Методика определения основных параметров режима контактной сварки. (Лекция 13)

Особенности нагрева при контактной сварке.
Методика расчета основных параметров режима точечной, шовной и рельефной сварки с использованием ЭВМ.

приведенной нами ранее формулой теплового баланса:
Qээ = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 ,
где Qээ – полное количество теплоты, затрачиваемое на образование сварной точки; Q1 – полезная теплота, расходуемая на нагрев металла сварной точки Qпол; Q2 – теплота, передаваемая теплопроводностью в окружающий зону соединения металл; Q3 – потеря теплоты в электроды; Q4 – потери теплоты лучеиспусканием с поверхности нагретых деталей и электродов.
В определенных пределах Qпол не зависит от τсв и представляет собой теплоту, расходуемую на расплавление металла сварной точки. Остальные составляющие теплового баланса относят к потерям теплоты Qпот. Таким образом,
Qээ = Qпол + Qпот.
Среднее количество теплоты, выделяемой в единицу времени при протекании сварочного тока, равно
qээ = Qээ /τсв.

уменьшением qээ длительность нагрева увеличивается. При использовании машины малой мощности со средним количеством теплоты qээ3 < qээ min нагреть зону сварки до необходимой температуры невозможно. В этом случае выделяется недостаточное количество Qээ и рассеивается в виде потерь. По этой причине при контактной сварке применяются мощные машины, позволяющие снизить время протекания тока, повысить производительность и снизить расход электроэнергии.
Изложенные выше положения относятся не только к точечной сварке, но и к остальным способам контактной сварки.

сварочного тока. Сварочный ток рассчитывают по закону Джоуля-Ленца:

где Qээ – количество теплоты; 2rдк – сопротивление двух свариваемых деталей в момент выключения сварочного тока; k – коэффициент, учитывающий изменение rээ в процессе протекания сварочного тока;
τсв – время протекания сварочного тока.
Для низкоуглеродистых сталей k = 1, алюминиевых и магниевых сплавов – 1,15, коррозионно-стойких сталей – 1,2, сплавов титана – 1,4.

– энергия, затрачиваемая на нагрев до температуры плавления ТПЛ столбика металла высотой 2δ и диаметром основания, равным диаметру контакта электрод–деталь dЭ ; Q2 – теплота, расходуемая на нагрев металла в виде окружающего ядро кольца шириной . Среднюю температуру кольца принимают равной Тпл/4; Q3 – потери теплоты в электроды, которые учитываются нагревом условного цилиндра высотой до средней температуры, равной Тпл/8.

см γм(Тпл/4);
Q3=2 к2(πdЭ2/4)Х3 сЭγЭ (Тпл/8),
где к1 – коэффициент, учитывающий, что средняя температура кольца несколько ниже средней температуры Тпл/4, к1 = 0,8;
к2 – коэффициент, учитывающий форму электрода; при цилиндрическом электроде к2 = 1, при коническом к2 =1,5, при использовании сферического электрода к2 = 2; сЭ и γЭ – теплоемкость и плотность материала электрода;
с М и γМ – теплоемкость и плотность свариваемого металла;
а М, аЭ – коэффициенты температуропроводности свариваемого металла и материала электродов.

и Тпл:
ρ1 = ρ0(1+αТр); ρ2 = ρ0(1+αТпл).  
При сварке деталей из сталей Тр и Тпл принимают равными 1200 и 1500 °С, а для алюминиевых сплавов – 450 и 630 °С.
Коэффициент кр учитывает неравномерность нагрева деталей; принимается для сталей и титана кр = 0,85, для алюминиевых и магниевых сплавов кр = 0,9.
Коэффициент А рассчитывается по формуле  
А = rд / rц,
 где rд – электрическое сопротивление свариваемых деталей; rц – электрическое сопротивление цилиндрического столбика металла длиной 2δ и диаметром dэ.
За счёт шунтирования тока в массу деталей rд всегда меньше rц. Поэтому коэффициент А < 1. При сварке деталей толщиной 0,8…3,0 мм А ≈ 0,8.

Сопротивление 2rдк представляют как сопротивление двух условных пластин 1 и 2 одинаковой толщины, каждая из которых нагрета до температуры Тр и Тпл:
2rдк = А кр δ (ρ1+ ρ2) / π dэ²/4.

тока шунтирования можно определить по формулам, которые справедливы как для точечной, так и для шовной сварки:
Iш = Icв⋅ rээ / rш ; Iш = Icв⋅δ / tш,
где rээ и rш – электрическое сопротивление зоны сварки и шунта; δ – толщина свариваемого металла.
Вторичный кратковременный ток I2 кр = Icв +Iш.
Изложенную методику расчета сварочного тока можно применить для контактной шовной сварки, рельефной и рельефно-точечной сварки листов внахлестку.

Сварочный ток, определенный по формуле, для получения сварной точки заданного диаметра должен протекать только через зону сварки. При двухсторонней сварке и наличии ранее сваренных точек происходит протекание тока через эти точки. Это называется шунтированием тока.