6. Контрольные вопросы:

6.1 Что такое коэффициент трансформации?

6.2 Что называется током холостого хода трансформатора?

6.3 Что называется напряжением короткого замыкания?

6.4 Сколько витков может быть в трансформаторе в машине контактной сварки?

6.5 Какое значение напряжения допустимо подать на первичную обмотку трансформатора при опыте короткого замыкания трансформатора?

7. Список литературы:

1 Гуляев А. И. Технология и оборудование контактной сварки VI.: Машиностроение, 1985; г. -256 с.

Лабораторная работа № 2

ТЕМА: Выполнение точечной сварки низкоуглеродистой стали на машине общего применения, МТ – 604. Определение влияния параметров режима на качество сварки

1 Цели работы:

1.1 Ознакомиться с методикой выбора режимов точечной сварки низкоуглеродистых сталей;

1.2 Исследовать влияние параметров режима на качество сварки;

1.3 Пробудить чувства ответственности;

1.4 Развивать интерес к самостоятельной деятельности на занятии.

Время выполнения: 2 часа

2 Дидактическое и методическое обеспечение:

2.1 Методические указания по выполнению лабораторной работы;

2.2 Материальное обеспечение: контактная точечная машина МТ – 604; свариваемые образцы (пластины);

2.3 Справочная литература.

3 Последовательность выполнения работы:

3.1 Изучить правила по технике безопасности и пожарной безопасности при выполнении работы;

3.2 Изучить и кратко законспектировать теоретические положения по данной работе;

3.3 Подобрать режимы сварки для имеющихся пластин (не менее 4 шт.) из малоуглеродистой стали;

3.4 Произвести их сварку на точечной машине;

3.5 Определить качество сварки внешним осмотром. При наличии дефектов установить их причину;

3.6 Увеличить силу тока на 50-100 А и произвести сварку образцов;

3.7 Произвести внешним осмотром оценку качества сварки;

3.8 Проанализировать влияние параметров режима на качество сварки;

3.9 Ответить на контрольные вопросы;

3.10 Составить отчёт.

4 Правила по технике безопасности и пожарной безопасности:

4.1 Не включать машину без разрешения преподавателя;

4.2 Не прикасаться к токоведущим частям оборудования;

4.3 Не выполнять иных действий, не предусмотренных данной лабораторной работой.

5 Основные теоретические положения:

Точечной (и рельефной) сваркой соединяют листовые металлы, толщиной от нескольких мм до 25-30 мм. Выбор способа сварки определяется конструкцией изделия, металлом и требованиями к сварным соединениям, масштабом производства.

Технологический процесс изготовления узлов с применением точечной сварки состоит из последовательно выполняемых операций: подготовка поверхности, сборка, прихватка, сварка, правка конструкции и отделочные операции.

Подготовка поверхности стабилизирует контактное сопротивление, что способствует получению сварного соединения без дефектов и повышению стойкости электродов. Чем выше электропроводность металла и жёстче режимы сварки, тем тщательнее должна быть обработана поверхность. Качество подготовки поверхности проверяют визуально, сравнивая с эталонными образцами.

К основным параметрам режима точечной сварки относят силу сварочного тока I_св, усилие сжатия F_св и время импульса t_св. Для точечной сварки важное значение имеют размеры рабочей поверхности электрода. К дополнительным параметрам точечной сварки относят цикл сварки, который выбирается в зависимости от материала, его толщины, применяемого оборудования.

Для сварки металлов небольшой толщины (до3 мм) не требуется повышенное усилие проковки. Для металлов меньших толщин, но с особой склонностью к трещинам, проковку применяют. Время приложения усилия проковки F_k должно быть с небольшим запаздыванием (t_ic= 0,02-0,18с). При запаздывании проковки на большее время металл успевает закристаллизоваться с образованием трещин. При ранней проковке увеличиваются пластические деформации.

Проковка, кроме предотвращения образования трещин, устраняет усадочные дефекты в литом ядре, снижает общую деформацию изделия и существенно повышает усталостную прочность соединения.

Для получения хорошего качества сварки важно правильно выбрать оптимальные параметры режима сварки, исходными данными для выбора режима являются свойства и толщина металла, подготовка его поверхности, возможности сварочного оборудования и требования к качеству. Параметры режима выбирают по таблицам, номограммам, рассчитывают или устанавливают опытным путём. Выбранные или расчетные режимы проверят и уточняют для конкретных условий.

Применяемые режимы условно разделяют на несколько групп по их жёсткости. В основе такого деления лежит плотность тока на контактной поверхности и продолжительность импульса. Большое значение плотности тока и малая продолжительность импульса соответствуют i более жёстким режимам. Такое условное определение жёсткости режима по принятым значениям плотности тока возможно для деталей, изготовленных из одного материала и одной толщины.

Самый распространённый металл для изготовления сварных конструкций -низкоуглеродистая тонколистовая качественная сталь марки 08кп и другие с содержанием углерода до 0,15%. Плотность тока на контактной поверхности электродов колеблется в пределах 80-600 А/мм², а давление - 50-120 МПа. На практике для сварки этих металлов используют режимы с плотностью тока 200 А/мм².

Основными параметрами режима точечной сварки являются: сварочный ток (I_св, A), время сварки (t_св, c), сварочное усилие (F_св, H), усилие проковки (F_x, H), время проковки (t_x,c), а также размеры и форма рабочей поверхности электродов.

Сварочный ток рассчитывают по следующему выражению:

I_св = Qээ/ m_r*2 r_ээ*t_св (1)

где Qээ – общее количество теплоты, затрачиваемое на образование соединения, Дж;

m_r – коэффициент, учитывающий изменение r_ээ в процессе сварки;

r_ээ – электрическое сопротивление металла в зоне сварки, Ом.

Таблица 1.1

Свойства конструкционных материалов

Для низкоуглеродистых сталей m_r ≈ 1,0; для алюминиевых и магниевых сплавов – 1,15; коррозионно-стойких сталей – 1,2; сплавов титана – 1,4.

Qээ определяют по уравнению теплового баланса, в котором потерями на излучение (ввиду кратковременности нагрева) пренебрегают:

Qээ = Q₁ + Q₂+ Q₃, (2)

где : Q₁ – теплота, расходуемая на нагрев и плавление металла в литом ядре, Дж;

Q₂ и Q₃ – теплота, расходуемая на нагрев металла, окружающего литое ядро, и электродов соответственно, Дж.

Расчётный объём литого ядра существенно больше действительного, т. к. принимаются, что металл расплавляется в объёме цилиндра с основанием равным рабочей поверхности электрода и высотой, равной толщине свариваемых деталей. Это компенсирует неточность принятой схемы, в которой при расчёте Q₁ не учитываются затраты тепла перегрев металла (выше Т_пл) и скрытая теплота его плавления:

Q₁ = ²_э / 4 (δ₁ + δ₂) с_м* γ_м * Т_пл , (3)

где: С_м и γ_м - теплоемкость и плотность свариваемого металла.

При расчете Q₂ принимают, что заметный нагрев деталей наблюдается на расстоянии Х₂ от границы ядра (рис.2). Значение Х₂ определяется временем сварки и температуропроводностью металла a_м, м²/с:

Х₂ =√4_ам * t_св (4)

а_м= λ_м / с_м* γ_м (5)

где: λ_м - теплопроводность свариваемого металла.

Рисунок 1 – Схема нагрева деталей и электродов при точечной сварке

Если объем нагретого металла вокруг литого ядра – π*х₂ (d₂ + х₂ ) (δ₁ + δ₂), а средняя его температура Т_пл / 4, то

Q₂ = k₁*π*Х₂(dэ + х₂) (δ₁ + δ₂) с_м* γ_м * Т_пл/4 , (6)

где: k₁ – коэффициент, учитывающий нелинейность распределения температуры металла вокруг литого ядра, принимается 0,8

Потери теплоты в электроды Q₃, учитываются из условия, что глубина нагрева электродов – х₃, а средняя температура на этом участке – Т_ПЛ /8

Q₃ = 2k₂*(πdэ²/4) х₃* с_э* γ_э *( Т_пл/8), (7)

где: k₂ – коэффициент, учитывающий влияние формы электрода (для цилиндрических электродов с плоским РП k₂ =1,0; для конических электродов с плоской РП k₂ =1,5; для электродов со сферической РП k₂=2,0); с_э и γ_э – теплоемкость и плотность материала электродов.

х₃ = 4 √а_э * t_св , (8)

где а_э – температуропроводность материала электродов, м²/с,

а_э = λ_э / с_э* γ_э (9)

где: с_э и γ_э – теплопроводность материала электродов.

Диаметр электрода выбирается, исходя из толщины свариваемых деталей. При точечной сварке деталей неравной толщины принимается толщина более тонкой детали.

Для d≤1,5*10^-3м dэ=2d+3*10^-3

Для d>1,5*10^-3м dэ=1,5d+5*10^-3

Время сварки определяют следующим образом:

t_св = t_{св.табл.} * (δ/ δ_табл), (10)

где: δ_табл. – толщина материала, для которого взято время сварки; δ - толщина свариваемого материала; t_{свтабл.} – время сварки из табл. 1¸2.

Таблица 1.2

Ориентировочные режимы сварки низкоуглеродистых сталей на однофазных машинах переменного тока

Толщина d*10-3,м		Точечная сварка
		Iсв, кА	tсв, с		Fсв, кН		Fк, кН	tк, с
0,5 1,5 3,0		6-8 11-12 14-15	0,08-0,1 0,16-0,24 0,3-0,48		1,2-1,8 4-5 9-10		- - 18-20	- - 0,36-0,54
d*10-3,м	Шовная сварка
	Iсв, кА			tсв, с		tп, с	Fсв, кН		Vсв, м/мин
0,5 1,5 3,0	7-8 13-14,5 18-20			0,02-0,04 0,12-0,14 0,24-0,32		0,04-0,06 0,12-0,18 0,28-0,36	1,5-2 5-6 9-10		1-1,2 0,6-0,7

Электрическое сопротивление зоны сварки рассчитывают по формуле [11]

r_ээ = 4 Ад*kп*δ / π*d_э ² *(ρ_Т1 + ρ_Т2), (11)

где: Ад – коэффициент, учитывающий отличие площади контакта деталь-деталь от рабочей площади поверхности электродов, принимается равным 0,85¸0,9;

kп – коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева пластин, принимается равным 0,85;

δ – толщина одной детали, когда детали равной толщины, или полусумма толщин, когда детали разной толщины, м;

ρ_Т1 и ρ_Т2– удельные электрические сопротивления свариваемого металла при температуре равной 0,8 Т_пл и Т_пл соответственно:

ρ_Т = ρ₀ (1 + α_Т *Т)

Сварочное усилие F_св при сварке изделий из низкоуглеродистой стали зависит от толщины свариваемого металла:

F_св = (2,5 – 4,5) δ

Для определения сварочного усилия F_св, усилия и времени проковки F_к и t_к рекомендуется использовать следующие формулы:

F_св = F_{св.табл} (δ/ δ_табл );

F_к = F_к.табл (δ/ δ_табл );

t_к = t_к.табл (δ/ δ_табл );

где: δ_табл – толщина материала, для которого из табл. 2¸4 взяты значения сварочного усилия, усилия и времени проковки; δ – толщина свариваемого металла;

F_{св.табл}., F_к.табл., t_к.табл. – сварочное усилие, усилие и время проковки.

Таблица 1.3

Значения измерительных и расчетных величин опыта

Низкоуглеродистая сталь

Характер режима	Толщина металла, мм	Диаметр электрода, мм	Сварочный ток, кА	Усилие сжатия, МПа	Длительность импульса, с	Результат опыта
Нормальный
Уменьшение одного параметра
Увеличение одного параметра

6. Контрольные вопросы:

1. Как выбирается способ сварки.

2. Из каких операций состоит техпроцесс при точечной сварке?

3. Как осуществляется подготовка поверхности к точечной сварке?

4. Как производится выбор параметров при точечной сварке?

5. Как влияет проковки на качество точечной сварки?

7. Список литературы:

1 Гуляев А. И. Технология и оборудование контактной сварки VI.: Машиностроение, 1985; г. -256 с.

Лабораторная работа № 3

ТЕМА: Выполнение шовной сварки низкоуглеродистой стали на машине общего применения, МШ – 1001. Определение влияния параметров режима на качество сварки

1 Цели работы:

1.1 Ознакомиться с методикой выбора режимов при шовной сварке низкоуглеродистых сталей;

1.2 Исследовать влияние параметров режима на качество сварки;

1.3 Пробудить чувства ответственности;

1.4 Развивать интерес к самостоятельной деятельности на занятии.

Время выполнения: 2 часа

2. Дидактическое и методическое обеспечение:

2.1 Методические указания, по выполнению лабораторной работы

2.2 Материальное обеспечение:

2.3 Шовная машина МШ - 1001;

2.4 Свариваемые образцы (пластины)

2.5 Справочная литература

3. Последовательность выполнения работы:

3.1 Изучить правила по технике безопасности и пожарной безопасности при выполнении работы;

3.2 Изучить и кратко законспектировать теоретические положения по данной работе;

3.3 Подобрать режимы сварки для пластин из низкоуглеродистой стали;

3.4 Произвести их сварку на шовной машине;

3.5 Определить качество сварки внешним осмотром. При наличии дефектов установить их причину.

3.6 Увеличить силу тока на 50-100 А и произвести сварку образцов;

3.7 Произвести внешним осмотром оценку качества сварки;

3.8 Проанализировать влияние параметров режима на качество сварки;

3.9 Ответить на контрольные вопросы ;

3.10 Составить отчёт.