Для анализа явлений, протекающих при СТ, весь сварочный цикл удобно разделить на отдельные фазы.Первая фаза (притирка) протекает в условиях сухого или гранич¬ного трения (при загрязненных поверхностях). Осевая сжимающая нагрузка вызывает в соприкасающихся микровыступах нормальные напряжения, значительно превышающие пределы текучести, а трение приводит к возникновению касательных напряжений, превышающих напряжения сдвига.
Под действием эквивалентных напряжений на контактных по¬верхностях будут происходить сложные процессы: разрушение оксид¬ных и адсорбированных пленок; смятие и срез микровыступов при одновременном увеличении в них плотности дислокаций и их упроч¬нении; вовлечение срезанных микровыступов в граничную плоскость;образование очагов схватывания и их разрушение. Завершение первой фазы характеризуется прекращением процессов трения вследствие приработки трущихся поверхностей.
Вторая фаза начинается с приложения к заготовкам усилия при нагреве. Более высокое удельное давление интенсифицирует процес¬сы на контактных поверхностях, начатые в первой фазе, и способству¬ет интенсивному тепловыделению в тонких поверхностных слоях. При этом количество выделяющейся энергии в периферийной зоне больше, чем в центральной.
Срезанные и упрочненные микровыступы под действием сил тре¬ния и внутреннего давления перемещаются в более пластифицирован¬ную зону и движутся по круговой орбите в кольцевой площадке, на¬ходящейся на расстоянии 0,5.. .0,7 радиуса от оси заготовки. Заверше¬ние второй фазы характеризуется граничным трением заготовок через срезанные микровыступы по кольцевой площадке.
При движении в кольцевой зоне срезанные микровыступы кон¬тактируют между собой и образуют очаги схватывания с основным металлом. Слияние микровыступов носит спонтанный лавинообраз¬ный характер, размеры отдельных колоний («клиньев») микровысту¬пов увеличиваются, а их число уменьшается.
При относительном движении деформационно упрочненные «кли¬нья» «пропахивают» более пластичные поверхностные слои и укрупня¬ются, вовлекая в процесс более твердые глубинные слои заготовок. По достижении некоторой критической величины «клиньев» происходит разъединение контактирующих поверхностей (эквапланирование).
Третья фаза характеризуется отрицательной осадкой и ростом сил трения. В этой фазе поверхности заготовок контактируют только через «клинья», что хорошо подтверждается наличием на них следов преды¬дущей механической обработки и «пропаханной» кольцевой площадки.
Четвертая фаза начинается при достижении температуры в коль¬цевой зоне (0,6...0,7) Ттах, предел текучести металла в приконтактных объемах свариваемых заготовок при этом заметно снижается и по¬верхности соприкасаются. Окончание четвертой фазы характеризуется разрушением «клиньев». Завершение стадии нагрева в четвертой фазе нецелесообразно, так как «клинья», оставшиеся в зоне соединения, будут являться концентраторами напряжений и способствовать низ¬кой циклической прочности.
Пятая фаза характеризуется завершением стадии нагрева. Скорость осадки в этой фазе постоянная.
Шестая фаза - торможение. В результате уменьшения угловой скорости сопротивление сдвигу возрастает. Температура в зоне кон¬такта в этой фазе несколько повышается, а после ее окончания резко снижается.
Седьмая фаза (проковка) начинается после полной остановки шпинделя. Во время этой фазы формируется сварное соединение. Давление проковки не должно быть чрезмерным, так как интенсивное пластическое течение металла может разрушить образовавшееся свар¬ное соединение.
Технологические возможности сварки трением
Локализация выделения теплоты и пластической деформации в зоне соединения при СТ обусловливает низкий расход энергии на процесс образования сварного соединения и позволяет сваривать раз¬нородные металлы, например алюминий и медь, алюминий и сталь, медь и металлокерамику и др.
Однако способ СТ с непрерывным приводом имеет следующие ограничения: форма одной из заготовок должна приближаться к кру¬говой; масса и длина подвижной заготовки ограничена возможностя¬ми конкретной машины; существующие машины для СТ не позволяют соединять заготовки с площадью свариваемого сечения более 150 мм.
Экономическая эффективность от внедрения СТ складывается из нескольких показателей: высокой производительности; экономии ма¬териалов; снижения трудоемкости; высокой размерной точности свар¬ных изделий; ограниченного числа послесварочных технологических операций; возможности соединения материалов в разных сочетаниях; небольших и быстро окупаемых расходов на капитальные вложения; низкой энергоемкости и практического отсутствия брака.