Расчет сварочного тока
Детали нагреваются теплом, выделяемым при прохождении тока через них и контакты. При сварке двух деталей из одного и того же металла и равной толщины общее сопротивление rЭЭ (Ом) металла между электродами
rЭЭ = 2rД + 2rЭД + rДД , (4)
где rД – собственное активное сопротивление деталей; rЭД – контактное сопротивление между электродом и деталью; rДД – контактное сопротивление между деталями (рис. 1). Экспериментально установлено, что в условиях контактной точечной сварки сопротивления rЭД и rДД очень быстро снижаются в процессе нагрева и у стали практически становятся равными нулю при температуре 600 0С (для малоуглеродистой стали) (рис. 2).
Таким образом, общее омическое сопротивление участка цепи между электродами в процессе контактной сварки будет определяться собственным сопротивлением свариваемых деталей. Оно может быть найдено, исходя из допущения, что физический контакт между электродом и деталью в конце сварки распространяется на всю площадь диаметром dК, зависящим от приложенного к электродам усилия и толщины деталей (рис. 3). Для стали dК = dЭ + αs (мм), где s – толщина более тонкой детали, мм; α – коэффициент, зависящий от усилия сжатия электродов. При сварке на «жестких» режимах α = 1,5 ÷ 1,7; на «мягких» - 1,0. Таким образом, к концу сварки ток к каждой детали будет подводиться через площадки с диаметрами dК и dЭ. Для определения сечения объема, в котором находится поле линий тока, из концов диаметров проводятся прямые под углом 450. При этом деталь условно разбивается на две пластинки неравной толщины δ1 и δ2 (рис. 3). Собственное сопротивление пластинки толщиной δ1 + δ2, неравномерно нагретой в условиях точечной сварки с контактами неодинакового размера, можно приближенно рассчитать по формуле как полусумму сопротивлений двух пластинок толщиной 2δ1 и 2δ2 , зажатых соответственно между равными электродами dК и dЭ: , (5) где А1 и А2 – коэффициенты, зависящие соответственно от соотношений и , учитывающие, что фактическое сопротивление детали меньше сопротивления цилиндра металла, зажатого между электродами диаметром dК и dЭ, определяются по графику, представленному на рис. 4; и - удельные электрические сопротивления при температурах Т1 и Т2 соответственно для пластинок δ1 и δ2 (при сварке стали к концу процесса Т1 = 1200 0С (0,8ТПЛ) и Т2 = 1530 0С (ТПЛ)); к – коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева пластинок толщиной δ1 и δ2. При сварке большинства сплавов к = 0,85. Удельные электрические сопротивления определяют по формулам ; (6) , (7)
где - удельное сопротивление металла при 20 0С (для малоуглеродистой стали = 15·10-6 Ом·м; = 0,004 0С-1). При сварке деталей равной толщины общее сопротивление между электродами равно 2rД, при сварке деталей разной толщины производится расчет для обеих деталей и берется их сумма.
Количество тепла, необходимого для сварки отдельной точки Q, может быть определено из уравнения теплового баланса Q = QПОЛ + Q1 + Q2 + Q3 (Дж), (8) где QПОЛ – тепло, расходуемое на нагрев условно выделенного центрального столбика металла диаметром dЭ, зажатого между электродами (рис. 5); Q1 – потери тепла на нагрев деталей вне центрального столбика; Q2 – потери тепла в электроды; Q3 – потери тепла лучеиспусканием с поверхности свариваемых деталей и конвективным теплообменом (теплообмен с окружающей средой). С учетом скрытой теплоты плавления за среднюю температуру неравномерно нагретого центрального столбика можно принять температуру плавления ТПЛ. Тогда при сварке двух деталей толщиной s (Дж), (9) где с – средняя теплоемкость при нагреве до температуры ТПЛ (для стали с = 0,15 Дж/г·град); γ – плотность (для стали γ = 7,85 г/см3). В металле, окружающем центральный столбик, температура постепенно понижается от ТПЛ до комнатной (рис. 5). Средняя температура нагреваемого кольца шириной х1 приближается к ТПЛ /4. Ширина кольца х1 растет с увеличением продолжительности нагрева и повышением температуропроводности свариваемого металла , (10) где а – температуропроводность свариваемого металла (для малоуглеродистой стали а = 0,15 см2/с ( ), алюминиевых сплавов и меди ). Потери тепла на нагрев деталей вне центрального столбика при сварке двух деталей толщиной s равны (Дж), (11) где - объем условного кольца; к1 – коэффициент, учитывающий что действительная средняя температура кольца меньше ТПЛ /4 (к1 ≈ 0,8). Потери тепла в электроды можно приближенно определить, принимая температуру на их контактной поверхности равной ТПЛ /2. При этом средняя температура интенсивно нагреваемого участка электродов длиной х2 (объем ) равна ТПЛ /8 (рис. 11). Область распространения тепла в электроды х2 определяют из выражения , (12) где аЭ – температуропроводность материала электродов ( для латуни Л62 температуропроводность а = 0,26 см2/с, латуни ЛС59-1 - 0,249 см2/с, бронзы БрОЦ-4,5-3 - 0,22 см2/с, бронзы БрОФ-6,5-0,5 - 0,15 см2/с, бронзы БрБ2 – 0,24 см2/с). Сумма потери тепла в два электрода (Дж), (13) где к2 – коэффициент, учитывающий форму электрода (для конического электрода с плоской контактной поверхностью к2 = 1,5, для цилиндрического электрода 1, электрода со сферической рабочей поверхностью 2); и - теплоемкость и плотность материала электродов (для медных электродов = 0,095 Дж/г·град; = 8,9 г/см). При точечной сварке, особенно на «жестких» режимах, величиной Q3, ввиду кратковременности процесса, можно пренебречь. Теплофизические свойства различных металлов и сплавов приведены в табл. 5. Величину сварочного тока рассчитывают по закону Джоуля - Ленца , (14) где mr – коэффициент, учитывающий изменение rЭЭ в процессе сварки (для низколегированных сталей mr = 1, для алюминиевых и магниевых сплавов - 1,15, коррозионно-стойких сталей - 1,2, сплавов титана - 1,4). При шовной сварке расчет необходимого тока производится также, так и при точечной, полученное значение тока увеличивают на 10 – 30 % для покрытия потерь на шунтирование. За диаметр электрода при расчете тока условно принимается ширина рабочей поверхности ролика (табл. 3).
Таблица 5 - Теплофизические свойства некоторых металлов и сплавов (средние в интервале исследуемых температур)
Продолжение табл. 5
Популярное: Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (713)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |