Разработка технологического процесса сварки.

 

 

Рис. 7. Схема контактной шовной сварки.

 

Расчетное определение параметров шовной сварки [2]

 

Параметрами режима шовной сварки являются:

1) диаметр рабочей поверхности электрода d_р;S_Р;f_p, мм;

2) время сварки:

· время импульса t_св, с;

· время паузы t_п, с.

1) усилие на электродах F_св, кН;

2) шаг точек t_ш, мм;

3) скорость шовной сварки V_св, м/с;

4) сварочный ток I_св, А.

Шовная сварка может рассматриваться как точечная для случая очень близкого расположения сварных точек, т. е. при значительном шунтировании сварочного тока.

 

1. Диаметр рабочей поверхности электрода. Материал роликов зависит от вида свариваемого изделия и подбирается в соответствии с рекомендациями. Размеры роликов для заданной толщины деталей определяются с помощью таблицы.

Рекомендуемый размер роликов для толщины = 2 мм

1. S_p=15 мм;

2. f_p=8 мм;

3. R_p=100-150 мм.

 

2. Время сварки.

2.1. Время (длительность) импульса сварочного тока t_СВ (с):

· для алюминиевых сплавов

 

 

где – толщина более тонкого листа, м.

 

2.2. Время (длительность) паузы между импульсами сварочного тока

определяют из следующих соотношений между временем импульса t_св и продолжительностью одного сварочного цикла t_Ц = t_СВ + t_П:

· для алюминиевых сплавов

 

.

 

 

 

3. Сварочное усилие F _св (Н) между роликами для низкоуглеродистых

сталей и алюминиевых сплавов определяют по формуле:

 

 

где – толщина одного из свариваемых листов, м.

 

При некачественной сборке и жёсткой конструкции сварного узла F_св увеличивают на 10 %.

 

4. Шаг точек , (мм) при шовной сварке устанавливается в

зависимости от толщины свариваемых деталей, а также требований герметичности (перекрытие литых зон составляет 20–50 %). Шаг точек t_Ш (мм) ориентировочно определяется для герметичных швов по следующей зависимости:

· для алюминиевых сплавов

 

 

где – толщина более тонкой детали, мм.

5. Скорость шовной сварки V_св, (мм/с) определяют по формуле

 

6. Сила сварочного тока I_св (A), необходимая для образования

соединения, может быть определена по закону Джоуля–Ленца.

 

Исходные данные для расчета сварочного тока:

δ=0,002 – толщина свариваемого материала, м;

с_1,2=922, с₃=388, – удельная теплоемкость свариваемого (АМг6) и электродного (БрХ1) материалов в зависимости от температуры, Дж/(кг·град); [13]

γ_1,2 = 2640, γ₃ = 8920 – плотность свариваемого (АМг6) металла и металла электродов (БрХ1) в зависимости от температуры, кг/м3;

Т_ПЛ =620 – температура ликвидуса свариваемого материала, С;

d_Э=0,008 – диаметр контактной поверхности электрода, м;

t_СВ=0,1 – время протекания сварочного тока, с;

m=0,15 – коэффициент, учитывающий изменение сопротивления участка

электрод–электрод в процессе сварки; [14]

к₁=0,8 – коэффициент неравномерности распределения тепла;

к₂=1,5 – коэффициент формы электрода (для электродов с конической рабочей частью и плоской рабочей поверхностью);

=2r_дк = r_ээ=7 – суммарное сопротивление деталей к концу процесса сварки, мкОм. [14]

 

Q_ЭЭ – общее количество теплоты, затрачиваемое на образование соединения, Дж, определяют из уравнения теплового баланса:

 

Q_ээ=Q₁+Q₂+Q₃

 

где Q₁ – теплота, расходуемая на нагрев столбика металла высотой для деталей равной толщины 2 ( – толщина одной детали) и диаметром основания, равным диаметру электродов d_э, до температуры плавления металла Т_ПЛ, Дж;

Q₂ – теплота, расходуемая на нагрев металла в виде кольца шириной х₂ и высотой 2 , окружающего центральный столбик, до температуры 0,25 Т_ПЛ, Дж;

Q₃ – потери теплоты в электроды, которые учитываются нагревом условных цилиндров в электродах высотой х₃ каждый и диаметром основания d_э до температуры 0,125 Т_пл, Дж.

 

 

При расчёте Q₂ принимают, что заметное повышение температуры наблюдается на расстоянии x₂ от границы ядра. Значения x₂определяются временем сварки t_св и температуропроводностью металла.

 

Для алюминиевых сплавов:

 

 

Если площадь кольца (d_Э + x₂) и высота 2 , то при средней температуре кольца 0,25Т_ПЛ

 

 

Потери теплоты в электродах можно оценить, принимая, что за счёт теплопроводности нагревается участок электрода длиной

 

 

и объёмом

 

 

до температуры 0,125

 

 

 

 

Т.о. общее количество теплоты, затрачиваемое на образование соединения:

 

Q_ээ=Q₁+Q₂+Q₃=303,27+661,29+421,65=1386,21 Дж

 

Тогда сила сварочного тока равна:

 

Сварочный ток, определенный выше, для получения сварной точки заданного диаметра должен протекать только через зону сварки. Величину сварочного тока при двухсторонней сварке и наличии ранее сваренных точек необходимо скорректировать с учетом тока шунтирования. Для расчёта токов шунтирования при шовной сварке в настоящее время нет хорошо разработанной методики. Поэтому в соответствии с рекомендациями можно полагать, что при сварке деталей одной и той же толщины при условии t_СВ=const и F_СВ=cons отличие в значениях тока для точечной и шовной сварки не превышает 15–20 %.

Тогда

 

где I_{СВ. ШС} – действующее значение тока при шовной сварке, А; К_Ш – коэффициент шунтирования. [2]

 

Режимы шовной сварки алюминиевого сплава АМг6:

 

Толщина заготовок, мм	Ширина контактной поверхности, мм роликов, мм	Давление, кг	Сила сварочного тока, кА	Время сварки, сек	Время паузы, сек	Шаг точек, мм	Скорость сварки, м/мин
2,0+2,0			48,8	0,1	0,28	4,8	0,8

 

Для проверки правильности выбранных режимов используем ориентировочные режимы, предлагаемые в следующей литературе: 450 стр. книги Малышев Б.Д. «Сварка и резка в промышленном строительстве». С24 В 2т. Т1. /Б.Д.Малышев, А.И.Акулов, Е.К.Алексееви др.; Под ред. Б.Д.Малышева. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.:Стройиздат, 1989. – 590 с.

Толщина заготовок, мм	Ширина контактной поверхности роликов, мм	Давление, кг	Сила сварочного тока, кА	Время сварки, сек	Время паузы, сек	Шаг точек, мм	Скорость сварки, м/мин
2,0+2,0	6,6			0,08	0,24	2,5	0,53

 

Выбранные режимы приблизительно равны ориентировочным.

Сварку выполнять согласно циклограмме. (рис. 8)

Рис. 8. Циклограмма с постоянным усилием сварки, прерывистом 69включении тока и непрерывном вращении ролика.