Непрерывным оплавлением

Основные параметры процесса стыковой сварки следующие:

F – площадь поперечного сечения деталей, м²;

l₁, l₂ – установочная длина (рис. 2), м;

D_ос – припуск на осадку, м;

D_опл – припуск на оплавление, м;

D_св= D _ос + D_опл – припуск на сварку, м;

V_ос – скорость осадки, м/с;

V_опл – скорость оплавления, м/с;

t_ос – время осадки, с;

t_опл – время оплавления, с;

t_св = t_ос + t_опл – время сварки, с;

I_св – ток сварочный, А;

j – плотность сварочного тока, А/м²;

P_заж – усилие зажатия деталей в губках, Н;

P_ос – усилие осадки, Н.

Рисунок 2 – Схема процесса стыковой сварки оплавлением

Установочная длина определяется:

– для круглого сечения и квадрата:

1₁ + 1₂ = (0,75…1)d;

– для прямоугольного сечения с толщиной d:

l₁ + l₂ = (4...5)d.

Припуск на сварку выбирается в зависимости от площади поперечного сечения деталей по табл. 4.

Таблица 4 – Припуски на сварку

Припуски:

– на осадку D_ос = (0,2...0,3) D _св;

– на оплавление D_опл = (0,7...0,8) D _св.

Скорость оплавления V_опл (табл. 5) должна возрастать к концу процесса и достигать максимального значения перед осадкой. Низкая начальная скорость оплавления увеличивает глубину прогрева деталей, а высокая конечная скорость оплавления предупреждает окисление металла на торцах деталей.

Таблица 5 – Скорости оплавления и осадки

Начальная скорость осадки V_ос должна быть не ниже определенного предела, который растет с увеличением склонности металла к окислению (см. табл. 5).

Скорость осадки должна уменьшаться вдвое после того, как включается сварочный ток.

Средняя скорость осадки определяется как V_ос.ср = 0,75V_ос.нач.

Длительность процессов:

– оплавления t_опл = D_опл / V_опл;

– осадки t_ос = D_ос / V_ос.ср;

– сварки t_св = t_опл + t_ос.

Усилие зажатия электродов: Р_заж = ¦(Р_ос), где Р_ОС = rF, здесь r – удельное сопротивление осадки (табл. 6).

Таблица 6 – Значения удельного давления

Тогда

Р_заж = ,

где ¦₁ и ¦₂ – коэффициенты трения для губок, ¦₁ = 0,25; ¦₂ = 0,30, или

Р_заж = К_заж Р_ос,

где К_заж – коэффициент зажатия (определяется из табл. 7).

Таблица 7 – Значения коэффициента зажатия

Плотность тока для стальных деталей определяется из графика (рис. 3).

Рисунок 3 – Рекомендуемые значения плотности тока и времени

оплавления

Сварочный ток определяется из уравнения тепловой мощности Q_опл, выделяемой на торцах при оплавлении:

Q_опл = R_опл I²_св, откуда I_св =

где R_опл – сопротивление зоны оплавления;

I_опл – действующее значение тока.

Величина Q_опл находится из выражения, Дж/с,

Q_опл = КV_оплFСg(T_опл – T₁) + m_оV_оплFg + 2lF

где К = 0,7 – коэффициент, учитывающий выброс металла в виде отдельных капель;

V_опл – скорость оплавления;

F – площадь поперечного сечения стержней;

С – удельная теплоемкость, Дж/кг·К;

g – удельный вес, кг/м³;

T_опл – температура в месте контакта, T_опл = 2270 K;

T₁ – начальная температура поверхности в момент контакта.

В начале оплавления T₁ = 293 K (комнатная температура); в конце оплавления T₁ » T_опл.

Принимаем

T₁ = (T_комн + 0,6T_опл)/2,

где m₀ – удельная скрытая теплота плавления, Дж/кг (для малоуглеродистой стали m₀ = 272×10³ Дж/кг);

l – коэффициент теплопроводности, Дж/м·с·К; ·

Т_П – температура предварительного подогрева, К;

dТ/dх – градиент температур, для сталей dТ/dх = 2×10⁵…5×10⁵ К/м.

Для условий установившегося, непрерывного и интенсивного процессов оплавления величина R_опл определяется по формуле

.

Для возбуждения оплавления необходимо иметь определенный запас устойчивости, который характеризуется отношением тока короткого замыкания к среднему сварочному току I_кз/I_св.

Для тонкостенных изделий (например, труб) I_кз/I_св ³ 2,5…3; для компактных сечений I_кз/I_св ³ 5.