1350

Рис. 1.43. Схема залечивания несшюшности в предыдущей точке при шовной сварке (залеченная несплошность заштрихована):

а — перекрытие более 50 % (переплав); б — перекрытие 50 % (залечивание расплавленным металлом); в — перекрытие менее 50 % (залечивание пластически деформируемым металлом)

При сварке последующей точки в зависимости от шага возможны следующие способы устранения дефектов (рис. 1.43): переплав металла предыдущейточки (при малом шаге или перекрытии более 50 %), заполнение несплошностей жидким металлом (при большем шаге или перекрытии ~50 %) или заполнение этой несплошности нагретым металлом в результате его пластической деформации (большой шаг — перекрытие 30—40 %).

Кроме несплошностей усадочного происхождения вблизи пояска, в околошовной зоне часто обнаруживаются структурные неодно­ родности — участки, заполненные металлом, как правило, с по­ вышенным содержанием легирующих элементов (см. рис. 1.41). Эти участки принято называть «усами». Природа их образования недостаточно ясна. Их количество увеличивается при сварке мало­ пластичных сплавов с широким интервалом кристаллизации при мягких режимах и перегреве околошовной зоны. Их иногда квали­ фицируют как дефекты. Однако влияния усов на прочность и пла­ стичность сварных соединений не отмечалось.

1.6.4. Снижение коррозионной стойкости соединений

Этот дефект возникает в результате переноса части элек­ тродного металла на поверхность вмятины и может вызвать усилен­ ную коррозию в этой части соединения, особенно на сплавах, чув­ ствительных к коррозии в контакте с электроположительными эле­ ментами, например, алюминиевых и магниевых сплавах в контакте с медью. Этот дефект называется в практике контактной сварки «загрязнением» поверхности деталей. При сварке металлов с покры­ тиями часть этого покрытия, в частности цинка при соединении оцинкованных сталей, может отрываться от основного металла, обнажая его, что также приводит к ухудшению коррозионной стой­ кости.

Скорость массопереноса по мере постановки ряда точек возра­ стает, так как на поверхность электрода переходит свариваемый металл и это вызывает снижение его теплопроводности и электро­ проводимости. Следствием подобного изменения свойств является увеличение температуры в контакте с деталями как за счет повыше­ ния тепловыделения, так и снижения теплоотвода (эффект теплового экранирования). Это явление приводит к росту объема расплавлен­ ного металла (глубины проплавления), что часто сопровождается

для оценки состояния поверхностей электрода может служить сопротивление год.

Заметное снижение коррозионной стойкости соединений в основ­ ном характерно для химически активных металлов — сплавов на основе магния, алюминия, никеля, покрытий из алюминия и цинка. Например, при точечной сварке сплавов магния якр обычно соста­ вляет 10—15 точек, алюминиевых сплавов 70—100 точек, оцинко­ ванных сталей 300—500 точек. При сварке сталей, где стойкость электродов определяется преимущественно деформацией рабочей поверхности электрода, снижением плотности тока и размеров соединений (диаметра ядра), л„р достигает 12—15 тыс. точек. При шовной сварке процессы массопереноса из-за повышения темпера­ туры в контакте ускоряются. Например, при соединении магниевых сплавов рабочую поверхность роликов необходимо зачищать уже через один-два оборота.

Для уменьшения вероятности снижения коррозионной стойкости соединений следует принимать меры к торможению процессов массо­

переноса. К таким технологическим мероприятиям можно отнести следующее.

1. Тщательная подготовка поверхности деталей перед сваркой, желательно химическим способом, для удаления продуктов, содер­ жащих влагу и способствующих вторичному окислению поверх­ ности электродов.

2.Использование жестких режимов, сокращающих пребывание металла при повышенных температурах.

3.Применение предварительного обжатия деталей перед сваркой (см. рис. 3.6, в).

4.Нанесение на поверхность деталей барьерных веществ (мине­ ральных масел), препятствующих массопереносу (схватыванию) и вторичному окислению электродов.

5.Интенсивное охлаждение электродов и роликов водой и в ряде случаев жидкими газами; использование электродных материалов

fc' высокой теплопроводностью, например, технической меди при точечной сварке магниевых сплавов.

6. Удаление продуктов массопереноса с поверхности соединений после сварки путем зачистки ее металлическими щетками.

1.6.5. Неблагоприятные изменения структуры металла сварного соединения

Как было указано (п. 1.5.3), термодеформационный цикл сварки в зависимости от свойств конкретного металла может вы­ зывать образование гаммы неблагоприятных структур в шве иоколошовной зоне сварного соединения.

Однако роль этих изменений в большинстве случаев относительно невелика из-за концентрации напряжений у границы шва, а также малой ширины зоны термического влияния и незавершенности процесса структурных изменений вследствие кратковременности нагрева.

Тем не менее, неблагоприятные изменения структуры и свойств сварных соединений предупреждают, выбирая оптимальные сочета­ ния параметров режима сварки на основе анализа поведения данного металла в условиях сварки (см. п. 3.3.3 и 3.3.4).

'определить, используя уравнения (1.1) и (1.3). Однако роль сопротив­ лений, входящих в это уравнение, при стыковой сварке (рис. 2.3) иная,

чем при точечной (см. рис. 1.3). Так,

6)ного электросопротивления рг, длины

иплощади сечения l0S

д= knp Tl0/S,

Контактное сопротивление при стыковой сварке сопротивлением из-за относительно малого давления обычно в 1,5—2 раза больше, чем при точечной сварке, и при нагреве до критической температуры Thр (см. п. 1.2.2) практически исчезает. При сварке оплавлением оно зависит от размера и числа перемычек в зазоре Да (искровом промежутке) и уменьшается с увеличением числа одновременно существующих перемычек и их сечения. Значение контактного со­ противления при сварке сталей определяют по эмпирической фор­ муле

r w = 9 5 0 0 * , / ( S 2 / 4 S . / o n « ) ,

где S — площадь торца свариваемых деталей, см2; иопл — скорость оплавления, см/с; /опл — плотность тока в деталях, А/мм2; k x — коэф­ фициент, учитывающий свойства оплавляемой стали (для углеро­ дистых конструкционных сталей 1, для аустенитных сталей 1,1).

Среднее значение гдд при сварке сталей оплавлением составляет обычно 100—1500 мкОм.

лучеиспусканием. Учитывая эти потери коэффициентом к2, получим уравнение

Температуру Т\ можно определить точнее, если учесть изменение удельного электросопротивления и удельной теплоемкости при нагреве. В первом прибли­ жении справедлива линейная зависимость

деляется аналитически в предположении, что вся теплота генерируется током за время сварки в сопротивлении контакта, выделяется в нем мгновенно в начале процесса, а затем постепенно распространяется вдоль свариваемых деталей. В на­ чальный момент процесса температура в стыке, рассчитанная по этой схеме, дости­ гает бесконечности. Однако экспериментально показано, что такой расчет дает ре­ зультаты, хорошо согласующиеся с измеренными температурами, в представляющей

где Q2 = р, Y k cy /( $ j Рро/суо) — общее количество теплоты, выделяемое в контакте

за время сварки, отнесенное к единице площади контакта; Л, с, а — средние значе­ ния коэффициента теплопроводности, удельной теплоемкости и коэффициента тем­ пературопроводности в процессе нагрева; коэффициент р характеризует интенсив­ ность тепловыделения в контакте и зависит от свойств металла и давления.

Экспериментально получены следующие значения коэффициента р: для низко­ углеродистой стали 2,5—3; стали 12Х18Н9Т 0,07—0,08; алюминия 0,34—0,36; меди 0,4—0,15. Большим давлениям соответствуют меньшие значения р. Так как процесс распространения теплоты при сварке сопротивлением описывается уравне­ нием

то, пользуясь формулами (2.4) и (2.5), можно рассчитать по формуле (2.6) темпера­ туру в стыке и прилегающей к нему зоне в любой момент времени.

Стыковая сварка оплавлением. Основная технологическая роль оплавления заключается в нагреве деталей до образования на тор­ цах слоя расплавленного металла, а также соответствующего распре­ деления температур в околошовной зоне для проведения последу­ ющей осадки с целью удаления расплава и оксидов. Это достигается

Перемычки в стадии их формирования до момента разрушения служат источниками нагрева (за счет теплопроводности) металла околошовной зоны. С увеличением времени существования пере­ мычек градиент температуры нагрева деталей снижается, и наоборот. Разрушение перемычек и выброс нагретого металла за пределы искро­ вого промежутка рассматривают как потерю накопленной тепловой энергии. Разрушение перемычек сопровождается образованием на торцах углублений — кратеров.^С увеличением размера перемычек соответственно увеличиваются размеры кратер'ов: рельеф поверх­ ности торцов ухудшается.

В некоторых случаях при высоких значениях напряжения U20 малой длительности существования перемычек, небольшой работы выхода электронов и большой индуктивности контура машины в качестве дополнительного источника теплоты (кроме перемычек) могут становиться дуговые разряды, которые нагревают металл до более высоких температур. Они возникают в периоды полного раз­ мыкания торцов. При этом запасенная в магнитном поле энергия вызывает перенапряжение, пробой и возбуждение дуги (см. также рис. 2.8, а, точка 3). Возникновение следующей перемычки шунти­ рует дугу, и она гаснет. При сварке деталей (небольших сечений) из алюминиевых сплавов до 50 % тепловой энергии при оплавлении приходится на долю дуговых разрядов. Роль этих разрядов с увели­ чением сечения алюминиевых деталей, а также при сварке сталей и других металлов с большим значением работы выхода электронов снижается.

Между одновременно существующими перемычками, как между проводниками с током одинакового направления, действуют элек­ тромагнитные силы FB(рис. 2.6, б), стремящиеся их сблизить и объ­ единить. Однако из-за быстрого разрушения перемычек этот процесс обычно не успевает завершиться.

Силы FK вызванные взаимодействием тока в перемычках с магнит­ ным полем сварочной машины, способствуют их перемещению в искровом промежутке и выталкиванию из сварочного контура.

Обычно в начале оплавления распределение температуры на оплавленных торцах неравномерно, причем степень неравномерности по мере нагрева уменьшается (рис. 2.7). Хотя расплавленные участки появляются уже в начале оплавления, средняя температура на торцах растет постепенно до тех пор, пока их поверхности не покроются более или менее равномерным слоем расплавленного металла. Это обеспечивается при установившемся процессе оплавления, когда перемычки последовательно и многократно с большой частотой возникают по всей площади торцов деталей (рис. 2.6, в).

Для процесса оплавления характерны высокие локальные плот­ ности тока в перемычках и малая средняя плотность тока, отнесенная ко всему сечению деталей.

Оплавление сопровождается характерными электрическими процессами (рис. 2.8). При сближении торцов и образовании одного контакта (рис. 2.8, а) напряжение и20 снижается до иээ (точка 1). При увеличении тока /сп напряжение и33 = raoiCB несколько воз-

со