Как известно, каждый контур тока в зависимости от его геометрии и формы проводников обладает своим коэффициентом самоиндукции, в связи с чем и электродинамические силы F для разных контуров различны.

Формула (2.5) и вытекающая из нее формула (2.7) уже показали, что во всех зонах действия электромагнитной силы она оказывает механическое давление. Однако еще более существенную роль ударное магнитное давление оказывает на металлическую поверхность, активизируя ее и вызывая экзоэлектронную эмиссию. Кроме того, магнитное давление создает и эффект тепловыделения на металлической поверхности, который может заметно сказаться при сварке цветных сплавов на мощных конденсаторных машинах.

2.3. Выделение теплоты в процессе протекания тока при стыковой сварке

Стыковая сварка как термин установилась не потому, что геометрия деталей подсказала это название. Главное в том, что тепловые и механические, а в целом энергетические картины сваривания подчиняются расчетным соотношениям с использованием только одной координаты. С этой точки зрения вполне правомерно и не различать иногда, о какой именно стыковой сварке идет речь: с нагревом джоулевой теплотой или с использованием другого вида энергии.

Рассмотрим несколько подробнее вопросы энергетики свариваемых контактов, которые были затронуты в п. 1.3. Рассмотрим еще раз формулу (1.39):

где энергия qt ничем не ограничивается. Она может быть любой: тепловой, механической, электрической и т. д.

Здесь не будут рассматриваться вопросы теории и технологии сварки газопрессовой, термитной и кузнечно-горновой. Тогда, следовательно, для контактной стыковой сварки можно ограничиться таким равенством:

, t/on/onK<on , Рослое (2.47)

..2 i 7*

В п. 1.3 было показано, что современные стыковые машины совсем не проектируются и не строятся с учетом того, чтобы время toe в третьем члене равенства (2.47) могло быть очень малым, т. е. с ударной осадкой. Для сварки тяжелых крупногаба-

ритных изделий таких машии и нельзя построить. Однако есть много деталей малой массы, которые своей малой инерщ1ей не будут препятствовать ударной осадке. В таких именно случаях третий член равенства (2.47) способен обеспечивать заметную долю нагрева по сравнению с первым или вторым слагаемым. Первое слагаемое определяет нагрев теплотой Джоуля, выделяемой на сопротивлениях контакта и металла стержней 7?м переменных по величине. Второй дает нагрев путем оплавления, дуговым или искровым разрядом. В целом слагаемые равенства (первое, второе и третье) могут обеспечивать температуру в контакте даже выше точки плавления. Но, самое главное, варьировать величинами этих слагаемых можно независимо, как угодно усиливая одно, ослабляя другое, делая какое-то главным, а другие - второстепенными.

Это обстоятельство является основным для всех процессов контактной стыковой сварки. Формула (2.47) показывает, что физическая природа процесса сваривания не знает разграничений на способы, сварки; методом сопротивления, методом оплавления, ударно-стыковой и др. Разграничения такого рода введены конструкторами контактных стыковых машин: в них ограничены пределы прикладываемых давлений и, самое главное, механизмы самих машин выбираются такими, что приложение давлений происходит инерционно. В контактные стыковые машины заложены и ограничения электрических параметров. Все эти электрические и механические ограничения приучили технологов отрабатывать предельные значения силы тока и давлений. К сожалению, эти ограничения по существу противоречат физике процесса сваривания, которое обеспечивается непрерывным рядом режимов и нагрева, и давления. Именно об этом и говорит равенство (2.47). В нем целый ряд регулируемых переменных:

1) сопротивления контакта и металла 7?к и R;

2) форма кривой изменения сварочного тока во времени;

3) время включения тока нагрева t,

4) мощность оплавления или разряда f/ononi

5) длительность этих разрядов ton,

6) давление осадки Рос\

7) скорость осадки, определяемая размером осадки Лос и временем toe-

Наконец, независимо от всех предшествующих слагаемых нагрева, равенство (2.47) завершается составляющей Гд, которая тоже содержит две переменных: время сдвига <сдв. относительную деформацию е.

Как видно, технолог мог бы в своих технологических проектах оперировать, по крайней мере, девятью переменными. Однако современные машины позволяют ему ориентироваться только на три-четыре. Разумеется, такое ограничение весьма обедняет возможную технологию стыковой сварки, и притом настолько, что равенство (2.47) в его широком понимании позволяет пред-

ложить целый ряд новых, пока не существующих процессов сварки. Здесь уместно привести некоторую аналогию.

Ручная дуговая сварка за многие годы ее существования претерпела множество качественных скачков в своем развитии. Эти скачки каждый раз определялись введением в процесс какой-то новой переменной. Такими переменными были: качественное покрытие, флюсы, газовая среда и, наконец, сжатие дугового разряда, дугового пространства. Следует подчеркнуть, что последняя переменная по природе своей совсем не металлургическая, но она и дала выдающийся скачок развития совершенно особых плазменных процессов сварки и резки.

Контактная сварка уже давно нуждается в новой переменной. Такой, судя по изложенным выше соображениям, должна быть механическая энергия во всем многообразии ее программирования. Если сегодня исходить из этих позиций, то все современные технологические схемы и литературные рекомендации выглядят не более, чем описания таких процессов сварки, которые только приспосабливаются к определенным параметрам изготавливаемых машин.

Из всех процессов контактной сварки стыковая в наибольшей степени занимала многих исследователей. Особый интерес вызвали электротепловые явления, связанные с нагревом свариваемых стержней. Наиболее известны теоретические расчеты К. К. Хренова, Н. Н. Рыкалина, А. И. Пугина, И. Я- Рабиновича, Т. Окамото. Решения электротепловых задач, особенно для стыковой сварки методом сопротивления, доведены до высокой степени совершенства и позволяют определять не только режимы иагрева, но и структурные картины сварных стыковых соединений.

Джоулева энергия, которую можно выделить в свариваемом контакте, согласно равенству (1.52), определяется так:

qt = Р (7? + Ru)t = Я (Т) + R (Г)] (2.48)

Обращаясь к опытным данным, замечаем (см. рис. 1.22), что в процессе нагрева и сваривания полное сопротивление стыкового контакта падает приблизительно линейцо от начального значения в холодном состоянии до нуля в момент сдавливания и сваривания контакта. Кривые, показанные на рис. 1.22 и 1.23, получены путем обработки осциллограмм процесса нагрева контакта. Эти кривые показывают, что при неизменном давлении полное сопротивление стыкового контакта меняется по такой зависимости:

R.c = Recoil -VT/Vt), (2.49)

где / - текущая координата времени; т - длительность включения сварочного тока.