Рисо 2.2 Кривая р = f ( ) для стали СтЗ

то 3000 тю(-)

Номагншенность Н,А/ом

Рис. 2.3. Протекание тока по свариваемым деталям в зависимости от магнитных свойств металла

Таким образом, равенство (2.15) говорит о том, что абсолютная магнитная проницаемость л представляет собой число, показывающее, во сколько раз магнитных линий в магнитной среде, окружающей проводник, больше, чем в том же объеме, если бы он был немагнитным.

На рис. 2.2 для иллюстрации этой картины представлены кривые В = / (Я) для стали СтЗ 1для воздуха кривая изменения В = f (Н) суть прямая под углом 45°].

Рассмотрим теперь картины наиболее достоверного распределения электрического переменного тока по свариваемым деталям различной конфигурации при точечной сварке, что представляет наибольший интерес. На рис. 2.3, о показаны возможные распределения сварочного тока по толщине листов. В верхнем листе из немагнитного металла (р = 1) не создается большой концентрации магнитного потока вокруг сварочного тока, и его силовые линии могут растекаться на расстояние >d. Нижний лист из магнитного материала и здесь наблюдается магнитное сжатие тока: h< d.

Если моделировать действительную эллипсоидально-сферическую область в металле, занимаемую током в виде усеченных конусов, то согласно схеме рис. 2.3, б можно написать следующее.

1. Внутренний магнитный поток при напряженности поля Н = I/{nd); Явн = Я/2 = I/{2nd) определится так:

Фвн = ixlbd/{2nd2) = р/6/(4я). (2.18)

2. Внешний поток при Явш =

(2.19)

3. Суммарный поток

Ф = ф, + = ig. (in -5- + 0,5) . (2.20)

Этот суммарный поток создает в металле индуктивную противо-электродвижущую силу

. 4,44Ф/ 4,44/б,х/ (. D q .\

которая эквивалентна падению напряжения на индуктивном сопротивлении {IX).

Академик Л. Р. Нейман установил, что индуктивное сопротивление проводников любой формы определяется формулой

X = (0,84 ч- 1) kR, (2.21)

где R - сопротивление проводника постоянному току; х - критерий Ne по формуле (2.11). Если X определять в омах, то в. критерий к надо ввести соответствующий коэффициент, тогда критерий получит вид

x = Ne = -jj-4/lI. (2.22)

Это сопротивление конусов, которыми моделирует область распространения в металле тока, равно

R = 4p6/(jtdfc). (2.23)

Учитывая выражение (2.23), запишем

Отношение S/u в данном случае

S/u = {nd4A)/ind) = d/i. Имея в виду формулы (2.16) и (2.22), определяем

x = Ne = - - = --J-.. (2.24)

Соответственно

Произведя сокращения и учитывая выражение (2.24), окончательно получаем

b = бэ в/[1п(Д/)-f 0,5]. (2.25)

Эта формула весьма существенна. Она показывает, что размер области растекания тока b может быть в действительности и больше и меньше d в зависимости от электрического сопротивле-70

\СтЗ

Рнс. 2.4. Размеры растекания сварочного тока по стальным и титановым листам

НИЯ металла при данной температуре и его магнитной проницаемости р.. Поскольку обе эти характеристики в процессе сварки переменны, то и размер Ь нестабилен. Формула (2.25) правильно отображает физический смысл токораспределения по сечению металлических листов. Подобно тому как электрический ток, пробивая воздушный зазор между электродами, в первое мгновение концентрируется по стриммеру,

совпадающему с осевой линией, он также пронизывает массу металлического листа. Ток возникает по осевой линии электродов в виде тонкого шнура.

Используем формулы этого параграфа для расчета путей протекания тока по листам разной толщины из магнитного металла (СтЗ) и немагнитного титана.

Пример. Толщина свариваемых пластин из СтЗ 3-1-3 мм. Диаметр ядра сварной точки предусмотрим равным = 10 мм. Сварочный ток примем / = 12 ООО А. Сила сжатия электродов Р = 5750 Н. Напряженность магнитного поля

Я = 12 000/(я. 1-10-2) 4,10-6 А/м.

Учитывая величину магнитного поля, по кривой намагничивания стали СтЗ (см. рис. 2.2) находим абсолютную величину относительной магнитной проницаемости р 10.

Ширину свариваемой пластины примем D = 40 мм. При этих данных рассчитываем диаметр круга контактирования в момент включения, т. е. при холодном металле, согласно формуле (1.8),

do = j/l - = 7,3 мм.

Размер Ьо по формуле (2.25) Ьо = 4,6 мм.

Линии тока сильно сжаты (рис. 2.4). В момент сваривания точки, когда удельное сопротивление металла вокруг ядра возрастает в несколько раз, а магнитная проницаемость становится равной единице, линии тока (рис. 2.4, правая часть) растекаются до размера Ь = 12 мм.

Произведя расчет по тем же формулам для сварки листов большой толщины 6-1-6 = 20-1- 20 мм при = 40 мм, / = = 60 кА, Р = 100 кН, D = 100 мм, получим do = 30 мм, bo = = 6,5 мм, Ь = 18,5 мм. Как видно, при больших толщинах стали СтЗ растекания тока до конца сварки нет вообще, а в металле он сжимается.

Для немагнитного титана, обладающего высоким удельным сопротивлением и в холодном, и в горячем состоянии, в течение