2
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ..............................................5
Глава 1. ПРОБЛЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАЛЫХ ТОЛЩИН В ХУДОЖЕСТВЕННЫХ ИЗДЕЛИЯХ, СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О СВАРИВАЕМОСТИ И СПОСОБЫ ЕЁ ОЦЕНКИ............................8
1.1. Факторы, влияющие на дизайн художественных изделий....8
1.2. Обзор способов соединения металлических материалов малых толщин.............................................13
1.3. Особенности свариваемости однородных и разнородных металлических материалов.....................16
1.4. Применение лазерной сварки для соединения
металлов малых толщин................................21
1.5. Дефекты сварных соединений при сварке плавлением....29
1.6. Анализ существующих методов оценки свариваемости....32
1.6.1. Оценка свариваемости в машиностроении...........32
1.6.1.1. Способы оценки склонности соединений
к горячим трещинам............................34
1.6.1.2. Способы оценки склонности соединений
к холодным трещинам...........................37
1.6.1.3. Способы оценки склонности соединений
к хрупкому разрушению.........................40
1.6.1.4. Способы оценки механических свойств соединений...........................................41
1.6.2. Оценка свариваемости материалов малых толщин....44
1.7. Постановка цели и задач исследования................46
Глава 2. РАЗРАБОТКА ТИПОВ ОБРАЗЦОВ И МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МАЛЫХ ТОЛЩИН................................................48
2.1. Выбор критериев для оценки свариваемости материалов
в связи с размерами и условиями эксплуатации изделий..48
2.2. Выбор модельных материалов для проведения исследований.............................................52
2.3. Источник лазерного излучения........................54
2.4. Разработка типов модельных образцов для экспериментального исследования свариваемости............57
2.4.1. Разработка модельного образца для оценки структурных и электрических характеристик..............57
2.4.2. Разработка модельного образца для определения прочности..............................................68
з
2.4.3. Исследование чувствительности образцов к
технологическим отклонениям при сборке под сварку
и разработка приспособления для сборки образцов 70
2.5. Разработка методики количественной оценки прочности сварных микросоединений на основе статического растяжения на срез.........................72
2.6. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2..................................85
Глава 3. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА МЕРОПРИЯТИЙ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ СВАРИВАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ МАЛЫХ ТОЛЩИН....................................................88
3.1. Разработка методики количественной оценки
прочности сварных микросоединений при скручивании 88
3.2. Разработка методики металлографического исследования микроструктуры и определения микротвёрдости микросоединений.......................91
3.2.1. Методика металлографического исследования микроструктуры.......................................91
3.2.2. Методика измерения микротвёрдости.............96
3.2.3. Выявление особенностей формирования
сварных микросоединений........................101
3.3. Исследование удельной электропроводности сварного
контакта однородных и разнородных микросоединений..110
3.4. Статистическая обработка экспериментальных данных... 120
3.5. Исследование эффективности использования критериев.. 121
3.8. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3...............................122
ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ХАРАКТЕР И ФОРМИРОВАНИЕ СВОЙСТВ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП МИКРОСОЕДИНЕНИЙ........................124
4.1. Исследование влияния угла встречи кристаллитов на прочность при сварке разнородных металлов............124
4.2. Исследование влияния смачиваемости и растекаемости
на прочность микросоединений при сварке-пайке....131
4.3. Обоснование нового термина "соединяемость" материалов...........................................136
4.4. Исследование влияния удельного временного импульса энергии на прочность микросоединений при лазерной микросварке..........................................140
4.5. Числовой анализ свариваемости на основе математического моделирования влияния параметров режима лазерной сварки на свариваемость материалов малых размеров....145
4.6. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4...............................153
21
спектр химических, электрических и других свойств. В отличие от обычных представлений о большинстве интерметаллических соединений как о хрупких материалах, существуют интерметаллические соединения, которым присущи пластичность и деформируемость в широком интервале температур, например, никелид титана обладающий эффектом "памяти формы" и другие сплавы [32]. Хрупкая компонента может быть совершенно безвредна или даже действовать как упрочнитель в случае, если она распределена между зернами сплава.
1.4. Применение лазерной сварки для соединения металлов малых толщин
Впервые возможность получения лазерного излучения предсказал в 1916г. А.Эйнштейн. Теоретически этим вопросом занимался В.А.Фабрикант. В 1957г. он подал заявку на принцип получения вынужденного излучения [8,19,41]. Фундаментальные исследования в области квантовой электроники в СССР (группа
Н.Г.Басова-А.М.Прохорова) и в США (группа Ч.Таунса-А.Шавлова) привели в начале шестидесятых годов к созданию первых квантовых генераторов (лазеров) [41-46, 175].
Лазер представляет собой генератор электромагнитных волн в диапазоне ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучений, характеризующихся высокой степенью монохроматичности и высокой когерентностью [47]. Лазеры применяются в науке, промышленности, медицине, сельском хозяйстве и т.д. Некоторые производства уже неосуществимы без их использования. Освоены лазерные методы обработки материалов: резка, прошивка отверстий, скрайбирование, сварка, наплавка, легирование, термоупрочнение, отжиг, травление и осаждение, модификация поверхности, пайка, напыление [48-58]. Из всех процессов в настоящее время в промышленности наибольшее распространение получила лазерная сварка [59,60].
Оптическая схема лазерной сварочной установки показана на рис. 1.8. Стержень активного материала 1 из иттрий-алюминиевого граната и импульсная лампа накачки 2 размещены в зеркальной плоскости осветителя 4. Электрическая энергия, накопленная в батареях конденсаторов, преобразуется лампой в световую. Под воздействием мощных световых импульсов, генерируемых лампой, активный материал переходит из основного состояния в состояние, в котором он способен усиливать и генерировать свет определённой длины волны. Чтобы улучшить условия генерации, стержень активного вещества помещают между двумя зеркалами 3, высококачественно отъюстированными по отношению к стержню. Для вывода излучения из плоскости резонатора одно из зеркал полупрозрачное. Вышедший из резонатора пучок собирается линзой и с помощью оптической системы 5 осуществляется фокусировка из-
22
лучения на свариваемые детали и наблюдение за местом сварки. Поскольку размеры свариваемых деталей обычно малы, лазерная сварочная установка снабжена микроскопом.
Рис 1.8. Оптическая схема твёрдотельной лазерной сварочной установки.
Атомные системы, например, атомы, ионы и молекулы, находящиеся в основном состоянии, т.е. в состоянии термодинамического равновесия могут только поглощать электромагнитную энергию. При термодинамическом равновесии частицы распределены по энергетическим уровням в соответствии с законом Больцмана [формула (1.1)]:
NІ = Nogie'w^/kт (1.1)
На рис. 1.9. показана схема энергетических уровней четырёхуровневой системы. Под действием внешнего возбуждающего излучения (света) распределение (1) нарушается, и система переходит из основного состояния 1 в неравновесное, возбуждённое состояние 4, имеющее энергию ЩЛ. При этом за счёт безизлучатель-ных переходов, индуцированного и спонтанного излучения система стремится вернуться в прежнее равновесное состояние. Переход атомной системы из основного состояния в возбужденное сопровождается поглощением энергии, а при переходе в состояние с меньшей энергией происходит её выделение.
Обычно нет необходимости рассматривать все энергетические уровни ансамбля частиц, так как не все уровни участвуют в работе квантового генератора. В большинстве случаев исследуют закон изменения населённостей основного состояния и двух или трёх ближайших по энергии состояний, переходы между которыми используются для индуцированного поглощения (возбуждения частиц) и излучения электромагнитных волн. [8,43,61-67].
- Київ+380960830922