3.2 Методика проведения эксперимента

Как отмечалось ранее процессом точечной микросварки наиболее эффективно возможно управлять, изменяя форму сварочного тока. В ходе работы проведены исследования по влиянию форы импульса сварочного тока на качество сварного соединения.

Качество сварки в основном определяется наличием дефектов. Неблагоприятные изменения структуры металла сварного соединения не значительно влияет на качество из-за малой ширины зоны термического влияния и незавершенности процесса сварки структурных изменений вследствие кратковременности нагрева, снижение коррозионной стойкости соединения достаточно надежно устраняется тщательной подготовкой поверхности деталей и применением жестких режимов, но эти же режимы приводят к выплескам, которые наиболее опасны при сварке деталей малой толщины. Поэтому основным показателем качественного образования соединений при проведенных экспериментах принято отсутствие выплесков.

Исследования проводили с использованием специализированного сварочного комплекса (экспериментальная установка), описание которого приведено в разделе 3.1, и фрагментов ячеек дистанционирующих решеток твэлов из циркониевого сплава Э110 толщиной 0,25 мм (определены заданием руководителя). Функциональная схема экспериментальной установки представлена на схеме ФЮРА.421103.001 С2.

Детали зажимались электродами сварочной машины, с помощью пункта управления оператора создавалась форма импульса тока, после чего она сообщалась источнику питания. По команде с пункта управления источник питания производил сварку образцов. В процессе сварки регистратор записывал изменение параметров сварки. В число параметров включались: сварочный ток, напряжение и усилие воздействия нижнего электрода на опору.

При выборе регистрации такого параметра как усилие руководствовались тем, что в результате нагрева и расплавления металл в зоне расширяется и раздвигает электроды машины. Исследованиями установлено, что между величиной перемещения электродов и размерами зоны расплавления существует взаимосвязь, которая может быть использована для контроля качества сварных соединений (размеров литой зоны) [5].

Теплое расширение металлов скачкообразно возрастает при переходе из твердого состояния в жидкое. При сварке нагреваемый объем металла ограничен по периферии кольцом холодного металла, а сверху и снизу торцами электродов. В процессе нагрева и расплавления происходит приращение объема металла и его деформация в направлении наименьшего сопротивления – по оси электродов, в результате чего электроды раздвигаются. Одновременно с увеличением объема металла в процессе формирования соединения под действием F_св происходит некоторое вдавливание электродов в поверхность свариваемых деталей.

Из сказанного выше следует, что качество процесса сварки можно оценить по перемещению электрода или изменению усилия. В проводимом эксперименте фиксировалось усилие, возникающее со стороны нижнего электрода на опору (консольный датчик веса). Изменение усилия характеризует процесс расширения металла и свидетельствует об образование такого дефекта как выплеск.

Выплески являются явным критерием оценки качества процесса образования сварного соединения, при наличии которого можно говорить об уменьшении прочности сварного соединения по сравнению с требуемой.

В ходе исследований предложены несколько различных форм импульсов тока. Основными требованиями к форме сварочного импульса являются [3] предельная жесткость, однополярность, непрерывность (сварка за один импульс) и плавное нарастание силы сварочного тока.

Исследования начинаем с серии экспериментов с простой формой импульса сварочного тока, который непрерывно нарастает до 2,5 кА и убывает, общая продолжительность импульса составляет 2 мс.

Результаты сварки оказались неудовлетворительны, при сварке большинства образцов наблюдались выплески металла. Это объясняется резким нарастанием сварочного тока, который приводит к резкому увеличению давления расплавленного металла во всех направлениях. В результате электроды машины раздвигаются, что фиксируется увеличением усилия нижнего электрода на опору, и образуется зазор между деталями. Ослабленный раскрытием деталей пластический поясок разрывается давлением расплавленного ядра, и жидкий металл выбрасывается в зазор между деталями.

Образование выплеска отмечалось по показаниям консольного датчика веса. При возрастании тока, усилие на опору со стороны нижнего электрода также увеличивалось, в результате повышения давления в ядре сварной точки, при выплеске метала из зоны сварки внутреннее давления уменьшалось и электроды начинали сжиматься не испытывая сопротивления, усилие на опору со стороны нижнего электрода резко уменьшалось. Этот скачек изменения усилия отчетливо виден на первой осциллограмме регистрации параметров режимов сварки на демонстрационном листе ФЮРА. 280605.001.

При точечной сварке особое значение имеет r_дд, так как собственное сопротивление деталей r_д, ввиду их малой толщины не превышает 5% от r_дд, а сопротивление r_эд составляет менее 30% r_дд. На контактные сопротивления r_эд и r_дд большое влияние оказывает шероховатость, волнистость поверхности и отклонение геометрических размеров, что негативно сказывается на стабильности их значений и, соответственно, r_ээ. Для получения гарантированного качества соединения при точечной микросварке одной из основных задач является стабилизация начального значения сопротивления r_дд, что может быть достигнуто применением подогревающего импульса тока.

Из проведенных исследований можно сделать вывод, что стабилизирует контактные сопротивления ступенчатое повышение тока [7].

В процессе предварительного подогрева зоны сварки деформируются микровыступы и разрушаются оксидные пленки, что приводит к уменьшению и стабилизации начальных значений переходных сопротивлений. Благодаря этому снижается нестабильность тепловыделения и уменьшается вероятность местного перегрева металла при сварке.

Второй импульс тока изменен на начальном участке, в начальный момент импульса ток изменяется ступенчато – нарастание сварочного тока до 0,1 кА и задержка на этом значении тока на 1 мс, затем нарастание до 0,5 кА с задержкой 0,5мс, затем нарастание до 3 кА и спад до нуля. Продолжительность сварки 4 мс.

Хотя ступенчатой начальной формой тока мы и стабилизируем сопротивления, и не даем возможности чрезмерному нарастанию давления внутри сварной точки, исследования показывают, что последующее нарастание тока, хотя интенсивность его и меньше чем при первой форме импульса тока, приводит к образованию выплесков.

Третий импульс тока аналогичен второму с некоторыми изменениями. В третьем импульсе сохраняется ступенчатое первоначальное нарастание тока и добавляется дальнейшее ступенчатое нарастание – нарастание сварочного тока до 0,1 кА и задержка на 1 мс, затем нарастание до 0,5 кА с задержкой 0,5 мс, далее нарастание до 1 кА и задержка на 0,2 мс, далее нарастание до 2 и 2,5 кА с задержками по 0,5 мс, и спад до нуля. Продолжительность сварки 8 мс.

При такой ступенчатой форме тока нарастание давления ядра уменьшается за счет паузы в процессе увеличения сварочного тока на протяжении всего импульса. Пауза в виде задержки на определенное время некоторого значения тока останавливает нарастание давления внутри сварной точки и позволяет электродам пластически сдеформировать увеличенный объем сварной точки (закрытие зазора), также происходит рассеяние некоторой части тепла выделившейся в контакте между деталями. За счет этих процессов чрезмерное раскрытие зазора не происходит и выплески отсутствуют.

Поэтому не только плавное нарастание, но и ступенчатое изменение тока на протяжении всего процесса сварки является одним из основных требований к форме сварочного тока.

Амплитудно-временные параметры импульса сварочного тока и результаты регистрации процесса сварки представлены на демонстрационном листе ФЮРА.280605.001.

В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:

Особенностями сварки деталей малой толщины являются особое значение контактного сопротивления деталь-деталь, которое определяет процесс тепловыделения в зоне сварки, и применение жесткого режима при сварке.

Основные пути повышения качества сварных соединений выполненных точечной микросваркой заключаются в тщательной подготовке поверхностей свариваемых деталей и изменение формы сварочного тока. С помощью изменения формы импульса сварочного тока можно активно управлять процессом формирования соединения при точечной сварке.

Основными требованиями к импульсу сварочного тока при точечной микросварке являются жесткость, однополярность, непрерывность (сварка за один импульс), плавное, ступенчатое нарастание величины силы сварочного тока.

Наложение определенного ограничения по возрастанию усилия со стороны нижнего электрода на опору, в качестве которой используется датчик давления, в процессе сварки позволяет избежать образования выплесков, за счет автоматического ограничения нарастания тока при достижении усилием определенного критического значения.

Заключение

В результате проделанной работы изучены основные особенности формирования соединения при точечной микросварке и определены основные пути повышения качества сварных соединений выполненных точечной микросваркой.

Были проведены исследования влияния формы импульса сварочного тока на качество сварного соединения.

Основным результатом исследований является вывод, что с помощью формы импульса сварочного тока можно активно управлять процессом формирования соединения при точечной сварке. Показания регистратора свидетельствуют о том, что при импульсной форме сварочного тока обеспечивается качественное формирование сварного соединения.

Также в результате проведенных исследований сформированы основные требования к импульсу сварочного тока при точечной микросварке и выявлен критерий, по которому в процессе сварки возможно предотвращение образования выплесков.

Список использованных источников

1 Технология и оборудование контактной сварки: Учебник для машиностроительных вузов / Б.Д. Орлов, А.А. Чакалев, Ю.В. Дмитриев и др.; Под общ. ред. Б.Д. Орлова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1986. — 352 е., ил.

2 ГОСТ 15878—79 Контактная сварка. Соединения сварные. Конструктивные элементы и размеры.

3 Соколов Н.М. Микросварка в массовом производстве радиоламп. Саратов: Приволжское книжное издательство. – 1971. –176с.

4 Т.В. Ермаков, А.Б. Овечкин. Оптимизация процесса тепловыделения при контактной сварке // Новые материалы. Создание, структура, свойства – 2005 Труды V Всероссийской школы-семинара. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005.-248с.

5 Орлов Б.Д. «Контроль точечной и роликовой электросварки». М., «Машиностроение», 1973. -304с.

6 Бумбиерис Э.В. Начальный контакт деталей и стабильность процесса точечной микросварки // Сварочное производство. – 1993. – №1.

7 М.С. Слободян, А.С. Киселев, С.Ф. Гнюсов. Стабилизация контактных сопротивлений подогревающим импульсом тока при точечной микросварки // Современная техника и технологии: 11-я международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Томск, 29марта-2апреля 2005г.: труды / ТПУ. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005г. - Т.1. –2005 –204с.: ил.

40