Изменение параметров термодеформационных процессов при  традиционных способах точечной сварки

Из всех параметров процесса точечной сварки к настоящему времени экспериментально измерено с достаточной степенью надежности только изменение в процессе формирования соединения диаметра уплотняющего пояска, размеров ядра расплавленного металла и температуры в контактах электрод–деталь. Сведения об остальных в большинстве носят предположительный характер.

Решение уравнения (3.11) термодеформационного равновесия процесса формирования соединения для традиционных способов сварки впервые (алгоритм показан на рис. 4.1) позволило рассчитать изменение в процессе КТС параметров основных термодеформационных процессов, определить их взаимовлияние и влияние на устойчивость процесса сварки. При этом установлено следующее (рис. 4.5) [203…206, 214…216, 218].

В процессе формирования точечного сварного соединения на стадии нагрева во время t _СВ действия импульса сварочного тока происходит уменьшение среднего давления Р_{СР t} в контуре контакта деталь–деталь, сопровождаемое его пластическим течением и непрерывным увеличением площади (диаметра d _{П t}) свариваемого контакта (рис. 4.5, а). Это является следствием того, что среднее значение напряжений в контуре уплотняющего пояска σ _{СР t}, а после начала плавления металла в свариваемом контакте и давление Р_{Я t} в ядре, уменьшаются по величине. Причем, до начала плавления металла средние значения давления Р_{СР t} и напряжений σ _{СР t} в контакте деталь–деталь совпадают по величине.

Основными факторами, определяющими такое изменение напряжений в контуре уплотняющего пояска σ _{СР t} и давление Р_{Я t} в ядре, являются разупрочнение металла в зоне сварки, которое проявляется в уменьшении его сопротивления пластической деформации σ _{Д t}, а также уменьшение ширины уплотняющего пояска b _{П t}, равной b _{П t} = (d _{П t} – d _{Я t})/2 (см. зависимости (3.51) и (3.59)), из-за более быстрого увеличения диаметра ядра d _{Я t} по сравнению с увеличением диаметра d _{П t} уплотняющего пояска.

Основным фактором, определяющим уменьшение сопротивления пластической деформации металла в зоне сварки σ _{Д t} является его разупрочнение вследствие увеличения температуры Т_{Д t} (рис. 4.5, а), которое по своему влиянию не только полностью компенсирует, но и превосходит упрочняющее действие монотонно увеличивающейся в процессе формирования соединения степени пластической деформации. Кроме того, уменьшению в процессе КТС сопротивления пластической деформации металла в зоне сварки σ _{Д t} способствует и уменьшение при сварке скорости пластической деформации u_t.

Монотонное изменение в процессе КТС напряжений в контуре уплотняющего пояска σ _{СР t} и давления Р_{Я t} в расплавленного металла ядре не приводит к нарушению термодеформационного равновесия в площади свариваемого контакта. Оно сопровождается лишь изменением в его площади характера силового взаимодействия деталей (рис. 4.5, в).

Так, в приведенном на рис. 4.5 примере, детали в месте сварки собраны с зазором δ = 0,5 мм. Поэтому в соответствии с уравнением (3.11) усилие сжатия в площади свариваемого контакта F_Ct (3.21) меньше усилия сжатия деталей электродами F _{Э t}, на величину F _{Д t} (см. зависимость (2.5)), затраченную на деформацию деталей при их сближении до соприкосновения поверхностей. В течение все процесса КТС усилие сжатия в свариваемом контакте F_Ct меньше усилия сжатия деталей электродами F _{Э t} на величину F _{Д t} и в данном случае остается неизменным.

До начала плавления металла все усилие F_Ct сжатия в свариваемом контакте уравновешивается металлом, находящимся в твёрдой фазе. В этом случае все усилие в площади свариваемого контакта F_Ct уравновешивается напряжениями, интегральная сумма которых в площади уплотняющего пояска равна усилию F _{П t}, т. е. в этот период согласно зависимостям (3.10) и (3.21) F_Ct = F _{П t}.

В период после момента t _НП начала плавления металла в свариваемом контакте до окончания импульса тока (при t _НП < t ≤ t _СВ) часть усилия сжатия в свариваемом контакте F_Ct уравновешивается давлением Р_{Я t} расплавленного металла в ядре, которое по его площади развивает усилие F _{Я t} (3.9), а часть — напряжениями в уплотняющем пояске, которые по его площади составляют усилие F _{П t} (3.10). При этом, несмотря на уменьшение давления в ядре Р_{Я t} в процессе его формирования, усилие F _{Я t} в его площади увеличивается, что обусловлено более быстрым увеличение площади ядра по сравнению с уменьшением в нем давления. Поэтому по мере роста ядра происходит перераспределение усилий сжатия в свариваемом контакте при неизменной величине F_Ct: доля усилия F_Ct, уравновешиваемая в его площади усилием F _{Я t}, увеличивается, а доля, уравновешиваемая в площади уплотняющего пояска усилием F _{П t}, уменьшается на величину F _{Я t}.

Такое взаимосвязанное изменение параметров термодеформационных процессов, протекающих в зоне сварки, и параметров силового взаимодействия деталей в площади свариваемого контакта обеспечивает устойчивое формирование соединения в условиях их непрерывного изменения при КТС.