Определение параметров режима точечной сварки

Величина сварочного тока, необходимая для образования сварной точки, может быть определена по закону Джоуля – Ленца [12]:

,

где I_cв – действующее значение тока при любой форме импульса (под I_cв понимается условная величина постоянного тока, вызывающего тот же тепловой эффект, что и действительный импульс), А;

Q_ЭЭ – теплота, выделяющаяся при протекании тока через участок «электрод – электрод», Дж;

m_r – коэффициент, учитывающий изменение сопротивления во время сварки. Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей m_r = 1,0...1,1; для алюминиевых и магниевых сплавов m_r = 1,2…1,4; для коррозионно-стойких сталей и титана m_r = 1,1…1,2;

R_д.кон. – сопротивление деталей к концу нагрева (приложение Б);

t_св ­– технологически целесообразное время.

Таблица 1 – Параметры некоторых конструктивных элементов

точечных и шовных соединений группы А

(ГОСТ 15878 – 79) при сварке деталей одинаковой

толщины однорядным швом, мм*

Примечание. * При d₁ ¹ d₂ диаметр ядра выбирают в пределах (1...1,25) меньшей толщины листа.

Теплота Q_ээ определяется по формуле

Q_ээ = Q₁ + Q₂ + Q₃,

где Q₁ – энергия, затрачиваемая при нагреве до температуры плавления Т_пл, К, столбика металла свариваемых деталей высотой 2d и диаметром основания d_я,

,

здесь С – теплоемкость свариваемого метала, Дж/кг^.К;

g – плотность свариваемого металла, кг/м³;

d – толщина одной пластины, м;

d_я – диаметр литого ядра сварной точки, регламентируется ГОСТ 15878 – 79 [14]. Для упрощения в дальнейших расчетах принимать d_я = d_к – диаметр контакта электрода с деталью;

Q₂ – теплота, расходуемая на нагрев до Т_ПЛ/4, К, свариваемого металла в виде кольца шириной Х₂, окружающего литое ядро:

Q₂ = К₁ p Х₂ (d_я + Х₂)2d с g (DТ_пл/4),

здесь К₁ – коэффициент, близкий к 0,8, учитывает, что средняя температура кольца ниже средней температуры ΔТ/4 в связи со сложным распределением температуры;

Х₂ – ширина кольца, окружающего ядро, м. На практике для низкоуглеродистых и низколегированных сталей принимают Х₂ = 1,2 ·10^-2; для нержавеющих Х₂ = 1,1 ·10^-2; для алюминиевых сплавов Х₂ = 3,1 ·10^-2; для меди Х₂ =3,3 ·10^-2; для сплавов титана Х₂ = 1,1 ·10^-2 (t_св – время сварки);

Q₃ – потери теплоты в электроды или нагрев условного цилиндра (внутри электрода) высотой Х₃ до средней температуры:

Т_з = DТ_пл/8,

Q₃ = 2К₂ (pd_я/4)Х₃С₃g₃ (DТ_пл/8),

здесь К₂ – коэффициент, учитывающий форму электрода (для цилиндрического К₂ = 1; для конического К₂ = 1,5; для сферического К₂ = 2,0);

Х₃ – определяется временем сварки и температуропроводностью, м (Х₃ = 3,3 ·10^-2);

С_э, Дж/кг·К и g, кг/м³ – теплоемкость и плотность металла электрода соответственно (приложение Б).

Сопротивление деталей к концу нагрева R_д.кон определяется по справочным данным, полученным при сварке на номинальных режимах и номинальных размерах литой зоны соединений (приложение Б).

Сопротивление шунта находится из формулы

R_ш = К_п r_т (2 l/hd),

где К_п – коэффициент поверхностного эффекта (табл. 2);

r_т – удельное электрическое сопротивление материала пластин при температуре, равной 0,2...0,4 Т_пл (меньшие значения относятся к материалам с большей теплопроводностью). В расчетах можно принять: для малоуглеродистых сталей r_т = 80·10^-8 Ом·м; для нержавеющих сталей r_т = 110·10^-8 Ом·м; для титановых сплавов r_т = 120·10^-8 Ом·м; для алюминиевых сплавов r_т = 95·10⁸ Ом·м;

1 – шаг точек, м·10^-3;

h – ширина полосы, по которой шунтируется ток, м. Величина h находится из зависимости h/1 = ¦(1d_к), представленной на рис. 1.

Таблица 2 – Зависимость коэффициента поверхностного эффекта от толщины листов

Ток шунтирования через ранее сваренную точку определяется выражением

I_ш = I_св(R_д.кон / R_ш).

Ток во вторичном контуре машины I₂ находится по формуле

I₂ = I_св + I_ш.

Эквивалентное сопротивление R_экв, необходимое для расчета сопротивления сварочного контура, находится из формулы

R_экв = R _ш R_д.кон / R_ш R_д.кон.

Рисунок 1 – К определению эквивалентной ширины h ветви

шунтирования при точечной сварке (в расчетах принять d_к = d_я)

Ток во вторичном контуре машины I₂ находится по формуле

I₂ = I_св I_ш.

Эквивалентное сопротивление R_экв, необходимое для расчета сопротивления сварочного контура, находится из формулы

R_ш = .