Введение
Глава 1. Аналитический обзор способов точечной сварки металлов. Современное состояние вопросов фрикционного нагрева и механизма образования соединения в твердой фазе 10
1.1 Точечная сварка металлов 10
1.1.1 Контактная точечная сварка 10
1.1.2 Холодная точечная сварка 12
1.1.3 Точечная сварка трением с перемешиванием 16
1.1.4 Точечная сварка трением 17
1.2 Тепловые процессы при фрикционном нагреве 19
1.2.1 Моделирование процессов нагрева при трении скольжения 19
1.2.2 Моделирование тепловых процессов при различных способах сварки трением 23
1.3 Эволюция представлений о механизме образования соединений в твердой
фазе 36
1.3.1 Гипотезы образования соединения при холодной сварке 36
1.3.2 Обобщенные теории образования соединения для способов сварки давлением 40
1.4 Постановка цели и задач исследования 52
Глава 2. Материал и методика исследований 53
2.1 Материал для исследований 53
2.2 Описание экспериментальной установки 55
2.2.1 Общие сведения и основные технические характеристики 55
2.2.2 Оборудование и методика измерения температуры 57
2.2.3 Оборудование и методика измерения сварочного усилия 58
2.3 Методы исследования структуры и свойств сварных соединений 59
2.3.1 Металлографические исследования 59
2.3.2 Измерение микротвердости 60
2.3.3 Испытания на статическое растяжение 60
Глава 3. Моделирование тепловых процессов при точечной сварке трением 62
3.1 Аналитическое выражение для расчета мощности тепловыделения 62
3.1.1 Удельная мощность тепловыделения 62
3.1.2 Сопротивление сдвигу на поверхности фрикционного контакта инструмента и заготовки 64
3.1.3 Расчет мощности тепловыделения методом конечных элементов 80
3.2 Распределение температуры при ТСТ 88
3.2.1 Анализ температурных полей. Влияние основных параметров режима сварки 88
3.2.2 Экспериментальная верификация методики расчета температуры и корректировка граничных условий краевой задачи теплопроводности 96
Выводы по главе 3 100
Глава 4. Исследование механизма и выявление лимитирующей стадии образования соединения при ТСТ 102
4.1 Выявление условий образования физического контакта заготовок. Выбор и
обоснование геометрических размеров инструмента 104
4.1.1 Условия образования физического контакта и выбор способа подготовки поверхности 104
4.1.2 Исследование зависимости площади периферийной зоны сварной точки от параметров режима сварки 111
4.1.3 Выбор и обоснование геометрических размеров инструмента 114
4.2 Гипотеза о характере протекания процесса схватывания 121
4.3 Исследование объемного взаимодействия 125
4.3.1 Выбор уровней варьирования факторов 125
4.3.2 Обработка экспериментальных данных 128
4.3.3 Экспериментальное исследование влияния термического цикла ТСТ на структуру и свойства сплава АД31 132
Выводы по главе 4 138
Глава 5. Практические рекомендации по технологии и выбору оборудования для ТСТ. Исследование структуры и свойств сварных соединений 139
5.1 Практические рекомендации по технологии ТСТ. Требования к оборудованию и оснастке 139
5.1.1 Параметры режима сварки 139
5.1.2 Требования к оборудованию и оснастке для ТСТ 140
5.2 Исследования структуры и свойств сварных соединений 141
5.2.1 Исследование структуры сварного соединения 141
5.2.2 Исследование микротвердости 146
5.2.3 Исследование механических свойств 147
5.2.4 Сравнительный анализ прочности точечных сварных соединений 148
Выводы по главе 5 150
Общие выводы 151
Литература 155
