Необходимо определить:

время (длительности импульса) сварки (t_св),

усилия сжатия свариваемых деталей (F_св),

сварочный ток (I_св).

Исходными данными для определения режима сварки служат:

а) толщина каждой из деталей (сочетание толщин в свариваемом пакете);

б) механические и теплофизические свойства свариваемых материалов,

в) чувствительность металла к воздействию термомеханического цикла при нагреве, плавлении и кристаллизации литого ядра и околошовной зоны.

При ТКС в зависимости от наименьшей толщины свариваемых деталей выбирается согласно ГОСТ 15878-79 минимально-допустимый диаметр литого ядра (d), ширина нахлестки (В) и минимальный шаг между точками (t_ш). Для легких сплавов принимается диаметр контакта "электрод - деталь" равным d_эд = 1,25·d_{я ном}, а для остальных сплавов d_эд= d_{я ном}.

Ориентировочные режимы для сварки деталей из стали 12Х18Н10Т толщиной 0,8 мм. приведены в методических указаниях:

Диаметр литого ядра точки d_я = 4 мм

Минимальная ширина нахлёстки b = 14 мм

Шаг между точками t_ш = 15 мм

Диаметр рабочей части электрода d_э = 5мм

Сварочное усилие сжатия F_св =4,4 кН

Сварочный ток I_св =8 кА

Время сварки (длительность импульса) t_св = 0,112 с

d_эд= d_{я ном}. При этом d_{я ном} для всех материалов находится из следующей зависимости:

d_{я ном.} = 2,5·s +3, мм;

d_{я ном.} =2,5*0,8+3=5, d_эд = d_{я ном}= 5

При ТКС продолжительность импульса сварочного тока и сила сжатия деталей могут рассчитываться по следующим эмпирическим зависимостям:

t_св = k_t·s=0,112с,

F_св = k_f ·s= 4400Н

где k_{t -} коэффициент, зависящий от сопротивления пластической деформации свариваемого сплава, с/м (см. таблицу 1, где большие значения берутся при сварке на более мягких режимах);

s - наименьшая толщина свариваемой детали, м;

k_{f -} коэффициент, зависящий от механических свойств сплава, Н/м (см. таблицу 1, где большие значения берутся при сварке на более жестких режимах).

Расчетным путем определяют действующее значение сварочного тока по закону Джоуля-Ленца.

I_СВ = [Q_ЭЭ/ (m·R_ЭЭ·t_СВ)] ^0,5

Общее количество теплоты, выделяющейся в процессе сварки, между электродами рассчитывается из уравнения теплового баланса:

Q_ээ = Q₁ + Q₂ + Q₃

где: Q₁ - Энергия, затрачиваемая на нагрев до ДТ_пл столбика металла высотой 2s и диаметром основания d, Дж;

Q₂ - теплота, расходуемая на нагрев металла в виде кольца шириной х₂, окружающего ядро; среднюю температуру кольца принимают равной 0,25ДТ_пл, достигаемой на его внутренней поверхности в контакте деталей;

Q₃ - потери теплоты в электроды, которые учитываются нагревом условного цилиндра в электродах высотой х₃ до средней.

Энергия Q₁ может быть рассчитана по формуле:

= 0,785 * 2 * s * d² * c * *

где: c* - удельная теплоемкость свариваемого материала.

С учетом того, что для стали 12Х18Н10Т:

с =563; г = 7900.

=0,785*2*0,8*10^-3м *25*10^-3*563*79001440=201,10 Дж

Энергия Q₂ равна:

=*2*s*** (d+) *c**0,25

где:

k_{1 -} коэффициент, близкий к 0.8, учитывает неравномерность нагрева кольца вокруг расплавленного металла.

Ширина кольца X₂=4* (a*t_св) ^1/2

где: a - коэффициент температуропроводности материала.

a = 4,11*10^-6м², тогда

X₂=4* (a*t_св) ^1/2=4* (4,11*10^-6м²/с*0,112с) ^1/2=1,98*10^-3м

Тогда:

=*2*s*** (d+) *c**0,25*= 0,8*2*0,8*

10^-3*3,14*1,98*м* (5+1,98) *м*563*7900*0,25*

1440=889,40Дж.

Потери теплоты в электроды Q₃ можно вычислить по следующей формуле:

=2***0,785****0,125*

где: - коэффициент, учитывающий форму электрода;

* - удельная теплоемкость сплава, из которого изготовлены электроды.

В качестве электрода для машин ТКС необходимо использовать бронзу БрХЦр 0,3-0,09, (см. таблицу 4.) так как она безопасна с экологической точки зрения, и позволяет обеспечить необходимую стойкость электродов.

Высота условного цилиндра: X₃=4* (a_m*t_св) ^1/2

где: a_m - коэффициент температуропроводности электродного материала. Так как для сплава БрНБТ, a_m = 60*10^-6м², то

X₃=4* (a_m*t_св) ^1/2=4* (60*10^-6м²*0,06с) ^1/2=2,8 м

Тогда с учетом, что для бронзы БрНБТ =350; =8830, а для электрода со сферической рабочей поверхностью составляет 2, потери теплоты будут равны:

=2***0,785****0,125*

=2*2*2,8*

* 10^-3м*0,785*25**350* 8830*0,125*1440=122,77Дж

В итоге, полное количество теплоты Q_ээ выделяющейся между электродами за время сварки, будет равна:

Q_ээ = Q₁ + Q₂ + Q₃ =314,2+113,15+73,04=1212,77Дж

Тогда сила сварочного тока будет равна:

=8 кА

Удельные электросопротивления могут быть вычислены по следующим формулам:

с₁ = с_о· [1+б· (ДT₁)]; с₂ = с_о [1+ б· (ДT₂)]

где: p₀ - удельное электросопротивление материала при 20⁰С

б - температурный коэффициент электросопротивления свариваемого сплава при 20^оС

ДT₁, ДT₂ - температурные интервалы нагрева металла от комнатной температуры до температуры T₁ и до температуры T_пл соответственно.

ДT₁ = T_{1 -} T_комн = 1420 - 20 = 1400°С

ДT₂ = T_{пл -} T_комн = 1460 - 20 = 1440°С

Удельное сопротивления будут соответственно равны:

с₁ = с_о [1+б· (ДT₁)] =0,7250*10^-6Омм [1+ (0,0011400°С)] = 1,728*10^-6Омм

с₂ = с_о [1+ б· (ДT₂)] = 0,7250*10^-6Омм[1+ (0.0011440°С)] = 1,769*10^-6Омм

(с₁ + с₂₎ = 3,488*10^-6Ом;

R_ээ= 2·r_дк = A·k_p·s· (с₁+ с₂) / (0,785·d²_эд).

R_ээ - общее электрическое сопротивление свариваемых деталей при ТКС к концу процесса нагрева при допущении, что контактные электросопротивления "электрод-деталь" и "деталь-деталь" равны нулю r_к =0; r_дд =0;

r_дк - собственное электросопротивление одной из свариваемой детали к концу процесса нагрева (случай горячего контакта), мкОм;

A - коэффициент растекания тока, учитывающий снижения плотности тока в зоне формирования литого ядра сварной точки. А= f (d_эд/s) находим по графику рис.1.9 стр. 17 [1]. Обычно для ТКС деталей равной толщины, когда толщина детали находится в пределах 0,8…3 мм, значение коэффициента "А" составляет 0,80…0,95 (см. рис.2 приложения "Методических указаний").

k_p - коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева деталей: для сталей k_p= 0,85, для легких сплавов k_p= 0,9.

В результате общее сопротивление между электродами R_ээ будет равно:

R_ээ= (0,8 * 0,85 *0,8*10^-3 * 3,488*10^-6) / (0,785 * 25*10^-6) = 0,0963*10^-6Ом.

5. Выбор сварочной машины для точечной контактной сварки

1. Марка свариваемого материала - сталь 12Х18Н10Т.

2. Толщина свариваемых деталей - 0,8 мм +1,6мм.

3. Номинальный диаметр литого ядра - 4мм.

4. Диаметр контактной поверхности электрода - 5 мм.

5. Длительность импульса сварочного тока 0,112 с.

6. Расчетная сила действующего значения сварочного тока - I = 8 кА.

7. Габариты свариваемого изделия: лист D x L = 1500 х 1500 мм.

8. Габариты ВК сварочной машины - произведение вылета на раствор: LxH = 1500 х 35 мм.

9. Выбор прототипа сварочной машины - МТВР4801. Технические характеристики указаны в таблице № 5.1.

Технологический процесс - часть производственного процесса, в результате осуществления которого изменяются форма, размеры, внешний вид, состояние поверхности и свойства материалов свариваемых деталей.

Разработку технологического процесса начинают еще на стадиях проектирования новой конструкции созданием директивной технологии, а затем рабочего технологического процесса (маршрутной технологии и операционных карт).

Типовой технологический процесс производства сварных узлов состоит из ряда основных операций в определенной последовательности: изготовление деталей, подготовка свариваемых поверхностей, сборка, прихватка, сварка, правка и механическая обработка, антикоррозионная защита, контроль. Этот процесс корректируют в зависимости от масштаба производства, степени взаимозаменяемости деталей, материала, размеров, формы и ответственности узлов, а также особенностей производства: исключают, добавляют или меняют последовательность операций. После каждой операции необходимо производить контроль.

Качество и трудоемкость сборки зависят от точности изготовления, деталей, степени их взаимозаменяемости, а также механизации процесса. Сборку выполняют по разметке, в приспособлении.

Контроль сварных соединений заключается в качественной или количественной оценке основных признаков, характеризующих их работоспособность. Контроль осуществляют с разрушением и без разрушений.

Существующий уровень технологии и сварочного оборудования не может гарантировать полное отсутствие дефектов в сварных соединениях. Их возникновение связано с воздействием на процесс сварки различного рода случайных возмущений, которые обычно разделяют на возмущения от производственных отклонений технологических факторов (величины сборочных зазоров, размер рабочей поверхности электродов, показатели качества подготовки поверхности деталей, отсутствие надежного закрепления деталей в зажимах стыковой машины) и на возмущение от произвольных колебаний электрических и механических параметров сварочного оборудования в процессе сварки. Для предупреждения образования дефектов и их своевременного обнаружения организуют контроль всех звеньев производства сварных деталей, начиная со стадии проектирования сварной конструкции, затем сопутствующих сварке операций, собственно процесса сварки, и готовых сборочных единиц, а также проводят паспортизацию оборудования и аттестацию наладчиков и сварщиков.

Контроль с разрушением проводят путем испытания технологических образцов (образцов-свидетелей) и выбранных испытаний сварных конструкций. Технологические образцы должны соответствовать свариваемым деталям по марке металла, состоянию поверхности, сочетанию толщин, шагу сварных точек.

Неразрушающий контроль - наиболее перспективный при дефектно скопии сварных соединений. При контроле без разрушения применяют в первую очередь следующие методы физического контроля: радиационный, электромагнитный и ультразвуковой.

6.1 Директивный техпроцесс изготовления изделия