Контактная сварка

Контактная сварка – процесс образования неразъемного соединения в результате нагрева металла протекающим через детали электрическим током и пластической деформации зоны соединения.

Контактная сварка объединяет большую группу способов, некоторые из них широко применяются в машиностроении. Около 30% всех сварных соединений выполняют контактной сваркой. Основные способы контактной сварки – точечная, шовная, стыковая и рельефная (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Способы контактной сварки: 1-точечная, 2-шовная, 3-стыковая, 4 - рельефная сварка

Во всех способах контактной сварки электрический ток к сварным деталям подводится через медные стержневые электроды (рис.12.1.1), или через медные вращающиеся ролики (рис.12.1.2), или через медные зажимы (рис.12.13), или через медные плиты, между которыми сжаты детали с рельефами (рис.12.1.4).

Протекающий через детали ток нагревает их за счет тепловой энергии Q, которая выделяется на сопротивлении этих деталей, до температуры плавления или до температуры пластического состояния металла. В соответствии с законом Джоуля – Ленца тепловая энергия Q будет равна:

,

где I –протекающий через детали ток,

R – сопротивление металла деталей, через который протекает ток;

t_св – время протекания тока через сварные детали.

В течение термомеханического цикла контактной сварки за время сварки t_св ток I меняется вследствие воздействия системы управления сварочным током, а также изменения сопротивления деталей R, вызванного ростом удельного сопротивления нагреваемого металла и изменением площади и объема V участка детали, через который протекает ток.

При точечной и шовной сварке этот объем V представляет собой столбик металла, сжатого между электродами или роликами V=F 2s, где F – площадь контакта, через которую ток подводится к деталям, s – толщина свариваемых деталей (при условии одинаковой толщины двух свариваемых деталей).

При стыковой сварке V=F L, где L – длина свариваемых деталей между медными зажимами, через которые подводят ток, F – площадь сечения деталей на участке L.

Для оценки объемного нагрева проводника, через который протекает ток, пользуются параметром удельной объемной мощности

,

где W =I² R – мощность; подводимая к объему металла V в момент времени t, т.е. q_v= I²R/V = I² Lr/ VF = I²Lr/ LF² = I²r/ F² =і²r,

і – плотность тока в момент времени

t, r – удельное сопротивление свариваемого металла в момент времени t.

Указанные параметры, определяющие тепловыделение в зоне сварки, меняются не только во времени, но и неравномерны по объему нагреваемого металла.

Одновременно с тепловыделением в свариваемых деталях происходит отвод тепла в медные электроды или ролики, или медные зажимы, которые имеют высокую теплопроводность и обычно охлаждаются водой. Поэтому наибольший нагрев происходит в зоне, наиболее удаленной от охлаждающих поверхностей. В этой зоне образуется сварное соединение.

Таким образом, образование соединений при контактной сварке происходит в условиях сложных быстроменяющихся электрических и температурных полей. Для оценки влияния параметров режима сварки на характеристики сварных соединений обычно используют средние или интегральные показатели основных электрических и тепловых величин, которые можно измерить доступными средствами измерений.