. Определение режимов сварки [18], [25], [26], [14], [6].

Величина сварочного тока, зависящая от размеров и материала свариваемых заготовок, а также производительности сварки, может быть определена одним из следующих методов:

а) путём расчёта на основании определения общего количества теплоты, расходуемой на одну сварочную операцию с учётом теплофизических свойств свариваемого материала (табл. 2);

б) по технологическим таблицам, имеющимся в справочниках и других литературных источниках (здесь указываются суммарные значения токов – сварочного J_св и шунтирования J_ш);

в) как произведение рекомендуемой плотности тока на площадь сечения заготовок (при стыковой сварке) или площадь поверхности электрода, контактирующей с изделием (при точечной сварке).

Другие параметры режима сварки определяются по литературным источникам.

.1. Стыковая сварка сопротивлением [18], [14], [26], [29].

Параметрами режима сварки сопротивлением являются:

1) время нагрева – t_св , с;

2) сварочный ток – J_св , А;

3) усилие осадки – Р_ос , Н;

4) установочная длина – l_ус , мм;

5) припуск на осадку: общий – l_ос , мм; под током – l_п.т. ; без тока – l_б.т. .

.1.1. Время нагрева (t_св , с) при сварке сопротивлением заготовок из углеродистых и низколегированных сталей в зависимости от сечения заготовок рекомендуется выбирать по табл. 1.

Таблица 1

Сечение заготовок, мм2	7	25	50	100	250
Время нагрева, с	0,25	0,7	1,0	1,5	2,5

.1.2. Сварочный ток (J_св ,А) определяют в зависимости от площади поперечного сечения заготовок ( Р , мм²) и плотности тока (j , А/мм²).

Необходимую плотность тока находят по следующей эмпирической формуле:

, А/мм²,

где k – коэффициент, равный 10 для стали диаметром до 10 мм;

8 – для стали диаметром более 10 мм;

20 – для алюминия;

27 – для меди.

При этом величина сварочного тока равна

J_св.= j·F , А.

Если заготовка не представляет замкнутого контура, сварочный ток совпадает с общим вторичным током (J₂). Для заготовок замкнутого контура (обод, обечайка и т.п.) в расчёт J₂ вводят ток шунтирования (J_ш):

J₂ = J_св + J_{ш .}

Ток шунтирования находят по соотношению сопротивлений заготовки на её ветвях между губками стыковой машины:

J_ш = J_св · R_св / Z_ш [3],

где R_св и Z_ш – сопротивления заготовок в участках шунтирования:

R_св = R_к + ρ_t ; .

Величину контактного сопротивления R_k между свариваемыми заготовками определяют по эмпирической формуле:

, Ом,

где a = 0,005 (для низкоуглеродистой стали);

P_ос – усилие осадки, Н;

= 0,75 (показатель степени для низкоуглеродистой стали).

.1.3. Усилие осадки (Р_ос) определяют в зависимости от площади поперечного сечения заготовок ( F, мм²) и удельного давления ( р, МПа), рекомендуемого при сварке сопротивлением данного металла (табл. З).

Величина усилия осадки равна .

Таблица 3

Материал заготовок	Удельное сопротивление осадки, МПа
Низкоуглеродистая сталь Медь, алюминий и их сплавы Нихром, диаметром 2…5 мм Аустенитная сталь	20…30 10…15 5…10 5…15

.1.4. Установочная длина определяется по литературным источникам. Для заготовок компактного сечения из низкоуглеродистых сталей суммарная установочная длина (на обе заготовки) может быть подсчитана по соотношению

,

где d – диаметр или сторона квадрата заготовки.

.1.5. Припуск на осадку (общий, под током, без тока) находится по литературным источникам.

.2. Стыковая сварка оплавлением [18], [14], [26], [29].

Параметрами режима стыковой сварки оплавлением являются:

– средний ток при оплавлении – J_опл , А;

– припуск на оплавление – l_опл , мм;

– средняя скорость оплавления – V_опл , см/с;

– скорость осадки – V_ос , см/с;

– припуск на осадку – l_ос , мм;

– усилие осадки – P, Н.

Если сварку осуществляют оплавлением с подогревом, назначают дополнительные параметры, определяющие подогрев заготовок перед оплавлением.

.2.1. Средний ток при оплавлении определяется по приведенной ниже формуле в зависимости от скорости оплавления и выбранного метода сварки (непрерывным оплавлением или оплавлением с подогревом). Средняя скорость оплавления выбирается по литературным данным

, А,

где γ, с, λ – плотность (г/см³), теплоёмкость (Дж/гК), теплопроводность (Вт/см К) принять средними в интервале температур 0 – Тпл. (см. табл. 2);

Т_опл – средняя температура частиц металла, удаляемых при оплавлении из стыка (для стали Т_опл = 2250 К);

К_н – коэффициент, учитывающий несинусоидальную форму кривой тока при оплавлении, К_н = 0,7;

m – скрытая теплота плавления (Дж/г; для стали m = 273 Дж/г);

– градиент температур у стыка, К/см;

при сварке стали оплавлением

= (4000-8000), К/см;

при сварке с подогревом = (4000-8000) ;

Т_под – температура подогрева заготовок перед оплавлением, К; для стали равна (1000…1100)К;

F – сечение заготовок, см²;

R_опл – сопротивление стыка при оплавлении, Ом.

;

для стали ,

где К_ф – коэффициент, зависящий от формы сечения заготовок:

для круга К_ф = 1,

для квадрата К_ф = 0,94,

для полосы с отношением сторон:

1:2 – К_ф = 0,915;

1:4 – К_ф = 0,715;

1:20 – К_ф = 0,615.

.2.2. Припуски на оплавление, на осадку, установочная длина, усилие осадки и другие параметры находятся по литературным источникам.

.3. Точечная сварка [18], [25], [26], [6], [29], [31].

Параметрами режима точечной сварки являются:

– диаметр рабочей поверхности электрода d_э , мм;

– время сварки t_св , с;

– усилие на электродах Р_св , Н;

– сварочный ток J_св , А.

.3.1. Диаметр электродов. При сварке стали толщиной  0,5 мм используют электроды с плоскоконической рабочей частью

d_э = (2S + 3) , мм,

где S – толщина более тонкой из свариваемых заготовок в мм.

Лёгкие сплавы сваривают электродами со сферической рабочей частью. В этом случае при тепловых и других расчётах в качестве диаметра электрода принимают диаметр отпечатка, равный (3,5 – 4,0)S, мм.

.3.2. Время сварки. Для одноимпульсной сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей

t_св = ( 0,2 – 0,4)S , с.

В других случаях t_св выбирают по литературным источникам.

.3.3. Усилие на электродах при сварке низкоуглеродистой стали

принимают равным Р_св = (1000–2000)·S , Н – для мягких режимов,

Р_св = (2000–3000)·S , Н – для жестких режимов,

где S – толщина наиболее тонкой заготовки, мм.

Верхнее значение указанных в скобках усилий принимают при сварке заготовок повышенной толщины. Для других материалов Р_св выбирают по литературным источникам.

.3.4. Сварочный ток в сумме с током шунтирования равен вторичному току. Величину сварочного тока рассчитывают по следующим формуле

, А,

где Q – общее количество теплоты (полезной + потери), затрачиваемой на одну сварную точку, Дж;

m – коэффициент, учитывающий изменение сопротивления заготовок в процессе сварки (для низкоуглеродистой стали m = 1,0…1,10);

для лёгких сплавов m = 1,2…1,4;

для аустенитных сталей и титана m = 1,1…1,2;

t_св – время включения тока, с;

R_н – среднее суммарное сопротивление нагретых заготовок, Ом (принимается равным сопротивлению заготовок под электродами к концу сварки, при этом R_н = А·R_ц , мкОм [18],

где R_ц – сопротивление столбика металла под электродами высотой

(S₁ + S₂) , см и диаметром d_э , см.

При сварке двух листов одинаковой толщины .

Для стали: ρ_t = (120–140) , мкОм·см.

А – коэффициент, учитывающий характер поля электрического тока в заготовках и зависящий от соотношения между диаметром электрода и толщиной заготовки.

dэ / S	0,5	1	1,5	2	2,5	3
A	0,25	0,45	0,6	0,66	0,72	0,75

, Дж

где d_э – диаметр электрода, см;

S – толщина одной свариваемой заготовки, см; при разных толщинах заготовок принимается их среднее значение;

с₁, γ₁ – средняя теплоёмкость, Дж/гК, и плотность, г/см³, металла заготовок в диапазоне температур 0…Т_пл ;

Т_пл – температура плавления металла заготовок, ⁰С;

К₁ = 0,8 – коэффициент, учитывающий особенности распределения температур в кольце металла, окружающем ядро точки;

Х – ширина кольца нагретого металла, окружающего ядро, см;

;

a = λ / с · γ – температуропроводность, см² / с.

Для стали .

Для дюралюминия .

Для меди .

К₂ – коэффициент формы электродов:

К₂ = 1 для цилиндрического электрода,

К₂ = 1,5 для конического,

К₂ = 2 для сферического.

Х´ – длина нагреваемого участка электродов, , см;

с´, γ´ – теплоёмкость, Дж/гК, и плотность, г/см³, металла электродов (можно принять при температуре 20⁰С).

Значения с; γ; λ; а; ρ_t ; Т_пл приведены в [28], [30] и в табл. 2.

Общий вторичный ток равен J₂ = J_св + J_ш .

При сварке углеродистых сталей ток шунтирования (J_ш) можно принять равным 0,3J_св .

Общий вторичный ток определяют также по таблицам режимов сварки [25], [26], [6], [31].

.4. Шовная сварка [18], [25], [26], [31].

Параметрами режима шовной сварки являются:

– шаг точек – а, мм;

– усилие на электродах – Р, Н;

– ширина рабочей части роликов – В, мм; их диаметр Д, мм;

– время сварки – t_св , с;

– коэффициент цикла сварки – е = t_св / ( t_св + t_пауз );

– скорость сварки – V, см/с;

– сварочный ток – J_св , А.

.4.1. Шаг точек выбирают в зависимости от толщины (S) и материала свариваемых заготовок по соотношению а = к · S ,

где К равно для низкоуглеродистой стали 2,8 – 3,2;

для аустенитной стали 2,4 – 2,8;

для алюминиевых сплавов 2,0 – 2,4.

.4.2. Другие параметры устанавливаются по литературным источникам в зависимости от толщины, формы, размеров и материала свариваемых заготовок.

.4.3. Сварочный ток, протекающий по оси свариваемой точки, можно определить по той же методике, что и для точечной сварки. Общий кратковременный вторичный ток при шовной сварке на 40 – 60 % выше, чем при точечной сварке аналогичных заготовок.