Практическая работа №1 расчет режимов одноточечной контактной сварки. Цель: Изучить расчет режимов одноточечной контактной сварки

Усилие в электродах
Камокарбон стали в сварке в электродах загрузок твердость в соответствии с широкий по шкале меняется на :
P_св =( 100 ÷250)x 10x δ ,Н. /4/
Отношение P_св/ δ ниже для «мягких» режимов и малых «δ»
Необходимое усилие можно выбирать по таблицам или подсчитать, зая допустимое удельное давление P на площади касания электрода F_эл с изделием в конце процесса сварки:
P_св = pF_эл , Н. /5/
При сварке низкоуглеродистой стали на « мягких» режимах удельное давление P =( 3÷6)x10x10 ⁶ ,н/м ²
А при " жестком " режиме P=(5÷12)x10x10 ⁶ ,н/м ² .
Свет смеси в сварке в электродах загрузить по следующей формуле : _
P_св =A δ ² _т , Н.

_т – предел текучести холодного металла н/м ² ,
для различных сплавов, равный (18÷32)х10х10 ⁶ , Н/м ²

δ- толщина более тонкой детали, м.

А- коэффициент, зависящий от прочности металла.
Для легкого сплава А=5÷6, для закаленного, для закаленного, состаренного или нагартованного по формуле А=6÷7.
1.4Сила сварного тока
Сила сварочного тока, протекающего через место сварки, рассчитывается по формуле /1,2/:
свариваемый с места прохождение сварка до власть следующим образом :
I= , А /7/
Где Q=Q _пол +Q ₁ +Q ₂ джоуль общее количество тепла, выделяемого при сварке точки.
Q _этаж = x 2 δ c γ T_пл , джоуль – тепло, расходуемое на нагрев условно выделенного центрального столбика металла диаметром d_э , зажатого между электродами при сварке деталей одинаковой толщины:
c= 462 Дж /кгК теплоемкость металла при Т_пл.
γ = 7,85 х 10 ⁴ . н/м ³ плотность металла детали.
T_пл = 1808°К –температура плавления металла детали для низкоуглеродистый стали.
Q ₁ = К₁ πx ₁ ( d_э+x ₁ ) 2 δ c γ , джоуль , тепло, расходуемое на нагрев детали вне центрального столбика,
где К₁ =0,8 коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева кольца металла, окружающего центральный столбик:
х ₁ =1,2x10 ^-2 x м – для низкоуглеродистая стали .
x ₂ =3,1x10 ^-2 x м - для алюминиевых сплавов.

Q ₂ = 2 K ₂ x₂ c̍ ̍ джоуль –суммарное потери тепла в электродах .

к _{2 –} коэффициент, учитывающий формы электродов.

к ₂ =1при к ₂ =1 ,5 при к ₂ =2 при

c̍= 380 Дж/кгК, уд. Теплоемкость металла электродов,
γ ̍= 8,9∙10 ⁴ x , н/м ³ плотность металла электродов,
х₂ –глубина интенсивного прогрева электродов:
х₂=3,6∙10^-2∙ , м- для меди. /8/

m – коэффициент, учитывающий изменение сопротивления деталей в процессе сварки, рис.1.

m= 1,0 -1,2 - для низкоуглеродистый и углеродистый стали ,
m= 1,2 -1,4- для алюминевых сплавов ,
m = 1,1 -1,2 для коррозионностойкий сталей и титана .
t_{св –} продолжительность включения сварочного тока, с.
R_rд. – суммарное сопротивление свариваемых деталей в конце нагрева, Ом, и оно принимается равным:

Рис. 1 Зависимость коэффициента поверхностного эффекта сопротивления шунта от толщины детали

Рис.2 Зависимость отношения А от

R_rд=2(A ₁ K ρ̍_т1 +A₂‧K ‧ ρ̎_т2 ) , Ом. /9/

Где А ₁ и А ₂ – коэффициенты, взятие по графику на рис.2 соответственного отношения d_э/2h₁ и d_пред/2h₂
Эти коеффициенты зависят от отношения d_ср/2h₂
где d_ср- средний диаметр между d_э и d_пред.
Величины h ₁ и h₂ определяется положением точки «А». (рис. 3.) в пересечении прямых AB и AC.
К- коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева в зоне сварки / для низкоуглеродистой стали. К= 0,85 /.
ρ_Т1 и ρ_Т2 удельные сопротивления, соответствующие средним температурам Т₁ и Т₂ на оси в верхней и нижней частях нагретого пакета / при сварке стали к концу процесса Т=1473⁰К и Т₂ =1773 ⁰ К /, рис.4.
d_пред- диаметр площади контакта м, между свариваемыми деталями, зависящий от приложенного усилия и толщины деталей. С увеличением P_св диаметр реального значения, которое подсчитывается по формуле:
d_пред=d_эл+а δ, м /10/
при сварке стали на мягких режимах а=1; при сварке на жестких режимах а=1,5 ÷1,7.
При сварке электродами со сферической заточкой рабочей поверхности за d_эл следует принимать диаметр отпечатка или диаметр литого ядраточки «d_т».
Для случая расчетов режима точечной сварки с пульсирующим прохождением сварочного тока за t_св принимается сумма отдельных импульсов. При расчете глубины прогрева металла и электродов /х₁ и х₂ / к t_св прибавляется сумма времени пауз между импульсами.
При сварке ряда точек, часть тока протекает через ранее сваренные точки – происходит шунтирование тока.
Общая сила тока во вторичном контуре должна компенсировать это шунтирование тока /1.12/.
I₂=I_св+I_ш , А /11/
Где I₂- сила тока во вторичном контуре, А.
I_ш- сила тока, щунтирующегося через соседние, ранее сваренные точки, А.


Рис. 3 схема поля тока при приближенном расчете сопротивления детали


Рис. 4 коэффициенты удельного электросопротивления:
1 –сплав АМг-6; 2- коррозионностойкая сталь 12Х18Н9Т; 3- алюминий; 4-низкоуглеродистая сталь.
По закону Ома для разветвленной цепи имеем:
I_ш=I_свR_р.д /Z_ш , /12/
где R_р.д -активное сопротивление свариваемых деталей в конце нагрева,
Z_ш полное сопротивление шунта,
Z_ш= , Ом /13/
где и - омическое т индуктивное сопротивление шунта.
m- коэффициент поверхностного эффекта, зависящий от толщины стали /рис.1/.
при сварке стали толщиной менее 2∙10^-3 м, а также немагнитных материалов m=1,0.
Индуктивное сопротивление шунта зависит от плотности тока и в условиях точечной сварки, где эта плотность велика, индуктивным сопротивлением пренебрегают, поэтому:
Z_ш=mR_ш , Ом /14/
При шунтировании через сменную точку диаметром «d_t», расположенную с шагом «S» в деталях толщиной «δ» и шириной «b» с удельным сопротивлением «ρ_т».
R_ш=2 R^̍_ш ρ_т/δ, Ом /15/
Безразмерный параметр R^̍_ш зависит от соотношений s/d_t и s/b определяется по графику /рис.5/.
При подсчете параметра S/b подсчитывается токопроводящая ширина детали «b» по формуле:
b= /16/
удельное сопротивление металла на участке шунтирования рассчитывается из условии нагрева. Для стальных деталей эта температура в пределах 323-523⁰К. меньшему шагу и большему t_св соответствует более высокий нагрев.
Дополнительными параметрами режима, которые следует определить расчетным путем, являются:
t _сж –время предварительного сжатия электродов до включения сварочного тока. с.
t_прок-время проковки, с.
t_п –время паузы между отдельными сварочными циклами, с.
Время предварительного сжатия tсж выбирается по опытным данным и зависит от конструктивных особенностей машины и наладки оборудования.


Рис.5 График для расчета омического сопротивления шунта
Это время по возможности должно быть минимальным. При сварке тонколистовых сталей на высокопроизводительном автоматизированном оборудовании оно составляет от 0,04 ÷0,08, с. Для сварке стали средних толщины увеличивается до 0,25 с.
Врем tпрок оказывает влияние на уплотнение кристаллизирующегося металла и зависит от толщины металла. При увеличении толщины стали от (0.1 ÷8,0) ∙10^-3 ,м время tпрок растет с 0,04÷0,1 до 1,5÷2,5 с /8/.
Время паузы tп выбирается по таблицам в зависимости от массы, габаритов детали и конструкции сварочного оборудования.