Контактная сварка стержней встык
Нагрев стержней при контактной стыковой сварке осуществляется проходящим током плотностью j. Приращение температуры АТ можно представить (рис. 7.15) как сумму двух составляющих:
АТ = АТ + Д72,
где АТ - равномерная составляющая, обусловленная работой тока при его прохождении по стержню с удельным сопротивлением
|
А?2 |
|
-АТ{ |
металла pr; ATj - неравномерная составляющая, вызванная наличием в стыке контактного сопротивления R.
|
Рг |
|
21 |
|
Рис. 7.15. Распределение приращений температуры по длине свариваемых встык стержней в процессе их нагрева током |
Приняв для расчета схему бесконеч - . ного стержня без теплоотдачи в воздух (Ь = 0), распределение температуры по длине стержней можно рассчитать на основе соображений, изложенных в разд. 7.4 для случая нагрева электрода током.
Равномерная составляющая АТ может быть рассчитана путем интегрирования по времени дифференциального
уравнения (7.45), описывающего нагрев проводника проходящим по нему током. Принимая линейную зависимость отношения рг /ср от температуры, получаем решение уравнения (7.45) в виде
|
(7.60) |
ехрфсЩ) -1
где со = (рг/ср)у - начальная скорость нагрева (при комнатной
температуре). Значения отношения рг/ср и коэффициента р для разных материалов приведены в табл. 7.1.
Неравномерную составляющую А72 рассчитывают по-разному в зависимости от способа контактной сварки.
Контактная сварка сопротивлением. Предполагается, что на стадии нагрева контактное сопротивление R существует непродолжительное время, поэтому можно использовать схему мгновенного плоского источника в бесконечном стержне. Тогда формула для расчета неравномерной составляющей ДГ2 имеет вид
|
X2 а + В со t 4at |
|
(7.61) |
АТ2 =------- Q.2 exp
cpyJ4nat
где х - расстояние от стыка до сечения, в котором определяется температура. Удельное количество теплоты, выделяющейся в стыке, равно
б2 = */Л (7.62)
где к - коэффициент, зависящий от свойств металла и давления в стыке (см. табл. 7.1). При большем давлении коэффициент к меньше.
|
Таблица 7.1. Значения коэффициентов для расчета нагрева стержней при контактной стыковой сварке
|
Температура сваривания металла (для стали она составляет
1520.. . 1620 К) в стыке достигается при определенной продолжи-
2
тельности нагрева гн. Значения произведения j /н также приведены в табл. 7.1.
В период выравнивания температур после окончания нагрева при t > tH температуру определяют отдельно для АТ и ДГ2 по схеме бесконечного стержня:
|
х — I |
|
х + 1 |
|
Л7і |
|
1н |
|
дг,= |
|
Ф |
|
-Ф |
|
(7.63) |
|
где А Гін - температура А Т в момент окончания нагрева; Ф - функция интеграла вероятности; / - длина нагретой части стержня. Отсчет времени t ведется от момента начала нагрева. После окончания нагрева процесс распространения теплоты, описываемый выражением (7.61), продолжается, а процесс дополнительного тепловыделения, связанного с повышением удельного сопротивления и выражаемого членом Рсо? в показателе экспоненты, прекращается при t = /н, т. е. 2 |
|
02 срл/4ла? |
|
(7.64) |
|
+ Рсо? н |
|
ехр |
|
4at |
|
Контактная сварка с прерывистым подогревом и последующим оплавлением. Прерывистый подогрев рассматривают как непрерывный подогрев током меньшей плотности, равной Лф=У^-. (7.65) гдеХ'з - суммарная длительность периодов включения тока плотностью у. Значение АТ при сварке этим способом находят по формуле (7.60) с заменой j на уэф согласно выражению (7.65). Неравномерную составляющую ATi вычисляют как приращение температуры от непрерывно действующего в течение времени tH неподвижного плоского источника теплоты в бесконечном стержне с дополнительным тепловыделением от проходящего тока: |
где #2 = £>кУэф ~ мощность плоского источника теплоты. Параметр UK = 0,4 ... 0,6 В (более высокие значения параметра UK соответствуют малым скоростям перемещения захватов сварочной машины и большим сечениям стержней).
Численное определение Д72 может быть проведено по номограмме (рис. 7.16) с использованием безразмерных параметров температуры, расстояния и времени.
|
Рис. 7.16. Номограмма для определения значения ДГ2 через безразмерную температуру AT2yJXcpfi(o0 / q2, безразмерное время рсоо/ и безразмерное расстояние x^/PcOq / а от границы контакта при нагреве стержня непрерывно действующим ПЛОСКИМ ИСТОЧНИКОМ Ц2 и током плотностью j при сопротивлении, изменяющемся прямо пропорционально температуре |
Стадия оплавления после прерывистого подогрева обычно непродолжительна и происходит при меньших токах. Подогрев от оплавления распространяется на небольшую длину, поэтому приближенно можно считать, что к концу оплавления сохраняется распределение температур, достигнутое к окончанию подогрева, но температура в стыке равна температуре плавления металла.
Выравнивание температур может быть определено численно с использованием указаний, приведенных в разд. 6.8.
Контактная сварка непрерывным оплавлением. При сварке непрерывным оплавлением подвижные зажимы сварочной машины перемещаются с возрастающей скоростью. Зона, прилегающая к оплавляемым торцам, прогревается в основном вследствие того, что металл проводит теплоту от источника в зоне контакта, и в меньшей степени - вследствие выделения теплоты при протекании тока.
Приращение температуры в околоконтактной области при оплавлении с непрерывно возрастающей скоростью вычисляют по эмпирической формуле
{ I л
|
АГ = (Тпп-Тн)ехр |
(7.67)
где Гпл “ температура плавления металла; х - расстояние от стыка;
s - ускорение движения захвата, см/с.
Для осуществления сварки необходимо до осадки прогреть зону длиной 2/д выше температуры деформирования Гд (для стали она составляет 770...970 К). Максимально допустимое ускорение при этом определяется как
|
(7.68) |
|
In |
|
s - =1 3— 3max |
|
T - T 1jx 7н у |
Температуру стыка после выключения тока определяют по формуле
АТ = Тплет1 • erfc(V^7), (7.69)
где t - время, отсчитываемое от момента выключения тока. Параметр т может быть рассчитан по эмпирической формуле
(7.70)
