ВИЯ ядра сварной точки, то здесь идет самый настоящий процесс плавления, поскольку все оксидные и адсорбционные наслоения не выдавливаются, а растворяются в расплавленном ядре. По многообразию технологических переменных контактная точечная сварка представляет собой, вероятно, один из самых сложных способов сварки.

Действительно, сварные конструкции весьма многообразны по формам и размерам; сварные конструкции и соединения изготавливаются практически из любых металлов и сплавов, с самыми различными физическими характеристиками. Режимы сварки - сварочный ток и механическое давление - в современной практике весьма сложно программируются. В целом технологический процесс по его отдельно регулируемым этапам можно разделить на следующие операции: 1) подготовка деталей к сварке; 2) электронагрев по предусмотренной программе; 3) охлаждение деталей по определенной термомеханической программе.

Подготовка деталей к сварке здесь рассматриваться не будет. Это процессы рецептурно-описательные, хорошо известные по соответствующим заводским инструкциям и руководствам. Следует отметить только, что особое внимание подготовке поверхности уделяется в тех цехах, где идет сварка сплавов алюминиевых, магниевых и титановых.

Стальные конструкции изготавливают преимущественно из холодного проката, не всегда даже нугкдающегося в удалении масляных покрытий. Для горячекатаных стальных заготовок используют как механические, так и химические способы зачистки. Самым сложным и самым ответственным этапом технологии является процесс плавления ядра, т. е. этап электронагрева. Как было показано ранее, формирование расплавленного ядра начинается с образования тонкого диска (см. рис. 2.22, в) сначала из горячего, а затем из расплавленного металла. Скорость подъема температуры этого диска может измеряться прн импульсных режимах десятками тысяч градусов в секунду.

В первый же момент включения сварочного тока в плоскости свариваемого контакта начинается самый нестабильный период формирования расплавленного ядра. Давление электродов практически при любой программе его приложения уже не способно сколько-нибудь заметно изменить электрическое сопротивление контакта микропирамид против того значения, которое определилось первоначальным их ударом. В этот начальный момент только специальная программа нарастания сварочного тока может в значительной мере стабилизировать тепловыделение. На рис. 4.1 для одного из частных случаев представлены опытные графики изменения диаметра ядра dj н его высоты h в зависимости от температуры в плоскости контакта. Полное сваривание пластин из стали СтЗ толщиной 4 + 4 мм при диаметре ядра = 14 мм и высоте ядра А = 4 мм получилось при следующих параметрах:

1) / == 15 кА; г = 2 е; Р 8 кН; ft/S 1; критерий К = 46;

Температура в точке К контакта, °С

Рис, 4<,L Изменение размфов диаметра и высоты ядра в зависимости от температуры на краю сварной точки

2) / 15 кА; I - 4 е; Р = = 12 кН; А/6=1; критерий К =44.

Сопоставляя эти данные с рис 4.1, можно видеть, что диаметр диска предельного размера сначала горячего, а затем и расплавленного металла образуется за малую долю от всего времени включения тока. Что же касается высоты ядра, то она растет, достигая желательного размера к концу сварки. Картина распределения температур получается весьма сложной. Подходить с расчетным аппаратом к этой картине надо с большой осторожностью. Если иметь в виду самый начальный момент формирования пока еще горячего диска, а не расплавленного металла, то это, вероятно, соответствует / = 0,1 с. В этот момент температура горячего диС ка, как Измерено, 950-1050 С. Примем среднюю Т = 1000 С. Средний размер диаметра этого диска dcp = 0,95 см. Соответственно, udcpl тальпия горячего диска

YcSfty = 5.0,708.юрой = 3540ft.

Время относительно полного времени сварки весьма мало (t = 0,1 с). Размер ft, согласно рис. 4.1, тоже мал. Именно для такого момента можно принять следующую расчетную схему. Источник теплоты - это диск, через который вводится энергия в плоскость контакта,

Ppt/d = 3540ft = 225.108.20. lOe.0,1/0,95.

Из этого равенства получаем: 3540ft = 473; ft = 0,13 см = 1,3 мм. Расчет, как видно из рис. 4.1, совпадает с измерением на реальном макрошлифе. Следовательно, для такого малого момента времени расчетная схема была правомерной. Для нее было принято, что окружающая масса металла была холодной, что, соответственно, и учтено значением удельного сопротивления, равным р = 20 X X 10 * Ом. см. Однако дальше растет не только температура диска и его высота, но сам горячий диск превращается в расплавленное ядро, принимая заданные размеры. Тепловой расчет по схеме Ppt/d = ycShT уже не отвечает реальной действительности, так как необходимо учитывать тепловые потери сначала в массу листов, а затем и в электроды. Энергию, которую вводят в металл,

0,708 см Эв-

приходится учитывать уже не как Ppt/dt в как сумму двух источ ннков: Q [см. формулу (2.80) 1 и Оэм (тепловыделения в переходных контактах электродов с металлом). Используем равенство (2.85) для конкретных расчетов. Тепловые потери в металл выразим в виде двух слагаемых (см рис. 2.26): отдельно от расплавленного ядра 9 и от слоя металла между ядром и переходным контактом Эти слагаемые определяются по формулам:

Япт = Гя -/Ш уТ Kd,ft; (4.1)

= -/ЩЬ /Г nd, (26 hi (4.2)

где Гя - температура ядра, которую, вероятно, следует принимать равной точке плавления, несмотря на то что в центральных зонах этого ядра действительные температуры на 100-200 пре-выплают точку плавления. Температура поверхности металла под электродами Гв, - величина весьма нестабильная. Так, непосредственные измерения показали температуру Т л ~ БОО-Ь -J-700 С при сварке стальных листов толщиной 4 4 мм в течение 2 с и Г . = 700-900 Х при сварке в течение 3 с.

По этим данным можно судить о том, что тепловыделение в переходных контактах, пожалуй, еще более нестабильная величина, чем в свариваемом контакте. Тепловые потери в электроды 2q тахше не отличаются стабильностью:

Яш - у, /теГ /Г-. (4.3)

в этом равенстве константы (Яус) относятся к электродам, а температура электродной плоскости должна быть принята на 100--200 меньше температуры поверхности металла под электродом. Приведенные ниже расчеты сопоставим с измерениями полной энергии, которая выделяется между электродами. Расчеты и измерения относятся к конкретному примеру сварки тех же стальных пластин, о которых шла речь выше. Для условий / == 15 кА, - 4 с, ft/б = 1 произведем вычисления всех слагаемых тепловыделения и тепловых потерь. Примем следующие постоянные: р, = 140 мкОм.см; d = 1,4 см; = li2 см; А = = 0,4 см; nd/4 = 1,53 см Г == 1450 °С; Т. == 850 X; П = = 700°С. Для стали ус = 5 Дж/(см.°С), ТУЦс = 2130 Дж/(см2.с1/2); для меди /ЯСн - 3,77 Дж/(см2.с /2.°С).

Соответственно:

= 225 10e 140ol0-e.0,4.4/l,53 = 33 кДж;

= 5 1450-1,53-0,4 = 4,44 кДж; Цаш 2130.1,77.2.3,14.0,4.1,4 = 13,3 кДж; 9м = ?ям (1450 + 850)/(2.1450) - 10,5 кДж; 2? = 2.700.3,77ЛД7.2.1,13 - 21,1 кДж. /