Расчет сварочного тока

Сварочный ток рассчитывают по закону Джоуля – Ленца. Зависимость (2.1), при условии осреднения за цикл сварки значений электрического сопротивления в зоне сварки, преобразуют к следующему виду:

, (2.10)

где Q_ЭЭ — общее количество теплоты, затрачиваемой на образование соединения; m_r — коэффициент, учитывающий изменение r_ЭЭ в процессе сварки.

Для низкоуглеродистых сталей m_r ≈ 1, для алюминиевых и магниевых сплавов m_r ≈ 1,15, коррозионно-стойких сталей m_r ≈ 1,2, сплавов титана m_r ≈ 1,4.

Общее количество теплоты, затрачиваемой на образование соединения Q_ЭЭ определяется из уравнения теплового баланса по зависимости (2.9), а конечное значение электрического сопротивления деталей — по зависимости (2.5).

Пример. Определить силу тока при точечной сварке листов из низкоуглеродистой стали толщиной 4 мм электродами с диаметром рабочей поверхности 12 мм и временем сварки 1 с. Температура ликвидуса стали 1500 °С, теплоемкость с для стали 0,67 КДж/(кгК), меди – 0,38 КДж/(кг×К), плотность γ для стали равна 7800 кг/м³, меди – 8900 кг/м³, коэффициент температуропроводности а_м для стали равен 9×10^-6 м²/с, меди – 8×10^-5 м²/с. Электрическое сопротивление деталей к концу процесса сварки r_ДК ≈ 58 мкОм.

Значения экспериментальных коэффициентов примем: k₁ = 0,8; k₂ = 1,5. Вычислим значения x₂ и x₃ :

, .

Вычислим значение Q_ЭЭ по зависимости (2.9):

кДж.

Тогда искомая сила сварочного тока по зависимости (2.10) будет равна:

кА.

2.6. Пластическая деформация металла при сварке

2.6.1. Роль пластической деформации

Пластическая деформация металла — один из основных процессов, способствующих формированию соединений, вызывается как внешними факторами — усилием со стороны электродов, так и внутренними — напряжениями, возникающими при несвободном расширении металла зоны сварки. Пластическая деформация металла имеет место на протяжении всего процесса сварки: от формирования холодного контакта до проковки соединения.

Процесс пластической деформации неразрывно связан с процессом нагрева. Тесная взаимосвязь этих двух процессов проявляется в эффекте саморегулирования теплового состояния зоны сварки путем соответствующего изменения сопротивления пластической деформации, размеров контактов и плотности тока. Так, при случайном увеличении тока и росте температур снижается сопротивление пластической деформации, что приводит к увеличению площади контактов, снижению плотности тока, уменьшению интенсивности нагрева и определенной стабилизации температурного поля и размеров ядра.

В зависимости от объема деформируемого металла различают микропластическую деформацию рельефа контакта поверхности и объемную пластическую деформацию значительных масс металла зоны сварки. Пластическая деформация при сварке участвует в следующих термодеформационных процессах, способствующих формированию соединений:

• в формировании электрического контакта;

• в образовании пластического пояса для удержания расплавленного металла от выплеска и ограничения растекания сварочного тока во внутреннем контакте;

• в уплотнении металла на стадии охлаждения.

Непосредственная роль пластической деформации в образовании металлических связей при точечной и шовной сварке невелика из-за малой относительной сдвиговой деформации в пояске. Лишь при сварке титановых сплавов за счет растворения оксидов в основном металле отмечается область развитой связи, повышающей прочность соединений. Возможно образование также связей в твердой фазе при микросварке некоторых металлов и наплавке.

При рельефной сварке за счет деформации выступов относительная сдвиговая деформация возрастает, что позволяет в ряде случаев получать достаточно прочные соединения без расплавления металла преимущественно при сварке углеродистой стали.