Как изменяют параметры режима контактной точечной сварки

Способы и режимы контактной сварки

Рельефная сварка находит достаточное применение благодаря высокой производительности за счет получения за один ход машины нескольких точечных соединений (иногда до 20) или герметичного соединения длиной до 100 мм, уменьшения нахлестки и вмятины от электродов, а также высокой стойкости электродов в процессе эксплуатации. Этот способ используют для соединения с листовыми деталями различных крепежных деталей (болтов, шпилек, гаек). Рельефную сварку применяют для соединения проволоки и стержней в крест. Рельеф в таких соединениях образуется естественной формой свариваемых деталей. При изготовлении железобетонной арматуры диаметр свариваемых стержней может достигать 30 мм и более. Т-образную рельефную сварку стержней с деталями из листа используют, например, для соединения шипов с котельными трубами.

Стыковая сварка оплавлением получила наибольшее распространение. Сваркой оплавлением соединяют детали как компактного сечения (круг, квадрат), так и с развитым сечением (различные профили, тонкостенные трубы, тонкие и широкие листы) из сталей и цветных сплавов. Ее применяют при изготовлении режущего инструмента, различных кольцевых заготовок (для фланцев, ободьев колес и т. п.), цепей, железнодорожных путей (сварка рельсов в плети), магистральных трубопроводов, при непрерывной прокатке металла (сварка горячих заготовок).

Сваркой сопротивлением соединяют детали небольшого компактного сечения, обычно до 300 мм 2 (проволоку, прутки и толстостенные трубы малого диаметра).

Наряду со стыковой сваркой заготовок (деталей), расположенных на одной оси, иногда соединяют заготовки, оси которых расположены под углом, например при изготовлении оконных переплетов из алюминиевого профиля и велосипедных рам из труб.

Понятие о режиме сварки и свариваемости

Под режимом сварки следует понимать совокупность параметров процесса того или иного способа сварки, устанавливаемых соответствующими органами управления сварочной машины, а также форму и размеры используемых электродов (роликов, губок), которые обеспечивают получение сварных соединений требуемых размеров и качества. Режим сварки зависит от физических свойств свариваемого металла и типа сварочного оборудования, а иногда и от конструкции свариваемых деталей.

Основными параметрами режимов контактной сварки являются: сила и длительность протекания сварочного тока и усилие сжатия (осадки) деталей. Сила тока измеряется в амперах (А) или килоамперах (кА), длительность в секундах (с) и усилие в килограмм-силах (кгс). При стыковой сварке обычно ток задают по его плотности в А/мм 2 , а усилие — давлением в кгс/мм 2 , отнесенным к сечению свариваемых заготовок.

Режимы можно условно разделить на так называемые «жесткие» и «мягкие». Жесткие режимы сварки характеризуются малой длительностью протекания сварочного тока, а следовательно, и кратковременным нагревом свариваемого металла; мягкие режимы — относительно большой длительностью протекания тока.

Режимы различных способов сварки имеют свои специфические особенности. Параметры режима рассмотрим на примере циклограмм (диаграмм) способов сварки. Циклограмма представляет собой совмещенные во времени графики изменения основных параметров режима сварки.

При точечной, рельефной и шовной сварке режим характеризуется следующими параметрами: силой сварочного тока I_св, длительностью его протекания t_CB и усилием электродов F_св (рис. 11). Иногда для лучшего уплотнения затвердевающего металла ядра применяют повышенное, так называемое ковочное усилие F_K (рис. 11, а, б). С целью плавного нагрева и замедленного охлаждения металла в зоне сварки иногда используют модулированный сварочный ток с длительностью нарастания t_H и спада t_cп (рис. 11, б). При сварке ряда металлов возникает необходимость после протекания сварочного тока и некоторой паузы t_П включать дополнительный ток силой I_д и длительность t_Д (рис. 11,в). Точечную и рельефную сварку металла большой толщины (более 3 мм) часто выполняют, периодически включая и выключая сварочный ток (пульсирующая сварка) длительностью t_CB и паузой t_П (рис. 11, г).

Режимы шовной сварки с непрерывным (рис. 11, д) и прерывистым (шаговым) перемещением деталей S (рис. 11, е) дополнительно характеризуются соответственно скоростью сварки и шагом точек шва.

При стыковой сварке сопротивлением режим определяется следующими параметрами: установочной длиной деталей l₁ + l₂, током i_cв, длительностью нагрева t_cв, усилием и величиной (припуском) осадки F_oc, A_oc (рис. 12, а).

Режим стыковой сварки оплавлением определяется следующими параметрами: установочной длиной l₁ + l₂, усилием зажатия деталей в губках машины F₃, припуском на оплавление A_оп (суммарным уменьшением установочной длины при оплавлении), скоростью оплавления Won, током и длительностью оплавления i_on, t_0n, величиной осадки A_oc и ее скоростью v_oc, током и длительностью осадки i_oc, t_oc, усилием осадки F_oc (рис. 12, б). При сварке оплавлением с подогревом дополнительно задают ток подогрева i_под, длительность подогрева t_nод, а также длительность импульсов тока подогрева и пауз между ними (рис. 12, в).

В настоящее время большинство металлов можно соединять контактной сваркой. Качество сварных соединений оценивают, исходя из следующих общих требований:

1) металл литой и переходной зон соединения должен быть структурно однородным и плотным, без заметных нарушений сплошности;

2) в соединении не должно происходить значительного разупрочнения металла и образования хрупких структур, особенно в переходной зоне;

3) не должна снижаться стойкость металла зоны сварки против коррозии;

4) деформации деталей после сварки должны быть в допустимых пределах.

Если большинство указанных требований выполняется при использовании несложного оборудования и широкого диапазона параметров режима, то считают, что металл обладает хорошей свариваемостью. Если сварное соединение может быть получено только в очень узком интервале параметров режима или имеет низкую прочность, то считают, что металл имеет плохую свариваемость. Понятие свариваемость обычно служит для качественной оценки металла. Из этого следует, что свариваемость не является постоянным свойством данного металла. По мере совершенствования оборудования и технологии свариваемость металлов может улучшиться.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Режимы точечной контактной сварки

Выбор правильного режима контактной сварки очень важен, так как он определяет внешний вид, размеры литой зоны и прочность сварного соединения. Важной характеристикой режима контактной сварки является его, так называемая, жесткость, которая зависит от длительности протекания сварочного тока, а также от толщины и теплопроводности свариваемого материала.

Форма и расположение зоны расплавления металла в месте контактной сварки определяются тепловыделением и теплоотводом в электроды и детали. С изменением длительности протекания сварочного тока (изменением жесткости режима) влияние тепловыделения и теплоотвода на формирование сварочного соединений изменяется.

Регулятор контактной сварки

При точечной, рельефной и шовной сварке на жестких режимах форма и расположение литой зоны обусловливаются распределением плотности тока в контакте деталь — деталь. Плотность сварочного тока зависит от толщины свариваемых деталей и размеров рабочей поверхности электродов (пятна контакта электродов). В связи с тем, что сварка ведется при малых длительностях тока, теплоотвод практически не влияет на формирование зоны расплавления.

При сварке на мягком режиме форма и расположение литой зоны зависят от теплоотвода в электроды и свариваемые детали. Литое ядро располагается практически на равном удалении от наружных поверхностей деталей, поэтому в случае сварки деталей неравной толщины оно смещено в деталь большей толщины. В связи с большей длительностью нагрева при использовании мягких режимов размеры зоны термического влияния и пластического пояса больше, чем в случае жестких режимов.

При сварке на жестком режиме литое ядро расположено более симметрично относительно плоскости соединения деталей. Незначительный теплоотвод в электроды при сварке на жестких режимах деталей равной толщины позволяет получить большую высоту литой зоны.

Наряду с преимуществами (экономичность, производительность, небольшие вмятины от электродов, высокая стойкость электродов) жесткие режимы требуют повышенных усилий электродов из-за опасности выплесков металла и более стабильную длительность протекания тока. Это ограничивает использование жестких режимов при сварке деталей сложной формы на фигурных электродах, имеющих малые сечения.

При стыковой сварке сопротивлением форма сварного соединения также зависит от жесткости режима. При жестком режиме с малой длительностью тока и высоком контактном сопротивлении размеры зоны нагрева и пластической деформации значительно меньше, чем при мягком. Различное контактное сопротивление получают изменением усилия осадки.

В связи с тем, что расчетные методы определения режимов сварки разработаны недостаточно полно, режимы сварки новых сочетаний толщин и марок металлов определяют опытным путем. Для этого используют общие требования к режимам сварки металлов определенной группы и опытные данные по сварке металлов, близких по своим свойствам к свариваемому металлу.

Производственным опытом установлено, что при точечной, рельефной и шовной сварке зависимость основных параметров режима от толщины металла носит практически линейный характер. Это существенно упрощает определение режимов сварки. Например, зная режимы сварки металла минимальной и максимальной толщины, можно, построив зависимость основных параметров от толщины, определить ориентировочные параметры режимов сварки промежуточных толщин металлов.

Для точечной сварки низкоуглеродистой стали может быть использован широкий диапазон режимов по жесткости. При точечной сварке сталей 10, 20 на жестких режимах в зоне термического влияния возможно образование структур закалки, что придает хрупкость сварным точкам. Для устранения этого явления увеличивают длительность тока в 1,5—2раза или сваренные детали подвергают термической обработке непосредственно в машине путем повторного включения тока.

При точечной сварке закаливающихся низколегированных сталей (типа ЗОХГСА) также необходима термическая обработка. Пауза, чтобы зафиксировать структуру закалки.

Режимы рельефной сварки низкоуглеродистой стали близки к режимам точечной сварки с теми же размерами литой зоны. Для устранения всплесков обеспечивают плавное нарастание сварочного тока.

Шовная сварка низкоуглеродистой стали выполняется на жестких режимах. В связи с меньшими временами сварки и некоторым шунтированием тока в ранее сформированные литые зоны шва сварочные токи на 40-50% больше, чем при точечной сварке.

Все перечисленные режимы сварки могут быть реализованы с помощью регуляторов контактной сварки РКС-504, РКС-801 производства ООО ПО «СВАРТЕХ».

Источник: ООО «ПО «СВАРТЕХ»

�� Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

О выборе параметров режима при контактной точечной сварке оцинкованных сталей с сохранением покрытия Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Емельянов С. Н., Попковский В. А., Катькало А. А., Коротеев А. О.

Определены условия сохранения защитного цинкового покрытия в местах контактирования электродов с деталью при контактной точечной сварке оцинкованных сталей. Исследован характер изменения сопротивления и падения напряжения в контакте электрода с деталью при использовании электродов с различной формой рабочей поверхности и предложены эмпирические формулы для выбора параметров режима сварки.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

About the choice of mode parameters at resistance spot welding of zinced steels with covering preservation

The condition of preservation of protective zinc covering in places of electrode contacts with a detail at resistance spot welding of zinced steels has been defined. The character of resistance change and voltage failure in contact of the electrode with the detail at use of electrodes with the various forms of the working surface has been studied and empirical formulas for choosing the parameters of the welding mode have been offered.

Текст научной работы на тему «О выборе параметров режима при контактной точечной сварке оцинкованных сталей с сохранением покрытия»

С. Н. Емельянов, канд. техн. наук, В. А. Попковский, канд. техн. наук, доц., А. А. Катькало, канд. техн. наук, доц., А. О. Коротеев

О ВЫБОРЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА ПРИ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКЕ ОЦИНКОВАННЫХ СТАЛЕЙ С СОХРАНЕНИЕМ ПОКРЫТИЯ

К сварным соединениям, выполненным на сталях с защитными цинкосодержащими покрытиями, предъявляются высокие требования по прочности и коррозионной стойкости в условиях динамических нагрузок и действия агрессивной среды. В большинстве случаев значения параметров режима сварки выбирают, ориентируясь на параметры сварки аналогичных сталей без покрытия. В проведенных ранее исследованиях не уделялось должного внимания вопросу сохранения защитного покрытия в зоне сварки. В них рассматривались вопросы обеспечения стабильности сварочного процесса, недопущения непро-варов, повышения стойкости сварочных электродов, поэтому большинство существующих способов контактной точечной сварки оцинкованных сталей направлено на максимальное разрушение и вытеснение цинкового покрытия из зоны сварки с целью уменьшения его влияния на качество и прочность сварного соединения [1, 2]. Резко снижающиеся при этом антикоррозионные свойства восстанавливают после сварки грунтовкой поверхностей их покраской и используют технологические приемы, снижающие экономические показатели процесса изготовления изделий и его эффективность. До настоящего времени не исследованы процессы, происходящие в зоне контакта электродов и изде-

лия, и аспекты сохранения антикоррозионных свойств покрытия в местах сварки, которые, несомненно, расширили бы область использования высокопроизводительного процесса контактной сварки.

Объектом данного исследования являются сварные соединения, выполненные контактной сваркой на сталях толщиной 0,5. 2,0 мм с защитными цинкосодержащими покрытиями. Цель -разработка параметров технологического процесса контактной сварки оцинкованных сталей, обеспечивающих сохранение защитного покрытия, его антикоррозионных свойств и требуемых прочностных показателей сварных соединений.

Исследования проводились на машинах для контактной сварки МТ-3201, МТ-1617. В процессе эксперимента непосредственно измерялись падения напряжений на участках электрод-электрод иээ и электрод-деталь иэд. Косвенным образом регистрировалась величина сварочного тока посредством использования датчика тока ДТПХ-32000, основанного на эффекте Холла. Датчик выполнен в виде выносного зонда, устанавливаемого на нижнем электроде контактной машины таким образом, чтобы силовые линии магнитного поля пересе-

кали его поверхность под прямым углом. Тарировка датчика ДТПХ-32000 осуществлялась по результатам измерения напряжения холостого хода на электродах сварочной машины и измерения параметров тока и напряжения в первичной цепи сварочного трансформатора машины. Для записи и обработки сигналов авторами использовано устройство N1 ШВ 6009, содержащее аналого-цифровой преобразователь, осуществляющий дискретизацию аналогового сигнала.

Выбор допустимых значений падения напряжения и сопротивления в зоне контактов электродов и изделия. Зависимость сопротивления контакта от падения напряжения, согласно теории электрических контактов, называется г-и-характеристикой, которая дает

представление о вполне определенных для данного сочетания металлов характерных значениях напряжения размягчения ир и напряжения плавления ипл. Напряжение размягчения ир и напряжение плавления ипл являются характеристиками материала покрытия, связанными с изменениями его предела текучести от, площади контактной поверхности £к при нагреве и, как следствие, сопротивления в зоне контакта электродов с деталями гэд [3].

Для поддержания на желательном уровне температуры металла в контакте электрод-деталь, не приводящей к уменьшению от ниже уровня действующих напряжений в указанной зоне, важно, чтобы фактическое падение напряжения не превышало напряжения размягчения цинкового покрытия. Соблюдение этого условия будет способствовать уменьшению деформации цинкового покрытия в месте контакта электродов и деталей и его выдавливания к периферии электродов. Для проверки предположения о возможности сохранения покрытия при определённых зна-

чениях электрических параметров были построены г-и-характеристики для двух случаев сварки: при нагреве материала покрытия до температуры выше температуры его плавления (рис. 1, а) и при нагреве материала покрытия до температуры его размягчения (рис. 1, б).

Результаты металлографических исследований и коррозионных испытаний сварных соединений, а также анализ результатов осциллографирования процессов сварки показали, что в тех случаях, когда на контактах электрод-деталь напряжение ниже напряжения размягчения ир (для исследуемых покрытий ир = 0,17 В), вытеснение цинкосодержащего покрытия незначительно (не превышало величины 20 % от толщины покрытия), а сварные соединения обладали требуемой коррозионной стойкостью. Следовательно, для сохранения покрытия необходимо, чтобы фактическое падение напряжения не превышало напряжения размягчения (иэд < 0,9ир ).

Величина и изменение сопротивления контакта гэд при сварке определяют условия тепловыделения в зоне контакта электрод-деталь. На начальной стадии протекания сварочного тока на долю контактного сопротивления приходится до 30 % тепловложения [4].

Значение сопротивления в контакте электрод-деталь можно определить по закону Ома

На основании экспериментальных измерений сварочного тока и металлографических исследований макрошлифов сварных соединений сталей с защитными цинковыми покрытиями была установлена корреляционная зависимость силы сварочного тока от толщины свариваемых пластин 6 (рис. 2) с учётом требуемых размеров литой зоны йя, которая по ГоСт 15878-79 выбирается в зависимости от толщины свариваемых пластин 6.

Рис. 1. Типичные г-и-характеристики контакта электрод-деталь: а — при разрушении покрытия; б — при сохранении покрытия

0,5 0,75 1 1,25 1,5 ММ 2

Рис. 2. Зависимость величины сварочного тока от толщины свариваемых пластин

Аппроксимирующая зависимость (см. рис. 2) была получена в результате экспериментального измерения сварочного тока (согласно плану эксперимента, количество дублирующих опытов -7, количество уровней — 8). При этом был охвачен весь диапазон исследуемых толщин металла.

При помощи интерполяции методом наименьших квадратов была определена аппроксимирующая функция. При этом были рассмотрены различные аппроксимирующие функции (линейные, логарифмические, показательные). Представленная функция (2), обеспечивающая наибольший коэффициент корреляции, удобна для практического применения:

С учетом ранее определенного значения падения напряжения в контакте электрод-деталь

Подставляя формулы (2) и (3) в формулу (1), получаем максимально до-

пустимое значение контактного сопротивления:

где гэд — сопротивление контакта электрод-деталь, мОм; 3 — толщина свариваемого металла, мм; ир — значение

напряжения размягчения материала защитного покрытия, В; 0,082 — эмпири-

Выбор формы и размеров рабочей поверхности сварочного электрода. Для определения влияния формы и размеров рабочей поверхности сварочных электродов на изменение сопротивления и падения напряжения в контакте электрод-деталь в процессе сварки проведены исследования при использовании электродов с различной формой рабочей поверхности. Применяемые электроды поделены на пять типов. Характеристики электродов приведены в табл. 1.

Табл. 1. Характеристики сварочных электродов

Тип электрода Характеристика электрода

А Цилиндрический с конической заточкой, с рабочей поверхностью диаметром Ср = 5 мм

Б Цилиндрический комбинированный, с плоской рабочей поверхностью диаметром Ср = 60 мм

В Цилиндрический, с плоской рабочей поверхностью Ср = 20 мм

Г Колпачковый, с рабочей частью йр = 5 мм

Д Цилиндрический с конической заточкой, со сферической рабочей поверхностью радиусом Я„ = 50 мм

Полученные данные свидетельствуют о том, что использование электродов с плоской рабочей поверхностью при сварке приводит к снижению значений сопротивления и падения напряжения в контакте электрод-деталь (рис. 3), что способствует уменьшению тепловыделения на указанном участке.

Анализируя представленные дан-

ные, можно отметить, что во всех случаях, кроме сварки электродами с плоской рабочей поверхностью и увеличенной площадью контакта (электроды типов Б и В, кривые 2 и 3), на завершающем этапе сварки значение падения напряжения в контакте превышает значение напряжения плавления цинкового покрытия (ипл = 0,3 В) и материал по-

крытия разрушается. Однако при использовании электродов типа В (кривая 3) напряжения выше, чем напряжение размягчения покрытия (ир = 0,17 В), и

цинк вследствие резкого повышения пластических свойств выдавливается к периферии электродов.

Рис. 3. Изменения сопротивления участка электрод-деталь гэд (а) и падения напряжения на участке электрод-деталь Ыэд (б) в процессе протекания сварочного тока при точечной сварке: 1 — электрод типа А;

2 — электрод типа Б; 3 — электрод типа В; 4 — электрод типа Г; 5 — электрод типа Д

Значение контактного сопротивления в процессе сварки зависит не только от фактической площади контакта, но и от деформационной способности свариваемых пластин. Целесообразно рассмотреть данные факторы совместно. Для этого были проведены эксперименты, целью которых было установление влияния толщины свариваемой детали на величину контактного сопротивления участка электрод-деталь (рис. 4). Учитывая ранее полученные результаты, исследования не проводились для электродов типа Г и Д, т. к. при их использовании наблюдаются наибольшие значения сопротивлений на рассматриваемом участке.

С уменьшением толщины свариваемых листов происходит уменьшение как начального, так и конечного значений контактных сопротивлений. Для всех толщин листов от 0,5 до 2 мм наблюдается тенденция снижения кон-

тактного сопротивления на участке электрод-деталь при увеличении площади контактной поверхности электрода. Также, анализируя полученные данные, можно отметить, что для деталей с меньшей толщиной стабилизация контактного сопротивления наступает раньше. На основании полученных экспериментальных данных определены зависимости контактного сопротивления от площади рабочей поверхности электрода для указанных толщин свариваемых пластин (рис. 5).

Интерполяцией методом наименьших квадратов была установлена зависимость значения сопротивления в контакте электрод-деталь от площади рабочей поверхности электрода 8э и толщины свариваемых деталей 6 с коэффициентом корреляции 0,98:

гэд = 0,0166 + 0,0161/3- 0,000281п2 £э .(5)

Рис. 4. Изменение сопротивления участка электрод-деталь гэд в процессе протекания сварочного тока от толщины свариваемых листов: а — электрод типа А; б — электрод типа Б; в — электрод типа В

Рис. 5. Изменение сопротивления участка электрод-деталь гэд в зависимости от площади контактной поверхности электрода для различных толщин свариваемых листов 6: 1 — 6 = 1,91 мм; 2 — 6 = 1,42 мм; 3 — 6 = 0,98 мм; 4 — 6 = 0,82 мм; 5 — 6 = 0,53 мм

Приравняв значения сопротивления гэд, полученные по формулам (4) и (5), имеем

0,0166 + 0,0161^6-2 0,082и р

— 0,000281п2 £э = Г р . (6)

Выразив из формулы (6) площадь рабочей поверхности сварочного электрода &, получим

где 6 — толщина свариваемого металла, мм; ир — значение напряжения размягчения материала защитного покрытия, В; 285 — эмпирический коэффициент,

мм ; 56 — эмпирический коэффициент, В

мм7/2; 58,2 — эмпирический коэффициент, мм.

Результаты проведенных исследований показали, что для сохранения цинкового покрытия на лицевых поверхностях изделий при контактной сварке необходимо, соблюдение следующих условий:

— падение напряжений на участках контактов электродов с изделием должно составлять не более 0,9 ир (ир — напряжение размягчения, В) материала покрытия;

— сопротивление контакта гэд, мОм, не должно превышать величины, определяемой по формуле (4)

Установлено, что при контактной точечной сварке для сохранения покрытия целесообразно применять электроды с плоской формой рабочей поверхности. При точечной и рельефной сварке с использованием электродов увеличенных размеров площадь рабочей поверхности сварочного электрода £э, мм2, выбирается в соответствии с уравнением (7)

285Uр — 565 58,2 — р

Использование разработанных технологических рекомендаций по выбору параметров процесса контактной сварки сталей с цинкосодержащими покрытиями позволяет сохранить покрытие, увеличить срок службы сварочных электродов и улучшить экологические условия работы сварщиков.

1. Гуляев, А. И. Технология точечной и рельефной сварки сталей в массовом производстве / А. И. Гуляев. — М. : Машиностроение, 1978. — 246 с. : ил.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Вакатов, А. В. Особенности формирования сварных соединений при контактной точечной сварке оцинкованной стали / А. В. Вакатов // Сварочное производство. — 2001. — № 2. -С. 20-21.

3. Хольм, Р. Электрические контакты / Р. Хольм. — М. : Иностр. лит-ра, 1961. — 464 с.

4. Гилевич, В. А. Особенности образования соединений при точечной сварке оцинкованной стали / В. А. Гилевич // Автоматическая сварка. — 1973. — № 8. — С. 18-21.

Белорусско-Российский университет Материал поступил 17.01.2011

S. N. Emeljanov, V. A. Popkovsky,

A. A. Katkalo, А. O. Koroteyev About the choice of mode parameters at resistance spot welding of zinced steels with covering preservation

ОБ ОСОБЕННОСТЯХ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ ОЦИНКОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Ненарокомов Г.К.

В статье исследуются основные технологические способы точечной сварки металлов с цинковым покрытием. Рассмотрены виды и свойства цинковых покрытий, применяемых в автомобилестроении. Установлено, что сварка на мягких режимах с применением модификаций тока наиболее благотворно влияет на качество сварных соединений.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «ОБ ОСОБЕННОСТЯХ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ ОЦИНКОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ»

ОБ ОСОБЕННОСТЯХ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ ОЦИНКОВАННЫХ

Магистрант, кафедра технологии сварки, Московский государственный университет имени Н.Э. Баумана, калужский филиал

Ключевые слова: точечная сварка, оцинкованные стали, модификации тока. Keywords: spot welding, hot-dip galvanized steels, current modifications.

Контактная точечная сварка играет важнейшую роль в современном автомобилестроении, благодаря высокой производительности, низкой стоимости и универсальности. Однако широкое применение различного рода покрытий создает некоторые трудности при использовании данного способа. На протяжении достаточно долгого времени цинковое покрытие является наиболее часто применяемым при производстве автомобиля. Данное покрытие получают путем погружения стальной заготовки в ванну расплавленного цинка. При этом существуют два основных способа горячего цинкования. Применение каждого, из которых, влияет на химический состав покрытия и, следовательно, на свариваемость. Первый способ заключается в простом погружении заготовки в ванну расплавленного цинка. Такое покрытие будет состоять на 99% из чистого цинка с примесью алюминия 0,3-0,6 %. При втором способе заготовку нагревают до 450-590 градусов Цельсия сразу после того как сталь выходит из цинковой ванны. За счет нагрева происходит диффузия покрытия со сталью и покрытие будет содержать 90% цинка 9% железа, а также около 0,15-0,4 % алюминия. Известно, что наличие алюминия в химическом составе имеет ключевое влияние на срок службы электродов. Именно склонность к загрязнению электрода, которое влияет не только на срок службы, но и на электросопротивление в контакте электрод-деталь основная проблема при оптимизации сварочных параметров для сварки оцинкованных сталей.

Современная методика сварки оцинкованных сталей предполагает использования модификаций тока, таких как, добавление дополнительного предварительного импульса тока или плавное увеличение основного сварочного импульса (рампа). Однако сварку оцинкованных сталей можно осуществлять в соответствии с практически любой из существующих циклограмм. При этом существует возможность сварки, как на мягких, так и на жестких режимах.

Исследование авторов [1,129] показало, что при одиночном сварочном импульсе без каких либо модификаций длительностью 240 мс цинковое покрытие удаляется полностью из зоны сварки на 120-140 мс (рисунок 1).

® Ненарокомов Г.К., 2017 г.

Рис. 1. Поверхность детали на 120 мс. Цинк полностью выдавлен

При этом температурный градиент направлен от верхнего электрода к нижнему. Соответственно цинк выдавливается сначала с поверхностью между верхним электродом и деталью, затем с поверхности между нижним электродом и деталью. При добавлении предварительного сварочного импульса или рампы порядок выдавливания цинка не меняется. Однако меняется характер распределения теплоты, вместо распределения от верхнего электрода к нижнему, нагрев распространяется от контакта деталь-деталь. Однако увеличение длительности модификаций может инициировать преждевременный рост литого ядра. В целом же при использовании модификаций тока рост ядра происходит плавно и более равномерно.

Также было установлено, что при сварке оцинкованных сталей на жестких режимах, в некоторых случаях, формирование ядра было неравномерным, а само ядро получалось не полным. Часто расплавление начиналось в контакте электрод-деталь раньше чем в контакте деталь-деталь, что приводило к выплескам.

Предварительный импульс и рампа при сварке оцинкованных сталей улучшают формирования ядра, ускоряют процесс перехода стали из холодного состояния в расплавленное. Более равномерный нагрев позволяет электродам полностью выдавить цинк из контактных поверхностей, а также сформировать полноценный уплотняющий поясок вокруг точки. Уплотняющий поясок препятствует чрезмерному росту ядра и предотвращает конечный выплеск. Расположение уплотняющего пояска показано на рисунке 2.

Рис.2. Схема контактной сварки.1- свариваемые детали, 2- электроды, 3- источник питания, 4-зона расплавленного металла, 5- уплотняющий поясок.

Сварка на жестких режимах не может обеспечить качества равноценного тому, какое можно получить, используя мягкие режимы. Уплотняющий поясок не успевает достаточно сформироваться вокруг зоны расплавленного металла, и металл ядра может выдавливаться сквозь него в виде выплеска. В результате ядро получается неравномерным и гораздо более тонким, чем ядро точки, сваренной на мягких режимах. В дополнение интенсивная генерация теплоты провоцирует чрезмерное тепловыделение в контакте электрод-деталь. В результате чего происходит повышенный массоперенос между электродом и деталью, что изменяет порядок удаления цинка из зоны сварки. Это же касается и чрезмерного увеличения времени сварочного импульса.[2,63]

При сварке оцинкованных сталей особенно важно снизить до минимума массоперенос между электродом и деталью. Так как велика вероятность образования локального плавления и образования легкоплавких эвтектик (цинка с медью). При проявлении этого феномена резко возрастает скорость массопереноса. После выключения тока и снятия сварочного усилия локальные связи разрушаются от действия упругих сил, накопленных при деформации микровыступов, а также от распорного эффекта. При подъеме электрода на нем остаются частицы цинка перешедшего в результате диффузии, а на поверхности детали остаются частицы электродного металла. Очень важно подобрать именно то время сварочного импульса, которое обеспечит удовлетворительный диаметр литого ядра. Даже небольшое превышение необходимого времени сварки значительно увеличит количество частиц цинка на поверхности электрода. [3, 241] На рисунках 4,5 показаны фотографии поверхности электрода после сварочного цикла с превышенным временем сварки.

Рис.3. Поверхность электрода после цикла сварки, в котором время было превышено

Рис.4. Поверхность электрода после цикла сварки, в котором время было превышено

Таким образом, можно сделать следующие выводы о сварке оцинкованных сталей: 1. Применение модификаций тока в начале сварочного цикла положительно сказывается на сварочном соединении, так как значительно улучшает процесс формирования литого ядра. При этом и рампа и предварительный импульс тока оказывают примерно одинаковое воздействие на ядро и цинковое покрытие.

2. Мягкие режимы предпочтительны при сварке оцинкованных сталей, так как они обеспечивают полноценное формирование сварочной точки и более глубокое проплавление контактных поверхностей.

3. Чрезмерное завышение времени сварки значительно увеличивает скорость массопереноса между электродом и деталью.

1. C.T. Lane, C.D. Sorensen, G.B. Hunter, S.A. Gedeon, T.W. Edgar — Cinematography of resistance spot welding of galvanized steel sheet // Welding Journal — 2008. — № 63- С.123-132.

2. Б.Д. Орлов — Технология и оборудование контактной сварки — 1986. — С. 54-70.

3. S.A. Gedeon, T.W. Edgar — Resistance spot welding of galvanized steel: part II. Mechanisms of spot weld nugget formation.// Welding Journal — 2011. — № 77- С.233-250.