Основы теории и технологии контактной точечной сварки (стр. 37 )

С увеличением жесткости режимов сварки как среднее значение напряжений в площади уплотняющего пояска (рис. 4.21), так и давление расплавленного металла в ядре (рис. 4.22) увеличивается. Это в основном является следствием увеличения сопротивления пластической деформации металла в области уплотняющего пояска из-за снижения в нем средней температуры, которое происходит вследствие увеличения в в области уплотняющего пояска ее градиента.

С увеличением толщины свариваемых деталей как среднее значение нормальных напряжений в площади уплотняющего пояска, так и давление расплавленного металла в ядре уменьшаются. Основной причиной этого является то, что с увеличением толщины свариваемых деталей увеличивается и разогрев металла в области уплотняющего пояска. Кроме того, с увеличением толщины свариваемых деталей весьма существенно уменьшается скорость пластической деформации металла и, следовательно, его влияние как упрочняющего фактора. Изменение этих факторов приводит к уменьшению сопротивления пластической деформации металла и, в конечном итоге, к уменьшению напряжений в площади уплотняющего пояска и давления расплавленного металла в ядре.

Таким образом, параметры основных термодеформационных процессов, протекающих в зоне формирования точечных сварных соединений, существенно зависят от параметров режимов сварки. Вследствие этого выбор оптимальных параметров режима КТС является исходным условием устойчивого протекания процесса формирования соединении и получения его высокого качества. Наиболее комплексным показателем оптимальности режимов контактной точечной сварки для конкретных ее условий является показатель их жесткости, который рассмотрен ниже.

4.3. Критерий оценки режимов контактной точечной сварки

Описанное выше изменение основных термодеформационных процессов, протекающих в зоне сварки, показывает, что при устойчивом процессе формирования соединения в зоне сварки существует определенное соответствие между нагревом в ней металла и пластической его деформацией, и подтверждает, существовавшее ранее [3, 165, 185… 187] об этом предположение. Кроме того, взаимозависимость и взаимовлияние основных термодеформационных процессов, в особенности нагрева и пластической деформации металла, зависимость их от параметров режима точечной сварки, что количественно характеризуется критерием жесткости режимов контактной точечной сварки, подтверждает: саморегулирование процесса КТС существует.

В настоящее время оценку и сравнение режимов контактной точечной сварки по показателю их жесткости в основном производят только качественно, несмотря на то, что этот показатель является наиболее комплексным показателем из всех известных, предназначенных для решения этих задач. Это обусловлено тем, что, несмотря на известные предложения количественно оценивать жесткость режимов, например, по отношению отдельных параметров режима КТС, по показателям, представляющим собой различные интерпретации критерия Фурье и т. п., «абсолютный показатель степени жесткости режима пока не найден [15]» (см п. 1.3).

Общепринятым можно считать, что понятие «жесткость режима» отражает положение процесса КТС между его противоположными и предельными состояниями — непроваром и выплеском. К предельно мягким режимам относят такие режимы, при которых возникают непровары, а к предельно жестким — режимы, при которых возникают выплески. Соответственно и значения показателей жесткости таких режимов являются предельными. Например, в работе [4] указано, что при оценке жесткости режима по показателю K2 (см зависимость (1.8)) для любых сочетаний толщин и материалов деталей при K2 < 25 режимы КТС уже недопустимо мягкие, а при K2 > 50 — граница выплесков, т. е. режимы сварки уже предельно жесткие.

Вместе с тем, классификация режимов, отработанных практикой КТС (например, приведенных в табл. 4.5 и близких к рекомендуемым [2, 3, 7…11, 15] для данных деталей), по известным показателям жесткости (в частности, по критериям К1 (см зависимость (1.7)) и К2) показывает, что они не всегда располагаются в соответствии с этим понятием. Так, при оценке режимов по К1 не бесспорно соотношение их жесткости не только при различной толщине деталей, что объясняется не соблюдением в практике КТС критерия геометрического подобия сварных соединений ( [15] (см. зависимость 1.12)), но и при одинаковой толщине деталей, например, из сплава АМг6 и стали 12Х18Н10Т. Не бесспорно и то, что при оценке по К2 жесткость режимов КТС деталей из сплава АМг6 и стали 08кп примерно одинакова, а режимы КТС деталей из стали 12Х18Н10Т относятся к недопустимо мягким (К2 < 25) и их жесткость меньше, чем при КТС деталей из стали 08кп.

Характеристики материалов, при которых проводили расчеты показателей жесткости режимов КТС, в частности, показателей К1 и К2, приведены в табл. 4.6.

Таблица 4.5

Результаты расчетов при сравнении режимов сварки по критериям
их жесткости КЖ, К1 и К2

Мате риал	s мм	IСВ кА	tСВ c	FЭ кН	dЯ	dП2	dПС	ΔQЭЭ кДж	η	Kσ	КЖ	К1	К2
мм
Сплав АМгб	0,5	33	0.04	2,0	4	4.9	3.7	0.24	0.12	2.86	2.27	0.14	48.9
1,0	42	0,06	4.0	5	6.7	5.3	0.62	0.16	2,80	2.12	0.38	44.4
1,5	46	0.08	5.0	6	7.8	6.2	1.08	0,19	2.77	2.09	0.64	35.9
2,0	55	0.10	7.0	7	9,5	7.5	1.88	0.21	2.74	2,05	0,91	35.1
2,5	65	0.12	9.0	8	10,9	8.6	2.84	0,23	2.72	2.25	1.18	36,5
3,0	73	0.16	12,0	9	12.5	9.9	4,41	0.24	2.70	2.26	1.28	35.5
4,0	85	0,20	16.0	11	15.0	11,8	7,59	0,26	2.70	2,19	1.82	33,0
Сталь 12Х18Н10Т	0,5	5	0.1	2.8	4	5.0	3.7	0.63	0.16	3.01	1.40	0,36	20.8
1,0	6	0.16	4.5	5	6.6	5.0	1.53	0,22	3.29	1.53	1.40	18,8
1,5	7.5	0.22	6.5	6	7.8	6.0	2.87	0.26	3.37	1.46	2.29	19.9
2,0	8.5	0,2Ь	8,5	7	9.4	7.2	4.84	0,30	3.33	1.38	3,45	18,2
2,5	10	0.32	10.5	8	10.5	8.1	7.07	0.32	3.58	1.45	4.37	19.8
3,0	11.5	0.36	13,0	9	12.0	9.2	10.2	0.34	3.57	1,43	5.6	19,9
Сталь 08кп	0,6	7	0.1	1.0	4	4.8	3,4	0.81	0,15	9.37	0,93	0.21	37,8
1,0	8.5	0.2	2.0	5	6.2	4.5	2.15	0.16	8,89	0.89	0.29	39.1
1,5	10.5	0.34	3.5	6	7,9	5.8	4,96	0,17	8.22	0.92	0,38	31.4
2,0	12	0.48	5.0	7	9.5	6.9	9.02	0.18	7.90	0,44	0,48	29,2
2,5	13	0.6	6.5	8	10,8	8.0	13.7	0,19	7,73	0.87	0.61	25,8
Примечание. Расчеты проводили при , Т0 = 273 K, σД1 = σТ, Δt = tСВ.

Основным общим недостатком известных показателей жесткости режимов КТС, в частности К1 и К2, является то, что они отражают только одну сторону процесса формирования соединения — выделение и перераспределение теплоты в зоне сварки. Вместе с тем, известно [16, 206], что устойчивое формирование соединения (без непроваров и выплесков) происходит в том случае, когда в течение всего процесса КТС обеспечивается определенное равновесное соотношение между нагревом и пластическим деформированием металла в зоне сварки. Его нарушение может привести к чрезмерно быстрому увеличению площадей контактов, уменьшению плотности тока, скорости нагрева и, в конечном итоге — к непровару. Противоположное отклонение перечисленных параметров приводит к выплеску.