Формирование соединений сваркой давлением

Рассмотрим один из наиболее распространенных способов фор­мирования сварного соединения круглого (сферического) провод­ника и жесткой пластины (пленки на подложке) - сварку давлением, предполагая, что контактное давление вызывает вязкое или пластическое течение соединяемых материалов по схеме, показан­ной на рис.9.

Скорость деформации проводника в приконтактной области

где - угол деформации (рис. 9); - время контактного дав­ления; ( - коэффициент ползучести, зависящий от температуры; m - эмпирический показатель степени.

При давлениях, меньших предела ползучести (m=1), урав­нение описывает вязкое (ньютоновское) течение:

где - коэффициент вязкости; D - коэффициент диффузии; V_а — атомный объем; R - универсальная газовая по­стоянная; Т — температура.

Рис. 9. Схема контакти­рования проводников:

1 - сферический проводник; 2 - плоский проводник;

3 - пу­ансон

При давлениях, больших предела ползучести (m=4 - 4.5), уравнение описывает дислокационное тече­ние, обусловленное перемещением дис­локаций в плоскости скольжения. В этом случае

при

Движущаяся дислокация преодолевает потенциальный барьер при пороговом давлении р 10 . При G 10¹⁰Па p_пор 10^5-10⁶ Па. Перемещение дислокаций (течение материала) тормо­зится их взаимодействием с расположенными вокруг дислокациями. При этом p_пор 6 * 10^-2 С_д^1/2. В сильно деформированных метал­лах С_д 10¹⁴см^-2.

Обычно давления составляют значения порядка 10⁸ Па, т. е. больше пороговых для дислокационного течения. Это позволяет при построении модели образования неразъемного соединения ис­пользовать механизм дислокационного течения.

Приведенный анализ показывает, что время сварки определяет­ся давлением, температурой и степенью деформации контактируемых тел. Оно уменьшается с увеличением температуры и давле­ния и уменьшением размеров проводников.

Теоретически далеко не всегда удается рассчитать оптимальные значения времени сварки, давления и температуры для образова­ния надежного соединения, так как при создании реальных контак­тов не учитываются все факторы, описывающие данную физико-химическую систему, например наличие посторонних фаз, загрязне­ний, пыли и т. п. на границе раздела соединяемых поверхностей ма­териалов. Поэтому после теоретического анализа необходимо провести экспериментальные исследования для установления строгой количественной взаимосвязи технологических факторов и парамет­ров качества соединения.