 800
Температура, ос
Рис. 22. Изменение предела прочности уrлеродистых
сталей в зависимости от температуры [25, 40]
200
1000
Можно считать, что HarpeB деталей до состояния повышенной
пластичности необходимой для образования прочноrо cBapHoro
соединения, 'происходит почти исключительно в третьей фазе
процесса.
Это очень важное положение было MHoroKpaTHo проверено на
разных режимах сварки путем одновременноrо осциллоrрафиро-
43
вания изменения осадки и момента сил. Эксперименты полностью
ero подтверждают: начало осадки приблизительно совпадает во
времени с максимумом момента сил (мощности).
Таким образом, можно утверждать, что в первой фазе про
цесса имеет место явление внешнеrо трения, лишь провоцирую
щее интенсивный HarpeB. Характерной особенностью второй фазы
является HarpeB TOHKoro поверхностноrо слоя деталей и появле-
ние очаrов схватывания. В третьей фазе процесс схватывания
распр страняется на всю поверхность трения, происходит интен
сивныи HarpeB приповерхностных слоев металла и сопутствующая
ему пластическая деформация свариваемых деталей (выдавливание
металла в радиальных направлениях).
Так протекает HarpeB при сварке трением. Как было выяснено
выше, HarpeB является одним из необходимых условий свар ки
подавляющеrо числа металлов и сплавов. Однако нельзя отожде-
ствлять HarpeB и процесс сварки, как нельзя процесс сварки отож
дествлять с ето результатом образованием cBapHoro соединения.
Если повышение температуры деталей от трения начинается уже
в первой фазе HarpeBa, то процесс сварки начинается с момента
возникновения первых схватываний, т. е. только во второй фазе.
Затем, по мере интенсификации схватываний и распространения
их на всю поверхность трения, ицтенсифицируется и процесс
сварки; поверхности трения оказываются полностью подrотовлен
ными к образованию cBapHoro соединения. Но сварное соединение
образоваться не может до тех пор, пока продолжается их относи
тельное перемещение (HarpeB) и наряду с образованием металли
ческих связей идет процесс их немедленноrо разрушения. Сварное
соединение образуется "лишь п о с л е прекращения тепловы
деления (вращения). На этой стадии стадии проковки
взаимно неподвижные и охлаждающиеся детали должны под
верrаться действию внешнеrо, сжимающеrо усилия; при этом
в ряде случаев величина давления проковки, по сравнению с дав-
лением при HarpeBe, выбирается более высокой.
8. ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ
ОТ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ И ДАВЛЕНИЯ
uОпыты, поставленные с целью изучения влияния относитель-
нои скорости вращения и давления на интенсивность тепловыделе
ния при сварке трением, привели к несколько неожиданным, но
весьма интересным результатам.
Обычно считают, что интенсивность тепловыделения при
сварке трением должна возрастать, а длительность процесса
при прочих равных условиях сокращаться с увеличением
скорости относительноrо движения.
Однако экспериментально полученные зависимости машинноrо
времени процесса сварки от скорости вращения (рис. 23) в значи
44
1ельном дИапазоFiе скоростеЙ (800 3()OO об/мин) обнаруживйют
обратное: с увеличением скорости вращения машинное время
процесса сварки возрастает. Можно считать, что эта зависимость
в указанном диапазоне скоростей практически линейна. Такой
ее характер подтверждается не
только хронометрированиемдли tн,СС/(
тельности процесса, но и внеш
ним видом сваренных образцов:
по виду «воротника» также мож
но заметить, что с уменьшением
скорости вращения интенсив
ность HarpeBa возрастает.
Но еще более убедительны
в этом отношении результаты
обработки осциллоrрамм, пред
ставленные на рис. 24 и 25.
Если полаrать, что для дости
жения эфректа HarpeBa данных
деталей до заданной темпера
туры требуется некоторая впол
не определенная энерrия, то из
рис. 24 становится ясной при
чина увеличения длительности процесс а с ростом скорости Bpa
щения; это происходит в результате уменьшения мощности.
10
в
б
4
о
2
О
1000
2000 3000
п, об/мин
Рис. 23. Зависимость времени HarpeBa
от скорости вращения. Материал
малоуrлеродистая сталь: rz; 20 мм;
рн. == 5 КЛ мм 2 ; осадка HarpeBa 5 мм
[1+'[;2 се/( 'Сз,ССХ
N yiJ, 2 ZO 10
8т/мм
2Ь 1,6 8
1,2 6
20
0,8 4
'б
О/! 2
О О 1БОО
/000 lБОО О БОО тои
п,оо/мин п,о'бjмuн
Рис. 24. Мощность тепловыделения Рис. 25. Длительность различных фаз
в зависимости от скорости враще процессов HarpeBa в зависимости от CKO
ния. Малоуrлеродистая сталь: рости вращения. Малоуrлеродистая сталь:
rz; 20 мм; рн. == 5 кпмм 2 ; осадка rz; 20 мм; осадка 6 мм:
HarpeBa 5 мм 1 и 3 Рн. == 6 кТ/мм 2 ; 2 Рн. == 4 кТ!мм 2
Из рис. 25 ясен провал кривой, изображенной на рис. 23.
При скоростях вращения ниже 800 06/ мин (применительно к
исследованным режимам, материалу образцов и их сечению)
45
nрейалирующее влияние на длительность nроцесса 01\аэыаютT
ero начальные фазы ('Т: 1 И 1,"2); при скоростях вращения
п> 800 об/мин превалирующее влияние на длительность про-
цесса оказывает третья ero фаза.
Рис. 25 обращает на себя внимание и с точки зрения различ
Horo характера изображенных на нем зависимостей. Изменение
длительности течения начальных фаз процесса от скорости вра-
щения противоположно по характеру изменению длительности
третьей фазы. Если первая зависимость может быть приближенно
описана уравнением
А'
1,"1 + 't2 '
п
(21)
показывающим обратную зависимость 1,"1 + 1," 2 от скорости вра-
щения, то вторая зависимость
1,"3 В'п + С'
(22)
обнаруживает почти линейный характер изменения 1,"3 (п) в ши
роком диапазоне скоростей вращения (здесь А, В, С постоян
ные).
Если полаrать, что при обычных для сварки трением CKOpO
стях вращения плавление металла на поверхностях трения OTCYT
ствует (а это подтверждается неоднократными измерениями TeM
ператур в стыке, проведенными как автором [9], так и друrими
исследователями [16, 51 ]), то из двух названных на стр. 12 при
чин спада момента и мощности в третьей фазе HarpeBa остается
лишь одна: уменьшение сопротивления срезу по мере роста TeM
пературы приповерхностных слоев металла. Если это верно, то
из изложенноrо MorYT быть сделаны следующие выводы, под-
тверждающие высказанные выше предположения:
на ПРОТЯ2Кении процесса сварки трением, начиная от первой
фазы HarpeBa и кончая началом образования cBapHoro соединения,
явления поверхностноrо трения (rраничноrо, а затем cyxoro
и чистоrо) постепенно уступают место явлениям, связанным с раз
рушением образующихся металлических связей, т. е. с прочностью
металла на срез (в температурных условиях стыка);
в соответствии с этим, должны изменяться закономерности,
которым подчиняется процесс сварки трением в начальной и ко-
нечной стадиях.
Следует отметить, что приведенные выше зависимости времени
HarpeBa от скорости вращения были получены автором [9] из
экспериментов, проведенных при постоянной величине осадки
HarpeBa. Предполаrалось, что эта величина; как важнейший
параметр процесса сварки трением, определяющий свойства по
лучаемоrо соединения, должен всеrда быть не ниже определенноrо
значения.
46
, , Если же назначать режим процесса так, чтобы доводить ero
только до установившеrося значения тепловыделения и при этом
независимо от величины осадки (деформации), то, как показано
в работе [16], зависимость необходимоrо вр.:мени HarpeBa от ско-
рости вращения отличается от приведеннои выше.
11
R УТОЧНЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ
Результатом экспериментов, описанных в конце предыдущеrо
параrрафа, явилась возможность откорректировать аналитические
выражения момента и мощности тепловыделения; соrласование
уравнений (14) и (16) с зависимостью, изображенной на рис. 24
(Nyan const), оказалось возможным лишь при условии
f == ( )2 . (23)
По сказанному выше, величину t в конце процесса HarpeBa
при трении нельзя уже называть коэффициентом трения; пра
вильнее в этом случае rоворить о напряжении среза, соответ-
ствующем данному температурному состоянию металла в стыке.
Эта мысль, высказанная ранее автором [12], была затем разра-
ботана В. П. Воиновым в ero диссертации [17]. Характер зави
симосТи 't cP (nR) для трубчатых сечений близок к зависимости,
описанной уравнением (23).
Совместное решение уравнений (12) и (13) с уравнением (23)
и последующее интеrрирование приводит к следующим конечным
результатам:
I
.
k .
м === 2:л;р R [кТ ,мм1,
п
(24)
N :::::::: 2:л;р R 10 6 [квт]
п
(25)
или
N:::::::: 2р :R S10 6 [квт];
N уд === == 2р :R 10 3 [вт/мм 2 ).
(26)
(27)
Во всех этих выражениях k постоянная, имеющая размер
ность квадрата линейной скорости (мм 2 /мин 2 ). Ее численное
выражение зависит от свойств свариваемых материалов: для
малоуrлеродистой стали, в частности 1, k === 1,6.107 мм 2 / мин 2 . По-
лученныIe уравнения удовлетворительно соrласуются с экспери-
ментальными данными и MorYT быть рекомендованы для практи-
ческоrо ис пользования при выборе режимов сварки трением;
1 В первом издании кииrи оuщбочно БJ>IЛО дано k == 8.107 MM 2 fMU1-l 2 .
47
они также постоянно используются нами при расчете основных
параметров вновь проектируемоrо оборудования для сварки
трением 1.
На ХХI KOHrpecce Международноrо института сварки (1968 r.,
Варшава) был обсужден доклад доктора Накамура (Япония),
rде в качестве итоrа тщательных экспериментальных исследова-
ний автора по сварке трением малоуrлеродистых сталей приведено
следующее выражение для момента трения:
М == 290 O,538 R ( ) 1,2 F
Р 1000 [к ''мМ],
(28)
откуда
N k' R V
п О ,2'
(29)
rде k' постоянная.
По своей структуре выражение (29) похоже на (25), однако
результаты расчетов по ним не совпадают. Причины TaKoro pac
хождения пока не ясны и подлежат изучению.
1 При расчетах удельной мощности из условий ее постоянства независимо
от величины сечения свариваемых деталей следует выдерживать требование
== const; для малоуrлеродистых сталей эта величина равна 5.10 4
кП(мм/мuн..).
rлава v
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
И РЕКОМЕНДУЕМЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ ТРЕНИЕМ
,.
10. РОЛЬ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ В ПРОЦЕССЕ СВАРКИ ТРЕНИЕМ
Независимо от точки зрения и взrлядов на характер и при
роду сил, возникающих между двумя твердыми телами при их
сближении, и, следовательно, на механизм образования свар-
Horo соединения в твердой фазе, в настоящее время можно считать
установленным, что деформирование иrрает в этом процессе
важнейшую роль.
Как было показано выше, лишь блаrодаря деформации смя
тия микровыступов соединяемые поверхности MorYT сблизиться
до такой степени, что фактическая площадь их контакта становится
соизмеримой с номинальной. В этом процессе большое значение
имеет HarpeB как средство, помоrающее довести до состояния по
вышенной пластичности приповерхностные слои металла и, сле
довательно, облеrчающее образование cBapHoro соединения.
В процессе образования cBapHoro соединения при температурах,
лежащих ниже точки плавления, большое значение имеет и де-
фармация приповерхн )Стных слоев металла в макромасштабах.
Разрушение оксидных пленок, покрывающих контактирующие
поверхности, и удаление обломков этих пленок из стыка в rpaT
обязано пластическому течению металла в плоскости стыка,
т. е. деформациям, развивающимся в относительно толстых слоях
металла, измеряемых десятыми долями миллиметра.
Указанные функции деформации имеют место и при сварке
трением, но в этом процессе деформирование металла иrрает зна
чительно более важную роль, чем в друrих видах сварки в твердой
фазе. При сварке трением подводимая извне и необходимая для
сварки энерrия преобразуется в тепло в процессе и в рез у ль-
т а т е Д е фор м и р о в а н и я и разрушения приповерхностных
объемов металла. Таким образом, их деформация, являющаяся
I
11
_1
!I
4 е. 11. 6и.llJЖЬ
49
в значительной мере функцией температуры и теп.тювыделения,
с друrой стороны, сама является причиной тепловыделения. При
сварке трением, следовательно, существует не только прямая связь:
теплота температура деформация, но и обрат
ная связь: Д е фор м а Ц и я т е п л о т a те м пер а т ура.
Эта обратная связь приводит к замкнутости цикла тепловыде
ления, что является причиной ero самореrулирования и стремле
нием к установившемуся значению, которое, как показывает
опыт, однозначно определяется для данноrо металла внешними
(независимыми) параметрами процесса cKopocTыo вращения
и приложенным вдоль оси усилием (удельным давлением).
"Рис. 26. Макрошлифы (диаметральное сечение) образuов, сваренных трением.
]v1алоуrлеродистая сталь: f2J 20 мм; Рн. ==5 кТ/мм 2 ; осадка 5 мм. Скорость вра-
. щения: а п == 3000 об/мин; б п == 800 об/мин; в п == 400 об/мин
Эта обратная связь тепловыделение в результате деформи-
рования определяет специфическую роль деформации при
сварке трением, отличающую этот процесс от друrих видов сварки
давлением.
Друrой особенностью деформации в процессе сварки трением
является, как было выяснено ранее, автоматическое (самопроиз-
вольное) выравнивание температур по поверхности трения.
Однако коrда речь идет о деформации при сварке трением, сле
дует разrраничивать это понятие, по крайней мере, в двух сле
дующих аспектах: а) деформацию микрообъемов нужно отличать
от деформации в макрообъемах; б) деформацию смятия (ползу
чести) от деформации среза при кручении.
Опыт и элементарный расчет показывают, что деформация
смятия в энерrетическом балансе процесса сварки трением иrрает
лишь второстепенную роль; механическая работа (как произведе
ние oceBoro усилия на величину осадки), затраченная на чистое
смятие микровыступов и выдавливание из стыка металла, CTaB
шеrо в результате HarpeBa пластичным, не превышает 2 3 %
от общей энерrии, затраченной на сварку. Следовательно, в энерrе
тическом балансе тепловыделения при сварке трением домини
рующую роль иrрает деформация кручения (среза микровыступов,
разрыва атомных связей в ллоскостц трения, более или менее
50
rлубинuоrо вырыва частиц металла с nоверхuости одной детали
при относительном перемещении друrой). u
Деформация среза микровыступов в какои-то мере помоrает
сближению поверхностей и умножению числа единичных контак-
тов и этим облеrчает задачу образования связей. Поэтому и в фи
зическом аспекте в процессе сварки трением деформация среза
а не только смятия имеет очень важное значение.
Микро и макродеформации следует различать потому, что про
цессы образования связей между поверхностями (независимо от
толкования их природы) присущи субмикрообъемам металла и
вовлечение в этот процесс ОТНОСIIТельно толстоrо «подслоя» Teop -
тически не требуется 1, В то время как тепловыделение при сварке
трением может в зависимости от режима процесса происхо
дить И В микро И В макрообъемах металла. Режим процесса в этом
случае определяет характер взаимодействия трущихся поверх-
ностей. При малых скоростях относительноrо движения поверх
ностей трения в процессе износа поверхностей имеет место rлубин
ное вырывание частиц металла (что,"' по Краrельскому [ 2],
связано с малыми rрадиентами температур и механических своиств
металла в направлении, нормальном к поверхности трения); при
относительно больших скоростях движения rлубинное вырывание
отсутствует, оно уступает место процессу полирования поверх
ностей, коrда отрываются лишь мельчайшие частицы металла
[ 1 7; 29] . "
в первом случае в процессе теплоrенерирования у;аствуют
значительные по толщине (до нескольких десятых долеи милли
метра) приповерхностные слои металла; во втором процесс
rенерирования тепла обязан преимущественно разрушению по
верхностных связей и толщина теплоrенерирующеrо слоя может
быть пр и этом минимальной.
Зависимостью толщины этоrо слоя от режима процесса может
быть объяснен кажущийся парадокс: экспериментально YCTaHOB
лено, что с увеличением скорости вращения температура поверх-
ностей трения несколько возрастает, несмотря на то, что при этом
мощность, расходуемая на сварку, заметно уменьшается (рис. 24).
Здесь дело заключается в том, что при малых скоростях вращения
в процессе rенерирования тепла оказываются вовлеченными зна-
чительно большие объемы металла (рис. 26), чем при увеличенных
скоростях вращения; это влечет за собой увеличенные расходы
энерrии и мощности. Но относительно толстый слой металла,
доведенноrо до повышенных температур, леrко выдавливается
и уносит с собой из стыка в rpaT значительную часть тепла. В
результате температура на поверхностях трения, к которым
1
I
I
I
I
I
11
1 Практически, из за rрубых неровностей поверхностей деталей, !lеобходимо
обеспечивать осадку при сварке трением, измеряемую единицами, своиственными
макродеформацУЯМ.
4*
51
в пРоцессе дефорМИРО13анЙЯ nодходЙт оолее холодный металЛ,
оказывается ниже, чем при повышенных скоростях вращения.
Но независимо от Toro, каков характер деформаций (смятия
или среза) и в каких (MaKpo или микро ) масштабах они проис
ходят, роль деформирования металла в процессе сварки трением,
как было выяснено, чрезвычайно важна и мноrоообразна; без
необходимой степени деформации получить доброкачественное
соединение невозможно.
Было показано, что при заданном режиме трения (скорости
вращения и удельном давлении) осадка не должна быть менее
[30 определенной величины; в приведенном
180 на рис. 27 примере уrол заrиба на 1800
при испытании сваренных образцов
обеспечивается при осадке не менее 3 мм.
Об ответственности пластическоrо
деформирования металла в зоне стыка
за доброкачественность образующеrося
соединения свидетельствуют также сле
дующие соображения.
Как было показано выше, в началь-
ной стадии процесса HarpeBa при трении
имеет место куполообразная форма эпю
ры нормальных давлений (рис. 15).
Было выяснено также, что такая форма
этой эпюры обязана действию сил Tpe
б ния на поверхностях контакта и что
в периферийных зонах этих поверхно-
стей значение нормальных давлений
сравнительно невелико. А так как оно
определяется сопротивлением металла
ползучести, то, по мере HarpeBa, Ркр
уменьшается, стремясь в пределе к ну-
лю. Из за этоrо, при малых значениях
осадки HarpeBa, при сварке трением можно наблюдать дефект в coe
динениях, называемый обычно «кольцевой непровар». Он пред
ставляет собой кольцо, расположенное на периферии поверхности
трения, в пределах KOToporo из за недостаточноrо нормальноrо
давления сварное соединение оказалось недоброкачественным.
Однако кольцевой непровар обычно отсутствует в соединениях,
отличающихся наличием относительно больших размеров «BO
ротника» (rpaTa), т. е. таких, процесс деформации которых про
шел достаточно полно. Это объясняется тем, что по мере образова
ния rpaTa, поверхность трения увеличивается в размерах и зона
низких нормальных давлений на периферии смещается за пределы
исходноrо сечения детали в воротник (рис. 28). К тому же металл
воротника сравнительно быстро охлаждается, становится менее
пластичным, ero сопротивление ползучести возрастает, а вместе
с ним увеличивается значение РКР' Таким образом, образование
rpaTa при сварке трением способствует выравниванию эпюры
нормальных давлений в стыке и улучшению качества cBapHoro
соединения.
Эта особенность процесса положена в основу применения коль
цевой оправки, так называемой осадочной матрицы, при сварке
трением деталей из материалов с резко различными пластиче
скими свойствами при температурах
сварки (см. rл. УН).
Таким образом, пластическое дe
формирование металла при сварке
трением, действительно, является
необходимым условием образования
доброкачественноrо соединения. При
разработке основ теории и техноло
rии сварки трением пластическая де-
формация была принята как один из "Р н
основных параметров процесса, а ее
мерой была принята величина сбли
жения в осевом направлении свари
ваемых деталей осадка.
Друrим параметром процесса
моrла бы быть принята температура
в стыке или, например, мощность теп
ловыделения, однако ОI;IИ сами не яв-
ляются независимыми переменными,
и, как видно из rл. IV и п. 16 настоя-
щей rлавы, определяется для данной
пары металлов скоростью относительноrо движения (вращения)
поверхностей трения и величиной давления HarpeBa.
Поэтому двумя друrими основными параметрами процесса
и были приняты скорость вращения и величина давления (удель
Horo) при HarpeBe. Иноrда эти два параметра называют энерrети
ческими параметрами, в то время как величину осадки считают
параметром технолоrическим. Такое разделение основных пара
метров процесса сварки трением на энерrетические и технолоrи
ческие несколько условно. При более внимательном рассмотрении
явлений, протекающих на поверхностях трения при сварке, обна
руживается неправомерность TaKoro cTpororo разделения основных
параметров. Связь между ними значительно сложнее, почему выше
(см. rл. IV) и отмечалась невозможность их произвольноrо варьи-
рования при выборе оптимальноrо режима сварки; например,
удельное давление не только параметр , определяющий величину
тепловыделения; от ero изменения (при одинаковых температурных
полях в свариваемых деталях) зависит степень деформации Me
талла и, следовательно, удельное давление является одновременно
и технолоrическим параметром.
140
100
БО
400
2 4
ОсаОlfа наере8а ,ММ
Рис. 27. Зависимость уrла за-
rиба (при испытании cBapHoro
соединения) от осадки. Мало-
уrлеродистая сталь: f2J 30 мм;
Рн. == 4,0 кпмм 2 ; Рпр ==
== 12 кпмм 2 ; п== 1000 об/мин
[9]
52
а
'<::
2fi
Рис. 28. Схема распределения
давления по сечению круrлых
образцов; в присутствии rpaTa
Ра Ркр,
'.
I
11
11
I
I
I
53
1
Форма температурноrо поля в деталях в значительной мере
зависит от интенсивности (мощности) тепловыделения. Можно
сеое пр"едставить такие два режима сварки, при которых макси-
мальные температуры в стыке были бы одинаковыми, а проrрев
деталей в rлубину (в направлении, нормальном к поверхности
трения) различным; это нетрудно достиrнуть варьированием
произведения рп, т. е. изменением мощности тепловыделения,
при соответствующем изменении времени действия источника тепла.
А различный по величине rлубинный проrрев деталей неизбежно
отразится на ширине зоны термическоrо влияния и структуре
металла в ней, т. е. в конечном итоrе, на характеристиках CBap
Horo соединения. Таким образом, оба энерrетических параметра
при ближайшем рассмотрении MorYT быть, в известном смысле,
причислены к технолоrическим параметрам процесса сварки тре-
нием.
Иноrда высказываются соображения о том, что наряду со
скоростью вращения и удельным давлением следует в качестве
TpeTbero OCHoBHoro параметра процесса выбрать время, т. е. дли-
тельность HarpeBa (длительность действия источника тепла). Это
соображение обосновывается тем, что при заданной тепловой мощ
ности (скорость вращения и удельное давление) время HarpeBa
для данной пары деталей вполне определяет величину энерrии,
затраченной на сварку, форму температурноrо поля и вообще
весь тепловой режим процесса; а деформация является лишь
функцией этоrо режима.
С точки зрения практики применения сварки трением, в ряде
случаев использование времени как TpeTbero параметра процесса
(вместо осадки) можно считать целесообразным (об этом см. в п. 12),
однако такая замена не учитывает роль некоторых второстепенных
факторов, влияние которых может изменить коэффициент трения,
а следовательно, и мощность тепловыделения, даже при неизмен-
ных значениях удельноrо давления и скорости вращения; в oco
бенности это имеет значение для начальных фаз процесса. Не учи
тывается при этом и роль давления, которое может варьироваться
при сохранении неизменной мощности тепловыделения и этим
влиять на величину осадки.
Обычно величина осадки, или продолжительность HarpeBa,
используется в машинах для сварки трением для автоматическоrо
прекращения тепловыделения, коrда одна из этих величин достиr-
нет наперед заданноrо значения. Выбор одной из них для такой
реrламентации процесса зависит от ряда условий; этот вопрос
освещен ниже, в соответствующем разделе rлавы. Здесь же важно
еще раз подчеркнуть, что произвольное варьирование одноrо
из основных параметров процесса совершенно недопустимо и что
сварное соединение удовлетворительноrо качества может быть
получено лишь при условии правильно выбранноrо с о ч е т а
н и я всех трех основных параметров.
54
Важно также отметить, что однажды выбранные параметры
режима сварки должны выдерживаться cTporo постоянными,
так как, например, уменьшение установленноrо времени HarpeBa
или величины осадки может привести к неполному удалению из
стыка окислов, неравномерному проrреву сечения свариваемых
деталей, а увеличение к излишнему переrреву металла, росту
зерна в зонах термическоrо влияния и ухудшению механических
характеристик металла. В результате в обоих случаях может
иметь место снижение прочности cBapHoro соединения. Аналоrич
ный эффект может быть получен при нестабильности давления
и скорости вращения.
Наконец, еще одним четвертым основным параметром
процесса сварки трением является давление проковки.
Стадия проковки, наступающая тотчас же после окончания
стадии HarpeBa (т. е. в момент торможения вращавшейся детали),
характеризуется тем, что металл, доведенный в результате HarpeBa
до требуемых температур в стыке и достаточно проrретый вдоль
оси деталей, подверrается воздействию внешнеrо усилия, обжатию,
проковке. Это оказывается необходимым для окончательноrо
сближения деталей, для «залечивания» пустот, которые моrли
образоваться в процессе относительноrо движения контактирую
щих поверхностей. На рис. 9 бы.тIO показано, какое большое зна
чение имеет давление проковки для получения доброкачественноrо
cBaPHoro соединения.
Ниже, в соответствующих разделах rлавы, изложены основные
принципы выбора основных параметров процесса сварки трением.
41
11. подrОТОВКА ДЕТАЛЕЙ К СВАРКЕ
"
На выбор основных параметров процесса сварки трением может
оказывать влияние начальное состояние поверхностей трения:
степень их заrрязненности, шероховатость (чистота обработки),
форма.
Указанные факторы мало влияют на ход процесса и ero резуль:,
тат (качество образовавшеrося cBapHoro соединения) при сварке
трением деталей из одноименных материалов; наоборот, они
MorYT оказать значительное влияние и на ход процесса и на ка-
чество соединения при сварке деталей из материалов с разли-
чающимися физико химическими свойствами. ---
При сварке одноименных металлов и сплавов на «завязыва-
ние» тепловыделения некоторое влияние MorYT оказать различные
вещества, адсорбированные поверхностями трения, заrрязнения,
а также пленки окислов, которые неизбежно покрывают любые
металлические поверхности, в том числе и подлежащие соединению
при сварке. Степень заrрязненности может меняться от детали
к детали. Вместе с нею изменяется и длительность первой фазы
иаrрева, т. е. время, необходимое для удаления (вытеснения,
55
1.
выжиrания) смазки и заrрязнений с поверхностей трения, или
время, необходимое для возникновения первых очаrов схваты-
вания. При реrламентации HarpeBa по времени различная дли-
тельность первой фазы процесса в отдельных случаях может
привести к дефициту времени, остающеrося для друrих фаз на-
rpeBa или, во всяком случае, вызовет непостоянство их длитель-
ности. Это. в свою очередь, может отразиться на непостоянстве
тепловыделения и, значит, на качестве образующеrося CBap
Horo соединения.
Одним из средств борьбы с этим, разумеется, нежелательным
явлением может служить переход к реrламентации процесса на-
rpeBa по осадке вместо реtламентации по времени (см. п. 12 настоя-
щей rлавы). Если же это по каким либо причинам невозможно,
то следует детали перед сваркой очищать от жира и заrрязнений,
например, с помощью протирки их торцовых поверхностей чистой
тряпкой; в большинстве случаев этоrо вполне достаточно и лишь
в некоторых случаях, в виде исключения, приходится прибеrать
к обезжириванию этих поверхностей химическими средствами.
Указанное влияние жировых пленок и rрязи на дестабилиза-
цию .качества сварных соединений проявляется ярче при малых
скоростях вращения, коrда длительность 1 и 2 й фаз процесса
HarpeBa является определяющей в общем балансе времени (см.
рис. 23, 24, 25). Поэтому увеличение скорости относительноrо
вращения может отразиться блаrоприятно на стабильности Ka
чества сварных соединений, плохо обезжиренных до сварки дe
талей.
Такл{е блаrоприятно сказывается в этих случаях увеличение
давления HarpeBa.
Тонкие окисные пленки на соединяемых поверхностях при
сварке деталей из одноименных металлов не приносят вреда
сварному соединению и почти не влияют на течение процесса
HarpeBa; они быстро разрушаются при трении и их обломки вы-
носятся из стыка вытесняемым в радиальных направлениях
металлом.
На поверхностях трения недопустимо лишь присутствие ока-
лины. На деталях, подверrавшихся до сварки ковке, штамповке
или некоторым видам те'рмической обработки, эти поверхности
должны быть очищены от окалины любым доступным на данном
предприятии способом.
Подrотовка торцовых поверхностей под сварку трением может
быть выполнена самыми различными способами: подрезка на то-
карном станке, рубка на ножницах и под прессом, разрезка пилой
или наждачным KpyroM и друrие. В этом отношении процесс
сварки трением одноименных материалов весьма непритязателен.
Проводились специально поставленные опыты, позволившие YCTa
новить, что при сварке трением двух стержней из одноименных
материалов перпендикулярность торцов оси вращения вовсе не
обязательна; отклонение может Достиrать 5 76 без заметноfд
влияния на качество cBapHoro соединения. При этом лишь тре-
буется вести процесс с реrламентацией по времени. Не подрезан.
ная центральная часть торцовой поверхности при ее токарнои
обработке, различноrо рода заусенцы, в том числе и крупные,
остающиеся, например, на краю поверхности при разрезке за-
rотоВКИ пилой и т. П., В этом случае также не влияют на процесс
сварки трением и ero результат. Все эти небольшие по сечению
выступы на торцовых поверхностях почти MrHoBeHHo стираются
в самом начале сварки.
При соединении встык двух деталей одинаковоrо диаметра,
но из материалов, обладающих различной степенью пластичности
при температурах сварки, требования к подrотовке торцов не-
сколько усложняются: деталь из более твердоrо и плохо деформи-
рующеrося материала требует более жестких допусков на обра-
ботку торца. Если одна из деталей в процессе сварки практически
не деформируется вовсе (например, сталь при сварке... с алюми
нием), требуется очень тщательная торцовка такои детали,
торцовый бой не должен при этом превосходить 0,2 мм, в про-
тивном случае возможно получение недоброкачественноrо соеди-
нения. Такую точную обработку лучше Bcero выполнять в
патроне сварочной машины, снабдив последнюю для этоrо спе-
циальным резцовым суппортом.
Тщательная торцовка необходима также при выполнении
с помощью сварки трением Т-образных соединений дa e из ОДИ
наковых материалов и в особенности, если к развитои плоскои
поверхности приваривается деталь трубчатоrо сечения; в послед-
нем случае неперпендикулярность плоскости трения относительно
оси вращения неизбежно приводит к неплотному (хотя иноrда
и прочному) соединению.
Что касается боковых поверхностей деталей, то при сварке
трением к ним никаких требований не предъявляетс ; они MorYT
быть жирными, заrрязненными, покрытыми окалино или ржав-
чиной; все это ни в какой мере не отражается на своиствах полу-
чаемоrо cBapHoro соединения. Этой особенностью сварка трением
выrодно отличается от друrих видов сварки. Ниже приводятся
некоторые общие рекомендации по выбору режима сварки трением.
56
12. ВЫБОР МЕТОДА РЕrЛАМЕНТАЦИИ HArPEBA
ПРИ СВАРКЕ ТРЕНИЕМ
Все современные машины для сварки трением как автоматы,
так и полуавтоматы выполняют процесс собственно сварки
автоматически. Они прекращают тепловыделение по заранее
заданной проrрамме, причем, как уже упоминалось, эта проrрамма
может быть задана либо по времени HarpeBa, либо по величине
осадки HarpeBa. Некоторые виды оборудования позволяют
57
13. ВЫБОР СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ
От скорости относительноrо вращения в значительной мере
зависят потребляемая мощность (рис. 24) и производительность
процесса (рис. 23).
От скорости относительноrо вращения зависит и размер (тол-
щина) теплоrенерирующеrо слоя, а следовательно, и температур-
ное поле в свариваемых деталях. В. П. Воинов в работе [16]
58
показал, что это вызвано зависимостью характера износа поверх
ностей трения от скорости их относительноrо движения: в диапа
зоне сравнительно малых скоростей имеет место rлубинное BЫpЫ
вание частиц металла, в то время как при больших CKOpOCT X
движения наблюдается эффект полирования (и:нос лишь тончаи
ших приповерхностных слоев металла). В тои же... работе пока
зано, что в связи с этим MorYT изменяться и своиства сварных
соединений. Так, при исследовании сварки трением образ ов из
стали марки 20 обнаружено, что при увеличении скоростеи Bpa
щения ударная вязкость металла стыка повышается.
В указанной работе показано также, что с увеличением ско-
рости вращения сокращается машинное время процесса сварки
(установившееся значение момента сил и мощности наступает
раньше, чем при меньших скоростях), а вместе с этим значительно
уменьшается осадка HarpeBa и количество металла, вытесняемоrо
в rpaT и, следовательно, размеры воротника. В США также одно
время намечал ась тенденция к сварке на повышенных скоростях
вращения.
В то же время известны работы обратноrо направлен я [51],
в которых показаны преимущества пониженных скоростеи враще-
ния при сварке.
Таким образом, вопрос о рациональном выборе скорости
. вращения при сварке трением стал дискуссионным; OДHa o пред-
ложенные нами ранее режимы умеренных и, с нашеи точки
зрения, оптимальных скоростей вращения давно и с... успехом
применяются на большом числе советских предприятии; рацио
нальность этих режимов подтверждена также исследованиями,
проведенными позднее в Великобритании, Фрr, а также HeKO
торыми японскими данными.
Умеренные скорости вращения были нами приняты, исходя
из рассмотрения результатов исследований, частично приведенных
на рис. 23, 24 и 25. Эти скорости рекомендуются нами исходя из
следующих соображений:
чрезмерно малые скорости вращения, как показали экспери-
менты, приводят к доминирующей роли 1 и 2 й фаз HarpeBa в общем
балансе машинноrо времени процесса сварки; при этом, как
показано в п. 11 настоящей rлавы, суммарная длительность этих
фаз в значительной мере зависит от начальноrо состояния по-
верхностей, поэтому малые СJ{ОрОСТИ вращения (в особенности
при реrламентации HarpeBa по времени) MorYT привести к полу
чению сварных соединений с резко различными механическими
свойствами металла стыка и зон термическоrо влияния;
при относительно малых скоростях вращения в теплоrенери
ровании участвует сравнительно толстый слой металла, HarpeToro
до состояния повышенной пластичности; металл вытекает боль
Шими «каплями» (рис. 26, в), что может быть причиной появления
В стыке пустот;
hереходить ОТ bAH6f6 ИЗ этих способов реtлам нтации процесса
HarpeBa к друrому с помощью простоrо переключения в схеме
управления машины.
Как уже указывалось, реrламентировать процесс по осадке
рекомендуется в тех случаях, коrда торцовые поверхности дeTa
лей, подлежащих сварке, недостаточно чисты или покрыты слоем
ржавчины. Это в особенности уместно, если сварку предпола
rается вести при относительно малых скоростях вращения. При
такой реrламентации случайные изменения длительности первой
фазы никак не отражаются на Ходе процесса, так как HarpeB
прекратится (независимо от Toro, сколько времени прошло от
ero начала) лишь после Toro, коrда фактическая осадка HarpeBa
достиrнет величины заранее заданной и установленной по шкале
специальноrо прибора следящеrо устройства.
Но если детали имеют заусенцы, косые торцы или друrие
местные выступы на поверхностях контакта, высота которых
обычно соизмерима с величиной осадки, то реrламентация по
осадке в' этих случаях недопустима. Сближение поверхностей,
обязанное истиранию заусенца, следящее устройство машины
будет воспринимать и отсчитывать как начавшуюся осадку и
может случиться (если машина была настроена на оптимальное
значение осадки), что сварное соединение окажется снепроваром.
Этоrо можно избежать путем настройки машины на осадку с за-
ведомым запасом, однако такой режим работы приведет к сниже
нию производительности и излишнему расходу металла (в rpaT),
иноrда это может повлечь за собой также снижение качества
соединения, если металл деталей чувствителен к переrревам.
Сварка деталей с заусенцами различной высоты неизбежно повле
чет за собой при одинаковой настройке машины выполнение соеди
нений с различной фактической осадкой и, следовательно,
различноrо качества, что, естественно, нежелательно, а иноrда
и недопустимо. В этих случаях рекомендуется процесс реrламен
тировать по времени.
Таким образом, при выборе способа реrламентации HarpeBa
при сварке трением для получения соединений хорошеrо и оди
HaKOBoro (постоянноrо) качества следует исходить из условий
производства заrотовок под сварку и учитывать состояние их
торцовых поверхностей.
59
[1
I
при малых скоростях вращения (по сравнению с умеренными)
затрачиваемая мощность увеличивается, а в то же время произ-
водител ность процесса уменьшается;
при повышенных скоростях вращения сокращаются затраты
потребляемой мощности (рис. 24), однако подшипниковые (упор
ные) узлы машины для сварки трением находятся в значительно
более тяжелых условиях работы, нежели при умеренных скоростях.
Что же касается OCHoBHoro показателя качества получаемых
сварных соедине ий то, по данным опытов автора по сварке
малоуrлеродистои стали, оно лишь в небольшой степени зависит
от скорости вращения в достаточно широких пределах ее
изменения.
Таким... образом, для каждоrо сочетания металлов существует
некоторыи оптимум скорости вращения.
Выбранные нами, в результате тщательноrо анализа экспери-
ментов, рекомендуемые линейные скорости вращения лежат в пре-
делах O,6 3 /ceK 1; произведение из скорости вращения (п, об/мин)
на наружныи диаметр свариваемой детали (dfl' ММ) лежит в пре-
делах
Из изложенноrо следует, что наиболее рациональными являются
рекомендованные выше умеренные режимы скорости вращения и
отклоняться от них целесообразно лишь в тех случаях, коrда
будет доказана необходимость в таких отклонениях.
14. ВЫБОР ВЕЛИЧИНЫ УДЕльноrо ДАВЛЕНИЯ
HArPEBA И ПРОКОВКИ
Удельное давление, как выше отмечалось, иrрает большую
роль при HarpeBe деталей и в особенности в последней четвер-
той фазе процесса сварки, коrда необходимое усилие прикла
дывается к свариваемым деталям для максимальноrо сближения
их поверхностей. По аналоrии с кузнечной сваркой четвертая
1
фаза процесса сварки трением получила название про к CI в к и ·
nd li == (l,2 + 6,0) 104.
(30)
:b:lc:lP
t t t
Для боль инства черных металлов рекомендуется nd li ==.
== 3.104 (линеиная скорость вращения 1 м/сек).
Как исключение, для некоторых пар металлов рекомендуются
значительно более высокие скорости:
Для сварки красной меди ndfl == (4 4,5) 104
Для сварки титана. . . . ndfl== (8 10) 104
В оправдание повышенных скоростей вращения [61, 68, 16]
обычно приводятся следующие доводы:
повышенные скорости вращения позволяют несколько снизить
машинное время процесса;
при повышенных скоростях сокращается осадка HarpeBa и
объем вытесняемоrо в rpaT металла; уменьшается время на после
дующую операцию снятия rpaTa.
, С этими доводами можно соrласиться. Однако следует учесть,
что ри малых oca Kax требуется токарная подрезка торцов дe
талеи перед сваркои. Таким образом, небольшое сокращение Ma
шинноrо времени собственно сварки и времени на операцию сня
тия rpaTa покупается ценой значительно б6льших затрат времени
на подрезку торцов каждой из подлежащих сварке деталей.
Расчеты показывают, что в подавляющем большинстве случаев
это экономически нецелесообразно.
Рис. 29. Типичные формы кривых изменения давления во времени:
а uикл с постоянным давлением; б цикл с повышением дав-
ления при проковке; в цикл с постоянным нарастанием давления
при HarpeBe и повышенным давлением при проковке
От Toro, насколько сильно будет сжат (прокован) металл, посл
Toro как в стадии HarpeBa он был доведен до состояния повышеннои
пластичности, в большой мере зависит качество будущеrо CBap
Horo соединения.
В общем случае давление при HarpeBe и давление проковки
MorYT не быть одинаковыми и тоrда цикл давления (рис. 29)
приобретает ступенчатый характер 2.
Момент увеличения удельноrо давления при ступенчатом цикле
должен совпадать с прекращением тепловыделения (вращения).
Однако практически он иноrда упреждает, а иноrда отстает, так
как точноrо совпадения добиться трудно. Второй вариант пред
почтительнее, так как за несколько долей секундЫ (обычное
в практике рассоrласование указанных моментов времени) металл
стыка еще не успевает остыть и эффект проковки не изменяется,
в то время как в первом случае повышение давления при еще
1 Назвать четвертую фазу, как это делается при контактной электрической
сварке, осадкой нельзя, так как при сварке трением осадка имеет место на про-
тяжении Bcero проuесса сварки, в том числе и при HarpeBe, и не является поэтому
характерной особенностью завершающей стадии процесса.
2 Иноrда, в частности при сварке некоторых одноименных металлов, давле-
ние проковки может быть равным давлению при HarpeBe (Рпр == Рн.).
1 В США, вероятно, из патентных соображений сначала назывались ско-
рости порядка 10 м/сек (ДЛЯ сварки черных металлов); по новейшим сведенцям
эти значения скорости значительно СIiижень! (до 2 2,5 м'/сек').
60
61
продолжающемся. вращении вызывает излишнее (хотя и KpaTKO
временное) возрастание мощности тепловыделения, а вместе с нею
увеличение осадки, расхода металла, а также дополнительную
наrрузку на подшипники и пр.
Применение ступенчатоrо цикла давления (с повышением дaB
ления при проковке) дает не только технолоrические преимущества,
заключающиеся в улучшении механических показателей CBapHoro
соединения, но и позволяет вести процесс HarpeBa на несколько
пониженных удельных давлениях, по сравнению с процессом
при цикле постоянноrо давления и, следовательно, применять
оборудование меньших мощностей. При этом, конечно, COOTBeT
ственно увеличивается машинное время HarpeBa и, в связи с этим,
ширина зоны термическоrо влияния 1.
Применение ступенчатоrо цикла давления несколько услож
няет конструкцию машины, однако это окупается изложенным
выше преимуществом.
При сварке детаJIей из простых одноименных материалов
и с одинаковым размером сечения часто не требуется применения
ступенчатоrо цикла давления, например при сварке малоуrле
родистой стали. Иноrда даже ТРУДНО свариваемые композиции
(например, быстрорежущая сталь с конструкционной) удается
[52] успешно сваривать при цикле с постоянным давлением 2.
Однако эти примеры ЯВЛЯЮТСЯ, пожалуй, исключением из общеrо
правила. В большинстве случаев применение повышенноrо дaB
ления проковки необходимо.
Обычно отношение давления проковки Рпр К давлению при
HarpeBe Рн. выбирается из выражения
времейЙ, 13 коНце eto тепло распространяется на обширные области
металла, структура KOToporo от этоrо ухудшается. При чрез
мерно больших давлениях HarpeBa, как это ни кажется на первыи
взrляд парадоксальным, температура в стыке... снижается \ а это
не всеrда блаrоприятно сказывается на своиствах соединения.
Можно, однако, представить себе случаи сварки, коrда это явление
может быть полезно использовано. Давление проковки также не
должно быть чрезмерно малым (в противном случае не соблюдаетс
условие образования физическоrо контакта по максимальнои
площади), нельзя брать ero и слишком большим, так как при этом
наrретый (пластичный) металл в процессе проковки будет BыдaB
лен и в контакт вступят более холодные слои металла; в резу ль
тате качество сварки может оказаться неудовлетворительным.
Таким образом, и для давления при HarpeBe, и для давления
проковки, применительно к сварке каждоrо соч:тания метаJIЛОВ,
существует некоторая зона оптимальных значении. '
Конкретные значения этих величин пока ПРИХОДИТСЯ брать
на основании опытных данных.
Рпр
2.
Рн.
(31)
15. ВЫБОР ВЕЛИЧИНЫ ОСАДКИ HArPEBA
Как было указано выше, осадка является одним из основных
параметров процесса сварки. Механические свойства соединения
в значительной мере зависят от осадки HarpeBa, которая имела
место при ero сварке.
На рис. 27 показано, в качестве примера, вли
ние величины
осадки HarpeBa на уrол заrиба сварных соединении, прочностные
и пластические свойства которых хорошо выявляются при этом
виде испытаний. Изображенная кривая показывает, что для полу
чения хороших результатов сварки необходимо, чтобы осадка
HarpeBa была не менее определенной величины. ,
Это обстоятельство, а также соображения о роли деф,?рмации
и ее меры
осадки, высказанные в первом разделе этои rлавы,
послужили причиной Toro, что величина осадки HarpeBa пола
:
rалась независящей от скорости вращения и от диаметра свари.!.
ваемых заrотовок. Для всех опытов величина осадки принималась
постоянной и, в частности, при исследовании автором сварки
трением малоуrлеродистой стали осадка HarpeBa была принята
равной 5 -м-м. ...
Позднее нашими работами и работами друrих исследователеи
было установлено, что необходимая величина осадки Harpe
a
зависит от скорости вращения и от диаметра свариваемых деталеи.
Выше уже отмечалось, что после достижения установившеrося
тепловыделения продолжать HarpeB нецелесообразно. В то же
Однако известны случаи, коrда удовлетворительное качество
сварки соединения получалось, например, только при
Рпр
== 3,5 + 4,0. (32)
Рн.
Численные значения удельных давлений HarpeBa обычно KO
леблются от 1 до 8 KF/MM 2 (в зависимости от свойств свариваемых;
материалов); в редких случаях давление HarpeBa доводят до
10 KF/MM 2 . Давление проковки из названноrо выше условия
Рпр == 2рн. при этом варьируется от 2 до 15 KF/MM 2 , в очень редких
случаях достиrая 25 KF/MM 2 .
Такой, сравнительно узкий, диапазон давления объясняется
тем, что при малых давлениях HarpeBa процесс занимает MHoro
1 Для металлов и сплавов, чувствительных к переrревам, такой режим He
желателен. В этих случаях следует применять жесткие режимы, что, однако,
вовсе не исключает желательности повышенных давлений при проковке.
2 Для этоrо применяются повышенные давления.
1 При большем Дl'lвлении SllДllнная .в.еформация: nОJlУЧ<lется: при меньшей
степени пластичности металла, т. е. при меньших температурах.
62
63
йремя tюkазано (161, что достижение устаНОВИБшеrося значеНiНl
мощности тепловыделения происходит за различное время, которое
зависит от скорости враuцения, и что по мере ее увеличения это
время и осадка HarpeBa сокращаются.
Оптимальные значения времени HarpeBa или осадки HarpeBa
в любом случае леrко определить экспериментальным путем даже
в цеховых условиях: момент, коrда процесс тепловыделения достиr
нет установившеrося состояния, можно «засечь» хотя бы по ампер
метру, В1{люченному в цепь питания двиrателя машины [17].
Изменились представления и о вели-
чине осадки HarpeBa в зависимостиIот
диаметра свариваемых деталей. 'На
рис. 30 показан результат исследования
этой зависимости для нескольких марок
сталей. Способ экспериментальноrо
определения оптимальной осадки и Bpe
мени HarpeBa применительно к цеховым
условиям в этом случае тот же, что
указанный выше.
8
"
Q;)
2
t:s
:t:
:::s
t;:;
t:::I .,
t:s
с-)
020
40 60
Диаметр, мм
Рис. 30. Зависимость осадки
при HarpeBe от диаметра
свариваемой детали:
16. НАПРАВЛЕНИЯ В РАЗВИТИИ
РАСЧЕТНЫХ МЕТОДОВ ВЫБОРА
ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ СВАРКИ
ТРЕНИЕМ
в предыдущем параrрафе в самой
общей форме были изложены основные
рекомендации по выбору режимов сварки
трением. Этими рекомендациями, полученными в результате накоп
ления опыта исследований сварки трением и ее производственноrо
применения, и приведенными ниже таблицами рекомендуемых
режимов, также заимствованных из опыта, пока оrраничиваются
возможности Bы
opa режимов. Еще отсутствует математический
аппарат, которыи позволил бы определять оптимальные режимы
сварки трением расчетными методами. В создании TaKoro аIIпа
рата сделаны пока только первые шаrи.
Откорректированные экспериментом уравнения (24)
(27) уже
позволяют с достаточной степенью точности определять требую
uцуюся мощность двиrателя машины по заданным параметрам про-
цесса, или, наоборот,
находить сочетание параметров, при
котором данную деталь можно было бы сварить на данной машине.
Однако эти формулы пока не MorYT отвечать более высоким
требованиям, например определению оптимальных сочетаний
параметров для сварки данной детали. В названные уравнения
одновременно входит несколько переменных, а опыт работы
в области сварки :рением убедил в том, что при произвольном
изменении значении этих параметров, даже если соблюдены опре
64
1
минимальная; 2
peKOMeH'
дуемая
деленные соотношения между ними, не меняющие результат
расчета, далеко не всеrда получается одинаковое качество CBap
Horo соединения.
Отсутствие в настоящее время достаточно разработанной Teo
ретической базы свойственно не только сварке трением, но и всем
друrим видам сварки давлением. Сейчас делаются весьма важные,
полезные и своевременные попытки создать универсальные пред
ставления о механизме образования cBapHoro соединения в твердой
фазе и их математическую интерпретацию.
К таким попыткам можно отнести, например, недавно опубли
кованные К. А. Кочерrиным формулы [30], которые, по замыслу
их автора, должны были позволить найти общие взаимозависимости
между параметрами, определяющими образование соединения
при сварке давлением, и, в частности, определить время обра
зования TaKoro соединения.
Факт появления таких формул следует считать явлением бе
зусловно проrрессивным; однако практическое использование
названных выше зависимостей пока вряд ли возможно, так как
сам их автор считает, что входящие в них постоянные и начальные
условия MorYT варьироваться, а расчеты показывают, что резуль
таты вычислений по этим форму лам при этом изменяются на
несколько порядков, что, разумеется, не может удовлетворить
практиков.
Основываясь на современной теории металлов, lVl. Х. Шоршо
ров с сотрудниками [56, 57] разработал rипотезу образования
соединения в твердой фазе. Эта rипотеза, о которой уже rовори
лось в rл. Н, в настоящее время развивается и уточняется aBTO
рами, но на ее основе уже создан математический аппарат, позво
ляющий выполнять некоторые расчеты, применительно ко мноrим
видам сварки давлением.
Однако специфические особенности сварки трением, о которых
rоворилось выше (стр. 50), пока не позволяют к этому виду сварки
применить математический аппарат rипотезы lVl. Х. Шоршорова;
этому препятствует по меньшей мере два обстоятельства.
Во
первых, выражения (3) и (4) (см. стр. 21) получены из
предположения только статическоrо смятия микронеровностей
давлением, приложенным нормально к поверхностям контакта,
и исходя из законов теории ползучести; при сварке же трением,
как было выше установлено, кроме явления ползучести (под
нормальной статической наrрузкой) имеет место и значительно
более ярко выраженная деформация среза микронеровностей KOH
такта в динамическом процессе относительноrо перемеuцения по
верхностей. Это в указанных формулах не учитывается.
BO
BTOpЫX, расчеты выполнены исходя из законов ползучести
металла в условиях действия двух н е з а в и с и м ы х перемен
ных
давления". и температуры; при сварке же трением тепло
выделение и температура суть результат процесса разрушения
5 Б. И. Билль
65
уже образовавшихся и образующихся мостиков схватывания,
т. е. температура фактор, обусловливающий ход первой стадии
процесса, сама является результатом течения второй ero стадии
и не может поэтому рассматриваться как независимая переменная'
такая «обратная связь» событий не учитывается rипотезоЙ
lVl. Х. Шоршорова и не нашла отражения в ее математической
интерпретации уравнениями (3) и (4).
Возможно, что в недалеком будущем эти затруднения cMorYT
быть преодолены.
Следует заметить, однако, что расчеты длительности процесса
образования cBapHoro соединения в твердой фазе, весьма интерес
ные в теоретическом отношении и пр актически необходимые для
некоторых друrих видов сварки давлением, применительно
к сварке трением практически менее интересны.
Для этоrо вида сварки, в связи с ее спецификой, важнее pe
шение задач несколько иноrо ПЛана. В практике применения
сварки трением чаще Bcero встречается необходимость расчетноrо
определения TeM epaTYPЫ в стыке в зависимости от параметров
процесса и своиств с:.вариваемых материалов или, наоборот,
отыскания по заданнои температуре основных параметров про
цесса сварки данной пары деталей.
Приближенное аналитическое решение этой задачи было BЫ
полнено уже давно [1 о; 45; 67].
_ Если принять, что: '
1) удельная интенсивность тепловыделения по поверхности
трения и во времени постоянна;
2) теплофизические константы свариваемых материалов в интер
вале температур, имеющих место при сварке постоянны'
3) тепловой поток от стыка в тело свариваемых д талей па
аллелен оси деталей (теплообмен с окружающей средой и потери
1епла с [ратом отсутствуют), а стержни полубесконечны;
4) начальная температура стержней равна нулю;
5) начало координат распо аrается в плоскости трения, а ось
X OB совпадает с осью деталеи (осью вращения), то уравнение
температурноrо поля в деталях (стержнях одинаковоrо диаметра
и из одинаковоrо материала) может быть представлено в виде
Температура в стыке, как частный случай, находится из зна
чительно более простоrо выражения, если в (33) положить х===о,
qYt
Т (о; t) == Y ' (34)
С1' па
Если это выражение решить совместно с (27), то для расчета
температур в стыке в зависимости от параметров процесса HarpeBa
может быть получено следующее уравнение:
Т k" 1/t, (35)
Т(х; t) === q y { e ::t уnх [ 1 Ф ( )J)
С1' у па -V 4а t V 4а t '
(33)
rде k" в соответствии с принятыми допущениями, постоян
ная'
Рн. дав ение при HarpeBe в Kr/MM 2 ;
п скорость вращения в 06/ мин;
2R диаметр сечения свариваемых деталей в мм.
Полученные уравнения приrодны только для сравнительно
rрубых расчетов; они требуют уточнения, так как принятые
при выводе допущения о постоянстве мощности u во времени и по
сечению если и имеют место, то только в конечнои стадии процесса
HarpeBa; при выводе учтены только законы внешнеrо трения,
а свойства свариваемоrо материала отражены лишь внеявном
виде коэффициентом k". u
Кроме Toro, расчеты, выполненные с помощью этих уравнении,
не дают однозначноrо ответа при выборе каждоrо из параметров
процесса, а лишь позволяют определить желательное их COOTHO
шение.
В. П. Воинов в своих работах [16, 17] сделал успешную
попытку связать механические характеристики металла свари
ваемых деталей с параметрами процесса тепловыделения. Свои
исследования он выполнял на тонкостенных трубчатых образцах,
чтобы исключить влияние переменноrо радиуса и чтобы при этом
линейную скорость относительноrо перемещения поверхностей
трения можно было считать в процессе эксперимента практически
одинаковой для всех точек сечения (поверхности трения).
Развивая высказанную ранее [12] мысль о зависимости YCTa
новившеrося момента (в третьей фазе HarpeBa) от прочности Me
талла стыка на срез (которая, в свою очередь, зависит от темпе
ратуры в стыке), автор работы rюказал [17], что разрушающее
напряжение на срез в этом случае может быть определено из
зависимости
[де Т температура СС) точки с координатой х (СJЛ) по исте
чении времени (t) от начала тепловыделения;
q удельная мощность тепловыделения ;
С'у объемная теплоемкость'
а коэффициент температуропроводности в СJл 2 /сек;
Ф сложная функция.
2М уст
т н == S D '
о ер
(36)
[де
М уст значение установившеrося момента в 3 й фазе про
цесса;
S о начальная площадь сечения трубчатоrо образца;
D ер средниЙ диаметр кольцевоrо сечения образца.
66
5*
67
При исследовании влияния линейной скорости v относитель
Horo движения образцов на величину М Уст установлено, что для
трубок разноrо размера (18 х 3; 30 х 3 и 35 х 3), независимо от
диаметра образцов и скорости вращения (числа оборотов в ми
нуту) , все точки зависимости разрушающеrо напряжения на
срез Т: СР от линейной скорости v при ПОСТоянном давлении Ha
[рева Рн леrли в одну общую кривую (рис. 31).
Сопоставляя эти данные с зависимостью Т: (т) для этой же
марки стали (рис. 32), нетрудно получить зависимости значения
Тер
I(r/MM 2 о
10
8
6
1
"
2
/),
00 2 1; б 8 V,M/CCIf
т:
KrjHH 2
8
Рис. 31. Зависимость разрушающеrо
напряжения среза от линейной CKO
рости вращения для трубчатых образ
Цов малоуrлеродистых сталей О
18Х 3; о зох 3; 6 35х 3
проведения новых экспериментальных работ и построения новых
HOMorpaMM для каждой новой марки материала.
Кроме Toro, пока неизвестно, сможет ли быть использована
эта HOMorpaMMa применительно к наиболее частому случаю
сварке трением деталей сплошноrо (не трубчатоrо) сечения.
Тем не менее, создание такой HOMorpaMMbl можно расценивать
как первый шаr в новом направлении изыскания расчетных MeTO
дов определения оптималь
ных режимов сварки Tpe а)
нием. 'CJ,If(/MM'2
Недавно разработан Me 8
ТОД определения макси 8
мальной температуры в 7
стыке, основанный на пред
ставлении о квазистацио б
нарном процессе сварки fj
в конце третьей фазы Ha *
rpeBa. 8
Нами, а также япон 2
скими исследователями, f
было замечено, что кривая
зависимости изменения ООС
осадки HarpeBa {)н во Bpe
мени всеrда имеет xapaK
терную форму, изображен
ную на рис. 34; в опреде
ленное время (точка а),
совпадающее с достиже
нием момента сил YCTaHO
вившеrося значения, CKO
d{)
рость осадки HarpeBa dt H
становится постоянной.
Экспериментальные исследования температурных полей пока
зали, что одновременно с достижением моментом сил установив
шеrося значения скорость распространения тепла вдоль оси
свариваемых стержней становится равной скорости их осадки
и, следовательно, что температурное поле стабилизируется
в пространстве.
Такой установившийся процесс был назван автором «квази-
стационарным». Этот процесс внешне может быть представлен
как пространственно неподвижное температурное поле, в которое
с постоянной скоростью d: t H подаются свариваемые стержни.
Это состояние с друrой точки зрения может быть оценено как
состояние динамическоrо тепловоrо равновесия, при котором
количество выделяющеrося тепла 13 точности равно потерям тепла
б
4
2
о
"-
800 1000 1200 1300 ос
Рис. 32. Изменение сопротивления
срезу малоуrлеродистых сталей
в зависимости от температуры
температур в стыке от линейной скорости вращения для разных
значений давления HarpeBa.
Соrласовав rрафически все эти величины и введя в rрафики
еще и параметр t H уст (время HarpeBa до достижения моментом сил
установившеrося значения), В. П. Воинов получил HOMorpaMMY
для расчетноrо определения максимальной температуры в стыке
и параметров режима сварки (рис. 33).
С ее помощью по максимальной температуре, использу я извест
ные уравнения (33), (34), (35) температурноrо поля, можно опре
делить значения температуры в любой точке зоны термическоrо
влияния, структуру металла в ней и проч.
Достоинс;вом HOMorpaMMbl является ее универсальность в пре-
делах даннои марки или rруппы марок материалов: работу по ее
составлению достаточно выполнить однажды, причем на образцах
лишь одноrо, произвольно выбранноrо размера.
К недостаткам предложенноrо метода следует отнести ero
приrодностъ только для одной марки материала и необходимость
68
5)
'С н ,кrjмм 2
M
<...>
-:t
t}/yc tH
9
8
7
6
5
't
3
2
1
8)
tH Y Cт сек
f '
2
Рис. 33. HOMO
rраммадляопре 3
деления темпе
ратуры в стыке
от параметров 5
процесса сварки О
трением. Труб
чатые образцы малоуrлеродистой стали:
1 Р Н == 1 кТ/мм 2 ; 2 PH === 4 кТ/мм2; 3 Р н ==
== 8 'С1"/ MM z
z
I.J. V,M/ceK
J
69
за то же время (потери тепла имеют место rлавным образом. в xo
лодный металл свариваемых деталей вдоль их оси, а также бла
rодаря уносу тепла из стыка вместе с металлом, выдавливаемым
в rpaT). Если представить себе (рис. 35), что произвольной формы
кривая ad характеризует распределение температур по длине 1
свариваемоrо стержня и что поверхность трения (источник тепла)
находится в точке о, то блаrодаря осадке за время дt стержень
переместится относительно пространственно неподвижноrо TeM
пературноrо поля на величину og == dc и уже новые точки Ь и с
будут лежать на кривой установившеrося температурноrо поля.
т
Хн М Т
j
...........
/ \.
/ "-
I ......................
/
"....../
t
Рис. 34. Типичная форма кривой изме
нения осадки HarpeBa БО времени.
Точка а начало квазистационарноrо
процесса
Таким образом, определив экспериментально расход энерrии
на сварку для данноrо материала и скорость осадки HarpeBa,
можно из выражения (39) найти температуру в стыке.
Это положение впервые было опубликовано и экспериментально
подтверждено Л. А. Штерниным в работе [59] при исследовании
сварки трением стали с алюминием 1. Выводы были затем про
верены А. И. Х ристофоровым [51] при исследовании сварки Tpe
нием быстрорежущей стали со сталью конструкционной. И в это
случае деформировалась преимущест енно деталь из более пла
стичноrо металла конструкционнои стали.
При сварке двух деталей из разноименных металлов обычно
деформируется только металл одной из них; при этом величина
поверхности трения на протяжении Bcero процесса сварки не
изменяется, так как вторая деталь практически не деформируется.
В выражение (37) может быть поэтому введено начальное значение
поверхности трения S == S о.
При сварке трением одноименных материалов деформирование
происходит симметрично относительно плоскости стыка и размер
сечения в стыке постепенно по мере осадки возрастает. Поэтому
в выражение (37) в этом случае нужно вводить фактическое
(возросшее) значение величины s, соответствующее моменту
окончания процесса HarpeBa. Эксперименты автора показали,
что при этом условии расчеты по уравнению (37) дают удовлет
ворительные результаты; возникают, однако, практические TPYД
ности определения величины площади трения в конце про
цесса HarpeBa.
Таким образом, метод расчета температур на базе представле
ния о квазистационарном процессе практически может исполь
зоваться пока только применительно к соединению разноименных
металлов.
Сказанное выше позволяет сделать вывод о том, что имеющийся
в настоящее время математический аппарат еще не совершенен
и не позволяет определять параметры процесса сварки трение
расчетным путем; задача эта продолжает оставаться актуальнои.
А пока решать ее приходится полуэмпирическими методами и поль
зоваться режимами, рекомендованными по опытным данным.
с
g L
Рис. 35. к: определению расхода
энерrии при квазистационарном
процессе сварки
Если скорость осадн;и при квазистационарном процессе постоянна
og dc d «'),.д
и равна == ', а в пределе v oc == Ж , то из рис. 35 He.
трудно увидеть, что независимо от формы кривой температурноrо
поля количество тепла,. расходуемоrо в единицу времени, может
быть найдено из выражения
dQ d (6,.д
dt == cv T тах S dt ' (37)
cv объемная теплоемкость материала;
S сечение свариваемой детали;
Т шах температура в стыке при достижении
установившеrося значения:
dQ
&
S d (6 н )
С1'
rде
т шах ==
или
т тах ==
q
d (6 н )
C1'
моментом сил
(38)
1 Так как в этом случае осадка происходит практически только за счет
более пластичноrо металла алюминия и в формулу (39) вводится поэтому
лишь та часть тепла, выделяемоrо в стыке, которая поrлощается алюминием;
соотношение распределения тепла при трении между двумя разноименными
металлами находится из выражения [40]
ANya
d (6 н ) ,
C1'
(39)
ql V l
q; v С21'2 Л 2 .
(40)
rде q удельный расход энерrии на единицу площади попереч
Horo сечения свариваемой детали в единицу времени.
70
71
v
"',
./ ,::5
lуzщрстaJJЬ. . '" \';)<J\
15r 8. \} i
50r 18 'v 1-
fi, r 18 1.', \I( ,,\\
2О){ . 181, l' I\
чuХ . IФI_L \,\ \\'" t.>-
lfOXH .. 'lS \1--" (
20ХНМА /J 11 \,\\) i-;J\J
..3ff!//1.fi · ?J \\ l' I.J
4 /// · . 14J. i- ljc,\
хьсе l' C vl.J
х 9 с 2 · 18. Ч-
БОС2А . "C;r \()f\
80С. . v"Jo.{\' a.f\
25пс .. · ?J/QI' 'j..\\\.J
З8Х МЮА е.? .,.. 311).
{8ХН БА . 'f..'\V
:с Xf-J.. . ц. ,j 'O с.
LfX 13 · ,.. 6\\\J 1.-
ХZЯ · i 1\\
ХIЬНб .. "" 'J., f)r
х 17 Н 2 "181 'J у... ro fI\
З;: 8 .1 о}, 1-
ОХ/'1 .. 9nj..G
qX . · 'j i-
qXC 11 illo9
ш х {.J . · ./'" f. \'
r;, 8 8 · . . .I. /
": · .
РIJfКз'Р/f '" 1.
Х17НI3М2 6) ..
АНfJЗОО
. 1f//:/rg .
IХ fRH9r .
н 29 IUB
.JJf ЧУ5 18 .
. . .. .
ЗИ'f7!+
эи 16'1 .
ЗИ 787 ,е 111 .
ЗИ LfЗ7б- 18 е
ЗИ б9бМЛ . l1li
ЭИ .В8ЗЛ 1."
ЗИ :J95
:jИ 829
.9ИУ78 18
AMr з
АД 1 .
АМЦ 11
AMr х
AMr Ь'
АМr БВ х
AU,fV/ х
8 95
АВ
ДI Т
Л/б Т
141:1'13 .
ЛС59
Лб2
бр Х
ВТ .'}
8Т 6
ццp/(OHl1a х
СА 8 {Т
17. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ ТРЕНИЕМ
ПО свидетельству некоторых [35] ис.следователей схватывание
принципиально возможно между любыми металлами. Исходя
из этоrо можно было бы предположить, что и сварка трением
любой заданной пары металлов принципиально возможна, доста-
точно лишь создать для этоrо необходимые условия, подобрать
режим. Большинство исследованных и наиболее употребительных
в практике сочетаний металлов и сплавов действительнр успешно
соединяются с помощью сварки трением. К их числу относятся
также и такие, которые друrими видами сварки соединить весьма
трудно или вовсе невозможно (алюминий со сталью, медь со сталью, '
аустенитная сталь с перлитной и друrие сочетания).
Однако встречаются, хотя и редко, такие композиции металлов
(сплавов), сварка трением которых не позволяет получить соеди
нения удовлетворительноrо качества, а некоторые и вовсе не
свариваются трением. Причины этоrо не всеrда ясны. Выше
отмечалось, что теория пока ответа на этот вопрос не дает.
С целью определения практической возможности сварки трением
различных металлов и сплавов были проведены мноrочисленные
экспериментальные исследования. Их результат приводится втабл. 1.
: ТqблицCt 1
.
" , Услс6ныс 6Qd!JHf1'1tHtJ1:
."....с. \1" 'З\\\) " . СоеОUllенш: хорошееd kt['1Qсiffб.J!/
')(1 'Hf'i/ "", х СоеDиненuя ,
ДНВЗ6 · \\.\ \\,, У доблетfJорuтеЛhН/Jftl11\(JЧttl1!!J.].
fZXM . \1' 'b 4Q
1'1Х .../ \ \>r О Соеf)uнеНliЯ IIЛОХIJ.f!
(}{.; .. J 'J(\-, 1 a He l1сслеОаВаН,fJ
зи . . 'j''. -, I!I
.3И . ?,,\\-,\It \ \ <'1
3#-.2 · 'J" ,\-' СО'
.9И 1, 81/ " ...."\ <'\ '
9И · 'З" \\ 'fu i'"
9Н 17 iCI . '?) , ?> '
'I1 'ti · ,\ IO 'З Ij
9И МJJ . 'З" .... tt: IQ
и.я л . 'J ?, -' ....fQ'1
: J .1.'j M""
.J 8 . . .V '\' .... \\
А, ' 8
;. f ..... :. ....
Xl ...
;'Mr b. х х .8. .:;;; ' }
АfY{{,:,БВ .. . 'O
A/ J . . .'. ,, ':!
д., т . . 8 f\y.
t#/ з .. .. ; '}
дел .. ) ( t
6': · 18 · \) .... 'i,)
cpJ1. . !Q", "" \
fi - 5 ... о .1 У"
I.T 6 .. 1. '-' 'O
LЦl( I(OHllll)( 1 I.L r
САв.п:8 . I I 1."
.
.
.
1.
.
..
.
.
.
.
.
.
11
х
о
72
73
I
:t'
.
.
h
><
р., ,:;:: 00
Q)Q)
о о C'I) о о 1.0 О О '<:t' 1.0 О О
C"I C"I ......... C"I C"I C"I C"I C"I ..... C"I ..... C"I
О
:S;:;:Q)I'Q 1.0
t:::[
>Q
u
tJ:: ,.Q >Q '"
",r--:;::
:g 5 CJ) I I 1.0 I I CJ) <D I 00 I I I
S-
OuS
>.> ;;; >. I'Q
,QtJ::
t; О О О О О О О О О О О О О
OQ) О О О О О О О О О О О О О
g.Ef о о о о о о о о о о 1.0
:.:""" ..... ..... ..... ..... ..... C'I) ..... ..... ..... ..... .....
u >Q
tJ:: 1.0 '<:t' .....
ф I CJ) о ..... <D 1.0
::EQ)", 1.0 I I I
Q) р.,.., <D ['-. 00 '<:t' Ф
p.,t.. I сх) ['-. C"I
coC<:lI'Q 00 О 1.0
:з:: <D C'I) .....
6.. ф ф ф 1.0 1.0 1.0
"'tJ:: I I I C'I) I I 00 1.O
C'I) 1.0 I I 1.0
;;;'" I ..,; I tO
;;;:э:: 00 1.0 1.0 L ['-.
>. 1.O tO 1.0 1.0 '<:t' '<:t' ['-. 1.0
tQ u
'"
:.:
'"
C<:I >Q
u Q)
О р., C'I) C'I) C'I) С'') C'I) C'I) C'I) '<:t' C'I) '<:t' C'I) '<:t' C'I)
t..
'"
:з::
tJ:: :;::
:.:
Q) О О О Ф C"I C"I 00 C"I н') ::!: ;s о о
t; .., :<: ..... ..... ..... ..... C"I C"I C"I
>Q О
р.,
t::
Q)r....
:Ц C<:I
:E>Q >Q О
Q)
t; р., 1.0 1.0 C'I) 1.0 Ф '<:t' О '<:t' ['-. O'J 00 о
Q) t.. ..... .....
""
>.> :з::
::q
'" ..:r:
:;:: ..:r: ..:r:
р., ..Q Q
Q) ::f; ::f; ..:r:
1-< с\3 ::f;
'" r,.. ::r: ::r: u
::Е () ;х: ;х: н ;х:
Q) tJ:: ::r: о о ;х: 00
:Е с\3 '<:t' C"I О C'I) ;з
;;; r,.. ;х: + + C"I C'I) +
Q) () н н ;х: ;х: о U + ;х:
C<:I 1.0 О ..:r: ..:r: о u ..:r:
..... 1.0 О О + ::f; ::f; <D О ..:r: Q C"I
р. C"I '<:t' + 00 +
"" о.. + + + + ::r: ::r: ::r: + ::f;
>Q (1) C"I C'I)
U н н ;х: ;х: ;х: ;х: ;х: u u ;х: ;х: .....
1.0 О О О О О О О О О 00 ;х:
>.. ..... 1.0 C"I '<:t' '<:t' C"I Ф 00 C'I) С'') C"I
v
=
е
1"::
eII
:.:
Q.
Е-
eII
:Е
><
:а
:с
:с
:Е
::
е
:с
е
><
::а
Q.
е
Е-
е
::;:::
:с
:Е
::::
:с
Q.
Е-
::::
::;:::
Q.
CtI
=
()
=
е
:Е
::::
Q.
CtI
::r
:.:
1"::
\о
CtI
Е--
74
><
p":E»S:
Q) О О О 00 О О О О О
:;; О C"I 1.0 О О
C'I) ..... C"I C"I C"I C"I ..... C"I ..... C"I C"I C"I C"I C"I
:S::;:: I'Q
t:::[
>Q
u
tJ::..a '" ф ;s
,,"r--:s:
:E 5 I I I I I I I I I I I I I I
t;:з:::з::tJ::
t8<1> 1.0
.....
;>.,;;;>. >Q
..Qtr:::t:
I-<:S;::! О О О О О О О О О О О О О О
О О О О О О О О О О О О О О
P.,Ef....... О О О О О О О О О О О
"''g ..... C'I) ..... ..... ..... ..... C'I) ..... ..... ..... .....
U I'Q
tJ:: CJ) ['-. CJ) '<:t' '<:t'
;:Еф", LO 1.0 ..... I ..... I I I I
Q) р.,.., ..... ..... ..... 00 I
p.,t.. 00 '<:t' Ф 00 CQ
co,,">Q tq,
:з:: C'I)
6.. 10 '<:t' I
ф O'J
""tJ:: I I tq, 1.0 I I 1.0 C'I) OO CJ) I ф I
:Е,," 1.0 tO '<:t'
:Е:З:: 1.0 tq, Ф 1.0 '<:t' 00
>. C'I) 1.0
I'Q u
'"
:.:
'"
'" >Q
(J Q) '<:t' 1.0
О р., C'I) C'I) C'I) '<:t' C'I) C'I) C'I) '<:t' C'I) C'I) C"I
t..
'"
:з::
;;;
>Q О '<:t' ;s '<:t' ['-. '<:t' C"I О ..... О
Q) О О 00 :! ф
t; :<: C"I C"I C"I C"I C"I ..... ..... C"I C'I) C"I .....
>Q'" О
"' р.,
t::
.......
2:r....
,.Q '"
:з:: >Q
,дщ Q) Ф 1.0
t; р., о '<:t' 1.0 ;з C"I 00 C"I {--.. ['-. ..... 1.0
Q) t.. ..... ..... ..... ..... .....
'"
;>., :з::
:Е
t;
'"
:s:
р., (J)
Q) ::r:
1-<
"" C"I
:Е
..... 1.0 C"I '<:t' ['-. ;х: ::r: 1.0 CJ) 00
Q) ;s ['-. ['-. 00 CJ) C"I ['-.
:Е C"I ;х: '<:t' 1.0 '<:t' ['-. ..... С'') CJ) 00
:Е U :s: :s: :s: :s: :s: + ;х: :s: :s: :s: .....
Q) u CJ) S т т т т т т т т 1::{
'" ;х: ;х: +
CJ) + + + + + + + CJ) + + + ..:r:
р. + 1.0 C"I '<:t' ['-. ::r: C"I 1.0 CJ) 00 i
"" C"I Ф ..... ['-. ['-. 00 00 ::r: CJ) C"I ['-.
I'Q U U ;х: ..... '<:t' 1.0 '<:t' ['-. ...... ['-. C'I) CJ) 00 1::{
u ;х: CJ) :s: :s: :s: :s: :s: ;х: ...... :s: :s: :s:
CJ) ;х: s т т т т т ..... ;х: т т т ..:r:
Е:
o:u
:!:
o:u
с:::
а
се
а
Q.,
t::
75
&.\
::::
Е--.
.. g
f-< g::r
z.
:аФи 1'Q
1=(0 :;;
'"
:s:
х
,:,;:
Q)Cl)Q)
:S::S: I'Q
t::[ 1=(
I'Q
CJ
v
=
е
:.:
Q.
Е-
:iS
:а
:с
:с
:е
:.:
е
::r:
т
Q.
><
:а
Q.
е
Е-
е
:с
:с
:е
:.:
:с
Q.
Е-
:.:
:с
=
и
=
е
:е
:.:
"''''
Q. oд:s:
1:; "'!.....
::
:>.> I'Q
Е--
iЗ I'Q",
:I:CJI'Q
,Qgo",
Ef@ ----
1=(0 f-o С<! !::
:»;o; a""
t
8.5
О Ef\Q
:.:С<!О
U g.1'Q
tc:
:;;Ф",
Q) 0....
0.,",
o3l'Q
:I:
:!;
I'Q
С<!
1=(
03
CJ
О
:а
'"
С<!
:s:
о.
Q)
f-<
03
:;;
Q)
:а
;:;;
Q)
С<!
Щ
:s:
о.
С<!
I'Q
U
76
1.0
III III III 1 Ф i
g ;з
О
.......
I
ф
1 1.O
О ф О
"" ....... ""
11.0
8 8
I
ф
ф
!фф;jзg:::
Фg OJ
р.
03",
:;;03
:;;:I:
»
CJ
ф
ФО I 1.0 1.O 1.O
ltOФ1.О1.О 1.Оf "" "" ,,,,
115 -.:t< 1.0
С<!
Щ
Q)
о.
'"'
С<!
:s:
"" """" -.:t< I ! I I I I I
.:>:
о:.:
o.rд
t:: 0
:.:
С<!
.I'Q
С<!а)
:I:o.
t.,
О О О О -.,j<
с'!
1.О1.О1.О1.О1.О1.О1.О1.О1.О....... ф
О 1.0
"" -.,j<
..Q ..Q
с\3 с\3
r,.. r,..
и и
++
О О
..Q ..Q
с\3 с\3
r,.. r,..
uu
О
..Q
01.001.001.00
-.:t< -.:t< -.:t< t;
..Q +
t t Е Е Е :$
'-' CJ +++:с
tttt:><:><:><:><
1.01.0000000
..............1.01.O -.:t<
1.0
1.0 -.:t<
-.:t<
..Q
..... :><
p:t с\3 "" "--' r,.. О ""
:>< r,.. О "" CJ -.:t< OJ
++ С..) -.:t< + ++++
ф ф ф ф
OJOJOJ ....... .......
0..0..0..0..0..0..0..
с":)
o:s:
О
.. :s:;:a
t",og
1:; p,
:aQ)CJ[;j1'Q
1=(0 ;:;;
(i)
:s:
<::
\о
t:
cu
:!:
cu
W
<::
а
r"D
а
о...
t:::
х
,:,;:
I'Q
t::[ 1=(
I'Q
CJ
iЗ lQ",
:r:CJI'Q
,Qoo",
S-@ ----
1=(0f-<o3!::
:» :;; a ""
iЗ :;:
CJ:r:
Оф
o.Ef;Q-
ОС<!О
О g.1'Q
"'
:;;Ф",
Q) 0....
0.@1'Q
P=1:r:
:;;
I'Q
С<!
:.:
1=(
03
CJ
О
:ii
12
I=(C<!
:» 1=( I'Q
:а
1:;
С<!
:s:
о.
Q)
f-<
03
;:;;
Q)
:а
:;;
Q)
03
I'Q
:s:
о.
ro
I'Q
U
-.,j< -.,j<
I I
"" ""
I J
1.0
""
1.0
I I ""
r--:I
....... ""
....... .......
;;;;
1.0 1.0
li Ф 1
1.0
.......
I I I
000000000000000000
000000000000000000
000000000000000000
.......-'ICY').............. .........................М...........................-4.......
....... фOJ l ф l ..............ф OJOJфOJ О OJOJ
....... ....... "" ф ....... -.:t< -.,j< ....... ....... .......
о.
С<!",
:;;03
:;;:r:
»
CJ
ф1.О фl 1.О I1.01.O 1.O1.O
"" ""I 11.O-.:t<ф1.О ф"" -.,j<"" """"
ф1.О ......
С<!
I'Q
Q)
О.
'"'
С<!
:r:
II"""" II""""II IIIIII
.:>:
О:.:
0.1'Q
t:: 0
:.:
ф
-.,j< ф ф...... ...... ......
...... C"I
;; ;;(;t;; ;;;;
03
.щ
о3а)
:r:o.
'"'
фф-.:t<1.О1.О фффффф ф фф
.
1.01.0 01.0
-.,j< -.:t< -.:t<
..Q..Q 01.001.0 O..Q..Q
-.,j<
с\3 с\3 1.0 с\3 с\3
r,.. r,.. ..Q..Q..Q..Q "" ..Q ..... r,.. r,..
++:>< 888 :>< ++
1.O-.:t< t;t;t;t;-.:t<-.:t<-.:t<o t;g т
+iiiiii tt t
8 ............. ф
....... ...... 5 :s: :s: :s: :s: :s: :s: :s: :s: :s: :s: :s: :><
O"O""";:::j;:::jттттттттттт............
77
v
с":)
Е:
>=:
о
't"4 :r.: :а
1-< ::>'::f
i5.
:д О И >Q
CQ :Е
'"
:S:
:!:
<::
а
r"D
а
t::<.
t:::
P. .:,;:
tQ)Q)
:S: Q)>Q
t:{ 1=(
>Q
и
tJ:: ,.Q IXI ..
t;
,.QООи'"
S-@
I=(ot;s""
:»:E IXI
,.QtJ::;t
I-<:S:
P.EТ;Q'
Оо;!'"
O IXI
;:;
Q)
р.
CQ p:j
IXI
'"
1=(
о;!
и
О
р.
о;! tJ:: I
:Е",
:r:
и
Q) tJ:..
:Д:S:
:r::r:
,.Q Q).......
I=(O;!
:» 1=( >Q
,:>:
о:.:
p'>Q
t:: 0
о;!
.>Q
О;!а)
:I:p.
:д
1:;
i3.
Q)
1-<
о;!
:Е
Q)
:!I
:Е
Q)
'"
>Q
:S:
р.
о;!
>Q
U
78
1.O 1.O
"" С'') М Ф C\I
I 1
"" ""
""
IC\IC\IC\I
C\I
I
IC\I
о
1.О00 0000000ФСООО
C\I C\I C\I 1.0 C\I C\I C\I C\I C\I C\I C'r:J C\I .C\I C\I C\I
C\I
ф ф
1 I ф I ф ф I I I I 1 1 1 1 I
1.0 1.0
000000000000000
000000000000000
ззоозоззозззозз
OJ OJ OJ 1.0 OJ OJ
O C\I
...... ...-< ....... м C\I ""
м
1.0 I
СО
ci
1.0 1.0 1.0 Ф I ф ф OJ ['-. 1.0
"=:t'''=:t'''=:t'OJ'''''<:t'ciC\l ci1.O'''''''''''''''''''' .......
о;!
>Q
Q)
Р.
IФ
I
ОООМО
......-t .......-1
.
00000
,....... ........ ,....... C"I ,.....,-$
c;:j
ФФФФ<D<DФФФФ1.О1.О1.О""11)
Е---
C\I
C\lЭ СО
"" ::r: м ['-.
"""'['-. ..,....;:;:: UCOoE---
o C\I.............. :s:C\lOJ
'<:t'C\I ['-.oooт.дX
+-+-+-+o "=:t''<:t''<:t'-+ :::f Е---
Е--- Е--- Е--- Е--- "=:t' -+ -+ -+ -+ -+ Е--- :::r
OJ OJ OJ OJ 1=;: 1=;: OJ CJ ....... ..:r: ..с. ......l
XXXX X-+-+-+-+-+
СО СО СО СО ['-.Фсосо ............................:::f
['-.:::::S::S::S: I::{I::{I::{I::{
...... ....... ....... ....... ....... т т т ........:r:..:r:..:r:..:r:..:r:
:ri
::f
:S:
р.
1-<
'"
:Е
':>:
О
:r:
:>'
О
1=(
'"
и
О
СУ)
Q)
\о
t>:
и
1-<
Q)
:r:
1:;
О
t::
:!I
tQ
Р.
'"
>Q
и
О
1-<
::>'
!2
'"
::>'
о;!
:;::
СУ)
О
Q)
.fЭo
'"
р.
':>:
О
1-<
(1J
>Q
:2
р.
Q)
::>'
О
Р.
1=:
Механические свойства сварных соединений
Таблица 4
Временное Ударная Уrол Разрушение
сопротив вязкость
Свариваемые материалы ление (J 8 ан заrиба при испытании
в кТ{мм 2 в КТ.М/См 2 в ерад на заrиб произошло
Сталь 20 . сталь 20 38 49 8 10 180 Без разрушения
Сталь 20 -+ сталь 45 38 49 180 )} »
Сталь 45 -+ сталь 45 66 68 2,7 3,7 80 120 По з. т. в.
15r -+ 15r 41 42 180 Без разрушения
15r -+ сталь 20 42 180 » »
15r -+ сталь 45 46
50r -+ 50r 63 68 llO. 180 По з. т. В.
I
50r -+ 15r 41 46
50r -+ сталь 20 40 42 180 Без разрушения
20Х -+ 20Х 59 63 160 По з. т. в.
20Х -+ сталь 20 39 44 160 180 Без разрушения
40Х -+ 40Х 82 95 60 По стыку
40Х + сталь 20 38 46 180 Без разрушения
60С2 -+ 60С2 66 75
80С -+ 80С 105 30 По з. т. в.
зохrСА -+ зохrСА 101 6,5 100 »
38ХМЮА -+ 38ХМЮА 110 50 )}
2Х13 -+ 2Х13 50 52 180 Без разрушения
Р18 -+ сталь 45 59,5
61,4
Р18 +- 40Х 60 62
Р18 -+ 9ХС 61 62
Х9С2 -+ Х9С2 82 90
Х9С2 -+ 40ХН 35 73 По стыку
ШХ 15 -+ сталь 20 42 47 120 160 По з. т. в.
ЭИ161 -+ сталь 20 48 180 По стали 20
ЭИI61 -+ сталь 45 60 62 160 180 По з. т. в. сталь 45
ЭИ572 -+ ЭИ572 59 62 3 3,5 180 Без разрушения
ЭИ572 -+ 40Х 62 65 3 3,5 180 )} )}
ЭИ572 -+ ОХ М 62 64 3,75 4,5 180 )} »
ЭИ787 -+ ЭИ787 180 )} )}
ЭИ787 -+ сталь 45 45 180 » »
ЭИ787+40Х 71 76 3 6,1
79
п родолженuе mа6л. 4
Временное Ударная Уrол I
Свариваемые материалы сопротив вязкость Разрушение
ление а в ан заrиба при испытании
в КТ/ММ?' в КТ'М/СМ?' В ерад на заrиб произошло
lХ18Н9Т +- lХ18Н9Т 58 62 180 Без разрушения
lХ18Н9Т +- сталь 20 38 49 180 » »
lХ18Н9Т +- 40Х 62 45 По стыку
lХ18Н9Т +- 2Х 13 62 180 Без разрушения
lХ18Н9Т +- Х17Н2 61 90 З. т. в. Х17Н2
lХ 18Н9Т +- 12ХМФ 180 Без разрушения
Х17Н2 + Х17Н13М2Т 61 45 60 З. т. в. Х17Н2
ЭИ395 +- ЭИ395 180 Без разрушения
Э{1929 +- ЭИ929 126 50 60 З. т. в.
ЭИ696М +- 40r 60 64 3,4 5
ЭИ893Л +- 40r 60 68 5,4 7 180 Без разрушения
ЭИ893Л +- 40ХС 50 53,6 4 7,1 180 » »
ЭИ878 +- ЭИ878 7l 72 180 » »
Х 18Н9Т +- ЭИ878 56 58 180 » »
АДl +- АДl 8 10 180 » »
АДl +- сталь 20 8 10 180 » »
АДl +- АМц 8,3 8,9 180 » »
АДl +- ДIТ 8,8 9,7 180 » »
АДl +- lХ18Н9Т 8,9 9,5 180 » »
АДl +- АЦМ 8 10 180 » »
АДl + 1\12 8 10 180 » »
АМц +- ДIТ 16 17 180 » »
Л62 +- Л62 42 50 10 15 180 » »
Бр.АМц9 2+ Бр.АМц9 2 50 70 90 По з. т. В.
,
При м е ч а н и я:
1. з. т. в. зона термическоrо влияния.
2. При испытании на растяжение разрушение во всех случаях происходило
по основному металлу, наименее прочному из двух свариваемых.
-
80
В ней зачерненными кружками отмечены сочетания, дающие
соединения хорошеrо качества, незачерненными кружками
соединения плохоrо качества, кружками с крестами внутри
сочетания, не сваривающиеся трением вовсе. Сочетания, COOTBeT
ствующие пустым клеткам, не проверялись.
При этом к соединениям хорошеrо качества нами относились
такие, механические свойства металла шва и зоны термическоrо
влияния которых были не ниже соответствующих характеристик
OCHoBHoro металла. К соединениям плохоrо качества были OTHe
сены соединения, прочность которых оказывалась ниже проч
ности OCHoBHoro металла.
Выбранные и экспериментально отработанные режимы сварки
для некоторых наиболее часто встречающихся в практике сочета
ний металлов, дающие соединения хорошеrо качества, приведены
в табл. 2 для одноименных металлов и в табл. 3 для разноименных
металлов.
Соответствующие этим режимам механические свойства свар-
ных соединений приведены в табл. 4.
.
I
6 в. И. Внлль
rлава VI
СВАРКА ТРЕНИЕМ ДЕТАЛЕЙ
И3 ОДНОИМЕННЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Сварка трением деталей из одноименных металлов и сплавов
с одинаковыми размерами сечений, как правило, не представляет
большоrо труда.
Условия.ми успеха являются: симметричность температурноrо
поля II правильность выбранноrо режима сварки.
Первое из этих условий в значительной мере определяется
формой деталей. Если детали имеют одинаковые величину и форму
сечения на длине 20 25 мм каждая, то это rарантирует на время
течения процесса и начальной стадии охлаждения симметрич
ность температурноrо поля относительно плоскости стыка; за
это время тепло от поверхностей трения на указанное расстояние
еще не успевает распространиться; форма и размер остальных
частей деталей (за указанной выше rраницей) поэтому практи
чески не имеют значения 1.
Это условие установлено при исследованиях сталей и сплавов
на железной основе (несколько десятков названий), алюминия
и ero сплавов, меди и ее сплавов, титана и др.
Сварка трением почти всех одноименных металлов и сплавов
дает хорошие результаты: временное сопротивление, уrол заrиба,
ударная вязкость и друrие показатели металла шва оказываются
не ниже этих показателей OCHoBHoro металла. Для закаливаю
щихся материалов это, разумеется, имеет место после COOTBeT
ствующей термической обработки.
В качестве примера на рис. 36 показаны сварные, проточенные
после сварки образцы сплошноrо сечения, выдержавшие испыта
ния на растяжение (<<шейка» образовалась вдали от стыка) и на
заrиб (без появления трещин).
1 Они лишь оказывает влияние на выбор конструкции и размеров зажимов
машины.
82
Характеристики соединений некоторых металлов и сплавов,
выполненных с помощью сварки трением, приведены в табл. 4.
Режимы сварки различных пар одноименных металлов и спла
вов приведены в табл. 2.
Необходимая мощность при этом может быть определена по
формуле (26), а удельное ее значение по формуле (27). Следует
помнить, что полученные данные относятся к эквиваленту тепло
вой мощности, расходуемой в стыке. Для определения мощности,
потребляемой машиной из сети, следует учесть еще к. п. д. Ma
шины, который может колебаться от 0,8 до 0,5.
1)
Рис. 36. Образцы малоуrлеродистой стали после испытания
на растяжение и заrиб (rpaT снят). Стрелками показаны
места стыков
При расчетах, коrда требуется по заданному сечению опреде
лить мощность проектируемой машины, или наоборот, определить
максимальное сечение детали, которую можно сваривать на дaH
ной машине, применительно тем режимам, которые указаны для
их сварки в табл. 2, удельная мощность для сталеи, например,
получается порядка 10 12 вт/мм 2 , а учитывая к. п. д. машины,
значение мощности, потребляемой из се:,и на единицу площади
начальноrо сечения свариваемых деталеи, при этом составляет
порядка 20 вт/ мм 2 . u
При разработке технолоrии сварки трением деталеи сплошных
сечений, кроме параметров процесса, необходимо назначить еще
и длину конца детали, выпущенноrо из зажима. Конец не должен
быть слишком коротким, чтобы не возникла опасность соприкос
новения торцов вращающеrося и неподвижноrо зажимов (это
может привести к аварии и, во всяком случае, ухудшит качество
cBapHoro соединения, так как усилие машины будет восприни
маться не свариваемыми деталями, а непосредственно зажимами)
и чтобы зажимы от близкоrо соседства со стыком не переrрева
лись. В то же время выпущенный из зажима конец детали не
6*
83
должен быть и слишком большим, чтобы это не Mor ло повлиять
на ,устойчивость детали на продольный изrиб.
Рекомендуемый оптимум выпущенной длины детали 1 в за
висимости от ее диаметра d лежит в пределах 0,5d < 1 < 1,5d.
Нижний предел предпочтительнее для деталей малыIx диаметров
и для деталей из более пластичныIx материалов. Для сталей диа
метром более 15 мм можно принимать 1 :::::::::; d.
Так сравнительно просто обстоит дело со сваркой деталей
из одноименных материалов сплошноrо круrлоrо сечения.
Технолоrия сварки и подrотовки деталей под сварку услож
няется при переходе к деталям и соединениям более сложных форм.
18. СВАРКА ТРУБ И ДЕТАЛЕЙ ТРУБЧАтоrо СЕЧЕНИЯ
Процесс сварки трением трубчатых деталей сравнительно
больш rо сечения принципиально тождественен процессу сварки
деталеи Сплошноrо сечения. Однако при сварке тонкостенных
трубчатых деталей обычно возникает ряд затруднений.
Если детали сплошноrо сечения окажутся соединенными He
ск лько несоосно, то это может и не вызвать серьезных возраже
нии, так как леrко исправимо при последующей обточке детали
(разумеется, если величина эксцентриситета не превышает допу
стимых пределов). Например, если несоосность сваренной детали
вызвана неправильной взаимной ориентировкой зажимов машины
и составляет (что вполне возможно) 0,5 мм, то при сварке на такой
машине сплошноrо стержня диаметром 20 мм или более это прак
тически значения не имеет. Но если на этой же машине попытаться
сварить трубку со стенкой толщиной, например, 2 мм, то взаим
HO смещение сечений обеих частей детали на те же 0,5 мм в боль
шинстве случаев окажется недопустимым, так как при этом будут
иметь место утонения стенки на 25 %, а попытки устранить He
соосность обточкой приведут к изменению номинальных размеров
сечения и к уменьшению почти вдвое толщины стенки. Возможно,
что ВО взятом примере вообще не удастся сварить такие трубки,
так как в процессе относительноrо вращения и при взаимном
сдавливании трубок их стенки MorYT потерять устойчивость,
смяться. Этот эффект может особенно ярко проявиться, если
сварка выполняется с повышением давления при проковке.'
Поэтому при сварке деталей трубчатоrо сечения требования
к соосному выставлению обеих частей свариваемой детали повы
шаются, причем Tel\1 более, чем тОньше стенка свариваемой
детали.
По этим же причинам сварка тонкостенных труб возможна
лишь при условии правильной формы и размеров сечения; помя
тость и искривление кромок, эллиптичность сечения, переменная
по окружности толщина стенки, разница в диаметрах соединяе
мых труб должны быть минимальными. В противном случае
84
деформация стенок неизбе}Кна и в результате получится смятие
концов труб вместо их соединения.
Чтобы конец тонкостенной трубчатой детали сохранил в сече
нии форму окружности, ее нельзя закреплять в кулачковых
патронах обычноrо типа; необходимо применять дополнительные
меры: промежуточные оправки, пробки, вставляемые "внутрь,
или rубки зажимов, охватывающие трубу почти по всеи длине
ее окружности. "
В целях обеспечения устойчивости стенок трубчатои детали,
выпущенный из зажима ее конец должен быть минимальным;
это в особенности относится к деталям, выполненным из MaTe
.
Рис. 37. Сварка трубчатых деталей
с предварительно вставленными
пробками
Рис. 38. Обеспечение взаимной цeH
тровки трубчатых деталей
.
риалов с повышенной пластичностью, например из алюминия,
меди. Минимальную длину выпущенноrо конца трубы можно
определить как сумму полной осадки (HarpeBa и проковки) ,
места для размещения [рата и HeKoToporo при уска. "
Большая часть высказанных выше требовании и условии не
QТНОСИТСЯ к трубчатым соединениям с толщиной стенки более 3 мм.
При сварке же более тонкостенных труб для преодоления YKa
занных трудностей MorYT быть рекомендованы следующие приемы.
1. Короткие трубчатые детали со сквозными rладкими OTBep
стиями можно сваривать трением, предварительно вставив внутрь
пробки из твердоrо материала (рис. 37). Такая пробка, если она
вставлена достаточно плотно, препятствует деформированию ce
чения трубы при закреплении последней в зажиме машины;
зажим может быть в этом случае ДBYX или трехкулачковым.
Эта же пробка выправляет трубу, если до сварки она обладала
эллиптичным сечением или вмятинами кромок. Правильно BЫ
бранное (из соображений, указанных выше) расстояние 1 между
торцом трубы и торцом пробки (рис. 37) способствует повышению
устойчивости стенок трубы.
Обеспечение минимальноrо эксцентриситета (при очень TOHKO
стенных трубах) может быть достиrнуто с помощью взаимной
центровки таких пробок, например, так, как П9казано на рис. 38.
Для уменьшения износа Kpyr лоrо пальца однои пробки и COOTBeT
ствующеrо отверстия в друrой пробке, последняя может быть
снабжена шарикоподшипником.
85
Вырванные из тела стержня частицы металла f!,ривариваются
к поверхности контртела; образуется сперва т?нкии слои перене
ceHHoro со стержня металла. Затем этот слои пос епенно утол
щается. «Воротник» (в этом случае одностороннии) постепенно
отходит от плоской поверхности детали. Между поверхность
детали и торцом стержня образуется столбик «нап:!авленноrо»
металла (рис. 41). Этот металл, как бы прошедшии в процессе
трения термомеханическую обработку, при микроскопическом
анализе обнаруживает тонкую, мелкозернистую структуру, CBO
боден от пороков и обладает высокими механическими качествами.
Несколько комплектов таких пробок обеспечивают беспрерыв
ную работу сварочной машины; зарядка пробками очередной
пары деталей выполняется во время сварки предыдущей пары.
2. Если по условиям производства внутрь деталей вставлять
пробки нельзя, то их можно заменить охватывающими кольцами.
Последние MorYT быть сплошными или разрезными. Неразрезные
кольца устанавливаются между зажимом и местом сварки. Раз
резные же иrрают роль оправок и позволяют пользоваться для
закрепления трубы обычными кулачковыми патронами; в этом
случае кулачками зажимается кольцо. Так
же как и внутренние пробки, такие кольца
позволяют устранять эллипсность трубы
и повышают устойчивость ее стенок, если
часть выпущенной из кольца трубы ДOCTa
точно мала. Для тонкостенных трубок,
[де требуется высокая степень соосности,
MorYT быть созданы приспособления, aHa
лоrичные устройству, изображенному на
рис. 38, с той лишь разницей, что вместо
Рис. 39. Зажимы, OXBaTЫ центральноrо пальца одно из колец снаб
вающие трубу снаружи жается несколькими пальцами с катками,
которые охватывают, центруя, кольцо,
установленное на контрдетали, и обкатываются по ero поверхности.
3. Машины, предназначенные для сварки труб, снабжаются
MHoroKY лачковыми зажимами, позволяющими охватить трубы
почти по всей ее окружности. Такие зажимы (рис. 39) должны
иметь не менее трех кулачков; это диктуется соображениями удоб
ства центровки детали, а также размещением кулачка на поверх
ности трубы без закусывания.
19. СВАРКА Т ОБРАЗНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
В Т образных соединениях стержень или труба привариваются
впритык к плоской поверхности друrой детали. Основной особен
ностью сварки таких соединений является асимметрия температур
Horo поля. От плоскоrо источника на поверхности трения тепло
распространяется фронтально вдоль оси стержня и в направле
ниях, нормальных к некоторой сферической поверхности в теле
друrой детали (рис. 40). Это различие в интенсивности теплоотвода
по обе стороны от поверхности трения вызывает асимметрию
температурноrо поля; rрадиенты температур оказываются раз
личными; различно идет процесс износа сопряженных деталей.
В стержне rрадиент температур и механических свойств металла
вдоль оси детали оказывается меньше; чем в контртеле; в стержне
наблюдается процесс r лубинноrо вырывания частиц металла, тоrда
как в массивном и менее проrретом контртеле имеет место лишь
эффект поверхностноrо полирования с минимальным износом
металла в r лубину .
86
Рис. 40. Температурное поле
в Т образном соединении
Рис. 41. Схема процесса переноса ме-
талла со стержня на пластину: а на-
чало процесса трения; 6 большое
время HarpeBa (заштрихован перене-
сенный металл)
Качество же соединения наплавленноrо металла с поверхностью
контртела во MHoroM зависит от начальных условий u процесса
и, в первую очередь, от перпендикулярности плоскои поверх
ности массивной детали оси вращения стержня. Невыполнение
этоrо условия (поскольку плоская деталь почти не деформируется)
может привести к одностороннему непровару, что снижает проч
ность соединения, по сравнению с прочностью OCHoBHoro Me
талла.
Опыты показали, что для достижения хорошеrо качества соеди
нения торцовое биение не должно превышать 0,2 0,25 мм.
В практике нередко отмечались случаи, коrда Т о разное
соединение стержня с плоской деталью из малоуr леродисто стали
хорошо работает на растяжение (даже при зн,:копеременнои дина
мической наrрузке), но плохо работает на...... изrиб. u Иноrда это
удовлетворяет требованиям, предъявляемым.,:,к такои детали по
условиям ее работы.
При сварке Т образных соединений скорость и давление ыби
раются, как и в случаях сварки симметричных соединении, из
табл. 2. Что касается времени HarpeBa и осадки HarpeBa, то их
величина лучше Bcero определяется эмпирически: процесс HarpeBa
может и должен быть прекращен, как только начнется «отслоение»
1 Термин «наплавка» взят в кавычки потому, что процесс происходит без
плавления металла.
87
В целях получения надежноrо (rерметичноrо) соединения трубы
с фланцем, этот тип соединения рекомендуется выполнять также
по схеме, изображенной на рис. 42, в. "
Все указанные вариантыI подrотовки свариваемых деталеи
обеспечивают хорошие качества Т образных соединений. Режимы
их сварки следует выбирать по табл. 2, как для симметричных
соединений.
20. СВАРКА ДЕТАЛЕЙ НЕРАВНОВЕЛИКИХ СЕЧЕНИЙ
Этот вариант соединения, коrда встык свариваются два Kpyr
лых стержня разных диаметров, можно отнес и к только что
рассмотренному случаю Т образных соединении. К нему OTHO
сятся и все рекомендованные технолоrические приемы подrотовки
деталей. Можно рекомендовать также заточку конца детали боль
шеrо диаметра до диаметра второй детали, т. е. сведени: случая
сварки деталей разноrо диаметра к случаю сварки деталеи paBHO
великоrо сечения. При этом длина (rлубина) заточки достаточна
порядка 3 6 мм для сталей и должна быть большеrо размера
для алюминия, меди и друrих пластичных металлов.
21. СВАРКА ДЕТАЛЕЙ КРУПНЫХ СЕЧЕНИЙ
Каждая сварочная машина рассчитана на вполне определенный
диапазон сечений свариваемых деталей. Верхний пред л ero опре
деляется обычно мощностью машины и максимальнои величинои
развиваемоrо ею усилия (см. rл. IX).
Однако в практике часто встречается
необходимость сваривать детали с сече
нием, большим, чем то, на которое pac
считана данная машина. В таких случаях
можно получить вполне удовлетворитель
ное сварное соединение, если соответствую
щим образом подrотовить до сварки CTЫ
куемые поверхности деталей (одной или, Рис. 43. Подrотовка TOp
лучше, обеих). На рис. 43 показан один цов стержней большоrо
из возможных вариантов такой подrотов диаметра
ки заточка периферийной части поверх
ностей трения на конус. В этом случае максимум момента и мощ
ности трения (рис. 21) окажется в то время, пока диаметр d
и площадь поверхности трения сравнительно малы. По мере
осадки деталей поверхность трения увеличивает:я, но при это
сокращается (рис. 21) величина у Д е л ь н о и потребляемои
мощности; в результате процесс сварки будет протекать при
относительно малом потреблении энерrии и мощности. Сварку
следует закончить после Toro, как вся длина заточки будет BЫ
брана, а поверхность трения достиrнет номинальноrо сечения
деталей D. Понятно, что полная величина осадки в этом случае
89
воротника от плоской поверхности детали. Иноrда между BOpOT
ником и этой поверхностью появляется новообразование в виде
колечка металла; оно также является показателем необходимоеТI
окончания процесса HarpeBa.
d
В первом издании книrи приводилась зависимость l)n 1I:.!JZ т'
связывавшая диаметр d и толщину 5n пластины; предполаrалось,
что только при этом соотношении, блаrодаря симметрии тепло
отвода в обе стороны от стыка, соединение должно обладать
оптимальными свойствами. Последующий опыт показал, что тол
щина детали, к которой приваривается стержень (или труба),
на качество соединения не влияет; следует лишь оrраничить ми
.
Рис. 42. Подrотовка плоской детали перед сваркой
т образноrо соединения пластины со стержнем (а и 6)
и с трубой (в)
нимальную толщину детали: она не должна за время сварки
леrко проrреваться на всю rлубину и «протираться» при этом.
Чтобы эту предельную толщину снизить, можно применять под
кладку из хорошо проводящеrо тепло металла, например из
меди.
Для обеспечения BbIcoKoro качества Т образных соединений
при их сварке трением MorYT быть рекомендованы следующие
приемы:
1) торцевать поверхность плоской детали в машине для сварки
трением, после чеrо (не переставляя ее в зажиме) осуществлять
сварку;
2) искусственно сводить задачу сварки асимметричноrо Т об
разноrо соединения к задаче сварки симметричноrо соедине
ния. Для этоrо либо на детали с плоской поверхностью заранее
nротачивается (отковывается, отливается) выступ (рис. 42, а),
диаметр KOToporo равен диаметру привариваемоrо стержня, а BЫ
сота 3 6 мм для сталей и несколько более для пластичных Me
таллов, либо на торцовой поверхности массивной детали заранее
протачивается кольцевая канавка (рис. 42, 6) для сварки этой
детали со стержнем; для соединения с трубой плоская деталь под
rотовляется как показано на рис. 42, 8.
r лубина выточки в обоих случаях должна быть не менее 3
5мм для сталей и несколько большей для деталей из пластичных
металлов.
88
должна выбираться больше,. чем обычно, на длину заточки;
время HarpeBa также будет более обычноrо. Режим сварки будет
мяrким, а проrрев деталей вrлубину увелич нным по cpaBHe
нию с обычным процессом.
Друrой способ сварки крупных сечений на относительно мало
мощной машине заключается в уменьшении сечения свариваемой
детали за счет предварительной выборки центральной ее части.
Этот вариант менее удачен, чем предыдущий, так как в месте
стыка сечение детали после сварки уменьшается (доводить про
цесс в этом случае до соприкосновения проточенных торцов не
рекомендуется).
Следует иметь в "виду, что в замкнутом пространстве внутри
соединяемых деталеи находятся rазы, HarpeBaeMbIe до высоких
температур; их компрессия обычно приводит к прорыву rазов
сквозь пластичный металл и к образованию в стыке свища. Для
предупреждения этоrо нежелательноrо явления в одной из дeTa
лей следует сделать дренаж (заранее просверлить отверстие He
большоrо диаметра, порядка 1 ,5 2 мм).
22. ПОЛУЧЕНИЕ «БЕзrРАТОВЫХ» СОЕДИНЕНИЙ
В некоторых случаях, например при сварке трением железо
бетонной арматуры, остающийся после сварки [рат (воротник)
не только не вредит, но даже оказывается полезным, так как
улучшает сцепление стальных стержней с бетоном.
Как показано ниже (см. rл. VIII), сохранение [рата полезно
и a деталях, предназначенных для работы в условиях коррозион
нои среды. Не вреден [рат и в сварных деталях машин и механиз
мов, работающих при статических Н,аrрузках, если при этом
присутствие [рата не нарушает требований эстетики.
Однако в большинстве случаев по тем ИJIИ иным соображениям
[рат с деталей должен быть удален.
[рат fIедопустим, например, на деталях, подверженных дей
ствию динамических наrрузок, так как ero специфическая форма
блаrоприятна для концентрации в районе стыка локальных пере
напряжений. На таких деталях удаление [рата точением запод
лицо с боковой поверхностью детали, обязательно. '
Но есть ряд случаев, коrда присутствие [рата нежелательно
лишь потому, что он занимает часть пространства, предназначен
Hor,? конструктором для друrих целей; например, [рат, обраЗQвав
шиися при приварке трением шпильки к плоскости, мешает, если
ero не удалить, надеть на шпильку шайбу так, чтобы она приле
rала бы к плоскости; внутри трубы [рат создает дополнительное
местное сопротивление току жидкости или rаза по трубе и т. п.
В этих случаях MorYT быть применены некоторые приемы,
позволяющие спрятать [рат в заранее приrотовленный для Hero
«карман» (рис. 44). Этот способ может быть применен, разумеется,
90
.
только в тех случаях, коrда уменьшение сечения стержня или
трубы допустимо по условиям работы детали.
Друrой способ получения соединения почти лишенноrо [рата,
основан на предотвраlЦении ero образования в процессе сварки.
Этот способ наиболее применим к сварке труб. Наружный [рат
на стыках труб во мноrих случаях не явля
ется помехой, а если ero и нужно удалить,
то это сделать сравнительно леrко, напри
мер, на токарном станке. Значительно слож
нее удалить [рат, образовавшийся внутри
трубы, в особенности, если она длинная.
В этом случае предотвратить появление
[рата можно с помощью предварительно
вставленной пробки (рис. 45), причем так,
чтобы стык деталей находился в районе ее
конической поверхности. В процессе осадки
малыIй зазор, образованный пробкой и BHYT
ренней стенкой трубы, воспрепятствует про
извольному формированию [рата, и заставит
металл выдавливаться в этот зазор в виде
TOHKoro «чулка». Внутренний диаметр трубы
после сварки почти не уменьшается, а образовавшийся [рат не
является помехой потоку жидкости или rаза по трубе.
Выдавливание металла из стыка при этом имеет дважды асим
метричный характер:
1) ero течение наружу, ничем не сдерживаемое, будет леrче,
чем внутрь трубы; . поэтому степень деформирования металла,
лежащеrо у наружно!! и у внутренней стенок трубы, ..неодина
кова; :
2) металл вытекает в зазор лишь между одной из деталей и
пробкой; металл не вытесняется в зазор между пробкой и той дe
тадью, скорость вращения которой OT
носительно пробки равна нулю.
Асимметрия деформации металла
приводит, как показал опыт, к пониже
нию' свойств cBapHoro соединения, но
в ряде случаев не служит препятствием
Рис. 45. Схема сварки труб к применению TaKoro соединения.
с образованием bhytpc-ннеrо На поверхность пробки, во избежа
rpaTa минимальных размеров ние ее быстроrо износа и приварива
ния к трубе, должен быть нанесен слой
сплава высокой твердости, например стеллита или сормайта;
поверхность затем тщательно обрабатывается. Конусность у проб
ки желательна для более удобноrо ее извлечения из трубы после
сварки. Зазор между ЦИJIиндрической частью пробки и стенками
отверстия трубы должен быть порядка 0,5 0,6 мм (на диаметр);
конусность друrой части тела пробки 1 : 15 или 1 : 10.
Рис. 44. Подrотовка
стержня (или трубы)
для размещения rpaTa
в пределах исходноrо
диаметр а
rll ,R
91
Точно таким же образом можно оrраничить форму и размеры
наружноrо [рата при сварке труб или стержней. Для этоrо только
вместо пробки стык помещается внутрь кольцевой оправки, Haca
женной на обе свариваемые детали с некоторым (см. выше) зазором.
Описанный метод, хотя и применяется на практике, может быть
рекомендован лишь оrраниченно из за следующих присущих ему
недостатков:
1) поверхность пробки, даже наплавленной твердым сплавом,
относительно быстро изнашивается, и часто требуется ремонт
или замена пробки;
2) при малом зазоре между пробкой и трубой, в особенности,
при большой длине трубы извлечение пробки после сварки затруд
нительно и трудоемко;
3) труБыI с таким принудительно сформированным [ратом обла
дают обычно пониженными механическими свойствами металла
стыка (в связи с асимметричным ero течением при осадке);
4) стыки таких труб отличаются пониженной коррозионной
стойкостью (щелевая коррозия в зазоре между телом трубы и TOH
костенным трубчатым телом [рата «чулком»).
В тех случаях, коrда в соединении допускается [рат мини
мальных размеров, рекомендуется [17] вести процесс сварки
трением на повышенных скоростях вращения, однако это, как было
указано выше, вынуждает применять предварительную точную
(токарную) обработку торцов свариваемых деталей.
Не исключена возможность, что в будущем оптимальное реше
ние вопроса о безrратовой сварке будет получено в результате
комбинации сварки трением с друrими видами сварки.
23. СВАРКА С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ФОРМИРОВАНИЕМ
МЕТАЛJJА ШВА
"Весьма интересные результаты исследований были получены
П. М. Сутовским И др. [48] в их работе, посвященной сварке
трубчатых соединений.
В этой работе авторы, основываясь на ранее опубликованных
исследованиях, показали, что при деформировании металла стыка
в условиях BceCTopoHHero (TpexocHoro) сжатия качество соедине
ния получается выше, чем при обычной для сварки трением схеме
процесса, близкой к схеме одноосноrо сжатия.
Условия BcecTopoHHero сжатия металла в стыке можно получить
путем.оrраничения свободноrо истечения металла в радиальных
направлениях. В частности, применительно к трубам, предла
rается пользоваться одновременно и внутренней пробкой и наруж
ным кольцом (рис. 46). Поэтому, предложенная схема ведения
процесса внешне близка к рассмотренным выше случаям оrрани
чения rратообразования. Однако от них она существенно отли
чается тем, что асимметрия деформирования по сечению трубы
отсутствует: истечение металла затруднено как внутрь, так и Ha
ружу. в связи с этим нет оснований для ухудшения свойств Me
талла. Более Toro, в работе [48] показано, что свойства металла
стыка выше, чем при схеме одноосноrо сжатия. Механизм этоrо
явления, вероятно, близок к описанному выше: создание искусст
BeHHoro подпора, мешающеrо металлу течь в плоскости трения
и создающеrо условия BcecTopoHHero сжатия, ставит все объемы
металла приповерхностных областей стыка (вне зависимости от их
расстояния от оси вращения) в почти равные условия деформи-,
рования.
Здесь необходимо подчеркнуть,
однако, что полностью «запирать»
металл стыка и «запрещать» ему
течение в радиальных направле
ниях совершенно недопустимо
(даже если бы это было практи
чески возможно). Для получения
доброкачественноrо с:варноrо coe Рис. 46. Схема сварки труб с дву-
динения необходима с о в м е с т сторонним принудительным форми-
Н а я пластическа я деформация рованием rpaTa
свариваемых деталей в плоскости
стыка; необходимость такой деформации (и притом определенной
минимальной величины) связана с обеспечением процесса выхода
на поверхность дислокаций и образования на ней активных узлов
(узлов схватывания), а также с удалением из стыка окисных пле
нок и заrрязнений.
В упомянутой работе [48] авторы ее для еще более BbIcoKoro
качества сварных соединений, выполненных по методу «принуди
тельноrо деформирования» (BcecTopoHHero сжатия), предлаrают
торцы труб затачивать на конус так, чтобы стык получался в сече
нии косой. Такая форма стыка позволяет улучшить работу CBap
Horo соединения в условиях приложения растяrивающих сил,
крутящих и изrибающих моментов и их cOBMecTHoro действия.
92
24. ОРИЕНТИРОВАННОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ
В практике нередко встречается необходимость TaKoro соеди
нения деталей, чтобы они после сварки были определенным обр:а'"
зом взаимно ориентированы. Это нужно, например, если ,обе де'1'J
тали имеют просверленные отверстия, оси которых, по условиям
сборки, должны быть параллельны, и в некоторых друrих случаях.
При обычном процессе сварки трением rарантировать такую'
взаимную ориентированность деталей невозможно; одна из дeTa
лей, вращаясь BOKpyr своей оси, в конце торможения останавли
вается в произвольном положении (с произвольным уrлом пово-
рота) относительно друrой, 'неподвижной детали. Из за малой
длины тормозноrо пути (в современных машинах для сварки
ТРl'нием ОН составляет около 0,5 оборота шпинделя) и KpaTKoro
93
времени «выбеrа» порядка десятков миллисекунд, управлять
таким процессом торможения практически невозможно. Мноrие
предложения, сделанные в направлении преодоления этой TPYД
ности, остаются пока нереализованными либо по причине явной
неработоспособности предложенных устройств, либо из за чрез
мерной их сложности и малой надежности.
Пока единственным, вполне реальным и простым средством
для сварки трением двух взаимоориентированных деталей, яв
ляется процесс, схема KOToporo показана на рис. 6, а. По этой
схеме две свариваемые невращающиеся детали MorYT быть BЫCTaB
лены одна относительно друrой со сколь
уrодно большой точностью, а затем CBa
рены между собой с помощью зажатоrо
между ними и вращающеrося TpeTbero
тела. По этому принципу уже построены
и работают несколько машин.
При этой схеме процесса средняя
часть детали (третье тело) обязательно
должна иметь круrлое или близкое
к Kpyry сплошное или трубчатое сече
ние.
Неудобством этой схемы является
некоторая сложность конструктивноrо
решения узла закрепления и одновременноrо вращения средней
части (TpeTbero тела) детали.
Однако уже есть ряд удачныIx решений такой конструкции.
В частности, в одном из иностранных патентов [78] идея сварки
двух неподвижных деталей с помощью вращения зажатоrо между
I:IИМИ третьеrо тела (рис. 6, а), применительно к сварке труб,
реализована следующим образом (рис. 47): концы свариваемых
труб 1, 2 насаживаются на круrлые заплечики промежуточной
детали 3 до упора в ее буртик. Деталь 3 приводится во вращение
вставляемым в нее стержнем блаrодаря заранее выполненному
шпоночному или шлицевому соединению между ними. Промежу
точная деталь остается заваренной в соединении.
Вследствие Toro, что сужения отверстий трубопроводов в зоне
стыка, как правило, недопустимы, предложенное решение может
быть успешно применено лишь при сварке труб, работающих в Ka
честве несущих наrрузки элементов конструкции.
В этом случае предложенное решение, очевидно, удачно не
только способом привода вращения средней детали, но и просто
той достижения соосности свариваемых элементов, а также xopo
шей работоспособностью узла в условиях растяrивающих и изrи
бающих наrрузок.
Следует отметить, что было MHoro попыток использовать схему
сварки трением с вращением TpeTbero тела, но без оставления
ero в стыке. Авторы предлаrали, например, HarpeBaTb стык Bpa
ПI '
. -
. "' . :,
, . -
3
Рис. 47. Сварка двух непо
движных труб по схеме Bpa
щения TpeTbero тела:
1, 2 свариваемые трубы;
3 ВТУЛt\а со шлицевым OTBep
стием
94
щающимся диском большоrо диаметра с осью вращения, находя
щейся за пределами свариваемых деталей; предполаrалось, что
после дости)Кения требуемой пластичности концов этих деталей
диск быстро убирается из зазора между деталями, последние CBO
ДЯТСЯ, сдавливаются и далее образуется сварное соединение.
Путь этот оказался принципиально порочным, так как полу
чить таким образом удовлетворительное соединение невозмо)Кно.
Диск, вращаясь, охлаждается и окисляется; часть этих окислов
застревает в стыке; в процессе удаления диска из стыка и CMЫKa
ния образовавшеrося зазора, как бы ни был мал необходимый для
этоrо промежуток времени, поверхности трения успевают оки
слиться и охладиться.
Эта схема процесса успеха не имела.
r
25. СОЕДИНЕНИЯ НЕОБЫЧНЫХ ФОРМ
Сварка трением (по обычной схеме вращением) деталей He
круrлоrо сечения принципиально возможна, но с некоторыми orpa
ничениями.
Так, например, можно сварить встык два стержня квадратноrо
сечения между собой (без помощи TpeTbero тела), и соединение по
Рис. 48. Момент оrоления
части поверхности (за
штрихована) деталей He
круrлой формы
Рис. 49. Т образное соединение
круrлых стержней
лучается вполне удовлетворительноrо качества, но только по
поверхности, оrраниченной вписанной окружностью (рис. 48).
Заштрихованные уrлы квадратов в процессе вращения оrоля
ются, окисляются, охлаждаются, и поэтому даже в случае COB
падения (наложения) обоих сечений, в этих местах соединение
получается пониженноrо качества. Тем более нельзя рассчитывать
паrрузку на уrлы сечения, если в конце сварки сечения не
совпадут.
При сварке встык двух стержней шестиrранноrо сечения
с образованием относительно большоrо воротника, соединение
получается почти по описанной окружности, так как выдавли
95
.
ваемый в [рат металл стремится принять форму кольца. Пло
щадь трения приобретает форму Kpyra, выступающих' и способных
окисляться уrлов шестиrранноrо сечения в пределах .поверхности
трения не остается, и прочность соединения можно рассчитывать,
исходя из полной площади шести уrольноrо сечения. Любопытна
следующая деталь: если процесс не доводить до обильноrо [pa
тообразования, то соединение образуется с почти точным совпаде
нием yr лов и rраней обоих шестиrранников. Это можно объяснить
тем, что при вращении величина поверхности трения не постоянна
и как бы пульсирует, достиrая максимума при совпадении уrлов
шестиrранников и уменьшаясь, коrда уrлы расходятся. В связи
с этим пульсирует и момент трения. При выбеrе окончательная
остановка происходит, коrда момент трения (в этом случае ero
надо рассматривать как составляющую тормозноrо момента) дo
стиrает максимума, т. е. коrда уrлы шестиrранника совпадают.
ЭТQТ эффект проявляется тем больше, чем больше доля момента
полезноrо трения (в стыке) в общем тормозном моменте машины.
На одном из предприятий электротехнической промышленности
весьма удачно выполняются малоответственные (не несущие боль
ших наrрузок) Т образные соединения, выполняемые из двух
листовых штамповок. Роль стержня выполняет пластина, имею
щая поверхность трения в форме прямоуrольника с отношением
сторон 1 : 2. Сварка хорошеrо качества получается лишь в цeH
тральной части сечения такой формы, но при этом прочность соеди
нения оказывается вполне достаточной.
Нами проводились предварительные эксперименты по сварке
Т образных соединений из двух круrлых прутков одинаковоrо
диаметра (рис. 49).
Так же, как и в предыдущем случае, соединение получается по
неполному сечению. В результате деформации обеих деталей по
верхность трения получается сложной формы, близкой к эллипсу.
В пределах этой поверхности прочность соединения вполне
у довлетвор ительна.
r лава VIl
СВАРКА ТРЕНИЕМ ДЕТАЛЕЙ
ИЗ РАЗНОИМЕННЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Достоинства сварки трением, которые рассмотрены в rл. 1,
позволяют осуществлять с помощью этоrо способа сварки соеди
нения из подавляющеrо большинства сочетаний разноименных
металлов и сплавов, в том числе и таких, которые друrими видами
сварки выполнить невозможно или очень трудно. В табл. 3 приве
дены режимы сварки некоторых сочетаний разноименных метал
лов и сплавов, а в табл. 4 характеристики соединений. Лишь
немноrие из опробованных сочетаний (табл. 1) не удалось сварить
трением.
Успешное получение доброкачественных соединений часто
требует применения специальных приемов.
Выше указывалось, что совместная пластическая деформация
приповерхностных слоев металла свариваемых деталей является
одним из основных условий получения надежноrо соединения.
Из примеров сварки одноименных материалов, рассмотренных
в предыдущей rлаве, видно, что даже простое нарушение симмет
рии rеометрической формы деталей (относительно плоскости стыка)
приводит к асимметрии деформации и, как следствие этоrо, к yxyд
шению свойств cBapHoro соединения. При сварке трением разно
именных соединений причин для асимметрии совместной дефор
мации значительно больше. Кроме различной rеометрии деталей
вблизи стыка, такими причинами MorYT- быть: различная интен
сивность отвода тепла по обе стороны от поверхности контакта
из за различия теплофизических характеристик свариваемых Me
таллов, различие rрадиентов температур и механических свойств
этих материалов, асимметрия температурноrо поля.
Кроме Toro, при сварке разноименных металлов (сплавов)
прочность и друrие механические характеристики соединения
в большой мере зависят от взаимноrо соответствия типов и пара
метров кристаллической решетки свариваемых материалов, их
7 в. И. Билль
97
...
химическоrо взаимодеиствия, Сl1НХРОННОСТl1 выхода дислокаций
на поверхность контакта в процессе cOBMecTHoro деформирования,
равенства (или близости) значений температурных коэффициентов
линейноrо расширения и т. д. Немалое значение имеют и диффу
зионные процессы при сварке и при последующих повторных
HarpeBax соединения. Они способствуют более быстрому увеличе
нию фактической площади контакта после образования мостиков
схватывания между контактирующими поверхностями. Нельзя,
однако, диффузию рассматривать как процесс, определяющий
образование cBapHoro соединения; это процесс вторичный,
в большинстве случаев способствующий процессу сварки 1 и уБыI
стряющий ero.
Все эти факторы мало отражаются на процессе образования
cBapHoro соединения и ero качествах, если у данной пары материа
лов близки их физические и химические константы. И наоборот,
получение доброкачественных соединений может оказаться весьма
трудным, если свариваются материалы с резко различными тепло
физическими и химическими характеристиками.
Уже накоплен значительный практический опыт сварки Tpe
нием различных сложных сочетаний (пар) материалов.
Здесь подробно рассмотрены наиболее интересные и важные
из них.
В настоящее время сварка трением уже внедрена на ряде
специализированных заводов Вильнюсский завод сверл, Мос-
ковский, Челябинский, Ташкентский, Оренбурrский, Сестрорец-
кий инструментальные заводы, московский завод «Фрезер»,
а также в инструментальных цехах таких крупных предприятий,
как [орьковский автомобильный завод и Московский автомобиль
ный завод им. Лихачева, Алтайский и Челябинский тракторные
заводы и др. Более половины действующеrо парка отечественноrо
оборудования для сварки трением используется в сфере произ
водства режущеrо инструмента.
Сравнительно широко стала использоваться сварка трением
инструмента в Польской Народной Республике; большой интерес
к этой технолоrии проявляется в [ДР и друrих странах.
Все это объясняется технической целесообразностью замены
контактной сварки сваркой трением и большим экономическим
эффектом, получаемым при этом.
При применении сварки трением: повышается качество соеди
нения и значительно увеличивается стабильность ero свойств;
достиrается значительная экономия дефицитной БыIтрорежущейй
стали; сокращается расход конструкционной стали; уменьшается
установленная мощность оборудования; улучшается COS (j).
Кроме Toro, как показал этот же опыт промышленноrо исполь
зования сварки трением, значительно сокращается брак по сварке
и на 5 15% (в зависимости от характера и условий производства
на данном предприятии) повышается производительность труда.
Тщательно поставленные исследования сварки трением большой
партии режущеrо инструмента, выплненнойй в производственных
условиях, были проведены на заводе им. Воскова [1]. Они убеди
тельно подтвердили данные об увеличении стабильности качества
сварки и надежности инструмента после замены контактной сварки
сваркой трением (табл. 5).
Кроме статических испытаний было выполнено также исследо
вание усталостной прочности cBapHoro соединения (знакопере
менный изrиб в процессе кручения образца). При базе 1 .107 цик
лов усталостная прочность соединения из Р18 + сталь 45 COCTa
вила 21 22 Kr/MM 2 как для образцов, сваренных трением, так
и для образцов, выполненных с помощью электрической контакт-
ной сварки. При этом надо заметить, что последние образцы свари-
вались в лаборатории, а образцы, сваренные трением, отобраны
от партии, выполненной в производственном цехе.
В работе [1] сообщается также о результатах испытаний сва-
peHHoro трением инструмента (шпоночных и концевых фрез, сверл)
в условиях обычной ero эксплуатации, но при наrрузках, значи
тельно превышающих нормативныI:: шпоночные фрезы испытыва-
лись при подачах, в 4 раза превышающих нормы, и при ДBY
кратных, по сравнению с нормами, скоростях вращения. Кон-
цевым фрезам при удвоеlJНЬJХ с!{оростях вращения задавались
26. СВАРКА БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ С КОНСТРУКЦИОННЫМИ
Концевой режущий инструмент (сверла, торцовые фрезы, мет-
чики, развертки и т. п.) целесообразно изrотовлять из разноимен-
ных сталей. Режущая (рабочая) часть выполняется из дороrой
и дефицитной быстрорежущей стали (марок Р9, Р18, РК5, РК10
и др.), от личающейся высокими износостойкостью, твердостью,
красностойкостью. Для изrотовления хвостовой части инстру
мента с целью экономии, а также для придания этой части боль
шей вязкости, обычно применяют конструкционные стали, Ha
пример, марок 45, 40Х и др.
Ранее соединение хвостовой и рабочей частей заrотовки выпол
нялось с помощью электрической контактной сварки оплавле-
нием.
Сварка трением за последние [оды стала повсеместно вытес-
нять контактную сварку из сферы производства режущеrо инстру-
мента. Она внедряется как в массовом и крупносерийном произ-
водстве на специализированных инструментальных заводах, так
и в мелкосерийном производстве преимущественно в инструмен
тальных цехах крупных металлообрабатывающих предприятий.
1 Диффузия может приводить и К охрупчиванию образующеrося или уже
образовавшеrося cBapHoro соединения в результате появления в стыке хрупкой
прослойки, если свариваемые металлы образуют между собой химические соеди-
нения интерметаллиды.
98
7*
99
tj
:::t'
tj
h
\о \о Q) Q) Q) tJ::
aJ О О :Д :д :Д g @2ttJ::
:s: Q) Q) ::r:: ::f ::r:: :Д
:r: ::r:: м UU=tJ::=
oj :Д :Д :Д :Д Q)C'j @::f Q)=P-.U::r::
::r ::r:: ::f ::r:: ::f
Q) ::r'P-. ::r' М ::r' Q) Е-< Q)
:Е ::r:: м ::r:: м 0\0 О c'j = c'j Е-< tJ:: ::r::
Q) c'j Q) '" Е-< О Е-<Р-. gr
:s: ::r'P-. ::r'P-. \о \0\0
р, О О О 00
t:: Е-< Е-< Q) Q) ,= :><: в'
\о \о ::r: ::r: :ДP-.
о О U::r::t::
aJ IJ:: I
:s: :s: О
:r: :r: О р5
aJ t:; ro О О
::r o:s: LQ LQ О О о
» >: ;; I I I I I I I I ::f
р, I о о м
:.: о LQ -.;:t< -.;:t< I oj
р,Р< LQ с'1 Р,
oj :>:: с'1 ci) I \о
:r: oj о
aJ М
:s:
:s: :s:
:r: LQ О Р,
oj ф с'1 aJ
f-< :;: -.;:t< ф tD t)
;:Q --..... I I I I I I I I I tD с'1
1:: 1:"с..... I ('-.. со :s:
t) -.;:t< tD со со :s:
:s: р< -.;:t< LQ LQ LQ :r:
""
f-<
о) ;:Q
:S:\O р< .. О LQ О 1::
:r::s: С'I О О t)
"" :;: :s:
f-<Oj о.) :;: I I I I I ....... с'1 LQ
;:QM k: I I I ci) З =
50j ....... р,
ь О О О t::
:s::r: ....... r--.... t"-..
....... о)
i ;:Q
I со :r:
:r:
о) f-..:;: ci) о)
О):>:: bk: I со ;:) о со со CJ) CJ) ....... о ::r
:s::r: I с') с') ci) ci) с'1 с'1 -.;:t< ci) »
tD t:;
:r: aJ ci) о
"" р< t::
f-<IJ::
;:Qf-<
I::t)
t)"" С'I с'1 Ф О со tD С'I О :s:
:r:
:s:p, Q:>:;: tD tD tD LQ LQ LQ LQ aJ
"" bk: I I I I I I I I LQ -.;:t< ::r
:r: I со tD oj
со со LQ l' О со CJ) :r:
р< LQ LQ -.;:t< -.;:t< -.;:t< "<:j< ci) м
о)
:о
:r:
.tJ:: . :Е . :Е .tJ:: :Е од
о c'j о c'j t:;
:s: Q) Q) о c'j Q) о c'j ""
t:{:>:: о...р:) = р-.р:) = р-.р:) р-.р:)
:s:p, Е-< О ::r:: Е-< о ::r:: Е-< о = Е-< О а I I ::Е
::r:: :>:: :s:
Ф:д Q) Q) :Д Q) Q) Q) t)""'"
t) 1:; Е-< о... р-. р-. 1:; ,.Q р-. :>::
mU Е---< mU Е---< mt; Е---< mt; Е---< Oj
::Е:о
:s:f-<
о
р,,,,, 0)\0
:О""
::f:;: :r:P,
:;: З со I I ОДм
:s: р, р< ....... :>::
'2 ::Е""
:s::r:
:r:Oj
:<:Р<
::Е о
о:<: . р<
:о tt:;:Qt
f-< LQ LQ LQ LQ :s: ::E
» -.;:t< -.;:t< -.;:t<
:r: :r: t:{ @
,.Q ,.Q ,.Q ,.Q ""aJ M
g 1:; 1:; 1:; 1:; i:I' 53 oj
Р<= c'j c'j c'j '"
t:{:r: Е-< Е-< aJt:;::f
оOj U U U U \О:>::
1::1'< + + + + ::EOjt:;
;:Q 1'<\0
-1:: со со :s: oj
t:;t) ....... LQ p, f--<
Oj:<: р.. р.. р.. р.. р..
:s: -.;:t< t::"':c-i
р, ,.Q ,.Q ,.Q ,.Q ,.Q ,.Q
о)
1'< 1:; 1:; 1:; 1:; 1:; 1:;
oj c'j c'j c'j c'j c'j c'j
Е-< Е-<
u u u u u u
5 7 KpaTHыe скорости подач. Все фрезы выдержали испытания:
происходили поломки режущей части, но не было ни одноrо раз
рушения cBapHoro соединения.
В работе [1] приведены также результаты испытаний серии
сверл на кручение. Установлено, что инструмент, сваренный Tpe
нием, выдерживает момент с семикратным запасом по сравнению
с тем моментом, который необходим для сверления стали с преде
лом прочности (J'B == 75 Kr/MM 2 при нормативных режимах pe
зания.
Высокие прочностные характеристики соединения вполне co
rласуются с результатами исследований ero MaKpo и микро
структуры.
В соединениях, сваренных трением из сталей Р18 и 45, в стыке
отсутствует характерная для электрической контактной сварки
структура ледебурита. Вместо нее обнаруживается плохо про
травливаемая до отжиrа полоса мелкозернистоrо аустенита. Обра
зование мелкоrо зерна, вероятно, обязано высоким скоростям
охлаждения стыка и малому времени пребывания металла при
высоких температурах.
Обнаружение аустенитной прослойки в стыке авторы работы
[1] связывают с тем, что процесс сварки протекает в интервале
температур между точками Ас з и плавления.
При сварке трением наблюдается значительно меньше, чем
при электрической сварке, обезуrлероживание конструкционной
стали и обеднение карбидами быстрорежущей стали.
В зоне термическоrо влияния образуется структура плавноrо
перехода от металла стыка к основному металлу.
В заrотовках инструмента, выполненных с применением сварки
трением, блаrоприятная структура металла стыка и зон термиче
cKoro влияния сочетается с отсутствием макропороков соединения;
при правильно выбранных режимах сварки в стыке отсутствуют
поры, раковины, окисные включения, расслоения, трещины и дpy
rие пороки .
На качество cBapHoro соединения большое влияние оказывает
правильность выбора режима сварки. Однако опыт промышлен
Horo применения сварки трением заrотовок режущеrо инстру
мента показал, что режимы ero сварки позволяют некоторое
варьирование. Так, впервые сварка трением инструмента была
нами выполнена при линейной скорости на поверхности образцов
порядка 1 м/сек и при постоянном цикле давления РН == Рnр ==
== 12 -+- 14 Kr/MM 2 . Аналоrичные режимы сварки трением до сих
пор (более 10 лет) успешно применяются на мноrих предприятиях.
Позднее был предложен ступенчатый цикл давления с повыше
нием давления при проковке, который положен в основу работы
большинства современных машин для сварки трением заrотовок
режущеrо инструмента, в том числе и специализированных aBTO
матов и полуавтоматов типов МСТ A 31 и МФ 327 (rл. IX).
.=
с
Q.
«1
I:Q
U
С
Q..
CI)
1';
ro
.=
с
I:Q
С
:а
U
:=
:Е
CI)
:=
:с
CI)
Q.
Е-
.=
Q
Q..
cl:l
I:Q
U
:><:
:а
:с
:с
CI)
:r
>.
1';
с
с::
.:i
:=
:с
CI)
:с
:=
CI)
Q
U
:=
:=
Е-
u
:=
Q.
CI)
«1
Q.
«1
:к
100
101
Одной из исследовательских орrанизаций был рекомендован [4]
значительно более жесткий режим сварки трением заrотовок режу
щеrо инструмента из сталей Р18 и 45; давление HarpeBa и проковки
составляли соответственно 8 12 и 18 22 Kr/MM 2 ; при этом линей
ная скорость вращения рекомендовалась повышенная порядка
1 2,5 м/сек.
С друrой стороны, на нескольких предприятиях была успешно
внедрена сварка трением тех же материалов на режимах, peKOMeH
дованных совсем недавно друrим исследователем [51, 521, снова
применившим цикл с постоянным, но повышенным до 16 Kr/MM 2
давлением, блаrодаря чему оказалось возможным вести процесс
сварки на значительно пониженных скоростях 0,25 0,6 м/сек.
Наконец, режимы, разработанные в Польской Народной Pec
публике [43], применительно к сварке трением сталей, весьма
близких по своим теплофизическим свойствам к сталям советских
марок, в свою очередь отличаются от режимов, названных выше.
Для удобства сопоставления I-{азванные режимы сварки сведены
в табл. 6.
Таблица б
i Различные режимы сварки заrотовок режущеrо инструмента
из сталей Р18 и 45 с применением матрицы
не только исходя из технолоrии процесса, но и учитывяя друrие
соображения, например конструкцию машины, условия произ
водства на данном предприятии и др.
В связи с изложенным, однако, необходимо еще раз подчерк
нуть, что недопустимо варьировать лишь один из параметров
процесса; изменение, например, скорости вращения влечет за собой
необходимость изменения величины удельноrо давления HarpeBa
или времени HarpeBa при сварке.
На качество соединения большое влияние оказывает и правиль
ность выбора режима термической обработки заrотовки после сварки.
Соединение сталей с различными теплофизическими свойствами
может приводить к возникновению внутренних напряжений.
Пластическая деформация переохлажденноrо аустенита препят
ствует росту этих напряжений до недопустимых пределов. Появле
ние трещин можно ожидать лишь после начала мартенситноrо
превращения в районе стыка. При медленном охлаждении CBapeH
ных заrотовок «вместе С печью» от температуры порядка 4000 С
весь объем металла в каждый момент времени оказывается Harpe
тым до одной И той же температуры, мартенсит образуется OДHO
временно по всему сечению заrотовки и трещинообразование этим
предотвращается. Поэтому заrотовка после сварки должна быть
немедленно помещена в сборник (корзину) с указанной выше
температурой для последующеrо охлаждения всей корзины, коrда
она наполнится заrотовками. При этом процесс охлаждения дол
жен протекать тем медленнее, чем массивнее заrотовки. Этот тепло
вой режим применяется на подавляющем большинстве заводов для
предотвращения ПОЯВ.Jlения трещин после сварки.
Но и при таком замедленном охлаждении зона стыка все же
обладает повышенной твердостью; перед снятием [рата и механи
ческоЙ обработкой заrотовки рекомендуется подверrать отжиrу
по одному из следующих режимов:
н о р м а л ь н ы й о т ж и r (предварительно охлажденные
заrотовки) HarpeB в течение 8 10 ч до температуры 8500 С,
выдержка при этой температуре до 2 ч и медленное охлаждение
с печью до температуры около 5000 С, в течение 10 12 ч, после
чеrо охлаждение на воздухе;
и з о т е р м и ч е с к и й о т ж и r заrотовки, минуя сбор
ник, помещаются непосредственно в наrретую печь, которая после
заполнения медленно (3 ч) наrревается до температуры 8500 С, за
тем выдержка при этой температуре около 2 ч, и ступенчатое
охлаждение: до температуры 740 7500 С в течение 4 5 ч, BЫ
держка при этой температуре 5 6 ч и далее охлаждение (вместе
с печью или вне печи в сборниках).
После механической обработки сваренные детали подверrаются
закалке и трехкоатному отпуску:
, закалка предварительный HarpeB до 800 8500 С в хлористо
бариевой с поваренной солью ванне; окончательный HarpeB до
103
,::;: СКОрОСТЬ Удельное ,;
""::;: ::;:
(!) CQ относительноrо давление :r:", ::;:
= движения в кТ /м-м 2 <.> :r:CQ
CQ о. Литературный
0.>:>:: I ф I = t<: """" ИСТОЧНИК
::;;CQ ::;;"" ::;;:>::
""О ::;: '" =Е' ,:>:: O)CQ ::;;I:f
;s:f-o <.> OCQ
t:f2 iC- ........ 0.""0) 0.0 0.0.> ;:.,""
О t:::I:CQ t:::>:: t::Ot: u
20 1000 1,0 8 16 11 2,5 }
30 1000 1,5 7 8 15 18 3,0 В. и. Вилль [13 J
10 22 1900 l,o 2,3 8 12 18 22 2 8 3 4 Бакши и др. [4]
2100
10 18 1500 0,75 1,4 9 15 5 9 2,5 } и. В. Аверин
, и Н. Н.
18 30 1500 1,4 2,3 9 15 10 12 3,5 Кабанов [1]
6 14 800 0,25 0,6 10 13 10 13 2 3 } А. и. Христо
14 1200 0,85 13 13 форов [51]
20 1450 1,5 12 16 10 4 } Р. Михальски
20 1450 1,5 16 16 10 5 [43, 74]
Все эти режимы позволяют получить вполне удовлетворитель
ные по механическим свойствам сварные заrотовки режущеrо
инструмента. Это еще лишний раз доказывает возможность варьи
рования режимов сварки трением и в частности значений CKO
ростц вращения. Это !1QЗВ9ЛЯ Т fIазначать режимы сварки трениеl\1
102
1260 12700 С в соляноif хлЬристооариевой ванне; охлаждение .по
400 5000 с в u расплавленной каустической соде;
трехкратныи отпуск в сt;литровой ванне при температуре
550 5600 С в течение часа. .
Приведенные режимы термической обработки заимствованы
из опыта Сестрорецкоrо инструментальноrо завода им. Воскова [1 ],
но не исключена возможность применения и друrих режимов,
отличающихся от приведенных.
Опыт применения сварки трением в производстве режущеrо
инструмента показал, что при неправильной теХнолоrии сварки
и заrотовительных операций возможно появление следующих
дефектов в сварных заrотовках: кольцевой непровар по периферии
сечuения стыка, непровар центральной части сечения и OДHOCTOpOH
нии непровар.
В rл. V (рис. 28) была показана причина образования к о л ь -
Ц е в о r о н е про в а р а и указано, что одним из средств
борьбы.с ним служит затяжка процесса во времени до появления
[рата (воротника) достаточно больших размеров.
Друrим средством борьбы с кольцевым непроваром может слу-
жить применение заrотовки из более пластичноrо металла (в заrо
товках инструмента, таким материалом является конструкционная
сталь) C u диаметром, большим, чем диаметр заrотовки из быстро
режущеи стали. \
Избыточный объем холодноrо металла, обусловленный раз
ностью диам тров, оказывает на устранение кольцевоrо непровара
такое же деиствие, как и [рат (рис. 28); желаемый эффект дости
rается при сравнительно небольшой разнице в диаметрах
порядка 15 20 %.
Однако этот способ предотвращения кольцевоrо непровара
можно рекомендовать лишь при небольшом объеме производства
инструмента, Ta как при этом требуется увеличенный расход
конструкционнои стали и, rлавное, возрастает трудоемкость про
цесса из за необходимости затрат рабочеrо времени на последую
щую обточку заrотовки до номинальноrо диаметра.
Значительно целесообразнее предотвращать кольцевой непро
вар применением так называемой .осадочной матрицы. Она
представляет собой кольцо, в которое вставлен конец детали из
конструкционной стали (в общем случае детали из более пла
стичноrо материала) так, как показано на рис. 50. Этот метод в Ha
стоящее время применяется почти во всех случаях сварки трением
материалов различной пластичности. Матрица устанавливается
так, чтобы конец детали выступал за ее пределы на некоторую
величину а; между тело детали и стенками отверстия матрицы
допустим зазор величинои ; матрица должна иметь фаску разме
ром Ь х 450; объем образованноrо фаской усеченноrо конуса
заполняется металлом выступающеrо конца деформируемой пр и
сварке детали. Контрдеталь из быстрорежущей стали при темпе
104
ратурах сварки деформируется лишь незначительно как в осевом,
так и в радиальном направлениях.
Оптимальные размеры матрицы следует подбирать опытным
путем, однако для ориентировки можно рекомендовать Ь прини-
мать от 1,5 мм для малых диаметров свариваемых деталей до 3 JrtM
применительно к большим диаметрам.
Зазор 2 между стенками отверстия матрицы и поверхностью
свариваемой заrотовки обычно принимается равным 1 1,5 мм
(на диаметр). Наружные размеры матрицы, чтобы она не HarpeBa
лась быстро, рекомендуется брать:
D 5d; В == (O,8 1,0) d. (40
Обычно матрицы изrотовляются из инстру
ментальных сталей марок 5ХНВ, 5ХНТ и др.
Их долrовечность составляет несколько тысяч
сварок. С целью увеличения долrовечности
матриц их рекомендуется периодически
охлаждать. В некоторых машинах (rл. IX)
применено искусственное водяное (MCTA 31)
или воздушное (ZTa 10) охлаждение матрицы.
Однако следует избеrать чрезмерно интен-
сивноrо охлаждения матр ицы, так как в ре-
зультате активноrо отбора тепла переохлаж-
денной матрицей от свариваемой детали качество соединения
может оказаться ухудшенным.
Длину а конца заrотовки, выпущенноrо из матрицы, peKOMeH
дуется выбирать [6] из расчета заполнения фаски деформированным
металлом этой части заrотовки; однако учитывая, что металл
в процессе сварки выдавливается за пределы фасКИ, фактическое
значение величины а следует брать в 1 ,5 2,0 раза более расчетноrо.
Во всяком случае нужно стремиться к тому, чтобы стык по
окончании сварки располаrался в плоскости передней стенки
матрицы (рис. 50); обычно, в зависимости от диаметра заrотовок,
вылет из матрицы а == 1,5+5 мм.
ПО сравнению со сваркой без маТРИIlЫ (см. ниже) осадка кон-
струкционной стали значительно сокращается; в связи с этим
уменьшаются и величина полной осадки HarpeBa, и суммарная
осадка. Поэтому процесс HarpeBa при сварке в матрице рекомен-
дуется реrламентировать не по осадке, а по времени.
Н е про в а р в Ц е н т р а л ь н о й ч а с т и с е ч e
н и я возникает IЗ тех случаях, коrда тепловыделение при сварке
было недостаточным из за малой мощности или кратковременности
HarpeBa; характерным признаком TaKoro дефекта является видимая
невооруженным rлазом в изломе образца, подверrнутоrо заrибу
(без тормообработки), площадка диаметром в несколькО милли
метров, на которой отсутствуют следы схватывания; этот дефект
может иметь место и при недостаточном давлении проковки.
'"t:3
а
в
Рис. 50. Осадочная
матрица
105
О д н о с т о р о н н и й н е про в а р связан обычно с He
правильной подrотовкой перед сваркой торца детали из плохо
и мало деформирующейся быстрорежущей стали. При косом ее
торце (рис. 51) в месте начальноrо зазора между деталями можно
ожидать непровар; чтобы качество соединения было бы удовлетво
рительным, торец заrотовки из быстрорежущей стали должен быть
перпендикулярен к ее оси; торцовый бой не должен превышать
нескольких десятых долей миллиметра.
rладкую и нормальную к оси торцовую поверхность заrотовок
из быстрорежущей стали можно получить резкой их шлифоваль
иыми круrами или рубкой на специальных дифференциальных
штампах.
Требование перпендикулярности торца
к оси заrотовки не относится к заrотовке
из конструкционной стали, так как она
леrко деформируется и различноrо рода
неровности ее поверхности в процессе
сварки быстро стираются.
Соблюдение указанных правил и режи
мов сварки и термообработки практически
rарантирует получение BbIcoKoro и, rлав
ное, стабильноrо качества инструмента, cBapeHHoro трением.
Практика промышленноrо использования сварки трением MHO
rими предприятиями нашей страны и за рубежом показала не
только существенные ее технические преимущества, но и значи
тельный экономический эффект от замены ею применявшейся ранее
для этой цели электрической контактной сварки. Сварка трением
отличается от электрической контактной сварки встык заrотовок
инструмента значительным сокращением расхода быстрорежущей
стали. При электрической сварке оплавлением общее укорочение
свариваемых заrотовок происходит преимущественно за счет BbIro
рания быстрорежущей стали; одновременно, но в меньшей мере,
BbIropaeT и вторая часть заrотовки из конструкционной стали.
При сварке трением быстрорежущая сталь материал твердый
и плохо деформируемый при температурах сварки почти не
укорачивается; потери конструкционной стали при сварке Tpe
нием, в особенности в случае ведения процесса с применением
матрицы, также уменьшаются. Сравнительные данные, получен
ные в результате специально поставленных опытов [1], приведены
в табл. 7, из которой видно, что в диапазоне диаметров 10 30 ММ
применение сварки трением позволяет получить экономию быстро
режущей стали 2,5 3,0 ММ на каждой паре свариваемых деталей.
Если это отнести к среднему для названноrо диапазона сечению
(диаметр 22,5 ММ), то на каждой заrотовке экономится более 10
быстрорежущей стали. Машина, работающая в течение [ода в две
смены со средней производительностью 80 сварок в час (теорети
ческая производительность такой машины 110 120 сварок в час),
ДаеТ экономию быстрорежущеЙ стали более 4 т; в денежном Bыpa
жении при существующих в СССР ценах на таль, это составляет
более 20 тыс. руб. в [од.
т а6лuца 7
Припуски для сварки трением и электростыковой сварки (в ММ)
t. + .t
Диаметр Сварка трением Элеl\тростыковая сварка
свариваемых I I I I
заrотовок а Ь с а Ь с
10 18 1 1,5 1,5 4 2 1,5
1 8 30 1,5 2 1,5 4 3 1,5
При м е ч а н и е: из быстрорежущей стали; Ь ocaДKa
а осадка при HarpeBe заrотовки при HarpeBe заrотовки из конструкционной стали; с . припуск на механическую
обработку. Таблица заимствована из работы [1].
Рис. 51. Неправильная
форма подrотовки торца
детали из плоходеформи
pyeMoro материала
к этому следует добавить, что оборудование для CBapK
трением позволяет получать заrотовки, сваренные с большеи
соосностью, чем при контактной сварке, а это дает возможность
сократить припуск на обработку по диаметру и в результате
получить добавочную экономию дефицитной стали и денежных
средств.
Сокращение электроэнерrии на сварку, улучшение cos ер, co
кращение установленной мощности оборудования и uоплаты ее,
уменьшение необходимых производственных площадеи, сокраще
ние брака по сварке делают экономический эффект от замены
контактной сварки инструмента сваркой трением еще более ощу
тимым.
Улучшение свойства cBapHoro соединения и высокая экономи
ческая эффективность процесса, позволяющие окупить затраты,
связанные с внедрением сварки трением, в течение нескольких
месяцев эксплуатации оборудования, объясняют успешное BHeдpe
ние сварки в сферу производства металлорежущеrо инструмента
как в инструментальных цехах металлообрабатывающих заводов,
так и на специализированных инструментальных заводах. В по
следнем случае эффект от внедрения, разумеется, rораздо значи
тельнее.
В настоящее время в практику начинают входить новые KO
бальтосодержащие марки быстрорежущей стали с повышенной
твердостью. Сварка трением этих сталей, как показыв ют пред
варительные исследования, оказывается тоже возможнои, но при
этом необходимо ведение процесса сварки на специальных pe
жимах. Определению этих режимов посвящены проводимые в Ha
стоящее время технолоrические исследования.
106
107
27. СВАРКА АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ СО СТАЛЯМИ
ПЕрлитноrо КЛАССА
Крупной народнохозяйственной задачей является оснащение
дизельных двиrателей турбокомпрессорами, позволяющее почти
без затрат металла увеличивать МОЩljОСТЬ arperaTa на 50 70 %.
Решение этой задачи до сих пор сдерживалось трудностью
изrотовления ротора турбокомпрессора, колесо KOToporo по усло
виям работы (высокие температуры до 7000 С) изrотовляется
из аустенитной стали (сплава), а вал ротора из сталей перлит
Horo класса.
Сочленение вала с колесом с помощью механическоrо замка
практически невыполнимо, так как такой замок обычно не обеспе
чивает требуемую точность балансировки ротора, а при рабочих
скоростях 20 оuu зо 000 06/ мин это чрезвычайно важно.
Детали роторов обычно соединялись в замок со специальной
раздел ой фасок, а затем сваривались электрической дуrовой
св ркои аустенитными электродами в несколько проходов с зачист
кои шва после каждоrо прохода. При этом сварка велась с предва
рительным подоrревом деталей до 220 2500 С. Если еще учесть,
чт диаметр соединяемых деталей в месте сварки для разработан
нои [аммы турбокомпрессоров не превышает 60 мм, а на сварку
одноrо TaKoro соединения обычно затрачивается 10 12 мин труда
высококвалифицированноrо сварщика, то становится ясной бес
перспективность применения этой технолоrии в массовом произ
водстве. А именно на такой характер производства рассчитано
это изделие. .
Предварительные исследования сварки трением аустенитных
сталей (сплавов) различных марок с перлитными сталями дали
обнадеживающие результаты. На их основе ВНИИЭСО совместно
с НАМИ, а затем с ЦНИДИ с привлечением к участию нескольких
заинтересованных предприятий (в том числе Челябинскоrо TpaK
TopHoro завода, Свердловскоrо турбомоторноrо завода, Ярослав
cKoro MOTopHoro завода) провели исследования технолоrии сварки
трением восьми сочетаний материалов, применительно к про
мышленному производству роторов. .
В результате этой работы было установлено [7, 8, 39, 62], что
применение сварки трением обеспечивает получение соединений
более BbIcoKoro и, rлавное, более стабильноrо качества чем при
дуrовой сварке. Было установлено также почти полное тсутствие
поводки изделия при сварке трением, являвшейся большим мину
сом старой технолоrии. Было установлено, кроме Toro, что произ
водительность процесса сварки трением HaMHoro превосходит про
изводительность дуrовой сварки. Машинное время сварки Tpe
нием в зависимости от размеров сечения свариваемых деталей
и марок материалов колеса и валика варьируется от 12 до 35 сек
(табл. 8), а полное время цикла сварки составляет соответственно
108
/'
т аблuца 8
Режимы сварки аустенИТНЫХ сталей (сплавов) с перлитным и
r
Параметры режима сварки I
у дельные I'Q ",r:
Наименование свариваемых давлени я ;З::", .д!>: oo
материалов, диаметр стержня в кТ /мм 2 <..> f-<:Si ;З::I'Q gJl'Q
I'Q и;з::;х: Р.
В ММ t>: ",,,, "':>:
::.'" 8.g ::.
"a I про- Cl)1'Q ::.1:{ t:; ::r
р'С1) о"'........ :>. :Q(t)1'Q
rpeBa ковки E' p.\Q "''''
UI'QQ Uo Р.Р.
AHB 300 + ЭИ415, g 20 11 22 35 1000 3 4 2,5
ЭИ572 + 40Х, g 20 6 21 9 1000 1,8 1,5
ЭИ572 + ОХМ, Ф 28 6 21 14 1000 2,2 3,0
ЭИ696МЛ + 40r, g 20 6 21 121 1000 3,0 3,5 2 3
ЭИ787Л + 40r, g 20 I 6 21 12 1000 3,0 3,5 2 3
ЭИ787Л + 40Х, g 20 6 21 12 1000 3,0 3,5 2 3
ЭИ893Л + 40r, g 20 I 6 21 12 1000 3,0 3,5 2 3
I
ЭИ893Л + 40ХС, g 20 6 21 12 1000 I 3,0 3,5 2 3
I
1 При сварке стержней указанноrо сочетания больших диаметров время
HarpeBa увеличивается. Так, для сварки стержней диаметром 36 .ММ время HarpeBa
составляет 25 сек.
1 1,5 мин, т. е. приблизительно в 10 раз меньше, чем при дуrовой
сварке. Безусловным преимуществом сварки трением данных изде
лий по сравнению с дуrовой япляется также леrкость автоматиза
ции процесса.
При дальнейших исследованиях особенностей сварки трением
литых высоколеrированных аустенитных сплавов с конструкцио
ными (перлитными) деформируемыми сталями ставилась задача
определения наиболее целесообразных режимов процесса. При-
этом критериями оценки качества являлись прочностные xapaKTe
ристики соединения, их стабильность и долrовечность (надеж
ность) в условиях работы соединения при высоких (до 4000 С)
температурах.
Была исследована сварка сравнительно большоrо числа KOM
позиций, что объясняется проведением параллельной работы по
выбору оптимальноrо сплава для колеса ротора.
Трудность сварки аустенитных сплавов с перлитными CTa
лями заключается в различии мноrих теплофизических их свойств
и, в частности, коэффициентов линейноrо расширения. Кроме
Toro, соединение может оказаться хрупким из за образования
в нем переходной структуры. Наконец, при сварке аустенитных
сталей с перлитными [19] наблюдается склонность к появлению
трещин при резких повторных теплосменах.
109
Все эти особенности сварки названных сочетаний сталей
в большой мере относятся к дуrовой электрической контактной
сварке.
При сварке трением отсутствие плавления металла и KpaTKO
временное пребывание ero в процессе сварки при высоких темпе
ратурах в значительной мере облеrчает получение надежных
соединений. Но и при сварке трением для обеспечения заданных
свойств оказалось необходимым тщательно выбрать режимы
сварки.
Различная степень пластичности перлитных и аустенитных
сталей вынудила процесс их сварки трением вести с применением
а) [j)
/((jMf1 2 KrjMM 2
W
35 3
ЗО 3
M
{g 20 2
1 o" Z 'f 6 10:/2 '1 6 '06 Z Ч 61072 Ш 2 'f 61052 'f б 106 Z " б 107 Z lj.
Число циклоВ Число цш<ло{}
Рис. 52. Результаты испытания на усталостную прочность [7]:
а ЭИ572 + 40Х; 6 ЭИ572 + ОХМ
о I i П I
i-. 1111
11111
t= Zo°C
'1;
t:::'fOO"C ..
jjllll
осадочной матрицы (как и в случае сварки трением режущеrо
инструмента), которая устанавливается на валик из перлитной
стали.
Цикл давления применен ступенчатый, причем обычное COOT
ношение давления проковки к давлению HarpeBa, равное двум,
оказалось недостаточным; отсутствие стабильности показателей
уrла заrиба и ударной вязкости, а также хрупкость соединений
привели к необходимости резкоrо повышения давления проковки,
чтобы выдавить из стыка фазы металл с промежуточной CTPYKTY
рой и таким образом довести параметры соединения до требуемых
значений.
Исследованиями микроструктуры металла стыка выявлено,
что приложение значительных усилий (давлений) проковки при
водит К уменьшению толщины прослойки, обладающей переход
ной структурой с низкими механическими свойствами и отри
цательно отражающейся на характеристиках cBapHoro соеди
нения. /
Режимы, обеспечивающие заданное высокое и стабильное Ka
чество сварных соединений, приведены в табл. 8.
Образцы соединений, сваренных на этих режимах, были испы
таны в условиях статическоrо наrружения, а также на ударную
вязкость, и обнаруж 1.1И высокие показатели (табл. 9). Кроме
Toro, они испытьшались на усталостную прочность (рис. 52). Как
и при испытаниях на растяжение, при испытаниях на усталость
110
;е 10 10 10 .......
.. ....... C'I ["-- О ["-- О О ....... C'I ["-- ;:;;
с:: :1!;
",,!) <..> с'5 Ф 115 115 ф 10 -.::1" -.::1" t-- t-- Р.
Ф -.::1" 10 О I
:з: 1-< ........ -.::1" I I I I I I I I I I 00 I о
Р. <..J :1!; I I I 0&
'" о . -.::I" с") с") O -.::I" О ....... <l!
I:{:<: t.... с") 10 10 10 10 О ..,; ..,; 1:1:
:» c'i c'i OO ["-- t-- ..,; с") с'5 -.::1" с") с") с'5 10 <l!
'" '" с") с") -.::1" ::а
:з:
од
<l!
о::;: 1-<
:S:o::;: :1!; t-- О с") :s:
<..J
Ef:S:I-<r..:. ф C'I 10 о
Ef ....... ....... ....... t-- I I I I I I I I I I :>::
I I I I I ....... 1-<
S ;:;;'" ....... о
:>. :>. о Q. C'I О О ,Q
Ф ....... 10
Р. Р.:>; 1<: ....... ....... ....... 1-<
gз:<: :s:
р., <l!
1:1:
<l!
....... Р.
с") с") t::
c'i 00 -.::1" ....... C'I c'i о
о с") о (j) с") -.::1" О Ф 00 -.::1" -.::1"
["-- C'I C'I Ф 10 C'I I I I I I а)
I I I I I I I с'5 :s:
'" 00 t-- ....... ....... t-- C'I :>::
.... ;s ;s -.::1" О t-- Ф с") C'I <l!
7 10 -.::1" C'I ....... ....... ....... 115 t-- S
:>.
Р.
01
'"
Р.
О
["-- -.::I"
Ф :r:
<l! 00 Ф о 00 00 ....... -.::1" 00 ....... с") C'I 1:1:
t-- О ;; 10 -.::1" -.::1" 10 с") C'I О
:r: с") с") C'I -.::1" -.::1" -.::1" 10 ><
:>:: CJ 10 I I I I I I I I I I I I I I <..J
<l! 'Ос .... :s:
:11 t-- -.::1" 10 t-- 10 с") 10 -.::1" с") 00 10 1O -.::I" 1O -.::I" о
с:: с") C'I с") C'I -.::1" -.::1" 10 -.::1" -.::1" Ф -.::1" 10 О с") Р.
1-< -.::1" -.::1" -.::1" СI) C'I t::
<..J
'" :>;
Р. ::а
'" \ Р.
:>:: о
<l! 1-<
Ф Ф Ф о
:s: 00 :<:
:>:: (j) -.::1" 115 t-- Ф Ф 10 00 ....... с'5 .......
'" о (j) ф t-- Ф -.::1" t-- Ф t-- Ф Ф 10 10 10 о
1-< (j) t-- Ф 10 10 I I I I I I t::
::а I I I I ф I I I I I
t:: 'о Ф О с") О с") ....... C'I О 00 О ....... .:>;
<..J (j) t-- C'I О ....... 10 10 "'::а
::s: t-- t-- Ф 10 10 Ф 10 t-- Ф t-- Ф Ф -.::1" О:>::
O
t:::>;
<..J01
О
U ><'"
",О ::ас::
'" "'<..J
<l!1-<
О Ф
1-<0::;: О О О О О О О О О О О О фс::
"':>:: О О О О C'I О C'I О C'I О C'I О :<:
:s:: C'I 10 C'I О C'I О C'I -.::1" -.::1" -.::1"
Ф", -.::1" -.::1" -.::1" -.::1" -.::1" :r:C:)
:с",
t::1-< 1-<
:>;::а :r:<..J
<l!t:: 1-<1:1:
E--<<..J <..J<l!
:s: ОР.
:<:t::
t::<l!
:>::
,:>;: ><:>:
<l! 1-<
,:>:: <..J
'" ОФ
1-< :.::Р'
<..J о»
><'" 10 <..J:<:
U ::аф
::а о -.::1" н ",1-<
:>::1'0 О н :х: н :х:
:с'" -.::1" О О О О "'ф
Ф т :х:
P.t:: :х: + '<:t' -.::1" -.::1" -.::1" '?
",<..J + о о + + + -+- 010.
:>: -.::1" :S:J:::
о + +
о
:s: с") C'I C'I t-- t-- с") с") :r:
:<: t-- t-- (j) 00 00 (j) (j)
о. 10 LO Ф t-- t-- 00 00 :r:
'" :s: :s: :s: :r:
т т т ::::r
< т т т т
с)
!;j
;:s""
::s
<:::
\о
!;j
h
:Е
с!)
:s:
:с
с!)
Q.
1-0
:::
Q
::.::
Q.
с;:!
с:с
(,j
><
:а
:с
:с
с!)
:с
Q
с:
:а
с:с
:i'
:Е
:а
:с
1-0
:::
Q.
с!)
с:
(,j
:::
с!)
с;:!
1-0
(,j
><
:а
:с
,1-0
:s:
:с
с!)
1-0
(,j
>.
с;:!
CI'J
:::
:::
:s:
:с
с!)
:с
:::
с!)
Q
(,j
c;:s
с:с
1-0
(,j
:::
Q
с:с
U
111
образцы разрушаются вдали от стыка и зоны термическоrо влия
ния по основному металлу (аустенитная сталь). Это объясняется
некоторым упрочнением и повышением твердости металла стыка
в результате остаточноrо наклепа, который полностью не сни
мается из за кратковременности термическоrо цикла.
Для сравнения, испытанию на усталостную прочность в анало
rичных условиях были подверrнуты образцы, сваренные дуrовой
сваркой. Их усталостная прочность оказалась значительно ниже,
а разрушение происходило всеrда по стыку (если усталостная
прочность образцов, выполненных с помощью сварки трением,
составляла 26 Kr/MM 2 при нормальной температуре и порядка
20 Kr/ мм 2 при температуре 4000 С, то показатели образцов, CBa
ренных дуrовой сваркой, соответственно, равны 20 и 14 Kr/MM 2 ).
Испытания образцов на кручение [7] обнаружили, как и сле-
довало ожидать, что на прочность соединения оказывает влияние
не только режим сварки, но и режим последующей термообра
ботки.
Непостоянство структуры и механических свойств металл а по
длине образца с помощью термической обработки уменьшается.
В этой же работе сделаны выводы, что вполне достаточными для
практических целей критериями прочности соединений аустенит
ных сталей с перлитными являются величина ударной вязкости
и разрушающий крутящий момент.
В настоящее время названные выше заводы успешно освоили
сварку серии роторов TKP 10, TKP 12 и TKP 18 с диаметрами
в месте сварки до 60 мм.
лее подходящим методом соединения алюминия со сталями: металл
(алюминий) не доводится до расплавления, и диффузионные
процессы поэтому не активизированы; металл наrревается в He
больших объемах и быстро охлаждается, что прерывает даже уже
начавшуюся диффузию; большими давлениями проковки (в pe
зультате пластическоrо деформирования металла) удаляются из
стыка успевшие образоваться интерметаллиды.
Однако, как показали исследования, процесс HarpeBa не может
быть кратковременным: ero длительность должна быть ДOCTa
точной для Toro, чтобы торцовая (соединяемая) поверхность стали
проrрелась и оказалась способной к деформированию, хотя бы
в l\.шкрообъемах, чтобы была обеспечена деформация для выхода
на поверхность дислокаций в количестве, достаточном для обра
зования узлов схватывания, и чтобы было обеспечено разрушение
и удаление из стыка оксидных пленок.
Для доброкачественной сварки алюминия со сталью, у сталь
ной детали торцовая поверхность должна быть cTporo перпендику
лярна оси вращения; при торцовом бое, превышающем 0,2 мм,
резко снижается качество cBapHoro соединения. Кроме Toro,
торец алюминиевой детали должен быть до сварки очищен от
жиров и друrих адсорбированных пленок, например, с помощью
стальной вращающейся щетки, как это делается обычно перед
холодной сваркой алюминия.
В результате исследований [21] были найдены режимы сварки
алюминия марки АД1 с малоуrлеродистой сталью Ст. 3, приве
денные в табл. 10. При сварке на указанных режимах алюминие
вая деталь помещается в осадочную матрицу; конец детали, BЫCTY
пающий из матрицы (вылет), также приводится в табл. 10.
т а6лuца 10
Режимы сварки трением алюминия марки АД1 со сталью Ст. 3 [60]
28. СВАРКА АЛЮМИНИЯ СО СТАЛЬЮ
Потребность современной техники в неразъемных соединениях
алюминия и ero сплавов со сталями различных марок велика [21,
63, 79, 80], но до последнеrо времени отсутствовали способы полу
чения таких соединений. Холодная сварка стали с алюминием
не удается вовсе, а сварка их при повышенных температурах
всеrда сопровождается реактивной диффузией, т. е. таким диффу
зионным процессом, в результате KOToporo образуются химиче
ские соединения компонентов. Алюминий с железом образует ряд
таких соединений интерметаллидов, обладающих большой хруп
костью. Обычно это качество сообщается всему соединению, и чем
толще слой интерметаллидов в стыке, тем хрупче соединение.
Было установлено, что только при достаточно тонких слоях
(от 3 мкм И менее) соединение не охрупчивается от присутствия
в стыке хрупкой фазы [21].
Поэтому все виды сварки плавлением для соединения алюминия
со сталями неприrодны. Мало приrодна для этой цели и электри
ческая контактная сварка, хотя в этом направлении и ведутся
разработки. Сварка трением по своей специфике оказалась наибо
112
Диаметр
заrотовки
в мм
Началь
ный
вылет
из MaT
рицы
в мм
Скорость
вращения
в об/мин
Удельные
давления
в кТ/мм2
I при
при про
HarpeBe ковке
Время
Harpe
ва
в сек
Осадка
в мм
Уrол
заrиба
в ерад
I
30 15 1000 5 12 4 10 14 180
30 16 750 5 5 4,5 10 15 180
40 20 750 5 5 5 12 13 180
50 26 400 5 12 7 10 15 100 180
при I CYM
Har марная
реве
Испытание сварных соединений на растяжение статической
наrрузкой показало равнопрочность металла стыка основному
металлу алюминию. Микроскопические исследования и измере
ния микротвердости обнаружили наличие зоны наклепанноrо
8 Б. И. Билль
113
алюминия толщиной до 0,1 ММ, примыкающей к стыку. Стык при
большом увеличении шлифа имеет вид волнистой линии.
Исследования также показалИ возможность сварки алюминИЯ
с леrированными сталями, в частности с нержавеющими. Было
выяснено, что при сварке таких композиций MorYT применяться
и более жесткие, чем приведенные в табл. 10, режимы, так как
в этом случае диффузионные процессы в стыке замедлены.
Очень важно подчеркнуть, что соединение алюминия со
сталью, выполненное с использованием рекомендуемых режимов
сварки трением и, стало быть, не хрупкое, может охрупчиваться
при последующем наrревании сваренной детали. Такое Harpe
вание до температур, превышающих некоторые критические зна
чения, активизирует диффузионные процессы в районе стыка,
способствует увеличению толщины интерметаллической про
слойки и в результате вызывает «вторичное» охрупчивание соеди
нения 1.
Обычно биметаллические стале алюминиевые соединения BЫ
полняются в виде относительно коротких переходных деталей,
которые затем ввариваются в конструкцию с помощью друrих
видов сварки. Следует учесть, что повторные HarpeBbl стале алю
миниевых стыков не должны при этом превосходить 4000 С в слу
чаях композиций с малоуrлеродистыми сталями и 550 6000 С
применительно к композициям с нержавеющими сталями.
За последнее время проведены работы по сварке некоторых
алюминиевых сплавов со сталями. Выяснено, что низколеrирован
ные маrнием и кремнием сплавы на алюминиевой основе свари
ваются со сталями удовлетворительно. По мере увеличения coдep
жания в сплавах леrирующих компонентов трудности непосред
cTBeHHoro соединения таких сплавов со сталями возрастают.
Например, сплав марки AMr6 со сталью сваривается очень плохо,
в то время как прочностные и пластические свойства соединения
из AMr3 со сталями еще удовлетворительны.
С целью облеrчения процесса сварки трением алюминия со
сталями в производственных условиях сейчас разработаны pe
жимы, позволяющие их сварку без матрицы. Результаты работы
внедрены на несколькИХ заводах, [де серийно выполняются соеди
нения стале алюминиевых биметаллических деталей сплошноrо
и трубчатоrо сечений.
rлава VПI
I(ОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СОЕДИНЕНИЙ,
ВЫПОЛНЕННЫХ СВАРКОЙ ТРЕНИЕМ
29. ОСОБЕННОСТИ МЕТАЛЛА В ЗОНЕ СВАРКИ
Испытания соединений, выполненных с помощью сварки Tpe
нием, на растяжение, изrиб, ударную вязкость, кручение и др.
всеrда обнаруживают хорошие результаты, если процесс сварки
проводился на правильно выбранных режимах. Обычно BpeMeH
ное сопротивление металла стыка при испытании на статическое
растяжение бывает выше, чем у OCHoBHoro металла 1. При испы
тании на заrиб критический уrол, при котором начинается появле
ние трещин, по стыку не меньше уrла заrиба по основному металлу;
для пластичных в исходном состоянии металлов и сплавов он
обычно превосходит 1800. При испытании на кручение разрушение
происходит в подавляющем большинстве случаев не по стыку.
Такие свойства металла соединения объясняются отсутствием
в нем макропороков и весьма своеобразной структурой металла
стыка.
Если при сварке плавлением величина зерна в стыке значи
тельно больше, чем в основном металле, то в соединениях, BЫ
полненных сваркой трением, наблюдается обратная картина
(см. рис. 4): в металле стыка зерно получается равноосное
и в 10 30 раз мельче зерна OCHoBHoro металла; в зонах Tep
мическоrо влияния при сварке трением также не наблюдается
заметный рост зерна.
Причины этоrо явления еще не вполне ясны. В качестве воз
можных предположений высказываются следующие:
механическое мельчение (перетирание) зерна в процессе трения;
1 Образцы, выдержавшие весьма жесткие условия испытаний, после этоrо
MorYT разрушиться (хрупкий излом) от леrкоrо удара.
1 Для Toro чтобы определить в этих случаях временное сопротивление, на
образцах в месте стыка протачивают шейку (с плавным переходом к иСХОДНОМУ
диаметру).
8*
115
дробление зерен в процессе износа поверхностей трения при
вырывании частиц из приповерхностноrо лоя еталла;
кратковременность температурных воздеиствии и высокие CKO
рости охлаждения малых объемов металла, HarpeToro выше точек
превращения.
Не исключена возможность образования тонких структур
металла в результате комбинированноrо cOBMecTHoro воздействи
на металл и высоких температур и очень больших давлении
(4 KT/MJrt 2 == 400 аm ); обычной металлурrии не свойственны и не
знакомы такие условия обработки металла. Эти режимы скорее
близки к условиям недавно появившейся термомеханической обра
ботки металла (Т 1110) , которая, как известно, такж осн<:вана
на совместном действии высоких температур и давлении. Своиства
металла после Т МО во MHoroM напоминают свойства металла
шва при сварке трением: металл упрочняется, почти не теряя
своих пластических свойств.
Отсутствие макропорокОВ в стыке объясняется тем, чт все
инородные тела, покрывавшие по ерхности трения деталеи до
сварки, в результате пластическои деформации металла разру
шаются и выдавливаются в радиальных направлениях и в контакт
вступают чистые слои металла.
Окисные пленки, которые также всеrда покрывают металли
ческие поверхности, в процессе трения, HarpeBa и деформации
металла разрушаются и удаляются из зоны стыка в [рат вместе
с друrими инородными включениями. Особенностью сварки Tpe
нием является то, что на всем протяжении времени HarpeBa,
а затем и проковки стык закрыт, поверхности трения достаточно
плотно прилеrают одна к друrой и окисление их в процессе HarpeBa
не происходит. Возникавшие в этом отношении сомнения были
опроверrнуты специальным экспериментом. Выполнялась сварка
одинаковых стальных образцов на одинаковых режимах, но в oд
ном случае в атмосфере окружающеrо воздуха, а в друrом
в чистом aproHe; записывались осциллоrраммы моментов трения.
Оказалось, что в обоих случаях полученные кривые полностью
совпадают. Это может иметь место лишь тоrда, коrда окружающая
среда не попадает в стык, так как в противном случае коэффициенты
и моменты трения были бы резко различными; известно [44], что
коэффициенты трения стали по стали в атмосфере воздуха в He
сколько раз больше, чем в атмосфере aproHa, и это было бы выяв
лено при сопоставлении осциллоrрамм.
Таким образом, MaKpo и микроособенности металла стыка
в соединениях, выполненных трением, выrодно отличают этот
способ сварки от друrих.
Но в соединениях, выполненных на неправильно выбранных
режимах, MorYT появиться такие дефекты, как, например: непровар
серединЫ (центра) сечения, если процесс HarpeBa был н:достаточно
интенсивен или чрезмерно кратковременен; кольцевои непровар
116
'..
по периферии сечения. (Методы их предупреждения показаны
в rл. УН.)
Кроме Toro, соединения неотожженных прутков или труб,
выполненные сваркой трением, инш"да обладают пониженной
динамической прочностью; разрушение при испытании наступает
вблизи стыка по зоне термическоrо влияния.
Это явление связано с текстурой проката. Исследование пока
зало, что нити текстуры, обычно расположенные параллельно
оси прутка (трубы), в зоне Tep
мическоrо влияния (в зоне Ma
кродеформирования) при сварке
трением резко искривляются.
На шлифах диаметральноrо
сечения это проявляется в виде
заrиба волокон на 90° (рис. 53).
В результате вблизи стыка BO
локна металла располаrаются
параллельно поверхности Tpe
ния и в зоне rратообразования
выходят. на боковую поверх
ность свариваемой детали. (В
действительности металл в зоне
стыка испытывает еще и дефор
мацию скручивания.)
В таких деталях, если [рат
с них удален, места выхода BO
локон на боковые повер хности
MorYT явиться очаrами Haдpы
ва, а затем и полноrо разруше
ния соединения при динамиче Рис. 53. Текстура проката. Вблизи
u М стыка волокна меняют направление
ском воздеиствии на Hero. e (специальное травление алюминия)
рой предупреждения разруше
ния служит отжиr деталей. Друrим средством против пониже
ния динамической прочности может служить применение жест
ких режимов сварки (ведение процесса на повышенных давлениях
или с применением повышенных скоростей вращения), при KOTO
рых из за кратковременности термическоrо цикла зона влия
ния оказывается сравнительно узкой (тонкой) и искривления BO
локон текстуры не наблюдаются; вместо этоrо волокна обры
ваются, подходя к стыку, и остаются прямыми.
Искривление текстуры проката оказывает также влияние на
коррозионную стойкость соединения. Испытания показали, что
места выхода искривленных волокон на боковую поверхность дeTa
лей явились очаrами возникновения коррозии, которая затем
распространялась по волокнам в rлубь металла. Соединения полу
чаются более стойкими, если сварка ведется на жестких режимах;
коррозионная стойкость резко возрастает, если rратсдетали не снят.
117
Дефекты соединения MorYT получаться и от небрежностей Tex
нолоrии подrотовки заrотовок под сварку: остающаяся на торцах
окалина, рубка заrотовок на плохо oTpery лированных ножницах
и в друrих случаях. NlOжет появиться брак и из за разреrу лирова
ния сварочной машины.
Поэтому и при сварке трением контроль качества соединения
систематический или периодический, массовый или выборочный
необходим.
30. КОНТРОЛЬ CBAPHOrO СОЕДИНЕНИЯ
Внедрени }новых способов сварки обычно сильно затруднено
из за отсутствия простых и дешевых методов неразрушающеrо
контроля сварных соединений, удобных для использования в CBa
рочных или заrотовительных цехах.
Рентrеноrрафия, радиоrрафия и маrнитоrрафия сложны,
дороrи и обычно применяются в процессе производства лишь
весьма ответственных изделий. Кроме Toro, эти методы удобны
для контроля швов, выполненных на листовых конструкциях:
и практически мало приrодны для контроля стыковых соединении
компактноrо сечения, которые являются объектом применения
сварки трением.
Ультразвуковая дефектоскопия сравнительно проста и приме
нима для контроля стыковых соединений, но обладает такими
недостатками, которые часто вынуждают отказываться от исполь
зования этоrо метода:
современные ультрадефектоскопы не обнаруживают непро
вары, поры и друrие дефекты, площадь которых в плоскости,
перпендикулярной лучу, составляет менее 0,5% площади KOHTpO
лируемоrо сечения; для образца диаметром 20 мм это составляет
около 1,5 мм 2 ; в то же время известно, что такой величины дефект
в некоторых условиях работы сварной конструкции недопустим,
так как может стать причиной аварии;
не снятый с поверхности деталей [рат (<<воротник») является
помехой дЛЯ УЗ дефектоскопии и может исказить результаты
контроля; осуществление же контроля после операции снятия
[рата удорожает отбраковываемую деталь;
у льтразвуковые дефектоскопы неприменимы для контроля
качества соединения в стыке, образованном разноименными MaTe
риалами; часто даже лишь разница в структуре двух частей биме:
таллическоrо соединения дает ложный сиrнал, воспринимаемыи
контролером как дефект, в то время как последний в действитель
ности отсутствует.
Нередки случаи, коrда отсутствие действенных методов нераз
рушающеrо контроля вынуждает отказываться от применения
Toro или иноrо, даже проrрессивноrо, способа сварки.
Применение же выборочноrо контроля с всесторонним иссле
дованием качества соединения любыми, в том числе и разрущаю
118
щими методами, в принципе моrло бы быть вполне приемлемым
для MaccoBoro или крупносерийноrо производства. Однако эти
методы применяются . сравнительно редко. И это обусловлено
не столько орrанизационными трудностями, связанными с их при
менением, сколько нестабильностью свойств соединений, прина
длежащих к одной и той же партии деталей; отсутствует YBepeH
ность, что хорошие результаты, полученные при испытании
отобранных проб, можно распространить на всю партию, или
наоборот, возникает вопрос: можно ли отправить в брак всю
часто большую партию деталей на том основании, что взятые
для испытания представители оказались дефектными.
Сварка трением в значительной....мере свободна от этоrо Heдo
статка.
В отличие от друrих видов сварки, при этом процессе на Ka
чество соединений не влияют различноrо рода внешние (и часто
случайные) факторы. Начальное состояние поверхностей сваривае
мых деталей, колебания напряжения питающей электрической
сети, квалификация сварщика и степень ero утомленности, CTe
пень влажности воздуха основные причины нестабильности Ka
честв соединений, выполненных с помощью, например, электри
ческой сварки; при выполнении этоrо же соединения методом
сварки трением они почти не оказывают влияния на течение про
цесса сварки и ero результат.
Качество cBapHoro соединения, выполняемоrо трением, опре
деляется основными параметрами процесса, и поэтому стабиль
ность свойств сварных соединений деталей, принадлежащих к oд
ной и той же партии и выполненных без переналадки машины,
зависит только от постоянства основных параметров процесса при
сварке этой партии деталей или точнее от способности машины
выдерживать параметры процесса сварки в заданных пределах.
Рассматривая каждый из основных параметров в отдельности,
нетрудно убедиться, что с помощью элементарных средств можно
получить любую степень точности поддержания этих параметров
на заранее заданном уровне.
Обычно в качестве привода машин для сварки трением ис
пользуется асинхронный трехфазный двиrатель, с к о р о с т ь
в р а Щ е н и я KOToporo практически постоянна и не зависит
ни .от наrрузки, ни от колебаний напряжения питающей сети.
Как при пневматическом, так и при rидравлическом приводе
силовых узлов машин для сварки трением, Д а в л е н и е н a
r р е в а и про к о в к и устанавливается с помощью специаль
ных реrуляторов давления, обладающих достаточно высокой точ
ностью, чтобы поддерживать заданный режим и не допускать
колебаний более чем на :!: 5 % .
В Р е м я н а r р е в а обычно задается с помощью электрон
ных реле времени, обладающих высокой точностью и стабиль
ностью.
119
Не менее точны и специальные следящие устройства для отсчета
осадки HarpeBa, если процесс сварки per ламентируется по этому
параметру .
В случае необходимости рукоятки всех этих opraHoB управле
ния режимом работы машины MorYT быть заперты на замок; тоrда
вмешательство человека в сварочный цикл машины (а все без
исключения современные машины для сварки трением собственно
сварочный цикл выполняют автоматически, различаясь между
собой лишь степенью механизации и автоматизации вспомоrатель
ных операций процесса) окажется совершенно исключенным, а CTa
бильная работа названных opraHoB управления обеспечит повто
ряемость параметров процесса от одной сварки к друrой. Эта oco
бенность процесса сварки трением позволяет вполне обоснованно
применять методы выборочноrо контроля.
Чтобы в этом не оставалось сомнений, был предпринят спе
циальный эксперимент на большом числе образцов, показавший,
что в партии деталей, CBgpeHHbIX без переналадки машины, откло
нение качества cBapHoro соединения по любому показателю не пре
вышает :!: 7
8 % .
Такие эксперименты с приблизительно такими же результа
тами затем неоднократно ставились на ряде заводов, [де после
этоrо сварка трением даже весьма ответственных деталей с приме
нением выборочноrо контроля внедрялась без сомнений и всеrда
давала хорошие результаты.
Из изложенноrо MorYT быть сделаны следующие выводы:
1) сварку трением выrоДНО отличает от друrих процессов сварки
независимость качества образующеrося cBapHoro соединения от
влияния ряда второстепенных факторов;
2) все современные машины для сварки трением обеспечивают
с' высокой степенью точности заданный режим работы и стабиль
ность основных параметров процесса, определяющих качества
cBapHoro соединения;
3) сочетание этих особенностей процесса и оборудования сварки
трением позволяет получать стабильное качество сварных соеди
нений и, следовательно, обоснованно применять методы выбороч
Horo контроля с уверенностью в том, что качество всей партии
деталей, сваренной без переналадки машины, будет в точности
отвечать качеству отобранных от партии и
испытанных любым
способом образцов
свидетелей.
Практика применения выборочноrо контроля качества соеди
нений, выполненных сваркой трением, на различных предприя
тиях показала, что в зависимости от степени ответственности CBa
риваемых деталей, от орrанизации производства и контроля на
предприятии и от друrих причин, нормы отбора пробы от партии
различны.
Методика испытания отобранных проб небезразлична. Выше
указывалось, что металл в стыке при правильно выбранном режиме
сварки TpelIl1e1\1 часто обладает
боле
вbIсоким вре1\1еИlIЫМ сопрО-
тивлением, чем основной металл. Поэтому испытания образцов
на растяжение не MorYT
rарантировать OTCYTCT
вия мелких дефектов
в стыке и применять
такие испытания к дe
талям, которые пред
назначены для работы
в условиях динамиче
ских наrрузок, не сле
дует.
В нашей лаборатор
ной практике в каче
стве экспресс
испыта
ний, применяемых для
предварительноrо под
бора режима, нашли Рис. 54. Образец меди Ф 40 мм после сварки
трением, снятия rpaTa и испытания на заrиб
широкое применение ис
(без термообработки)
пытания образцов на
заrиб. Макродефекты и друrие пороки металла стыка и прилеrаю
щих к нему зон термическоrо влияния этим способом, как показала
практика, выявляются достаточно
надежно. При заrибе наружные BO
локна испытуемой детали испыты
вают большие напряжения текучести
в основном металле. В то же время
при заrибе хорошо контролируется
пластичность соединения, так как те
же крайние волокна испытывают зна
чительную деформацию.
Мноrие предприятия, использую
щие сварку трением и применяющие
методы выборочноrо контроля каче
ства получаемых соединений, вклю
чили заrиб в обязательную про
[рамму испытания деталей.
ВНИИЭСО в своей практике за
rиб образцов сплошноrо сечения,
если пластичность материала поз
Рис. 55. Экспресс
проба на воляет, выполняет жестче, чем
заrиб стале
алюминиевоrо об
это требуется по [ОСТу: образец
разца трубчатоrо сечения заrибается (рис. 54) на 1800 до
сплющивания (без обязательной
по [ОСТу оправки, BOKpyr которой должен осуществляться заrиб).
При испытании трубчатых деталей соединение после удале
ния [рата обычно разрезается вдоль образующей трубы на
120
121
nOJIOcki1 Wi1p HHOll 5-10 MM (B 3aBi1clIiVIOCTi1 01' Ai1aMeTp a i1 ton-
r:u.HHbI CTeHOK 06pa3IJ.a) H 3aTeM Ka)K
bIH TaKOH TeMnJ1eT nO
Bep-
raeTCH rH60BbIM HcnbITaHHHM. )JJIH ynpOIIJ,eHHH npope3H BbITIOJI-
BHIOTCH He Ha BCIO
JIHHY Tpy6KH, HO TaK, IlT06bI CTbIK 6bIJI npope-
3aH, a 3aTeM Ka)K
aH nOJIOCKa 3arH6aeTCH (pHC. 55) Ha yroJI, npH
KOTOpOM B03HHKaIOT nepBble Ha
pbIBbI (TpeIIJ,HHbI). 3Ta MeTO
HKa
TaK)Ke IlaCTO npHMeHHeTcH B npaKTHKe 3aBO
OB.
B HaCTOHIIJ,ee BpeMH acnHpaHToM D. 11. MepHHHoM BO BHl1113CO
pa3pa6aTbIBaeTcH MeTO
HKa onpe
eJIeHHH CBOHCTB MeTaJIJ1a CTbIKa
HcnbITaHHeM 06pa3IJ.OB Ha paCTH)KeHHe [41];
J1H :>Toro 06pa3IJ.Y C no-
MOIIJ,bIO TOKapHoH 06pa60TKH npH
aeTcH CneLLHaJIbHbIH npmpHJ1b C YTO-
HeHHeM ero TeJIa B paH:OHe CTbIKa H C n.naBHbIMH nepexO,l.LaMH K HCXO
-
HOMY
HaMeTpy. TIo npe
BapHTeJIbHbIM pe3YJIbTaTaM 3Ta MeTO
HKa
aeT HenJIOXHe pe3YJIbTaTH.
O
HaKo
JIH 60JIbilleH Ha
e)KHOCTH LLeJ1eco06pa3Ho BbI60pOIlHO
B3HTbie
eTaJIH nO
BepraTb npH HcnbITaHHHX TaKHM HarpY3KaM, KOTO-
pble no cxeMe HarpY)KeHHH COOTBeTCTBOBaJIH 6bI HOpMaJIbHbIM YCJ10-
BHHM pa60TbI
eTaJIH, a no BeJIHIlHHe - rapaHTHpOBaJIH 6bI Tpe6ye-
MbIH: 3anac npoIlHocTH H nJIaCTHIlHOCTH.
rJIaBa IX
060PYAOBAHME An
CBAPKM TPEHMEM
I
31. HCnOJIb30BAHHE METAJIJIOPE)I(ymHX CTAHKOB
CBapKa TpeHHeM BnepBbIe 6bIJ1a BbITIOJIHeHa Ha TOKapHoM CTaHKe.
A. 11. qy
HKOB, Ha CTaHKe )Jl1TI-200 6e3 KaKHX-JIH60 ero nepe
eJIOK,
Be
H npoIJ.eCC BPYIlHYIO, CBapHBa.n CTep)KHH H3 MaJIoyrJIepO
HCTOH
CTaJIH
HaMeTpOM
o 30 MM, a 3aTeM OKa3aJ10Cb B03MO)KHbIM Ha CTaHKe
)Jl1TI-300 cBapHBaTb CTaJIbHble CTep)KHH
HaMeTpoM
o 50 MM. TIpH
3TOM O
Ha 3arOTOBKa 3aKpenJIHJIaCb Ha cynnopTe (HanpHMep, B pe3IJ.e-
ep)KaTeJ1e) HJIH B 3a
HeH: 6a6Ke, a
pyraH 3a)KHMaJIaCb B naTpOHe
IIInHH
eJ1H nepe
HeH: 6a6KH. TaKoe HCnOJIb30BaHHe
eHcTBYIOIIJ,HX
TOKapHbIx CTaHKOB MHorHM Ha nepBbIx nopax npe
CTaBJIHeTCH BeCbMa
3aMaHIlHBbIM, O
HaKO npH 6JIH)KaHilleM paccMoTpeHHH OHO OKa3bI-
BaeTCH cOBepIIIeHHo He
onycTHMbIM.
Pa60Ta Ha pe)KHMaX, Tpe6YIOIIJ,HXCH
JIH cBapKH TpeHHeM (60J1b-
IIIHe oceBbIe YCHJIHH npH OTHOCHTeJIbHO 60JIbIIIHX CKOpOCTHX BpaIIJ,e-
HHH), Ha KOTopble He paCCIlHTaHbI MeTaJIJIo06pa6aTbIBaIOIIJ,He CTaHKH,
6bICTpO npHBO
HT HX B HerO
HOCTb. 3TOMY cnoc06CTBYIOT H 3HaIlH-
TeJIbHble pa
HaJIbHbIe BH6paIJ.HH, B03HHKaIOIIJ,He B HaIlaJIbHOH CTa
HH
npOIJ.eCca CBapKH.
KpOMe Toro,
aJIeKO He BCHKHH: CTaHOK MO)KeT 06ecneIlHTb Tpe-
6yeMble
J1H CBapKH pe)KHMbI KaK B OTHOIIIeHHH CKOpOCTH BpaIIJ,eHHH,
TaK H B OTHOIIIeHHH oceBoro YCHJIHH.
HaKOHeIJ., Ha MeTaJIJIo06pa6aTbIBaIOIIJ,HX CTaHKax, 06JIa
aIOIIJ,HX,
KaK npaBHJIO, 60J1bIIIHMH MaXOBbIMH MaccaMH BpaIIJ,aIOIIJ,HXCH IlaCTeH:
H He cHa6)KeHHbIX CneIJ.HaJ1bHbIM TOpM03HbIMH YCTpOH:CTBaMH HJIH MY<P-
TaMH CIJ.enJIeHHH (
JIH OTKJIIOIleHHH IIInHH
eJIH nepe
HeH 6a6KH OT
OCTaJIbHbIX 3JIeMeHTOB npHBo
a), MrHOBeHHoe npeKpaIIJ,eHHe BpaIIJ,e-
HHH IIInHH
eJIH npaKTHIleCKH He
OCTH)KHMO; 3TO nJIOXO OTpa)KaeTCH
Ha KaIleCTBe 06pa3YIOIIJ,erOCH CBapHoro coe
HHeHHH, a HHor
a H BOBce
He n03BOJIHeT OCYIIJ,eCTBHTb CBapKY.
TIpHMeHeHHe
J1H CBapKH TpeHHeM )I,eH:CTBYIOr:u.HX MenlJIJIOpe)KYIIJ,HX
TaHKOB He,ZI,OnYCTI:!l'4Q
123
OCTaIOTCH Ba npHHIJ.HnHaJIbHO B03MO)KHbIX nYTH 06eCneIleHHH
npOIJ.eCCa CBapKH TpeHHeM He06xo HMbIM 060pY OBaHHeM: peKOH-
CTPYKIJ.HH H npHcnoc06JIeHHe JIH CBapKH YCTapeBIIIHX H He HCnOJIb-
3yeMbIx no npHMOMY Ha3HaIleHHIO MeTaJIJIo06pa6aTblBaIOlIJ,HX CTaHKOB,
B IlaCTHOCTH TOKapHbIX; C03 aHHe CneIJ.HaJIbHbIX MaIIIHH.
Bonpoc 0 BH60pe O Horo H3 3THX nYTeH: HeKOTopoe BpeMH 6HJI
HCKYCCHOHHbIM, HO no Mepe paCIIIHpeHHH npOMbIIIIJIeHHOrO HCnOJIb-
30BaHHH CBapKH TpeHHeM CTaJIa OIleBH HOH He06xo HMOCTb npHMe-
HeHHH JIH 3Toro npouecca CneIJ.HaJIbHOrO 060PY OBaHHH.
TIepe060PY OBaHHe YCTapeBIIIHX TOKapHbIX H PyrHx CTaHKOB -
nYTb, no KOTOPOMY nOIIIJIH HeKOTopbIe npe npHHTHH - OKa3aJICH
HeIJ.eJIeco06p a3HbIM no CJIe YIOlIJ,HM co06p a)KeHHHM.
1. TIpH TaKOM nepe060Py oBaHHH CTaHKOB HCnOJIb3YIOTCH JIHillb
HeMHorHe HX Y3J1bI (cTaHHHa, 3a HHH 6a6Ka), B TO BpeMH KaK OCTaJIb-
HbIe JIH60 3aMeHHIOTCH PyrHMH, BHOBb II3rOTOBJIeHHbIMH, JIH60 no -
BepraIOTCH KopeHHOH peKOHCTpYKIJ.HH. 113BecTHO, IlTO HHor a a)Ke
KanHTaJIbHbIH: peMOHT CTaHKa 06XO HTCH opO)Ke npH06peTeHHH HO-
Boro; nepe060pY OBaHHe )Ke TOKapHoro CTaHKa B MaIIIHHY JIH CBapKH
TpeHHeM npe CTaBJIHeT C060H 3a aIlY 3HaIlHTeJIbHO 60JIee TPY-
oeMKYIO H OHO 06XO HTCH OTHIO,lLb He eIIIeBJIe, IleM H3rOTOBJIeHHe
CneIJ.HaJlbHOH: MaIIIHHbI JIH CBapKH TpeHHeM.
2. TaKoe nepe060py oBaHHe MeTaJIJIo06pa6aTbIBaIOlIJ,HX CTaHKOB
06bIIlHO BblTIOJIHHeTCH B HH HBH yaJIbHOM nopH Ke H c06cTBeHHbIMH
CHJIaMH, HanpHMep peMoHTHbIMH IJ.eXaMH 3aHHTepecoBaHHbIx npe -
npHHTHH:. lJ..eHTpaJIH30BaHHbIH BblTIYCK cooTBeTcTBYIOlIJ,erO cneIJ.HaJIb-
Horo 060Py oBaHHH, Bo-nepBbIx, 3HaIlHTeJIbHO peHTa6eJIbHee H,
BO-BTOPbIX, n03BOJIHT 06ecneIlHTb npOMbIIIIJIeHHOCTb 060Py oBaHHeM,
CTOHlIJ,HM Ha 3HaIlHTeJIbHO 60Jlee BbICOKOM TeXHIIIleCKOM ypoBHe H
60JIee nOJIHO OTBeIlaIOlIJ,HM CneIJ.H<pHIleCKHM oc06eHHocTHM TeXHOJlO-
rHH cBapKH TpeHHeM, IleM npHcnoc06JIeHHHe MeTaJIJIo06pa6aTHBaIO-
lIJ,He CTaHKH.
I1Hor a BCTpeIlaIOTcH npeJJ.JIO)KeHHH 0 «MaJIOH Mo epHH3aUHH»
TOKapHbIx CTaHKOB, Tpe6YIOlIJ,eH cpaBHHTeJIbHO He60JIbIIIIIX 3aTpaT
H nOCHJIbHOH JII060MY MeTaJIJIo06pa6aTbIBaIOlIJ,eMY 3aBO Y [37].
B pe3YJIbTaTe TaKOH: Mo epHH3aIJ.HH nOIlTH Bce onepaIJ.HH cBapoIl-
Horo IJ.IIKJIa OCTaIOTCH HeMexaHH3HpoBaHHbIMH (npHJIO:tKeHHe oce-
Boro YCHJIHH H npeKpalIJ,eHHe BpalIJ,eHHH oCYlIJ,eCTBJIHIOTCH BPYIlHYIO,
6e3 03HpOBKH YCHJlHH no BeJIHIlHHe, a JIIITeJIbfIOCTH npoIJ.ecca
no BpeMeHH).
B 3TOM CJIVIlae HCKJIIOIlaeTCH O HO H3 OCHOBHbIX npeHMY-
r:u.eCTB CBapKH ipeHHeM - cTa6IIJIbHOCTb CBOHCTB napTHH cBapHbIx
coe HHeHHH:, TaK KaK HX MexaHHIleCKHe xapaKTepHcTHKH B 3HaIlH-
TeJIbHOH Mepe onpe eJIHIOTCH cnoc06HoCTHMH II HaBbIKaMH CBap-
lIJ,HKa.
TaKoe 060PY OBaHHe He Bcer a n03BOJIHeT YCTaHaBJlHBaTb Tpe6ye-
MbIH pe)KHM CBapKH, B oc06eHHOCTH no BeJIHIlHHe oceBoro YCHJIHH,
B pe3YJIbTaTe H3-3a He OCTaTOIlHO HHTeHCHBHoro HarpeBa Tpe6yeTcH
YBeJIHIleHHaH JIHTeJIbHOCTb npOIJ.eCca CBapKH, a MeTaJIJI B 30He CTbIKa
npII06peTaeT B CBH3H C 3THM KpynHoKpHCTaJlJIHIleCKYIO CTPYKTYPY.
TaKoe CTpOeHl-Ie MeTaJIJIa, a TaK)Ke He OCTaTOIlHoe YCHJIHe npOKOBKH
npHBO HT K 06pa30BaHHIO CBapHoro coe HHeHHH C nOHH:tKeHHbIMH
npOIlHOCTHbIMH H nJIaCTHIleCKHMH CBOH:CTBaMH. «MaJIYIO Mo epHH3a-
IJ.HIO» MO)KHO peKOMeH OBaTb KaK HCKJIIOIleHHe H JIHillb B Tex CJIYIlaHX,
Kor a npe nOJIaraeTCH BblTIOJIHHTb CBapKY HeOTBeTCTBeHHbIX eTaJIei{
H B He60JIbIIIHX KOJIHIleCTBax.
BHI1113CO, a BCJIe 3a HHM H pH PyrHx opraHH3aIJ.HH (MHH-
CKHH: TpaKTOpHbIH: 3aBO , lJ..H I1I1TMa III , Hl1l1TpaKTOpOCeJIbX03MaIII,
LJeJIH6HHCKHH: HI1TITI1AMMaill H p.) CTaJIH Ha 60JIee nporpeCCHB-
HbIH nYTb C03 aHHH CneUHaJIH3HpOBaHHoro 060PY OBaHHH JIH CBapKH
TpeHHeM. TIo 3TOMY )Ke nYTH 3aTeM nOIIIJIH H HHOCTpaHHbIe <pHpMbI
ClIlA, BeJIHK06pHTaHHH, 5InoHHH, TIOJIbIIIIf, <pPf, <PpaHIJ.HH H PY-
rHX CTpaH.
32. TPEI>OBAH, H5I nPE)J.'b5lBJUIEMbIE K OBOPY)J.OBAHHIO
)J.n51 CBAPKH TPEHHEM
OnHT HCCJIe OBaHHH CBapKH TpeHHeM, pa3pa60TKH H BHe peHHH
TeXHOJIOrHH CBapKH MeTaJIJIOB, H3YIleHHe nOTpe6HOCTeH npOMbIIIIJIeH-
HOCTH H pe3YJIbTaTOB 3KCnJlyaTaUHH Y:tKe HeCKOJIbKHX COTeH eH:CTBYIO-
lIJ,IIX MaIIIHH n03BOJIHIOT C<POPMY JllIpOBaTb OCHOBHbIe Tpe60BaHHH,
npe DHBJlHeMHe K 3TOMY BH Y 060pY OBaHHH, pa3 eJIHB HX Ha Be
rpynnbI - 06lIJ,He H CneIJ.HaJlbHble.
K 06lIJ,HM Tpe60BaHHHM c.TJe yeT OTHeCTH BbICOKYIO npOH3BO H-
TeJIbHOCTb 060PY OBaHHH, BbICOKYIO CTeneHb MeXaHH3aIJ.HH npOIJ.eCca
pa60TH Ha HeM (B pH e CJIYIlaeB He06xo HMOCTb nOJIHOH aBTOMaTH-
3aIJ.HH), MaKCHMaJIbHYIO YHHBepCaJIbHOCTb, npOCTOTY H rHrHeHHIl-
HOCTb 06CJlY)KHBaHHH, I\WJIYIO 3HeproeMKOCTb, MaJIYIO MeTaJIJIOeM-
KOCTb, MaJlbIH Bec, MaJIbIe ra6apHTHbIe pa3MepbI, MaKCHMaJIbHYIO YHH-
<pHKaIJ.HIO H THnH3auHIO eTaJIeH H Y3JIOB MaIIIHH, TeXHOJIOrHIlHOCTb
HX H3rOTOBJleHlIH H peMOHTa H p.
CneIJ.HaJIbHbIe Tpe60BaHHH, npe DHBJlHeMbIe K 060PY OBaHHIO
JIH CBapKH TpeHHeM, B CBOIO OIlepe b, MorYT 6bITb pa3 eJIeHbI Ha
Be rpynnbI: TeXHOJIOrHIleCKHe, KOHCTPYKTHBHbIe.
K IlHCJIY OCHOBHbIX TeXHOJIOrHIleCKHX Tpe60BaHHH: CJIe yeT OT-
HeCTH COOTBeTCTBHe TeXHHIleCKHX xapaKTepHCTHK MaIIIHH Tpe6yeMbIM
napaMeTpaM npOIJ.eCca CBapKH TpeHHeM 3a aHHbIX COIleTaHHH: MeTaJI-
JIOB (cnJlaBOB), a TaK)Ke 06ecneIleHHe MaIIIIIHoH:
1) 3a aHHoro IJ.HKJIa aBJIeHHH;
2) cTporoH H IleTKO nOBTopHeMoH per JlaMeHTaIJ.HH npoIJ.ecca Ha-
rpeBa no BpeMeHH HJIH no BeJIHIlHHe oca KH;
3) 6bIcTporo (MrHoBeHHoro) npeKpalIJ,eHHH OTHOCHTeJlbHOrO Bpa-
r:u.eHHH cBapHBaeMbIx eTaJIeH B KOHue nepHo a HarpeBa;
4) nOJIyaBToMaTHIlecKoro (KaK MHHHMYM) UHKJIa cBapKH, n03BO-
nHIOr:u.ero nOJlYIlaTb nOBTOpHIOlIJ,HeCH KaIleCTBa coe IIHeHHH Y eTa-
JIeH:, cBapeHHbIx 6e3 nepeHaJIa KH MaIIIHHbI.
124
125
KOHCTPYKTHBHble Tpe60BaHHH B OCHOBHOM CBO HTCH K 06ecne-
l{eHHIO MallIHHOH::
1) OTHOCHTeJIbHOrO BpalIJ,eHHH O HOH cBapHBaeMOH: eTaJIH OTHO-
CHTeJIbHO PyroH npH o HoBpeMeHHoM npHJlO)KeHHH oceBoro YCH-
JIHH - YCllJIHH HarpeBa;
2) )KeCTKOCTH HarpY)KeHHbIX Y3JIOB MallIHHbI C lI.eJIbIO HCKJIIOIleHHH
pa HaJIbHOrO CMer:u.eHHH oceH cBapHBaeMbIx eTaJIeH BO BpeMH pa-
60TbI MallIHHbI H rallIeHHH pa HaJIbHbIX BH6paIJ.HH:, B03HHKaIOlIJ,HX
B npoIJ.ecce cBapKH;
3) Ha.n.e)KHOrO 3aKpenJIeHHH B 3a)KHMaX MallIHHbI cBapHBaeMbIx
eTaJIeH, KOTopbIe nO BepraIOTcH oJJ.HoBpeMeHHoMY B03 eHcTBHIO KPY-
THlIJ,erO MOMeHTa H oceBoro YCllJIHH;
4) HacTpoeIlHoro pe)KHMa pa60TbI MallIHHbI npH ee HaJIa Ke H nepe-
HacTpoHKax;
o K MallIHHaM 06lIJ,ero npHMeHeHllH - H B 3TOM CMbICJIe YHHBep-
CaJlbHbIM - 06bIIlHO npe 'bHBJI5IIOTC5I elIJ,e OnOJlHHTeJlbHbIe Tpe60-
BaHH5I:
1) B03MO)KHOCTb cBapKH KaK KOPOTKHX, TaK H JIHHHbIX 3arOTO-
BOK (JJ.eTaJIeH:);
2) -cBapKa KaK CTep)KHeBbIX, TaK H Tpy6IlaTbIx 3arOTOBOK;
3) B03MO)KHOCTb cBapKll T-06pa3HbIx coeJJ.HHelIHH (cBapKH CTep)KHH
HJlll Tpy6bI C nJIOCKOH nOBepxHocTblO KOHTp eTaJIH);
4) B03MO}KHOCTb YCTaHoBKH pa3JIHIlHbIX CMeHHbIX 3a)KHMOB, OTBe-
IlaIOlIJ,HX pa3Ho06pa3HbIM <popMaM cBapHBaeMbIx eTaJIeH:, H JIerKOCTb
3aMeHbI O HHX 3a)KHMOB JJ.PyrHMH.
Ha HeKoTopbIX H3 YKa3aHHblx CneIJ.HaJIbHbIX Tpe60BaHHH: 3 eCb
CJIe yeT OCTa OBHTbCH.
MyqrrbI) H TopMo.meHHe 3a CiH T MOMeHTa ci1Jt Ha l1oBepxHOcTHX TpeHHSl
cBapHBaeMbIx eTaJIeH HJIH CneIJ.HaJlbHbIM TOpM030M;
3) oCB060)K eHlle B KOHIJ.e HarpeBa paHee HenO BH)KHOH 3aro-
TOBKH; npH 3TOM eHcTBYIOr:u.HH B CTbIKe MOMeHT CHJI TpeHH5I npHBo HT
3TY 3aroToBKY BO Bpar:u.eHHe H OTHOCHTeJlbHa5I CKOpOCTb 06eHx cBapH-
BaeMbIX eTaJIeH CTaHOBHTC5I paBHOH: HYJIIO; 06pa30BaHHe Hepa3'beM-
Horo coe HHeHH5I H OXJIa)K eHHe cBapHBaeMblx eTaJIeH npoHcxo-
HT B npoIJ.ecce npO OJl)KaIOr:u.erOC5I 3aTeM HX COBMeCTHoro Bpa-
r:u.eHH5I ;
4) oCB060)K eHHe B KOHIJ.e cBapKH HenO BH)KHOH: 3arOTOBKH C no-
CJIe YIOlIJ,HM npHHY HTeJIbHbIM BpalIJ,eHHeM ee OT OT eJIbHOrO npHBo a
HJIH OT npHBo a, 06r:u.ero JI5I 06eHx eTaJIeH.
MallIHHbI, B KOTOpbIX HCnOJlb30BaH O HH H3 BYX nepBbIx cno-
C060B, 5IBJI5IlOTC5I 60JIee YHHBepCaJIbHbIMH, TaK KaK H3 BYX cBapH-
BaeMbIX eTaJleH: O Ha MO)KeT 6bITb npaKTHIlecKH HeorpaHllIleHHOH:
JIHHbI H MaCCbI. LLpyra5I, Bpar:u.aIOr:u.a5IC5I, eTaJIb JI5I MrHoBeHHoH
OCTaHOBKH ee B KOHlI.e HarpeBa OJI)KHa 06JIa aTb He60JIbillOH MaCCOH:.
Ha MallIHHax, B KOTOpbIX npHMeHeH TpeTHH: HJIH IleTBepTbIH cno-
c06 npeKpalIJ,eHH5I OTHOCHTeJIbHOrO Bpar:u.eHH5I, MO)KHO cBapHBaTb
JIHillb TaKHe 3arOTOBKH, 06e IlaCTH KOTOpbIX HMeIOT OTHOCHTeJIbHO
MaJIbIe HaMeTp, JIHHY H Maccy.
113 Bcex Ha3BaHHbIX cnOC060B B KOHCTPYKTHBHOM OTHOllIeHHH
60JIee IJ.eJIeC006pa3eH cnoc06 peBepCHpOBaHH5I CHCTeMbI npHBO a
Bpar:u.eHH5I. O HaKO npH 3TOM BHraTeJIb pa60TaeT B T5I}KeJIbIX YCJIO-
BHHX (neperpeB OT IlaCTbIX nYCKOB H TOpMO)KeHHH), a 3<p<peKTllB-
HOCTb TOpMO)KeHH5I nOHH)KeHHa5I.
B 60JIbllIHHCTBe OTeIleCTBeHHbIX H 3apy6e)KHbIX MallIHH npHMe-
H5IeTC5I BTOpOH cnoc06 TOpMO)KeHH5I C nOMOlIJ,bIO nepeKH HOH <PPHK-
IJ.HOHHOH: My<pTbI. OH Tpe6yeT HeKOToporo YCJIO)KHeHHH KOHCTPYKIJ.HH
MallIHHbI, HO 3aTO n03BOJIHeT ocyr:u.eCTBJl5ITb BeCbMa 3<p<peKTHBHoe TOp-
MO)KeHlle.
HallIH cpaBHHTeJlbHbIe HCCJIe OBaHH5I (nYTeM OClI.HJIJlOrpa<pHpo-
BaHH5I) «BbI6era» llInHH eJI5I y BYX MallIHH O HHaKOBOH MOlIJ,HOCTH
(20 Kern), C O HHaKOBbIMH CKOpOCT5IMH Bpar:u.eHH5I (1000 06/MUfl)
H 06JIa aIOlIJ,HX O HHaKOBbIMH MOMeHTaMH HHepIJ.HI-I Bpar:u.aIOr:u.HXC5I
IlaCTeH: npHBo a, nOKa3aJlH, IlTO B nepBoM CJIYIlae TOpM03HOH: nYTb
COCTaBJIHeT 2,5-3 060poTa, B TO BpeM5I KaK npH TOpMO)KeHHH <PPHK-
IJ.HOHHOH: My<pTOi:i C O HOBpeMeHHbIM OTKJIIOIleHHeM llInHH eJI5I OT
npHBo a TOpM03HOH nYTb He npeBbIllIaeT 0,5 060poTa.
Y CHJIHTb 3<p<peKT TOpMO)KeHH5I MO)KHO HeKoTopbIMH HCKyccTBeH-
HbIMH npHeMaMH: a) HCnOJIb30BaHlieM cTyneHIlaToro IJ.HKJIa aBJIeHHH
JI5I YBeJIHIleHH5I TOpM03Horo MOMeHTa OT TpeHH5I B CTbIKe; 6) npHMe-
HeHHeM MallIHHbI C BYMH llInHH eJI5IMH, Bpar:u.aIOlIJ,HMHC5I B pa3HbIe CTO-
pOHbI C nOJIOBHHHOH CKOpOCTbIO.
HY:tKHO CKa3aTb, IlTO HH nOCJIe HHH: H3 Ha3BaHHbIX npHeMoB,
HH 3 H 4-H cnoc06bI TOpMO)KeHH5I He HallIJIH nOKa npHMeHeHHH, Be-
pOHTHO, H3-3a KOHCTPYKTHBHOH: CJIO)KHOCTH.
Cnoco6bl 6blCTporo npeKpalll,eHluI OTHOClneJlbHOrO )J.BlI.>KeHIUI
BbICTpoe TOpMO)KeHHe HMeeT HaH60JIbillee 3HaIleHHe npH cBapKe
eTaJIeH: OTHOCHTeJIbHO MaJIOrO JJ.HaMeTpa; npH CBapKe eTaJleH: 60Jlb-
llIHX JJ.HaMeTpoB 06bIIlHO HCnOJlb3YIOTC5I MallIHHbI 60JIee THXOx0JJ.HbIe,
H, CJle OBaTeJlbHO, B HX llInHHJJ.eJI5IX H pyrHx Bparrr.aIOr:u.HxcH IlaCTHX
MO)KeT 6bITb 3anaceHa MeHbillaH KHHeTHIleCKa5I 3HeprH5I; B TO)Ke Bpel\IH
MOMeHT conpOTHBJIeHH5I C YBeJIHIleHHeM HaMeTpa 3arOTOBKH 803-
paCTaeT H TOpM03HOH 3<p<peKT OT MOMeHTa TpeHHH B CTbIKe YBeJIHIlH-
BaeTC5I. Ho H B 3TOM CJIYIlae 6bICTpOTa TOpMO)KeHH5I B KOHlI.e HarpeBa
5IBJI5IeTC5I Ba)KHeHllIHM YCJIOBHeM nOJlYIleHH5I 06pOKaIleCTBeHHoro
coe HHeHHH .
MorYT 6bITb Ha3BaHbI IleTbIpe npHHIJ.HnHaJlbHbIe cxeMbI 6bICTporo
npeKpalrr.eHHH OTHOCHTeJIbHOrO Bpar:u.eHHH CBapHBaeMbIX eTaJIeH:
1) HCKyccTBeHHoe TOpMO)KeHHe BceH CHCTeMbI npHBo a BMeCTe
C BpalIJ,aIOlIJ,eHCH 3aroToBKoH, HanpHMep: 3JIeKTpOMarHHTHbIM TOp-
M030M, peBepcHpoBaHHeM BHraTeJlH H T. n.;
2) OTKJIIOIleHHe naTpoHa C Bpar:u.aIOlrr.eHcH 3arOTOBKOH: OT OCTaJlb-
HbIX IlacTeu npHBo.n;a (HanpHMep, c nOMOJl{blO 3JIeKTpOMarHl!TI!OH
126
127
TpeOOBaHIUI, npe)l.'bSlBJUleMhte K 3a.>KHMHblM YCTpOHCTnaM
J1HIIIb Ha 060pY OBaHHH, npe Ha3HaIleHHOM JlH CBapKH eTaJIeH
B MeJIKOCepHH:HOM HJlH HH HBH yaJIbHOM npOH3BO CTBe, OnYCTHMO
BblTIOJIHHTb CBapKY C PYIlHbIM 3a)KaTHeM eTaJlH JIH ynpOIIJ,eHHH
H y eIIIeBJIeHHH MaIIIHH. B OCTaJIbHbIX CJIYIlaHX 06H3aTeJIbHO OCHar:u.e-
HHe MaIIIHHbI 6bICTpO eH:CTBYIOIIJ,HMH 3a)KHMHbIMH YCTpOH:CTBaMH,
He Tpe6YIOIIJ,HMH npHMeHeHHH <pH3H1leCKOH: CHJIbI pa60Ilero.
Ko BceM 3a}KHMaM npe 'bHBJIHeTCH 01leHb Ba)KHOe Tpe60BaHHe
Ha e)KHOCTH 3aKpenJIeHHH B HHX eTaJIeH. HapYIIIeHHe 9Toro Tpe60-
BaHHH - MaJleHillee CMeIIJ,eHHe CBapHBaeMOH: eTaJIH B 3a)KHMe B npo-
IJ.eCce CBapKH - npHBO HT K npHBapHBaHHIO eTaJlH K 3a)KHMY HJIH
6bICTPOMY H3HOCY H BbIXO,l.LY H3 CTpOH nOCJIe Hero. Tpe60BaHHe CBapKH
eTaJIeH: npOH3BOJIbHOH JIHHbI He n03BOJIHeT B pH e CJIYIlaeB npHMe-
HHTb 3a)KHMbI C ynopaMH, BocnpHHHMaIOIIJ,HMH oceBbIe YCHJlHH. Ta-
KHe «6e3ynopHbIe» 3a)KHMbI OJl)KHbI BbI ep)KHBaTb 3HaIlHTeJIbHbIe
oceBbIe YCHJIHH npH O HOBpeMeHHOH: TeH eHIJ,HH eTaJIH K npOBopaIlH-
BaHHIO. PaCIleT 3a)KHMOB 06bIIlHO Be eTCH HCXO H H3 MaKCHMaJIbHOrO
MOMeHTa TpeHHH, KOTOpbIH: MO)KeT 6bITb B 2-2,5 pa3a 60.Hbille BeJIH-
IlHHbI MOMeHTa, paccIlHTaHHoro no YCTaHoBHBIIIeHcH MOIIJ,HOCTH C npo-
BepKOH: Ha onpoKH bIBaIOIIJ,HH MOMeHT BHraTeJIH. KaK nOKa3aJl
onbIT, npH npoeKTHpoBaHHH MaIIIHH JlH cBapKH TpeHHeM YCHJIHe
3a)KHMa CJIe,l.LyeT npHHHMaTb B 2,5-4 pa3a 60JIee MaKCHMaJIbHOrO
oceBoro YCHJlHH, pa3BHBaeMoro pa60IlHM IJ.HJIHH pOM MaIIIHHbI.
K nOCJIe eH rpynne OTHOCHTCH MaIIIHHbI, npe Ha3HaIleHHbIe JlH
cBapKH O HOH eTaJIH HJIH rpynnbI O HOTHnHbIX eTaJleH:, pa3MepbI
H MaTepHaJI KOTOpbIX 3apaHee H3BeCTHbI npH npoeKTHpoBaHHH Ma-
lllHHbI. B 60JlbIIIHHCTBe CJlYIlaeB 9TO MaIIIHHbI-aBTOMaTbI HJIH nOJIY-
aBToMaTM, paccIlHTaHHHe Ha 9KCnJIyaTaIJ.HIO B YCJIOBHHX MaCCOBoro
HJIH KPynHocepHHHoro npoH3Bo cTBa. TaKHe MaIIIHHbI 06bIIlHO H3ro-
TOBJIHIOTCH B O HOM- BYX 9K3eMnJIHpaX HJlH He60JIbIIIHMH nap-
THHMH.
YKJIa bIBaTb HX napaMeTpbI B KaKYIO-JIH60 3apaHee c03 aHHYIO
cxeMY 6bIJlO 6M HeIJ.eJIeco06pa3Ho II HenpaBHJIbHO, TaK KaK 9TO
MOrJIO 6bI CTeCHHTb npoeKTHpOBlIJ.HKOB H npHBecTH K C03 aHHIO Ha y-
MaHHbIX H ypO JIHBbIX KOHCTPYKIJ.HH. C IJ.eJIbIO 6bIcTporo H y 06Horo
C03 aHHH TaKHX MaIIIHH, )KeJlaTeJIbHa npe BapHTeJIbHaH pa3pa60TKa
THnOBbIX Y3JIOB, H3 KOTOpbIX BnOCJle CTBHH MO)KHO 6bIJIO 6bI c06HpaTb
CneIJ.HaJIH3HpOBaHHbIe MaIIIHHH.
COBepIIIeHHo HHOH: no xo OJI)KeH 6bITb K MaIIIHHaM 06r:u.ero npH-
MeHeHHH. 3TH MaCCOBble MaIIIHHbI OJl)KHbI HMeTb BnOJIHe onpe e-
JIeHHbIe H IJ.eJleC006pa3HbIe xapaKTepHCTHKH, Y OBJIeTBopHIOr:u.He pa3-
JIHIlHHM YCJIOBHHM 9KCnJlyaTaIJ.HH. O HaKO onHT npoeKTHpOBaHHH
MaIIIHH H 3KcnepHMeHTaJIbHbIe HCCJIe OBaHHH npoIJ.eCca CBapKH Tpe-
HHeM nOKa3aJIH, IlTO Tpe60BaHHH YHHBepCaJIbHOCTH 9Toro BH a 060-
Py oBaHHH, K CO)KaJIeHHIO, BbITIOJIHHMb JIHillb B cpaBHHTeJIbHO Y3KHX
npe eJIax. HanpHMep, nO)KeJlaHHH 0 TOM, IlT06bI O HH H TOT )Ke
3K3eMnJIHp MaIIIHHbI n03BOJIHJI npOH3BO HTb CBapKY eTaJIeH: C MHHH-
MaJIbHbIM HaMeTpOM ceIleHHH B MeCTe CBapKH 8-10 MM H MaKCHMaJIb-
HbIM HaMeTpoM 50-60 MM, OKa3bIBaIOTCH npaKTHIleCKH HeBbITIOJlHH-
MbIMH. ,IT,ocTaToIlHo CKa3aTb, IlTO TaKaH MaIIIHHa OJI)KHa 6MJla 6bI
,l.LOnycKaTb H3MeHeHHe CKOpOCTH BparIJ.eHHH IIInHH eJIH OT 2000-
2500 o 400-500 06/ MUfl, oceBoro YCHJlHH COOTBeTCTBeHHO OT 300
o 30 000 KT, a nOTpe6J1HeMaH MOIIJ,HOCTb H3MeHHJIaCb 6bI npH 9TOM
B npe eJIax 3-60 Kern.
B MaIIIHHe, KOTopaH 6MJIa 6bI nOCTpoeHa B COOTBeTCTBHH C npH-
Be eHHbIMH BbIIIIe Tpe60BaHHHMH, npHIIIJlOCb 6bI npHMeHHTeJlbHO
K BepXHeMY npe eJIY CBapHBaeMbIX CeIleHHH: pe3KO YBeJIHIlHTb )KeCT-
KOCTb Y3JIOB, HeCYIIJ,HX HarpY3KH, HX MeTaJIJlOeMKOCTb, MOr:u.HOCTb
9JIeKTpHIlec oro BHraTeJIH. KpOMe Toro, nOTpe60BaJIOCb 6bI ee YCJIO)K-
HHTb YCTPOHCTBOM MOlIJ.HOrO pe YKTopa H Kop06KH CKopOCTeH, a TaK)Ke
HeKOTopbIX PyrHx OnOJIHHTeJIbHbIX Y3J10B; npH CBapKe 3aro-
TOBOK C MaJIbIMH HaMeTpaMH B03HHKJIH 6bI 60JlbillHe TPY HO-
CTH B 06ecneIleHHH 6bICTpOH: OCTaHOBKH MaCCHBHbIX eTaJleH: TaKOH
MaIIIHHbI, Bpar:u.aIOr:u.HXCH B 9TOM CJIYIlae C 60JlbIIIHMH CKOpOCTHMH
(2500 06/MUfl). -
OnbIT nOKa3bIBaeT TaK)Ke, IlTO CBapKa TpeHHeM OTHOCHTeJIbHO
MaJIbIX CeIleHHH: Ha MOr:u.HbIX MaIIIHHax COnpH)KeHa C pH OM cepbe3-
HbIX TeXHOJIorHIleCKHX TPY HoCTeH:, 60Jlee CJIO)KHa H MeHee peHTa-
6eJIbHa, IleM cBapKa Ha MaIIIHHax, cooTBeTcTBYIOIIJ,HX no CBOHM napa-
MeTpaM ceIleHHIO cBapHBaeMoH eTaJIH.
ABTOMaT"3a "SI CBapOQHOrO "K a
B 3aBHCHMOCTH OT Ha3HaIleHHH H npe nOJIaraeMbIx YCJIOBHH
pa60TbI MaIIIHHbI JlH CBapKH TpeHHeM MorYT 6bITb: JIH60 C ynpaBJIe-
HHeM BcnOMOraTeJlbHbIMH OnepaIJ.HHMH BPYIlHYIO, JIH60 nOJIyaBToMa-
TaMH, Y KOTOpbIX TOJlbKO OnepaIJ,HH 3aKJla KH (noillTYIlHO) H C'beMa
CBapeHHbIX eTaJIeH ocyr:u.eCTBJIHIOTCH BPYIlHYIO, a BeCb OCTaJlbHOH:
IJ.HKJI aBTOMaTH3HpOBaH, JIH60 aBToMaTaMH, T. e. MaIIIHHaMH, KOTO-
pble cnocb6HbI JIHTeJIbHOe BpeMH pa60TaTb 6e3 YIlacTHH IleJlO-
BeKa.
Ho KaKOBa 6H HH 6HJIa CTeneHb aBTOMaTH3aIJ,HH 060pY OBaHHH,
Ka)K aH MaIIIHHa JIH CBapKH TpeHHeM 06bIIlHO HMeeT aBToMaTH3Hpo-
BaHHbIH: IJ,HKJI c06CTBeHHo cBapKH H 9THM 06ecneIlHBaeT cTa6HJIbHOCTb
3a aHHblx napaMeTpoB npoIJ.ecca. B npoTHBHOM CJIYIlae CBapKa Tpe-
HHeM 6y eT JIHilleHa o Horo H3 HaH60Jlee Ba)KHbIX ee OCTOHHCTB -
OCTH:/KeHHH npoCTbIMH cpe cTBaMH cTa6HJIbHOCTH Ka 1 leCTBa cBapHbIx
coe HHeHHH.
33. liKAJIA TMnOPA3MEPOB MAliM"
JI CBAPKH TPEHMEM
Bce npOMbIlllJIeHHOe 060pY OBaHHe JIH CBapKH TpeHHeM MO)KHO
no pa3 eJIHTb Ha Be 60JIbillHe rpynnbI: 060pY OBaHHe 06r:u.ero npH-
MeHeHHH (H B 9TOM CMbICJIe YHHBepCaJIbHoe) H CneIJ.HaJIH3HpOBaHHoe.
128
9 B. H. BHJIJIb
129
)JJIH CBapKH 3arOTOBOK C HaMeTpaMH OT 10 o 60-70 MM IJ.eJIeCO-
06pa3Hee C03 aTb pH THnOB MaIIIHH, Ka)K aH H3 KOTOpbIX 06JIa aJIa 6bI
MeHbIIIHM Hana30HOM HaMeTpoB.
YIlHTbIBaH 3TO, BO BHI1113CO 6bIJIH pa3pa60TaHbI Be npHMepHble
IIIKaJIbI THnopa3MepoB MaIIIHH JlH cBapKH TpeHHeM II HX OCHOBHbIX
xapaKTepHcTHK. 3Ta pa3pa60TKa BeJIaCb npHMeHHTeJIbHO K cBapKe
eTaJIeH H3 MaJIoyrJIepO HCTOH CTaJIH HaMeTpo OT 10 o 60-70 MM,
HCXO H H3 CJle YIOlIJ,HX OCHOBHbIX Tpe60BaHHH:
1) IlHCJIO THnopa3MepoB MaIIIHH OJl)KHO 6bITb MHHHMaJIbHbIM;
2) B Ka)K OH MaIIIHHe BO H36e)KaHHe ee YCJlO)KHeHHH OJl)KHa 6bITb
JIHillb O Ha CKOpOCTb BpalIJ,eHHH IIInHH eJIH; u
3) HCXO H FI3 perYJIHpOBOIlHbIX xapaKTepHcTHK cYlIJ,eCTBYIOII1.eH
nHeBMO- H rH poannapaTypbI, KpaTHocTb H3MeHeHHH aBJIeHHH pa60-
IleH cpe bI (oceBoro YCHJIHH) He OJI)KHa 6bITb 60Jlee IleM 1 : 10 (.ll.JlR
nHeBMaTHIleCKoro npHBo a 3TO OTHOIIIeHHe )KeJIaTeJIbHO He 60JIee
1 : 5);
4) KOHCTPYKTHBHaH cxeMa MaIIIHHbI OJl)KHa 6bITb HaH60JIee npo-
CTOH;
5) MeTaJlJIOeMKOCTb H Bec MaIIIHHbI OJI)KHbI 6bITb MHHHMaJIbHbIMII.;
IlonHTKa COIleTaHHH 3THX BeCbMa npoTHBopeIlHBHx Tpe60BaHHH
KaK C TOIlKH 3peHHH 3KCnJlyaTaIJ.HH 060py oBaHHH, TaK H C TOIlKH
3peHHH ero H3rOTOBJIeHHH npHBeJIa K C03 aHHIO .ll.BYX IIIKaJl nmo-
pa3MepoB MaIIIHH JIH CBapKH TpeHHeM 06lIJ,ero npHMeHeHHH.
THnopa3Mep MalllHHbI
ILHaMeTp CBapHBaeMWX .n:eTa- 16-36 20 - 50 32 - 70
JIeH B.MM ..... 10-25
OceBoe YCHJIHe B KT 5000 10 000 20 000 40 000
CKOpOCTb BpaIl eHH5I
06/ .MUH . . . . . . .
TIoTpe6JI5IeMa5I npH cBapKe
MO HOCTb B Kem
BTopaH IIIKaJIa 6bIJIa npH3HaHa 60Jlee Y OBJleTBopHIOr:u.eH 3anpocbI
npOMbIIIIJIeHHOCTH H 6bIJIa nOJIO)KeHa B OCHOBY pa3pa6OTKH BHI1I1 CO
MaIIIHH JIH cBapKH TpeHHeM 06r:u.ero npHMeHeHIIH, KOTopble ceHIl C
OCBoeHbI B cepHHHOM npOH3BO}J,CTBe Ha BOJIKOBbICKOM 3aBO.ll.e JIHTeH-
Horo 060pY OBaHHH (r. BOJIKOBbICK, BCCP).
lllKaJIa
TImopa3Mep MalllHHbI
ILHaMeTp cBaplIBaeMblx .n:eTa-
JIeH B.M.M .......
OceBoe YCHJIHe B KT
CKOpOCTb Bpa eHHH B 06/.MUH
TIOTpe6JI5IeMa5I npH cBapKe
MO HOCTb B Kem
II
ILo 10 8-25
ILo 1000 5000
2000 1500
ILo 3 10
lllKaJIa II
II
B
1500
1000
10
130
34. OC06EHHOCTH KOHCTPYKI..\HM COBPEMEHHblX MAliH"
n CBAPKH TPEHMEM
COBpeMeHHble MaIIIHHbI JIH CBapKH TpeHHeM ocTaToIlHo CJIO)KHbI,
MHoro06pa3HbI, COCTOHT H3 60JlbillOrO IlHCJIa COnpH)KeHHbIX 3JIeMeH-
TOB H Y3JIOB H BO Bcex eTaJIHX 3 eCb He paCCMaTpHBaIOTCH. HH)Ke
KpaTKO H3J10)KeHbI JIHillb HeKOTopble oc06eHHOCTH HX KOHCTPYKIJ.HH.
OCHOBHble Y3J1bI MaUUlHbl
MaIIIHHbI JIH CBapKH TpeHHeM 06bIIlHO CO ep)KaT B ce6e cJle yIO-
lIJ,He OCHOBHble Y3JIbI (pHC. 56): Ba 3a)KHMa 5 H 7 JIH nO Jle)Kar:u.HX
cBapKe eTaJIeH 6, H3 KOTOpbIX O HH BpalIJ,aIOlIJ,HHCH; nepe HHH 6a6Ka 4
co IIInHH eJIeM, Hecyr:u.HM Ha ce6e BpalIJ,aIOr:u.HHcH 3a)KHM 5; Y3eJl 8,
4
5
9
2
6 7
8
1
PHC. 56. TIpHHIJ;HnHaJIbHaH KOHCTPYK
THBHO-KHHeMaTH'IeCKa5I cxeMa cOBpe-
MeHHOH MalllHHbI .n:JI5I CBapKH TpeHHeM
III IV
20-40 35-60
10 000 30 000
1000 600
20 60
B KOTOpOM pa3Mer:u.eH HeBpalIJ,aIOII1.HHcH 3a)KHM 7; npHBo Bpar:u.eHHH
IIInHH eJIH C BHraTeJleM 1, peMeHHoH nepe aIleH 2 H YCTPOHCTBOM
JlH HaTH)KeHHH peMHeH 1; <ppHKIJ.HOHHaH MY<PTa 3 JIH CLLenJleHHH
IIInHH.ll.eJIH C npHBO.ll.HbIM YCTPOHCTBOM, a TaK)Ke JIH TOpMO)KeHHH
lllnHH eJlH, nHeBMaTHIleCKHe HJIH rH paBJIHIleCKHe LLHJIHH pbI 9,
06ecneIlHBaIOlIJ,He C03 aHHe He06xo HMoro pa60 1 lero (oceBoro) YCH-
JlH5I MaIIIHHbI; nHeBMaTWleCKaH, nHeBMOrH.ll.paBJIHIleCKaH HJIH rH.ll.paB-
JIHIleCKaH cxeMa ynpaBJIeHHH CHJlOBbIM npHBO.ll.OM MaIIIHHbI; 3J1eKTpH-
IleCKaH cxeMa ynpaBJIeHHH MaIIIHHoH; CTaHHHa MaIIIHHbI, IIIKa<p ynpaB-
JIeHHH.
III
IV
V
750
500
ABe npHH HnHaJlbH e KOHCTPYKTHBHo-KHHeMaTHQeCKHe cxeM
MalllHH o6llJ,ero npHMeHeHHSI
B 3aBHCHMOCTH OT Ha3HaIleHHH MaIIIHHa MO)KeT 6bITb BblTIOJIHeH3
no O HOH H3 BYX CJIe YIOII1.HX KOHCTPYKTHBHO- KHHeMaTIIIleCKHX
cxeM:
1) Bpar:u.eHHe H oceBoe nepeMelI1.eHHe co06r:u.aeTcR O HOH II TOH )Ke
eTaJlH, B TO BpeMH KaK pyraH eTaJib OCTaeTCH npOCTpaHCTBeHHO
HenO BH)KHOH;
20
40
80
1 B OqeHb pe.n:KHX CJIyqaHX npHMeH5IeTC5I 6e3peMeHHa5I nepe.n:aqa npH COOCHOM
pacnOJI02KeHHH lllnHH.n:eJIH MalllHHbI H npHBo.n:Horo .n:BHraTeJI5I.
9*
131
2) BpmIJ,eHHe co06r:u.aeTcH O HOH eTaJIH, a nocTynaTeJIbHOe (oce-
Boe) nepeMelIJ.eHHe - PyroH:.
TIepBYIO H3 3THX BYX cxeM IJ.eJIeC006pa3Ho npHMeH5ITb B Tex
CJIYIla5IX, Kor a O Ha H3 eTaJIeH, nO Jle)Kar:u.HX cBapKe, JIHHHa,
MaCCHBHa H eCTb onaceHHe, IlTO ee HHepTHocTb B npoIJ.ecce oca KH
(npH HarpeBe H B oc06eHHocTH npH npoKoBKe) nOMeillaeT cBoeBpeMeH-
HOMY npHJIO}KeHHIO K eTaJlHM oceBoro YCHJIHH HY}KHOH BeJlHIlHHbI.
B pacIleTe Ha B03MO)KHOCTb cBapKH H TaKHX eTaJIeH:, 3Ta cxeMa no-
JIO)KeHa B OCHOBY pH,lI.a H3 IleTblpex THnopa3MepoB MaIIIHH 06r:u.ero
npHMeHeHHH, pa3pa60TaHHblx BHI1I13CO H BbInycKaeMbIx B HaCTOH-
r:u.ee BpeMH BOJIKOBbICKHM 3aBO OM JIHTeHHOro 060Py oBaHHH.
BTopaH cxeMa npe nOJlaraeT cBapKY Me)K Y c060H: BYX OTHO-
CHTeJIbHO KOpOTKHX eTaJIeH:. B 3TOM CJIYIlae 3a)KHMbI MorYT 6bITb
BblTIOJlHeHbI C ynopaMH, BocnpHHHMaIOIIJ.HMH peaKIJ.HH oceBoro YCH-
JIHH. Ho B TaKOH: MaIIIHHe KpoMe oceBoro nepeMer:u.eHHH 3a)KHMOB
BO BpeMH oca KH OJl)KHa 6bITb npe ycMoTpeHa TaK)Ke B03MO)KHOCTb
YCTaHoBoIlHoro nepeMer:u.eHHH 3a)KHMOB nOCJIe cBapKH Ha paCCTOHHHe
He MeHbIIIe, IleM JIHHa CBapeHHOH: eTaJJH. 110 TaKOH: cxeMe 6bIJla
BblTIOJIHeHa nepBaH B MHpe MaIIIHHa JIH CBapKH TpeHHeM MCT -I,
pa3pa60TaHHaH BO BHI1I13CO H Ha 6a3e KOTOpOH 3aBO «<Dpe3ep»
B MOCKBe BbInYCKaeT CeH:IlaC CneIJ.HaJlH3HpOBaHHbIH nOJIyaBToMaT
THna M<D-327 JIH CBapKH TpeHHeM 3arOTOBOK pe)KYIIJ.erO HHCTpYMeHTa.
no 3TOH )Ke cxeMe BHI1I13CO nOCTpoeHbI CneIJ.HaJIH3HpOBaHHbIe
aBTOMaTbI THnOB MCT A-31 H MCT A-32 JIH CBapKH CBepJl H KaJIH6pOB.
MaIIIHHbI, nOCTpoeHHbIe no nepBOH cxeMe, OTJIHIlaIOTCH 60JIee
CJIO)KHOH KOHCTPYKIJ.HeH: nepe HeH 6a6KH, TaK KaK IIInHH eJIb He
TOJIbKO Bpar:u.aeTCH, HO OJI)KeH elIJ.e H nepeMelIJ.aTbCH B OJlb OCH
BMeCTe co CBOHMH nO IIIHnHHKaMH; JIH 3Toro nO IIIHnHHKH YCTaHaB-
JIHBaIOTCH B CTaKaHe, KOTOpbIH HMeeT B03MO)KHOCTb nepeMelIJ.aTbCH
BHYTPH Kopnyca nepe HeH 6a6KH C nOMor:u.bIO BCTpoeHHoro B 3TOT )Ke
Kopnyc nHeBMaTHIleCKoro HJIH rH paBJIHIleCKOro IJ.HJIHH pa. OCTaJIb-
Hble )Ke Y3JIbI MaIIIHHbI nOJIYIlaIOTCH cpaBHHTeJIbHO npOCTbIMH, TaK
KaK BTOpOH 3a)KHM - HenO BH)KHbIH - )KeCTKO YCTaHaBJIHBaeTCH Ha
CTaHHHe MaIIIHHbI. B MaIIIHHax TaKOH KOHCTPYKIJ.HH BepXHHH nOHC
CTaHHHbI OJI)KeH 6bITb nOBbIIIIeHHOH )KeCTKOCTH H npOIlHOCTH, TaK
KaK OH OJI)KeH conpOTHBJIHTbCH H3rH6aIOIIJ.eMY MOMeHTY, eH:CTBYIO-
r:u.eMY B npO OJIbHOH: BepTHKaJlbHOH nJIOCKOCTH MaIIIHHbI H BbI3BaH-
HOMY pa60IlHM (oceBbIM) YCHJIHeM, a TaK)Ke - CKpYIlHBaIOlIJ.eMY MO-
MeHTY - peaKTHBHOMY MOMeHTY TpeHHH. 06e 3TH HarPY3KH HMeIOT
,QHHaMHIleCKHH xapaKTep.
Y MaIIIHH, nOCTpoeHHbIX no BTOpOH cxeMe, Y KOTOpbIX 3a)KHMY
HeBpmIJ.aIOr:u.eH:CH 3arOTOBKH OJI)KHbI C006IIJ.aTbCH pa60IlHe H YCTa-
HOBOIlHble nepeMelIJ.eHHH B oceBOM HanpaBJIeHHH, nepe HHH 6a6Ka
npe eJJbHO npOCTOH: KOHCTPYKILHH (HanpHMep, B MaIIIHHe MCT-31-2);
OHa COCTOHT JIHillb H3 IIInHH eJIH C 3a)KHMOM, nO IIIHnHHKOB H Kopnyca
nepe HeH 6a6KH); HO OCTaJIbHaH IlaCTb KOHCTPYKILHH TaKHX MaIIIHH
60JIee CJIO)KHaH. OceBoe nepeMelIJ.eHHe 3a:tKHMa C HeBpalIJ.aIOlIJ.eH:CH
3arOTOBKOH MO)KeT 6bITb BbInOJIHeHO no BanpaBJIHIOr:u.HM B BH e JIaCTOIl-
KHHoro XBOCTa (MCT-I, M<D-327, MCT-31-2) JIH60 no BYM HJIH TpeM
KpyrJIbIM HanpaBJIHIOr:u.HM (MCTA-3I, MCTA-32, MCT-IOOI, H p.).
BTOpOH: BapHaHT npe nOIlTHTeJIbHee, TaK KaK B 3TOM CJIYIlae OCH
06eHx HanpaBJIHIOr:u.HX H OCb MaIIIHHbI MorYT 6bITb pacnOJIO)KeHbI B o -
HOH: nJIOCKOCTH, IlTO HCKJIIOIlaeT nepe aIlY H3rH6aIOr:u.ero MOMeHTa
Ha cTaHHHY MaIIIHHbI. BnpoIleM, CTaHHHa H B 3TOM cJIyqae OJI:tKHa 6bITb
,lI.OCTaT011HO )KeCTKOH:, TaK KaK, Bo-nepBblx, BepxHHH nOHC ee BocnpH-
HHMaeT KPYTHr:u.HH: MOMeHT, a BO-BTOPbIX, HH)KHee HJIH 60KOBoe pacno-
JlO)KeHHe npHBO Horo BHraTeJIH, HaTHr peMHeH H BH6paIJ.HlI Bepx-
HeH IlaCTH MaIIIHHbI B npOILecce pa60TbI Tpe6YIOT )KeCTKOCTH H OCTaJlb-
HOH: IlaCTH CTaHHHH.
CHCTeMa CHnOBoro npHBo a
CHJIOBOH npHBO MaIIIHHbI OJI)KeH 06ecneIlHBaTb cTa6HJIbHYIO
BeJIHIlHHY oceBoro YCHJlHH Hero H3MeHeHHe no Hanepe 3a aHHOH:
nporpaMMe «HarpeB - npOKOBKa». 3TO COBepIIIeHHO HCKJIIOIlaeT npH-
MeHeHHe MOTopHoro npHBo a, KOTOpbIH MO)KeT 06ecneIlHBaTb 3a aHHYIO
CKOpOCTb nepeMer:u.eHHH, HO He cnoc06eH c03 aTb cTa6HJIbHOCTb YCH-
JlHH 1.
B MaIIIHHax JIH CBapKH TpeHHeM npHMeHHeTCH O HH H3 CJIe yIO-
r:u.HX BH,lI.OB CHJIOBOrO npHBo a: nHeBMaTHIleCKHH; nHeBMorH paBJIH-
IleCKHH:; rH paBJIHIlecKHH.
IlHeBMonpHBo 06HIlHO BHnOJIHHeTCH C nHTaHHeM OT 3aBO CKOH
ceTH HH3Koro (4-5 Kr/CM 2 ) aBJleHHH H C nHeBMaTHIleCKHM HCnOJIHH-
TeJIbHbIM ILHJlHH pOM H npHMeHHeTCH B MaIIIHHax OTHOCHTeJlbHO Ma-
JIOH MOr:u.HOCTH, npe Ha3HaIleHHbIX JIH CBapKH eTaJIeH: He60JIbillOrO
ceIleHHH. C YBeJIHIleHHeM eH:CTBYIOlIJ.erO YCHJIHH MaIIIHHbI, BO H36e-
)KaHHe YCTaHOBKH HCnOJIHHTeJIbHbIX ILHJIHH pOB Ilpe3MepHO 60JIbIIIHX
pa3MepoB ( JlH MaIIIHHbI C YCHJIHeM 5 T Y:tKe HY)KeH IJ.HJIHH p C Ha-
MeTpOM nopIIIHH OKOJIO 400 JUJU), npHxo HTCH nepexo HTb K nHeBMO-
rH paBJlHIleCKHM HJlH nOJIHOCTbIO rH paBJIHIleCKHM cxeMaM CHJIOBOrO
nHTaHHH MaIIIHHbI.
rH paBJlHIleCKHe cxeMbI CJIO)KHbI, KanpH3HbI B 3KCnJIyaTaIJ.HH,
rpoM03 KH (HacocHaH CTaHIJ.HH C 6aKoM, TH)KeJlaH KOMMYTaIJ.HOHHaH
annapaTypa); HX MO)KHO peKoMeH oBaTb JlHillb npHMeHHTeJlbHO K Kpyn-
HbIM MaIIIHHaM, oceBoe YCHJlHe KOTOpbIX npeBblillaeT 100 T. Bce npo-
Me)KYToIlHHe 3Ha4eHHH YCHJIHH (5-100 T) Y 06HO nepeKpbIBaIOTCH
nHeBMorH paBJIHIleCKHMH cxeMaMH nHTaHHH. Y 3THX MaIIIHH HCnOJlHH-
TeJIbHble IJ.HJIHH pbI MaJlbIX pa3MepOB, TaK KaK OHH nHTaIOTCH MaCJIOM
BbICOKoro aBJIeHHH OT CneIJ.HaJIbHbIX nHeBMorH paBJIHIleCKHX npe-
06pa30BaTeJIeif aBJJeHHH (MYJIbTHnJIHKaTopoB), YCTaHOBJIeHHbIX Ha
CTaHHHe MaIIIHHbI H CBH3aHHblX C HCnOJIHHTeJIbHbIMH IJ.HJIHH paMH
:tKeCTKHMH HJIH 3JIaCTHIlHbIMH MaCJIOnpOBo aMH.
1 TIonbITKH C03.ZJ:aHHH TaKoro npHBo.ZJ:a HMeJIH MeCTO H nOTepneJIH nOJIHYIO He-
Y.ZJ:aqy.
132
133
HeCMOTpH Ha TO, IlTO 3HeprHH C)KaTOrO B03 yxa, no cpaBHeHHIO
C PyrHMH BH aMH 3HeprHH, HaH60JIee AoporaH, y 06cTBa nHeBMO-
rH paBJIHIleCKHX CHCTeM npHBo a 06YCJlOBHJlH HX HCnOJlb30BaHHe
B nO aBJIHIOr:u.eM 60JIbIIIHHCTBe KOHCTPYKIJ.HM OTeIleCTBeHHbIX MaIIIHH
JIH CBapKH TpeHHeM.
B TaKHX MaIIIHHax JIH 06ecneIleHHH cTa6HJIbHOCTH aBJIeHHH
npOKOBKH 06H3aTeJIbHO npHMeHeHHe peCHBepa (eMKOCTbIO B 8-10
pa3 60JIbIIIeH:, IleM pacxo B03 yxa Ha I XO MaIIIHHbI); eCJlH HeT YBe-
peHHOCTH B ocTaToIlHoM IlHCTOTe B03 yxa B 3aBO CKOH: ceTH, He06-
XO HMO YCTaHaBJlHBaTb nepe MaIIIHHOH <pHJIbTpbI H BJIarOOT eJIHTeJlH.
nOJI.llIlIfiHHKOBbIe Y3J1bI MaIllllHbI
.lI.HHM npoIJ.ecca CXBaTbIBaHHH BCJIe CTBHe Toro, IlTO OIlarH nOCJIe HHX
pacnOJlaraIOTCH He Ha OCH Bpar:u.eHHH.
3TO HBJleHHe He06xo HMO YIlHTbIBaTb npH paCIleTe nO IIIHnHHKOB,
a T21K)Ke npH BbI60pe cxeMbI HX pacnOJIO)KeHHH, TaK KaK pa HaJIbHbIe
YCHJIHH IlaCTO OCTHraIOT 3HaIlHTeJIbHHX BeJlHIlHH; HanpHMep, npH
CBapKe eTaJIeM H3 MaJloyrJIepO HCTOM CTaJIH HaMeTpOM 25 MM
C nOMor:u.bIO TeH30MeTpHIleCKHX aTIlHKOB H OCIJ.HJIJIOrpa<pa 6bIJIH
3a<pHKcHpoBaHbl pa HaJIbHbIe YCHJlHH, OCTHraBillHe 800-850 KT.
Il03ToMY B HaCTOHlrr.ee BpeMH COl1TeHO IJ.eJIeC006pa3HbIM pacno-
JIaraTb nO IIIHnHHKH B IIInHHAeJle TaK, IlT06bI nepe HHH: (no OTHO-
llleHHIO K MeCTY cBapKH) nOAIIIHnHHK BocnpHHHMaJl TOJlbKO pa HaJIb-
HbIe HarpY3KH, B TO BpeMH KaK 3a HHH: - 6bIJI 6bI pa HaJIbHo-ynop-
HbIM; npH 3TOM oceBoe YCHJIHe nepe aeTCH B OJIb Bcero IIInHHAeJIH,
KOTOpbIM paOOTaeT TaKHM 06pa30M H Ha npO OJlbHbIM H3rH6. IlpH pac-
GeTe nepe Hero nO IIIHnHHKa CJIe yeT K03<p<PHUHeHT HHaMHIlHOCTH
HarpY3KH npHHHMaTb HaH60JIbIIIHM.
3aMlIMHbIe YCTpoikTBa
.II.JIH y ep)KaHHH 3arOTOBKH B 3a)KHMe BO BpeMH CBapKH, Kor a
K HeM o HoBpeMeHHo npHJIO)KeH H Bpar:u.aIOlIJ,HM MOMeHT (paBHbIM
MOMeHTY CHJI, eikTBYIOlIJ,HX Ha COnpH)KeHHbIX nOBepxHocTHX CBapH-
BaeMbIX eTaJIeM), H oceBoe YCHJIHe, He06xo HMO, IIT06bI CYMMa HOp-
MaJlbHbIX YCHJIHH: CO CTOpOHbI KY JIaIlKOB 3Toro 3a)KHMa Ha eTaJIb
ObIJIa 6bI He MeHee IleTbIpeXKpaTHoro oceBoro (pa60Ilero) YCHJIHH,
pa3BHBaeMoro MaIIIHHOM.
ECJIH CBapKa Be eTCH B 3a)KHMaX C ynopaMH H OCeB0e YCHJIHe
BocnpHHHMaeTCH HMH, TO CYMMapHaH paAHaJIbHaH CHJla KYJIaIlKOB,
3a)KHMaIOlrr.HX eTaJIb, MO)KeT 6blTb CHH)KeHa B 1,5-2 pa3a.
TaKHe 60JIbillHe YCHJlHH He 06ecneIllIBaIOTCH 06bIIlHbIMH TOKap-
HbIMH naTpOHaMH C rH ponpHBO OM; CTaH apTHHe TpeXKYJIaIlKOBHe
naTpOHbI C PYIlHbIM npHBO OM n03BOJIHIOT nOJIYIlaTb HY)KHbIe YCHJIHH,
HO npH YCJlOBHH Y JIHHeHHH PYKOHTKH KJIIOIla H Tpe6YIOT npHJIO)Ke-
HHH K HeH: 3HaIlHTeJlbHOH CHJlbI. LJacTaH CMeHa eTaJleM ( Ba H 60JIee
pa3a) B MHHYTY YTOMJIHeT pa60Ilero, CHH:iKaeT ero BbIpa60TKY, a na-
'TpOHbI B TaKOM pe)KHMe pa60TbI 6bICTpO H3HaIIIHBaIOTCH.
MaIIIHHbI JIH CBapKH TpeHHeM CJIe yeT cHa6)KaTb MexaHH3Hpo-
BaHHbIMH 3a)KHMaMH, CneUHaJlbHO JlH 3Toro cnpoeKTHpOBaHHbIMH.
TaKHe 3a)KHMbI OJl)KHbI 6bITb Cal\lOueHTpi1pYIOr:u.HMH; KpOMe Toro,
2KeJlaTeJIbHO IlT06bI Bpar:u.aIOr:u.HHCH 3a)KHM 06JIaAaJI MHHHMaJlbHbIM
MOMeHTOM HHepIJ.HH (MaCCOM H pa3MepaMH). YnpaBJIeHHe TaKHM Mexa-
HH3HpOBaHHbIM 3a)KHMOM )KeJIaTeJlbHO aBTOMaTH3HpOBaTb, BKJIIOIlHB
ero B 06r:u.HH: UHKJI pa60TbI MaIIIHHbI.
3J1eKTpoo6oPYJI.OBaHlIe
CxeMa 3J1eKTpHIleCKoro ynpaBJleHHH B 60JIbIIIHHCTBe OTeIleCT-
BeHHbIX MaIIIHH BblTIOJIHHeTCH Ha 3JIeKTpOMarHHTHbIX peJIe. TIonbITKH
pa3Mer:u.eHHH 3THX 3JIeMeHTOB BHYTPH CTaHHHbI MaIIIHHbI aJIH
135
06bIIlHoe B MaIIIHHax JIH cBapKH TpeHHeM Bparrr.eHHe O HOM H3
,QeTaJIeH: oCYlIJ,eCTBJlHeTCH C nOMOlrr.bIO IIInHH eJIH, JIe)Karrr.ero B BYX
KopeHHbIX pa HaJIbHbIX nO IIIHnHHKax; oceBoe (pa60Ilee) YCHJlHe Ma-
IIIHHbI BocnpHHHMaeTCH ynopHbIM nO IIIHnHHKoM. PaCIleTbI nOKa3bI-
BaIOT, IlTO B 60JIbIIIHHCTBe CJIYIlaeB IJ.eJIeC006pa3HO OAHH H3 pa HaJlb-
HbIX nO IIIHnHHKoB 3aMeHHTb pa HaJIbHo-ynopHbIM, nepe aB eMY )Ke
<PYHKIJ.HH ynopHoro nO IIIHnHHKa.
COIleTaHHe 06bIIlHbIX JlH cBapKH TpeHHeM CKopOCTeM Bpar:u.eHHH
CO 3HaIlHTeJIbHbIMH pa60IlHMH YCHJlHHMH BeCbMa He6JIarOnpHHTHO
JIH pa60TbI nO IIIHnHHKoB; no 3TOH: npHIlHH HeJlb3H HCnOJIb30BaTb
nO IIIHnHHKH CKOJlb)KeHHH; 06bJ11HO npHMeHHIOTCH JIH60 IIIapHKoBbIe,
JIH60 pOJIHKOBbIe nO IIIHnHHKH.
CYlIJ,eCTBYIOlIJ,HH: copTaMeHT 3THX H3 eJlHM IlaCTO CTaBHT KOH-
CTpYKTopa B 3aTpY HHTeJlbHOe nOJIO)KeHHe H npHxO HTCH H TH Ha
npHMeHeHHe c BoeHHbIx, a HHor a cTpoeHHbIx ynopHbIx HJIH pa HaJIb-
Ho-ynopHbIx nO IIIHnHHKoB KaIleHHH.
Ilp06JIeMa nO IIIHnHHKoB HBJIHeTCH OAHOM H3 rJlaBHbIX npHIlHH,
orpaHHIlHBaIOr:u.Hx npHMeHeHHe MaIIIHH 60JlbIIIHX MOlIJ,HOCTeM H B 3TOM
HanpaBJIeHHH er:u.e OJI)KHa npoBoAHTbCH 60JlbillaH HCCJIe OaaTeJIb-
CKaH H KOHCTPYKTopcKaH pa60Ta.
C TOIlKH 3peHHH OJlrOBeIlHocTH H HaAe)KHOM pa60TbI nO IIIHnHH-
KOB, nepexo K nOBbIIIIeHHbIM CKOpOCTHM Bpar:u.eHHH npH cBapKe Tpe-
HHeM He)KeJlaTeJIeH, TaK KaK 3TO elIJ,e 60Jlee YCJlO)KHHeT pa60TY no -
IIIHnHHKOBbIX Y3JIOB H pe3Ko CHH)KaeT K03<p<pHlLHeHT HX pa60Tocnoc06-
HOCTH.
Y CJIOBHH pa60TbI nO IIIHnHHKoB YCJIO)KHHIOTCH xapaKTepoM pa-
HaJIbHbIX HarpY30K Ha IIInHHAeJIb. 3KcnepHMeHTbI nOKa3blBaIOT,
IlTO B npouecce HarpeBa npH CBapKe TpeHHeM, B oc06eHHoCTH B ero
I-H: <pa3e, B03HHKaIOT 3HaIlHTeJlbHbIe AHHaMHIlecKHe 3HaKonepeMeH-
HbIe YCHJIHH B nJIOCKOCTH CTbIKa (B pa HaJlbHbIX HanpaBJIeHHHX).
TIoHBJIeHlIe H BeJIHIlHHa 3THX HarpY30K He CBH3aHbI C HenapaJlJleJlb-
HOCTbIO nOBepXHOCTeH: TpeHHH B nepBbIe MOMeHTbI HX npHTHpKH
(3TO, KpOMe Toro, C03 aeT OnOJlHHTeJ1bHbIe YAapHbIe HarpY3KH);
,QHHaMHIleCKHe pa HaJIbHbIe YCHJlHH CBOH:CTBeHHbI HaIlaJlbHbIM CTa-
134
OTpHI1.aTeJIbHbIe pe3YJIbTaTbI; BH6paIJ.HH MaIIIHHbI, y apbI npH nepeKJIIO-
IleHHHX <ppHKIJ.HOHHOH: My<pTbI, npH npHJIO)KeHHH YCHJIHH npOKOBKH
H B pyrHx CJIYIlaHX, a)Ke npH HaJIHIlHH XOpOilleH aMOpTH3aUHH
6JIOKa peJIe, BbI3bIBaJIH JIO)KHbIe Cpa6aTbIBaHHH annapaTypbI, KOTOpbIe
paCCTpaHBaJIH pa60TY MaIIIHHbI.
B nOCJIe HHX MO eJIHX MaIIIHH BHI1I13CO BCe peJIe, a TaK)Ke
CHrHaJIbHbIe JIaMnOIlKH H pyrHe IlYBCTBHTeJIbHbIe K Y.lI.apaM 9JIeMeHTbI
9JIeKTpHIleCKOH cxeMbI BblHeceHbI B OT eJIbHbIH IIIKa<p ynpaBJIeHHH.
Ty a }Ke BblHeceHbI H Bce BcnOMOraTeJIbHbIe opraHbI ynpaBJIeHHH.
Ha caMOH MaIIIHHe OCTaBJIeHbI TOJIbKO 9JIeMeHTbI ynpaBJIeHHH pa,60IlHM
UHKJIOM cBapKH.
35. npOMbUllJIEHHOE 060PY)J.OBAHHE 06ll{ErO
nPMMEHEHH5I
B COOTBeTCTBHH C THna)KOM Ha 060pY OBaHHe 06r:u.ero npHMeHeHHH
BO BHl1113CO pa3pa60TaH pH H3 IleTbIpex THnopa3MepoB MaIIIHH-
nOJIyaBToMaToB: MCT-23, MCT-35, MCT-41, MCT-51.
06lIJ,HH: BHA O HOH H3
HHX nOKa3aH Ha pHC. 57.
Bce IleTbIpe MaIIIHHbI
Me)K y C060H KOHCTPYK-
THBHO H reOMeTpHIleCKH
no 06HbI H pa3JIHIlaIOTCH
JIHillb pa3MepaMH ceIle-
HHH: eTaJIeH:, KOTopbIe
MO)KHO CBapHBaTb Ha
Ka)K OH: H3 MaIIIHH H,
CJIe OBaTeJIbHO, 3HaIle-
HHHMH OCHOBHbIX napa-
MeTpOB.
TexHHIlecKHe xapaK-
Tep HCTHKH MaIIIHH 9Toro
pH a npHBe eHbI B
Ta6JI. 11.
OHH npe Ha3HaIleHbI
JIH CBapKH CTep)KHeBbIX
PHC. 57. TIOJIyaBToMaT TliTIa MCT -35 (cnJIOillHOrO ceIleHHH)
KpyrJIbIX 3arOTOBOK H3
MaJIoyrJIepO HCTOH HJIH HH3KOJIerHpOBaHHHx CTaJIeH.
MaIIIHHbI n03BOJIHIOT TaK)Ke cBapHBaTb Tpy6IlaTbIe 3arOTOBKH H
BHnOJIHHTb T-06pa3HHe coe HHeHHH.
KpoMe YKa3aHHbIx MaTepHaJIOB, MaIIIHHbI n03BOJIHIOT cBapH-
BaTb eTaJIH H3 PyrHx IlepHbIx, a TaK)Ke UBeTHbIX MeTaJIJIOB H
CnJIaBOB.
MaIIIHHbI n03BOJIHIOT BeCTH npoIJ.ecc cBapKH KaK C nOBbIIIIeHHeM
,QaBJIeHHH (YCHJIHH) npH npoKoBKe, TaK C aBJIeHHeM npoKoBKH,
paBHbIM aBJIeHHIO HarpeBa (pHC. 29). C nOMor:u.bIO 9JIeKTpHIleCKoro
136
T a6Jlu4a 11
TeXHHQeCKHe xapaKTepHcTHKH MaUlHH oUllI,ero npHMeHeHHSI
E lIHlI a Tllnopa3MepM MallillH
HallMeHOBaHlIe
xapaKTepllCTllKlI 1I3Mepe- I I I
HlISl MCT -23 MCT -35 MCT-41 MCT -51
MOlll,HOCTb (HOMHHaJIb- Kem 10 22 40 75
HaH)
OceBoe YCH.nHe:
npH HarpeBe Jl.O KT 2500 5000 10 000 20 000
MaKCHMa.nbHoe KT 5000 10 000 20 000 40 000
[LHaMeTp CBapHBaeMbIx
CTepLKHeBhIX 3arOTOBOK:
MHHHMaJIbHbIH .M.M 10 16 22 32
MaKCHMaJIhHbIH » 25 36 - 50 70
[LHaMeTp Tpy6tIaTbIX 3a- » 32 39 52 75
rOTOBOK (MaKcHMa.nbHbIH)
JI.HaMeTp .ZJ:HCKOBbIX 3a- » 110 180 180 320
rOTOBOK (MaKCHMaJIbHbIH)
[LJIHHa Bpalll,aIOlll,eHCH 3a-
rOTOBKH:
MHHHMaJIhHaH » 45 50 60 65
MaKCHMa.nbHaH » 600 500 900 1200
[L.nHHa Heno.ZJ:BHLKHOH 3a-
rOTOBKH:
MHHHMa.nbHaH » 50 60 70 80
MaKCHMaJIbHaH » He OrpaHHtIeHa
BpeM5I HarpeBa eeK 10- 20 10-30 15-45 20-50
BpeMH npoKoBKH » 1,5-2,0 1,5-2,0 1,5-2,0 1.5-2,0
TI pOH3BO.ZJ:HTeJI bHOCTb CBapoK [Lo 150 [Lo 120 [Lo 100 [Lo 70
B Ii
HanpHLKeHHe TIHTalOllI,eH e 380 380 380 380
CeTH
[LaB.neHHe B03.ZJ:yxa (HO- KrJe.M 2 4,5 4,5 4,5 4,5
MHHa.nbHoe)
fa6apHTHwe pa3Mepw
MalllHHbI:
.ZJ:JIHHa .M.M 1825 1800 2150 2910
lllHpHHa » 580 720 770 1110
BblCOTa » 1250 1300 1350 1675
137
npOaOflJICeHUe ma6fl. 11
HaliMeHOBaHlle E,l\llHllIW TllnOpa3MepbI MaliIllH
XapaKTepliCTlIKlI 1I3Mepe- I I I
HliH MCT -23 MCT -35 MCT -41 MCT -51
lllKacpa ynpaBJIeHHH:
.ZJ:JIHHa MM 470 470 470 470
lllHplIHa » 400 400 400 400
BblCOTa » 1000 1000 1000 1000
Bec MalllHHbI KZ 2000 2700 3600 5500
Bec lllKacpa ynpaBJIeHHH » 85 85 85 85
nepeKJIIOIlaTeJIH MaIIIHHbI JIerKO nepeBo HTcH C per JIaMeHTaQHH Ha-
rpeBa no oca Ke Ha perJIaMeHTaQHIO no BpeMeHH H Ha060poT.
MaIIIHHbI COCTOHT H3 c06cTBeHHo cBapOIlHOH: MaIIIHHbI H 3JIeKTpH-
IleCKoro IIIKacpa ynpaBJIeHHH (nOCJIe HHH TaK )Ke, KaK H 3JIeKTpO-
nHeBMaTHIleCKaH cxeMa, YHHCPHQHpOBaH JIH Bcex IleTblpex THnopa3-
MepoB MaIIIHH).
MaIIIHHbI Ka}K OrO THnopa3Mepa 06JIa aIOT JIHillb O HOH CKOpOCTbIO
Bpar:u.eHHH IIInHH eJIH, IlTO, O HaKO, He npenHTcTByeT CBapKe eTa-
JIeH C OCTaTOIlHO IIIHpOKHM Hana30HOM CeIleHHH:: OTHOIIIeHHe pa3-
MepOB MHHHMaJIbHOrO ceIleHHH K MaKCHMaJIbHOMY B Ka}K).LOH MaIIIHHe
COCTaBJIHeT 1 : 5.
IlpHBo BpalIJ,eHHH IIInHH eJIH oCYlIJ,eCTBJIHeTCH OT aCHHxpoHHoro
3JIeKTpHIlecKoro BHraTeJIH Ilepe3 KJIHHOpeMeHHYIO nepe aIlY.
IlpHBo YCHJIHH - nHeBMorH paBJIHIleCKHH; MaIIIHHbI nHTaIOTCH
OT 3aBO CKOH: ceTH C}KaTOrO B03Ayxa HH3Koro aB;JJeHHH H cHa6)KeHbI
MYJIbTHnJIHKaTOpoM, npe06pa3YIOr:u.HM 3TO aBJIeHHe B BbICOKoe aB-
JIeHHe B rH paBJIHIleCKOH: CHCTeMe MaIIIHHbI, OT KOTOpOH: nHTaeTCH
HCnOJIHHTeJIbHbIH: opraH - rH pOQHJIHH p, pa3BHBaIOlIJ,HH: He06xo-
HMoe JIH cBapKH YCHJIHe. Y CHJIHH npH HarpeBe H npOKoBKe perYJIH-
PYIOTCH pa3).LeJIbHO H nJIaBHO, C nOMolIJ,bIO BYX perYJIHTOpOB aBJIe-
HHH C PYIlHbIM npHBO).LOM.
Y CHJIHe OT pa60Ilero QHJIHHlI.pa Ilepe3 IIInHH eJIb npHKJIa).LbIBaeTcH
K Bpar:u.aIOlIJ,eH:CH 3aroToBKe, KOTopaH HMeeT B03MO)KHOCTb, KpoMe
Toro, nepeMer:u.aTbcH B OJIb OCH; pyra5I nO JIe:tKalIJ,aH CBapKe 3aro-
TOBKa 3BKpenJIHeTCH HenO).LBH:tKHO.
MaIIIHHbI cHa6:tKeHbI BYCTOPOHHHMH cppHKIJ.HOHHbIMH MyqrraMH,
n03BOJIHIOlrr.HMH npHBO HTb IIInHH).LeJIb BO Bparrr.eHHe HJIH MrHOBeHHO
ero TOpM03HTb (TOpM03HOH nYTb CHCTeMbI, Bparrr.mOlrr.eH:CH co CKOpOCTbIO
1000 06/MUfl, He npeBblillaeT 0,5 060poTa).
MaIIIHHbI cHa6)KeHbI KHonOIlHbIM ynpaBJIeHHeM; Bce pa60IlHe H
HacTpoeIlHbIe opraHbI HaXO HTCH Ha HX nepe HHX CTaHKax; Bcno-
MOraTeJIbHaH nycKo-pery JIHpYI01rr.aH annapaTypa BbIHeceHa B IIIKacp
ynpaBJIeHHH.
138
BeCb IJ.HKJI cBapKH MaIIIHHaMH BbITIOJIHHeTCH aBTOMaTHIleCKH nOCJIe
Ha)KaTHH Ha cooTBeTcTBYIOlIJ,He KHonKH Ha ny JIbTe ynpaBJIeHHH.
BpYIlHYIO BbITIOJIHHIOTCH JIHillb 3aKJIa).LKa 3arOTOBOK B 3a:tKHMbI Ma-
llIHHbI (nOCJIe Ilero npoHcxo HT aBTOMaTHIleCKoe HX 3a:tKaTHe) H C'beM
CBapeHHOH ).LeTaJIH.
3a)KHMbI BbITIOJIHeHbI caMOIJ.eHTpHpYIOlIJ,HMH; onycTHMaH Heco-
OCHOCTb 3arOTOBOK ().LO H nOCJIe CBapKH) no TeXHHIleCKHM YCJIOBHHM
Ha MaIIIHHbI He npeBblillaeT 0,5 MM.
B 060HX 3a)KHMaX, Bpar:u.aIOlIJ,eMCH H HenO).LBH)KHOM, 3arOTOBKH
3aKpenJIHIOTCH cnepBa npe BapHTeJIbHO C OTHOCHTeJIbHO MaJIbIM YCH-
f
I
PlIC. 58. CxeMa KOHCTPYKUHH Bpa-
m;alOm;eroC5I naTpOHa:
1 - KOJIbll,O; 2 - Kopnyc 3a:>KllMa;
3 - cBaplIBaeMaH ,l\eTaJJb; 4 - KY-
JJa1.JOK
PHC. 59. TIpOcplIJIb ry60K
HenO.ZJ:BH1KHOrO 3a1KHMa
JIHeM; OKOHIlaTeJIbHOe 3aKpenJIeHHe 3arOTOBOK B 3a)KHMaX npH cBapKe
oCYlIJ,eCTBJIHeTCH C CHJIOH, KOTopaH npOnOpIJ.HOHaJIbHa eHCTBYIOr:u.eMY
cBapoIlHoMY (oceBoMY) YCHJIHIO MaIIIHHbI.
Bparrr.aIOlIJ,HHCH 3a:tKHM BbITIOJIHeH B BH).Le TpexKYJIaIlKOBOro CMeH-
Horo naTpoHa (pHC. 58). KYJIaIlKH CMeHHble; Ka)K aH rpynna KYJIaIl-
KOB paCCIlHTaHa Ha 3aKpenJIeHHe 3arOTOBOK B Y3KOM Hana30He
HaMeTpoB (2-3 MM). MaIIIHHa KOMnJIeKTyeTcH IleTblpbMH TaKHMH
rpynnaMH KYJIaIlKoB. 110 OC060MY 3aKa3Y 3aBO).L-H3rOTOBHTeJIb 3a OT-
eJIbHYIO nJIaTY nOCTaBJIHeT H 60JIbillee IlHCJIO rpynn KY JIa 1 1KOB Tpe-
6yeMbIx 3aKa3IlHKY pa3MepOB.
HenO BH)KHbIH 3a)KHM cHa6)KeH napoH (B HeKoTopbIX MaIIIHHax
BYMH napaMH) CMeHHbIX ry60K (pHC. 59), nepeKpbIBaIOlIJ,HX BeCb
HOMHHaJIbHbIH Hana30H HaMeTpOB aHHOH: MaIIIHHbI.
OCHOBHOI{ BapHaHT JII060ro H3 Ha3BaHHbIX IleTblpex THnopa3MepoB
MaIIIHHbI npe).LHa3HaIleH ).LJIH CBapKH CTep)KHeBbIX 3arOTOBOK CnJIOIII-
Horo ceIleHHH.
TpexKYJIaIlKOBble 3a)KHMbI, KOTOpbIMH cHa6:tKeHbI MaIIIHHbI, n03-
BOJIHIOT 3aKpenJIHTb TaK)Ke H TOJICTOCTeHHbIe Tpy6bI 6e3 onaceHHH
HX CMHTHH H HCKa)KeHHH npocpHJIH ceIleHHH.
139
KOHCTPYKIJ.HH MaIIIHHbI npe YCMaTpHBaeT B03MO)KHOCTb MO HcpH-
KaIJ.HH 3a)KHMOB, npHMeHHTeJIbHO K OC06eHHOCTHM eTaJIeH:, nO JIe-
)KaIIJ.HX CBapKe.
1. JI.JIH CBapKH TOHKOCTeHHbIX TPy6 H TPy6IlaTbIX 3arOTOBOK 33-
}KHMbI C Y3KHMH KY JIaIlKaMH CJIe yeT 3aMeHHTb 3a)KHMaMH C IIIHpO-
KHMH KYJIaIlKaMH, OXBaTbIBaIOIIJ.HMH 3arOTOBKY nOIlTH no BceH ee OK-
PY:tKHOCTH; pa60IlaH nOBepXHOCTb TaKHX KYJIaIlKOB OJI)KHa 6bITb pa-
CTOIleHa COOTBeTCTBeHHO pa3MepaM ( HaMeTpy) CBapHBaeMOH eTaJIH.
TaKoH: 3a)KHM n03BOJIHeT 3a)KaTb TOHKOCTeHHYIO TPy6KY 6e3 CMH-
THH H B CJIYIlae He06xo HMOCTH OTpHxTyeT ee. 3a30p Me)K Y 60KOBbIMH
nOBepXHOCTHMH KYJIaIlKOB TIOCJIe 3aKpeTIJIeHHH TPy6bI He OJI)KeH
6bITb 60JIee 1-1,5 MM.
2. ,IT,JIH cBapKH T -06pa3HbIx COe,lI.HHeHHH Bpar:u.aIOIIJ.HHCH Tpex-
KYJIaIlKOBbIH naTpoH, npe Ha3Hal1eHHbIH JIH 3aKpeTIJIeHHH CTep)KHeH,
MO)KeT 6bITb 3aMeHeH naTpoHoM TaKOH: }Ke KOHCTPYKIJ.HH, n03BOJIHIOIIJ.HM
3a)KHMaTb HCKOBbIe 3arOTOBKH.
3. ,IT,JIH BbITIOJIHeHHH TaKHX T-06pa3HbIx coe HHeHHH, Y KOTOpbIX
nJIOCKaH )J.eTaJIb OTJIHIIaeTCH OT Kpyra, B MaIIIHHe npe ycMoTpeHa
B03MO)KHOCTb nOCTOHHHOH: (6e3 aBTOMaTHIleCKoro pacKpbITHH 3a)KHMa
npH Ka)K OM IJ.HKJIe pa60TbI MaIIIHHbI) YCTaHOBKH B 3a)KHMe IIITIHH eJIH
CneIJ.HaJI HOH nJIaHIIIaH6bI C yrJIy6JIeHHeM, C eJIaHHbIM no cpopMe CBa-
pHBaeM m 3arOTOBKH, Ky a TaKaH 3arOTOBKa BCHKHH: pa3 nepe
cBapKoH 3aKJIa bIBaeTCH. 3aroToBKa B npOIJ.ecce CBapKH He MO)KeT
BbITIaCTb, TaK KaK ee npH:tKHMaeT K nJIaHIIIaH:6e KOHTp eTaJIb, a npo-
BepHYTbCH B CBoeM JIO:tKe 3arOTOBKa HeTIpaBHJIbHOH cpOpMbI TaK)Ke
He MO)KeT; He06xo HMOCTb B ee 3a)KHMe TaKHM 06pa30M OTna-
aeT.
4. AHaJIOrHIlHO peillaeTCH Bonpoc 3aKpenJIeHHH nJIOCKOH eTaJIH,
eCJIH OHa HMeeT OTBepCTHH, pacnOJIO)KeHHbIe Ha nepHcpepHH. B 3TOM
CJIYIlae nJIaHIIIaH:6a cHa6)KaeTCH COOTBeTCTBYIOr:u.HMH IIITHcpTaMH, BXO-
,QHr:u.HMH B YKa3aHHbIe OTBepCTHH.
B nepeIlHCJIeHHbIX CJIYIlaHX B HenO BH)KHbIH 3a)KHM 3aKJIa bI-
BaeTCH KpyrJIaH 3arOTOBKa. Ho BCTpeIlaeTCH He06xo HMOCTb npH-
BapHTb cpaBHHTeJIbHO KOPOTKYIO Tpy6IlaTYIO HJIH CTep)KHeBYIO eTanb
K PyroH, MaCCHBHOH: H rpOM03 KOH eTaJIH. B 3THX CJIYIlaHX IJ.HJIHH-
pHIleCKaH eTaJIb YCTaHaBJIHBaeTCH B 3a)KHMe IIITIHH eJIH MaIIIHHbI,
a MaCCHBHaH KOHTp eTaJIb - B HenO BH)KHOM 3a)KHMe. ECJIH pa3MepbI
npoeMa 3Toro 3a)KHMa He TI03BOJIHIOT pa3MeCTHTb B HeM KPynHYIO
eTaJIb, TO THnOBOH HenO)J.BH:tKHbIH 3a}KHM MO)KeT 6bITb 3aMeHeH
PyrHM, CneIJ.HaJIbHO CKOHCTpYHpOBaHHbIM H 60JIee nO XO HIIJ.HM
K pa3MepaM H cpopMe 3arOTOBKH, TIo JIe)Kar:u.eH: CBapKe.
IlpHMeHHTeJIbHo K CBapKe 3arOTOBOK H3 pa3HOHMeHHbIX MeTaJIJIOB
npH uKOTOpOH: Tpe6yeTcH HCnOJIb30BaHHe oca oIlHoH MaTpHIJ.bI, TH
nOBOH HenO BH:tKHbIH 3a)KHM TI03BOJIHeT YCTaHoBKY Ha HeM CneIJ.HaJIb-
Horo np HCTIoc06JIeHHH, Hecyr:u.ero MaTp HIJ.Y, cpHKCHpYIOr:u.ero ee nGJIO-
)KeHHe OTHOCHTeJIbHO CBapHBaeMbIX 3arOTOBOK H He MeIIIaIOr:u.ero B TO:tKe
BpeMH HX IJ.eHTpHpoBaHHIO.
140
MO HcpHuHpOBaHHbIe MaIIIHHbI 06r:u.ero npHMeHeHHH HCnOJIb3YIOTCH
H JIH PyrHx cneUHaJIbHbIX IJ.eJIeH. BbInOJIHeHa B MeTaJIJIe H 3KCnJIya-
THpyeTcH Ha aBT03aBo e HM. J1HxaIleBa MaIIIHHa THna MCT -35-4
JIH cBapKH KOBaHoH BHJIKH C KpyrJIbIM npYTKoM (KaK Ha pHC. 88).
3a aIla peilleHa TIYTeM 3aKpenJIeHHH nOKOBKH B cneIJ.HaJIbHbIX
ry6Kax THnOBoro HenO BH)KHOrO 3a)KHMa.'
,IT,JIH CBapKH IIITaMnOBaHHOH: JIaTYHHoH 3arOTOBKH C KpyrJIbIM
JIaTYHHbIM CTep)KHeM (BbIBO KOH eHcaTopa) MuO HcpHIJ.HpOBaHa Ma-
IIIHHa MCT -23 Ha3BaHHaH MCT -23-6, B KOTOpOH TaK)Ke O HH H3 3a-
:tKHMOB 6bIJI H MeHeH B COOTBeTCTBHH C cpOpMOH: cBapHBaeMoH 3aro-
TOBKH.
IlapaMeTpbI MaIIIHH MCT-23, MCT-35, MCT-41 H MCT-51 pac-
CIlHTaHbI HCXO,lI.H H3 YCJIOBHH 06bIIlHbIX JIH cBapKH TpeHHeM MaJIO-
yrJIepO HCTbIX HJIH HH3KOJIerHpOBaHHbIx CTaJIeH:: y eJIbHOe aBJIeHHe
npoKoBKH Pnp = 10 KF/MM 2 ; y eJIbHOe 3HaIleHHe MOIIJ.HOCTH, no-
Tpe6JIHeMOH H3 ceTH, 20 8m/ MM 2 .
I1cxo H H3 oceBoro YCHJIHH H nOJIHOH MOr:u.HOCTH aHHoH MaIIIHHbI
H HMeH B BH y TeXHOJIOrHIleCKH He06xo HMbIe y eJIbHble apaMeTpbI
npouecca, 6bIJIH rtOJIYIleHbI 3HaIleHHH Hana30Ha ceIleHHH ( HaMeT-
pOB) cBapHBaeMbIx 3arOTOBOK, YKa3aHHbIe B Ta6JI. 11.
B Tex CJIYIlaHx, Kor a JIH BbITIOJIHeHHH 06poKaIlecTBeHHoro
cBapHoro coe HHeHHH Tpe6YIOTcH HHHe 3HaIleHHH TIapaMeTpOB npo-
uecca (HanpHMep aBJIeHHe npoKoBKH npH cBapKe 3arOTOBOK HH-
cTpYMeHTa OJI)K O 6bITb He MeHee 13-15 KF / MM 2 ), M-aIIIHHbI 06r:u.ero
npHMeHeHHH TaK)Ke MorYT 6bITb HCnOJIb30BaHbI, HO BeJIHIlHHa MaKCH-
MaJIbHOrO ceIleHHH (KaK l1aCTHoe OT eJIeHHH YCHJIHH, pa3BHBaeMoro
MaIIIHHOH:, Ha Tpe6yeMoe y eJIbHOe aBJIeHHe) nP!l3TOM 6y eT MeHbIIIe,
He)KeJIH paccIlHTaHHoe JIH MaJIoyrJIepO HCTOH CTaJIH. Bo B3HTOM
npHMepe..c 3arOTOBKaMH pe)KYIIJ.erO HHcTpYMeHTa MaKCHMaJIbHOe r ce-
IleHHe 3arOTOBOK 6y eT B 1,5 pa3a MeHbIIIe, a ,lI.HaMeTp - B V 1,5
MeHbille TIpHBe eHHbIx B Ta6JI. 11 3HaIleHHH:.
KaK BH HO H3 3Toro KpaTKoro onHcaHHH MaIIIHH 06r:u.ero npHMe-
HeHHH H HX TeXHHIleCKHX xapaKTepHcTHK, OHH B OCHOBHOM npep.Ha3-
HaIleHbI )J.JIH npHMeHeHHH B YCJIOBHHX MaCCOBoro H KPynHoc:pHHHoro
npoH3Bo cTBa eTaJIeH pa3JIHIlHOrO Ha3HaIleHHH, pa3JIHIlHOH cpOpMH
H H3 pa3JIHIlHbIX MaTepHaJIOB. u
BCIO raMMY MaIIIHH OCBOHJI B cepHHHoM npoH3Bo cTBe BOJIKO-
BbICKHH: 3aBO JII1TeHHOro 060py oBaHHH (r. BOJIKOBbICK, BCCP).
OnbIT 3KCTIJIyaTaUHH 3THX MaIIIHH TIOKa3aJI, IlTO npH YCJIOBHH
HOpMaJIbHOH 3arpY3KH 060Py oBaHHH ero npHMeHeHHe aeT 3HaIlH-
TeJIbHbIH: 3KoHolVIHIlecKHH 3cpcpeKT (CM., B IlaCTHOCTH, rJI. X).
36. npOMblllIJIEHHOE 060PYJJ.OBAHHE cnEIJ.HAJIbHOrO
HA3HA'-IEHH5I
,IT,JIH eIIJ.e 60JIee 3cpcpeKTHBHoro HCnOJIb30BaHHH cBapKH TpeHHeM
B COBeTCKOM COI03e KpoMe MaIIIHH 06IIJ.ero npHMeHeHHH pa3pa60TaHO,
H3rOTOBJIeHO H ycneillHo 3KCTIJIyaTHpyeTcH MHoro CTIeUHaJIbHbIX
141
142
o
CU
S'
>.
CU -.
o...
8t
00:;
f-< ro
2
g
::s:::::r
0... >.
roo...
r:Q f-<
<:..) U
:I:
+
(Y)oo
<i;-
E--t
U ro
b;
f-<CU
ro:2;
:2;>.
00...
f-< f-<
r:Q U
<r::I:
.::s::
<D
U
::s::
0..
_::S:: t::'0
3, 00 '-9
ro .('1)
I!jUE--t
U
0:; '-'
:2;ro
1=:1:00...
l'- O
, ro f-<
E--t
U U ro
::s::
U:I:
ro 0...::S::
:I: CU f-<
::s:: G g
S CU :I:
roSS"
'::S:: 0
.0:2;
O:I: ro
f.D:I:0...
. 0 0
U 0... \0
::S::0f-<
o.. O
PHC. 62. ABToMaT MCT A-32 D;JIH cBapKH 3arOTOBOK KaJIH6pOB (cTaJIb
lllX + KOHCTPYK.I.J,HOHHaH CTaJIb)
,
PHC. 63. DOJIyaBToMaT MQJ-327 .ZJ:JIH cBapKH 3arOTOBOK pe-
1KYIl\ero HHCTpYMeHTa (P18 + KOHCTPYKI.J,HOHHaH CTaJIb)
143
MaIIIHH. Ka)K aH H3 HHX, KaK npaBHJIO, npe,lI,Ha3Ha1.J:eHa JIH CBapKH
eTaJIH TOJIbKO O,lI,HOrO HaHMeHOBaHHH (HJIH rpynnbI O HOTHnHbIX
eTaJIeH) B YCJIOBHHX MaCCOBOrO HJIH KpynHocepHHHOrO npOH3BO CTBa.
TaKHe MaIIIHHbI 06bIqHO HBJIHIOTCH aBTOMaTaMH HJIH nOJIyaBToMaTaMH.
K HX qHCJIY OTHOCHTCH:
pH,lI, MaIIIHH CMCT, pa3pa6OTaHHbIX H BHe peHHbIX B nOTOqHOM
npOH3BO,lI,CTBe Ha MHHcKoM TpaKTOpHOM 3aBO e npH H3rOTOBJIeHHH
HeKOTOpbIX eTaJIeH TpaKTOpa B TOM qHCJIe H BeCbMa OTBeTCTBeHHbIX;
nOJIyaBToMaT THna I M<p-327 JIH CBapKH 3arOTOBOK pe)KYlI1.erO
HHCTpYMeHTa, KOTOpbIH C03 aH 3aBO OM «<ppe3ep» Ha 6a3e nepBOH
B MHpe MaIIIHHbI JIH CBapKH TpeHHeM THna MCT-l (BHI1113CO);
060pY OBaHHe, C03 aHHOe BHI1113CO, B TOM qHCJIe: aBTOMaTbI
MCT A-31 H MCT A-32 JIH CBapKH pe)Kyr:u.ero H MepHTeJIbHOrO HH-
CTpYMeHTOB, nOJIyaBToMaT MCT-I0.0l JIH O HOBpeMeHHOH CBapKH
BYX CTbIKOB (npH Bpar:u.eHHH TpeTberO TeJIa H HenO,lI,BH)KHO 3aKperr-
JIeHHbIX B3aHMHO COpHeHTHpOBaHHbIX KpaHHHX eTaJIHX), MaIIIHHa
MCT-I00.0l JIH CBapKH Tpy6 (nOKa CaMaH MOr:u.HaH B COBeTCKOM
COI03e) ;
nOJIyaBToMaT MCT -31-2 C pe3IJ.OBbIM cynnopToM JIH no pe3KH
TOP!-La O HOH H3 eTaJIeH nepe cBapKoH (pa3pa60TaH BHI1113CO)
Ta6Jlutta 12
TeXHH'IeCKHe xapaKTepHcTHKH cneL\HaJIbHbIX MaUIHH .ZJ:JIH cBapKH TpeHHeM
Mo - CKOPOCTb MaKCH- )J.HaMeTp TIpOH3BOp;H-
HaHMeHOBaHHe Bpa eHHSI MaJIbHOe CBapHBaeMoi!:
MaIllHHbI HOCTb IllllHHp;eJISI yCHJIHe eTaJIH TeJIbHOCTb
B K8m B 06/MUH B T B MM CBapOK B 'lac
t
CMCT -3 10 1400 4,5 26 70
CMCT -4 20 680 10 38 70
CMCT-7 14 1100 8 30 100
M<p-327 10 1500 5 10-18 * 160
MCT -6 4,0 2000 0,8 12 420 **
MCT-31-2 28 1000 .14,0 )Jo 50 50-60
MCT A-31 22 1000 10,0 14-30 * 100-120
MCT A-32 22 1000 10,0 14-30 * 100
MCT-1O.01 40 1000 10,0 33 140 ***
MCT-100.01 125 800 80,0 140/80 6-8
)JJIH cBapKH Kap- 4,5 3000- 0,1-0,5 10 -
Kaca PYJIeBOrO KO- 5000
JIeca
)
* CBapHBaIDTCSI Clle HaJIbHWe CTaJIH.
** CBapHBaeTcSI Mep;b.
*** O HoBpeMeHHaSl CBapKa P;BYX CTWKOB.
144
,1 ;0
c.o
f-o
C\3
0
f-o
r:Q
" C\3
>.
0
t::
tr.5
f.D
c.3
:s::
0..
10 B. 11. BUJIJIb
o
Eo<
0...
o
r:::
r:::
>.
u
::a
o
:::r
IX)
Q)
0..
::;a
::a
:r:
I=:t
:s::
f-o
o
U
(Y)
C\3
:r:
:s::
S
C\3
f.D
c.3
:s:
0..
145
npe)1.Ha3HatteH J1H CBapKlf TpeHHeM KOpOTKHX 3arOTOBOK H3 pa3HO-
HMeHHbIX MeTaJIJIOB B YCJIOBHHX MeJIKOCepHH:HOrO HJIH HH HBH yaJIb-
HOrO npOH3BO CTBa;
nOJIyaBToMaT THna MCT -6 :(pa3pa60TKa BHI1113CO) JIH CBapKH
T -06pa3HbIX COe HHeHHH: Me,lI,HOrO IIITbIpH HaMeTpoM 10 HJIH 12 MM
C Me HoH nJIaCTHHOH TOJIr:u.HHOH 2 MM (BbIBO,n aKKYMY JIHTopa); Ma-
IIIHHa n03BOJIHeT BeCTH npoIJ.ecc B TeMne 420 cBapoK B qac H ycneillHo
3aMeHHeT PyqHYIO naH:KY TBep bIM npHnoeM [61];
nOJIyaBToMaT [18] JIH cBapKH KapKaca PYJIeBOrO KOJIeCa aBTO-
M06HJIH (pa3pa60TKa qeJIH6HHCKoro HI1IlTI1AMMaIIIa).
HI1IlTI1AMMailleM (QeJIH6HHcK), IlKTI1Maill (MOCKBa), HI1I1-
TpaKTOpOCeJIbX03MaIIIeM, XapbKoBcKHM nOJIHTeXHHqeCKHM HHCTH-
TYTOM, a TaK)Ke QeJIH6HHCKHM TpaKTopHbIM 3aBO,lI,OM, fOpbKOBCKHM
aBTOM06HJIbHbIM 3aBO OM, AJITaH:CKHM TpaKTopHbIM 3aBO OM, Ce-
CTpOpeIJ.KHM HHcTpYMeHTaJIbHbIM 3aBO OM H PyrHMH opraHH3aIJ.HHMH
CBOHMH CHJIaMH H JIH c06CTBeHHbIX HY)K BbITIOJIHeHO er:u.e HeMaJIO
CneIJ.HaJIH3HpOBaHHbIx MalllHH JIH cBapKH TpeHHeM pa3JIHqHbIX e-
TaJIeH:. Bcero B COBeTcKoM COI03e pa3pa6OTaHo, nocTpoeHo H ycneillHo
3KCnJIyaTHpyeTcH 60JIee 40 THnOB MaIIIHH JIH cBapKH TpeHHeM, H3
KOTOpbIX nO aBJIHIOlI1.ee 60JIbIIIHHCTBO - CneIJ.HaJIH3HpOBaHHbIe nOJIY-
aBTOMaTbI. B Ta6JI. 12 H Ha pHC. 60-65 npHBe eHbI xapaKTepHcTHKH
H <poTorpaqmH HeKoTopbIX H3 HHX.
,neHu.HH pa3BHTHH 060py oBaHHH ,nJIH cBapKH TpeHHeM 3apy6e}KHblX
<pHPM B conOCTaBJIeHHH C OTeqeCTBeHHbIMH MaIIIHHaMH.
Ha pHC. 66-71 nOKa3aHbI cpoTorpa<pHH HeKoTopbIX 3apy6e}KHbIX
MaIIIHH, a Ta6JI. 13 aeT npe CTaBJIeHHe 06 OCHOBHbIX xapaKTepHcTH-
Kax 060py oBaHHH JIH CBapKH TpeHHeM, pa3pa60TaHHoro 3a rpa-
HHIJ.eH.
B OTJIHqHe OT OTeqeCTBeHHbIX MaIIIHH 60JIbIIIHHCTBO 3apy6e)KHOrO
060py oBaHHH nOCTpoeHO H3 paCqeTa Ha nOHH)KeHHbIe y,lI,eJIbHbIe
37. 3APY6E)I(HOE 060PY)J.OBAHHE
IlOIIYJIHpHOCTb CBapKH TpeHHeM 3a py6e)KOM H3 ro a B ro pacTeT.
BCJIe 3a COBeTCKHM COI030M B pH e cTpaH y)Ke cpaBHHTeJIbHO aBHo
Be YTcH HCCJIe OBaHHH B 3TOH: 06JIaCTH. TaK, <pHpMa AMF (CIlIA)
npHcTynHJIa K pa3pa60TKaM TeXHOJIOrHH H 060py oBaHHH H CBapKH
TpeHHeM, HaqHHaH C 1959 r. [64 L HeMHoro n03 Hee cBapKoH TpeHHeM
CTaJIH 3aHHMaTbCH cpa3Y HeCKOJIbKO <pHpM B 5!noHHH. B eJIHK06pH-
TaHHH ceH:qac TaK)Ke HeCKOJIbKO <pHPM pa60TaIOT B 3TOH 06JIaCTH.
B BpHTaHCKOH: H 5!noHCKOH: ACCOIJ.HaIJ.HHX CBapr:u.HKoB CYlI1. eCTB YIOT
.n.a}Ke CeKIJ.HH cBapKH TpeHHeM. Be,lI,YT( H pa60TbI no cBapKe TpeHHeM
B QexOCJIOBaKHH, IloJIbcKOH: Hapo HoH Pecny6JIHKe, B f,lJ,P. He-
aBHO pe3YJIbTaTbI CBOHX pa60T ony6JIHKOBaJIa <pHpMa !SUKA
(<I>Pf). He OqeHb ,lI,aBHO, HO nJIO OTBOpHO 3aHHMaeTCH cBapKoH Tpe-
HHeM <pHpMa «Sciaky» BO <I>paHIJ.HH; no HMeIOI.IJ;HMCH CBe eHHHM,
K cepe HHe 1968 r. 3TOH: <pHpMOH: 6bIJIH ony6JIHKOBaHbI pe3Y JIbTaTbI
HeCKOJIbKHX TeXHOJIOrHqeCKHX pa60T H pa3pa60TaHo ceMb THnOB
MaIIIHH (npaB a, K 3TOMY BpeMeHH er:u.e HH O,lI,lla H3 HHX He 6bIJIa no-
CTpoeHa). " ,
B TO }Ke BpeMH pH <pHpM: «Toyoda» B 5!noHHH, AMF B CIlIA,
«Steelweld» B BeJIHK06pHTaHHH, KUKA B <I>Pf, I1HcTHTYT CBapKH
B fJIHBHIJ.e (IlHP) JI p. y}Ke BbITIYCTHJIH Ha pbIHOK 060py oBaHHe
.ZI.JIH CBapKH TpeHHeM. He 3a aBaHCb u.eJIbIO no p06HO ero onHCblBaTb,
CqHTaeM nOJIe3HbIM npOaHaJIH3HpOBaTb OCHOBHbIe oc06eHHocTH H TeH-
PHC. 66. DOJIyaBToMaT ZTa-lO .n:JIH cBapKH sarOTOBOK peLKY-
IJJ;ero HHcTpYMeHTa (DOJIbllla) [43, 74]
146
MOI.IJ;HOCTH H, CJIe OBaTeJIbHO, MeHbIIIYIO npoH3BO HTeJIbHOCTb MaIIIHH;
. Bce 3apy6e)KHbIeMaIIIHHbI06JIa.lI.aIOTIIIHpOKHM.lI.Hana30HOM CKOpOCTeH:
BpaI.IJ;eHHH H n03ToMY 60JIbIIIHM ,lI,Hana30HoM CeqeHHH: CBapHBaeMbIx
eTaJIeH:. TaKaH YHHBepCaJIbHOCTb Ka)K OH MaIIIHHbI B COqeTaHHH
C 'nOHH)KeHHOH MOlI1.HOCTbIO H OTHOCHTeJIbHO MaJIOH ee npOH3BO H-
TeJIbHOCTbIO xapaKTepHbI JIH 60JIbIIIHHCTBa 3arpaHHqHbIX MaIIIHH
H n03BOJIHIOT C eJIaTb BbIBO 0 TOM, qTO 3TO 060pY OBaHHe npoeKTH-
pOBaJIOCb B paCqeTe Ha MeJIKOCepHHHoe npOH3BO CTBO H HCnOJI 30-
BaHHe Ha cpaBHHTeJIbHO He60JIbIIIHX npe npHHTHHX.
COBeTCKHe MaIIIHHbI OTHOCHTeJIbHO MeHee YHHBepCaJIbHbI, HO
60JIee Mor:u.HbIe nOTOMY, qTO OHH paCCqHTaHbI B nepBYIO Oqepe b Ha
npHMeHeHHe B KpynHbIx npOMbIIIIJIeHHbIX npe npHHTHHX H B Macco-
BOM npOH3BO CTBe.
TaKHM 06pa30M, OCHOBHoe pa3JIHqHe OTeqeCTBeHHbIX H 3apy6e}K-
HbIX MaIIIHH JIH CBapKH TpeHHeM onpe eJIHeTCH HX npe Ha3 tIeHHeM
10* 147
.nJIH rrpe,lJ,npHHTHH: pa3HOrO MaCIIITa6a, C pa3HbIM XapaKTepOM H opra-
HH3aIJ.HeH: npOH3BO CTBa, KOTOpbIe CBOH:CTBeHHbI CTpaHaM C pa3HOH
CHCTeMOH: X03HH:CTBa.
,UpyroH OC06eHHOCTbIO 3apy6e)KHbIX MaIIIHH HBJIHeTCH TeH eHIJ.HH
HX pa3BHTHH B CTOPOHY CBapKH MHKpO,lJ,eTaJIeH (CM. CTp. 12) ceqe-
HHeM 1l,O 0,05 MM 2 , HO C npHMeHeHHeM JIH 3Toro Tex )Ke 3HaqeHHH
PHC. 68. MalllHHa THna FS2 qmpMbI «Steelweld» (BeJIHK06pHTaHHH)
PHC. 67. MalllHHa .n:JIH cBapKH TpeHHeM qmpMbI «Gatwick
Friction Welding» (BeJIHK06pH'CaHHH)
JIHHeH:HbIX CKOpOCTeH: (nopH Ka 1-1,5 MiceK), qTO H peKOMeH OBaH-
Hble HaIIIHMH pa60TaMH.
B KOHCTPYKTHBHOM OTHOIIIeHHH 06par:u.aeT Ha ce6H BHHMaHHe npH-
MeHeHHe B 60JIbIIIHHCTBe 3apy6e)KHbIX MaIIIHH rH paBJIHqeCKOH CH-
CTeMbI CHJIOBOrO npHBo a, B OTJIHqHe OT OTeqeCTBeHHbIX MaIIIHH, cHa6-
}KaeMbIX npeHMyr:u.eCTBeHHO nHeBMorH paBJIHqeCKHM npHBO OM. CJIe-
yeT TaK)Ke OTMeTHTb, qTO nOqTH Bce MaIIIHHbI HHOCTpaHHbIX qmpM
paCCqHTaHbI Ha CBapKY OTHOCHTeJIbHO KOpOTKHX 3arOTOBOK, H n03TOMY
3TH MaIIIHHbI nOCTpoeHbI no KOHCTPYKTHBHOH: cxeMe, npe nonaraIO-
I.IJ;eH BpaI.IJ;eHHe O HOH: H3 CBapHBaeMbIX 3arOT0}30K H nocTynaTeJIbf!Oe
nepeMer:u.e:aHe PyroH 3arOTOBKH. -
148
PHC. 69. MalllHHa THna FW60 qmpMbi «Toyoda» (5InoHHH)
149
, _!/""i-{,' f" ,,:,;'.
PHC. 70. M3lllHH3 Mo.n:eJIH 75-A qmpMbI AMF (ClllA)
PHC. 71. MaWJ1Ha 40ton qmpMbI «John Tompson» (BeJIHK06pHT3HHH)
150
Cr:>
-..
O' a
g >< 00 ><
;>:wuo..:r I I I I a I a a a f-o ::a I f-o ::a
of-<Oro a "'d" 00 Q):r: cu :r:
:t: (Y) C'I - :.:r::r: a :.:r::r:
ro ct!
I=:!: I=:!:
::: (!)(!)
g E--. I I I I t-- a "'d" 00 f.D a a
",I:J (!):.: II< "'d" 1.0 0':> a
rouu - "<I' f.D
:EO>' f.D
o i:: cu 0 000
1:J:t: <) o 0...
U<l):s:O I I I I I (Y) :r::s::u::s::
:.:t::<l)o.. (Y) (Y) (Y) C'I C'I C'I - I=;: cu E-o
::r>':;;0 ct!>.:s::u
1-<",::.:: I=;: J:-.:r: 0
u:.:u t::cuct!o...
o...
a a a a
a a a a a
,.QO:: a a a a 1.0 a
1-<:S:;:3 1.0 (Y) a a
g -- -- -- -- a
I "'d" a a a a a a
0.. Ef \Q I I I I a a 1.0 a I I I 1.0 a a
°roO 1.0 a (Y) a "'d" - "<I'
c3g. a :::::. - I I
a -- -- --
a a a a a a a
a a a 1.0 a 1.0
8 8 t-- 1.0 f.D
0::"
ro:1!
::r::1! 1.0 a a
,Q-... 1.0 "'d" f.D
,Q - (Y) (Y) - lO- a 00 I I a 0':>
I-< - C'I C'I - 00 -
u t:::(
0 >.11<
:s:
Ef
t-- C?,
cQ 1.0 -
- t-- 1.0 - 00 (Y) 1.0 I I
- (Y) t-- - I I I - 1.0
gll< - - - 1.0
1.0 (Y) a
to - C'I
::: ..
u::r::S: XI:J:1! a a a a a a a a a a 0 a a a a
@ z. ;,; a f.D a a a a a a a
(Y) t-- t-- C'I (Y) ;S a a 1.0 a a 1.0
:sB - "<I' 00 ;S 00 f.D "'d" t-- -
u f.D - f.D
:<i a a 00
t:::S: '? - a t:: t:: r::: a
:.::t: :.:r: :.:r: i: i: I I .s .s .8 "'d" <r:
E-<8 ch ch ch C'I a a I I
'" E--t
:;; "'d" a 1.0
- N t--
'" 0:; 0-'
bD ::s:: 0... ct!
'" t:: :s:: :r: \0 I.l-.<r:
bD ;C; :r: ro 0 u "'OS
ro f-o ,.Q
r::: Q) f-o :s:: t:: U
;C; ::s:: 0... ::s:: 0
0... \0 t::-. ct!
Q) cu
:t: \0 0 e __ ct!
'" 0
0.. r::: ::s:: :s:::s::
1-0 r:::-' 0-. :s:: '" .- <r:
.::. cu .J:: __
00:; .- 0:; r::: 0...\0 u
..... ::s:: 1:::s:: cu e 0 ct!>. ro '"
'" ......:r: ..... :r: e </J r::: 2
:;; Uro s...., ro 0... uu
0.. ..... f-o f-o '" E cu ro
:.: 2. '" "'0
e ,..x::S:: "'0 i 0 f-oo.. r:::o...
,..x: \0 uo... r::: E--t BE
'-\0 ro
u O ;::0 ..... 0
ct! ...... ::i Q) r::: :S:::r: @U
---:s:: ro :s:: 0 Q) .J:: -. tl=:!: E;..-.
c:o o ...... 00:; :r:0
Q) Q) "" C/) ....:s:: :s::g. <r:s....,
e e "" "" :r: ",,"'0
ro :.:r: t::
f-o ::s
:3
E--.
l
:E
Q)
:s::
:c
Q)
Q.
:s::
::r:
Q.
cg
=
u
1;1:
I:{
::c:
:s::
a
(\:I
:s
:a
::c:
PE
Q.
(\:I
:s::
::r:
::
u
::
Q.
Q)
f-o
::r:
(\:I
Q.
cg
151
.......
g..Q,Q
u
g
:;: a a a I I a a a a 00000 I
a f.D "<I' f.D f.D f.D f.D lQl.Ol.OcY)8
8.:s::t:
11< -
1::11(
'
(j)(j) a 0000
5
g
E--. 1.0 a
a a a f.D 1.0
"<I'
tO
c:>
a
@1:J(j):S:
- cY) f.D
;g
-
- "<I'
o:s:
:s: Q)'Q):S::
o (!):r: 1-0 o:S:::s::f-o
I!;:r:(!)u 8 00 I I I :I:
::c:U I I
u(!):r: O
>'t\1g,
"<I'''<I'''<T'
:s:t::(j)o.. - -
::r>O;:;;O
t
o
1-0",::.:: t:: 0... 0...
U:s:U
-. -.
:t: 00 00 a a 00 a a :I:
,QO::
,.Q
88 a 0001.0 ,.Q
E-<:S::$ o@oo 00 00
o
g
00 1.0 cY) C'I "'d" a
a
a a cY) cY) I I I I I I I I g
a
-- a
0.. g \Q g5
a a
o",Q 00 00 a a 8888"'d"
C'I
o g.1I<
1.01.00 a
t\1 t-- t-- 1.0 8 "<1'1.01.01.0 ct!
6 C'I C'I
6
0::"
ro
01.001.0
:r:
1.0_
,Q-... ;S 00 "<I' - a C'I - 1.0 t-- to"": 00 to 00 I
,.Q
cY) cY)
- - -
E-<
<) t:::(
0 >Oil<
::r:
g
I Q)
0
1.0_
ct! cU':S:: ct! -:!;' !;E
- 1.0 1.0
a "'d"OO;S 1.0 - - C'I t-- a 0...p<:S:: &:
- - - - cY) --
cY)
I=:t:S::
Q) 0
gll< E
Ul=:tf-oE--t
.
Q)
:=
:S::t::;::
X(!)
1.0 a a a a 00 a "'d" 00000 a
,.Q
:;:::<i
01.0 0':> a 0000 0f.D01.01.O a
rol:J:ro..:;;E-< f.D 0':> t-- cY) a - t-- 00 cY) t-- 0':> 00 f.D C'I a
ro(j)ro (!)
- cY) C'I C'I 1.0 - 1.0
:EU
t:::(
:<i a 1.0 a a a 00 a a
00
t:::t: U <r:<r: a a - cY) f.D a 01.0000 a
:;:::s: 01.0
1.0 0-t--1.OC'I a
8 00 f.D - cY) t----cY)- "'d"
E-<8 cY) f.D C/)C/) J. r.i..r.i..J.r.i..J. r.i..
ro
:;; p;;:p;;:
c:;
ct!
:I: .
:I:
0
-;- :s::
:::r
:s: 0...
ro Q) :s::
0.. ::c: :s:: :::r
i-- -=:, ::c: :I:
C 0 ct!
r::: 0...
ro <' 0..
:;;
0.. a
:;:: A ...
e 8 ct!
< "'0 >.
0 ...x:
tI..ro-
>. ct!
::.-:> 0 'u
<r:g.
E--t C/)
"" ...
U
38. 060PY
OBAHHE
JlSI HHEPI..\HOHHOR CBAPI(H
E:
CpaBHHTenbHO He
aBHO B TeXHMQeCKOA nepMO
HKe CUJA nOHBH
nHCb C006lI1.eHHH [70, 76] 0 «HOBOM cnoc06e cBapKH» - TaK HaSblBae.
MOH HHepIJ.HOHHOH cBapKe, a saTeM OH CTan peKnaMHpoBaTbcH [65].
HOBbIM 3TOT cnoc06 HaSBaH, BepOHTHO HS naTeHTHbIX co06pa}KeHHH;
rro-BH
HMOMY, 3THM }Ke PYKOBO
CTBOBanHCb aBTopbI H npH BbI60pe
HeCKOJIbKO TeH
eHIJ.H03HOro HaSBaHHH cnoc06a. TIo cBoeMY Cyr:u.ecTBY
HHepIJ.HOHHaH CBapKa npe
CTaBJIHeT C060H paSHOBH
HOCTb CBapKH
TpeHHeM H OTJIHIlaeTCH OT 06bJIIHOH cxeMbI 3Toro npOIJ.eCca JIHillb TeM,
qTO MeXaHHqeCKaH 3HeprHH, He06xo
HMaH
JIH CBapKH, npe06pasyeTcH
HS 3JIeKTpHqeCKOH He Henocpe
CTBeHHO B SOHe CBapKH, a npe.ziBapH-
TeJIbHO aKKYMY JIHpyeTcH B MaXOBHKe MaIIIHHbI. Eha oc06eHHOCTb
060pY
OBaHHH
JIH HHepIJ.HOHHOH CBapKH rrOSBOJIHJIa cBoe06paSHO
peIIIHTb HeKOTopbIe BonpOCbI TeXHOJIOrHH H KOHCTPYKIJ.HH MaIIIHH.
TIpOIJ.eCC HHepIJ.HOHHOH CBapKH 3apaHee SaKpenJIeHHbIX B Sa}KHMaX
eTaJIeH HaqHHaeTCH C Toro, tITO MaXOBHKY MaIIIHHbI C nOMor:u.bIO
He60JIbillOrO 3neKTpHqeCKOrO
BHraTenH co06r:u.aeTCH cpaBHHTeJIbHO
Me
JIeHHO HapaCTaIOlI1.aH CKOpOCTb Bpar:u.eHHH. B MaXOBHKe npH 3TOM
06pasyeTcH HeKOTopHH sanac KHHeTHqeCKOH 3HeprHH 8 K , BeJIHqHHa
KOTOpOH MO}KeT 6HTb onpe
eJIeHa H3 HSBeCTHoro ypaBHeHHH
Jro 2
8" = 2' (42)
cu
:::!
:t:
cu
11£
.,g
Q
C<.
t::
r
e J - MOMeHT 3HeprHH MaXOBHKa;
(0 - yr nOBaH CKOpOCTb Bpam.eHHH MaXOBHKa.
Kor
a HaKonneHHaH 3HeprHH 8"
OCTHrHeT 3a,QaHHoH BeJIHqHHbl
8" max' He06xo
HMOH
JIH CBapKH
aHHbIX
eTaJIeH, a CKOpOCTb Bpa-
lI1.eHHH
1 j2.9 Kmax
(0= r
,
(43)
152
CneIJ.HaJIbHOe YCTPOHCTBO, pearHpYIOI.IJ;ee Ha BeJIHqHHY CKOpOCTH,
cpa6aTbIBaeT H nOCbIJIaeT KOMaH
Y Ha 3neKTpoMarHHTHYIO Myq)TY;
IIInHH
enb MaIIIHHbI nO
KJIIOqaeTCH K MaxoBHKY H HaqHH
Bpar:u.aTbcH
BMeCTe C HHM. CBapHBaeMbIe
eTaJIH, TaKHM 06pa30M, npHBo
HTCH
B OTHOCHTenbHoe Bpam.eHHe. ECJIH OHH 6bIRH npe
BapHTenbHo npH-
}KaTbI TOpU.aMH o
Ha K .npyroH, TO B CTbIKe HaqHHaeTCH TerrJIOBbme-
JIeHHe.
MOMeHT TpeHHH M r B CTbIKe HBJIHeTCH (eCJIH He CqHTaTb nOTepb
Ha TpeHHe B YSJIax caMOH Mall1HHbI) e
HHCTBeHHbIM TOpMOSHbIM MO-
MeHTOM B CHCTeMe H, cne,QOBaTeJIbHO, HM onpe
eJIHeTCH TOpMOSHOH
nYTb (<<BbI6er») H
JIHTenbHOCTb TOpMO)KeHHH, TaK KaK pa60Ta TpeHHH
MO}KeT 6bITb sanHcaHa B BH
e
Jro 2
Mra = k 2. (44)
153