29. Особливості зварювання деталей нерівної товщини
Зварювання деталей нерівної товщини. При співвідношенні товщин 1:3 і менше процес зварювання ускладнюється важкістю утримання номінальної (розрахункової) зони взаємного розплавлення. Це відбувається через неспівпадання площини теплової рівноваги із зварювальним контактом та супроводжується малим і нестійким проплавленням тонкої деталі. Ймовірність не провару зростає із збільшенням різниці в товщині (рис. 1).
Рис. 1. Кінетика формування ядра: а) на м’якому режимі; б) на жорсткому режимі; r – площина теплової рівноваги; е – відстань між цією площиною та зварювальним контактом; 1, 2, 3 – ізотерми плавлення в початковій, середній та кінцевій стадіях плавлення
На м’якому режимі ізотерма плавлення переважно зароджується в центрі поперечного перерізу (в товстій деталі) і потім рівномірно розповсюджується у всі сторони. Таким чином, вона лише в кінці циклу зварювання захоплює тонку деталь. Процес характеризується нестійкістю глибини проплавлення, великим об’ємом рідкого металу товстої деталі , посиленою деформацією тонкої деталі, підвищеним зношенням електродів.
На жорсткому режимі на початку процесу ізотерма плавлення рівномірно захоплює приконтактні ділянки двох деталей. Потім під впливом тепло відведення ізотерма зміщується в товсту деталь, до площини теплової рівноваги. При необхідному збільшенні струму виникають внутрішні та зовнішні виплески. Але жорсткий режим має більшу перевагу ніж м’який.
Для надійного проплавлення тонкої деталі існує багато способів, які засновані на штучному зближенні площини теплової рівноваги з площиною зварювального контакту.
30. Ефективні способи зварювання деталей нерівної товщини
Основними напрямками вирішення цього завдання є зменшення відводу теплоти від тонкої деталі та збільшення відводу тепла в ній і контакті між деталями.
Перший напрямок реалізують зазвичай на м’яких режимах. Збільшення проплавлення тонкої деталі досягають розміщенням з її сторони електроду з малою робочою поверхнею та меншою теплопровідністю. А зі сторони товстої деталі робочу поверхню і теплопровідність збільшують. Але цей спосіб незначно збільшує проплавлення тонкої деталі (на 10 – 15%), а використання електродів з малою теплопровідністю обмежене через прилипання електроду при зварюванні деталей із алюмінієвих та магнієвих сплавів.
Ефективним способом є розміщення між електродом і тонкою деталлю знімного теплового екрану із металу з меншою тепловою провідністю у вигляді стрічки товщиною 0,05 – 0,3 мм (рис. 2, а).
Рис. 2. Точкове з’єднання деталей різної товщини:
а – з допомогою екрану; б – з додатковим регульованим обтисканням периферійної зони
Екран акумулює теплоту в тонкій деталі, а часто і сам слугує додатковим джерелом теплоти. Комбінуючи склад і товщину стрічки, площини теплової рівноваги легко зміщують до тонкої деталі і добиваються її стійкого проплавлення.
Другий напрямок реалізують на жорстких режимах. Для цього використовують в основному два варіанти: фокусування зварювального струму (локальне тепловиділення на малій площині внутрішнього контакту) та додаткове обтискання деталей навколо електродів.
Площу внутрішнього контакту обмежують з допомогою рельєфів на тонкій або на товстій деталях. Густину струму в тонкій деталі підвищують, зменшуючи площу електропровідності самого електроду поблизу його робочої поверхні з допомогою кільцевої проточки, кільця із сплаву з малою провідністю, або невеликої центральної вставки із сплаву з підвищеною електричною провідністю. Низька стійкість електродів та невеликий ефект збільшення проплавлення тонкої деталі обмежують практичне застосування перерахованих варіантів.
Досить ефективним є спосіб зварювання з додатковим кільцевим обтисканням тонкої деталі навколо електрода (рис. 2, б).
Обтискання ущільнюючого пояска змінює електродеформаційний процес. Загальне зусилля стиску Fзв спеціальним електродним пристроєм розділяють на два зусилля: Fц – прикладене зусилля в центрі і Fп – стискаюча периферійна ділянка точки.
Цей спосіб майже повністю виключає виплески, забезпечує глибину проплавлення тонкої деталі на 30 – 70% і застосовується як на жорстких так і на м’яких режимах.