Раздел 3 Обоснование выбора цикла сварки и расчет параметров режима сварки.

Среди циклов традиционных способов КТС (рис. 1), по-видимому, наиболее распространенным является цикл изменения параметров режима (рис. 1, а), предложенный еще Н. Н. Бенардосом. При сварке по этому циклу детали сжимают токопроводящими электродами неизменным усилием F_СВ и через определенное время сжатия t_СЖ пропускают импульс сварочного тока заданной силы I_СВ и длительности t_СВ, а затем через определенное время проковки t_ПР, достаточное для кристаллизации и охлаждения зоны сварки, усилие сжатия электродов снимают. Его технологические возможности до настоящего времени удовлетворяют требованиям практики КТС не только сварки деталей из малоуглеродистых сталей в автомобиле- и сельхозмашиностроении, но и сварки некоторых специальных сталей и сплавов.

С целью предотвращения образования в ядре дефектов усадочного характера (трещин, пор) при сварке деталей из материалов, склонных к их образованию, например, относительно толстых деталей или деталей, склонных к закалке, а также деталей из высокопрочных материалов, применяют цикл (рис. 1, б), в котором при кристаллизации расплавленного металла в ядре и охлаждения зоны сварки (в период t_ПР проковки) усилие сжатия электродов увеличивают (прикладывают ковочное усилие F_К). Этим увеличивают в ней степень пластической деформации металла, компенсирующей его усадку при кристаллизации и охлаждении.

В технологии КТС известны и циклы (рис. 1, в), при осуществлении которых в период проковки соединения t_ПР усилие сжатия электродов не только не увеличивают, но даже и уменьшают. Например, при сварке свинцовых деталей со стальными.

При сварке деталей из углеродистых и низколегированных сталей с целью предотвращения образования в соединении закалочных структур и трещин путем уменьшения скорости его охлаждения применяют цикл (рис. 1, г), в котором сжатие деталей электродами вообще прекращают одновременно с окончанием импульса сварочного тока. Для решения этой же задачи, а также с целью улучшения условий проковки соединений и уменьшения требуемой величины ковочного усилия, а иногда для термообработки соединения в сварочных электродах применяют цикл, в котором после окончания импульса сварочного тока I_СВ в период проковки соединения t_ПР пропускают дополнительный подогревающий импульс тока I_Д (рис. 1, д). Дополнительный подогревающий импульс тока I_Д, уменьшающий сопротивление деформации металла в зоне сварки, может применяться в сочетании с любой циклограммой изменения усилия сжатия электродов. Подогревающий ток пропускают обычно в виде отдельного дополнительного импульса I_Д, но иногда и как модулированное продолжение импульса сварочного.

Для получения оптимальных значений начальных электрических сопротивлений в контактах, в особенности при сварке деталей из высокопрочных материалов или деталей с относительно невысоким качеством подготовки поверхностей, в практике точечной сварки применяют цикл (рис 1, е), в котором перед импульсом сварочного тока в период сжатия деталей t_СЖ производят их обжатие повышенным усилием сжатия электродов F₀ (усилием обжатия). Этот технологический прием используют и для предупреждения наружных и внутренних начальных выплесков, а также для вытеснения пластичных прослоек грунта, клея.

Однако в ряде случаев только предварительным обжатием деталей не удаётся получить оптимальные значения начальных электрических сопротивлений в контактах. В этом случае применяют цикл (рис 1, ж), в котором металл в зоне сварки предварительно, перед сварочным импульсом I_СВ, подогревают отдельным либо совмещенным со сварочным дополнительным подогревающим I_П импульсом тока.

Во многих случаях точечной сварки стабилизировать процесс формирования соединения можно интенсификацией микро- и макропластических деформаций металла в зоне сварки путем уменьшения его сопротивления пластической деформации на стадиях сжатия и проковки соединения. В таких случаях одном цикле рационально использовать и предварительный, и дополнительный подогревающие импульсы тока, в частности, даже при сварке деталей из легких сплавов. Подогревающие импульсы тока I_П и I_Д можно использовать в сочетании с любой циклограммой изменения усилия сжатия электродов (рис 1, з). Для достижения указанных выше целей иногда используют цикл (рис. 1, и), в котором до импульса сварочного тока и после его окончания, осуществляют колебания электродов с инфразвуковой, звуковой, или ультразвуковой частотой.

В ряде случаев, например, при сварке деталей из жаропрочных материалом, рационально применять даже цикл (рис 1, к), в котором усилие сжатия электродов F_Э во время t_СВ действия импульса сварочного тока уменьшают по определенной программе.

Кроме того, программированное изменение усилия сжатия электродов во время импульса сварочного тока позволяет повысить и энергетическую эффективность процесса КТС, а также его устойчивость против образования непроваров. Для достижения этих целей применяют циклы, в которых усилие сжатия электродов в процессе сварки изменяют. Причем, в процессе КТС усилие сжатия электродов чаще всего увеличивают от начального до конечного его значения. И осуществляют это ступенчато (рис. 1, л).

Из представленных циклов студенту следует выбрать цикл, который наиболее подходит в соответствии с конструкцией и материалом изделия.

Обеспечение высокого качества сварки и максимальной производительности процесса для данной толщины, формы и материала изделия определяется правильностью выбранного режима сварки.

Режимом сварки называется совокупность электрических, механических и временных параметров, обеспечиваемых сварочным оборудованием и необходимых для получения качественного сварного соединения.

Режим контактной сварки зависит от многих факторов: электро- и теплопроводности, температуропроводности, прочности свариваемых материалов, температуры плавления, плотности, конструкции сварного узла, условия токоподвода, схемы сварки и др.

Параметры режима выбирают по таблицам, номограммам, рассчитывают или устанавливают опытным путем. Выбранные или расчетные режимы проверяют и уточняют для конкретных условий.

К основным параметрам режима сварки относят:

- при точечной сварке: сила сварочного тока — I_СВ, время сварки — t_СВ, сварочное усилие — F_СВ, ковочное усилие — F_K, время проковки — t_K, а также размеры рабочей поверхности электродов (R_Э и d_Э).

- шовной сварке: I_СВ, t_СВ, F_СВ, время паузы — t_П, скорость вращения роликов — п_св, а также размеры рабочей поверхности роликов (f_p, R_p, D_p), а при шаговой шовной сварке с проковкой — дополнительно F_K, t_K, и кроме того длительность перемещения и остановки роликов;

- рельефной сварке: I_СВ, t_СВ, F_СВ, а также диаметр и высота рельефа (d_р и h_p).

При этих способах сварки режим должен обеспечить заданные по ГОСТ 15878-79 размеры литого ядра (d, h) в зависимости от толщины свариваемых деталей.

Расчетным путем определяется действующее значение сварочного тока с использованием формул теплового баланса и формул для оценки сопротивления деталей к концу сварки.

При расчете режимов шовной сварки величина тока рассчитывается аналогичным способом. При этом оптимальный диаметр ядра соответствует ширине шва для данной толщины. Расчетное значение тока увеличивается на 10-15% с учетом явления шунтирования.