При увеличении диаметра dЭ (при плоской) или радиуса RЭ (при сферической) рабочих поверхностей электродов величина rЭЭ несколько уменьшается. Это обусловлено увеличением площади токопроводящего сечения в свариваемых деталях. Разброс же значений rЭЭ при этом увеличивается, то есть стабильность их уменьшается. Это является следствием уменьшения давления в контактах, которое происходит из-за увеличения их площади при неизменном усилии сжатия электродов. Однако влияние этого фактора на процесс КТС не столь существенно, как двух описанных выше. Геометрические параметры электродов (dЭ, dЭ или RЭ) обычно выбирают по технологическим рекомендациям в зависимости от толщины свариваемых деталей (см. табл. 1.2) [3, 9, 11, 15].
При КТС в процессе формирования точечного сварного соединения величина электрического сопротивления участка электрод–электрод rЭЭ всегда уменьшается (рис. 2.22). В динамике уменьшения rЭЭ выделяют два этапа: I и II, которые существенно различаются градиентом скорости изменения электрического сопротивления участка электрод–электрод.
Этап I характеризуется быстрым уменьшением
сопротивления участка электрод – электрод. В основном это обусловлено быстрым
уменьшением при нагреве контактных сопротивлений rДД и 2rЭД.
В течение этапа II величина сопротивления rЭЭ в основном определяется величиной сопротивления деталей 2rД, так как сопротивление контактов электрод–деталь 2rЭД невелико, а сопротивление контакта деталь–деталь rДД к этому времени уменьшается практически до нуля. В этот период характер изменения rЭЭ определяется в основном двумя процессами: увеличением сопротивления зоны сварки из-за его нагрева и уменьшением ее сопротивления вследствие увеличения площадей контактов. Небольшой спад rЭЭ на этом участке обусловлен преимущественным влиянием увеличения площади электрических контактов, диаметры которых к концу нагрева достигают значений dЭ и dП [3, 4, 7…17, 107, 155, 156].
В общем случае характер изменения rЭЭ в процессе сварки зависит от свойств металла, толщины деталей, режима сварки, формы импульса тока, размеров ядра, формы рабочей поверхности электродов и т. п.
Естественно, что величина общего сопротивления участка электрод-электрод rЭЭ меньше для сплавов с более низким удельным электросопротивлением (сплавы на основе меди и алюминия (рис. 2.23)). Это обусловлено также и тем, что для всех толщин деталей, независимо от материалов из которых они изготовлены, отношения геометрических параметров рабочих поверхностей электродов и диаметров ядра к толщине деталей примерно одинаковые (см. п. 1.3.4, табл. 1.1 и 1.2).
С увеличением толщины деталей общее сопротивление участка электрод–электрод и конечное его значение rЭЭК заметно снижаются в основном за счет увеличения площади контакта в процессе сварки (см. табл. 2.4). Увеличение диаметра ядра при , которое достигается повышением силы тока или времени сварки приводит, как правило, к снижению rЭЭ и rЭЭК.
Изменение параметров режима точечной сварки оказывает заметное влияние на rЭЭ вследствие изменения теплового состояния металла и площади контактов. Так, увеличение FCB или IСВ приводит к росту диаметра контактов и снижению rЭЭ. Переход к режимам с большим временем сварки при сохранении одного и того же диаметра ядра также приводит к некоторому снижению rЭЭ и rЭЭ К из-за уменьшения сопротивления пластической деформации и роста размеров контактов.
При точечной сварке используются электроды со сферической и плоской рабочей поверхностью.
Сварка электродами со сферической рабочей поверхностью отличается меньшими размерами контакта на первом этапе, соответственно большей плотностью тока и большей скоростью тепловыделения. Зона расплавления возникает раньше, чем при сварке электродами с плоской рабочей поверхностью, и поэтому область I на рис. 2.22 менее протяженна и значения rЭЭ в этой области заметно выше. При этом скорость повышения rЭЭ возрастает с уменьшением радиуса сферы. Характер изменения rЭЭ области II для обоих типов электродов примерно одинаков, но в течение всего цикла сварки среднее значение rЭЭ при сварке электродами со сферической рабочей поверхностью на 10…15 % выше, чем при сварке электродами с плоскими рабочими поверхностями.
Таблица 2.4
Значения rЭЭ К в конце процесса КТС
Материал
Толщина деталей, мм
0,3
0,5
1
1,5
2
2,5
Д16АТ
18
16
13
11
10
8
Л62
76
48
30
24
20
18
08 кп
150
135
115
100
90
75
30ХГСА
115
145
125
110
100
90
Х15Н5Д2Т
145
165
135
120
110
100
12Х18Н10Т
215
185
150
130
120
110
ОТ4-1
240
210
165
145
133
120
Примечание. Данные приведены для двух деталей одинаковой толщины с минимальным диаметром ядра
Таким образом, основным фактором, дестабилизирующим электрическое сопротивление зоны сварки (участка электрод–электрод) и, в конечном итоге, параметры качества получаемых соединений, является в основном электрическое сопротивление контактов. Поэтому при приближённых технологических расчётах, например, сварочного тока по зависимости (1.11), сопротивление зоны сварки rЭЭ обычно принимают равным его значению в конце процесса КТС rЭЭК. [3]
Для упрощения расчета rЭЭ = 2rД (при сварке двух деталей одинаковой толщины) используют условную схему термодеформационного состояния металла зоны сварки. В частности, учитывая, что в контакте электрод–деталь его диаметр dKЭД примерно равен диаметру рабочей поверхности электрода dЭ (dKЭД ≈ dЭ) (см. табл. 1.1), а диаметр контакта деталь–деталь dKДД приближённо равен диаметру уплотняющего пояска dП (dKДД ≈ dП) и то, что dЭ мало отличается от dП, условно принимают dП ≈ dЭ (где dП ≤ 1,2 dЯ). Кроме того, принимают также, что сопротивления контактов rЭД и rДД равны нулю.
При таких допущениях определяемое сопротивление rЭЭ представляют как сумму сопротивлений двух условных пластин одинаковой толщины s, каждая из которых нагрета до некоторой средней температуры Т1 и Т2 (рис. 2.24). Тогда искомое сопротивление rЭЭК определяется следующей зависимостью [3]:
. (2.18)
Удельные электросопротивления деталей ρ1 и ρ2 (см. рис. 2.23) определяют соответственно по температурам Т1 и Т2 для полулистов, прилегающих к электродам и контакту деталь–деталь соответственно (рис. 2.24). В частности, при сварке деталей из низкоуглеродистых сталей Т1 и Т2 принимают соответственно равными 1200 и 1500 °С, а для алюминиевых сплавов — 450 и 630 °С. Коэффициент kP, учитывающий неравномерность нагрева деталей, для сталей принимают равным ~ 0,85, для алюминиевых и магниевых сплавов — ~ 0,9. При сварке деталей толщиной 0,8…3 мм коэффициент А. С. Гельмана АГ (см. рис. 2.20) принимают равным ~ 0,8 [3].
Значения сопротивлений, рассчитанные по зависимости (2.18), как правило, согласуются с экспериментальными данными, в частности, приведенными в табл. 2.4.
Таким образом, электрическая проводимость зоны сварки, определяемая электрическим сопротивлением свариваемых деталей и контактов электрод–деталь и деталь–деталь, зависит от большого числа технологических факторов точечной сварки и отличается значительной нестабильностью, в первую очередь, из-за нестабильности электрических сопротивлений контактов электрод–деталь и деталь–деталь. Поэтому при приближенных решениях технологических задач КТС проводимость зоны сварки оценивают по электрическому сопротивлению только свариваемых деталей.
2.4. Нагрев металла в зоне сварки и методы количественной его оценки
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37
