Основные источники теплоты при контактной сварке на переменном и постоянном токах

Влияние состояния поверхностей свариваемых деталей на процессы сварки давлением

Наличие оксидной пленки и загрязнений на поверхностях, подлежащих сварке, оказывает большое влияние на процесс соединения металлов и качество соединений. Особенно сильно это влияние проявляется при способах сварки давлением, осуществляемых при комнатной или невысокой температуре.

При сварке плавлением большинства металлов и сплавов оксидные пленки не играют существенной роли в связи с нагревом зоны сварки до температур, значительно превышающих Т _пл. Для соединения металлов в твердой фазе оксидные пленки представляют собой одно из самых больших препятствий.

Тонкий слой масел, парафинов и жирных кислот, удерживающийся на поверхности металла адсорбционными силами, имеет свойства, абсолютно отличающиеся от свойств того же вещества, не связанного с металлической поверхностью. Вещество тонкого граничного слоя приобретает упругость твердого тела. Для подтверждения этого положения можно привести такой пример. К двум плоским дискам, имеющим на своих поверхностях масляные слои, прикладывали сжимающее усилие. С увеличением усилия сжатия толщина масляного слоя между дисками уменьшалась. После достижения некоторой минимальной толщины слоя дальнейшее вытеснение масла практически стало невозможным. Поэтому перед сваркой давлением, особенно без подогрева, требуется тщательное обезжиривание поверхностей свариваемых деталей.

Нагрев и плавление металла в зоне соединения происходят за счёт выделения теплоты на электрических сопротивлениях при прохождении через них электрического тока. Полное количество теплоты, генерируемое между электродами при протекании переменного тока длительностью τ _св, определяется законом Джоуля-Ленца:

τ_св

Q_{ээ дж} = ∫ i ²_св(τ _св)× r _ээ(τ _св)× dτ, (2.1)

где i _св(τ _св) - мгновенные значения сварочного тока, обычно изменяющиеся в процессе протекания тока; r _ээ(τ _св) - сумма сопротивлений участка электрод-электрод в моменты времени τ ≤ τ _св.

Величина сопрот-я r _ээ и его распред-е в зоне св-ки существенно влияют на условия нагрева и температурное поле.

При стыковой сварке теплота выдел-ся в контакте между торцами св-х стержней за счёт контактного сопрот-я r _дд и в самих стержнях с собств-м сопрот-м r _д. Контактными сопрот-ми r _эд между электродами и св-ми стержнями можно пренебречь, так как они относит-но малы и выделенная на них при протекании переменного тока теплота практически не сказ-ся на нагреве зоны сварки. Для стыковой сварки формула (2.1) принимает вид:

τ _св

Q_{ээ дж} = ∫ [ r _дд(τ _св)+2 r _д(τ _св)]× i ²_св(τ _св)× dτ (2.2)

При точечной сварке двух деталей (рис. 2.2, б):

τ _св

Q_{ээ дж} = ∫ [ r _дд(τ _св)+2 r _д(τ _св)+2 r _эд(τ _св)]× i ²_св(τ _св)× dτ, (2.3)

При контактной сварке на пост-м токе проявл-ся и имеют практическое значение полярные явления Пельтье и Томсона. Суть этих явлений сост-т в след-м. Ср-я энергия электронов в каждом металле отлич-ся по величине. Изменение ее при нагреве металлов также неодинаково и зависит от кол-ва в них примесей. Резко отлич-ся энергии носителей тока в тв-м и распл-м сост-х. Если направление тока таково, что электроны движ-ся через контакт из металла, в кот-м их ср-я энергия больше, то в контакте они передают избыток своей энергии кристаллам металла, в кот-м эта энергия меньше. Явлением Пельтье наз-ся выделение или поглощение теплоты, избыт-й над джоулевой, которое происходит в контакте разнородных проводников или полупроводников при прохождении постоянного тока. Теплота Пельтье определяется по ф-ле:

Q_п = ± k _п I _cв τ _св, (2.4)

где k п - коэффициент Пельтье; I _cв - величина постоянного сварочного тока; τ _св - время протекания сварочного тока.

Явлением Томсонаназывается выделение или поглощение теплоты, избыточной над джоулевой, при прохождении постоянного тока по неравномерно нагретому проводнику или полупроводнику. Теплота Томсона определяется по формуле

Q_т = ± k _т (t ₂ - t ₁) I _cв τ _св, (2.5)

где k _т- коэффициент Томсона; (t ₂ - t ₁) - разница температур.

Дата добавления: 2015-07-02