 |
Источники теплоты в зоне формирования сварного соединения
|
|
|
|
При КТС в зоне сварки действует несколько источников теплоты. Нагрев металла в зоне сварки происходит в основном за счет генерирования теплоты в свариваемых деталях, а также на электрических сопротивлениях участка электрод–электрод, при прохождении через них электрического тока (рис. 2.25).
Основное количество теплоты, выделяющейся при прохождении сварочного тока, в процессе точечной сварки (> 90 % от общего его количества Q ЭЭ, выделяющегося за цикл сварки в зоне формирования соединения на участке электрод–электрод [3]) происходит в свариваемых деталях, где действует ее источник, распределенный в объеме металла деталей, проводящем электрический ток.
Линии электрического тока j в свариваемых деталях претерпевают заметные искривления, вследствие чего площадь элементарной силовой трубки тока Δ S меняется в зависимости от ее длины dl. С учетом этого суммарное количество теплоты Q Д, которое выделяется в деталях на собственно их сопротивлениях r Д, может быть определено по закону Джоуля – Ленца, записанному следующим образом [4, 13]:
, (2.19)
где j — плотность тока; ρ — удельное электрическое сопротивление металла свариваемых деталей, по которому протекают линии тока j; S — площадь сечения, по которому растекаются линии тока; T и t — координаты температуры и времени.
Кроме того, некоторое количество теплоты (< 10 % от Q ЭЭ [3]) генерируется в контактах деталь–деталь и электрод–деталь и в областях прилегающим к ним, где, хотя и в относительно короткий период (~ 0,1 t СВ), действуют ее плоские источники. В них генерируется теплота Q МГ за счет электрического сопротивления микровыступов r МГ (T), непосредственно образующих контакт, которое в процессе сварки относительно быстро уменьшается вплоть до нулевых значений из-за деформирования (смятия) микровыступов вследствие их разупрочнения при увеличении температуры T, а также теплота Q ПЛ, которая генерируется за счет электрического сопротивления естественных оксидных пленок или (в некоторых случаях практики КТС) в искусственных покрытиях. Для условий КТС, характеризуемых непрерывным изменением силы сварочного тока и температуры металла в зоне формирования соединения, количество теплоты Q МГ и Q ПЛ можно определить соответственно по следующим зависимостям [4, 13]:
|
|
|
, (2.20)
. (2.21)
При точных расчетах, как дополнительные источники теплоты следует учитывать теплоту Q ПТ, выделяющуюся в контактах электрод–деталь вследствие проявления эффекта Пельтье [9, 10, 159] или же вследствие проявления полупроводниковых свойств окисной пленки [160]. Теплота Пельтье генерируется по границам пленок с металлом или по границам жидкого металла с твердым, или же по границам разнородных металлов. Ее количество может быть определено по зависимости [4, 13]:
, (2.22)
где П (Т) — коэффициент Пельтье для данной границы.
Таким образом, общее количество теплоты Q ЭЭ, которое выделяется в зоне сварки при протекании через нее сварочного тока I СВ в течение длительности его импульса t СВ (времени сварки) может быть определено как сумма количеств теплоты, выделившейся на указанных выше источниках:
. (2.23)
При приближенных решениях задач технологии КТС, например при определении для конкретных условий сварки ориентировочных значений сварочного тока, теплоту, выделяющуюся в контактах, т. е. Q МГ, Q ПЛ и Q ПТ, по зависимостям (2.20)…(2.22) не рассчитывают. И вообще ее, как правило, в расчетах не учитывают, или же учитывают усредненно через различные поправочные коэффициенты [2, 3, 15].
|
|
|
Таким образом, в технологических расчетах теплоту, выделяющуюся в зоне сварки Q ЭЭ, в основном определяют как теплоту Q Д, выделяющуюся только в свариваемых деталях. Поскольку в большинстве случаев температуру в зоне сварки усредняют, то зависимость (2.19) преобразуют виду
, (2.24)
где I СВ — сила сварочного тока, из которого при усреднении по времени силы сварочного тока I СВ и электрического сопротивления зоны сварки r ЭЭ и получают расчетные зависимости типа (1.11) [2, 3].
|
|
|
