2.3.3. Собственное сопротивления деталей

Электрическое сопротивление собственно деталей — это сопротивление, которое определенным образом распределено в объеме деталей, расположенном между сжимающими их электродами.

Величину электрического сопротивления собственно детали r_Д в большинстве случаев определяют по методике А. С. Гельмана. Еще в 40-х годах 20-го в. им была теоретически определено распределение потенциалов в свариваемых деталях путем решения методом конечных разностей дифференциального уравнения, описывающего электрическое поле.

Решением этого уравнения с граничными условиями, отражающими особенности протекания электрического тока при точечной сварке на участке электрод – детали –э лектрод, им определена топография растекания линий тока в деталях до диаметра d_j (см. рис 2.3) при различных условиях сварки и разработана инженерная методика расчета электрического сопротивления r_Д собственно свариваемых деталей:

, (2.16)

где: А_Г — коэффициент (рис.2.7), учитывающий уменьшение сопротивления детали r_Д относительно сопротивления цилиндра r_Ц, высотой s и диаметром d_К, которое происходит из-за растекания линий тока до диаметра d_j; ρ_Т — удельное электрическое сопротивление металла деталей; k_Р — коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева деталей.

С ледует отметить поразительную, для того времени и тех вычислительных средств (расчетов на арифмометрах), точность решения А. С. Гельмана. В 70-х годах многие исследователи подобные задачи начали решать на ЭВМ. Естественно, что некоторые из них пытались уточнить решение А. С. Гельмана. Как это ни удивительно, но значения коэффициента А_Г (сейчас его так и называют — «коэффициент Гельмана»), с помощью арифмометра и значения, полученные на ЭВМ, например, Б.Д. Орловым и А.А. Чакалевым, практически совпадают.

2.3.4. Общее электрическое сопротивления зоны сварки

Многочисленными исследованиями процесса КТС к настоящему времени однозначно установлены зависимости электрического сопротивления участка электрод – электрод r_ЭЭ от основных факторов, воздействующих на него при точечной сварке. В общем случае величина r_ЭЭ и ее изменение при КТС зависят от параметров режима сварки, толщины деталей и свойств их металла, формы и размеров рабочих поверхностей электродов. Наибольшее влияние на исходную величину электрического сопротивления участка электрод–электрод r_ЭЭ оказывают свойства материала деталей, состояние их поверхностей и время t_В выдержки деталей от момента зачистки до сварки, усилие сжатия электродов F_Э, форма и размеры их рабочих поверхностей (d_Э или R_Э).

С увеличением времени выдержки деталей от момента зачистки до сварки t_В увеличивается как величина r_ЭЭ, так и разброс его значений. То есть в этом случае, наоборот, стабильность электрического сопротивления участка электрод–электрод уменьшается. Причем наиболее интенсивно рост величины r_ЭЭ и разброса его значений идет в первые двое – трое суток. Это обусловлено увеличением контактных сопротивлений из-за окисления свариваемых деталей, то есть ростом толщины окисных пленок на их поверхностях. Именно поэтому в практике КТС проведение технологических мероприятий (подготовки поверхностей деталей перед сваркой), направленных на уменьшение величины контактных сопротивлений и повышение стабильности их значений, является исходным условием получения качественных сварных соединений. Последнее обстоятельство особенно существенно для технологии сварки деталей из алюминиевых и магниевых сплавов.

При увеличении диаметра d_Э (при плоской) или радиуса R_Э (при сферической) рабочих поверхностей электродов величина r_ЭЭ несколько уменьшается. Это обусловлено увеличением площади токопроводящего сечения в свариваемых деталях. Разброс же значений r_ЭЭ при этом увеличивается, то есть стабильность их уменьшается. Это является следствием уменьшения давления в контактах, которое происходит из-за увеличения их площади при неизменном усилии сжатия электродов. Однако влияние этого фактора на процесс КТС не столь существенно, как двух описанных выше. Геометрические параметры электродов (d_Э, d_Э или R_Э) обычно выбирают по технологическим рекомендациям в зависимости от толщины свариваемых деталей (табл. 2.2).

С увеличением усилия сжатия электродов F_Э исходное электрическое сопротивление участка электрод – электрод всегда уменьшается (рис. 2.8). При этом одновременно с уменьшением величины r_ЭЭ уменьшается и разброс его значений, т. е. повышается их стабильность. Именно поэтому применение повышенного усилия сжатия электродов является одним из основных и наиболее простых технологических приемов, которым в практике КТС повышают стабильность показателей качества получаемых сварных соединений.

В динамике уменьшения r_ЭЭ выделяют два этапа: I и II, которые существенно различаются градиентом скорости изменения электрического сопротивления участка электрод–электрод.