Джерела теплоти при точковому, шовному та рельєфному зварюванні

Нагрівання та плавлення металу відбуваються за рахунок виділення теплоти на електричних опорах при проходженні через них електричного струму. Повна кількість теплоти, що генерується між електродами за час зварювання (tзв), визначається законом Джоуля-Ленца

 

 

Рис. Електричний опір зони зварювання:а - розподіл опорів, б - еквівалентна електрична схема

 

Умовний, змінний в процесі зварювання діаметр контакту (електрод-деталь і деталь-деталь) дорівнює діаметру робочої поверхні. Для електродів з ідеальною сферичною поверхнею діаметр контакту значно змінюється в процесі зварювання, наприклад, в 1,5... 2 рази з моменту включення до моменту вимикання струму. Однак при виконанні великого числа точок на робочій поверхні цих електродів утворюється плоска поверхня. Таким чином, незважаючи на відмінність первісної форми вказаних типів електродів, спостерігається тенденція до утворення найбільш стійкою конфігурації робочої поверхні, що відрізняється наявністю плоскої площадки на робочій частині з плавним переходом до зовнішньої циліндричної частини електрода.Суму опорів часто називають загальним контактним опором і передставляють у вигляді

2r_ед+r_дд=r_к

.Для аналізу ролі в процесі нагрівання контактних і власних опорів зручно представити рівняння (1) в наступному вигляді: (3)

Всю сукупність факторів не можна врахувати розрахунковим шляхом, тому в багатьох випадках вдаються до експериментальним даних і спрощених наближених розрахунків.Зазвичай складові електричних опорів (2) розглядають в умовах холодного (до включення зварювального струму) і гарячого (при протіканні зварювального струму) станів контакту. Холодний контакт мало характерний для зварювання. Тому велику увагу приділяють гарячого контакту (на стадії нагріву) і особливо кінцевому значенню його опору, який при заданих умовах зварювання зазвичай стабілізується і визначається в основному власним опором деталей. В кінці циклу нагрівання при високих значеннях тисків (250... 600 МПа) і температур роль контактних опорів стає незначною.

 

Особливості процесу точкового й шовного зварювання і раціональна діаграма точкового зварювання

Точкове і шовне зварювання має, ряд особливостей: надійну герметизацію і захист від атмосферних газів, що практично виключає окислення або випаровування легуючих елементів: високий тиск в зоні зварювання на всіх стадіях процесу і можливість його зміни за цикл, що дозволяють пригнічувати газову пористість, а також ефективно управляти значенням і знаком залишкових напружень; інтенсивне перемішування металу, що сприяє руйнуванню і перемішування тонких поверхневих оксидів; складність, але можливість легування металу ядра; короткочасність нагріву і мінімальну протяжність зони термічного впливу; високу концентрацію напружень на периферійних ділянках точок; можливість попереднього і повторного нагріву всередині циклу зварювання, регулювання швидкості нагріву і охолодження; повну автоматизацію циклу зварювання.

Ці та деякі інші особливості відкривають широкі можливості програмування процесів нагріву, і деформування. З'являється можливість ефективно управляти якістю з'єднань і забезпечувати умови для попередження дефектів.У світлі викладеного найбільш раціональна циклограма зміни зусилля і струму, характерна для точкової і частково шовного зварювання, наведена на рис. Циклограма зусилля має три частини I, II, III - приблизні границі стадій формування з'єднання.

 

Раціональна циклограма точкового зварювання

На I стадії попереднє обтиснення Fобт служить для усунення зазорів, між деталями, попередження зовнішніх і внутрішніх виплесків, витіснення пластичних прошарків грунту, клею. Монотонне наростання Fзв на II стадії дозволяє підтримувати постійність тиску між деталями, незважаючи на зростання площі контактів і діаметра рідкого ядра. На III стадії можна виділити дві ділянки а і б: на невеликій першій ділянці Fзв стале (звичайно протягом 0,02... 0,1 с) для деякого охолодження зовнішніх шарів металу деталей і попередження глибоких вм'ятин при проковуванні, на другій - прикладають і підтримують довгостроково кувальне зусилля Fк для зниження розтягуючих напруг, зменшення викривлення вузлів, попередження гарячих тріщин і раковин.

Циклограма струму також має три частини у відповідності зі стадіями процесу: струм підігріву, зростаючий струм зварювання і спадаючий струм підігріву для уповільнення охолодження. Швидкість наростання і спаду струмів, а також їх тривалість повинні бути певними, так як вони зумовлюють швидкість нагрівання й охолодження металу.