1.3.3. Усилие сжатия электродов

Усилие сжатия электродов (сварочное усилие) F_СВ — один из важнейших параметров режима КТС, который оказывает влияние на все основные процессы, ответственные за формирование соединения, в частности, на микро- и макропластические деформации, на выделение и перераспределение теплоты, на охлаждение металла в зоне сварки и кристаллизацию его в ядре.

С увеличением F_СВ увеличиваются пластические деформации металла в зоне сварки и площади контактов, уменьшается плотность тока в них, уменьшается электрическое сопротивление участка электрод–электрод и стабилизируется его величина. Поэтому при постоянстве остальных параметров режима увеличение F_СВ вызывает уменьшение размеров ядра (рис. 1.9, в), прочности сварных точек при одновременном понижении и их стабильности. Если же увеличение F_СВ сопровождается таким увеличением I_СВ или t_СВ, что размеры ядра остаются неизменными, то с ростом величины сварочного усилия прочность точек возрастает и становится более стабильной. [10, 77…79]

Как и сварочный ток, сварочное усилие определяют в основном по эмпирическим зависимостям, предложенным для приближенного расчета или пересчета сварочного усилия и основанным на подобии процессов КТС. Методики пересчета F_СВ исходят из подобия процессов формирования соединений при сварке деталей из одних и тех же металлов разных толщин. Все они, к сожалению, также не отличаются ни высокой точностью, ни универсальностью. В частности, для пересчетов и расчетов F_СВ предложены следующие зависимости [10, 15, 73, 80...82]:

; ;

; ; ;

; ,

где F₀ — удельное сварочное усилие; d_Я — диаметр ядра расплавленного металла с известным F_СВ; d_Я — диаметр ядра, для которого рассчитывают F_СВ; P₀ — удельное давление, определяемое экспериментально; d_Э — диаметр рабочей поверхности электрода; s — толщина деталей; k₁ и k₂ —коэффициенты, учитывающие сопротивление деформации металла и конструктивную жесткость изделия; σ₀₂ — условный предел текучести свариваемого металла при нормальной температуре; — предел текучести свариваемого металла при температуре 300^о С;

1.3.4. Форма и размеры рабочих поверхностей электродов

Форма и размеры рабочих поверхностей электродов (рис. 1.3: d_Э — при плоской и R_Э — при сферической), контактирующие со свариваемыми деталями, существенно влияют на качество получаемых сварных соединений. Увеличение площади контакта электрод–деталь, например, из-за износа рабочей поверхности электродов приводят к уменьшению плотности тока и давления в зоне сварки, а, следовательно, к уменьшению размеров ядра и снижению качества готовых точечных соединений (рис. 1.9, г).

Применяемая форма электродов зависит от свойств материала свариваемых деталей. Так, например, для сварки титановых, алюминиевых и магниевых сплавов, как правило, применяют электроды со сферическими рабочими поверхностями. Стали же, в основном сваривают электродами с плоской рабочей поверхностью.

Размеры рабочих поверхностей электродов в большинстве случаев выбирают исходя из толщины свариваемых деталей.

Радиус сферы электрода R_Э определяют, ориентируясь на конечный диаметр отпечатка и допустимую глубину вмятины, которая не должна превышать 10 % от толщины детали [83]. Исходя из этого условия предложены следующие зависимости для определения минимального R_ЭMIN и максимального R_ЭMAX радиусов рабочих поверхностей электродов в зависимости от толщины s свариваемых деталей [84]:

.

Диаметры плоских рабочих поверхностей электродов выбирают с учетом диаметров ядра, которые в свою очередь задают по толщине деталей. Значения d_Э определяют по следующим зависимостям [85, 86]:

, .

Однако в практике КТС размеры рабочих поверхностей электродов обычно не рассчитывают. Значения d_Э и R_Э, как правило, выбирают по технологическим рекомендациям (табл. 1.2), в которых они близки к значениям, рассчитанным по приведенным выше зависимостям. Окончательные значения t_СВ, I_СВ, F_СВ и R_Э или d_Э определяют и корректируют на образцах технологической пробы [3, 15].

П

Таблица 1.2

Рекомендуемые размеры электродов

Толщина детали (мм)	Размеры электродов (мм)
	DЭ	dЭ	RЭ
0,5	12	4	25...50
0,8	12	5	50...75
1,0	12	5	75...100
1,2	16	6	75...100
1,5	16	7	100...150
2,0	20	8	100...150
3,0	25	10	150...200
4,0	25	12	200...250

оскольку приемлемые по точности для практики КТС методики оптимизации режимов сварки (сочетаний I_СВ, t_СВ и F_СВ) пока не разработаны параметры одного из них, как правило, время сварки t_СВ, определяют ориентировочно по технологическим рекомендациям, основанным на экспериментальных исследованиях процессов КТС и опыте их практического использования в промышленности. После этого для принятого значения t_СВ по приближенным методикам, определяют силу I_СВ и усилие сжатия электродов F_СВ [2…4, 7…11, 13, 15…17].

Таким образом, существующие расчетные методики определения основных параметров режима весьма не совершенны. У них можно отметить общий недостаток — они не отражают физической сущности процессов, протекающих при КТС, не являются универсальными и применимы только для тех ограниченных областей толщин и металлов, на основании результатов исследований которых они и получены. Они не могут использоваться для решения задач, связанных с программированным изменением термодеформационных процессов, протекающих при формировании точечных сварных соединений.