Нагрев металла сварочным током.

Нагрев при точечной и шовной сварке – ведущий процесс в формировании температурного поля и образовании соединений. Теплота выделяется при прохождении тока через участок электрод (электроды) – деталь (детали) – электрод (электроды). При этом в местах контакта происходит выделение тепла в соответствии с законом Джоуля-Ленца:

Q = 0.24 ´ I² ´ R ´ t, Дж

где R – общее сопротивление (обычно измеряется в мкОм), которое складывается из контактных сопротивлений деталь-деталь (R_к) и электрод-деталь (R_э) и собственного сопротивления металла деталей (Rn)(Рис.3.40):

R_общ = R_n + R_k + R_э

Все составляющие общего сопротивления непрерывно изменяются в течение термомеханического цикла сварки.

Роль каждой составляющей сопротивления не равноценна. Переходное сопротивление Rэ при чистых электродах и очищенной поверхности изделий незначительно, поэтому теплом, выделяемым на границе электрод-деталь, можно пренебречь (тем более что электроды, как правило, водоохлаждаемые).

Наличие значительного переходного сопротивления в местах контакта (R_k) объясняется тем, что соприкосновение деталей происходит не по всей поверхности, а в отдельных точках (микровыступах). Это сопротивление зависит от

 

 

 

(а)

 

(б)

Рис.3.39.Расчет сопротивления при контактной стыковой сварке (а) и контактной точечной сварке (б)

 

Рис.3.40. Распределение тепла и форма сварного соединения при контактной стыковой сварке:

а, б – сварка сопротивлением;

в – сварка оплавлением.

 

 

начального давления (уменьшается с повышением давления) и температуры в месте сварки, а также от состояния поверхности (наличие окисных плёнок, масла, влаги и т.п.). Повышение давления способствует разрушению плёнок, следовательно, снижается сопротивление прохождению тока. При повышении температуры в зоне контакта, смятие микронеровностей идёт более интенсивно, поэтому при повышении температуры сопротивление уменьшается.

Собственное сопротивление деталей (Rn) зависит от размера выступающих частей (при стыковой сварке), либо от размеров участка металла и его удельного электросопротивления, которое изменяется с изменением температуры металла.

Таким образом, нагрев при контактной сварке протекает неравномерно. Наибольшее количество тепла выделяется в местах контакта и распространяется в массу свариваемых изделий за счёт теплопроводности.

О характере нагрева свариваемых участков изделий можно судить по кривым распределения температуры по участкам нагрева деталей (Рис.49). При значительном контактном сопротивлении основная часть тепла выделяется в месте контакта (Рис.3.40б), при малом сопротивлении происходит более равномерное распределение тепла по всей длине (Рис.3.40а), поэтому при приложении давления соединение будет иметь бочкообразную форму. При сварке оплавлением всё тело выделяется в месте контакта деталей (Рис.3.40в).

На рис.3.42 показано температурное поле при контактной точечной сварке, которое отличается чрезвычайно быстрым изменением температур во времени и весьма значительной неравномерностью.

При сварке деталей одинаковой толщины плавление металла происходит в области, примыкающей к контакту деталей (в наиболее горячей зоне) и отличающейся: повышенной плотностью тока, сравнительно малыми градиентами температур и относительно небольшим теплообменом с электродами

.