Этот вывод проверен многолетней практикой и, таким образом, электрическое сопротивление ядра сварной точки в момент выключения тока можно определить достаточно точно. Моделируя ядро как цилиндр диаметром d. и высотой h (см. рис. 1.25, б) и полагая удельное сопротивление соответствующим точке плавления металла рт, можем написать:

= 4р,/1/(я4).

(1.85)

Эта величина будет играть существенную роль в дальнейших технологических расчетах.

Обратимся теперь к типовым зависимостям i. от времени при точечной сварке, одна из которых представлена на рис. 1.26. Для чистых металлических поверхностей эта зависимость представлена кривой 2, для поверхностей с заметным слоем оксидной пленки - кривой /. В обоих этих случаях при правильном программировании сварочного тока может быть получена сварная точка одного и того же размера, соответственно чему и конечное значение будет одинаковым.

Построив по данным типовых осциллограмм зависимость R. от температуры в плоскости контакта, получим типовую кривую, показанную на рис. 1.27 (для точечной сварки СтЗ толщиной 4+ 4 мм). Здесь вычисление составляющей нельзя вести с такой же уверенностью, как это делалось для величины г при стыковой сварке. Размер области растекания bi (см. рис. 1.25, а) или 2 электрического тока в металле - величина переменная не только в зависимости от геометрических размеров, но й от физических свойств металла в данный момент. О величине можно говорить только в общем виде.и с некоторым приближением. Однако снова можно повторить, что и это понятие весьма полезно не так

для .расчетов, как для более полного понимания физического смысла протекания сварочного тока в свариваемых деталях.

wo mo

Температу/шС

Рнс. 1.26. Изменение полного сопротивления контакта при точечной сварке, по данным типовых осциллограмм

Рнс. 1.27. Типовая кривая изменения полного сопротивления контакта при сварке стальных листов в зависимости от температуры, измеренной на краю ядра сварной точки:

св = >4.5 кА

в результате можно сделать следующий вывод.

1. И экспериментальные, и расчетные определения значений электрических сопротивлений холодных контактов любой конструкции представляют собой весьма неопределенные характеристики. Ориентироваться на них в технологических расчетах - это значит мириться с заведомыми, почти во всех случаях нетерпимыми неточностями.

2. Ценность теоретических расчетных формул в том, что они показывают отчетливые взаимосвязи главных переменных, определяющих не только статические состояния металлических свариваемых контактов, но и, самое главное, динамику контактирования на всем протяжении процесса сваривания контакта.

3. Для точечной сварки все расчетные соображения по свариваемому контакту весьма рационально ориентировать на электрическое сопротивление контакта в момент выключения тока, что численно с достаточной точностью определяется электрическим сопротивлением расплавленного ядра, моделируемого как цилиндр диаметром d. и высотой h.

Вопросы нестабильности сопротивлений начальных холодных контактов еще раз будут рассмотрены в дальнейшем, когда речь пойдет о программировании режимов точечной сварки. Там же будут рассмотрены и вопросы полярности контактных сопротивлений, а также характеристики электрических несвариваемых контактов.

1.5. Взаимодействие механической и электрической энергии с металлом при сварке

До сих пор в описаниях технологии контактной сварки преобладает констатация чисто внешних, явно видимых и легко измеряемых переменных: это осадочное давление, сила сварочного тока и время его действия. Такого рода макромасштабные переменные и записывались в технологические рекомендации. Однако всякий такой параметр и каждый макромасштабкый результат определяется, формируется и, по сути дела, целиком зависит от множества тех физических процессов в микромире, которые технологу не только нельзя измерить, но и как-то ощутить. Значит, для глубокого понимания процесса технолог должен получить представление, хотя бы в самом грубом приближении, о физической картине явлений, происходящих при сварке в металле. Все сварочные процессы являются энергетическими не только с внешней, легко наблюдаемой стороны. Формирование сварного соединения - это во всех случаях внутренняя, микромасштабная, физическая энергетика. Для контактной сварки особый интерес представляют два вида энергии: механическая и электрическая. К настоящему времени программирование электрической энергии доведено в контактных машинах до самых высоких степеней совершенства. Механической энергии отводилась роль второстепенная. Сейчас 58

этот факт уже становится препятствием для создания новых способов сварки. Сварочная технология в современных условиях может использовать механическую энергию в каких угодно количествах, по любой программе ее действия.

Рассмотрим конкретный пример - стыковой контактной сварки. Для осадки нагретых стержней используют некоторую осадочную силу Р, которая и обеспечивает на пути h энергию осадки. Осадка производится достаточно быстро, чтобы считать, чтО справедливо равенство

Ph = YcS/iTep,

где ус - теплосодержание единицы объема металла, отнесенное к градусу Цельсия; S - площадь поперечного сечения свариваемых стержней; Гер - средняя температура, какую получает весь нагретый металл за счет энергии осадки Ph.

Проведя сокращение, равенство можно переписать так:

Р = усТс.

Для стали СтЗ, например, чаще всего рекомендуется величина энергии осадки р = 50Дж/см. При -ус = 5 Дж/(см-°С) нагретый объем стержней получит в среднем температурную добавку за счет энергии осадки не более 10 °С. Становится удивительным, зачем же вообще эта осадочная операция с ее 10-градусной добавкой температуры.

Для оценки важности нагрева за счет осадочной операции следует рассмотреть, чем заканчивается операция осадки по самой плоскости контакта. Осадочная осевая сила в плоскости контакта превращается в радиально расходящуюся, вызывая радиальный сдвиг металла в плоскости контакта. И вот этот сдвиговый эффект, завершающий любой процесс сварки давлением, и есть тот необходимый энергетический, но уже кристаллически микромасштабный всплеск энергии. В дальнейшем будет показано, какие ощутимые температурные импульсы в масштабах элементарных кристаллов создают сдвиговые эффекты, чем вообще завершаются все процессы сварки давлением.

Рассмотрим обычный процесс стыковой сварки несколько подробнее с учетом физического воздействия на свариваемые детали каждого вида энергии. Стержни неравномерно нагреты, волна теплопроводности направлена от свариваемого контакта к зажимным губкам, звуковая волна от механической осадочной силы направлена в обратную сторону - от губок к плоскости контакта. Обращается внимание на то, что в описании действия двух видов энергии приходится переходить на волновой язык. Это вызвано тем, что все реальные частицы кристаллической структуры (атомы и свободные электроны) находятся в непрерывном колебании. Этот факт определяет непрерывный волновой поток энергии от уровней большого энергетического возбуждения к меньшим. Реальные частицы (атомы, свободные электроны) обладают не