Особливості плавлення та кристалізації металу

При точковому і шовному зварюванні швидкості нагріву дуже великі і можуть досягати до сотень тисяч градусів в секунду.

У визначений момент температура в зоні контакту стає вища за температуру солідуса, і починається плавлення. По мірі проходження струму розміри зони плавлення виростають до заданих значень. Рідкий метал надійно захищений ущільнюючим пояском від взаємодії з атмосферними газами. Нагрів металу супроводжується збільшенням лінійних розмірів та об’єму (дилакторибрічний ефект).

LТ=l0(1+α l T) і VT=V0(1+βVT)

Де LТ і VT – довжина і об'єм тіла при температурі Т

l0 і V0 – Довжина і об'єм тіло при температурі Т=0

α l і βV – термодинамічні коефіцієнти лінійного і об’ємного розширення

Рис 4.2

При температурі плавлення зміна об’єму не підкоряється указаній залежності, а стається стрибкоподібно (рис 4). Прояв дилатометричного ефекту в найбільшій мірі виражено у напрямку осі електродів, оскільки в напрямі радіуса ядра розширення металу стримується більш солідною масою сусідніх шарів металу деталей (рис 4) переміщення електродів від дилатометричного ефекту при оптимальних розмірах ядра складає 7 – 12 % від товщини деталей. Указаний ефект переміщення електродів використовують для контролю і автоматичного регулювання розмірів ядра

Початок кристалізації рідкого металу залежить від форми імпульсу струму.

• якщо імпульси струму мають різкий спад (при перемінному струмі або уніполярному імпульсом із різким спадом) то то кристалізація починається тільки після повного відключення зварювального струму.

• При плавному спаді імпульсу зварювального струму (наприклад в особливих випадках конденсаторного зварювання) кристалізація починається до повного відключення зварювального струму

Висока інтенсивність тепло відводу із зони зварювання створює необхідні умови для переохолодження, що сприяє збільшенню швидкостей кристалізації.

При зварюванні сталей, нікелевих та титанових сплавів структура литого ядра складається із дендритів, направленість яких в центрі співпадає з напрямком максимального тепло відводу, тобто з осями електродів.

В сплавах с широким інтервалом кристалізації (наприклад АМ..: - 70 %, Д16 – 130 %) крім ділянок дендритної структури спостерігається зона рівноосьових кристалів, що свідчить про спонтанну кристалізацію.

В залежності від характеру кристалізації в більшій або меншій мірі проявляються також процеси як внутрішньої так і меж дендритної ліквідації.

С точки зору отримання більш однорідних властивостей ядра і міцності з’єднань прийнятніше структура з рівно осьовими кристалами.

Тому керування процесами кристалізації являється важливим завданням в підвищенні якості зварювальних з’єднань. На процес кристалізації впливають: жорсткість режиму, тепловий стан електродів, час їх контакту з деталями після вимкнення струму, попередній підігрів деталей або пропускання допоміжного імпульсу.

Процеси нагрівання металу Електричні опори зони зварювання та їх роль в утворенні з’єднання

Нагрів і плавлення металу здійснюється за рахунокок виділення теплоти на електричних опорах при проходженні через них електричного струму. Повна кількість теплоти , що генерується між електродами за час зварювання визначається по закону Джоуля- Ленца

(4.1)

Де iзв(t) – миттєві значення зварювального струму, який зазвичай змінюється в процесі зварювання; rее(t) – загальний опір металу між електродами в момент часу t ≤ tзв при зварюванні двох деталей із одного і того ж матеріалу і рівної товщини

Рис 4.3

R_ее =2_rд +2r_ед + r_дд

Де r_д – власний опір деталі, r_ед – контактний опір електрод – деталь, r_дд – контактний опір між деталями.

Сумму опорів 2r_ед + r_дд = r_к часто називають загальним контактним опором. Для аналізу ролі в процесі нагріву контактних і власних опорів краще представити рівняння 4.1 в наступному вигляді

(4.2)