Випуски $\rightarrow$ Том 22, випуск 3 (2021)

Зварювання тиском через шар вуглеводневої речовини: фізичні процеси утворення дифузійного з’єднання

О. В. Жартовський$^1$, О. В. Ларічкін$^2$

$^1$Донбаська державна машинобудівна академія, вул. Академічна, 72, Донецька обл., 34313 Краматорськ, Україна
$^2$ПрАТ «Новокраматорський машинобудівний завод», вул. Олекси Тихого, 5, Донецька обл., 84305 Краматорськ, Україна

Отримано 05.04.2020; остаточна версія — 09.07.2021 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Стаття стосується гіпотези про механізм активації дифузійних процесів при зварюванні тиском імпульсним струмом через шар вуглеводневої речовини. Незважаючи на розробку такого способу зварювання минулого століття, цю тематику все ще мало вивчено, що потребує подальших досліджень. Під час розробки цього способу зварювання не було необхідної кількости наукових даних про фізико-хімічні процеси, що супроводжують утворення з’єднання. У статті оглянуто фізико-хімічні процеси, що відносяться до предмету досліджень міждисциплінарного характеру. Експериментальні дослідження, проведені фахівцями у різних галузях, уможливили встановлення даних, необхідних для розробки гіпотези. Було відкрито карбонові наноутворення та вивчено їхні властивості. Досліджено явища, що супроводжують проходження електричного струму в мікропінчах, «Кулонові вибухи» з утворенням ударних хвиль, аномальне масоперенесення в умовах ударного навантаження при дифузійному зварюванні різнорідних матеріалів. Експериментально доведено, що електропідривні й електромагнетні явища, ударні хвилі при впливі на поверхневі шари металу активують дифузійні процеси. На основі великої кількости міждисциплінарних досліджень сформульовано гіпотезу про утворення дифузійного з’єднання при зварюванні тиском імпульсним струмом через шар вуглеводневої речовини. Час утворення з’єднання за однакової температури менше потрібного для дифузійного зварювання у вакуумі. Будова зварного з’єднання є аналогічною будові одержаного дифузійним зварюванням у вакуумі.

Ключові слова: зварювання тиском, вуглеводневі речовини, електричний вибух, електричний струм, нанотрубки, дифузія.

Citation: O. V. Jartovsky and O. V. Larichkin, Pressure Welding Through a Layer of Hydrocarbon Substance: Physical Processes of a Diffusion Joint Formation, Progress in Physics of Metals, 22, No. 3: 440–460 (2021); doi: 10.15407/ufm.22.03.440

Цитована література   
  1. V.V. Gubarev, Yu.V. Kazakov, and M.L. Finkelshtein, Svarochnoye Proizvodstvo, No. 7: 49 (1976) (in Russian).
  2. S.P. Kocharmin, A.P. Semenov, and N.I. Dmitriev, Sposob Svarki Davleniem. Avtorskoe Svidetelstvo SSSR, No. 944226 (Published: 23.01.1983) (in Russian).
  3. S.P. Kocharmin, S.V. Gavrintsev, and A.P. Semenov, Sposob Svarki Davleniem. Avtorskoe Svidetelstvo SSSR, No. 975284 (Published: 23.11.1982) (in Russian).
  4. A.V. Zhartovskiy, Flyus dlya Diffuzionnoy Svarki. Avtorskoe Svidetelstvo SSSR, No. 1109294 (Published: 23.08.1984) (in Russian).
  5. V.A. Zuyok, R.A. Rud, I.A. Petelguzov, and M.V. Tretyakov, Problems of Atomic Science and Technology. Physics of Radiation Effects and Radiation Materials Science, 95, No. 1: 141 (2010) (in Russian).
  6. M.G. Bolotov and I.O. Prybytko, Prog. Phys. Met., 22, No. 1: 103 (2021); https://doi.org/10.15407/ufm.22.01.103
  7. T.M. Radchenko, V.A. Tatarenko, H. Zapolsky, and D. Blavette, J. Alloys Compd., 452, No. 1: 122 (2008); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.12.149
  8. T.M. Radchenko, O.S. Gatsenko, V.V. Lizunov, and V.A. Tatarenko, Prog. Phys. Met., 21, No. 4: 580 (2020); https://doi.org/10.15407/ufm.21.04.580
  9. I.Yu. Sahalianov, T.M. Radchenko, V.A. Tatarenko, and G. Cuniberti, EPL, 132, No. 4: 48002 (2020); https://doi.org/10.1209/0295-5075/132/48002
  10. T.M. Radchenko, V.A. Tatarenko, V.V. Lizunov, V.B. Molodkin, I.E. Golentus, I.Yu. Sahalianov, and Yu.I. Prylutskyy, Phys. Status Solidi B, 256, No. 5: 1800406 (2019); https://doi.org/10.1002/pssb.201800406
  11. P. Szroeder, I.Yu. Sagalianov, T.M. Radchenko, V.A. Tatarenko, Yu.I. Prylutskyy, and W. Strupiński, Appl. Surf. Sci., 442: 185 (2018); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.02.150
  12. M.V. Murashov, S.D. Panin, and S.M. Klimov, Science and Education of the Bauman MSTU, No. 1: 189 (2015) (in Russian); http://engineering-science.ru/doc/753353.html
  13. M.P. Sychev and M.V. Murashov, Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Spec. Iss.: 12 (2011) (in Russian).
  14. A.E. Borisevich and S.L. Cherkas, Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki, 82, No. 10: 58 (2012) (in Russian).
  15. N.Y. Yavorovsky, V.G. Domashenko, and P.V. Balukhtin, Proc. 4th Korea–Russia Int. Symp. Science and Technology (KORUS 2000) (Korea: University of Ulsan: 2000), p. 280.
  16. I.N. Tilikin, T.A. Shelkovenko, A.R. Mingaleev,V.M. Romanova, and S.A. Pikuz, J. Exp. Theor. Phys., 128: 946 (2019); https://doi.org/10.1134/S1063776119050157
  17. G.G. Savenkov, V.A. Morozov, and A.A. Lukin, Pis’ma v ZhTF, 42, No. 22: 23 (2016) (in Russian); https://doi.org/10.21883/pjtf.2016.22.43935.16331
  18. A.A. Lukin, V.A. Morozov, and Yu.V. Sudenkov, Vestnik of Saint-Petersburg University, 1. No. 2: 133 (2008) (in Russian).
  19. S.V. Barahvostov, M.B. Bochkarev, N.B. Volkov, K.A. Nagayev, V.P. Tarakanov, S.I. Tkachenko, E.A. Chingina, Scientific Herald of Uzhhorod University. Series ‘Physics’, No. 30: 63 (2011) (in Russian).
  20. M.Y. Baranov, Technical Electrodynamics, No. 3: 3 (2008) (in Ukrainian).
  21. I.A. Barykov, G.S. Volkov, V.A. Gasilov, E.V. Grabovskij, V.I. Zaitsev, A.S. Boldarev, and O.G. Olkhovskaya, Problems of Atomic Science and Technology. Ser. Thermonuclear Fusion, 40, No. 4: 80 (2017) (in Russian); https://doi.org/10.21517/0202-3822-2017-40-4-80-85
  22. E.V. Parkevich, I.N. Tilikin, A.V. Agafonov, T.A. Shelkovenko, V.M. Romanova, A.R. Mingaleev, S.Yu. Savinov, G.A. Mesyats, and S.A. Pikuz, JETP Lett., 103: 357 (2016); https://doi.org/10.1134/S0021364016050118
  23. A.N. Dolgov, N.V. Zemchenkova, N.A. Klyachin, and D.E. Prokhorovich, Prikladnaya Fizika, No. 2: 9 (2012) (in Russian).
  24. A.N. Dolgov, N.A. Klyachin, and D.E. Prohorovich, Problems of Atomic Science and Technology. Ser. Thermonuclear Fusion, 40, No. 1: 83 (2017) (in Russian); https://doi.org/10.21517/0202-3822-2017-40-1-83-90
  25. A.N. Dolgov, N.A. Klyachin, and D.E. Prohorovich, Uspekhi Prikladnoi Fiziki, 4, No. 1: 46 (2016) (in Russian).
  26. I.V. Kurchatov, Atomic Energy, No. 3: 65 (1956) (in Russian).
  27. N.G. Ivoilov, M.M. Bikchantaev, O.A. Strebkov, Yu.E. Khalabuda, A.Kh. Gil’mutdinov, A.V. Voloshin, and A.V. Protasov, Proc. Kazan Univ. Phys.-Math. Ser., 151, No. 3: 52 (2009) (in Russian); http://mi.mathnet.ru/uzku785
  28. G. Oshawa, East-West Institute Magazine, No. 3 (1965).
  29. M. Kushi and G. Oshawa, Kushi Institute Study Guide, 10: 1 (1980).
  30. M. Singh, M. Saksena, V. Dixit, and V. Kartha, Fusion Technology, 26: 266 (1994); https://doi.org/10.13182/FST94-A30331
  31. L.I. Urutskoev, V.I. Liksonov, and V.G. Tsinoev, Prikladnaya Fizika, No. 4: 83 (2000) (in Russian).
  32. V.A. Pan’kov and B.P. Kuz’min, Aktual’nyye Problemy Sovremenoy Nauki, No. 5 (44): 117 (2008) (in Russian).
  33. R. Sundaresan and J. O’M. Bockris, Fusion Technology, 26: 261(1994); https://doi.org/10.13182/FST94-A30330
  34. V.I. Kazbanov, A.G. Olado, and G.M. Rybachenko, Sbornik Nauchnykh Trudov Krasnoyarsk, No. 4: 442 (1998) (in Russian).
  35. Y. Tashpolotov and Eh. Sadykov, URL: http://econf.rae.ru/pdf/2010/06/ab88b15733.pdf (in Russian)
  36. V.F. Balakirev and V.V. Krymskiy, Izvestiya Chelyabinskogo Nauchnogo Centra, No. 4 (21): 65 (2003) (in Russian).
  37. V.I. Oreshkin and E.V. Oreshkin, Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki, 87, No. 1: 34 (2017) (in Russian); https://doi.org/10.21883/JTF.2017.01.44015.1866
  38. S.A. Pikuz, T.A. Shelkovenko, and D.A. Hammer, Fizika Plazmy, 41, No. 4: 319 (2015) (in Russian).
  39. Yu.S. Buranova, Trudy MFTI, 3, No. 3: 30 (2011) (in Russian).
  40. N.I. Alekseev, S.V. Polovtsev, and N.A. Charykov, Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki, 76, No. 3: 57 (2006) (in Russian).
  41. V.M. Semenov, A.V. Zhartovsky, V.I. Kabatsky, and A.V. Kabatsky, Resursosberegayushchie Tekhnologii pri Proizvodstve Svarnykh Zagotovok [Resource-Saving Technologies for Production of Workpieces] (Kramatorsk: DDMA: 2009) (in Russian).
  42. I.P. Suzdalev, Nanotekhnologiya: Fiziko-Khimiya Nanoklasterov, Nanostruktr i Nanomaterialov [Nanotechnology: Physics and Chemistry of Nanoclusters and Nanomaterials] (Moscow: KomKniga: 2006) (in Russian).
  43. A.I. Podlivaev and L.A. Openov, Fizika i Tehnika Poluprovodnikov, 51, No. 2: 222 (2017) (in Russian); https://doi.org/10.21883/FTP.2017.02.44109.8281
  44. G.S. Ivanchenko and N.G. Lebedev, Fiz. Tverd. Tela, 49, No. 1: 183 (2007) (in Russian).
  45. Carbon Nanotubes: Synthesis, Structure, Properties, and Applications (Eds. M.S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, and P. Avouris) (Springer: 2001); https://doi.org/10.1007/3-540-39947-X
  46. G. Seifert, R. Gutierres, and R. Schmidt, Phys. Lett. A, 211, No. 6: 357 (1996); https://doi.org/10.1016/0375-9601(96)00020-5
  47. V.V. Komarov, A.M. Popova, I.O. Stureiko, L. Shmidt, Kh. Yungklas, Moscow University Physics Bulletin, 68: 1 (2013); https://doi.org/10.3103/S0027134913010116
  48. M.V. Khilko, G.S. Volkov, I.N. Frolov, and A.N. Gritsuk, Problems of Atomic Science and Technology. Ser. Thermonuclear Fusion, 39, No. 1: 55 (2016). (in Russian); http://vant.iterru.ru/engvant_2016_1/5.pdf
  49. V.I. Oreshkin, R.B. Baksht, A.Yu. Labetskiy, A.G. Russkikh, A.G. Shishlov, P.R. Levashov, K.V. Khishchenko, and K.V. Glazyrin, Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki, 47, No. 7: 38 (2004) (in Russian).
  50. A.G. Russkikh, V.I. Oreshkin, A.Yu. Labetskiy, S.A. Chaikovskiy, and A.V. Shishlov, Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki, 2007, 77, No. 5: 35 (2007) (in Russian).
  51. L.N. Larikov, V.M. Falchenko, V.F. Mazanko, S.M. Gurevich, G.K. Kharchenko, and A.I. Ignatenko, Avt. Svarka, No. 5: 19 (1974) (in Russian).
  52. L.N. Larikov, V.M. Falchenko, V.F. Mazanko, S.M. Gurevich, A.I. Ignatenko, and G.K. Kharchenko, Doklady AN SSSR, 221, No. 5: 1073 (1975) (in Russian).
  53. L.N. Larikov, V.F. Mazanko, and V.M. Falchenko, Fiz. Met. Metalloved., No. 6: 144 (1983) (in Russian).
  54. V.M. Mironov, V.F. Mazanko, D.S. Gertsriken, and A.V. Filatov, Massoperenos i Fazoobrazovanie v Metallakh pri Impulsnykh Vozdeistviyakh [Mass Transfer and Phase Formation in Metals at Impulse Actions] (Samara: Samara University: 2001) (in Russian).
  55. V.F. Mazanko, V.S. Mykhalenkov, E.A. Tsapko, E.Y. Bogdanov, and V.P. Bevz, Dopovidi NAN Ukrainy, No. 5: 92 (2007) (in Ukrainian).
  56. P.L. Gruzin, Doklady AN SSSR, 86, No. 2: 289 (1952) (in Russian).
  57. L.N. Larikov, A.I. Nosar, V.F. Mazanko, and V.M. Falchenko, Ukr. Phys. J., No. 9: 1516 (1977) (in Russian).
  58. M. Bolotov, G. Bolotov, S. Stepenko, and P. Ihnatenko, Appl. Sci., 11, No. 4: 1765 (2021); https://doi.org/10.3390/app11041765

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,