комбинация только трех переменных: силы тока, времени его действия и программы приложения давления - создает неисчерпаемые режимные варианты. И это не считая операций подготовки деталей под сварку. В современных условиях производства измерять можно только время действия тока. Современные стыковые машины не комплектуются измерителями силы сварочного тока и величины осадочных давлений. Эти сведения о машинах технологи получают из паспортных данных завода-изготовителя. Таким образом, расчеты сварочных токов производятся в редких случаях: только тогда, когда проектируется новая технология и для ее обеспечения по каталогам нужно выбирать подходящие модели стыковых машин. В современных научных публикациях можно найти весьма сложные расчетные формулы для определения температурных полей в свариваемых деталях. Расчеты такого рода, однако, технологи никогда не проделывают. Это объясняется тем, что достоверность подобных расчетов недостаточна. Нормальный расчетный аппарат несмотря на его громоздкость не в состоянии учесть все переменные параметров режима стыковой сварки. Использование ЭВМ оказывается оправданным только в очень редких случаях. Во всех остальных случаях технологи обходятся или простейшими расчетами, или экспериментом. Но расчетные ориентации полезны тем, что они (если только не слишком загромождены неявно видимыми связями) помогают более глубоко воспринимать взаимозависимости хотя бы основных переменных. Такими свойствами в наибольшей мере обладают критериальные методы расчета.

В основу таких расчетов закладывается какой-либо отлично проверенный опыт. Для него определяются необходимые критериальные числа. По этим числам, руководствуясь правилами подобия, находят значения новых переменных для новых, пока не освоенных деталей. В общем виде критерий технологического подобия К был представлен формулой (1.47)

T.irwcsirr (3.5)

Для стыковой сварки методом сопротивления энергия, вьще-ленная проходящим через стык сварочным током,

qt = Я (7? е + ?м) t. (3.6)

Для стыковой сварки методом оплавления и ударной импульсной

qt=UouIout. (3.7)

В этих формулах несколько переменных. Главные из них - энергия и время ее действия, т. е. время протекания сварочного тока. Справочная литература изобилует различными эмпирическими формулами, которые подсказывают, какое время включения тока следует выбирать для заданных размеров стержней из разных 126

металлов. Рекомендации такого рода, разумеется, весьма приближенны. При электрическом, да еще и контактном нагреве любых металлов при разных размерах деталей время включения тока - параметр трудно определимый. Для стыковой сварки в зависимости от целого ряда технологических соображений используют настолько разные мощности, что время включения тока в отдельных случаях будет составлять миллисекунды, а в других - десятки секунд. Рассмотрим причины такого отличия с помощью эксперимента и конкретных расчетных примеров.

Еще в довоенные годы на заводе Электрик проводились многочисленные эксперименты по стыковой-сварке методом сопротивления стержней разных размеров из разных металлов. Были установлены характерные зависимости необходимого времени включения сварочного тока от его плотности для условий равно-прочности сварных соединений. На основе опытов такого рода еще в 1950-х годах была предложена эмпирическая формула

i /Т = А- W, (3.8)

где i - в А/м; t - в с. Коэффициент А для этой формулы был установлен по данным опытных графиков. Так, в частности, для стальных стержней А = 84-10; для алюминиевых А = 124-20; для латунных А = 18-н22; для медных А = 25-т-ЗО.

И сама формула, и ее коэффициенты получили распространение в руководствах по контактной сварке. Действительно, если иметь в виду самое элементарное соответствие между выделяемой током теплотой и теплотой, необходимой для получения сварной точки, то

i9ovt.= ycT. (3.9)

При сварке медных стержней (для Л = 27 и плотности тока i - 27 кА/см) из формулы (3.8) получается, что время сварки = 1 с. Если для меди принято среднее значение удельного сопротивления рср = 6 мкОм.см, ус = 4,2 Дж/(см.Х), то полу-. чим:

t>cp = 730.6.1 = 4380 МПа; Т = 4380/4,2 = 1042 °С.

Для стальных стержней при Л = 9 по формуле (3.8) получаем I = 9000 А/см; = 1 с. Принимая рср = 80 мкОм-см, ус = = 5 Дж/(см=.Х), из (3.9) получаем Т = 1296 °С.

В обоих случаях получены температуры, близкие к точке плавления. Стоит обратить внимание при этом на тот факт, что формула (3.8) не принимает в расчет контактные сопротивления. Похоже на то, что это сопротивление не всегда играет главную роль в энергетике свариваемого контакта. Проверим это заключение на конкретных примерах. Для оценки величин холодных стыковых контактов несколько упростим относящуюся к ним расчетную часть, изложенную в п. 1.4.

Если положить приближенно, что полное сопротивление стыкового контакта

i?KO rro, (ЗЛО)

то, учитывая (1.69), (1.70), (1.10) получаем:

1 1 1

T~~D

; d = Z) У 1 - e-z; Z

С учетом выражения (1.6)

для холодного контакта при б == бхоя

Z = 4-. (3.11)

И тогда, раскрывая (3.10), получаем:

1 1 1

Для холодного контакта, о котором идет речь, следует заметить, что всегда р < о и соответственно число Z не выходит за пределы единицы. Для такого значения Z оказывается вполне достаточным произвести замену 1 - е- л;0,85 yz. Тогда

d = 0,85D /Z = 0,85 /4/3 -/р/а л? D VTI

На основе этих вычислений с достаточной точностью можно определить

i?Ko = -[/-l3. (3.12)

Эта формула значительно проще, чем формулы п. 1.4, но и менее точна. Тем не менее она показывает, что самыми главными факторами, определяющими сопротивление контакта, являются давление, которое осуществляется при контактировании, и диаметр стержней. Дпя стержней диаметром 10-25 мм используются сравнительно мягкие режимы нагрева. Если иметь в виду идеализированную подготовку стержней под сварку, то торцевые их поверхности должны быть свободны не только от оксидных пленок, но и других загрязнений. Мало того, для симметричного тепловыделения в контакте торец, по крайней мере, одного стержня должен быть сферическим, большого радиуса кривизны, а второй - плоским или тоже сферическим.

Для таких именно идеализированных условий только и пригодна формула (3.12). Рассчитаем по ней значения сопротивлений: контакта и металла стержней. При этом определим средние значения того и другого за период нагрева: среднее значение сопротивления контакта будет Як.ер - а металла -