3.5. Параметры режимов контактной сварки

Обеспечение высокого качества сварки и максимальной производительности процесса для данной толщины, формы и материала изделия определяется правильностью выбранного режима сварки.

Режимом сварки называется совокупность электрических, механических и временных параметров, обеспечиваемых сварочным оборудованием и необходимых для получения качественного сварного соединения.

Параметры режима выбирают по таблицам, номограммам, рассчитывают или устанавливают опытным путем. Выбранные или расчетные режимы проверяют и уточняют для конкретных условий.

К основным параметрам режима сварки относят:

• при точечной сварке: сила сварочного тока — I_СВ, время сварки — t_СВ, сварочное усилие — F_СВ, ковочное усилие — F_K, время проковки — t_K, а также размеры рабочей поверхности электродов (R_Э и d_Э).

• шовной сварке: I_СВ, t_СВ, F_СВ, время паузы — t_П, скорость вращения роликов — п_св, а также размеры рабочей поверхности роликов (f_p, R_p, D_p), а при шаговой шовной сварке с проковкой — дополнительно F_K, t_K, и кроме того длительность перемещения и остановки роликов;

• рельефной сварке: I_СВ, t_СВ, F_СВ, а также диаметр и высота рельефа (d_р и h_p).

При этих способах сварки режим должен обеспечить заданные по ГОСТ 15878-79 размеры литого ядра (d, h) в зависимости от толщины свариваемых деталей. Величину сварочного тока можно рассчитать по закону Джоуля-Ленца, например, по зависимости (2.10).

Изменение времени включения сварочного тока и изменение его величины оказывают влияние на размеры и прочность сварной точки. Это позволяет в известной мере компенсировать одно другим, т.е. допускает возможность получения одинаковой прочности при снижении времени включения тока, но при условии применения тока большей величины.

Н а рис. 3.10 показана зависимость прочности сварной точки от времени включения сварочного тока для серии образцов из низкоуглеродистой стали толщиной 1 мм (кривая I) и низколегированной стали толщиной 5 мм (кривая II). Аналогичные зависимости получаются при сварке образцов с постепенным увеличением сварочного тока. Каждая из кривых имеет участок АВ, соответствующий сварке без расплавления, и участок ВС, соответствующий сварке с образованием литого ядра. Размеры ядра увеличиваются с увеличением времени включения тока (или сварочного тока). Максимальный диаметр ядра d_T связан с диаметром контактной поверхности электрода d_Э, зависимости d_T = (0,9...1,4) d_Э. Дальнейшее увеличение диаметра ядра невозможно, так как оно сопровождается значительным выплеском металла и образованием глубоких вмятин на поверхности деталей, понижающих прочность соединения. Отношение диаметра ядра к диаметру электрода может быть тем больше, чем больше толщина свариваемых деталей и время включения тока.

Сварные точки стабильной прочности, т.е. точки, дающие при их испытании небольшой разброс разрушающих усилий, могут быть получены только при сварке с расплавлением, так как при сварке без расплавления на участке АВ незначительные изменения времени включения тока или других параметров (неизбежные в производственных условиях) вызывают существенные изменения прочности сварной точки. Наилучшие результаты по стабильности дают режимы, приближающиеся к точке С. Снижение прочности при переходе за точку связано с перегревом металла и значительным вмятием свариваемых деталей.

Время протекания тока (с) при сварке низкоуглеродистой стали принимается (0,1…0,2) s — на жестком режиме и (0,2 … 0,4) s — на мягком (s — толщина одной детали, мм).

Ориентировочно необходимую величину сварочного тока можно оценить по следующей зависимости:

I_СВ = jF_Э, (3.5)

где j — плотность тока, А/мм²; при сварке низкоуглеродистой стали обычно принимают 200…400 А/мм² для жестких режимов и 80…160 А/мм² — мягких; F_Э — площадь контактной поверхности электрода, мм².

Для шовной сварки величину сварочного тока увеличивают на 15…20 % по сравнению с точечной из-за шунтирования тока через ранее сваренные точки.

Скорость сварки (v_св— м/мин.) выбирают с учетом требуемого перекрытия точек f_p и расстояния между ними t_ш:

, (3.6)

где t_ш = l(1 – f / l); t_СВ и t_n —соответственно длительность импульса тока и паузы (с).

П ри точечной и шовной сварке часть вторичного тока может протекать (шунтироваться) вне зоны сварки. Чаще всего он проходит через ранее сваренные точки (рис. 3.11) или через случайные контакты между деталями или между деталью и боковой (не рабочей) поверхностью электрода. Общий ток в сварочной цепи I₂ равен сумме сварочного тока I_СВ и тока в шунте I_Ш

I₂ = I_СВ + I_Ш. (3.6)

Следовательно, сварочный ток будет уменьшаться на величину тока шунтирования:

I_СВ = I₂- I_Ш. (3.7)

Ток шунтирования через ранее сваренную точку можно рассчитать по формуле:

. (3.8)

где r_ээ и r_ш — электрическое сопротивление зоны сварки и шунта.

При шунтировании через смежную точку, расположенную на расстоянии t_ш, в деталях толщиной s с удельным электросопротивлением ρ

(3.9)

где b_пр — приведенная с учетом растекания тока ширина шунта, равная (d_K + d_n)/2; К_э = 0,4.

Как следует из вышеприведенных формул, уменьшение t_ш и рост s вызывают снижение I_СВ и соответственно размеров ядра, а также приводят к повышению температуры в контакте электрод-деталь и скорости износа электрода. Для каждой толщины и марки металла обычно выбирают минимальное значение t_ш — t_{ш min}. При этом принимают, что если t_ш > t_{ш min}, то I_Ш < 0,05 I_СВ, и шунтирование практически не влияет на электрическое поле и размеры ядра. Обычно значение t_{ш min} задают не менее 3d_Э В таблице 2.3 приведены значения t_{ш min}.

Таблица 3.2