Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 70

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 70)

1, д). Шаговая сварка, несмотря на меньшую производительность, имеет ряд преимуществ, заключающихся в более высокой стойкости роликов и меньшей склонности к образованию дефектов усадочного происхождения. Существуют некоторые разновидности шовной сварки (односторонняя, многошовная сварка, шовная сварка встык и т. д.), отличающиеся схемой подвода тока, числом одновременно выполняемых швов и способом сварки деталей. При сварке встык между роликами и деталями помещают фольгу, и расплавление металла происходит на всю толщину 18]. Шовная сварка отличается высокой скоростью выполнения соединений— до 5 мlмин и более, широко используется в промышленности при создании различных емкостей, резервуаров, топливных баков автомобиля.

Этот способ соединения находит применение и в приборостроительной промышленности, при производстве чувстнительных элементов в виде сильфонов или мембран (4, 9). ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ Необходимым и достаточным условием формирования соединений является образование области металлической связи заданных размеров и с требуемыми свойствами. Соединение возникает в результате протекания ряда физических процессов в несколько этапов, отличающихся фазовым состоянием металла, степенью его деформации, расположением поверхностных пленок и др.

Особенности формирования соединений заключаются в нагреве преимущественно на воздухе в диапазоне температур 0,8 Тпл — Тп„малой длительности протекания тока и наличия усилия (давления), Обычно различают несколько этапов образования соединений. Стыковая сварка сопротивлением протекает в два этапа (рис, 2). Первый из них начинается со сжатия деталей и включения тока. Микровыступы на торцах сминаются, и образуется электрический контакт. На втором этапе осуществляется осадка деталей усилием гос.

При этом металл интенсивно деформируется в направлении, обозначенном на рйсунке стрелками, образуя утолщение. Сближение поверхностных атомов, образование физического контакта за счет смятия выступов и удаления окисных пленок и создание активных центров формирования металлической связи в твердой фазе по значительной площади осуществляются в процессе пластической деформации. Высокая температура торцов облегчает эту деформацию и способствует образованию центров взаимодействия вследствие термической активации атомов. При стыковой сварке оплавлением формирование соединений представляется более сложным и обычно проходит в три этапа.

На перном этапе детали сближаются под напряженнем, и в участках контакта образуются перемычки жидкого металла„ которые взрываются, образуя углубления — кратеры, заполненные жидким металлом, Основной металл при этом нагревается постепенно за счет передачи теплоты от стыка.

Для выравнивания температур по сечению деталей иногда используют до начала оплавления предварительный подогрев стыка до 0,7 — 0,9 Тп,, Второй этап характерен увеличением скорости оплавления — скорости образования и разрушения перемычек. Количество жидкого металла, находящегося на поверхности торцов, быстро возрастает вплоть до образования сплошной пленки расплавленного металла. Третий тип начинается резким увеличением усилия — осадкой.

Большая часть жидкого металла выдавливается из стыка в грат, и торцы подвергаются значительной пластической деформации. Вместе с этим металлом удаляется окисная пленка и образуется общая жидкая прослойка, между атомами которой возникает металлическая связь.

Однако удалить полностью жидкость из кратеров невозможно, и здесь соединение частично формируется в жидкой фазе. При кристаллизации расплава слабые металлические связи заменяются более прочными, характерными для твердого металла. Интенсивная пластическая деформация в стыке измельчает структуру литого металла. Таким образом, при сварке оплавленнем создание физического контакта и активация атомов происходят за счет тепловой и механической энергии. Соединение образуется в твердо-жидком состоянии. В условия т точечной и шовной сварки отмечается также три этапа формирования соединений.

Первый этап (рис. 2, в) начинается с момента включения тока и сопровождается образованием электрического контакта, нагревом и расширением твердого металла, приводящего к увеличению зазоров, вытеснению под дей- станем усилия металла в зазор и возникновению уплотняющего ядро пояска. На втором этапе происходит дальнейшее увеличение площади контактов, возникновение и рост расплавленного ядра до номинальных для данной толщины размеров — по диаметру и проплавлению.

Помимо этого, наблюдается дробление и перераспределение поверхностных пленок в расплавленном металле и продолжаются процессы пластической деформации и теплового расширения, что приводит к росту зазоров. и вмятины под электродами. С момента выключения основного импульса тока начинается третий этап. Металл охлаждается и происходит его кристаллизация. К концу второго этапа поверхностные пленки под действием электродинамических сил и перемешивания металла удаляются с поверхности контакта, и формируется общая ванна расплавленного металла, между атомами которого устанавливается металлическая связь.

Таким образом, на этом этапе фактически заканчивается формирование соединения. Активация атомов при этом способе соединения осуществляется в основном за счет тепловой энергии. В процессе кристаллизации на третьем этапе металлические связи упрочняются, и образуются соединения с требуемыми свойствами. Металлическая связь между деталями возникает и в области уплотняющего пояска.

Однако здесь соединение происходит по весьма 1О и/р, Ольшанского, т. 1 290 Контактная сварка 291 Нагрев четалла НАГРЕВ МЕТАЛЛА Пои тек ат' а1 яэв Ра уаа Рис. 4. Характер изменения сопротивлений при нагреве св Яээ = ~ И) )~ээ (~) ~(1. ограниченной площади, так как степень пластической деформации весьма невелика и разрушение окисных пленок затруднено. Лишь при сварке титана и его сплавов, отличающихся высокой растворимостью окисной пленки при повышенных температурах, прочность соединения в этой зоне оказывается значительной. Роль усилия при этом способе сварки ограничивается созданием электрического контакта, образованием пластического пояска и регулированием условий кристаллизации металла. В общем случае можно считать, что основными процессами, контролирующими формирование соединений при контактной сварке, являются нагрев металла, его пластическая деформация и удаление поверхностных пленок (8].

Нагрев деталей при контактной сварке осуществляется за счет генерирования теплоты на электрических сопротивлениях при прохождении через ннх тока. Особенность нагрева состоит в малой длительности импульса тока и наличии резких градиентов температур. д) Рис. 3.

Электрические сопротивления при точечной (в), и стыковой сварке (б); в — схема электрической цепи (б— толщина детали; ۄ— диаметр контакта) Электрические сопротивления. Количество теплоты, выделяемой на участке металла между электродами за время 1сэ, всоответствии с законом Джоуля— Ленца определяется формулой Общее сопротивление Кээ обычно измеряется в мнкроомах и складывается (рис. 3) из контактных сопротивлений деталь — деталь (Д д), электрод — деталь (Яэ„) и собственных сопротивлений деталей (Р', И„"): (2) При сварке деталей равной толщины (сечения) из одного и того же металла можно считать, что Й' = Я" = Й . д сд х' В связи с тем, что отдельные составляющие Яээ существенно изменяются в процессе сварки, обычно рассматривают отдельно Рдд, )сэя и )ся при комнатной температуре и при нагреве.

Повышенное сопротивленйе току в контактах объясняется ограниченностью площади фактического контакта и сопротивлением окисных пленок. Например, контакт электрода с деталью при точечной сварке происходит по отдельным микровыступам, что вызывает резкое уменьшение проводящего сечения, искривление и локальное сгущение линий электрического тока (2). Распределение подобных элементарных контактов по поверхности соприкосновения деталей носит случайный характер, а общее сопротивление эдди Ьэдзависит от сопротивления этих контактов и их количества, которые определяются состоянием поверхности и величиной сжимающего усилия.

Например, сопротивление )сээ при сжатии двух пластин из низкоуглеродистой стали толщиной 3+3 мм усилием 200 кгс по схеме точечной сварки составило: при зачистке поверхности образцов наждачным кругом 100 мкОм; обработке резцом 1200 мкОм; при наличии ржавчины и окалины на поверхности — 80 000 мкОм. В холодном состоянии обычно 2)тд < Я д+ 2)(эд, и поэтому Кээ в основном отражаетвеличинуконтактных Рис. 5. Изменение сопротивлений в процессе стыковой (а) и точечной (б) сварки ( — сварка сопротивлением, — — сварка оплавлением) сопротивлений. С ростом усилия увеличивается площадь и число контактов за счет смятия неровностей и разрушения окисных пленок.

Контактные сопротивления при этом уменьшаются и становятся более стабильными. При снятии усилия значения контактных сопротивлений оказываются ниже первоначальных, что свидетельствует о протекании необратимых процессов пластической деформации металла в контактах. Контактное сопротивление электрод — деталь при точечной и шовной сварке обычно подчиняют соотношению )сэд = 0,5Яд . При стыковой сваркесопротивления в контактах токоподводов с деталями значительно меньше Яээ, и ими обычно пренебрегают. В начале процесса сварки плотность тока в микроконтактах выше, чем в деталях. Нагрев металла облегчает пластическую деформацию выступов и разрушение окисных пленок под действием сжимающего усилия.

Растет площадь и число контактирующих участков. При определенных для каждого металла температурах Тк и усилиях контактное сопротивление практически исчезает, и яээ — Й (рис. 4). При этом с увеличением усилия снижается критическая температура.

Характеристики

Список файлов книги