Каталог организаций

Шунтирование тока при точечной сварке

В реальных соединениях сварку или одноточечное сварное соединение стараются не применять, т. к. его работоспособность будет недостаточна, даже для приварки ушка ручки чайника лучше поставить три точки, это обеспечит прочность как на срез, так и на отрыв.

А в случае контактной точечной сварки автомобилей, различных тележек, рам, количество сварных точек достигает несколько тысяч, т. к. технологически удобно ставить каждую последующую точку вслед за предыдущей, то ранее сваренное соединение оказывается в непосредственной близости от вновь формируемого.

Т. К. ток шунтирования значительно снижает величину тока, проходящего через контакт деталь – деталь свариваемого соединения, литое ядро при постановке последующей точки может быть недопустимо малых размеров или не сформироваться вообще.

Это необходимо учитывать и компенсировать токи шунтирования, увеличивая ток в импульсе. Кроме того шаг сварки должен определяться от толщины детали и свойств материала ( - удельное сопротивление).

Для нержавеющих сталей, обладающих большим , шаг должен быть 8 и должен возрастать при уменьшении удельного сопротивления и увеличении .

При высоком темпе сварки металл в области ранее сваренной точки не успевает остыть и его сопротивление будет больше, чем у холодного металла.

При шовной сварке с взаимным перекрытием влияние тока Iм на величину I2 будет значительно, т. к. шаг сварки при перекрытии точек будет минимальным.


Шунтирование при шовной сварке проявляется в значительной мере больше, чем при точечной, т. к. ток шунтирования имеет меньший путь через ранее сваренные точки, представляющие собой сплошной шов.

Однако время постановки каждой последующей точки в значительной мере меньше, чем при точечной, в пределах 1 сек. Металл в зоне нагрева находится при высокой t и удельное сопротивление очень велико, что несколько исправляет ситуацию.

При высокой скорости прохождения импульса шунтирование будет проявляться меньше.

Поэтому для обеспечения одинакового размера литых ядер при шовной сварке, ток I2 увеличивается на 20% при сварке жаропрочных и легированных сталей, на 25% у углеродистых сталей, а при сварке алюминиевых сплавов на 50 %.

Ток шунтирования может наблюдаться не только через ранее сваренные соединения, но и за счет контактирования неровностей.

Чем чище поверхность деталей, тем выше ток шунтирования.

Особенности плавления, кристаллизации и пластичной деформации металла при точечной шовной сварке.

При контактной точечной и контактной шовной сварке металл под электродами нагревается с большой скоростью.

Часто достигает Vнагр сотен тысяч градусов в секунду.

Нагрев металлических тел сопровождается увеличением их линейных размеров или объема.




где

lт и Vт – длина и объем тела при измеряемой температуре
l1 и V1 - длина и объем тела при начальной температуре

и - термический коэффициент линейного и объемного расширения.

Скачкообразное изменение температуры металла при достижении Tм очень важно, т. к. по этому показателю можно судить о начале формирования литого ядра.

Проведя достаточное количество экспериментов по определению увеличения объема жидкого металла в зависимости от времени можно определить взаимосвязь между линейным и объемным расширением нагретого металла и размером литого ядра.

Данный эффект называется дилатометрическим эффектом (линейного и объемного расширения).

Объем нагретого металла увеличивается по всем направлениям или осям, но свободное применение возможно только по оси z, т. к. верхний электрод подвижен.

Если детали имеют развитую поверхность, то расширение металла по оси z создаст напряженное состояние сжатия, так как расширению металла препятствуют холодные области металла.

При охлаждении, наоборот, возникает напряженное состояние расширения, т. к. сдеформировавшийся в горячем состоянии металл по объему стал меньше, а уменьшение его температуры приводит к появлению напряжения растяжения.

Те же процессы могут происходить в направлении оси z, если приложено очень большое сварное усилие, а также при неправильном подборе малых подвижных элементов.

Если инерционная масса механизма усилия сжатия велика, и электрод не успевает отработать перемещение вверх за счет дилатометрического эффекта, то произойдет пластичная деформация и рабочее сечение станет значительно меньше и ухудшатся прочностные свойства.

Для снижения деформации детали и уменьшения глубины деформации от электрода следует уменьшить массу механизма нагружения, т. е. его подвижных элементов.

При этом приложенное сварочное усилие останется практически без изменений, в то время как при большой массе оно может увеличиваться от 0,5 т до 1 т. При правильно подобранном сварочном усилии и массы подвижных элементов с помощью перемещения электродов можно регулировать рост размеров литого ядра и вовремя выключать сварочный ток. Изменение величины сварочного тока, а также величины деформации электрода, материло-детали от электрода ΔТ тесно связаны между собой и при правильных параметрах величины тока Ιсв, сварочного усилия Рсв, длительности импульса tсв и правильном подборе массы подвижных элементов способствует увеличению качества сварных соединений. Т.к. электрод поднимается на величину Δl которая является функцией деформации в объеме зон соединения, а также глубины отпечатка, то распространение деформаций происходит в детали и создает напряжения сжатия, и плоскости контакта деталь-деталь. Эти деформации определяют формирование упрочняющего пояска деформируемого метала, который играет большую положительную роль, т.к. герметизирует расплавленный металл ядра и повышает стойкость сварной точки при знакопеременных нагрузках. При выключении тока происходит кристаллизации металла и сварное соединение должно находиться под действием давления, вызванного сварочными усилиями. Если масса подвижной детали будет высока, то при охлаждение и уменьшение объема остываемого металла электрод может зависнуть в связи с инерционностью подвижных электродов и сварочное давление может резко снизиться, что приведет к появлению пор и трещин в литом ядре. Сам процесс кристаллизации жидкого метала ядра осуществляется при очень высоких скоростях охлаждения и при этом требования к осуществлению необходимого сварочного усилия заставляют применять мало инерционный механизм нагружения.

Однако эти показатели в значительной мере определяются длительностью протекания сварочного импульса, жаропрочностью материалов детали и его теплопроводностью. Т.к. Аl и цветные металлы обладают низким удельным электрическим сопротивлением и высокой теплопроводностью, то их необходимо сваривать мощными, но короткими импульсами тока, т.е. жесткий импульс. Необходимо применять малоинерционные механизмы нагружения.

При сварке сталей и жаропрочных сплавов эти требования снижаются. Для сварки низкоуглеродистых сталей применяются обычные поршневые системы механизмов сжатия.

При шовной сварке происходят такие же процессы нагрева и объемного расширения, как и при точечной, но условия деформирования под электродами отличаются тем, что металл расширяется в сторону катящегося электрода.

При шовной сварке сопротивление металла деформации меньше, чем при точечной, т.к. отличаются повышенным теплосодержанием металла под электродом.

Поэтому шовную сварку можно производить при применение относительно небольших усилиях, даже при применение жестких режимов.

Также по теме:

Свариваемость металлов. При контактной сварке.

Точечная сварка. Виды точечной контактной сварки и ее применение.