1.3.2. Сила сварочного тока

Сила сварочного тока I_СВ является одним из основных параметров режима КТС, поскольку при неизменной длительности его импульса t_СВ определяет не только количество энергии, выделяющейся в зоне сварки, но и, что наиболее важно для процесса формирования соединения, градиент её увеличения по времени. Вследствие этого именно сила сварочного тока определяет скорость нагрева металла в зоне формирования соединения.

В ряде случаев сварки, в особенности при малом расстоянии (шаге) между сварными точками, сила сварочного тока I_СВ, т. е. тока который протекает через зону формирования соединения и определяет тепловыделение в ней, и сила тока, который протекает во вторичном контуре сварочной машины I₂, могут различаться между собой. Причиной этого может являться ток шунтирования I_Ш, который протекает вне зоны сварки, в частности, через ранее сваренные точки (рис. 1.10) или контакты деталь-деталь, расположенные вне зоны формирования соединения, например, при точечной сварке с обжатием периферийной зоны соединения. Таким образом, значение вторичного тока сварочной машины I₂ зависит от сварочного тока I_СВ и тока шунтирования I_Ш:

(1.9)

Ток шунтирования. Зона проводимости тока шунтирования представляет собой электрическую цепь с сопротивлением r_Ш, параллельную электрической цепи зоны сварки с сопротивлением r_ЭЭ. Вследствие этого силу тока шунтирования можно вычислить по формуле [3]:

, (1.10)

где — электрическое сопротивление шунтирующей ветви; ρ — удельное электрическое сопротивление металла свариваемых деталей; k_Э — коэффициент ( ); s — толщина детали; b_ПР — ширина шунта, приведенная с учётом растекания тока и равная ; d_П и d_Ш — диаметры уплотняющего пояска и шунтирующего контакта соответственно.

Сварочный ток. От силы сварочного тока размеры ядра расплавленного металла зависят в наибольшей степени (рис. 1.9, б). С увеличением I_СВ проплавление деталей А и диаметр ядра d_Я растут почти прямо пропорционально изменению I_СВ.

Силу сварочного тока I_СВ, по той же причине, что и t_СВ, пока определяют только ориентировочно по технологическим рекомендациям или по эмпирическим зависимостям [2…4, 7…11, 13, 15…17]. В отличие от t_СВ, для определения которого расчетные методики вообще отсутствуют, для определения I_СВ в теории КТС предложено много самых разнообразных зависимостей, к сожалению, не отличающихся высокой точностью и универсальностью, например, зависимостей следующего вида [73...76]:

; ;

; ,

где s — толщина деталей; d_Э — диаметр рабочей поверхности электрода; k_i – опытный коэффициент; θ — температура плавления (с учетом скрытой теплоты плавления); ρ и λ — удельное электрическое сопротивление и коэффициент теплопроводности; d_Т — диаметр ядра (см); ρ_Т — удельное электрическое сопротивление металла в момент его плавления (мкОм/см).

В практике традиционных способов КТС для сварочного импульса, длительностью t_СВ, усредненную силу сварочного тока I_СВ чаще всего приближенно рассчитывают по следующей зависимости, которая получена из общеизвестного закона Джоуля – Ленца [8…11, 16]:

, [3] (1.11)

где Q_ЭЭ — количество теплоты, выделяющееся в зоне сварки, которое требуется для образования сварного соединения заданных размеров (величина Q_ЭЭ определяется по уравнению теплового баланса (см. ниже п. 2.4.3)); m_r — коэффициент, который учитывает изменение сопротивления зоны сварки r_ЭЭ в процессе формирования соединения (для низкоуглеродистых сталей он равен , для алюминиевых и магниевых сплавов — , для коррозионно-стойких сталей — , для сплавов титана — ; r_ДК — электрическое сопротивление деталей в конце сварки (определение r_ДК см. ниже п. 2.3.3).