Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Для низкоуглеродистой стали Т„=600'С, адляалюминиевыхсплавов Т„ — 350' С. Прн точечной сварке снижение контактных сопротивлений происходит менее чем за 1 = О,! 1„. Процесс оплавления характерен малыми давлениями (0,2 — 0,7 кгс/мм ! и наличием между торцами отдельных перемычек — контактов. Сопротивление указанных перемычек и определяет контактное сопротивление, величина которого зави- 10* 293 292 Нагрев металла Контактная сварка снт от числа одновременно существующих контактов, их размеров и температуры. Средние размеры единичного контакта растут с увеличением сечения деталей и скорости нх сближения.
Обычно при оплавлении Я (Я ) » /7'+ Я" и оно онл дд д д может быть приближенно определено по следующей формуле: /7 = 9500йо/Зг/з„'/з где 5 — сечение сварнваемых деталей, смд; о „, — скорость сближения деталей при оплавлении, см/с; / — плотность тока, А/мм»; /го — коэффициент, учитываю- щий свойства стали (для низкоуглеродистой и углеродистой стали яо = 1, для аустеннтной стали йо = 1,1). Среднее значение /7опд при оплавлении стали сечением от 250 до 1000 ммн составляет 100 — 1500 мкОм. К концу процесса оплавления скорость сближения возрастает и из-за увеличения числа перемычек Я „, уменьшается (рнс. 5, а). Собственное сопротивление «холодной» детали на участке между электродами (токоподводами) зависит от удельного сопротивления металла (ро), длины и пло- щади сечения этого участка (!о н оо). Так при стыковой сварке 1«д — - Адйп (3) оо где Ад — коэффициент, учитывающий относительные размеры и форму токопод- вода; яп — коэффициент поверхностного эффекта.
Величина яп, большая 1, в формуле (3) увеличивается с ростом частоты сва- рочного тока, магнитной проницаемости металла и диаметра деталей Я. Ад связана с характером подвода тока через зажимы. Прн одностороннем подводе, очевидно, линии тока удлиняются и поэтому Ад > 1 (рнс. 3), Однако в расчетах часто при- нимают Ад — — 1. Величина ро зависит от рода металла. Сплавы и особенно высоко- легированные (например, сталь ! 2Х18Н9Т) отличается высоким значением р ра= =75 мкОм.см. Нагартовка н некоторые виды термообработкн приводят к увели- чению ро, например, после отжнга сплав Д16 имеет ро = 4,3 мкОм см, а после закалки н старения — 7,3 мкОм см.
Высоким сопротивлением отличаются также жаропрочные сплавы (ро до 120 мкОм см) и сплавы на основе титана (родо 150 мкОм ° см), При точечной сварке /!!д можно вычислить по формуле б Рд — Адйпр,) »тл» к 4 где б — толщина детали; ໠— диаметр контакта. Обычно можно принять, что диаметры контактов электрод — деталь и деталь— деталь равны (с!к =с!»д --Йдд). Вследствие относительно малой величины !»к (5 — 10 мм) яп = 1. Ввиду ограниченности диаметра контакта по отношению к размерам детали (длнне и ширине) наблюдается растекание тока вне поверхности цилиндра диамет- ром а!к (рнс. 3, а).
Степень растекания тока и величина Ад зависят от отношения с(» з. С увеличением толщины (с(к = сопз!) различие между сопротивлением детали (Я ) и цилиндра (Йн) возрастает (рис. 6). Диаметр контакта прн использовании электродов со сферической рабочей поверхностью ориентировочно определяется по формуле )/4Р„ где о'„" — условное сопротивление пластической деформации при комнатной тем- пературе, которое может быть принято 100 кгс/мм' для низкоуглеродистой стали и 25 кгс/мм' для алюминиевых сплавов АМг6 н Д16.
аг 44 в ! г з 4 Д Ф Рнс. 6. Значения коэффициента Ад. Наиболее распространенная область !»к/б за- штрихована Рнс. 7. Схема расчета электрического сопро- тивления отличающихся значением температурного коэффициента удельного электросопротивления и . В частности, для чистых металлов ан велико (0,004 1/'С) и в указанном периоде наблюдается возрастание /с»». Для оценки сопротивлений деталей в процессе нагрева используют средние значения температуры с«и р, или ведут расчет методом конечных разностей по известному температурному полю !8].
Для оценки сопротивлений деталей при точечной сварке к концу процесса нагрева (2Яд он) принимается условная схема теплового состояния. Считается, что сопротивление двух пластин одинаковой толщины б (рнс. 7) можно представить как сумму сопротивлений двух пластин 1 и 11, нагретых до средней постоянной мпературы Тд и Т Тогда при (кк н =д »дкон ддкон Адянб /~дно» л» (р1+ рз) ! к»он 4 где р, и р — соответственно удельные электросопротивления пластин для температур Т, и Т; /« — коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева деталей (для стали /!„ = 0,85 Т, = 1200' С и Т, = 1500' С); г/к — диаметр контакта к концу нагрева.
Аналогичную формулу применяют для расчета сопротивления детали при стыковой сварке оо Нагрев при стыковой сварке приводит к монотонному увеличению Яд в связи с ростом удельного электросопротивления (см. рис. 5, а). Особенно заметно возрастает Я при стыковой сварке сопротивлением, так как плотность тока выше, чем при сварке оплавлением. Значения ! и 5 в процессе нагрева изменяются незначительно и не оказывают существенного влияния на )с .
Характер изменения )7„, 2И, + Идд и )7'+ Я„"прйточечнойсваркедеталей равной толщины показан на рис. 5, б. Первый период характерен быстрым спадом Я и нарастанием Яд за счет увеличения р. Во втором периоде наблюдается постепенное снижение Й»» и Яд за счет расширения площади контактов. Особенно значительное увеличение с!» происходит при сварке электродами со сферической рабочей поверхностью. За цикл сварки Я»» снижается в несколько раз. Например, при сварке коррознонно-стойких сплавов )с»4 уменьшается с 300 — 500 мкОм до 100— 150 мкОм, алюминиевых сплавов с 50 — 100 до 10 — 15 мкОм.
Характер зависимости /с» (1) может меняться, в основном, в первом периоде для различных металлов, дг-г«/г« Контактная сварка Нагрев металла где рт = рв(1+ сср~'ср)' 'Гср средняя температура нагрева детали (при сварке стали сопРотивлением ТсР = 0,8 Тв„оплавлением Тср — — 0,5Тя,). Электрическое и температурное поле. Температура разлйчных участков металла в разные моменты времени зависит от тепловыделения (интенсивности источников теплоты) и теплоотвода в соседние, более холодные участки, а также потерь энергии в окружающее пространство, например, прн выбросе оплавленного металла, конвективном и радиационном теплообмене со средой и т.
п. Температурное поле при контактной сварке отличается значительной неравномерностью и быстрым изменением во времени. Общее количество тепловой энергии, выделяемой в зоне сварки при прохождении тока, определяют по формуле (1). При точечной (шовной) и стыковой сварке сопротивлением принимают, что основная часть теплоты при правильно подготовленной поверхности выделяется на сопротивлении детали )сд.
При сварке оплавлением большая доля энергии выделяется на контактных сопротивлениях. тв а) 0) Рнс. 8. Распределения температуры в зоне контакта деталь — деталь на ранней (а) н поздней (б) стадиях процесса 400 Рис. 9. Изменение температуры в процессе сварки сопротивлением полос из стали Ст3 се- чением 160 Х 3 мм на расстоянии 1 мм от стыка: а, в — края листа; б — середина листа 0 а Е 0 К о н т а к т н ы е с о п р о т и в л е н н я проявляются в большей степени при малых усилиях, небольшой длительности протекания тока, наличии на поверхности пленок с высоким электрическим сопротивлением, например фосфатных п покрытий на стали, сварке металлов с малой теплопроводностью и тонких детал й ( ри микросварке).
Обычно при точечной, шовной сварке и сварке сопротивлением е доля энергии, генерируемой на этих сопротивлениях, не превышает 10 †1. Теплота, выделяемая в контакте преимущественно в начале процесса нагрева, обеспечивает локальное повышение температуры и удельного электросопротивления металла. Несмотря на то, что в дальнейшем Ядд быстро уменьшается, его роль продолжает сказываться до конца цикла сварки, так как повышенное местное сопротивление металла способствует интенсивному выделению теплоты (рис.
8). Значение контактных сопротивлений по поверхности нагрева неравномерно, что определяет случайный характер температурного поля и наличие значительных градиентов температур по сечению деталей, например прн стыковой сварке ! Ф рот влением (рис. 9). При сварке оплавлением энергия в основном выделяется на контактных сопротивлениях — перемычках жидкого металла. Определенную роль в тепловыделении могут играть источники теплоты, связанные с эффектом Пельтье, который проявляется в выделении или поглощении теплоты в контакте двух разнородных металлов (электрод — деталь) ил — и и на грац вердои и жидкои фаз (ядра и твердого металла), В частности, если направление тока таково, что через контакт переносятся электроны из металла, в котором их энергия относительно больше, то температура в этом контакте повышается.
Количество теплоты пропорционально сварочному току, времени нагрева и зависит от свойств свариваемого и электродного металлов (8). Однако доля этой теплоты в общем балансе энергии обычно не превышает 5 — 10%. Роль собственных сопротивлений как источников тепла возрастает при больших гсв, большой длительности протекания тока, сварке металлов с большим сопротивлением и т. д. В зависимости от времени нагрева (длительности импульса) условно различают жесткие и мягние режимы. Жесткие режимы характеризуются мощными импульсами тока малой продолжительности (обычно <0,1 с при то- 1в = салаг=т00% чечной сварке толщин 1 — 4 мм) при 40 гб относительно небольших деформа- 00% Ю ба 00 т00% цняХ И СущЕСтВЕННОй РОЛИ КОНтаКт- Ч т00% вб ных сопротивлений. Температурное 00 Я т поле определяется при этом в основ- ~~ ~я 2т ном тепловыделением (распределе- 00 40 нием плотности тока).
Мягкие ре- 20 жимы отличаются значительной т0 длительностью протекания тока в условиях интенсивного тепло- б% обмена в самих деталях и между ге =саоег=0% деталями и электродами. В этих Ьл условиях значительное развитие получают процессы пластической деформации металла. .Б"-Х Тепловыделение в объеме меl св галла определяется электрическим полем, которое описывается полями напряжений и плотностей тока (8). лГ-~$" Для контактной сварки в общем — — — —,lсл случае характерно неравномерное электрическое поле, что объясняется действием следующих факторов: ил геометрического фактора, связанного с геометрией соединения б) и схемой токоподвода, с огРани- Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
