Сварка деталей неравной толщины

При соотношении толщин 1:3 и более процесс осложняется трудностью получения номинальной (расчетной) зоны взаимного расплавления. Это происходит из-за несовпадения плоскости теплового равновесия со сварочным контактом с (рис. 3.14) и сопровождается малым и неустойчивым проплавлением тонкой детали. Вероятность непровара возрастет с увеличением разницы в толщине

По сравнению со сваркой деталей одинаковой толщины при сварке деталей разной толщины усиливается поток теплоты в электроды и окружающую среду со стороны более тонкой детали. На периферии контакта между деталями увеличивается плотность тока. Все это приводит к смещению литого ядра относительно плоскости соединения деталей в деталь большей толщины. Проплавление тонкой детали уменьшается, что может привести к полному непровару.

На мягком режиме изотерма плавления преимущественно зарождается в центре сечения пакета (в толстой детали) и затем равномерно распространяется во все стороны. Таким образом, она лишь в конце цикла сварки захватывает тонкую деталь (рис. 3.14, а). Процесс характеризуется неустойчивостью глубины проплавления, большим объемом жидкого металла толстой детали, усиленной деформацией тонкой детали, повышенным износом электродов.

Рис 3.15. Кинетика формирования литого ядра в деталях разной толщины (r – плоскость теплового равновесия; е - расстояние между этой плоскостью и сварочным контактом):

а – мягкий режим; б – жесткий режим; 1...3 – изотермы плавления соответственно в начальной, средней и конечной стадиях сварки

На жестком режиме в начале процесса изотерма плавления равномерно захватывает приконтактные области тонкой и толстой деталей. Затем под влиянием теплоотвода изотерма смещается в толстую деталь, к плоскости теплового равновесия (рис. 3.14, б). При необходимом увеличении тока возникают внутренние и наружные выплески. Однако при обычной схеме сварки жесткий режим предпочтительнее.

Для надежного проплавления тонкой детали существует много способов. Они основаны на искусственном сближении плоскости теплового равновесия с плоскостью сварочного контакта.

Основными направлениями решения этой задачи являются уменьшение отвода теплоты от тонкой детали и увеличение тепловыделения в ней (и в контакте между деталями).

Первое направление реализуют обычно на мягких режимах.

Некоторого увеличения проплавления тонкой детали достигают размещением с ее стороны электрода с малой рабочей поверхностью и меньшей теплопроводностью. Со стороны толстой детали рабочую поверхность и теплопроводность увеличивают. Однако этот способ незначительно увеличивает проплавление тонкой детали (10...15 %), а применение электродов с малой теплопроводностью ограничено из-за прилипания электрода при сварке деталей из алюминиевых и магниевых сплавов.

Эффективно размещение между электродом и тонкой деталью съемного теплового экрана из металла с меньшей теплопроводностью в виде ленты толщиной 0,05...0,3 мм (рис. 3.15, а). Экран аккумулирует теплоту в тонкой детали, а жит дополнительным источником теплоты. Комбинируя состав и толщину ленты, плоскость теплового равновесия легко сдвигают к тонкой детали и добиваются ее устойчивого проплавления. При смещении плоскости в тонкую деталь можно получить даже сквозное проплавление последней.

Рис 3.16. Точечное соединение деталей разной толщины:

а – с помощью экрана; б – с дополнительным регулируемым обжатием периферийной зоны

Второе направление реализуют главным образом на жестких режимах. Для этого используют в основном два варианта: фокусировку сварочного тока и дополнительное обжатие деталей вокруг электродов.

Площадь внутреннего контакта ограничивают с помощью рельефов. Для повышения эффективности концентрации тока вокруг рельефов иногда помещают неэлектропроводящие тугоплавкие слои. Плотность тока в тонкой детали повышают, уменьшая площадь электропроводимости самого электрода вблизи его рабочей поверхности с помощью кольцевой проточки, кольца из сплава с малой проводимостью, либо небольшой центральной вставки из сплава с повышенной электрической проводимостью. Для концентрации тока в тонкой детали предложено также накладывать дополнительное магнитное поле. Сложность, низкая стойкость электродов и небольшой эффект увеличения проплавления тонкой детали ограничивают практическое использование перечисленных вариантов.

Весьма эффективен способ сварки с дополнительным кольцевым обжатием тонкой детали вокруг электрода. Обжатие уплотняющего пояска меняет электротермодеформационный процесс.

Рис 3.17. Макроструктура сварной точки сталей 12Х18Н10Т и ЗОХГСА
(1,5 + 1,5 мм)

Общее усилие сжатия F_СВ специальным электродным устройством разделяют на два усилия: F_Ц, прикладываемое в центре, F_П сжимающее периферийный участок точки. Этот способ почти полностью исключает выплески и применяется на жестких и мягких режимах. Способ обеспечивает глубину проплавления тонкой детали 30...70 %, но нуждается в дальнейшем усовершенствовании с целью повышения стойкости электрода к загрязнению, а также в создании надежных и компактных универсальных электродных устройств для кольцевого обжатия точек.