Параметры режима стыковой сварки сопротивлением

   Основными параметрами стыковой сварки являются ток сварки Iсв или плотность тока ісв, длительность прохождения тока tсв, усилие сжатия Fн (Fос) или программа изменения усилия во время сварки, устанавливаемая длина вылета деталей из зажимов L, усилие сжатия деталей в зажимах-электродах ,припуск на осадку.

    Ориентировочные значения параметров режима выбирают после анализа образования соединений, особенностей свариваемого материала и формы деталей, а также возможностей сварочного оборудования.

    Сварочный ток или его плотность определяют с учетом площади сечения и свойств свариваемого материала.

    Для определения ісв, tсв используют зависимость:

   где: к - коэффициент, равный для сталей - 8…10, для алюминия - 20, для меди - 27.

   Чрезмерное увеличение ісв может привести к выплеску металла, уменьшение tсв приводит к неравномерному нагреву деталей по площади сечения, а увеличение усиливает окислительные процессы.

   Устанавливаемая длина детали L, как правило, составляет (1,5…2.0)d где d - диаметр свариваемых деталей. При стыковой сварке разнородных металлов с целью обеспечения равномерного нагрева устанавливаемая длина каждой детали разная. Для деталей из металлов с большей теплопроводностью длина должна быть больше.

   где: Усилие сжатия деталей в губках сварочной машины, чтобы предотвратить проскальзывание, должно быть в 2-3 раза больше, чем усилие осадки. Усилие при нагреве выбирают из условия обеспечения оптимального распространения температур в деталях.

   Усилие осадки определяет величина припуска на осадку- величина пластической деформации металлов, а также качество очистки стыков от оксидов. Оно увеличивается при увеличении сечения деталей, жаропрочности металлов и скорости осадки.

   Скорость осадки назначают с учетом ее влияния на окисление металла. Чем больше скорость осадки Vос, тем меньше вероятность того, что из стыка не будут удалены оксиды. Чрезмерное увеличение Vос иногда ухудшает качество сварки из-за затрудненной пластической деформации. Припуск на осадку содержит в себе припуск на осадку под током и без тока, когда соединение происходит под действием усилия осадки

Стыковая сварка оплавлением

    Сварка оплавлением происходит в два этапа: нагрев металла стыка до оплавления и последующая осадка.

    Сначала детали зажимают в электродах-зажимах, а потом на них подается напряжение от сварочного трансформатора и только после этого медленно перемещают одну из деталей на встречу другой с требуемой скоростью для их столкновения.

   Основная технологическая роль оплавления состоит в нагреве деталей до образования на торцах слоя расплавленного металла , а также соответствующего распределения температур в пришовной зоне для проведения последующей осадки с целью удаления расплава и оксидов в грат.

   Нагрев при оплавлении происходит в основном за счет тепла, которое выделяется в контактном сопротивлении rд1д2 и определяется перемычками расплавленного металла, которые находятся в искровом промежутке. Часть тепла, которое выделяется в собственном сопротивлении деталей rд1, rд2 вследствие относительно малой средней плотности тока небольшая и не учитывается в тепловых расчетах.

   Механизм нагрева при оплавлении обычно реализуют следующим способом: при сближении деталей, при включенном напряжении и малом давлении, между твердыми или жидкими локальными участками поверхности торцов образуются электрические контакты. Нагрев контактов осуществляется током, что вызывает их быстрое оплавление и образование перемычек из жидкого металла. Перемычки быстро разрушаются. Длительность существования перемычек обычно не превышает 0.001…0.005с. Форма и размеры перемычек определяются действием двух основных противоположно направленных сил: сил поверхностного натяжения Fп, которые стремятся при сближении деталей уменьшить зазор между торцами и увеличить диаметр перемычки dп и электромагнитных сил Fэ (пропорциональных квадрату сварочного тока), которые стремятся сжать и разорвать перемычку. Сжатие перемычки вызывает в ней увеличение плотности тока и скорость нагрева. При большой плотности тока металл в центре перемычки переходит в парообразное состояние и происходит ее взрыв. Расплавленный металл выбрасывается из зазора в виде искр (со скоростью больше 60 м/с), что приводит к укорачиванию деталей.

   Перемычки в стадии их формирования до момента разрушения служат источниками нагрева (за счет теплопроводности) металла пришовной зоны. Для процесса оплавления характерны высокая локальная плотность тока в перемычках и малая средняя плотность тока относительно всего сечения деталей.

   В некоторых случаях при высоком напряжении, малой продолжительности существования перемычек, малой работы выхода электронов и большой индуктивности контура машины как дополнительный источник тепла (кроме перемычек) могут стать дуговые разряды, которые нагревают металл до более высоких температур. Они возникают в период полного размыкания торцов. При этом запасенная в магнитном поле энергия вызывает перенапряжение, пробой и появление электрической дуги. Возникновение следующей перемычки шунтирует дугу и она гаснет.

   Обычно в начале оплавления распределение температур на оплавленных торцах неравномерное, причем степень неравномерности по мере нагревания уменьшается .

   Средняя температура на торцах растет постепенно до тех пор, пока их поверхности не покроются более-менее равномерным слоем расплавленного металла. Это обеспечивается при постоянном процессе оплавления, когда перемычки последовательно и многоразово возникают по всей площади торцов деталей.

   На устойчивость процесса оплавления влияют: эффект саморегулировки, запас электрической мощности машины, предварительный подогрев деталей перед оплавлением, геометрия соединений, локальная интенсивность процесса, род тока (постоянный или переменный) и т.д.

   Саморегулирование является основным условием устойчивого оплавления. Для поддержания устойчивого оплавления, предотвращения короткого замыкания, а также произвольного прекращения оплавления снижение rд1д2 должно быть компенсировано быстрым нарастанием тока и повышением полезной мощности, которая ограничивает возрастание сечения перемычек и облегчает их разрушение. Таким образом, устойчивое оплавление возможно, если изменения сварочного тока и полезной мощности при снижении сопротивления rд1д2 имеют одинаковый знак.

   При оплавлении для сближения деталей в стадии нагрева используют как "жесткие" так и "не жесткие" программы, которые зависят от изменения параметров процесса сварки. Распространение получили преимущественно заранее заданные жесткие программы перемещения подвижной плиты машины.

   При стыковой сварке деформация обычно характеризуется припусками на оплавление и осадку, Fос и скоростью осадки Voc.