3.1.3. Собственное сопротивление деталей

Собственное сопротивление - сопротивление, распре­деленное определенным образом в объеме деталей. На этом сопротивлении при прохождении через него электрического тока выделяется основное количество теплоты.

Точечная сварка. При расчете тепловых процессов удобно рассматривать сопротивление деталей в конце нагрева деталей (горячее состояние контакта). Для упрощения рас­чета 2r_дд (при сварке двух деталей одинаковой толщины) используют условную схему термодеформа­ционного состояния металла зоны сварки. В частности, учитывая, что в контакте электрод-деталь d_к = d_э, а в кон­такте деталь-деталь d_к = d_п и то, что d_э мало отличается d_п. Принимают также, что r_эд и r_дд равны нулю и S_ф = S_к.

Рассматриваемое сопротивление (каждой детали r_д) представляют как сумму сопро­тивлений двух условных пластин 1 и 2 одинаковой толщины, каждая из которых нагрета до некоторой средней температуры Т₁ и Т₂ (при сварке деталей из низкоуглеродистых ста­лей - 1200 и 1500 °С, а для алюминиевых сплавов - 450 и 630 °С соответственно) (рис. 16). Тогда искомое сопротивление определяется следующей формулой:

2r_дд=Ак_рs(ρ_{1 +} ρ₂)/(πd_э²/4).

Удельные электросопротивления деталей ρ₁ и ρ₂ зависят от рода металла, вида его термомеханической обработки и тем­пературы. Коэффициент к_р учитывает неравномерность нагрева деталей (для сталей к_р = 0,85, для алюминиевых и магние­вых сплавов 0,9). Коэффициент А равен отношению r_д /r_ц (r_ц - электрическое сопротивление цилиндрического столбика металла длиной s и диаметром d_э). За счет шунтирования тока в массу детали r_д всегда меньше r, а коэффициент А < 1. Кроме того, А зависит от отношения d_э/s (рис. 17). При сварке деталей толщиной 0,8 - 3 мм А ≈ 0,8.

d/2δ

Рис. 16. Схема расчета электрическо­го сопротивления к концу цикла свар­ки

Рис. 17. Зависимость коэффи­циента А от отношения d_э/s

Рис

Е сли исходить из предположения о неодинаковых размерах контакта (рис. 18), к концу сварки ток к каждой детали будет подводиться через площадки с диаметрами d_к и d_э. Для определения сечения объема, в котором находится поле линий тока, из концов диаметров проводятся прямые под углом 45°. При этом деталь ус­ловно разбивается на две пластинки неравной толщины δ₁ и δ₂.

Рис.18. Схема поля тока для расчета сопротивления детали с неодинаковыми размерами кон­тактов

Собственное сопротивление пластинки толщиной δ₁+ δ₂, не­равномерно нагретой в условиях точечной сварки с контактами не­одинакового размера, можно приближенно рассчитать как полусумму сопротивлений двух пластинок толщиной 2δ₁ и 2δ₂, зажатых соответственно между равными электродами d_к и d_э:

,

где A₁ и А₂ - коэффициенты, зависящие соответственно от соотношений d_э/2δ₁ и d_к/2δ₂, учитывающие, что фактическое сопротив­ление детали меньше сопротив­ления цилиндра металла, зажа­того между электродами диа­метром d_к и d_э, определяются по графику, представленному на рис. 17; ρ₁ и ρ₂ - удельные электрические сопротивления при температурах T₁ и Т₂ соответственно для пластинок δ₁ и δ₂ (при сварке стали к концу процесса T₁ = 1200 ⁰С (0,8Т_пл) и Т₂ = 1530 ⁰С (Т_пл)); k – коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева пластинок толщиной δ₁ и δ₂. При сварке большинства сплавов k ≈ 0,85.

Для стали d_к = d_э + as (мм), где s - толщина более тонкой де­тали, мм; а - коэффициент, зависящий от усилия сжатия электродов. При сварке на «жестких» режимах а = 1,5 ÷ 1,7; на «мягких» - 1,0.

Стыковая сварка. r_д зависит от удельного электросопротивления ρ_т, установочной длины (вылета) l₀ и площади сечения S детали

2r_д = k_n ρ_т l₀/S,

где k_n - коэффициент поверхност­ного эффекта (заметно растет до тем­пературы ферромагнитного превра­щения и при сварке деталей из углеродистой стали диаметром более 25 мм); ρ_т определяется для средней температуры нагретых деталей.