Источники тепла при сварке.

Нагрев при контактной сварке является ведущим процессом в формировании температурного поля и создания соединения. Общее количество тепла Q, выделяемого в процессе сварки между электродами, благодаря сопротивлению электрическому току соответственно закона Джоуля – Ленца, определяется как

Q

Рисунок 2 – Кинетика изменения электрического сопротивления при точечной сварке

=IUt_зв=I2r_ееt_зв,

где I –ток, проходящий через детали; U – напряжение источника питания; r_ee – сопротивление столбика метала деталей между электродами; t_св – время прохождения сварочного тока через свариваемые детали.

В целом сопротивление зоны сварки от одного электрода к другому можно разделить таким образом:

r = r_ед1+r_д1+r_д1д2+r_д2+r_ед2,

где r_ед1, r_ед2 - переходное сопротивление от электрода к детали; r_д1, r_д2 - сопротивление столбика свариваемых деталей; r_д1д2 - переходное сопротивление от одной детали к другой.

Следует отметить, что основная тепловая энергия выделяется (кроме микросварки) на сопротивлениях r_д1, r_д2 (рис. 2), для случая сварки двух одинаковых деталей 2r_ед.

Переходное контактное сопротивление r_д1д2 существенно влияет на процесс сварки и зависит от многих факторов, в том числе и от физических свойств метала, состояния поверхности деталей в месте их контакта, давления на электродах и их формы. Одним из условий получения качественного сварочного соединения есть стабильная подготовка поверхности деталей. Для уменьшения r_ед1, r_ед2 электроды или зажимы изготовляют из металлов, которые хорошо проводят электрический ток. При соответственной подготовке поверхности электродов и деталей и правильном подборе режима сварки переходные сопротивления на теплообразование влияют мало (в зависимости от толщины материала и силы сжатия, потери Q для контактной точечной и шовной сварки – 3…7%, для стыковой сварки сопротивлением – 10…15%).

Для металлов r_е обычно небольшое (единицы-десятки микроом), время t_св также нельзя выбирать большим из-за возможности получения равновесного состояния по тепловложению. Вследствие этого для выделения достаточного количества энергии при контактной сварке необходимо применять значительные токи I.

Электроконтактная сварка осуществляется при плавлении металла в условиях давления. Самыми важными процессами сварки, которые обеспечивают прочность сварного соединения, являются: плавление и последующая кристаллизация металла; сжатие металла при нагревании и охлаждении (плавлении, кристаллизации и рекристаллизации); нагрев и охлаждение металла в зоне термического влияния (ЗТВ).

Все три процесса взаимосвязаны. Первые два в основном определяют форму, размер, структуру и свойства металла шва, а третий – структуру и свойства металла ЗТВ. Режим нагрева и сжатия зависит от физико-химических свойств свариваемого металла. Объем зоны нагрева и расплавления определяется мгновенным температурным полем, которое является функцией полей электрического тока и теплоотдачи.

Одновременно с выделением тепла в свариваемых деталях происходит отведение тепла в электроды или зажимы, которые изготовляются из материала высокой теплопроводности и охлаждаются водой. Поэтому больше всего нагревается середина столбика металла, где он может расплавиться.