Нагрев металла сварочным током

Образование сварочных соединений (Точечная, рельефная и шовная сварка)

Точечная, рельефная и шовная сварка. При этих способах сварки условия образования сварных соединений аналогичны и состоят из четырех этапов.

На первом подготовительном этапе (сжатие) свариваемые поверхности входят в соприкосновение при определенном усилии. Происходят деформация микронеровностей в местах контакта и частичное разрушение оксидных пленок. Уменьшаются и стабилизируются контактные сопротивления. Соединение подготовляется к включению сварочного тока.

Второй этап начинается с момента включения сварочного тока и заканчивается началом расплавления литого ядра. Во время этого этапа металл нагревается и расширяется в месте соединения. С нагревом металла развиваются пластические деформации, под влиянием которых металл вытесняется в зазор и образуется поясок, уплотняющий ядро.

Третий этап начинается с возникновения расплавленной зоны и ее увеличения до номинального диаметра литого ядра d_я.ном.. На этом этапе происходит дробление и разрушение оксидных пленок, которые замешиваются в расплавленном металле ядра. Действие электродинамических сил способствует этому процессу и приводит к интенсивному перемешиванию жидкого металла и выравниванию состава ядра при сварке разнородных металлов. При таком перемешивании нерастворимые частицы оксидных пленок и загрязнений концентрируются на периферии расплавленного металла.

Четвертый этап начинается с момента выключения тока. Во время этого этапа происходят охлаждение и кристаллизация металла и проковка зоны сварки.

Качество сварных соединений зависит от продолжительности, формы и величины импульсов сварочного тока, а также от размеров и скорости нарастания сжимающего усилия.

В результате термомеханических процессов в зоне сварки протекают сопутствующие процессы: появляются остаточные напряжения и деформации, происходят структурные изменения в околошовной зоне, изменяется объем металла при нагреве и охлаждении, окисляются и взаимодействуют металлы в контакте электрод - деталь и др.

Точечная контактная сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются в одной или одновременно в нескольких точках. Прочность соединения определяется размером и структурой сварной точки, которые зависят от формы и размеров контактной поверхности электродов, силы сварочного тока, времени его протекания через заготовки, усилия сжатия и состояния поверхностей свариваемых деталей.

Рельефная сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются в одной или одновременно в нескольких точках, имеющих специально подготовленные выступы-рельефы.

Шовная контактная сварка, также встречается название Роликовая сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются швом, состоящим из ряда отдельных сварных точек (литых зон), частично перекрывающих или не перекрывающих одна другую.

Нагрев металла сварочным током

При контактной сварке детали нагревают электрическим током, пропускаемым через место сварки.

В соответствии с законом Джоуля-Ленца на участке электрической цепи между электродами с активным сопротивлением R_э.э выделяется теплота Q_э.э , благодаря чему металл нагревается в зоне сварки до необходимой температуры.

Условия выделения теплоты при сварке непрерывно изменяются, так как изменяются R_э.э и I_СВ поэтому закон Джоуля-Ленца для данного случая выражается в дифференциальной форме:

Сопротивление R_э.э невелико и измеряется в микроомах. Для точечной и шовной сварки R_э.э складывается (рис. 8, а) из контактных сопротивлений деталь - деталь R_д.д и электрод – деталь R_э.д и собственного сопротивления металла деталей R_д:

Рис. 8. Общее сопротивление зоны сварки:

а – точечной; б – стыковой; в – эквивалентная схема замещения зоны сварки

При стыковой сварке (рис. 8, б) в общем сопротивлении не учитывают сопротивление R_э.д вследствие малого его значения и значительного удаления от места контакта.

Нагрев при контактной сварке имеет следующие особенности: относительно небольшое активное сопротивление; наличие контактного сопротивления; интенсивный отвод теплоты во время нагрева через электроды и окружающий металл; значительное изменение сечения, по которому протекает ток.

На условия нагрева также влияет изменение удельного сопротивления металла вследствие повышения температуры, образования или распада твердых растворов, пластической деформации, поверхностного эффекта и др.

При контактной сварке на общий нагрев оказывает влияние эффект Пельтье. Сущность эффекта заключается в следующем: в металлах средняя энергия электронов различна и изменение ее при нагреве также неодинаково. Эта энергия различна в металлах в твердом и расплавленном состояниях. Если через контакт металлов, разнородных или находящихся в твердом или расплавленном состоянии, пропустить электрический ток, то в зависимости от средней энергии электронов будет наблюдаться поглощение или выделение теплоты в месте контакта.

При симметричном переменном токе эффект проявляться не будет, так как общее количество теплоты, выделяющейся в контакте,

где Q_э.э и Q_П - теплота, выделяющаяся в соответствии с законами Джоуля - Ленца и Пельтье.

Теплота Пельтье пропорциональна I_св и t_св. Доля этой теплоты в общем балансе энергии обычно не превышает 5 - 10 %.

При униполярных импульсах сварочного тока теплота Пельтье искажает симметрию литого ядра, что влияет на глубину провара и остаточную деформацию.

Поиск по сайту: