4 Расчет режима сварки

Величина сварочного тока определяется по закону Джоуля-Ленца:

(4.1)

, А, (4.2)

где Q_ЭЭ – общее количество теплоты, затрачиваемой на образование сварного соединения;

К₃ – коэффициент, учитывающий изменения сопротивления во время сварки, для латуни К₃ = 1;

R_ДК – сопротивление деталей к концу нагрева.

Общее количество теплоты, затрачиваемое на образование сварного соединения, определяется из теплового баланса при точечной сварке:

, (4.3)

где – энергия, затраченная на нагрев до Т_ПЛ столбика металла высотой 2δ;

– энергия, расходуемая на нагрев зоны термического влияния;

– потери теплоты в электродах.

Энергия, затрачиваемая на нагрев столбика металла толщиной 2δ до температуры плавления:

, (4.4)

где – диаметр электрода, 5 мм;

–толщина свариваемых деталей, 0,8 мм;

– плотность свариваемого металла, 8,43 г/см³;

–удельная теплоемкость латуни, 0,092 кал/г ∙^ОС.

Энергия, затрачиваемая на нагрев столбика металла толщиной 2δ до температуры плавления:

.

Энергия, затрачиваемая на нагрев зоны термического влияния, определяется по формуле:

,кал, (4.5)

где x₂ – ширина кольца, окружающего ядро, со средней температурой, равной Т_ПЛ/4;

К₁ – коэффициент, учитывающий, что средняя температура кольца ниже средней температуры Т_ПЛ/4, К₁=0,8.

При расчете Q₂ принимается, что заметное повышение температуры наблюдается на расстоянии x₂ от границы ядра. Значение х₂ определяется временем сварки и температуропроводностью металла:

, (4.6)

где а_М – коэффициент температуропроводности свариваемого металла, ;

t_СВ – время сварки, с.

Коэффициент температуропроводности латуни:

см²/с.

Время сварки определяется из продолжительности включения точечной машины:

,%, (4.7)

где t_CВ – время сварки, с;

t_Ц – длительность одного цикла, с.

Длительность одного цикла:

,с. (4.8)

Для точечных машин ПВ = 20%, t_CВ =0,12 с.

Длительность одного цикла:

.

При точечной сварке длительность цикла включает время сжатия t_СЖ, время сварки t_СВ, время проковки t_ПР, время паузы t_П:

, (4.9)

где t_СЖ – время сжатия, t_СЖ = 0,14 с;

t_СВ – время сварки, t_СВ = 0,12 с;

t_ПР – время проковки, t_ПР = 0,14 с;

t _П – время паузы, t _П = 0,2 с.

Значение x₂ равно:

.

Энергия, затрачиваемая на нагрев зоны термического влияния:

кал.

Потери теплоты в электроды определяются, принимая, что за счет теплопроводности нагревается участок электрода длиной х₃ и объемом К₂πd²x₃/4 до температуры Т_ПЛ/8, по формуле:

, кал, (4.10)

где с_ЭЛ – теплоемкость электрода, 0,1 кал/г∙^ОС;

γ_ЭЛ – плотность электрода, 8,9 г/см³;

К₂ – коэффициент, учитывающий форму электрода, равный для цилиндрического электрода, К₂=1;

х₃ – длина участка электрода, которая определяется по формуле:

, (4.11)

где а_ЭЛ – коэффициент температуропроводности электрода, ,

где λ_ЭЛ – коэффициент теплопроводности электрода, 0,95 кал/см∙с∙^ОС.

Коэффициент температуропроводности электрода:

.

Значение х₃ :

.

Потери на нагрев электрода:

кал.

Общее количество теплоты, затрачиваемое на образование сварного соединения:

Электрическое сопротивление определяется по формуле:

.Ом, (4.12)

где – удельное электрическое сопротивление, Ом∙мм²/м;

l – длина, м;

S – площадь поперечного сечения, мм².

Электрическое сопротивление деталей к концу нагрева определяется по формуле:

, мкОм (4.13)

где – диаметр контакта к концу нагрева, мм;

– удельное электросопротивления для температур Т₁ и Т₂, мкОм∙см;

К_П – коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева пластин,

К_П = 0,85;

А_Д – коэффициент, согласно графику А_Д = 0,8.

Удельное электрическое сопротивление при температуре определяется по формуле:

, мкОм∙см, (4.14)

где – удельное электросопротивление латуни при 0⁰ С, =7мкОм∙см;

Т – температура, при которой определяется удельное электрическое сопротивление материала;

α – температурный коэффициент сопротивления, α = 0,002 1/°С.

При температуре Т_ПЛ = 905⁰С удельное электрическое сопротивление:

мкОм∙см,

при температуре Т_ПЛ = 705⁰С удельное электрическое сопротивление:

Ом∙мм²/м.

Электрическое сопротивление деталей к концу нагрева:

мкОм.

Величина сварочного тока:

.

При точечной сварке проявляется шунтирование тока, когда часть тока протекает вне зоны сварки, например, через ранее сваренные точки (рис.4.1).

Рисунок 4.1 – Схема шунтирования тока

Величина тока шунтирования определяется по формуле:

,A, (4.16)

где I_СВ – величина сварочного тока, I_СВ =8,5 кА;

R_Д – электрическое сопротивление деталей, R_Д =10,13 мкОм;

R_Ш – электрическое сопротивление шунта.

Электрическое сопротивление шунта определяется по формуле:

, (4.17)

где К_Э – коэффициент, К_Э=0,4;

b_ПР– приведенная с учетом растекания тока ширина шунта, равная

, мм (4.18)

мм;

– удельное электрическое сопротивление шунта, =7 мкОм∙см;

l_Ш– длина шунта, равная шагу точек, l_Ш=3,0 см;

δ – толщина металла, δ=0,08 см.

Электрическое сопротивление шунта:

.

Величина тока шунтирования:

Величина вторичного номинального тока определяется по формуле:

,А. (4.19)

Вторичный номинальный ток:

кА.

Расчет сварочного усилия при точечной сварке определяется по формуле:

,Н, (4.20)

где – условное сопротивление деформации металла зоны сварки, =200 МПа.

Усилие сжатия:

Усилие проковки определяется по формуле:

(4.21)

Усилие проковки:

Режим точечной сварки представлен в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Режим точечной сварки

Толщина свариваемого металла , мм	Диаметр электрода, dЭЛ, мм	Вторичный ток, I2, кА	Длительность цикла, с					Усилие на электро-дах, кН
			tСЖ	tСВ	tПР	tП	FСЖ		FПР
0,8	5	8,7	0,14	0,12	0,14	0,2	3,9		7,8