Контактная сварка

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ...

комбинация только трех переменных: силы тока, времени его действия и программы приложения давления — создает неисчерпаемые режимные варианты. И это не считая операций подготовки деталей под сварку. В современных условиях производства измерять можно только время действия тока. Современные стыковые машины не комплектуются измерителями силы сварочного тока и величины осадочных давлений. Эти сведения о машинах технологи получают из паспортных данных завода-изготовителя. Таким образом, расчеты сварочных токов производятся в редких случаях: только тогда, когда проектируется новая технология и для ее обеспечения по каталогам нужно выбирать подходящие модели стыковых машин. В современных научных публикациях можно найти весьма сложные расчетные формулы для определения температурных полей в свариваемых деталях. Расчеты такого рода, однако, технологи никогда не проделывают. Это объясняется тем, что достоверность подобных расчетов недостаточна. Нормальный
...
спользование ЭВМ оказывается оправданным только в очень редких случаях. Во всех остальных случаях технологи обходятся или простейшими расчетами, или экспериментом. Но расчетные ориентации полезны тем, что они (если только не слишком загромождены неявно видимыми связями) помогают более глубоко воспринимать взаимозависимости хотя бы основных переменных. Такими свойствами в наибольшей мере обладают критериальные методы расчета.
...
В основу таких расчетов закладывается какой-либо отлично проверенный опыт. Для него определяются необходимые критериальные числа. По этим числам, руководствуясь правилами подобия, находят значения новых переменных для новых, пока не освоенных деталей. В общем виде критерий технологического подобия К был представлен формулой (1.47)
...
В этих формулах несколько переменных. Главные из них — энергия и время ее действия, т. е. время протекания сварочного тока. Справочная литература изобилует различными эмпирическими формулами, которые подсказывают, какое время включения тока следует выбирать для заданных размеров стержней из разных 126
...
металлов. Рекомендации такого рода, разумеется, весьма приближенны. При электрическом, да еще и контактном нагреве любых металлов при разных размерах деталей время включения тока — параметр трудно определимый. Для стыковой сварки в зависимости от целого ряда технологических соображений используют настолько разные мощности, что время включения тока в отдельных случаях будет составлять миллисекунды, а в других — десятки секунд. Рассмотрим причины такого отличия с помощью эксперимента и конкретных расчетных примеров.
...
Еще в довоенные годы на заводе «Электрик» проводились многочисленные эксперименты по стыковой -сварке методом сопротивления стержней разных размеров из разных металлов. Были установлены характерные зависимости необходимого времени включения сварочного тока от его плотности для условий равно-прочности сварных соединений. На основе опытов такого рода еще в 1950-х годах была предложена эмпирическая формула
...
И сама формула, и ее коэффициенты получили распространение в руководствах по контактной сварке. Действительно, если иметь в виду самое элементарное соответствие между выделяемой током теплотой и теплотой,' необходимой для получения сварной точки, то
...
— 2pep//S, где I — установочная длина, а рор — среднее значение удельного сопротивления металла (для стали примем рср =
...
В условиях производственной практики для стержней малых диаметров» какие свариваются методом сопротивления, режимы сварки обычно не рассчитывают, а подбирают опытным путем. Каталожные данные стыковых машин малых мощностей всегда достаточны для правильного и рационального выбора этих машин.
...
При сварке же деталей больших сечений, когда приходится ориентироваться на процесс оплавления, без расчетов обходиться трудно. Процесс оплавления вообще совершенно особенный. Его иногда называют взрывоискровым, а иногда и взрыводуговым. Физическая сущность оплавления привлекала к себе внимание большого числа теоретиков и экспериментаторов. Капитальные исследования процесса оплавления проводились и проводятся до сих пор в Институте электросварки имени Е. О. Патона под руководством академиков УССР В. К- Лебедева и С. И. Кучук-Яценко. Книга этих авторов [9 ] содержит огромный теоретический и экспериментальный материал по стыковой сварке оплавлением.
...
Большой экспериментальный материал по этому же процессу представлен в книге Н. С. Кабанова и Э. III. Слепака 15]. Достаточно ознакомиться с содержанием этих двух книг и можно сделать вывод о существенно большем числе переменных процессов оплавления по сравнению со сваркой методом сопротивления. Мало того, такое определенное понятие, как, например, плотность сварочного тока, для оплавления имеет условный характер. Сам ток определяется интенсивностью оплавления, т. е. частотой отдельных или групповых взрывов перемычек. Отсюда и зависимость скорости оплавления от плотности тока. Если процесс нагрева металла методом сопротивления может происходить при любом вторичном напряжении, то совершенно другая картина наблюдается при сварке оплавлением. Обычно процесс устойчив при некоторых минимальных напряжениях, но существуют и максимальные пределы для напряжения, за которыми взрывоискровой процесс может прямо перейти в непрерывно-дуговой. Устойчивость процесса оплавления определяется не только напряжением холостого хода, но и параметрами сварочного контура, которые и создают ту или иную форму внешней характеристики стыковых машин. Таким образом, и плотности токов, и скорости оплавления связываются с чисто электрическими параметрами источников питания. Недавно Институт электросварки им. Е. О. Патона в процесс оплавления ввел еще одну новую переменную: вращение одной из оплавляемых деталей. Это, по-видимому, откроет совершенно новые возможности как ведения самого процесса оплавления, так и его окончания посредством осадки одновременно и осевой, и поворотной. Все перечисленные сложности расчетных оценок основных переменных процесса оплавления все же позволяют сделать и некоторые общие выводы, основываясь на критериальной формуле (3.13).
...
пригодные для любого ассортимента свариваемых деталей. Трансформаторы машин, с их конструкцией вторичного контура и железных масс, замеряли в стабильных формах и размерах. Никто и не помышлял о том, что, например, для стыковых машин могли быть созданы вторичные контуры с полным сопротивлением короткого замыкания менее 150 мкОм. Но вот созданы новые типы сварочных трансформаторов кольцевого типа, полное сопротивление которых оказалось сниженным до 15 мкОм, т. е. в десять раз против нормально принятых броневых конструкций [9, 15]. Эффект резкого снижения полного сопротивления всего сварочного контура определяется тем, что вторичная обмотка состоит из нескольких, например десятка отдельных витков, насаженных на общий кольцевой сердечник. Расстояние между витками таково, чтобы магнитные поля каждого витка не сливались в общий поток. Тогда все витки работают как отдельные самостоятельные трансформаторы, токи которых суммируются на общую для них нагрузку. Малые сопротивления сварочных контуров позволили подводить к оплавляемым торцам огромные мощности при тех же самых вторичных напряжениях 5—-8 В.
...
Кольцевые трансформаторы ИЭС имени Е. О. Патона позволили создать уникальные машины для стыковой сварки магистральных труб диаметром 1420 мм с толщиной стенок до 22 мм.
...
Рассмотрим основные расчетные и экспериментальные показатели по режимам сварки таких уникальных объектов. Прежде всего найдем общие для всех случаев очевидные равенства:
...
В этом равенстве переходное сопротивление от зажимных губок к свариваемым деталям (в том числе и трубам) не учитывается 132
...
Напишем уравнение внешней характеристики контактного трансформатора. Здесь и далее, поскольку речь идет о процессах оплавления напряжение на свариваемых деталях, т. е. на нагрузке, будем обозначать Uoni
...
Относительно стыковых машин обычно бывают известны характеристики по ступеням включения и, следовательно, значения з» ZK.
...
Для того чтобы убедиться в некоторой затруднительности и непроизводительности выбора, покажем современные пределы основных параметров режима сварки непрерывным оплавлением (численные значения относятся к установившемуся интенсивному конечному периоду оплавления): v
...
Таким образом, для развитых сечений характерны высокие скорости оплавления, но соответственно и большие плотности тока. Поскольку напряжение Uon
...
Проверим, насколько формулы (3.24) и (3.25) дают ошибки при сравнении показателей внешней характеристики с опытными измерениями. Напряжение на оплавляемых концах
...
т. е. оно почти не отличается от показателя внешней характеристики. Следовательно, формула (3.25) для вычисления Roa
...
Рис. 3.11. Номограмма зависимости скорости оплавления от плотности тока оплавления при разных напряжениях на оплавляемых деталях компактного и развитого сечения
...
Применяя для сварки полос специализированную стыковую машину типа МС-1601 завода «Электрик», по ее паспортным данным зададимся максимальной возможной скоростью оплавления: v
...
Рис. 3.10. Внешние характеристики и мощности вторичной цепи трансформатора типа МС-1601
...
После того как получены все электрические параметры оплавления, необходимо произвести тепловой расчет. Он должен убедить технолога, что рассчитанный режим обеспечит нагрев деталей, достаточный для выбранного осадочного давления.
...
Осадка — сжатие нагретых деталей — является главной операцией, обеспечивающей качество сварного соединения. Достаточность осадочной деформации можно определять, в известной мере, по внешнему виду сваренного стыка. Для любых деталей на некотором расстоянии от плоскости контакта деформация будет нулевой, обозначим ее как хоп.
...
где от0 — предел текучести холодного металла; Год — температура в зоне нулевой деформации в момент осадки; Тпл
...
Многолетний опыт показал, что первым (но не единственным!) признаком достаточности осадочного давления для деталей, сваренных оплавлением, является получение на готовых деталях такой формы стыка, чтобы получалось:
...
Рис. 3.13. Рекомендуемые современной практикой припуски иа оплавление в зависимости от формы сечения свариваемых деталей и площади сечения; область А
...
Рис. 3.12. Модель деформации нагретой детали ори ее осадке
...
Рассмотрим теперь случай сварки деталей той же самой площади сечения (S — 1200 мм2), но компактной формы с размерами 30X40 мм. В области компактных сечений номограмма, приведенная на рис. 3.11, даст следующую ориентировку: t0B = 400 А/см2; с — 0,15 см/с; 0оа
...
В современном производстве значимость технологических расчетов особенно высока, когда проектируются и создаются гибкие автоматизированные производства (ГАП). Для них оказываются необходимыми не универсальные машины с их большим запасом регулирования (иногда 16 ступеней) и неиспользуемым запасом активных материалов в трансформаторах. Для ГАП должны созда
...
Рис. 3.14. Осциллограмма сварочного тока и температуры в свариваемом контакте при стыковой сварке стальных стержней методом сопротивления
...
ваться (и создаются уже) четко специализированные машины, у которых и электрическая, и механическая системы должны рассчитываться без
...
неоправданных запасов электрических и механических мощностей. Вернемся еще раз к вопросу особой роли механической энергии в процессах стыковой сварки. К сожалению, до сих пор этому технологическому параметру в технологических документах и проектных материалах не уделяется того внимания, какого заслуживает механическая энергия в качестве осадочного давления. Все существующие технологические инструкции на предприятиях и в литературных источниках дают рекомендации осадочных давлений без учета скорости их приложения. Изучая осциллограммы стыковой сварки стальных стержней при осадочных давлениях приблизительно в 30 и 80 МПа, обратим внимание не только на различную скорость осадки, но самое существенное — на осциллограмму температуры, которая измерялась в плоскости контакта. Оказалось (рис. 3.14), что при малых давлениях и при сравнительно медленной осадке с момента выключения тока (рис. 3.14, точка 1)
...
Современные стыковые контактные машины неспособны обеспечивать скорости осадки больше 3-—-4 см/с. Большие ударные скорости осадки получаются только при сварке на микросварочных конденсаторных ударных машинах. Для стыковых машин больших мощностей вполне рациональными окажутся сдвиго-поворотные деформации, но машин такого рода пока не существует. Нет сомнения в том, что такие машины появятся, когда некоторые сплавы потребуют от технологов минимально возможных объемов нагретого металла вокруг плоскости свариваемого контакта. 140
...
Рис. 3.14. Осциллограмма сварочного тока и температуры в свариваемом контакте при стыковой сварке стальных стержней методом сопротивления
...
1. Сварка давлением может осуществляться при любых сочетаниях и комбинациях энергии тепловой и механической. Суммарная энергия по плоскости свариваемого контакта может регулироваться от энергии плавления до энергии связи.
...
2. Самым существенным является то, что оба вида энергии при ом должны дозироваться динамически, с различными регулируемыми скоростями ввода энергии и прекращения ее действия в необходимый момент.
...
3. Наименьшей инерционностью воздействия на контактную плоскость обладает механическая энергия. В связи с этим следует обратить особое внимание технологов на широчайшие возможности программирования этой энергии.
...
4. Все существующие литературные рекомендации по использованию статических или медленно действующих осадочных давлений следует рассматривать только как ориентиры частных и далеко не всегда оптимальных режимов сварки.
...
5. Каждый новый технический эффект, качественный или количественный, достигается только с помощью новых технических средств, т. е. введением в старую технологию новой переменной. Механическая энергия с ее неограниченными возможностями программирования и есть эта новая переменная. К этой переменной и должно быть обращено внимание технологов сварки и проектировщиков контактных машин.
...
Технологическим циклом электрической контактной стыковой сварки следует, вероятно, называть сумму однообразно повторяющихся операций, в результате свершения которых получаем стыковое сварное соединение заданного качества.
...
Первой и основной операцией, таким образом, является нагрев. Этот процесс весьма разнообразен. Если речь идет о сварке методом сопротивления, то он может быть непрерывным (рис. 3.15, а)
...
Для круглых стержней большего диаметра рационально использовать или прерывистый, или комбинированный подогрев. Операция подогрева вообще может одновременно решать три задачи: 1) создать равномерный нагрев по всей плоскости контакта; 2) обеспечить относительно малую скорость подъема темпе-туры для высоколегированных сталей, не выносящих слишком быстрого нагрева; 3) подготовить к окончательному сварочному
...
Для компактных сечений операция подогрева почти всегда предшествует процессу оплавления. Чаще всего, однако, после аждого импульса подогрева контакт разрывают, а затем детали вновь объединяют для следующего импульса подогрева. Такой прерывистый подогрев используют для сварки больших компактных сечений, например, стержней железобетонной арматуры. При использовании заготовок такого рода никогда не заботятся о форме свариваемых концов. После грубой механической обрубки, а также газовой или дуговой резки они принимают самую произвольную форму.
...
Прерывистый подогрев с разрывами контакта обеспечивает выравнивание всех неровностей концов. После многократных такого рода замыканий и размыканий под током детали не только создают плоский контакт, но и должным образом подогреваются до температуры Тт
...
Подготовительные операции подогрева можно рассматривать и с помощью все той же критериальной формулы (3.5), и формулы (3.13). Согласно ранее данным разъяснениям, числитель в критерии К [см. формулу (3.5)] —это энергия, которую мы вводим в металл. Знаменатель —■ это тепловая энергия, отводимая теплопроводностью в глубину стержней. При прерывистом подогреве перед оплавлением обычно ведут нагрев при том же вторичном напряжении, от которого оплавление будет возбуждено после подогрева. Следовательно, процесс все время идет на одной и той же внешней характеристике. Такой именно случай и рассмотрим как типовой. На рис. 3.16 представлены две кривые: непрерывного нагрева стержней (Н)
...
Рис. 3.18. Температурные кривые нагрева стержней методом сопротивления
...
При выполнении операций подогрева для сварки больших се= чений иногда приходится обеспечивать от нескольких включений до десятков. Допустим, для примера, что число 6=1,
...
Для сварных соединений из сталей, не терпящих существования в зоне контакта любых резко контрастных структур, после сварки осуществляют термическую обработку. Для инструментальных заготовок операции подогрева и операции после сварочной термообработки осуществляют в термических печах по программам, хорошо известным из заводских технологических инструкций. Такого рода «печная» технология бывает необходима по двум причинам. Первая это необходимость обеспечения точного рецепта температурных режимов во времени. Такой нагрев в стыковой машине обеспечить невозможно не только по величине температуры, но и по времени выдержки деталей при заданной температуре. Вторая причина: механически точно обработанные стальные заготовки нельзя подвергать грубому процессу выплавления металла методом прерывистого нагрева, особенно посредством размыканий контакта.
...
рис. 3.17. Здесь источники энергии представлены в виде резервуаров, из которых технологом в зону сварки может быть введена любая энергия, по какой угодно программе. Количество и скорость ввода энергии регулируются некоторыми вентилями. Для схемы, приведенной на рис. 3.17, приняты такие обозначения:
...
Рассмотрим стыковой контакт (см. рис. 3.12), на который действует осадочная сила Рос. Она вносит энергию Еос = P0Ji0c,
...
указанных различий по давлениям. Но при современных относительно малых скоростях действия собственно осевой силы Рое температурный эффект от этого будет получаться ничтожно малым. Следует вспомнить и еще одну формулу:
...
Какая же из этих двух формул [(3.40) или (3.41) ] более достоверна? И могут ли они вообще определять одно и то же число Одинаковые числа они давать не должны не только потому, что может быть некоторая неполная согласованность физических ко -стант: г) и Кус.
...
Сравним формулы (3.40) и (3.41) посредством численных расчетов. Для этой цели используем опытные данные ВНИИЭСО для конкретных условий холодной сварки. Надо сказать, что из всех способов сварки давлением процесс холодной сварки до сих пор оказывается теоретически наиболее загадочным. Тем не менее физическая картина сваривания будет как-то связана с расчетным числом. Сваривались медная и алюминиевая проволока диаметром 3,5 мм. Длина выступающих из зажимных губок концов устанавливалась, в зависимости от диаметра, в определенных соотношениях lid.
...
Если эти температурные расчеты дали в какой-то мере даже завышенные значения температур, то возникает недоумение: как же может происходить не только схватывание, но и сваривание проволок при таких в общем-то низких температурах? Видимо, здесь надо исходить из следующих физических представлений.
...
1. Каждый акт сваривания как явление формирования непрерывной кристаллической структуры по плоскости контактирования происходит со скоростью звука. Для расстояний, сравнимых с размерами атомов и кристаллов это время составляет Ю-13 с.
...
2. Каждый процесс сварки давлением завершается эффектом атомно-кристаллического сдвига по плоскости контакта. На этот сдвиг тратится или вся, или частично осадочная энергия. Атомно-
...
VЯте, Дж/см2-с|/2-вС ц, Дж.с/см3
...
На основе этих выводов можно представить себе сущность холодной сварки в виде физической схемы, излагаемой следующим образом. Как было показано расчетами, осадка в макрообъеме создает недостаточный нагрев. Оценим количественно температуру, достигаемую при плоскостном сдвиге [см. формулу (3.44)]. Из нее получаем равенство
...
Как видно, число 12 — это значение критерия Ксдв Для энергии сдвига, если температура эффекта сдвига равна точке плавления 6ИП. Принимаем следующие физические константы:
...
Те же формулы (3.44) и (3.46), имея в своем составе скорость звука, для трения должны давать значительно меньшие значения. Это следует из формулы (3.45), в которой модуль сдвига G
...
где ртр — энергия в контакте, вызываемая трением; <2ср — средний размер диаметра свариваемой детали; п
...
Завершающая осадочная операция в зоне свариваемого контакта обеспечивает подъем температуры в результате межзерен-ного радиального сдвига, который может быть учтен формулой
...
Относительная деформация е при сварке трением для разных металлов и различных осадочных давлений получается в пределах 0,5—0,7, редко достигая 0,8. Этот размер можно приближенно определить по формуле (3,31)
...
Как видно, действовавшее осадочное давление и расчетное совпадают. Теперь можно определить, какой температурный вклад в микрообъеме создает сдвиг, завершающий сварку,
...
Вклад сравнительно небольшой. Он, суммируясь с температурой 7\j.p, дает общую температуру в плоскости контакта 1112 + + 86 = 1198 °С. Действовавшее при сварке давление р
...
Можно проделать аналогичные расчеты и для дюралюминия. Для стержней диаметром 2 см опытные данные таковы: t?p
...
Такая мгновенная температурная добавка в момент осадки вполне объясняет задержку охлаждения сваренного контакта, что было показано на рис. 3.14. Ускорение осадки можно получить только увеличением осадочного давления.
...
Осевое сжатие может быть заменено поворотной деформацией, которая в некоторых случаях может оказаться рациональной, обеспечивая после процесса оплавления устранение непроваров и не-сплошностей. Если, для примера, те же стальные стержни диаметром 2
...
Неоднократно возникал вопрос о возможностях холодной сварки стальных деталей. При таком же времени осадки в 1 с, как это характерно для холодной сварки алюминия и меди, сталь сваривать весьма затруднительно. Следует учесть, что динамическая вязкость, равная 1836, рассчитана для чистого железа. Для сталей это число должно быть, вероятно, большим, в такой же пропорции, как больше оказывается предел текучести стали по сравнению с этой же величиной для армко-железа. Практически динамическая вязкость перейдет за 2500. Встает вопрос, какими же должны быть все зажимные и осадочные механизмы, чтобы выдерживать секундные удары давлением, выше 2500.
...
1. Все физические, электрические и механические константы для металла получены в экспериментах с печным нагревом и мед= ленным изменением действующих механических сил. Использо-152
...
Обе эти ошибки приводят к тому, что в быстропротекающих или даже ударных сварочных процессах ведутся расчеты с пределами текучести, которые давным давно добыты статическими растяжениями. Мало того, почти все процессы сварки идут с использованием электрических токов, как угодно циркулирующих по свариваемым деталям и непредвиденно создающих концентрированную в отдельных микрозонах электромагнитную и тепло вую активацию. К сожалению, почти никогда не учитывается наличие электрических процессов в металле и в тех сварочных операциях, которые непосредственно идут под действием только механической энергии. Рассматривая, например, чисто механическое понятие релаксации, определяем его как процесс перехода металла из одного структурно установившегося состояния в другое, тоже стабилизированное. Длительность этого процесса, или, как говорят, время релаксации, определяется так:
...
Стоит еще раз обратить внимание на выражение (3.38). Если его относить так же, как это характерно для определения (3.50), к относительному удлинению е = 1, то
...
Но возвращаясь снова к холодной сварке и ее конечному эф фекту плоскостного межкристаллического сдвига, нужно признать, что этот сдвиг ввиду его кратковременности происходит как бы в слое твердого металла, мгновенно переходящего в состояние расплава и тут же снова превращающегося в твердое состояние. И все-таки факторы времени в этих процессах какие-то особенные. Стабилизация электронных плотностей длится в течение не долей секунд, а минут. И здесь снова приходится сталкиваться с несовместимостью явлений в металле в микро- и макрообъемах. Понятие модуля сдвига к электронным конфигурациям неприло-жимо, так же как неприложима к ним и динамическая вязкость.
...
Температура — это мера энергии массы движущихся частиц. Однако и частицы, т. е. атомы и свободные электроны, весьма различны не только по массам, но и по самой их природе и по их физическим свойствам. Не выходя за рамки макроскопических объемов, мы вправе оперировать с величинами модуля сдвига. Динамическая вязкость действительна для металла от кристаллов до любых макроскопических размеров. Эта физико-механическая характеристика более универсальна, чем модуль сдвига. Можно еще раз обратить внимание на подобие этих характеристик металла. Формулы (3.50) и (3.51) говорят о том, что граница хрупкого разрушения и вязкого течения металла определяется сдвиговой энергией, создаваемой сдвигом рСДв>
...
Если известные опытные значения модуля сдвига для холодного металла считать достоверными, например, для процесса сварки взрывом, то получаются значения ударной энергии сдвига, при которых пластическое (вязкожидкостное) течение металла переходит в хрупкое разрушение. Согласно (3.52), эти значения таковы: для алюминия 13 500, для меди 22 ООО, для железа 42 ООО Дж/см3. Большие энергии уже могут вызывать хрупкое поведение твердого металла, так как время действия ударного сдвига меньше времени релаксации.
...
Все эти соображения, согласно приведенным выше соотношениям, действительны только для холодного металла. Если, однако, обратить внимание на то, что в зависимости от температуры металла обе характеристики г\
...
Рассмотренные здесь связи модуля сдвига и действующих энергий сдвига могут быть распространены и для растягивающих напряжений. С этой точки зрения появление трещин при осадочных операциях горячего металла может быть объяснено двумя причинами.
...
1. Это неполностью синхронизированное изменение по температуре модуля сдвига G нединамической вязкости rj. Может оказаться, что скорость изменения dG/дТ
...
2. Такой же локализованно хрупкий эффект может оказаться мгновенно существующим, если и при относительно большом значении модуля сдвига энергия сдвига окажется концентрированно очень высокой. Это будет происходить всякий раз в зонах резко концентрированных структурных включений, резких геометрических переходов и концентраций дефектов. Тогда, согласно (3.53), малое время действия мгновенной энергии сдвига сделает металл хрупким в зоне действия этой энергии. Отсюда и могут возникать осадочные трещины.
...
В связи с опасностями такого рода при стыковой контактной сварке всегда рационально обеспечивать осадку, не выключая сварочного тока. Вокруг всякого дефекта, концентрирующего механические напряжения, электрический ток и его магнитный поток создают также свои собственные концентрации. Если концентрация механического сдвига усиливает разрушение, то электромагнитное ноле своей концентрацией может противостоять этим действиям. И концентрация тока, и магнитный поток вызывают значительный и мгновенный нагрев в зоне концентрации. Нагревы могут доводить металл до мгновенного плавления, когда не только залечиваются микротрещины, но и резко меняется структурная картина со всеми ее бывшими микродефектами. Влияние электромагнитных полей на трещинообразование при сварке полезно иметь в виду и исследователям прочностных свойств соединений при дуговой сварке. Оказывается совершенно небезразлично, как подводился сварочный ток к сварным образцам, с какой именно стороны и в каком направлении. И сварочный ток, и магнитное поле при сварке могут быть и не быть полезными концентраторами.
...
Концентрации механических напряжений могут наблюдаться и не только в технологии сварки давлением. Эффекты сдвига имеют место и за счет термических циклов, без участия сварочных осадочных давлений. Как видно, принцип всеобщей связи явлений не следует.забывать никакому технологу-сварщику.
...
К сварке давлением контактная точечная сварка может быть причислена только по чисто внешнему признаку — сжатию деталей электродами точечной машины. Что же касается формировала
...
вия ядра сварной точки, то здесь идет самый настоящий процесс плавления, поскольку все оксидные и адсорбционные наслоения не выдавливаются, а растворяются в расплавленном ядре. По многообразию технологических переменных контактная точечная сварка представляет собой, вероятно, один из самых сложных способов сварки.
...
Действительно, сварные конструкции весьма многообразны по формам и размерам; сварные конструкции и соединения изготавливаются практически из любых металлов и сплавов, с самыми различными физическими характеристиками. Режимы сварки — сварочный ток и механическое давление — в современной практике весьма сложно программируются. В целом технологический процесс по его отдельно регулируемым этапам можно разделить на следующие операции: 1) подготовка деталей к сварке; 2) электронагрев по предусмотренной программе; 3) охлаждение деталей по определенной термомеханической программе.
...
Подготовка деталей к сварке здесь рассматриваться не будет. Это процессы рецептурно-описательные, хорошо известные по соответствующим заводским инструкциям и руководствам. Следует отметить только, что особое внимание подготовке поверхности уделяется в тех цехах, где идет сварка сплавов алюминиевых, магниевых и титановых.
...
альные конструкции изготавливают преимущественно холодного проката, не всегда даже нуждающегося в удалении масляных покрытий. Для горячекатаных стальных заготовок используют как механические, так и химические способы зачистки. Самым сложным и самым ответственным этапом технологии является процесс плавления ядра, т. е. этап электронагрева. Как было показано ранее, формирование расплавленного ядра начинается с образования тонкого диска (см. рис. 2.22, в)
...
В первый же момент включения сварочного тока в плоскости свариваемого контакта начинается самый нестабильный период формирования расплавленного ядра. Давление электродов практически при любой программе его приложения уже не способно сколько-нибудь заметно изменить электрическое сопротивление контакта микропирамид против того значения, которое определилось первоначальным их ударом. В этот начальный момент только специальная программа нарастания сварочного тока может в значительной мере стабилизировать тепловыделение. На рис. 4.1 для одного из частных случаев представлены опытные графики изменения диаметра ядра dT
...
Сопоставляя эти данные с рис 4.1, можно видеть, что диаметр диска предельного размера сначала горячего, а затем и расплавленного металла образуется за малую долю от всего времени включения тока. Что же касается высоты ядра, то она растет, достигая желательного размера к концу сварки. Картина распределения температур получается весьма сложной. Подходить с расчетным аппаратом к этой картине надо с большой осторожностью. Если иметь в виду самый начальный момент формирования пока еще горячего диска, а не расплавленного металла, то это, вероятно,
...
По этим данным можно судить о том, что тепловыделение в переходных контактах, пожалуй, еще более нестабильная величина, чем в свариваемом контакте. Тепловые потери в электроды 2qs
...
В этом равенстве константы (Яус)н относятся к электродам, а температура электродной плоскости Тэ
...
Приведенный метод расчета, разумеется, приближенный. Тем не менее полученные значения характеризуют соотношение энергетических затрат на все действительные тепловые потери. По расчетным материалам такого рода можно получить довольно характерные энергетические показатели. Если принять за 100 % сумму всех слагаемых, то доли отдельных составляющих для некоторых режимов следующие*
...
мирует ядро до конца, если скорости охлаждения высоки. Дендриты встречаются друг с другом или непосредственно (рис. 4.2, а,
...
Рис. 4.2. Сварка коррозионно-стойкой аустеннтной стали; структура ядра (а) и типовые зависимости прочности сварной точки на разрыв (d? — диаметр ядра) (б)
...
из-за активного охлаждения электродами зоны ядра. Все теоретические и технологические материалы этого параграфа относятся только к сварке однородных металлов одинаковой толщины. Современное машиностроение отличается применением для точечно-сварных конструкций сложнолегированных сталей и сплавов. Для них структурные картины настолько разнообразны, что обязывают металловедов писать на темы такого рода отдельные книги (отдельные по той причине, что при контактной точечной сварке металл подвергается не просто термической обработке, а электромагнитнотермомеханической). Современные технологические циклы нагрева контакта и плавления ядра идут с такими с оростями, для которых недействительны никакие физические и механические константы, полученные в давних печных экспериментах с их медленными температурными изменениями. Мало того, печной нагрев свободен от тех воздействий на кристаллическую структуру, которые вносит электрический ток и магнитное поле больших концентраций. Для многих современных сварных конструкций и период остывания расплавленного ядра проводится как весьма скоростной опять-таки электротермомеханический процесс. В настоящее время при сварке деталей, да еще из разнородных металлов, сварщик-технолог далеко не всегда сможет обходиться с помощью классического металловедения, не прибегая к вычислениям с помощью ЭВМ. В связи с этим в данном параграфе рассмотрим только главные принципы создания разнотол-щинных соединений из разнородных металлов. При сварке деталей из одного и того же металла при отношении толщины H/h
...
Рис. 4.3. Тепловые потоки в зоне точечной сварки деталей неравной толщины и обозначение температур в плоскостях контактирования
...
Случай 1. Детали разной толщины из одного и того же металла, т. е. %h — Яя. Полагая температуры поверхности металла под электродами одинаковыми, выясним, какое соотношение диаметра
...
вмещения в него капли воды. При одном направлении постоянного тока через контакт эта капля воды испарялась, при обратном — замерзала. Если и сейчас, когда мы умеем объяснить этот эффект, он производит на зрителей сильное впечатление, то в то время опыт Э. X. Ленца являлся совершенно ошеломляющим. Э. X. Ленц этим опытом доказал, что кроме теплоты PRt
...
В дальнейшем открытие Р. Пельтье, доказанное Э. X. Ленцем, получало все большее использование, в том числе как общеизвестный эффект термоэлектродвижущих сил или контактной разности потенциалов.
...
нице твердого и расплавленного металлов, на границах скопления дислокаций и точечных дефектов с объемом структурно стабилизированного металла. Контактная разность потенциалов любых структурно- и физико-химически разнородных веществ при нагреве контакта создает термоэлектродвижущую силу. Поскольку термо-ЭДС полярна, то плоскость контакта оказывается зоной или суммирования, или вычитания термо-ЭДС из величины падения напряжения на контакте от действия внешнего тока, проходящего через контакт. В проводнике контакт разнострук-турных объемов является концентратором полярных сопротивлений, служит электронно-дырочным переходом. Эффекты проявления полярных сопротивлений и, соответственно, полярных тепловыделений можно объяснять поведением свободных электронов.
...
ванных электронов через плоскость контакта и переноса части энергии через эту границу. Если группу электронов одного и того же вещества активировать любым видом энергии (тепловой, механической и т. д.), то, как это показано штриховой линией для кривой 2
...
В зависимости от направления тока теплота Пельтье будет или понижать температуру по какую-то сторону плоскости контакта, или повышать ее против того значения, какое обеспечивает теплота Джоуля. Оценивать относительную роль теплоты Пельтье для различных контактов можно посредством показателей термоэлектродвижущей силы, поскольку
...
где сс — в мкВ, отнесенных к абсолютной температуре. Так, в частности, для контактов медь + никель а = +24; медь + + сплав константан сс = +42; направление термотоков — от меди к никелю и константану. В связи с этим на схеме рис. 4.4, б при указанных на нем направлениях внешнего тока / охлажда ющее действие эффекта Пельтье будет проявляться на левой модели в меди и на правой —■ в никеле. Особенно контрастны картины термо-ЭДС на границах металлов и оксидов. На рис. 4.4, в
...
Вообще технологам следует иметь в виду особую роль или естественных, или даже искусственно наносимых наслоений как на свариваемые детали, так и на наконечники электродов. Твор-
...
ческие возможности здесь не ограничены ничем. Наибольший успех ожидает технологов, вероятно, тогда, когда искусственные покрытия электродных наконечников по своей стабильности и стойкости приблизятся к стойкости естественных оксидов.
...
Недооценка эффекта Пельтье неоднократно имела место в условиях производства, в частности при сварке никелевых сплавов с конструкционной сталью, когда сварку производили на конденсаторных машинах, т. е. униполярным током. Для обеспечения стабильного провара в таких слу
...
Рис. 4.5. Возможные распределения твердости в зоне точечно-сварного соединения, схема строения ядра и концентрация напряжений вокруг него:
...
чаях следует обеспечивать одинаковое направление сварочного тока. Если же располагать мелкие детали безразлично, создавая через них различное направление тока, то по статистике закономерно
...
непровар наблюдается у половины всех сваренных деталей. Форма ядра сварной точки, его расположение относительно площади контакта и его размеры —это главные факторы, определяющие прочность единичной сварной точки. Вообще-то трудно себе представить более несовершенную прочностную модель, чем единичная сварная точка. Выше уже отмечалось, что вокруг ядра получается резкая концентрация механических напряжений. Картина таких напряжений изображена на рис. 4.5. Никакие ухищрения посредством термомеханической обработки не могут изменить геометрию конструкции соединения с ее концентраторами в точке К-
...
Все эти кривые твердости показаны как типовые для сварных соединений, не подвергнутых после выключения сварочного тока каким-либо термомеханическим операциям. Операции такого рода, следующие непосредственно в том же цикле сварки, способны обеспечивать все современные точечные машины. Структура самого ядра как типовая была представлена на рис. 4.2. Кристаллизация по схеме нижней части рис. 4.2, а,
...
Сплавы алюминия обладают относительно большим пределом температур кристаллизации. Для них в средней зоне ядра характерен переход столбчатых кристаллов в мелкозернистые раз-ориентированные (верхняя схема на рис. 4.2, а),
...
Главным и самым ответственным моментом в формировании ядра сварной точки является первая операция — нагрев. Наиболее отчетливую связь основных переменных, обусловливающих начальный процесс нагрева свариваемого контакта, дает формула (2.79).
...

Твердые сплавы
Цементация стали
Зварювальні матеріали
Контактная сварка
Термическая обработка в машиностроении: Справочник
Металлургия черных металлов

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Контактная сварка