2 Расчет режима контактной сварки

К параметрам режима контактной сварки в первую очередь относят сварочный ток, время сварки и усилие сжатия электродов. При более сложной циклограмме процесса могут добавляться ковочное усилие, длительность и сила импульса подогревающего тока и т.д.

Наш расчет, в первую очередь, основывается на законе Джоуля-Ленца, который определяет количество тепла, выделяющееся в процессе, при протекании тока

Преобразуя это выражение можно получить формулу для вычисления сварочного тока

где m – коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева.

Материал: Сталь 35, толщина 1,5+1,5 мм

ρ₀ = 21 мкОм*см γ = 7850 кг/м³

а = 0,104 см²/К∙10^-4 Т_пл = 1480˚С

с_р = 0,48 кДж/(кг∙К)

В начале расчета определим характер режима сварки, учитывая, что жесткий режим рекомендуется для алюминиевых и магниевых сплавов, и нержавеющей стали. Для остальных – мягкий режим.

Усилие сварки определяется по простой эмпирической формуле

Определим количество энергии, необходимое для формирования сварного соединения, для этого используем уравнение теплового баланса

где Q₁ – энергия на создание сварочной точки

Q₂ – энергия, расходуемая на разогрев ЗТВ

Q₃ – энергия на теплоотвод в электроды

Q₄, Q₅ – энергия на конвективные и радиационные потери в окружающую среду

Энергии Q₄ и Q₅ (рис.1) весьма малы, поэтому ими в расчете пренебрегаем.

Рисунок 1 – Схемы теплопередачи в зоне сварки и распределения в ней температуры для расчета теплового баланса

1. Энергия на расплавление цилиндрического столба металла с основанием, равным диаметру электрода d_e (рис.2)

Рисунок 2 – Вид точечного сварного соединения (а) и схема его геометрических параметров в случае сварки деталей не равных толщин 1 и 2 электродами со сферической 3 или плоской 4 рабочими поверхностями: s₁, s₂ – толщина деталей 1 и 2; d_Я и h_Я – диаметр и высота ядра расплавленного металла; h₁, h₂ – высота зоны расплавления в деталях; c₁, c₂ – глубина вдавливания электродов; a₁, a₂ – расстояние от верхних точек ядра до поверхностей деталей; d_п – диаметр уплотняющего пояска; D₁, D₂ – диаметры рабочей части электродов; d_K1, d_K2 – диаметры контактов электрод – деталь; R_Э1 – радиус сферической рабочей поверхности электрода 1; d_Э2 – диаметр рабочей поверхности электрода 2

Подбираем диаметр электрода

Поскольку вместо плоских чаще всего используются сферические электроды, то определим его радиус R_e.

В соответствии с условием теплового баланса определим

2. ЗТВ представляет собой кольцо вокруг сварной точки, среднюю температуру которого считаем равной

где x₂ – глубина прогрева ЗТВ (толщина кольца), которая вычисляется по формуле

3. Энергия, расходуемая на прогрев 2 электродов на глубину x₃ со средней температурой