Лабораторная работа № 6 тема: Выполнение точечной сварки низкоуглеродистой стали на машине общего применения, определение влияния параметров режима на качество сварки

1. Цели работы

1. Ознакомиться с методикой выбора режимов точечной сварки низкоуглеродистых сталей

2. Исследовать влияние параметров режима на качество сварки

3. Пробудить чувства ответственности;

4. Развивать интерес к самостоятельной деятельности на уроке.

Время выполнения: 2 часа

2. Дидактическое и методическое обеспечение

1. Методические указания по выполнению лабораторной работы;

2. Материальное обеспечение: контактная точечная машина МТ-2202; свариваемые образцы (пластины);

3. Справочная литература.

3. Последовательность выполнения работы

1. Изучить правила по технике безопасности и пожарной безопасности при выполнении работы;

2. Изучить и кратко законспектировать теоретические положения по данной работе;

3.  Подобрать режимы сварки для имеющихся пластин (не менее 4 шт.) из малоуглеродистой стали;

4. Произвести их сварку на точечной машине;

5.  Определить качество сварки внешним осмотром. При наличии дефек­тов установить их причину;

6. Увеличить силу тока на 50-100 А и произвести сварку образцов;

7.  Произвести внешним осмотром оценку качества сварки;

8.  Проанализировать влияние параметров режима на качество сварки;

9. Ответить на контрольные вопросы;

10. Составить отчёт.

4. Правила по технике безопасности и пожарной безопасности:

1 .Не включать машину без разрешения преподавателя;

2. Не прикасаться к токоведущим частям оборудования;

3. Не выполнять иных действий, не предусмотренных данной лабораторной работой.

5. Основные теоретические положения

Точечной (и рельефной) сваркой соединяют листовые металлы, толщиной от нескольких мм до 25-30 мм. Выбор способа сварки определяется конструкцией из­делия, металлом и требованиями к сварным соединениям, масштабом производства.

Технологический процесс изготовления узлов с применением точечной сварки состоит из последовательно выполняемых операций: подготовка поверхности, сборка, прихватка, сварка, правка конструкции и отделочные операции.

Подготовка поверхности стабилизирует контактное сопротивление, что способствует получению сварного соединения без дефектов и повышению стойкости электродов. Чем выше электропроводность металла и жёстче режимы сварки, тем тщательнее должна быть обработана поверхность. Качество подготовки поверхно­сти проверяют визуально, сравнивая с эталонными образцами.

К основным параметрам режима точечной сварки относят силу сварочного тока  Iсв, усилие сжатия F_св и время импульса t_св. Для точечной сварки важное значение имеют размеры рабочей поверхности электрода. К дополнительным параметрам точечной сварки относят цикл сварки, который выбирается в зависимости от материала, его толщины, применяемого оборудования.

Для сварки металлов небольшой толщины (до 3 мм) не требуется повышенное усилие проковки. Для металлов меньших толщин, но с особой склонностью к трещинам, проковку применяют. Время приложения усилия проковки Fk должно быть с небольшим запаздыванием (tic= 0,02-0,18с). При запаздывании проковки на большее время металл успевает закристаллизоваться с образованием трещин. При ранней проковке увеличиваются пластические деформации.

Проковка, кроме предотвращения образования трещин, устраняет усадочные дефекты в литом ядре, снижает общую деформацию изделия и существенно повышает усталостную прочность соединения.

Для получения хорошего качества сварки важно правильно выбрать оптимальные параметры режима сварки, исходными данными для выбора режима являются свойства и толщина металла, подготовка его поверхности, возможности сварочного оборудования и требования к качеству. Параметры режима выбирают по таблицам, номограммам, рассчитывают или устанавливают опытным путём. Выбранные или расчетные режимы проверят и уточняют для конкретных условий.

Применяемые режимы условно разделяют на несколько групп по их жёсткости. В основе такого деления лежит плотность тока на контактной поверхности и продолжительность импульса. Большое значение плотности тока и малая продолжи­тельность импульса соответствуют  i  более жёстким режимам. Такое условное определение жёсткости режима по принятым значениям плотности тока возможно для деталей, изготовленных из одного материала и одной толщины.

Самый распространённый металл для изготовления сварных конструкций -низкоуглеродистая тонколистовая качественная сталь марки 08кп и другие с содержанием углерода до 0,15%. Плотность тока на контактной поверхности электродов колеблется в пределах 80-600 А/мм², а давление - 50-120 МПа. На практике для сварки этих металлов используют режимы с плотностью тока 200 А/мм².

Основными параметрами режима точечной сварки являются: сварочный ток (I_св, A), время сварки (t_св, c), сварочное усилие (F_св, H), усилие проковки (F_x, H), время проковки (t_x,c), а также размеры и форма рабочей поверхности электродов.

Сварочный ток рассчитывают по следующему выражению:

I_св = 

где Q_ээ – общее количество теплоты, затрачиваемое на образование соединения, Дж;

       m_r – коэффициент, учитывающий изменение r_ээ в процессе сварки;

       r_ээ – электрическое сопротивление металла в зоне сварки, Ом.

Таблица 1

Свойства конструкционных материалов

 Для низкоуглеродистых сталей m_r ≈ 1,0; для алюминиевых и магниевых сплавов – 1,15; коррозионно-стойких сталей – 1,2; сплавов титана – 1,4.

Q_ээ определяют по уравнению теплового баланса, в котором потерями на излучение (ввиду кратковременности нагрева) пренебрегают:

Q_ээ = Q₁ + Q₂+ Q₃,

где Q₁ – теплота, расходуемая на нагрев и плавление металла в литом ядре, Дж;

      Q₂ и Q₃ – теплота, расходуемая на нагрев металла, окружающего литое ядро, и электродов соответственно, Дж.

Расчётный объём литого ядра существенно больше действительного, т. к. принимаются, что металл расплавляется в объёме цилиндра с основанием равным рабочей поверхности электрода и высотой, равной толщине свариваемых деталей. Это компенсирует неточность принятой схемы, в которой при расчёте Q₁ не учитываются затраты тепла перегрев металла (выше Т_пл) и скрытая теплота его плавления:

Q₁ =,

где  С_м и γ_м  - теплоемкость и плотность свариваемого металла.

 

При расчете Q₂ принимают, что заметный нагрев деталей наблюдается на расстоянии Х₂ от границы ядра (рис.2). Значение Х₂ определяется временем сварки и температуропроводностью металла а_м, м²/с:

Х₂ =4а_{м *} t_св

а_м=

где  - теплопроводность свариваемого металла.

Рисунок 1 – Схема нагрева деталей и электродов при точечной сварке

Если объем нагретого металла вокруг литого ядра - * х₂ (d₂ + х₂ )( +), а средняя его температура , то

Q₂ = К₁**Х₂(d_э + х₂)(+)С_м * * ,

где к₁ – коэффициент, учитывающий нелинейность распределения температуры металла вокруг литого ядра, принимается 0,8.

Потери теплоты в электроды Q₃, учитываются из условия, что глубина  нагрева электродов – х₃, а средняя температура  на этом участке -  

,

где к₂ – коэффициент, учитывающий влияние формы электрода (для цилиндрических электродов с плоским РП к₂=1,0; для конических электродов с плоской РП к₂=1,5; для электродов со сферической РП к₂=2,0); с₃ и ₃ – теплоемкость и плотность материала электродов.

где а_э – температуропроводность материала электродов, м²/с,

где _э – теплопроводность материала электродов.

Диаметр электрода выбирается, исходя из толщины свариваемых деталей. При точечной сварке деталей неравной толщины принимается толщина более тонкой детали.

Для ^-3м d_э=2+3*10^-3

Для >1,5*10^-3м d_э=1,5+5*10^-3

Время сварки определяют следующим образом:

где _табл. – толщина материала, для которого взято время сварки;  - толщина свариваемого материала; t_св^табл. – время сварки из табл: 24.

Таблица 2

Ориентировочные режимы сварки низкоуглеродистых сталей на однофазных машинах переменного тока

Толщина *10-3, м	Точечная сварка
	Iсв, кА	tсв, с	Fсв, кН	Fк, кН	tк, с
0,5 1,5 3,0	6-8 11-12 14-15	0,08-0,1 0,16-0,24 0,3-0,48	1,2-1,8 4-5 9-10	- - 18-20	- - 0,36-0,54
*10-3, м	Шовная сварка
	Iсв, кА	tсв, с	tп, с	Fсв, кН	Vсв, м/мин
0,5 1,5 3,0	7-8 13-14,5 18-20	0,02-0,04 0,12-0,14 0,24-0,32	0,04-0,06 0,12-0,18 0,28-0,36	1,5-2 5-6 9-10	1-1,2 0,6-0,7

 

Электрическое сопротивление зоны сварки рассчитывают по формуле [1]

где

А_ - коэффициент, учитывающий отличие площади контакта деталь-деталь от рабочей площади поверхности электродов, принимается равным 0,850,9;  

к_п – коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева пластин, принимается равным 0,85; 

 - толщина одной детали, когда детали равной толщины, или полусумма толщин, когда детали разной толщины, м;  

_т1,  _т2 – удельные электрические сопротивления свариваемого металла при температуре равной 0,8 Т_пл и Т_пл соответственно:

Сварочное усилие F_св при сварке изделий из низкоуглеродистой стали зависит от толщины свариваемого металла:

Для определения сварочного усилия F_св, усилия и времени проковки F_к и t_к рекомендуется использовать следующие формулы:

где _табл – толщина материала, для которого из табл. 24 взяты значения сварочного усилия, усилия и времени проковки;   - толщина свариваемого металла;

       F_св^табл., F_св^табл., t_к^табл. – сварочное усилие, усилие и время проковки.