Зміна структури металу зварного з’єднання

Термодинамічний цикл зварювання в залежності від властивостей конкретного металу може викликати утворення гами недопустимих структур в шві і в навколо шовній зоні зварного з’єднання.

7..Температурні та електричні поля

Рис 7.1 Зміна температурного поля в процесі точкового зварювання сплаву АМг6 товщиною 2+2 мм та t_зв = 0,1 с, d_п – діаметр ущільнюючого пояска.

Температурні поля – сукупність температур в різноманітних точках зварюваних деталей в різні моменти часу. В загальному випадку це поле формується у результаті приходящих процесів тепловиділення та теплопередачі.

Характер тепловиділення обумовлюється електричним полем в зварювальних деталях та в електродах.

Електричне поле – сукупність потенціалів чи густин струму в різноманітних точках зварюваних деталей в різні моменти часу. Для зварювання характерне нерівномірне електричне поле, що зв’язано з діяльністю геометричного, температурного та магнітно-електричного факторів.

Геометричний фактор обумовлений тим, що розміри електричних контактів, як правило, трохи менше розмірів деталей, а також явищем шунтування

Рис.7.2. Розподілення щільності струму в перерізах II-II та III-III при наявновності рідкого ядра

Температурний фактор проявляється в обтіканні струмом більш нагрітих ділянок з’єднання, що відрізняються збільшеним опором, в умовах нерівномірного температурного поля та поля електричних опорів.

Магнітоелектричний фактор, зв’язаний с проявленням поверхневого ефекту, ефекту близькості і т.п., мало впливає на характер електричного поля, за винятком випадку зварювання струмами високої частоти.

В залежності від ролі процесів тепловиділення та тепловідводу розрізняють жорсткі та м’які режими зварювання.

Жорсткий режим характеризується відносно короткочасним потужним імпульсом струму. Температурне поле в цьому разі визначається переважно тепловиділенням: ізотерма температури ліквідусу має в цьому разі в перерізі форму, близьку до прямокутної( рис. 1.3), кути якого витягнуті в сторону областей зі збільшеною щільністю струму (до периферії контактів).

Рис.7.3. Форма ядра при зварюванні на жорстких (1) та м’яких режимах (2). Заштриховані області мають найбільшу густину струму.

М’які режими характерні значною тривалістю протікання струму (t_зв>0,1s) відносно малої сили . При цьому виникає значний теплообмін всередині деталей та с електродами (Q₂ + Q₃ ≥ 80 % Q_ее). Ізотерма температури ліквідусу має в перерізі форму овалу або еліпсу. Швидкість нагріву та охолодження, а також величина F_зв менше, аніж на жорстких режимах.

7.Тепловий баланс при точковому зварюванні та розрахунок зварювального струму

Теплота, що виділяється в з’єднанні при протіканні струму через ділянку електрод-електрод (Q_ее), витрачається на плавлення металу в об’ємі ядра (Q₁) та втрати теплоти за рахунок теплопровідності металі, що оточує (Q₂) та електроди (Q₃). Таким чином, можна записати наступну рівність:

На основі рівняння теплового балансу можна наближено оцінити діюче значення зварювального струму.

Рис.7.1 Схема розрахунку діючого значення струму при точковому зварюванні.

(визначення складових)