Основы теории и технологии контактной точечной сварки (стр. 38 из 44)

В процессе формирования точечного сварного соединения на стадии нагрева во время t_СВ действия импульса сварочного тока при КТС с обжатием периферийной зоны соединения, как и при традиционных способах сварки, в зоне сварки происходит пластическое течение металла и монотонное увеличение площади (диаметра d_Пt) свариваемого контакта
(рис. 4.7, а). Это является следствием того, что среднее значение напряжений в контуре уплотняющего пояска σ_СРt, а после начала плавления металла в свариваемом контакте и давление Р_Яt в ядре, также уменьшаются по величине в течение действия импульса сварочного тока.

Факторы, следствием воздействия которых является такое изменение напряжений в контуре уплотняющего пояска σ_СРt и давления Р_Яt расплавленного металла в ядре, те же: разупрочнение металла в зоне сварки и снижение его сопротивления пластической деформации σ_Дt, а также уменьшение ширины уплотняющего пояска b_Пt, равной b_Пt = (d_Пt – d_Яt)/2, из-за более быстрого роста диаметра ядра d_Яt по сравнению с увеличением диаметра d_Пt уплотняющего пояска.

Основным фактором, определяющим уменьшение сопротивления пластической деформации σ_Дt металла в зоне сварки во время действия импульса сварочного тока также, как и при традиционных способах КТС, является его разупрочнение вследствие увеличения температуры Т_Дt
(рис. 4.5, б), которое по своему влиянию превосходит упрочняющее действие монотонно увеличивающейся в процессе формирования соединения степени пластической деформации. Так, в период времени после начала формирования ядра, несмотря на существенное увеличение температуры Т_0t в центре контакта деталь–деталь температуры Т_Эt в контакте электрод–деталь, температура деформируемого металла Т_Дt увеличивается незначительно, что хорошо коррелируется с изменением в этот период его сопротивления пластической деформации.

Кроме того, как и при традиционных способах КТС, уменьшению в процессе КТС сопротивления пластической деформации металла в зоне сварки σ_Дt также способствует и уменьшение при сварке скорости пластической деформации u_t.

Основное отличие характера протекания термодеформационных процессов при КТС с обжатием периферийной зоны соединения от их протекания при традиционных способах сварки заключается в особенностях характера силового взаимодействия деталей в контакте деталь–деталь, в частности, в возможности их силового взаимодействия вне контура уплотняющего пояска в площади кольцевого контакта деталь–деталь (см. рис. 3.2). Это оказывает существенное влияние на количественные параметры всех основных термодеформационных процессов, протекающих в зоне сварки, в частности, на величину напряжений в контуре уплотняющего пояска σ_СРt и давления Р_Яt в расплавленного металла ядре.

Так, в приведенном на рис. 4.7 примере, детали в месте сварки сжимаются токопроводящими электродами неизменным усилием F_Эt = 6 кН и обжимными втулками также неизменным усилием обжатия F_Оt = 3,4 кН (рис. 4.5, в). При этом в одном варианте сварки детали обжимаются втулками с внутренним диаметром d_ВВ, равным 16 мм (изменение параметров термодеформационных процессов в этом варианте сварки показано сплошными линиями), а в другом — 24 мм (в этом варианте сварки —штриховыми линиями).

Поскольку в приведенном примере детали в месте сварки собраны без зазора (δ = 0 → F_Дt = 0), то в соответствии с уравнением (3.17) к моменту начала импульса тока усилие сжатия в площади свариваемого контакта F_Ct равно усилию сжатия деталей токопроводящими электродами F_Эt, а усилие в кольцевом контакте F_Кt вне контура уплотняющего пояска равно усилию обжатия деталей F_Оt кольцевыми силовыми пуансонами.

С момента начала импульса тока вследствие нагрева и расширения металла в зоне сварки в контакте деталь–деталь начинает формироваться рельеф (уплотняющий поясок), увеличивающаяся высота которого h_Пt определяется по зависимости (3.84). Вследствие этого детали между контурами уплотняющего пояска и внутреннего диаметра обжимной втулки прогибаются и своей упругостью передают в зону сварки часть усилия обжатия деталей F_Оt, равную усилию F_Уt, величину которого можно определить по зависимости (3.19), сопротивления деталей их суммарному прогибу на высоту уплотняющего пояска. Таким образом, в процессе сварки на стадии нагрева усилие сжатия в свариваемом контакте F_Ct увеличивается пропорционально увеличению высоты h_Пt уплотняющего пояска на величину F_Уt, а усилие сжатия деталей в кольцевом контакте F_Кt на эту же величину уменьшается.

Это сказывается на количественных параметрах всех термодеформационных процессов, протекающих в зоне сварки. Так, увеличение внутреннего диаметра обжимной втулки с 16 до 24 мм приводит к уменьшению усилия упруго прогиба деталей F_Уt, усилия сжатия в площади свариваемого контакта F_Ct, уменьшению диаметра уплотняющего пояска d_Пt, повышению температуры Т_Дt деформируемого металла и уменьшению его сопротивления пластической деформации σ_Дt, а следовательно к уменьшению среднего значения напряжений в площади уплотняющего пояска σ_СРt и давления расплавленного металла в ядре Р_Яt.

При КТС с обжатием периферийной зоны соединения также, как и при традиционных способах сварки, до начала плавления металла все усилие сжатия в свариваемом контакте F_Ct уравновешивается металлом, находящимся в твёрдой фазе, и следовательно в этот период согласно зависимостям (3.10) и (3.21) F_Ct = F_Пt.

В период после момента t_НП начала плавления металла в свариваемом контакте до окончания импульса тока (при t_НП < t ≤ t_СВ) часть усилия сжатия в свариваемом контакте F_Ct уравновешивается давлением Р_Яt расплавленного металла в ядре, которое по его площади развивает усилие F_Яt (3.9), а часть — напряжениями в уплотняющем пояске, которые по его площади составляют усилие F_Пt (3.10). При этом, несмотря на уменьшение давления в ядре Р_Яt в процессе его формирования, усилие F_Яt в его площади увеличивается, что обусловлено более быстрым увеличение площади ядра по сравнению с уменьшением в нем давления, что приводит к увеличению доли усилия F_Ct, уравновешиваемой усилием F_Яt в площади ядра, и уменьшению на эту же величину доли усилия F_Ct, уравновешиваемой усилием F_Пt в площади уплотняющего пояска.

Таким образом, при КТС с обжатием периферийной зоны соединения в процессе сварки происходит не только перераспределение усилий сжатия в свариваемом контакте между уплотняющим пояском и ядром расплавленного металла, но и увеличение усилия сжатия в площади уплотняющего пояска. Это благоприятно сказывается на устойчивости процесса формирования соединения в части увеличения тепловыделения в начале процесса сварки и повышения устойчивости против образования выплесков в его конечной стадии.

4.2.3. Влияние режимов сварки на параметры термодеформационных процессов, протекающих в зоне формирования соединения

Параметры термодеформационных процессов, протекающих в зоне формирования соединения, зависят от многих факторов точечной сварки, в частности, рассмотренных выше. Кроме того, на них существенное влияние оказывают особенности технологий и параметры режимов точечной сварки, которое и рассмотрим ниже. В частности, исследованием влияния режимов сварки деталей из сплавов АМг6 и АМц, толщиной 1…4 мм, которые приведены в табл. 4.4, установлено следующее.

Таблица 4.4

Параметры режимов точечной сварки и размеры полученных соединений

№ п/п	Материал деталей	Толщина деталей, мм	Параметры режимов сварки			Размеры ядра
			Время сварки tСВ, с	Сварочное усилие FСВ, кН	Сварочный ток IСВ, кН	Диаметр dЯ, мм	Высота hЯ, мм
1	АМг6	1 + 1	0,06	6,5	38	5,0	1,2
2			0,08	5,5	31		1,0
3			0,10	4,5	27		0,75
4		2 + 2	0,06	12,0	49	8,0	2,6
5			0,08		42		2,1
6			0,10		37		1,2
7		3 + 3	0,16	20,0	76	10,0	4,0
8			0,24	18,0	63		3,0
9			0,30	17,0	57		2,1
10		4 + 4	0,20	28,0	85	13,0	5,1
11			0,26		77		3,9
12			0,32		65		2,3
13	АМц	1 + 1	0,06	2,5	34	5,0	1,25
14			0,08		26		1,0
15			0,10		21		0,6
16		2 + 2	0,10	7,0	51	8,0	2,7
17			0,14	6,0	37		2,2
18			0,18	5,5	32		1,3
19		3 + 3	0,12	10,0	78	10,0	4,1
20			0,16		62		3,2
21			0,20		51		2,1
22		4 + 4	0,16	18,5	82	13,0	4,9
23			0,20	16,0	73		4,1
24			0,24	19,0	61		2,8

Температура деформируемого металла Т_Дt в зоне сварки является основным фактором, определяющим его сопротивление пластической деформации σ_Дt. Многочисленные расчеты показали, что нагрев деформируемого объема металла в зоне сварки во время импульса сварочного тока протекает неравномерно (рис. 4.6, б, рис. 4.7, б). За первые 10…20 % от времени сварки t_СВ он нагревается до температуры, которая составляет 65...85 % от конечных ее значений. Затем рост его температуры замедляется. При этом, в случае сварки электродами со сферической рабочей поверхностью рост температуры деформируемого металла наблюдается в течение всего периода действия импульса сварочного тока (рис. 4.6, б), то при сварке электродами с плоской рабочей поверхностью и, в особенности, с обжатием периферийной зоны соединений увеличение температуры деформируемого металла во второй половине периода их нагрева весьма ограничено (рис. 4.7, б).