ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Образование соединений из "Контактная сварка " Все способы контактной сварки основаны на нагреве металла теплотой, выделяющейся при протекании через детали электрического тока. Количество теплоты зависит от силы тока, длительности его протекания и электросопротивления металла зоны сварки. [c.12] При включении тока вначале за счет концентраций линий тока разогреваются выступы контакта (рис. 7,а), а затем и металл, находящийся в непосредственной близости к контакту. Электроды, используемые при сварке, изготовляют из медных сплавов, имеющих высокую теплопроводность. Охлаждение электродов водой способствует тому, что нагрев поверхностей деталей, контактирующих с электродами, протекает медленнее нагрева внутренних слоев металла зоны сварки. [c.13] С повышением температуры металла контактные сопротивления быстро снижаются, и основное выделение теплоты происходит за счет сопротивления деталей. Ток пропускают до тех пор, пока в центральной, наиболее нагретой зоне, металл деталей не расплавится. В результате расплавления образуется чечевицеобразная зона жидкого металла, окружаемая плотным кол эцом нагретого металла, в пределах которого образовалось достаточно прочное соединение в пластическом состоянии (без расплавления). Это кольцо-поясок 4 (рис. 7,6), сжатое при нагреве усилием электродов, является уплотнением, препятствующим вытеканию жидкого металла в зазор между свариваемыми деталями. После получения зоны расплавления необходимых размеров ток выключают, металл охлаждается, и в результате его затвердевания — кристаллизации образуется литое ядро 5 сварной точки. На наружных поверхностях деталей от усилия электродов образуются вмятины диаметром о, практически равным наружному диаметру ё,, пластического пояска. [c.13] Литое ядро точки у подавляющего большинства металлов имеет дендритную структуру, наблюдаемую у металла, отлитого в металлическую форму (кокиль). Литое ядро окружено вокруг металлом, структура и свойства которого изменились в результате нагрева в процессе сварки. Зона, в пределах которой произошли эти изменения, называется зоной термического влияния или переходной зоной. [c.13] В начале процесса образования соединения в связи с малой площадью контакта рельефа с плоской деталью контактное сопротивление деталь-деталь при РС больше, чем при ТС того же металла. После включения сварочного тока это приводит к интенсивному нагреву металла рельефа и деформации его вершины. Контактное сопротивление быстро уменьшается, и теплота в основном В1 деляется за счет собственного сопротивления металла рельефа. Нагреваемые рельефы не должны преждевременно сильно деформироваться если это произойдет до образования зоны расплавления в контакте деталей, то детали придут в соприкосновение по всей их внутренней поверхности, и ток пойдет минуя рельефы через холодные участки металла, имеющие малое сопротивление. Дальнейший нагрев рельефа резко уменьшится, и соединение не образуется. При правильно выбранных форме рельефа и режиме сварки в зоне соединения за счет теплового расширения металла обеспечивается некоторый зазор между деталями, препятствующий их случайному соприкосновению и появлению дополнительных (помимо рельефа) путей прохождения тока через детали. [c.14] Образование соединения при ШС (рис. 9,а) имеет свои особенности. При выполнении первой точки шва в начальной стадии протекания тока (рис. 9,6) контакт К ролик—деталь имеет небольшие размеры, которые увеличиваются к моменту выключения тока и охлаждения металла до К (рис. 9,6). Образование литой зоны идет, как при ТС. За время паузы и начальной стадии протекания тока детали перемещаются на шаг ш1- Площадь контакта К2 (рис. 9,в) значительно больше площади контакта К в связи с тем, что ролики частично находятся во вмятине первой точки. Это снижает плотность тока в контактах, а следовательно, после выключения тока и охлаждения образуется вторая литая зона с контактом К2 (рис. 9,в), которая имеет меньшие размеры, чем первая. Образование третьей и последующих литых зон шва происходит аналогично. [c.15] При СС в результате нагрева и пластической деформации металла в зоне стыка происходит разрушение части элементарных частиц — зерен металла с одновременным образованием новых (общих для обеих деталей) зерен. Этот процесс, называемый рекристаллизацией, играет важную роль в образовании соединений при СС. Обязательным условием получения надежного соединения является удаление пленки оксидов на торцах деталей или ее разрушение. [c.15] Теплота, используемая для сварки, выделяется в контакте между торцами соединяемых деталей за счет контактного сопротивления и в самих деталях за счет собственного сопротивления. При СС переходные сопротивления губка—деталь весьма малы и не оказывают практического влияния на общее количество теплоты. Существуют два основных способа стыковой сварки — сопротивлением и оплавлением. [c.15] При стыковой сварке сопротивлением (ССС) ток включают после сжатия деталей 3 усилием, передаваемым губками машины 1, 2 (рис. 10,а). Вначале детали контактируют между собой только по отдельным выступам, что и создает контактное сопротивление. После включения тока в результате его высокой плотности на выступах металл зоны контакта деталей интенсивно нагревается. Смятие выступов под действием усилия и нагрева приводит к быстрому уменьшению контактного сопротивления, а далее нагрев происходит за счет сопротивления деталей, которое увеличивается с повышением температуры. Когда температура в зоне контакта приблизится к температуре плавления металла, металл под действием усилия сжатия рекристаллизуется, и происходит сварка с образованием плавного утолщения (рис. 10,6). При ССС важной характеристикой процесса является вылет деталей из губок — установочная длина h и /а (см. рис. 10,а). В связи с тем, что губки интенсивно отводят теплоту, температура в зоне стыка деталей, а следовательно, и качество сварки существенно зависят от установочной длины. [c.16] Нагрев удаленных от торцов слоев металла происходит за счет теплопроводности от оплавляемых торцовых поверхностей деталей. После определенного укорочения деталей за счет оплавления их сжимают с большой скоростью нарастающим усилием — осадкой. При осадке расплавленный и перегретый металл с оксидами выдавливается из стыка деталей и образуется соединение, а металл зоНы, прилегающей к стыку, деформируется с характерным искривлением волокон, образуя грат в виде окисленного и перегоревшего металла (рис. 11,6). В процессе оплавления и осадки имеет место значительное уменьшение установочной 0 длины на величину припуска на сварку (Дев, рис. 11,6). [c.17] В процессе сварки и / ээ изменяются. Изменения /св могут происходить за счет изменения Rээ, а также при программном регулировании тока аппаратурой управления машиной Rэз и его составляющие (рис. 12,в) существенно влияют на нагрев и распределение температуры металла и являются важной характеристикой зоны сварки и участка электрической цепи (электрического контура) машины Яээ состоит из сопротивления деталей и сопротивлений контактов и / дд, зависит от свойства и толщины металла, размеров соединения и режима сварки. [c.18] При ССО. Чэ. негферывно снижается, в основном за счет снижения Rцд благодаря увеличению количества контактов перемычек и их размеров. [c.19] Количество Qs3 зависит также от электрического поля тока в деталях и электродах (рис. 13,а), которое неравномерно, и определяется в основном отношением диаметра контактов ( эд и дд ) к толщине деталей б (рис. 13,6). Поле тока в электродах зависит от формы сечения их рабочей части. Неравномерность повышается с увеличением диаметра электрода 3 (й(к = onst) и вызывает концентрацию плотности тока около границ контактов эд и дд . [c.19] Температурное поле в процессе ТС, РС и ШС быстро изменяется и также неравномерно (рис. 5). Оно, как и электрическое поле, симметрично оси электродов. Через некоторое время после включения / , максимальная температура металла достигается в центральной зоне к( нтакта. Зона расплавления образуется при = (0,.3-ь0,4)/,.в и продолжает расти обычно до выключения /св. Температура в центральной зоне расплавленного металла превышает температуру его плав, гння Г. особенно в первой половине (рис. 15,о). [c.20] Под действием электродинамических сил /с происходит интенсивное перемешивание расплавленного металла, что способствует разрушению оксидных (и других) пленок, находяшихся в зоне расплавления. [c.20] При нагреве и особенно образовании зоны расплавления имеет место тепловое объемное расширение металла, которое в радиальном (от оси электродов) направлении сдерживается слоями холодного металла и проявляется в направлении оси электродов, что вызывает перемещение подвижного (верхнего) электрода машины. [c.20] После выключения 1с металл зоны сварки охлаждается и кристаллизуется в результате отвода теплоты Q, и Q , и в зоне, ограниченной Т , образуется литое ядро. Процесс кристаллизации зависит от режима сварки (скорости охлаждения). При высоких скоростях охлаждения, характерных для сварки на жестких режимах, металл ядра и зоны термического влияния может существенно изменять свои свойства (пластичность, твердость, прочность), образуя, например, закалочные структуры при сварке углеродистых и низколегированных сталей, что приводит к хрупкости и низкой прочности сварного соединения. При охлаждении и кристаллизации металла происходит его усадка, возможно образование пористости, раковин и трещин, снижающих качество соединения. Для предупреждения этих дефектов в процессе кристаллизации металла быстро повышают усилие сжатия электродов (прикладывают ковочное усилие F ). [c.20] В случае ШС (рис, 16,s). металл впереди ролика деформируется, как при ТС, а сзади него (условий свободной деформации нет, в связи с наличием литой зоны) — в пространство под роликами, образуя выступ- ( натек ) металла на поверхности сварного шва. [c.21] Таким образом, при контактной сварке с расплавлением металла основными являются процессы I — нагрев, расплавление и кристаллизация металла и II — пластическая деформация металла, главным образом определяющие механические свойства сварного соединения. Важным процессом также является изменение что вызывает соответствующее изменение (св по сравнению с током короткого замыкания /кз (электроды замкнуты без деталей). Имеющее место возрастание св может оказывать существенное влияние на процесс сварки и его стабильность (постоянство d). [c.21] Вернуться к основной статье