3.Процесс точечной сварки
Точечная сварка всегда начинается с предварительного сжатия деталей для обеспечения хорошего контакта. Если при включении тока усилие, развиваемое электродами, недостаточно, то контактные сопротивления велики и на них почти мгновенно выделяется очень много тепла; металл в контактах быстро плавится и выбрасывается в виде искр; происходит так называемый начальный выплеск. При малом усилии возможен прожог деталей и огорание электродов.
Детали нагреваются теплом, выделяемом током на их контактном и собственном сопротивлениях. Нагрев при точечной сварке характеризуется малой продолжительностью (от тысячных долей секунды до нескольких секунд) и значительной неравномерностью. Наиболее интенсивно нагреваетя центральный столбик, в пределах которого плотность тока наибольшая. Окружающий металл нагревается медленнее протекающим в нем током малой плотности и за счет теплопередачи. В начале нагрева ток имеет наибольшую плотность в области, прилегающей к контакту между свариваемыми деталями, а в дальнейшем интенсивное тепловыделение поддерживается здесь из – за удельного сопротивления при нагреве. Поэтому наиболее быстро нагревается центральная зона точки – ее чечевицеобразное ядро. Образованию ядра такой формы способствует интенсивный отвод тепла в охлаждаемые электроды.
При нагреве до некоторой тампературы в контакте между деталями под дествием силы начинают образовываться общие зерна – начинается сварка без расплавления. Дальнейший нагрев ведет к расплавлению ядра, образующего после кристаллизации прочное соединение между деталями.
В современной практике всегда применяется сварка с расплавлением ядра, так как только в этом случае получаются точки стабильной прочности
Расплавленный металл удерживается в ядре окружающем его кольцом плотно сжатого, пластичного металла. При нарушении плотности этого кольца жидкий металл, сдавленный в ядре, частино выбрасывается – происходит выплеск. Выплеск набдюдается в начале процесса при слишком быстром нагреве и недостаточном усилии сжатия, или в конце при чрезмерном нагреве, когда из – за значительного увеличения диаметра ядра его тонкая оболочка прогибается, растет гидростатическое давление в ядре и кольцо прорывается.
4 Выбор конструктивных элементов соединения
В понятие “оптимальные размеры соединения” входит несколько измеряемых величин, называемых конструктивными элементами соединения (ФЮРА.412219.001 ВО, ФЮРА.412219.002). Конструктивные элементы соединения при точечной сварке стандартизованы по ГОСТ 15878-79 [3].
Основным конструктивным элементом для точечной сварки является расчетный (минимальный) диаметр ядра. Его измеряют в плоскости сопряжения деталей и обозначают d. Данный размер устанавливается из условия получения необходимой и стабильной прочности [1].
Таблица 2 - Размеры некоторых конструктивных элементов точечных соединений [3]
Толщина деталей S=S1, мм |
Минимальный диаметр литого ядра d, мм |
Минимальная величина нахлестки В, мм |
1,0 |
4 |
11 |
Максимальные размеры ядра ограничивают из-за возможности появления различных дефектов, снижения стойкости электродов, устанавливая верхние пределы на 15-25 % больше минимально допустимых (при s≥0,5мм). При толщине s≥0,5мм минимальный диаметр литого ядра можно определить по эмпирической формуле [7]:
, (1)
где S – толщина листа, мм, (таблица 2).
Примем d=5 мм в соответствии с таблицей 2.
Другими конструктивными элементами соединений являются величина проплавления h, глубина вмятины от электрода g, расстояние между центрами соседних точек в ряду (шаг) tш, расстояние от центра точки до края нахлестки u [3].
Величина проплавления в большинстве случаев должна находиться в пределах 20-80 %. Минимальные значения соответствуют проплавлению тонкой детали при сварке деталей разной толщины. На титановых сплавах верхний предел увеличивают до 95 %, а на магниевых – уменьшают до 70 %. Данную величину измеряют отдельно для каждой детали:
, (2)
.
Глубина вмятины не должна превышать 20% толщины деталей, но при сварке деталей неравной толщины и в труднодоступных местах она может достигать 30 %. При микросварке глубина обычно не превышает нескольких процентов. Глубокие вмятины ухудшают внешний вид и обычно уменьшают прочность точек:
(3)
.
Минимальное расстояние между центрами соседних точек в ряду (шаг) tш=17 мм при S=1,0 мм (из условия незначительного шунтирования тока при сохранении высокой прочности шва) [3].
Минимальная величина нахлестки В – это наименьшая ширина сопрягаемой части соединяемых деталей. Расстояние от центра точки до края нахлестки должно быть не менее 0,5В.
,
(4)
Определим необходимое количество сварных точек, при котором сварное соединение не будет уступать по прочности основному металлу.
Так как условия нагружения изделия в задание не указывались, то расчет произведем для случая, когда сварные точки работают на срез. Также условимся, что при нагружении усилие воспринимают все точки одновременно. Условие прочности запишется в следующем виде:
(5)
где Р – прикладываемое к изделию усилие, Н;
n -число сварных точек;
d – диаметр сварной точки, мм;
[
]
- допускаемое напряжение на срез, МПа.
Основной металл работает на разрыв, следовательно, запишем:
(6)
где
F-
площадь поперечного сечения,
;
[
]
- допускаемое напряжение на растяжение,
МПа.
Площадь поперечного сечения определим по формуле:
(7)
где L - длина листа, мм, L=850мм (согласно исходным данным).
Определим допускаемое напряжение на растяжение:
(8)
где k- коэффициент запаса прочности, k=1,3…1,4;
σт- предел текучести основного металла, МПа.
Зная предел текучести основного металла, определим [σр] :
Определим допустимое касательное напряжение:
(9)
Следовательно, усилие, при котором лист разрушится :
(10)
Определим требуемое число сварных точек:
(11)
Примем n=68.