2.2. Формирование соединений при стыковой сварке

Образование соединения при стыковой сварке происходит в процессе совместной пластической деформации нагретых электри­ческим током торцов деталей при осадке. Стыковая сварка сопроти­влением и оплавлением происходит практически по единой схеме и со­стоит из двух этапов - нагрева торцов деталей и осадки (рис. 13).

Первый этап при стыковой сварке сопротивлением (рис. 13, а) в значительной мере аналогичен процессам, протекающим до образо­вания расплавления в контакте деталь - деталь при точечной сварке. При стыковой сварке оплавлением (рис. 13, б) нагрев деталей происходит до образования на торцах слоя расплавленного металла толщиной Δ_ж в результате локального расплавления и раз­рушения перемычек. Второй этап сопровождается деформацией нагретых поверхностей - осадкой.

Условия образования межатомных связей определяются состо­янием поверхностей и для методов сварки сопротивлением и оплавле­нием различны.

При сварке сопротивлением температура торцовых поверхностей ниже температуры плавления. В общем случае поверхность покрыта оксидными пленками, и формирование металлических связей проис­ходит в ходе пластической деформации металла в твердом состоянии. Однако относительно малая деформация не обеспечивает полного удаления оксидов.

При сварке оплавлением оксиды находятся на поверхности тонкого слоя расплавленного металла. При сближении деталей они вместе с расплавом вытесняются в грат. Формирование связей происходит в жидком и частично в твердом состоянии.

Рис. 13. Этапы образования соединений при стыковой сварке: а - сопротивлением (F_H - начальное усилие; F_oc - усилие осадки); б - оплавлением (Δ_з - зазор между деталями; Δ_ж - слой расплавленного металла)

3. Основные процессы

ПРИ КОНТАКТНОЙ СВАРКЕ

3.1. Нагрев, расплавление и кри­сталлизация металла

3.1.1. Источники теплоты при сварке

Нагрев и плавление металла происходят за счет выделения теплоты на электрических сопротивлениях при прохождении через них электрического тока. Полное количество теплоты (Q_ээ), генерируемое между электродами за время сварки (t_св), определяется законом Джоуля – Ленца

,

где I_св(t) – мгновенные значения сварочного тока, обычно меняющиеся в процессе сварки; r_ээ(t) – общее сопротивление металла между электродами в момент времени t ≤ t_св.

Точечная, шовная и рельефная сварка.

При сварке точечной двух деталей из одного и того же металла и равной толщины

r_ээ = 2r_д + 2r_эд + r_дд ,

где r_д – собственное активное сопротивление деталей; r_эд – контактное сопротивление между электродом и деталью; r_дд – контактное сопротивление между деталями (рис. 14, а).

Условный, изменяющийся в процессе сварки диаметр контакта (электрод – деталь и деталь - деталь) d_к равен диаметру рабочей поверхности d_э. Для электродов с идеальной сферической поверхностью диаметр контакта значительно изменяется в процессе сварки, например, в 1,5 – 2 раза с момента включения до момента выключения тока. Однако при выполнении большого числа точек на рабочей поверхности этих электродов образуется плоская площадка, диаметр которой приблизительно равен d_э. Края площадки на электродах с плоской рабочей поверхностью постепенно закругляются. Таким образом, несмотря на отличие первоначальной формы указанных типов электродов, наблюдается тенденция к образованию наиболее устойчивой конфигурации рабочей поверхности, отличающейся наличием плоской площадки на рабочей части с плавным переходом к наружной цилиндрической части электрода.

Сумму сопротивлений 2r_эд + r_дд = r_к часто называют общим контактным сопротивлением.

а

б

Рис. 14. Распределение сопротивлений зоны сварки и эквивалентная электрическая схема для контактной точеной (а) и стыковой (б) сварки

Стыковая сварка. Общее сопротивление зоны сварки определяется аналогично точечной сварке (рис. 14, б). Однако роль сопротив­лений, входящих в это уравнение, при стыковой сварке иная, чем при точечной.

Обычно составляющие электрических сопротивлений рас­сматривают в условиях холодного (до включения сварочного тока) и горячего (при протекании сварочного тока) состояний контакта. Холодный контакт мало характерен для сварки. Поэтому большое внимание уделяют горячему контакту (на стадии нагрева) и особенно конечному значению его сопротивления, которое при заданных усло­виях сварки обычно стабилизируется и определяется в основном соб­ственным сопротивлением деталей.