Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Экспериментально получены следующие ления в контакте значения коэффициента к: 2,6 — 3,0 в сталь 10; 2,0 — 2,3 — сталь 45; 0,07 — 0 08— сталь 12Х18Н9Т; 0,34 — 0,36 — алюминий' 0 14 — 0,15 — . Б' ниям соответствуют меньшие значения Й. — — медь. ольшим авлерке оплавлением в процессе нагрева При стыиовой сва ленного металла (т не ходимо обеспечить получение на торцах свариваемых деталей л пленки расплавшовной зоне, кота ое ало бы в а (толщинои 0,1 — 0,5 мм) и такое распределение температ ур в околор д озможность деформировать металл при осадив на — мм) и удалить расплав и окислы из стыка.
Нагрев происходит в основном за счет выделения теплоты на контактах или перемычках жидкого металла. При сближении деталей под напряжением и малом давлении между твердыми или жидкими поиерхностями образуется электрический контакт. Нагрев контакта проходящим током вызывает появление между торцами перемычек из жидкого металла, которые непрерывно разрушаются. Длительность существования отдельных контактов 0,001 — 0,005 с. На жидную перемычиу (рис. 15,а), помимо сил поверхностного натяжения а, действуют электромагнитные силы Р,. Осевая составляющая Рр этих сил вызывает стягивание перемычки, увеличение плотности тока и скорости нагрева, Ее определяют по формуле Р— 1,02 10 лЕз!п —, и где Пи и йи — соответственно диаметры основания и середины перемычки.
При взаимодействии тана в перемычке с магнитным полем сварочного контура возникают доголнительные элентромагнитные силы Р„(рис. 15,б), пропорциональ- Граиицы ямы расала,уладил' ал' Рис. !5, Силы, действУющие на ю) У) перемычки при сварке оплавлением ные квадрату силы тока и связанные с коэффициентом самоиндукции сварочной цепи, стремящиеся переместить перемычку в зазоре и вытолинуть ее за пределы контура. При наличии между торцами нескольких перемычек существуют также электромагнитные силы Р, (рис. 15,в), вызывающие сближение и объединение этих перемычек.
Интенсивный нагрев и действие электродинамичесних сил приводят и возникновению больших градиентов температур и давлений по сечению п р м еремычки. При достаточно большой плотности тока (например, около 3000 А/ммз при оплавлении низкоуглеродистой стали) металл в центре перемычки исп ряется а и происходит ее взрывообразное разрушение. Большая часть металла под действием силы Р„выбрасыиается в сторону, противоположную сварочному контуру. Давление па ов в момент взрыва достигает сотен атмосфер, а температура 6000 — 00'С.
Оо 8000 При взрыве контакта и размыиании торцов деталей энергия, запасенная в магнитном поле контура сварочной машины, способствует образованию перенапряжения и возникновению кратковременного дугового разряда, который может дополнительно нагревать металл. Возникновение следующей перемычки шунтирует дугу и она гаснет. Роль дугового разряда повышается при малой длительности существования перемычек, неболыпой работе выхода электронов и большой индуктивности контура. Например, при оплавлении алюминиевых сплавов до 50%тепловой эне! гии приходится на долю дуговых разрядов. Роль этих разрядов снижается при сварке больших сечений, так наи в этом случае увеличивается количество 30[ 300 Нагрев еееталла Контактная сварка одновременно существующих контактов, время их существования и снижается вероятность полного размыкания цепи [8[.
Процесс образования и разрушения контактов-перемычек носит случайный характер и сопровождается характерными пульсациями силы тока и напряже ия [, [, которые в основном происходят в средней части полуволны. Амплитуда н и цикличность импульсов тока при использовании источника постоянного нап яжения Р ельефе ж ия меньше, что свидетельствует о меньшем размере перемычек и более ров м р но р ьефе поверхностей.
Поэтому сварка на постоянном токе рекомендуется для небольших сечений. У словие непрерывного оплавления состоит в соответствии мгновенных скоростей сближения и оплавления деталей. В частности, скорость оплавления В 4 В ев У ггвв (4) чу где Х вЂ” коэффициент теплопровод~сся =Еея «'4СС г,хФ ности; с — теплоемкость; с/Т/Ы— я дгысе е градиент температур у торца (для ~еооя=4™Ф стали 2000 — 5000'С/см); у — плоте св ность; Т,„, — средняя температура выбрасываемого при оплавлении металла (для стали То„, = 2000"С); 4ВВ ад Т, — температура торцов (в начале непрерывного оплавления — комнатная температура, к концу его— Т, Т„,); ш, — скрытая теплота плавления металла.
д 4 Ю кееес По мере оплавления, как это Расстояииеот стыкао следует из формулы (4), оопк увеа) о) личивается. рис. [5 Распределение температуры по Устойчивое оплавление воздлине деталей при оплавлении стальных можно лишь при саморегулировапластин (состояние, близкое к квазиста- нии процесса, когда увеличению ционарному): а — оплавление с постоян- проводимости контакта соответной скоростью; б — оплавление с различ- ствует возРастание полезной мощными ускоре иями ь (по параболиче- ности, Развиваемой сваРочной маскому закону) шиной.
Для обеспечения устойчивого оплавления необходимо применять машины с низким сопротивлением короткого замыкания и в особенности его активной составляющей [5, 8[. П ри разрушении перемычек на торцах образуются кратеры, заполненные жидким металлом. Глубина их может достигать от 0 1 — 0 2 мм до несколь миллиме нескольких и иметров (большие сечения). С увеличением размеров перемычек макрорельеф поверхности ухудшается.
В результате разрушения перемычек поверхность деталей многократно обновляется, По мере оплавления средняя температура торцов растет и на них постепенно образуется слой расплавленного металла, толщина 01 — 03 которого к концу процесса при сварке деталей небольших сечений составляет — мм. Формирование расплавленного слоя облегчается с уменьшением скорости сближения деталей и уменьшением градиента температур на торцах. На характер температурного поля в деталях оказывают влияние скорость оплавления, ускорение (рис. !6), напряжение холостого хода трансформатора (() „) и связанная с ним плотность тока.
П и ри увеличении скорости нагрева и ускорения возрастаетградиенттемператур и сужается зона нагрева. Однако уменьшение скорости оплавления ниже определенного критического значения приводит к снижению средней температуры тор- сопл Чт > Чопк где д „, — тепловая мощност, ость выделяемая на контактном сопротивлении, равная сеТ Ч =Ч' л+~опл= опл Т~ ( оп~ 1)+ 01+ е[к ' ~/опд е/опл Где д~~ — мощность, р ость расходуемая на нагрев металла от Тт [см.
формулу (4)[ до Т; д" — мощность, расходуема — хо уемая на теплопередачу в оплавляемые'детали. ОПЛ' ОПЛ В свою очередь, Ч „ =е/опл "~„~су Т где оо суТ, — количество теплоты, унге имеющееся в нагретых деталях и удаля"оплсу 1— емое из них с выплавляемым металлом. ов и степени нагрева самих деталей. При сварке углеродистой стали наибольшее цов и количество тепла передается в детали при средних значениях о„„,— = 0,2 —: 0,3 ммlс, р оплавлении глюьиниевых сплавов — при о,„, = 3 —:5 мм/с. Кр /с. К итическая л .
П и сва ке скорос ость оплавления уменьшается при увеличении сечения деталей. Р р л б ен) металлов с с большой температуропроводностью (медь, алюминий, молибде ) п иво ит к повы- дета и етали прогреваются на значительную глубину. Уменьшение () „прив д шению температуры торцов. Это объясняется тем, что в указанных условиях сокра- щается интейсивность разрушения контактов — перемычек, растет длительность существования и больше расплавленного металла остается на торцах. Однако их сущ низкие напряжения характерны неустойчивостью оплавления, чт о вызывает нео ходи б димость использования специальных программаторов скорости [8[. П и сва ке деталей крупных сечений весьма эффективно примен ение игни- тронн ронных регуляторов напряжения. При этом наличие пауз в протекании тока уве- .
В пе иоды т лительность существования контактов и прогрев деталей. р неустойчивого оплавления для предотвращения короткого замыкания ц епи имеется возможность кратковременного повышения напряжения. Одним из способов расширения зоны нагрева является импульсное оплавле- ние, при котором на о н с овное поступательное движение подвижного зажима накла- дываются дополните л ительные колебания, что вызывает периодическое уменьшение зазора и мех и механическое разрушение контактов [6[. Такои характер р ру контактов, когда они существуют в твердой фазе, приводит к значитель о у у н м мень- шению объема металла выплавляемого при взрыве контактов, повышает интенсив\ ность нагрева и устойчивость оплавления.
Для обеспечения более глубокого прогрева деталей иногда используют предодогрев который облегчает возбуждение оплавления и снижает варительный подогрев, г еве от ель- нео ходимую д б ля этого процесса мощность. Ток подается при подо р д ными импульсами длительностью 0,5 — 4,0 с, чередующимися п у р с па замп п иблизи" же длительности. По аналогии со сваркой сопротивлением подогрев тельно такои же дли авномерность нагрева по сечению детали, однако пауз жду у вызывает нер р е ат .
С величением усилия сами способствуют уменьшению градиентов температур. у нагрев становится олее рави б омерным но при этом резко возрастает потребляемая Э при подогреве мощность, так так как основная доля теплоты выделяется на собственб по ог ев ном сопротивлении деталей. В ряде случае, например при сварке тру , подогрев осуществляют с помощью кольцевых индукторов. П лавлении также возможно появление значительных градиентов темпери оплав ратур по сечению, что св вязано с направленным перемещением металла в з ор б нсивным оплавлением детали у внешней (по отношению к контуру) кромки. Односторонний подвод тока и увеличение его частоты р повышают не авно- мерность нагрева сечения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
