Параметры режима стыковой сварки оплавлением и возмущающие воздействия

12.07.2018
Процесс стыковой сварки оплавлением в общем случае включает в себя три стадии: подогрев методом сопротивления, оплавление и осадку. Во время первых двух стадий торцовые части свариваемых заготовок нагреваются. Сварное соединение образуется при пластической деформации разогретых торцов заготовок (осадке).

Часто стыковая сварка производится без стадии подогрева — непрерывным оплавлением. Однако такой процесс не всегда возможен. Если поперечное сечение свариваемых деталей велико, а сопротивление сварочной машины значительно, то без предварительного подогрева металла оплавление осуществить не удается. Для оплавления предварительно подогретого металла требуется меньшая мощность, и подогрев в таких случаях используется как средство, обеспечивающее возможность оплавления.

Предварительный подогрев иногда служит как технологический прием для расширения зоны разогрева металла. При непрерывном оплавлении основная часть энергии выделяется в узкой области, непосредственно прилегающей к торцам свариваемых деталей. Нагрев удаленных от оплавляемой поверхности объемов металла происходит главным образом вследствие теплопроводности. При предварительном подогреве сопротивлением источники выделения энергии рассредоточены и зона разогрева охватывает почти полностью объем металла, находящегося между зажимными губками сварочной машины.

Предварительный подогрев методом сопротивления часто применяют при сварке деталей с небольшим поперечным сечением с целью повышения производительности труда. При сварке таких деталей в условиях практически неограниченной мощности требуемый подогрев деталей легко получить методом сопротивления за более короткое время, чем методом оплавления. В большинстве случаев подогрев производится при повторно-кратковременном протекании тока (рис. 5.1).
Параметры режима стыковой сварки оплавлением и возмущающие воздействия

Прерывание тока необходимо для того, чтобы избежать возможных местных перегревов металла. Детали перед сваркой не имеют, как правило, ровных торцовых поверхностей и установка их в машину не может быть очень точной. Поэтому детали контактируют, особенно в начале, по отдельным небольшим площадкам, что приводит к неравномерности нагрева металла. Этому же способствуют характерные для переменного тока поверхностный эффект и эффект близости. Благодаря периодическому прерыванию тока достигается выравнивание температуры нагрева по поперечному сечению деталей.

Прерывание тока может производиться либо путем разрыва сварок ной цепи при возвратно-поступательном движении одной из деталей, либо путем периодического отклонения первичной обмотки трансформатора от сети. Второй способ применяется очень редко, так как требует точной подготовки торцов деталей под сварку. Первый способ в этом отношении практичнее.

Режим предварительного подогрева можно характеризовать следующими основными параметрами: напряжением холостого хода сварочного трансформатора, сопротивлением машины, усилием сжатия свариваемых деталей во время протекания по ним тока, длительностью импульса тока, паузой между очередными замыканиями и общим временем. Влияние параметров режима на тепловое поле в деталях такое же, как и при любом другом способе сварки, при котором используется нагрев методом сопротивления. Программа предварительного подогрева чаще всего задается и воспроизводится с помощью реле времени или устройств подобного назначения. Введение в систему управления регуляторов с обратными связями по тем или иным величинам позволяет автоматически устанавливать в зависимости от условий сварки общее время подогрева, мощность или энергию с целью получения заранее выбранного теплового поля к моменту начала оплавления.

Проблема стабилизации теплового поля, получаемого в результате предварительного подогрева методом сопротивления, не имеет удовлетворительного решения. Решение этой проблемы усложняется тем, что распределение температуры по поперечному сечению деталей, несмотря на повторно-кратковременный характер протекания тока, в значительной мере зависит от подготовки торцов деталей под сварку и точности установки их в машине. В этом состоит один из существенных недостатков предварительного подогрева методом сопротивления.

Предварительному подогреву присущи и другие серьезные недостатки, ограничивающие области применения стыковой сварки оплавлением деталей с большим поперечным сечением. К их числу следует отнести низкие энергетические показатели стыковых машин. По мере увеличения площади поперечного сечения деталей электрический КПД машин, представляющий собой отношение сопротивления деталей к полному активному сопротивлению сварочной цепи, падает, снижается и коэффициент мощности. Поэтому мощность машин с увеличением площади поперечного сечения деталей быстро растет, а производительность падает. Предварительному подогреву присущи и технологические недостатки. Во многих случаях прерывистый подогрев дает чрезмерно широкую зону разогрева металла, в результате чего снижаются механические свойства сварного соединения и неэффективно используется затраченная на сварку энергия.

Все это привело к поискам путей, которые позволили бы использовать для сварки деталей с большим поперечным сечением метод непрерывного оплавления. Первая задача, которую необходимо было разрешить, сводилась к обеспечению устойчивости непрерывного оплавления деталей с большим поперечным сечением. Отчасти решение этой задачи освещено ранее где описаны способы снижения сопротивления короткого замыкания машин. Способ повышения устойчивости оплавления — введение в систему управления машиной устройств с корректирующими обратными связями — описан ниже. Вторая задача — изыскание путей расширения зоны разогрева металла при непрерывном оплавлении — также разрешена выбором рационального режима оплавления и повышением термического КПД этого процесса.

Режим непрерывного оплавления определяется скоростью относительного перемещения деталей vп, равной приблизительно скорости оплавления vопл (эти два понятия в дальнейшем отождествляются), вторичным напряжением холостого хода трансформатора, сопротивлением машины, вылетом деталей и припуском на оплавление.

Наиболее существенное влияние на тепловое поле в деталях оказывает скорость оплавления. Чем больше скорость, тем выше градиент температурного поля и температура в объемах, непосредственно прилегающих к оплавляемым поверхностям (рис. 5.2). При сварке тонкостенных деталей относительное перемещение деталей производят по закону (рис. 5.3), который в первом приближении может быть описан простейшей степенной функцией S = atn, где обычно 1

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: