Общая физическая модель зоны сварки

Изложенные в работах материалы исследований процессов внешнего и внутреннего трения различных материалов однозначно, убеждают нас, что эта группа сложных и взаимосвязанных физических явлений характерна для процесса УЗС пластмасс и металлов. Существующие концепции о роли тех или иных видов трения при сварке упрощены или противоречивы. Они, как правило, отражают какую-либо одну часть явления. Утверждение о доминирующей роли, например, внешнего трения при УЗС металлов, на наш взгляд, не предопределяет специфики явления. Внешнее трение сварочного наконечника о свариваемые детали в любом случае является источником энергии, знакопеременных напряжений и деформаций в зависимости от свойств свариваемых материалов (полимеров, металлов, композиций). Свойства материалов определяют уровень отбираемой энергии. Внутреннее трение не является доминирующим источником теплоты при сварке, например, металлов, ноего вклад в образование сварного соединения нельзя недооценивать. Сварка происходит на локальных участках зон контактирования , узлы схватывания образуются последовательно, и объемное взаимодействие происходит видимо в то время, когда элементов внешнего трения уже нет.

вы-

Таким образом, мощность колебаний сварочного наконечника определяется колебательными скоростями и напряжениями. Физическая модель зоны сварки с зонами преобразования энергии приведена на рис. 1.1.

Можно принять, что основными энергетическими составляющими процесса внешнего трения двух твердых тел будут: 1 — энергия*, идущая на упругопластическое деформирование зон контактирования , преодоление механического сопротивления

  (первая цифра относится

, Можно предполагать, что эти величины в процессе сварки будут переменными.

Знакопеременный характер внешнего трения при УЗС вызывает возникновение плоской волны, которая проходит через зону контактирования сварочного наконечника и возбуждает колебания смежной плоскости. При УЗС каждый последующий, слой материала, по которому проходят колебания, а тем более фиксированные границы раздела, можно рассматривать как, очередные звенья в общей цепи передачи энергии в зону сварки. Чем выше интенсивность внешнего трения при прочих равных условиях, тем больше энергии поступает в зону сварки, тем больше температура в зоне сварки и выше пластичность свариваемых материалов.

Процесс внешнего трения при УЗС нужно считать полезным. Более того, ограничение внешнего трения больше допустимых пределов ведет к снижению важнейшего технологического свойства УЗС — возможности сварки различных материалов без снятия оксидных пленок, сварки полимеров по запыленной поверхности и т. п.

—, энергия, передаваемая в зону сварки.

При УЗС процесс микродеформирования контактных зон свариваемого материала разрастается в макродеформирование , величина которого может достигать 0,5 и больше от толщины свариваемого материала и составлять величину в сотни микрометров. Объемное микродеформирование наружной поверхности свариваемой детали ведет к чрезвычайному уплотнению смежных слоев материала, резкому возрастанию напряжений в металлах _и внутренних потерь.

, особенно в интересующих УЗС частотах и больших интенсивностях, далека до своего завершения. Кроме того, необходимо отметить, что при внутреннем трении свой вклад вносят потери, связанные с движением дислокаций, диффузионно-вязкой ползучестью кристаллических материалов. Относительное движение зерен, блоков, двойников, разнородных включений и т. п. составляет достаточно сложный механизм поглощения энергии [15].

Реальной возможности образования сварного соединения только за счет энергии внутренних потерь микро- и макродеформирования нет. Внешнее трение может играть важную роль, обеспечивая относительное перемещение свариваемых поверхностей, дробление оксидных пленок, обмятие макроповерхностей , контактирование свежеочищенных участков, общее повышение температуры в зоне сварки, передачу энергии ультразвука в смежную зону и т. п.

  относятся к числу сугубо специфических.

особенно при сварке резко

активации поверхности и последующее возникновение узлов схватывания являются целью УЗС. По существу, суммарные потери и общий подъем температуры свариваемых материалов необходимы для повышения энергии активации и прежде всего поверхностных слоев свариваемых материалов.

Внешнее трение между контактирующими материалами в процессе УЗС по мере образования узлов схватывания и разрастания площади сварного соединения уменьшается. В зависимости от соотношения колебательных величин (смещений и напряжений)^ определяющих ультразвуковое поле, меняются кинетические и структурные закономерности процесса.

Особенности УЗС при использовании резонансных стержневых опорных элементов приведены в литературе. Безусловно, дифференцировать каждый источник в отдельности в принципе невозможно. Однако приведенная модель зоны сварки дает представление о механизме преобразования энергии ультразвука через посредство внешнего и внутреннего трения и возможных топохимических реакций, возникающих в зоне сварки.