Контактная сварка

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ...

В современной производственной практике поверхности свариваемых деталей общепринято зачищать до металлического блеска, если детали покрыты слоем окалины. Детали из холодного проката уже в состоянии поставки свободны от видимых оксидных наслоений. Для таких нормальных условий можно считать гпи0 = О и, как было показано на рис. 1.26 и 1.27, начальное сопротивление холодного контакта оказывается весьма близким к сопротивлению горячей сваренной точки гт. Поскольку 7?кт0 гмгС + гпя0 я*
...
Можно убедиться, что этот показатель довольно точно определяет кривую неискаженной синусоиды в пределах 0—90р. Отсюда видно, что для сварки нормальным переменным током действительно необходима зачистка деталей до металлического блеска. Но, как это бывает и как это показано на рис. 1.26, оксидные пленки способны увеличить, например, вдвое начальное значение гмг0 -f- Гплп
...
В настоящее время созданы отдельные экземпляры точечных машин, которые способны от точки к точке автоматически менять показатель л формы кривой сварочного тока, в зависимости от состояния контактирующих поверхностей. Однако малое распространение такого рода машин пока вполне правомерно, поскольку автоматика очень сложная, машины дорогие и недостаточно себя оправдывают тем, что создают весьма стабильные размеры ядра.
...
Геометрия единичного точечно-сварного соединения из-за концентрации напряжений лишает ядро почти всех его структурных и даже, в известных границах, размерных преимуществ. Тем не менее, за последние 20 лет созданы целые серии уже теперь обычных и стандартных машин с регулируемыми формами кривых сварочного тока. На рис. 4.6 представлена серия такого рода кривых, хотя и не в полном современном ассортименте. На
...
в 1,5—2 раза больший, чем подогревающий. Если свариваемые детали оказались способными принять нежелательную сильную закалку, ее снимают отжигающим током /отж. При таком цикле переменными являются не только амплитуды или действующие значения токов, но и все параметры времени tnn,
...
Равенство этих сопротивлений говорит о том, что высота расплавленного диска независимо от способа обработки поверхностей получается приблизительно одинаковой. Если, например, для стальных деталей, зачищенных наждачным кругом, рд = -- 1000 мкОм-см, а высота пирамиды А = 60 мкм, то для холодного проката (почти полированная поверхность) рд = = 60 000 мкОм-см, Д
...
В современной практике изготовления сварных конструкций балок и ферм стали использовать контактную точечную сварку прокатных профилей большой толщины —от 6 до 30 мм. Операции зачистки такого проката весьма усложняют технологию в целом. Однако оказалось возможным разработать особый цикл точечной сварки деталей большой толщины без их зачистки от окалины. Вместо такой отдельной операции используется эффект электрического пробоя слоя окалины непосредственно в электродах точечной машины. Такой цикл, однако, требует от точечной машины особых электрических характеристик. Машина должна обеспечивать для пробоя окалины относительно повышенное напряжение на электродах и нормальную промышленную частоту тока (рис. 4.8). Действующее значение пробойного тока от тока, сваривающего единичную точку, принимают в пределах
...
Затем следует собственно формирование ядра при значениях сварочного тока на 35—40 % выше тех, какие оказываются оптимальными при сварке без подогрева. Токи операции отжига составляют (0,45-4
...
20 %. К сожалению, опыт Института электросварки по изготовлению точечно-сварных тяжелых конструкций пока что получил весьма ограниченное развитие. Для такого рода технологии необходимы специализированные машины больших мощностей (1000—1500 кВт), способные выдавать как вторичные токи нормальной частоты (для пробоя окалины), так и низкочастотные (для подогрева, сварки, отжига). На рис. 4.8 показаны схемы типовых точечно-сварных соединений толстых листов. Наиболее характерной для них является зернистая структура центра ядра с относительно увеличенным размером зерен по сравнению с теми разориентированными в слое дендритами, которые типичны для однократного включения тока. Ток отжига делает свое дело.
...
Несколько слов о завершающих этапах сварочного цикла, термомеханической обработке сформированного ядра и зоны термического влияния.
...
Рецептурные рекомендации здесь невозможны, и если к ним прибегают в отдельных книгах, то это всегда только частные случаи, лишенные теоретических обобщений. Если иметь в виду огромное разнообразие сталей и сплавов, из которых приходится изготавливать современные точечно-сварные конструкции, то следует сделать твердый вывод о невозможности расчетно-теорети-ческих обобщений по подбору температурных кривых нагрева и охлаждения, какие могут быть получены в циклах, приведенных на рис. 4.6 и 4.7.
...
Современная наука о металловедении все же основана на печ ных экспериментах, когда нагрев обеспечивался в печах, а охлаждение — в жидких средах. Для электрической контактной точечной сварки все нагревы идут за счет токов весьма большой плотности, в магнитных полях высокой концентрации. Такие нагревы по самой их природе ничего общего с печными нагревами не имеют. Охлаждение зоны термического влияния происходит не теплоотдачей в жидкую среду, а теплопроводностью сварива-
...
емому металлу и электродам. Скорости охлаждения оказываются иногда такими, для классических металловедов неслыханными, какие и создают неслыханные структуры. Вполне понятно, что до сих пор никаких надежных теоретических обобщений по термомеханическим операциям для сварной точки не могло быть создано, да и не следует пытаться их создавать без электронно-вычислительной техники. В условиях современной практики точная отработка сварочного цикла по любой из схем рис. 4.6 и 4.7 должна обеспечиваться экспериментально, и этот путь оказывается самым целесообразным. Даже для самой грандиозной по размерам точечно-сварной конструкции эксперимент для единичных точек никогда не составляет затруднений. Надо только не нарушать для отдельных точек на образцах те плотности токов, и магнитных полей, какие будут характерны для конструкции в целом. Для того чтобы окончательно убедить читателя в невозможности теоретических расчетов скоростей охлаждения с помощью обычного математического аппарата теории теплопроводности, следует привести некоторые дополнительные опытные материалы. При сварке стальных листов толщиной 4 + 4 мм измерялась температура поверхности металла непосредственно под электродом по его оси Твэ
...
электродов, геометрия и чистота контактной поверхности, то электроды служат сильнейшим охладителем. Температуры Тиз
...
Таким образом, следует сделать общий вывод об абсолютной полезности цикла давления с окончательной проковочной операцией. Однако естественная в таких случаях задержка электродов на горячей поверхности металла, с точки зрения его охлаждения, как об этом свидетельствуют кривые, приведенные на рис. 4.9, может быть самой разнообразной, в зависимости от свойств электродов. А эти свойства бывают очень различны. Кривые рис. 4.9 дают частную картину для медных электродов, однако они могут быть и из других медных и немедных сплавов. Следовательно, вряд ли можно говорить вообще о возможности рассчитать скорости охлаждения и, соответственно, структуры точечно-сварных соединений. Подлинные структурные картины следует устанавливать экспериментально, с соблюдением реальных цеховых, а не идеальных лабораторных условий.
...
В производственной и проектной практике для контактной точечной сварки приходится решать несколько типовых конструктивно-технологических задач.
...
Первая из них возникает перед технологами и конструкторами при необходимости закупать новые машины, выбирая их из существующих стандартных или составляя технические задания на изготовление новых специализированных машин. Такая задача решается при известных:
...
Это основные исходные данные для будущих расчетов. Кроме того, необходимо считаться с целым рядом других обстоятельств: требуемой прочностью соединений, производительностью и т. д.
...
Весь предшествующий теоретический материал показывает, что для назначения режима сварки единичной точки главным размером является толщина свариваемых деталей 6. Согласно ГОСТ 15878—79, по толщине может быть выбран размер ядра, т. е. его диаметр dTn
...
Первый критерий (К) содержит 10 переменных, второй (И) — восемь. Как видно, ни в какую таблицу столько переменных не вместить и, самое существенное, по таблице не понять взаимосвязь всех переменных друг с другом, в том числе их степенную связь. Но не следует и преувеличивать достоинство критериальных методов расчета. Процесс точечной сварки настолько сложен, что динамику процесса полностью не отображают и критерии К и И со всеми их переменными.
...
Ценность критериальных методов расчета для сегодняшней практики в том, что по хорошо отработанным режимам, известным из опытных данных, можно с достаточной инженерной точностью найти режимы сварки для неизвестных металлов и неизвестных размеров свариваемых деталей. Критерий К предназначен для
...
расчета режимов точечной сварки двух листов одинаковой толщины при условии хорошей зачистки свариваемых поверхностей (оксидные пленки электрически и оптически прозрачны). Критерий И, предназначенный для импульсных режимов, не столько расчетный, сколько познавательный. В нем содержится несколько трудноопределяемых величин. В частности, согласно формуле (1-79),
...
Степенной показатель л для кривой тока [см. формулу (2.44) ] находят по форме реальной или предполагаемой осциллограммы. Сопротивление оксидной пленки расчетным путем определить практически невозможно.
...
Критерии К и И вполне отчетливо показывают взаимосвязи всех переменных, от которых зависит режим сварки. Однако не все переменные рассчитываются. Некоторые из них задаются. Размеры ядра сварных точек, например, задаются по ГОСТ 15878—79. В нем для каждой толщины свариваемых листов предусмотрен минимальный размер диаметра ядра. Так, в частности, рекомендуется:
...
коэффициент может быть доведен до 230. Поскольку соотношение (4.15) меняется в ограниченных пределах (а оно является одним из главных элементов критерия К), то вполне естественно ожидать, что и критерий К для современных режимов должен лежать в известных границах. Так оно и есть в действительности. Для всех металлов независимо от мягкости или жесткости режима критерий К находится в пределах 25—50 (для циклов с подогревом максимум значения К может достигать 60). Ниже 25 —это недопустимо мягкие режимы, выше 50 —это уже граница выплесков. Критерий К, связывающий для точечной сварки практически все параметры режима и характеристики металла, является критерием технологического подобия. Если это так, то согласно основному принципу подобия процессы подобны, если их критерии одинаковы. Отсюда следует такой практический вывод. Допустим, для каких-либо деталей хорошо отработан оптимальный режим, характеризуемый определенным критериальным числом К. Это же значение К определит такие же оптимальные режимные показатели для любых других деталей, совершенно различающихся и размерами, и характеристикой металла.
...
Рассмотрим конкретные примеры. Допустим, в некотором производстве был отработан и принят для стали СтЗ толщиной 3 + 3 мм следующий режим сварки: / = 12 кА; Р
...
Если силу сжатия увеличить до 125 кН, а силу сварочного тока до 50 кА, то при том же значении критерия К = 36 время сварки придется увеличить до 19,4 с.
...
Для сварки листов больших толщин необходимо сделать некоторые дополнительные замечания. Дело в том, что современные точечные машины больших мощностей работают по сложным циклам подогрев + сварка и сварочное давление + проковка. Необходимо выяснить, как скажутся на критериальных числах эти усложненные режимы нагрева металла. Для этой цели обратимся к опытным данным, но одновременно вспомним физический смысл критерия К. Как было показано ранее, критерий К — это отношение количества теплоты, необходимой для создания расплавленного ядра, к тепловым потерям в массу металла, окружающую ядро, в момент выключения тока, т. е. в момент сформирования расплавленного ядра.
...
Исходя из этого положения следует задуматься: значительно ли изменяется это отношение от того, что мы будем «вкладывать» теплоту в ядро с помощью разных по величине токов при разных давлениях, но за какой-то суммарный промежуток времени, равный и времени подогрева, и времени собственно сварки?
...
Если учесть, что и при непрерывном нагреве критерий К колеблется в заметных пределах от минимума до максимума, то есть основания полагать, что эти пределы вряд ли сильно изменятся и при цикле с подогревом. Рассмотрим в связи с этим конкретные опытные данные.
...
Для стали СтЗ толщиной 5 + 5 мм (ат = 250 МПа) получены опытные данные: /пд = 10 кА; tnn
...
Рассчитываем критерий К так, как будто существовал процесс непрерывного включения длительностью t
...
В современной практике сварочного производства уже встречаются примеры применения точечной сварки для тройных толщин. Например, существуют следующие опытные данные ВНИИЭСО для листов из стали СтЗ толщиной 20 4- 20 мм. При сварке по циклу без подогрева использовались режимы: / = = 524-71 кА; Р
...
Прежде чем рассчитать значения критерия К, обратим внимание на то, что при сварке тройной толщины по физическому смыслу этого критерия он должен получаться большим приблизительно в 1,33 раза, чем для двух листов тех же толщин. Действительно, для сварки двух листок
...
При сварке трех листов получаются два расплавленных ядра. Следовательно, при том же токе необходимо выделить теплоты уже 2Q, а потери теплоты вместо 2qM
...
Это составляющая полного сопротивления холодного контакта, определяемая шероховатостью двух поверхностей, обработанных наждачным кругом.
...
толщине 4 -f 4 мм шунтирование очень сильное. Для того чтобы в таких условиях обеспечивать диаметр точки тем же размером 14 мм, для второй точки надо поднимать вторичное напряжение более чем в 1,5 раза или увеличивать время включения тока или же регулировать оба эти параметра согласно показаниям критерия К.
...
Рассмотрим второй случай для тех же деталей относительно малого шунтирования, когда расстояние между центрами точек составит, напримрп 900
...
т. е. если бы сваривались бесконечно протяженные листы, то ток растекался бы на 200 мм. Однако в данном случае ширина пластин только 100 мм. Следовательно, эту реальную ширину и считаем как hg.
...
Совпадение расчетных данных с опытной кривой (см. рис. 2.10) хорошее. Таким образом, при сварке стальных деталей даже средних толщин пренебрегать токами шунтирования нельзя. Расчеты показали также, что при сварке магнитного металла величина Zm
...
Если сварка идет на постоянном токе, то в цепи шунтирования действует чисто активное сопротивление. Явление шунтирования обязывает технологов ставить точки обязательно одну за другой (/—2—3,
...
шунтирования пренебрежимо мал. Для рассмотренного примера даже сильного шунтирования, когда / = 60 мм, в третью точку будет проходить шунтирующий ток, создаваемый падением напряжения,
...
Это в 20 раз меньше того падения напряжения 0,5 В, которое и создавало ток шунтирования. Следовательно, ток шунтирования в первую точку от свариваемой третьей будет только 257 А. А это уже несущественная величина.
...
Токами шунтирования пренебрегать нельзя. О них надо помнить и их учитывать. Для многоточечных соединений первую точку сваривают или на пониженном вторичном напряжении, или меняют время включения. Самым, однако, универсальным средством борьбы с шунтированием считается переход с точечной сварки на рельефную, если это оказывается рациональным по всем конструктивным и технико-экономическим показателям.
...
Расчет режима единичной точки дополняется расчетами шунтирования, поскольку в сварных конструкциях единичные точки бывают довольно редко. И все-таки эти расчеты оказываются недостаточными, если сваривается какая-либо крупногабаритная конструкция из магнитного металла. Нельзя забывать о том, что массивные свариваемые изделия, включаемые в контур машины могут в целом весьма заметно изменить внешнюю характеристику вторичного контура за счет собственной индуктивности свариваемых деталей из магнитных металлов. Этот факт довольно часто приводил к экспериментальным ошибкам. Так, в частности, при окончательном корректировании сварочного тока обычно сваривают серию образцов для разрывных испытаний. Образцы используют в виде малогабаритных пластин, в этом случае вносимая индуктивность даже металлов с высокой магнитной проницаемостью несущественна из-за их малых габаритных размеров. Перенося отработанные на образцах режимы на натурные крупногабаритные конструкции, не учитывают факта изменения внешней характеристики машины при введении в сварочный контур натурных изделий. Отсюда следует вывод для технологов: подбирая режим сварки на пластинах, в контуре машины следует держать ту самую натурную модель, которую придется сваривать в реальной практике. Если же подбор режима идет задолго до создания реальной свариваемой конструкции, то корректирование будущего сварочного тока надо обеспечивать расчетным путем.
...
Приведем численный пример. Допустим, для рассчитанного ранее случая сварки стальных листов толщиной 2,5 4- 2,5 мм при-186
...
нимается плоская деталь с габаритными размерами ЮООх 1000 мм. Положим, что вторичный контур машины позволяет вдвинуть в него деталь только на 500 мм. Используем формулу (2.41)
...
Как известно, собственная индуктивность точечных машин средней мощности только примерно в два раза превышает индуктивность таких свариваемых деталей. Это значит, что в процессе сварки крупногабаритных стальных магнитных деталей, когда точки ставятся то на крае конструкции, когда Хмп + Хмк = 0, то на середине, когда эта сумма велика, сварочные токи от точки к точке заметно меняются, следовательно, меняются и диаметры точек.
...
Разумеется, детали из немагнитных металлов, для которых абсолютная магнитная проницаемость, как и для воздуха, равна единице, своей массой дополнительной индуктивности не создают. Не создают такой индуктивности и стальные магнитные детали, если сварка идет на выпрямленном (постоянном) токе. Следует обратить внимание на то, что формулы (2.41), (2.43), так же как и формулы (2.36) и (2.38), относящиеся к шунтированию, создавались для переменного тока нормальной частоты. При сварке униполярным током на конденсаторных машинах длительность импульса может быть такой же, как волна переменного тока, т. е. 0,02 с. Это значит, что для дюралюминия эквивалентная глубина проникания, согласно формуле (2.18),
...
Следовательно, толщина листов до б = 2,64 см будет пронизываться током шунтирования полностью так же, как это имеет место при частоте переменного тока 50 Гц. Расчетная формула шунтирования (2.32) или (2.33) должна использоваться с учетом реальной толщины металла (до 2,64 см) и с учетом б = 2бэкв при большой реально свариваемой толщине.
...
Рельефная сварка при простейших конструкциях рельефа почти ничем не отличается от сварки точечной. Схема формирования единичного рельефно-сварного соединения в последовательных стадиях нагрева рельефа и его деформации показана на рис. 4.12. Рельеф является идеальным концентратором электротепловыделения, поскольку это резковыделяющийся выступ, и притом выступ, обычно свободный от окалины и ржавчины. Время включения сварочного- тока принимают поэтому обычно на 30—40 % меньше, чем при точечной сварке ядра таким же диаметром, как диаметр рельефа с?р(рис. 4.12).
...
Рис. 4.14. Осциллограммы изменения в процессе сварки полного сопротивления контакта: рельефа /— /; стыкового соединения 1—2; точечного соединения 3—1
...
Рис. 4.12. Схема формирования рельефно-сварного соединения
...
Для холодного рельефного контакта, когда его сопротивление подобно стыковому, это сопротивление можно учитывать по формуле (3.12):
...
Изменение сопротивления контакта от температуры следует считать с учетом изменения удельного сопротивления металла. В практической электротехнике для небольших температур нагрева рекомендуется общеизвестное соотношение
...
в книге [13]. Уравнение Лапласа описывает распределение электрического заряда или электрического потенциала в пространстве по координатам х.
...
где е — диэлектрическая постоянная среды; р — ее удельное сопротивление. Если, например, бесконечно тонкий диск диметром d
...
Следовательно, электрическое сопротивление, которое будет определяться пространством, охваченным линиями тока, в металле также направленными в обе стороны пространства от диска диаметром d,
...
Рис. 4.15. Сравнительная картина силовых линий тока вокруг контакта:
...
В то же время, как было ранее установлено (рис. 4.15, а также рис. 1.25), горячий точечный контакт листов ограниченной толщины более точно отвечает равенству
...
поскольку на левой схеме охватывается значительно большее число силовых линий, чем на правой, да еще и с большей их кривизной.
...
Изложенные соображения об электрических контактных сопротивлениях нужны не только для понимания, но и для расчета режимов нагрева различных по форме рельефных контактов. Рассмотрим некоторые из них, наиболее распространенные. Рельефные конструкции весьма разнообразны. Некоторые из них показаны на рис. 2.27. Для расчета электрических сопротивлений теоретическая электротехника дает следующие формулы:
...
Рис. 4.16. Крестообразные рельефные соединения: а — стержень с плоскостью; б — стержень со стержнем; в — расчетная схема проводимости деталей
...
образные проволочио-стержневые соединения. В подавляющем большинстве соединения такого рода изготавливают из конструкционных магнитных сталей. Этот факт обеспечивает настолько большое сжатие силовых линий тока от поля Яос по сравнению с Яр, что форму распределения тока по стержню (рис. 4.16, в)
...
Режим сварки следует обеспечивать таким, чтобы стержень не был смят более чем на 8 <^ 0.8D. Тогда сопротивление половины стержня при In [(1 + 0,8)/1 — 0,8) ] » 2
...
Следует обратить внимание на то, что крестообразные соединения характеризуются сравнительно высоким сопротивлением, Например, сопротивление сеточных конструкций из проволок диаметром 4 мм при среднем значении удельного сопротивления 192
...
Рис. 4.16. Крестообразные рельефные соединения: а — стержень с плоскостью; б — стержень со стержнем; в — расчетная схема проводимости деталей
...
в момент сваривания р == 80 мкОм-см для двух стержней составляет 530 мкОм. Этот факт необходимо учитывать при выборе сварочного оборудования.
...
Если содержание этого параграфа подчинить буквальному смыслу его названия, то вместо него следовало бы создать очень большой атлас современных точечно и рельефно-сварных соединений и конструкций. Какова же амплитуда свариваемых толщин? В области электроники — это микросварка с толщиной детали от 4 мкм, до десятых долей миллиметра; в области автомобиле-, вагоно-, самолето- и ракетостроения — от долей миллиметра до 2—6 мм, реже 8 мм; в строительных конструкциях — свыше 8 мм и до 30 мм. Что касается свариваемых металлов, то для точечной сварки понятие свариваемости значительно более широкое, чем для процессов сварки дуговой и плазменной. Вряд ли вообще можно говорить о неприменимости точечной сварки даже для самых сложных современных сталей и сплавов.
...
Здесь рассмотрены только некоторые точечно-сварные соединения и конструкции: не просто конструктивные формы (их может быть бесчисленное множество [10, 14]), а изделия, на примере которых технолог может создавать наиболее рациональную и производственно доступную технологическую оснастку или даже решать задачу о специализации оборудования.
...
Единичные точечно-сварные соединения характерны, главным образом, для мелких изделий приборо- и машиностроения. Для крупных деталей единичные точки, как редкость, встречаются в конструкции типа ферм из прокатного или штампованного сортамента. Для листовых конструкций характерны многоточечные сварные элементы, показанные на рис. 4.17. Характерно, что при растяжении соединения с силой Р
...
Весьма распространены крупногабаритные многоточечные соединения листов со штампованными ребрами жесткости (рис. 4.18). Конструкции такого рода, значительно превышая по своим размерам рабочий сварочный контур машин, заставляют переходить на схемы односторонней двухточечной сварки (рис. 4.19, б, левая схема). Ниже на этом рисунке в укрупненном масштабе показана электрическая схема распределения токов по свариваемым деталям, которые обычно укладываются на столы с медными шинами в зоне действия токов (рис. 4.19, в).
...
Все эти токи могут быть рассчитаны с использованием той же методики, какая была показана для токов шунтирования вообще. Для более наглядного представления соотношений перечисленных токов на рис. 4.20 показаны результаты опытных измерений эти токов для листов толщиной 2 + 2 мм (рис. 4.20, а)
...
При одном и том же напряжении на электродах, вычитая из общего тока /м + /гш + /1ш сумму /1ш + /гш, можно видеть, что отводимая в медные прокладки доля вторичного тока все же невелика при сварке листов относительно большой толщины. При толщине 4 + 4 мм она меньше шунтирующего тока, протекающего в верхнем листе. Однако при сварке листов толщиной 2 + +2 мм медная подкладка заметно увеличивает эффективность нагрева металла. Для того чтобы практически полностью исключить бесполезное шунтирование, созданы хотя и немногочисленные но специальные многоэлектродные машины двустороннего действия (правая схема на рис. 4.19, б
...
Рис. 4.18. Виды крупногабаритных точечио-сварных конструкций
...
случае токи шунтирования /1Ш и /2Ш, направленные встречно, создают почти равные, но взаимно противоположно направленные падения напряжения на деталях. Происходит почти полная компенсация потенциалов. Токов шунтирования почти нет. Остаются и действуют небольшие уравнительные токи из-за неполного равенства падений напряжения. Для двустороннего действия многоточечные машины хороши как многократно повторяемые трехфазные сварочные трансформаторы: во вторичных контурах действует по три открытых фазы, обеспечивающих одновременную сварку шести точек.
...
До сих пор шла речь о точечной сварке таких открытых конструкций, когда ничто не препятствовало осуществлению рабочего хода верхнего электрода. Однако, как видно из конструкций, приведенных на рис. 4.18, такое технологическое благополучие удается не всегда. Для примера на рис. 4.21, а
...
Рис. 4.19. Элементы крупногабаритных конструкций (а), схемы двухточечной сварки (б) и пути токов шунтирования в этих процессах (в, г)
...
Рис. 4.20. Экспериментальные определения сопротивлений стальных холодных листов при двухточечной односторонней сварке (У6 — напряжение между электродами)
...
Рис. 4.19. Элементы крупногабаритных конструкций (а), схемы двухточечной сварки (б) и пути токов шунтирования в этих процессах (в,
...
Условия работы электродного наконечника очень тяжелые, если идет нормальный процесс точечной сварки, а не ставятся единичные точки, по одной за несколько минут. Кривые электроды без внутреннего водяного охлаждения (рис. 4.21, а)
...
Остановимся на некоторых типовых рельефно-сварных соединениях. Особое место среди них занимает приварка шпилек, стержней, болтов, гаек и других мелких элементов к крупногабаритным деталям. На рис. 4.22 приведено несколько типовых конструкций такого рода. Полезно вернуться к соединению, показанному на рис. 2.27, а.
...
даже не весьма засохшим судостроительным суриком. На рис. 4.22 показаны дополнительные варианты подготовки проволок для приваривания их к плоскостям (рис. 4.22, а).
...
териал по размерам рельефов, по конструкции рельефных сочетаний и режимам сварки. Для рельефной сварки справедливы такие общие выводы.
...
1. Какими бы ни были форма и размеры рельефов для сочетания плоских листов, рельеф должен дать сварную точку с расплавленным ядром диаметром dT: именно по этому размеру и должны подбираться все режимные характеристики.
...
2. Различного рода торцевые или трубчатые соединения в большинстве случаев весьма отличаются от формы и размера сварной точки. Это лишает возможности вести расчеты, пользуясь формулой (1.85). Приближенные расчеты можно производить на основе формул типа (4 21), (4.23) и им подобных, которые определяются законом (4.19).
...
3. Режим сварки рельефов по току независимо от того, о каких рельефах идет речь, как и для точечной сварки, будет иметь допустимый минимум и предельный максимум, при котором, рельеф будет склонен не к плавлению, а к выплеску перегретого металла.
...
Известна весьма своеобразная технология создания различного рода рельефов, утолщений и вообще формоизменений на стержневых заготовках (рис. 4.22, ж).
...
За последние годы точечно-сварные конструкции стали создавать из биметаллических листов и профилей. Биметалл, в частности, создается из алюминиевых сплавов с титановой прокладкой. На рис. 4.23, а
...
такта листов из алюминиевого сплава. Для упрощения сравнительных расчетов примем, что ток между электродами проходит по свариваемым деталям, по цилиндрическому каналу диаметром dT(pnc. 4.23, б).
...
Соотношение этих двух слагаемых сопротивлений к моменту выключения тока при рт, = 150 мкОм-см и pAJ = 10 мкОм-см таково:
...
Формула (4.28) дает понятие о том, как строить критериальную связь для различных биметаллических сочетаний и разных сочетаемых пластин.
...
Технологическая оснастка сварочных контуров выполняет задачу не только механического закрепления и перемещения деталей, но также и подвода сварочного тока к ним. Для этого технологическая оснастка должна обеспечивать также два основных действия:
...
ного и сборочно-захватывающего типа, а также особые механические системы перемещения деталей относительно неподвижных машин или движения машин вокруг крупногабаритных изделий, также не связанные с действием сварочного тока и сварочного давления.
...
Система подвода сварочного тока к точечно- и шовно-сварным соединениям конструктивно заметно различаются. Электродо-держащая система много проще, чем роликоподвижная, несмотря на то что каждая из них по-своему может создавать и одноточечные, и многоточечные соединения. Оставляя пока в стороне механизмы привода роликов, с помощью рис. 4.24 остановим внимание технологов на типовых примерах точечной и шовной сварки трубчатых конструкций из тонкостенного металла. По схемам, показанным на рис. 4.24, а,
...
Рис. 4.24. Схемы сварочных контуров шовной (а) и точечной (б) машнн, а также схема создания точечных или шовных сварных соединений прн изготовлении тонкостенных трубчатых элементов небольшой длины
...
Рис. 4.24. Схемы сварочных контуров шовной (а) и точечной (б) машнн, а также схема создания точечных или шовных сварных соединений прн изготовлении тонкостенных трубчатых элементов небольшой длины
...
машин (рис. 4.28). Подвод тока к сваривающим роликам обеспечивается здесь гибкими проводами с малой индуктивностью. Вращение роликов создается гибким валом.
...
На рис. 4.29 показан принцип наложения точечных и шовных соединений на крупногабаритную конструкцию с использованием подвесных машин.
...
Главными инструментами, обеспечивающими создание точечно-сварных соединений, являются электроды, а шовно-сварных — ролики. Этим деталям сварочных машин посвящено много книг. Условия работы этих чисто электромеханических инструментов очень тяжелые: сила сваро ного тока — десятки тысяч ампер; нагревы наконечников — до 400—700 °С, кон
...
имущественно СиО и Си20. Электрофизические процессы в переходных контактах электрод— деталь или ролик—деталь еще более сложны, чем в свариваемых
...
Рис. 4.25. Технологические приемы сварки трубчатых элементов из тонколистового металла
...
контактах. Электрические параметры свариваемого контакта содержат много разного рода неопределенностей до включения тока. В переходном же контакте все многообразие электрофизических процессов сохраняется в течение полного периода сварки. Для стабилизации электротепловых режимов сварки в любых заводских технологических инструкциях предусмотрены обязательные рекомендации периодической механической обработки и электродов, и роликов. Операции этого рода предусматривают восстановление геометрии и зачистку заметных слоев оксидных
...
пленок на контактных поверхностях. Пленки могут значительно увеличивать электрические сопротивления переходных контактов. Удельное сопротивление СиО (р, Ом. см), измеренное в массе этого вещества, характеризуется такими числами:
...
ку способы создания тонких пленок весьма разнообразны. Воспользуемся приведенными числами для некоторых вероятностных расчетов. Свежезачищен-ные электроды или ролики после постановки малого числа точек сохраняют на плоскостях контактирования цвет меди. Это значит, что оксидные пленки на меди могут считаться оптически прозрачными. Толщина таких пленок не более 300- Ю-8 см. , Определим электрическое сопротивление пленок в контакте с идеально чистым свариваемым металлом при площади контакта ] см2
...
Тогда сопротивление холодного контакта составляет 300— 3000 мкОм, при температуре 700 °С — 15—150 мкОм, а при 1000 °С —0,3—3 мкОм. Холодный контакт обладает таким высоким сопротивлением, что при низком сварочном напряжении вообще невозможно, казалось бы, прохождение тока через этот контакт. Однако ток проходит, и это вполне объяснимо.
...
Самое главное различие свариваемого и переходных контактов — это их динамичность. Давление электродов точечных машин — это фактически ударное давление. Давление роликов шовных машин, если и не ударное, то уж во всех случаях сдвиговое. Выше, в п. 1.3, было показано, что ударное или сдвиговое контактирование обязательно обеспечивает импульсную вспышку довольно высоких температур в отдельных точках. Следовательно, в этих точках электрическое сопротивление оксидной пленки резко падает, причем настолько, что она становится проводящей. К
...
зом, чисто термическая активация оксида ничем не способствует прохождению сварочного тока. Однако напомним о явлении экзоэлектронной эмиссии. Отличительной особенностью ее от весьма изученной термоэлектронной является то, что экзоэлектро-ны после активации поверхности эмиттируют очень долго (минуты и даже десятки минут). Термионная же эмиссия гаснет сразу после охлаждения эмиттирующей поверхности. Практика применения точечной и рельефной сварок показала, что электродные поверхности в большинстве случаев зачищают настолько редко, что они покрываются стойкими оксидными пленками толщиной до 0,2— 0,3 мм. Ни о какой оптической и электрической прозрачности в таких условиях не может быть и речи. И тем не менее ударное и сдвиговое контактирование создает экзоэлектронную эмиссию непрерывно. Это значит, что все микропространство по плоскости контакта представляет собой плазменную среду с проводимостью, вполне обеспечивающей прохождение сварочного тока при низком напряжении и по любой его программе. Работа выхода электронов из чистой меди и ее оксидов практически одинакова: для меди это 4,5 эВ, для оксидов СиО и Cu20 — от 4,35 до 4,9 эВ. Следовательно, в контакте необязательно прорываться «медному» электрону через слой оксида. «Оксидные» электроны при той же работе выхода сами обеспечат в зазоре состояние плазмы и проводимость контакта. Рассмотренная картина проводимости говорит о том, что самым важным условием стабильности сварочного режима является стабильность геометрии и размеров электродов и роликов шовных машин.
...
Электродным материалам и конструкциям электродов посвящено много работ [2, 19]. Не повторяя в этой книге общеизвестных вещей, обратим внимание на основные особенности службы электродов. При плотностях тока через наконечники в сотни тысяч ампер на квадратный сантиметр и при нагревах наконечников выше температур рекристаллизации электроды из чистой меди служат плохо, утрачивая заданную форму через один-два десятка точек. В связи с этим для электродов рекомендуются некоторые медные сплавы. Этот ГОСТ не препятствует созданию новых материалов для электродов в целом или только для наконечников, которые могут соединяться с конической частью корпуса различными способами. Исследования Ю. Г. Величко и Б. В. Федотова из ЛПИ им. М. И. Калинина показали, что весьма перспективными электродами являются биметаллические. Рабочая часть из различных бронз, стойких к механическим нагрузкам при повышенных температурах, приваривается трением к корпусной части медного электрода. Медный корпус обеспечивает интенсивное охлаждение рабочего наконечника, обладающего высокой механической стойкостью. Система внутреннего водяного охлаждения сохраняется обычной. В целом стойкость биметаллических электр -Дов, изготовленных сваркой трением, увеличивается. Сварка трением обеспечивает равнопрочность с'оединения, равную целому
...
На рис. 4.30 показана группа типовых свежезаточенных электродов точечных машин. К сожалению, в условиях производства такая идеальная внешность электродов сохраняется недолго. Наконечник невозможно восстанавливать ежеминутно и ежечасно, и он приобретает грибообразную форму и диаметр, превышающий иногда первоначальный более чем в 1,5 раза. В связи с таким формоизменением происходит следующая картина. Увеличение контактной площади электрода и изделия снижает механическое давление на свариваемый контакт, в результате чего его сопротивление несколько падает. Сила сварочного тока от этого эффекта не зависит и сохраняется той жесамой. Следовательно, интенсивность тепловыделения все же уменьшается за счет контактного сопротивления. Диаметр сварной точки получается за счет контактного сопротивления. Диаметр сварной точки получается меньше заданного. К счастью, слишком большому понижению активного тепловыделения в значительной мере препятствует эффект магнитного сжатия линий сварочного тока. Как бы ни расплющивался электродный наконечник и как бы ни становилась большой площадь его контактирования с металлом, магнитное давление, согласно, формуле (2.7), будет оказывать значительное сопротивление растеканию плотности тока по переходной плоскости. Таким образом, главной причиной нарушения режима при сварке изношенным электродом является снижение механического давления на свариваемый контакт. Следует иметь еще в виду, что изношенности электродного наконечника сопутствует и формирование на нем оксидной пленки недопустимо большой толщины.
...
Электрическая контактная точечная сварка появилась как заменитель пайки и клепки при изготовлении мелких деталей главным образом бытового назначения. Однако уже в 1920-х годах благодаря необычайной высокой производительности точечная
...
сварка стала широко применяться в массовом производстве крупногабаритных изделий. В первую очередь это оказалась автомобильная промышленность, а вслед за ней и другие отрасли, продукция которых ориентировалась на понятия прочности при различных сложнонапряженных состояниях. Только тогда, когда точечная сварка оказалась технологически единственно возможной, стали заниматься исследованием ее прочностных свойств.
...
Как и было отмечено выше, при исследовании одноточечных соединений пришлось примириться с концентрациями напряжений. Не лучше дело обстояло и в многоточечных конструкциях. Возвращаясь к рис. 4.17, необходимо обратить внимание на то, что в продольном (относительно действия силы) направлении крайние точки оказываются нагруженными больше, чем средние. В этом отношении соединения контактные многоточечные, многозаклепочные и дуговые с фланговыми швами качественно полностью идентичны. Различия только в степени концентрации напряжений. В частности, для трехточечного соединения две крайние точки перегружены относительно средней сравнительно немного — на 10—12 %. В четырехточечном эта перегрузка доходит до 50 %, в пятиточечном —средняя точка воспринимает иногда только пятую часть нагрузки крайних. Перегрузки такого рода стимулируют конструкторов создавать конструкции, подобные приведенным на рис. 4.17, г
...
Все сказанное о распределении нагрузок относится к статиче-ческим испытаниям. Разумеется, при ударных и вибрационных нагрузках все виды концентраций сохраняются и даже усиливаются. Имеются многочисленные опытные данные по показателям вибрационной прочности. Из них можно вывести приблизительно I такие соотношения. Одноточечные соединения при вибрационных испытаниях на растяжение — срез дают только 8—10 % от прочности при статическом разрыве. Многоточечные соединения при многорядном расположении точек и на металле малых толщин (0,3—1 мм) практически обеспечивают прочность, равную целому металлу, если говорить о конкретных конструкциях, а не о лабораторных испытаниях на вибрацию. Этот факт отлично доказывается службой всех точечно-сварных соединений, самых разнообразных по расположению точек, в корпусах всех автомобилей. Любые аварийные разрушения корпусов, даже старых машин с большим пробегом, всегда происходят по целому металлу, а не по сварным точкам Мало того, диски всех колес автомобилей «Москвич», «Жигули» и «Волга» соединены с ободом единичными : точками в один ряд при числе по окружности не более 12. Эти сварные соединения, много лет работающие в условиях реальной Ударной и вибрационной нагрузок, никогда не выводят колеса из строя в результате разрушения сварных точек. Точечная сварка глубоко внедрилась в вагоностроение, где толщина свариваемых
...
Таким образом, получая сравнительно невысокие прочностные показатели на лабораторных образцах, нельзя приходить в отчаяние, думая о применении точечно-сварных соединений в крупногабаритных конструкциях Целая конструкция, в которой точе-чечно-сварные соединения являются единственными ее связующими, оказывается весьма выносливой в реальных условиях ее службы.
...
Тем не менее, для авиационных и ракетных конструкций, в которых аварийные запасы прочности отдельных узлов предусматривают повышенными и для которых важнее понятия не прочности, а надежности, для таких узлов создаются комбинированные клеесварные соединения. Технология и прочностные свойства такого рода соединений весьма полно представлены в книге В. Н. Шавырина и В. И. Рязанцева [20]. Весьма примечательна сравнительная картина прочности на срез, которую получили В. И. Рязанцев, В. А. Федосеев и Н. И. Абин для точечно-сварных и клеесварных соединений из дюралюминия Д16Т. При диаметре точки 3 мм клеесварные соединения прочнее почти в 3,5 раза, при dT
...
В подавляющем большинстве точечно-сварные конструкции создаются как нахлесточные. Прочностные показатели таких соединений представлены в табл. 7 приложения.
...
Сварной шов, созданный между роликами шовной машины, не может рассматриваться как элементарный ряд последовательных точек, какие создаются электродами точечных машин. Различия здесь (и в отношении распространения тока и выделения теплоты, и технологические) довольно существенны.
...
Самым основным и, так сказать, классическим типом шовно-сварного соединения является нахлесточный шов (рис. 5.2, а).
...

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