Обычно условия осуществления холодной сварки характери­зуются легко измеряемой степенью деформации Emm = ~

(где h — глубина вдавливания пуансона при сварке внахлестку и 6 — толщина материала), достаточной для получения прочного соединения. Физическим параметром, определяющим условия сварки, правильнее считать степень растекания металла в пло­скости соединения Ест. Корреляция между вт1п и ест наблюдается только при неизменном соотношении размеров пуансона и тол­щины свариваемого материала. Это необходимо учитывать при сопоставлении результатов холодной сварки, полученных в раз­личных исследованиях. Величина emm существенно отличается для различных металлов и зависит от способа подготовки поверх­ности образцов (табл. _10).

Таблица 10

Степень деформации emln при сварке внахлестку металлов толщи­ной 1 мм вдавливанием круглых пуансонов диаметром 5 мм [216] Металл Подготовка образцов е min в % Индий........................................... Очистка тонкой проволочной рцет- 10 КОЙ Золото........................................... Отжиг, без дополнительной очистки 35 Серебро......................................... Отжиг, очистка тонкой проволочной 50 щеткой Свинец Очистка тонкой проволочной щеткой 55 Алюминий.................................... Наклепанный, очистка тонкой про- 67 вслочной щеткой Олово........................................... Очистка шабером 86 Медь............................................... Отжиг, очистка грубой проволочной 90 щеткой Железо........................................... То же 81 Низкоуглеродистая сталь. . . » 84

Рис. 25. Схема холодной сварки симметрично наклоненными пуансонами

В табл. 11 приведены данные А. П. Семенова по сварке пред­ложенными им симметрично наклоненными пуансонами 1 и 2 (рис. 25), позволяющими определить эту величину с удовлетвори­тельной точностью на одном образце [130]. После сварки концы пластинок 3 разводят клином 4; на дне отпечатка пуансона в точке А (начало зоны сварки) образуется «утяжина». Измерение суммарной остаточной толщины пластинок в этой точке позволяет рассчитать еП1Ш. Этим способом сварить армко-железо не удалось даже при е > 97%.

Таблица 11

Степень деформации ет]11 при сварке симметрично-наклоненными пуансонами; ширина пуансона равна толщине металла [130] Металл Emln в % ПРН тол' щи нс образцов в мм | Металл епнп в % ПРИ тол' щине образцов в мм 3 2 X 3 2 1 Алюминий 57,1 Олово 88,4 87,3 86,9 (99,95%) Никель 90,0 — 81 0 Свинец 62,2 — — Цинк 91,8 — — Медь 81,0 77,3 —

Сопоставление данных работ [216] и [130], в особенности по сварке алюминия, меди и железа, показывает, насколько суще­ственна зависимость emW от условий опыта.

Холодная сварка возможна как для металлов с кубической решеткой, так и для металлов с гексагональной плотноупакован - ной (цинк) и с тетрагональной решеткой (индий, олово). Хотя для металлов с одинаковой (г. ц. к.) решеткой (Pb, Al, Au, Ag, Си, Ni) наблюдается тенденция к ухудшению свариваемости (росту є mm) с повышением температуры плавления (рис. 26), в этом ряду имеются выпады (высокая emln у свинца и низкая у золота и сере­бра).

Основываясь на данных работы [190] по сварке чистого алю­миния, А. П. Семенов делает предположение о наличии крити­

ческой степени деформации, при которой протекает как бы цепная реакция образования металличе­ских связей и схватывания [130].

Ряд экспериментов (рис. 27) ука­зывает на постепенное повышение прочности соединения с увеличе­нием степени деформации.

Степень деформации emln умень­шается с повышением температуры сварки, особенно выше температуры рекристаллизации (рис. 28). Эта температура для цинка близка к минимальной температуре опыта (18° С). Можно предположить, что для меди истинная зависи­мость emm = / (71), которая должна следовать по пунктирной кривой, не была выявлена из-за отсутствия опытных точек в интервале температур 10—150° С. Кривая етш = / (Т) при Т < Трекр не характерна для термически активируемых процес­сов, при которых рост температуры резко повышает интенсивность процесса.

Для оценки роли термической активации в формировании со­единения при холодной сварке существенны результаты опытов по сварке при низких температурах. Такие опыты на алюминии при температуре до —150° С показали, что прочность соединения почти одинакова при emln я» 60% [191 ]. На основе более поздних исследований по стыковой сварке очень чистого серебра при тем­пературе от +20 до —170° С В. Гофман и Я. Кирш пришли к вы­воду, что термическая активация играет незначительную роль при. .холодной сварке [190]. Степень растекания поверхности

(e, m) в месте соединения, обеспечивающая его прочность 20 кГ/мм2, составляет: при Т — 20° 125%; при Т = —50° С 145% и при Т — —170е С всего 140%.

Таким образом, влияние термической активации заметно только при комнатной температуре, относительно близкой к тем­пературе рекристаллизации серебра (—120° С).

Дальнейшим подтверждением незначительной роли терми­ческой активации при холодной сварке служит то, что увеличение скорости деформирования не затрудняет сварку (чего следовало ожидать при термически активируемом процессе, эффект которого всегда пропорционален времени действия). Наоборот, с увеличе­нием скорости вдавливания пуансона при сварке алюминия с 2 до 16 мм/мин ИЗО] (время сварки уменьшилось со 120 до 15 сек) величина emin даже снизилась (приблизительно на 1%). Адиаба­тическая деформация может нагреть алюминий на 90°. При его холодной сварке встык за 20 сек температура в соединении повы­шалась на 25° (можно полагать, что при tce — 120 сек АТ° 0Г) [7] .Нагрев на АТ — 25° уменьшает emln (см. рис. 28) на величину, соизмеримую с установленной в работе [130].

Повышение пластичности металла облегчает его холодную сварку. Однако предварительный наклеп свариваемого материала, уменьшающий его пластичность, не повышает, а наоборот, сни­жает Emm (табл. 12) [130]. Следует иметь в виду, что в этих опытах как отожженные, так и наклепанные образцы очищали перед сваркой проволочной. щеткой и приповерхностные слои металла в обоих случаях сильно упрочнялись. Можно предположить, что благоприятное влияние наклепа на условия схватывания связано с изменением свойств пластически деформированного металла (уве­личением плотности дислокаций, повышением свободной энергии и др.) или же с наличием текстуры, облегчающей образование в соединении границ зерен в результате уменьшения степени раз - ориентировки кристаллитов (см. рис. 8).

Таблица 12 Влияние предварительного наклепа на степень деформации eitnn Металл Толщина в ям %|ч* в % Металл Толщина в м и 8 mm* в % Алюминий 3 57,1 Никель і 81,0 99,95% 52,7 74,6 Сплав АМц 3 63,2 Латунь і 84,5 58,5 81,6 Медь 1 76,6 74,6 * Верхние значения для стожженного металла, нижние—для наклепанного.

Для выяснения влияния текстуры из листа алюминия АД1, предварительно прокатанного вхолодную с обжатием на 50%, вырезали пластинки размером 3x10x50 мм, различно ориенти­рованные к направлению проката [32]. Их сваривали симметрично наклоненными пуансонами при совпадении и несовпадении на­правления текстуры. В связи с тем, что прокаливание приводит к снятию наклепа, а очистка щеткой существенно искажает эффект предварительного наклепа, образцы очищали без механического и высокотемпературного воздействия. Их помещали в сосуд с аргоном, в котором испаряли бензол. Пары бензола конденсиро­вались на холодных образцах. Стекающий бензол очищал их от органических загрязнений.

При сварке образцов с несовпадающей ориентировкой средние значения ега! п (68%) несколько возросли по сравнению с его зна­чением (66,7% ф0) при сварке одинаково ориентированных пла­стинок. Степень этого роста мала по сравнению с влиянием на еш)п наклепа. Таким образом, в проведенных опытах не прояви­лось существенного влияния текстуры прокатки на условия холод­ной сварки.

Г1о-видимому, уменьшение emln после наклепа связано не с со­стоянием, а с условиями растекания металла в плоскости соеди­нения. При исследовании растекания алюминия АД1 с помощью координатной сетки оказалось, что при е = 90,7% растекание наклепанного металла (на базе 1 мм) составляло 560%, в то время как на отожженном образце при большем вдавливании пуансона (є = 93%) растекание не превышало 525% [132]. Таким образом, равная степень растекания достигалась у наклепанного алюминия при меньшем (приблизительно на 4%) значении е, что соответствует изменению emm при сварке наклепанного и отожженного металла (см. табл. 12). К такому же выводу пришел Д. Хаузер и др. [189]. При Т < Tpehp прочное соединение наклепанного алюминия получилось с меньшим обжатием, чем отожженного, но при рав­ной степени растекания, измеренной по искажению координатной сетки на фольге, заложенной между деформируемыми образцами.

Чистота поверхности сильно влияет на условия холодной сварки. Особенно мешают сварке органические загрязнения (табл. 13) [14].

Неблагоприятное влияние органических пленок связано с труд­ностью их вытеснения из зоны соединения при совместной дефор­мации (см. рис. 20). Окисные пленки препятствуют холодной сварке. При комнатной температуре образование прочных связей через пленки с направленными межатомными связями невозможно (см. гл. I). Поэтому при холодной сварке необходим физический контакт чистых металлических поверхностей.

Предварительная очистка при сварке на воздухе любым спо­собом не может обеспечить требуемой чистоты поверхности металла, так как (см. стр. 35) при этом время адсорбции газа ничтожно 4* 51

Обработка поверхности перед сваркой	Разрушающая нагрузка при испытаний на срез в кГ
	минимальная	максимальная	средняя
Очистка стальной щеткой	210	250	235
То же, с последующим натиранием	115
руками................................	185	155 1
То же, со смазыванием маслом и про-
тиркой тряпкой.................................	35	115	80
То же, с натиранием парафином. .	0	0	0

Прочность соединения образцов из алюминия толщиной 2 мм сваренных вдавливанием пуансона диаметром 6 мм

мало (для образования, мономолекулярного слоя достаточно 2,4-10"8 сек).

Относительно высокая твердость (см. табл. 9) и хрупкость окисных пленок способствуют их разрушению при растекании металла в зоне соединения, сопровождающем холодную сварку. Уже при є = 30% заметна очистка поверхности образца из пред­варительно окрашенного алюминия (рис. 29). Однако на воздухе сварка при такой деформации не происходит, хотя, как показано в § 3 гл. III, при очистке и сварке алюминия в глубоком вакууме ешш ^ Ю%. В связи с этим автор провел совместно с Е. К. Смирновой электронно-фрактографическое исследование (с увеличением до 10 000) поверхности деформированных при свррке образцов из предварительно окисленного алюминия.

Эти опыты показали, что у границы зоны сварки даже при е =» 50% (степень растекания более 300%) подавляющая часть поверхности еще покрыта пленкой окислов (рис. 30, а). При этом

а — в зоне недостаточной пластической деформации; б~в месте начала образования
соединения при е « 60 %

вероятность совпадения участков чистой поверхности на соединяе - мых образцах невелика. В изломе крайнего участка, где уже нача­лась сварка (е ^ 60%), заметны три зоны (рис. 30, б): А — зона сварки с типичным «чашевидным» изломом; Б — несварепные участки, покрытые окисной пленкой; В — то же, свободные от окислов (можно предположить, что на поверхности второго образца эти участки покрыты окисной пленкой). Такой же характер разру­шения окисных пленок в зоне больших деформаций (в до 75%) был установлен на образцах, смазанных олеиновой кислотой, препят­ствующей образованию соединения. Там, где при деформировании несмазанные образцы должны были свариться, значительная часть поверхности оказалась свобод­ной от окислов.

Исследование поверхности плоских окисленных образцов из алюминия после растяже­ния показало, что уже при отно­сительном удлинении около 75% и увеличении поверхности на 40% (рис. 31), определенных по искажению координатной сетки, около 50% площади освободи­лось от пленки. Различие в усло­виях разрушения тонких окис­ных пленок при растяжении и

при ХОЛОДНОЙ сварке, очевидно, паїп л

Ь * ’ Рис. 31. Поверхность образца из алю-

объясняется особенностями на - миния после деформации растяжением пряженного состояния. Возмож - (х 2400)
ное различие в толщине пленки, по-видимому, мало влияет на условия ее разрушения и, как следствие, на образование соеди­нения. Искусственная пленка твердого металла (хрома) на меди облегчает ее холодную сварку. Медь толщиной 1 мм сваривалась при Emln=71 %, после хромирования (слой 5 мкм) єт1п = 55% І2].

Слой никеля на ряде металлов (алюминии, свинце, олове) приводит к образованию соединения при одинаковом значении emm (50%), меньшем, чем при сварке этих же металлов с естествен­ной окисной пленкой [4]. Для изученных металлов emln, очевидно, определяется условиями очистки поверхности. Существенно, что пленка никеля на железе и латуни (Л62) не улучшает условий их сварки.

Легирование, как правило, затрудняет холодную сварку. На рис. 32, а приведены зависимости єт1п от степени легирования меди [1301. Аналогичные данные получены для двойных сплавов алюминия. Существует корреляция между упрочняющим влия­нием легирующей примеси и ее воздействием на emm.

На рис. 32, б, по данным работы [190], построена зависимость ёС1П (увеличения площади сечения в момент начала схватывания) от содержания в чистом серебре меди. На кривой при содержании —1,10“®% Си имеется характерный перегиб. Опыты по измере­нию электросопротивления при нагреве проволоки, предвари­тельно растянутой при температуре —183° С на 10%, показали, что присадка в серебро меди оказывает на процессы возврата и холодной сварки примерно одинаковое влияние [190]. Это дало основание выдвинуть в работе [190] предположение, что оба процесса обусловлены одним и тем же механизмом, связанным С движением в металле вакансий.

В задачу такой теории входит объяснение (количественное или хотя бы качественное) неодинаковой свариваемости различных металлов и сплавов вхолодную. Различные теории холодной сварки можно разделить на две группы: а) теории, связывающие образование соединения с процессами, требующими значительной термической активации, и б) теории, по которым образование со­единения идет без существенной термической активации. К первой группе относятся рекристаллизационная и диффузионная гипо­тезы.

По рекристаллизационной гипотезе металл в результате боль­шой пластической деформации и наклепа, характерных для холод­ной сварки, приводится в состояние, в котором возможна его ре­кристаллизация при комнатной температуре. Рекристаллизация сопровождается коалесценцией тонких окисных пленок, приво­дящей к очистке поверхностей металла и образованию общих зерен, прорастающих через границу раздела свариваемых*тел. Эта теория, выдвинутая еще в 40-х годах, была поддержана позд­нее Дж. Парксом, сопоставившим температуры образования проч­ного соединения (при вдавливании круглых нагретых пуансонов на є = 5-ь 10%) и рекристаллизации для различных"!металлов [208]. Эти опыты, мало связанные с холодной’сваркой, показали только, что нагрев до температуры рекристаллизации заметно облегчает сварку (рис. 33). Для некоторых металлов (например индия) рекристаллизация идет и при комнатной температуре, однако, как уже отмечалось, их сварку при этой температуре вряд ли правильно считать хо­лодной.

Можно предположить, что в местах выхода дислокаций на соединяемые поверхности мгно­венно повышается температура.

Однако исследование структуры соединений, полученных холод­ной сваркой (рис. 34), и рентеге- ноструктурный анализ не обна­ружили заметных проявлений рекристаллизации в зоне сое­динения. Дополнительным дока­зательством необоснованности рекристаллизационной гипотезы холодной сварки является воз­можность сварки алюминия при температуре—150° С [191] и ниобия при 20° С.

Рис. 34. Микроструктура соединений, полученных при холодной сварке: а—ниобия иа воздухе (ecs80%); Х50; б—меди в вакууме (є я; 10%); Х475 [21]

По диффузионной гипотезе Н. Ф. ЛашкоиС. В. Лашко-Авакян, основой процессов сварки давлением, и в частности холодной сварки, является диффузия [94]. Диффузионные процессы в боль­шинстве металлов протекают при комнатной температуре с нич­тожной скоростью. Авторы гипотезы полагают, что диффузия ин­тенсифицируется в результате локального роста температуры 56

в местах выхода дислокаций. Как уже отмечалось, высвобождае­мая при этом энергия упругого искажения решетки, вероятно, может распространяться как упругая волна в большом объеме металла, и хотя она всегда переходит в тепло, его выделение не обязательно локализуется в месте выхода дислокации. Неу­бедительны и результаты опытов [94] по совместной холодной про­катке листов алюминия, в которых необходимая степень обжатия резко возрастала при прокатке в несколько переходов. Можно согласиться с выводами в работе [130] о том, что это было след­ствием не охлаждения металла между отдельными переходами, а результатом повторного окисления частично очищенных поверх­ностей. Опыты по холодной сварке алюминия со ступенчатым повышением давления и длительной выдержкой на каждой сту­пени показали, что охлаждение при этих выдержках не приводит к увеличению етш (если в ходе опыта давление не снимали пол­ностью), поскольку зажатая пуансонами з, она соединения защи­щена от контакта с воздухом [130].

В связи с диффузионной гипотезой интересны опыты по холод­ной сварке встык прутков диаметром 3 мм из стали Х18Н9Т с титаном ВТ1 [150]. На поверхности излома термически необра­ботанного соединения выявлено наличие интерметаллида TiFe (на электронографе ЭГ100-А лучом сечением около 0,1 мм2). Разрешающая способность прибора позволяет выявить фазу раз­мером около 300 А, образование которой возможно только в ре­зультате диффузии. Авторы работы [150] считают, что диффузия стала возможной благодаря нагреву микрообъемов при деформи­ровании. Однако можно предположить также, что нагрев, при­ведший к интенсивной диффузии, явился следствием воздействия па образец электронного луча в электронографе. Диффузии могли способствовать значительные напряжения в соединении и большое количество дефектов кристаллическог о строения в поверхностных слоях металла.

Единичный опыт, в котором удалось зафиксировать диффузию при холодной сварке сплавов с высокой температурой рекристалли­зации, недостаточен для обоснования диффузионной теории хо­лодной сварки. По-существу, для ее доказательства необходимо установить не то, что схватывание может сопровождаться диффу­зией (для легкоплавких металлов это бесспорно), а невозможность схватывания без диффузии. Такие данные отсутствуют. В прин­ципе диффузия через границу раздела при относительно низкой температуре возможна только после образования металлической связи, и таким образом, диффузия не может быть причиной схва­тывания, а является только его следствием. Это подчеркивается в работе s[190], где показано, что после сварки меди с оловом при 20° С через 6 ч на шлифе обнаруживаются рядом со стыком участки Си—Sn-сплава. В образцах, сваренных при темпера­туре —183° С, такие участки нагрева появляются, но только через

несколько недель. Здесь, по существу, имеет место не холодная, а горячая сварка.

Некоторое промежуточное положение между теориями холод­ной сварки, основанными на предположении, что этот процесс требует или не требует термической активации, занимает энерге­тическая теория А. П. Семенова [130]. По этой теории для возник­новения связи между чистыми поверхностями металла, сближен­ными до физического контакта, необходимо, чтобы атомы в по­верхностных слоях обладали определенным запасом энергии. Физически это предположение связывается с направленностью межатомных связей в металле и с необходимостью некоторой взаимной подстройки атомов на соединяемых поверхностях для образования между ними таких связей (см. рис. 5, б).

А. П. Семенов видит подтверждение энергетической теории в том, что повышение уровня свободной энергии металла (за счет его нагрева, наклепа или объемного сжатия) облегчает холодную сварку (уменьшает emm), причем любой из этих способов увели­чения свободной энергии эквивалентен. Это положение не вполне точно. Например, при максимальной плотности дислокаций в сильно наклепанном металле порядка 1011 Мсм* вызываемое этим повышение свободной энергии в алюминии составит 4-Ю7 эрг/см3 (энергия одной линейной дислокации в алюминии -—4 -10 эрг/см), что эквивалентно повышению температуры

менее чем на 5° С. Необходимая величина emm для наклепанного алюминия (см. табл. 12) на 4,5% меньше, чем для отожженного. Изменение температуры сварки алюминия от 18 до 100° С (см. рис. 28) снижает еП1)|1 с 63 до 60%. Таким образом, повышение температуры на 5° снижает emln всего на 0,2%, что на порядок мень­ше эффекта, получаемого за счет эквивалентного наклепа.

При большой степени деформации незначительное ее изме­нение, связанное с небольшим уменьшением emln, вряд ли заметно повлияет на плотность дислокаций в металле. Поэтому с увели­чением є работа деформации растет, а ее доля, вводимая в металл в виде упругой энергии решетки, падает (см. табл. 6). Абсолютная величина этой энергии остается постоянной или незначительно растет. Если учесть увеличение степени растекания наклепанного металла в зоне соединения (по сравнению с отожженным), то эф­фект наклепа с точки зрения энергетической теории объяснить еще труднее. С позиций этой теории трудно объяснить рост Emm с по­вышением степени легирования металла. Можно было бы ожидать обратной зависимости, так как упругая энергия решетки в твер­дом растворе выше, чем в чистом металле. Веским доводом против энергетической теории является резкое уменьшение emm при холодной сварке в глубоком вакууме [21 ]. При этом величина єгаш может стать одинаковой (порядка 10%) для металлов, сварка ко­торых на воздухе достигается при сильно отличающихся значе­ниях emln (для алюминия 55—60% и меди 75—80%). Отсюда сле - 58

дует, что величина emln, соответствующая обычным условиям сварки на воздухе, может не определяться природой металла и его состоянием, а в основном зависит от чистоты поверхности.

В связи с изложенным необходимо отметить, что автор данной книги не отрицает ни влияния направленности межатомных связей в металле на условия его холодной сварки (однако его механизм, рассмотренный ниже, отличается от представлений энергетической теории), ни, тем более, роли движущихся дисло­каций.

Одной из первых теорий холодной сварки, не связывающих этот процесс с термической активацией, была так называемая «пленочная» теория. По этой теории сварка осуществляется после обнажения и сближения до физического контакта ювенильных поверхностей металла, причем контролирующим параметром про­цесса является степень деформации, необходимая для разрушения и удаления из зоны сварки окисной пленки. Исходя из представле­ний Дж. Уайтхеда [218], показавшего, что при трении скольжения разрушение окисных пленок и последующее схватывание металла тем легче, чем выше отношение твердостей пленки и металла (Я „к/Яме), Р - Тайлькот [216] построил зависимость (рис. 35) е^,, от Я0К/ЯМе (твердость определялась по шкале Мооса). С увеличе­нием ЯоК/ЯМе закономерно уменьшается необходимая степень деформации. Полученную зависимость вряд ли можно рассма­тривать как количественную характеристику свариваемости, так как твердость по Моосу не дает такой характеристики для меха­нических свойств ни пленки, ни металла. Сопоставление данных Ф. Боудена (табл. 14) по твердости, измеренной вдавливанием

jj

и царапанием (по Моосу), показывает, что отношение, полу­ченное различными методами, не только отличается на два порядка (олово), но и расположение металлов в последовательном ряду может изменяться (например, для железа и меди).

Таблица 14 Твердость некоторых металлов и окислов Металл Твердость по Виккерсу Твердость го Моосу ^Ме Нок Нрк •^Ме нМе »ок “ок ^Ме Олово 5 1650 330 1,9 6,7 3,5 Алюминий 15 1800 120 2,3 9,0 3,9 Цинк 35 200 5,7 2,7 4,3 1,6 Медь 40 130 3,2 2,9 3,7 1,3 Железо 120 150 1,2 3,2 6,0 1,9

Таким образом, зависимость emln = f (7^) , полученную

Р. Тайлькотом, можно рассматривать лишь как качественную характерикстику влияния свойств пленки на условия холодной сварки. «Пленочная» теория находит некоторое подтверждение в описанных выше опытах [4] по сварке различных металлов с пленкой никеля, в которых необходимое значение emIn определя­лось свойствами пленки. Дальнейшее подтверждение большой роли окисных пленок при холодной сварке было получено при сварке с очисткой металла в глубоком вакууме (до 10-9 мм pm. cm. [21 ]).

В вакуумной камере специальной установки было смонтиро­вано устройство для сдавливания образцов симметрично накло­ненными пуансонами (см. рис. 25) и приспособление для очистки образцов шабером, проходящим через соединительный сильфон. Установка обеспечивала получение глубокого вакуума (до 7,5 х X 10-10 мм pm. cm. после 12 ч работы с прогревом до темпера­туры 130° С в течение 4 ч) с минимальным его загрязнением, в особенности органическими веществами.

На рис. 36 дана зависимость emIn = / [log (pt)) для алюминия, где р — давление в камере (вакуум), at — время в мин с момента очистки образца до его сварки. Опыты проводили при pt < 10~ъ мм pm. cm. - мин, так как при больших pt разница между сваркой в вакууме и на воздухе практически исчезала. Из анализа полу­ченной зависимости вытекает два важных следствия: а) условия холодной сварки в вакууме зависят не от р и t в отдельности, а от их произведения, которое определяет толщину адсорбируемой в вакууме окисной пленки на атомночистой поверхности металла и б) эффект повторного загрязнения ювенильной поверхности металла (его влияние на ега1п), заметно проявляющийся при pt >

> (3-ь5)-10-8 мм pm. cm. - мин, указывает на то, что уже моно­молекулярний адсорбированный слой является существенным препятствием для выполнения холодной сварки; действительно (см. стр. 35), образование такого слоя при 1 -10“8 мм pm. cm. про­исходит всего за 3 мин (т. е. при pt = 3-Ю-8 мм pm. cm.).

Если учесть, что реальная поверхность металла намного больше кажущейся и что коэффициент прилипания молекул газа к ней меньше единицы, то pt, необходимое для образования мономоле­кулярного слоя, будет значительно больше.

^ Осуществимость сварки алюминия при р£ = 5-10“8 — — 1(Г6 мм pm. cm.-мин с ега|п = 10 - f - 35% (рис. 36) указы­вает на то, что при пленках, толщина которых соизмерима с моно - молекулярным слоем, необходимая деформация меньше, чем для сварки на воздухе. Возможны три причины этого явления: а) дви­жущиеся дислокации пробивают такие пленки, разрушают имею­щиеся в них связи с образованием новых связей между атомами соприкасающихся пленок — сварка происходит через пленку;

б) тонкие, а возможно и несплошные пленки разрушаются при меньшей степени растекания металла (а оно уже при є = 20% достигает 80%);

в) разрушение связей тонкой пленки с металлом легче, чем обычной, более толстой пленки.

Учитывая высокую прочность связи с металлом хемосорбиро­ванного слоя (см. табл. 7), третье предположение вряд ли оправ­дано. Возможность сварки через окисную пленку уже рассматри­валась в связи с работами [81, 88]. Такая возможность при холод­ной сварке нуждается в прямом экспериментальном подтвержде­нии. Таким образом, наиболее вероятно второе предположение (о разрушении тонкой несплошной пленки при меньшей степени растекания).

Ряд исследователей [2, 21) и в их числе автор книги [28] высказывали предположение о том, что для холодной сварки ме­таллов с атомночистыми и абсолютно ровными поверхностями необ­ходимость в пластической деформации может полностью отпасть. Это возможно в том случае, если активные центры, образую­щиеся при очистке поверхности металла, сохранятся до момента сварки. В этом отношении интересны опыты Н. Д. Гояего [49], который осаждал напылением в вакууме 1 (10~*—10~10) мм pm. cm, различные металлы (Си, Ag, А1) на тщательно отполированный торец стеклянного цилиндра сечением 1 см2. Напыленные торцы сжимали нормальными силами 1—2 сек без нагрева при очень малом давлении (1 Г/мм2). При этом схватывались как одноимен­ные, так и разноименные металлы (Ag—Си, А1—Си) по пло­щади, достигающей 30—40% общей поверхности контакта, и при отсутствии заметной пластической деформации.

В связи с этими результатами возникают два принципиальных вопроса: а) как был достигнут физический контакт между поверхностями, высота неровностей на которых имела порядок 0,05 мкм = 500 А, и б) как образовывались активные центры. Можно предположить, что напыленный в вакууме слой достаточно долго сохраняет свою активность. Было показано, что в тонком слое чистой меди уже при комнатной темпермтуре заметны про­цессы поверхностной диффузии, могущие поддерживать активные центры [25]. Образованию физического контакта должны способ­ствовать силы межмолекулярного взаимодействия, которые при малом расстоянии достигают относительно высокого уровня (при г — 500 А — порядка 1 Г/см2, а при г = 50 А — уже около 1 кГ/см2).

Формальным подтверждением «пленочной» теории холодной сварки могло бы быть и то, что с увеличением степени легирования сплавов и, как следствие, их твердости уменьшается отношение

<к,

, ЧТО ДОЛЖНО приводить к увеличению (при этом не учи

тывается, однако, возможность изменения свойств самой пленки на легированном металле).

Из «пленочной» теории (если она справедлива) следует, что все металлы с атомночистыми поверхностями при одинаковой шерохо­ватости должны свариваться при практически равной степени деформации. Если для меди и алюминия это положение справед­ливо (в вакууме emtn гы 10%), то в ряде случаев оно не подтвер­ждается. Уже отмечалось, что холодная сварка железа затруднена. Была сделана попытка сварить симметрично наклоненными пуан­сонами на воздухе и в вакууме (порядка 1-10-8лш pm. cm.) пла­стинки карбонильного железа толщиной 3 мм с содержанием 0,0023% С [33] *. Железо было переплавлено в электронно­лучевой установке. После отжига в водороде оно содержало 0,02% 02; 0,0004% N2; 0,0006% Н2 и имело аТ= 14 кГ/мм2; вв= 20 кГ/мм2; б 34% и твердость НВ 52. Несмотря на низкую твердость и высокую пластичность (при комнатной температуре), соединение не было получено ни на воздухе (при є до 97%), ни в вакууме (при є > 65%). То же наблюдалось на некоторых спла­вах, для которых очистка и сварка в глубоком вакууме существенно не понижают ега1п.

|Таким образом,"’обнажение чистых поверхностей металла, без­условно, является'важнейшей предпосылкой для получения проч­ного соединения, однако «пленочная» теория, пытающаяся одно­значно связать свариваемость металлов при холодной сварке со свойствами пленок, экспериментально не подтверждается.

Е. И. Астров рассматривает образование соединения при хо­лодной, а также при горячей сварке совместным деформированием как следствие пластического течения металла в зоне контакта, обусловленного деформацией поверхностных неровностей до обра-