Основы теории и технологии контактной точечной сварки (стр. 29 из 44)
Очевидно, что до начала плавления металла (~ 0,375 tСВ) значения РСР и σСР совпадают (показаны сплошной линией). После начала плавления металла значения σСР меньше, чем значения РСР (показаны пунктирной линией), так часть усилия сжатия уравновешивается давлением РЯ расплавленного металла в ядре.
Об адекватности расчетных значений РЯ и σСР и их значений в реальном процессе КТС судили по расхождению значений
и 
для различных условий сварки (они не превышают 10...20 %). Это, по-видимому, можно считать вполне приемлемым для приближенных методик расчета.Таким образом, разработанные модели силового взаимодействия деталей в площади свариваемого контакта позволяют в любой момент процесса сварки рассчитать давление расплавленного металла в ядре и величину нормальных напряжений в площади свариваемого контакта. Однако для этого необходимо в любой момент процесса иметь возможность определять сопротивление пластической деформации металла в зоне сварки, величина которого входит в зависимости (3.51) и (3.59).
3.5. Методики определения параметров термодеформационных процессов в условиях формирования точечного сварного соединения
Количественное определение сопротивления пластической деформации (СПД) металла в зоне сварки σДt, по-видимому, является наиболее ответственным, так как в основном определяет точность расчётов σСРt и РЯt по зависимостям (3.51) и (3.59), и сложным элементом при решении технологических задач по уравнениям (3.11) и (3.17) термодеформационного равновесия процессов КТС. В то же время это понятие применительно к условиям точечной сварки в теории КТС является весьма неопределенным. Так, предложенное в работах [3, 80] понятие «условного сопротивления пластической деформации», определяемое как отношение усилия сжатия электродов FЭ к площади контакта деталь–деталь
, по сути представляет собой, описанное выше, среднее давление 
в свариваемом контакте. Причем определяется оно только экспериментально и не может быть использовано в расчетных методикахНиже изложена методика количественного определения сопротивления пластической деформации металла в зоне формирования точечного сварного соединения, которая адаптирована к условиям КТС и позволяет рассчитать его количественные значения в любой момент процесса сварки на стадии нагрева [203, 206, 210, 215… 217].
3.5.1. Сопротивление пластической деформации металла в условиях деформирования при повышенных температурах
Под сопротивлением пластической деформации металла понимается интенсивность напряжений, достаточная для осуществления в теле или его части пластической деформации (ПД) при заданных термомеханических условиях деформирования [221, 226…230].
На величину СПД металла при пластическом деформировании его при высоких температурах, что, в частности, является характерным и для КТС на стадии нагрева, одновременно влияют несколько технологических факторов: температура деформируемого материала, а также степень и скорость деформации. Это обусловлено тем, что в деформируемом металле при температуре выше температуры рекристаллизации ТРЕКР, которую ориентировочно принимают равной ТРЕКР ≈ 0,4ТПЛ [231], одновременно протекают два противоположных процесса: упрочнение — из-за наклепа зерен, и разупрочнение — из-за их рекристаллизации. Конечный результат зависит от соотношения между скоростью деформации и скоростью рекристаллизации металла [221]. С увеличением температуры СПД металла уменьшается, а пластичность, характеризующая возможную степень ПД без нарушения его сплошности, увеличивается [219, 220].
Упрочнение металла в процессе пластической деформации объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, междоузельных атомов). В частности, связь между пределом текучести σТ и плотностью дислокации ρ выражается формулой [232]:
,где σ0 — напряжение сдвига при пластической деформации; b — вектор Бюргерса; α — коэффициент, зависящий от типа решетки и состава сплава.
Так, Тейлор и Илом установили, что упрочнение при деформации монокристалла алюминия происходит по параболическому закону [233]:
,где τ — касательное напряжение в плоскости скольжения; γ — сдвиг.
При увеличении скорости пластической деформации напряжение текучести возрастает, а пластичность падает. С увеличением скорости ПД резко падает пластичность некоторых магниевых сплавов, высоколегированной стали и медных сплавов некоторых марок. Значительно менее чувствительны к скорости деформации большинство алюминиевых сплавов, низколегированные и углеродистые стали [221, 234, 235].
Из определения понятия «сопротивление пластической деформации», общепринятого в теориях пластичности и обработки металлов давлением следует, что оно является характеристикой деформируемого металла, которая зависит от термомеханических условий пластической деформации, а именно: степени ε и скорости u деформации, а так же от температуры деформируемого объема ТД [236]. Поэтому оценивать величину СПД в условиях точечной сварки рациональнее не измерением его в ходе процесса КТС, так как осуществить это технически сложно, практически невозможно, а расчетом — с использованием данных и опыта теории и технологии обработки металлов давлением.
Известны ряд эмпирических формул для расчета величины СПД в зависимости от изменения технологических факторов, характеризующих термомеханические условия процесса пластической деформации.
Для определения изменения прочностных характеристик с изменением температуры Т известен ряд зависимостей, в частности, С. И. Губкина [226] для определения временного сопротивления металла σВ в области температур, составляющих 0,7...1,0 ТПЛ:
,где
— временное сопротивление при температуре 0,95ТПЛ и скорости растяжения 40...50 мм/мин; ТПЛ — температура плавления сплава (оС); αТ — температурный коэффициент, и зависимость Н. С. Курнакова [237]:
,где
— значения прочностной характеристики при температуре, соответственно, Т1 и Т2; αТ — температурный коэффициент, постоянный для данного сплава, если в этом интервале температур в нем отсутствуют физико-химические превращения.Для оценки деформационного упрочнения в процессе пластической деформации известна зависимость [123]:
,где σист и εист — истинное напряжение и истинная деформация;
А, В и п — постоянные, определяемые экспериментально.
Известен ряд формул, отражающих зависимость деформационных характеристик металла от скорости u его деформирования, в частности, следующие [221, 238]:
П. Людвика —
,А. Рейто —
,Е. Зибеля и А. Помпа —
,А. Надаи —
,где σД — сопротивление деформации металла; σТ — предел текучести при статической деформации; b и т — постоянные коэффициенты, зависящие от материала; σS и σS0 — напряжения текучести, соответственно, при скоростях деформирования u и u0; т и п — константы.
Более комплексно реальные процессы упрочнения и релаксации при пластической деформации металла отражены в зависимости, предложенной А. И. Целиковым и В. А. Персианцевым [239], для определения сопротивления деформации σД: