Объемная пластическая деформация при точечной сварке

При точечной сварке вследствие неравномерного нагрева образуется зона металла с различным сопротивлением пластической деформации. Тепловое расширение происходит в стесненных условиях и сопровождается возникновением неравномерного распределения внутренних напряжений, которые в сочетании с постоянно действующим внешним усилием сжатия FCB вызывают необратимые объемные пластические деформации.

Упрощенная качественная модель напряжений, сил и деформации в стадии нагрева представлена на рис. 2.16. Обл>емно-напряженное состояние зоны сварки характеризуется сжимающими радиальными о,., окружными о0 и осевыми о. напряжениями (последние суммируются с о.и о0), а также деформациями ег, е0, ?..

Наибольшие значения о. отмечаются вблизи оси z, гае напряженное состояние близко к всестороннему сжатию. Наименьшее значение о. и соответственно минимальное сопротивление металла пластическим деформациям о, — на периферии контактов и особенно на границе контакта деталь—деталь.

Характер пластической деформации при точечной сварке

Рис. 2.16. Характер пластической деформации при точечной сварке

Это объясняется наличием зазора между деталями, поэтому деформируемый металл здесь встречает наименьшее сопротивление и «течет» в направлении оси г. Наибольшая степень пластической деформации (ег, е0, ?.) отмечается в области пояска (z = 0). На рис. 2.16 приведено распределение е. и

гг (сечение И—II), из которого видно, что по оси z происходит деформация

укорочения, а по оси г — деформация удлинения.

Например, при точечной сварке двух деталей из алюминиевых сплавов толщиной 2 + 2 мм . Вблизи поверхностей деталей ?п ?в и е.практически равны нулю.

Тепловое расширение металла в области контакта деталь-деталь — основная причина образования зазора, в который происходит пластическое вытеснение части нагретого металла.

До расплавления снижение сопротивления металла пластическим деформациям Од и избыток металла за счет дилатометрического эффекта (теплового расширения металла) компенсируются небольшим раздвиганием электродов, а также вытеснением части металла в зазор, что обеспечивает во внутреннем контакте рельеф, ограничивающий растекание сварочного тока.

При расплавлении в замкнутом объеме резко увеличивается объем металла ядра, возбуждаются электромагнитные силы (последние составляют ~ 5% Fc„); в результате возникает гидростатическое давление ря, определяемое общим балансом напряжений в зоне сварки. Продолжающееся тепловое расширение и общее снижение ол по-прежнему компенсируются раздвиганием электродов и дальнейшим вытеснением в зазор деформируемого металла. Это способствует образованию не только пояска, ограничивающего растекание сварочного тока, но и герметизации литого ядра, предохраняя металл от выплеска и контакта с атмосферой. Сварочное усилие FCK на стадии плавления должно быть наибольшим, так как оно обеспечивает устойчивость процесса против образования выплеска. Сварочное усилие должно возрастать при увеличении ад металла — при жестких режимах сварки или при сварке высокопрочных, твердых металлов, например жаропрочных сплавов. Оно может быть уменьшено путем предварительного подогрева деталей.

Внутренняя граница металла пояска имеет температуру, близкую к температуре плавления, и следовательно, низкое значение ал, температура внешней границы намного ниже и соответственно ол больше. Металл пояска находится в объемно-напряженном состоянии, при этом сжимающие напряжения о.„ и сила F„ стремятся увеличить зазор между деталями.

Рассмотренный характер объемной деформации приконтактной области I—I (рис. 2.16) деталей вызывает «оседание» верхних слоев металла и образование вмятины от электрода на поверхности. Скорость этого оседания и размеры вмятины резко возрастают при образовании внутреннего выплеска.

При нагреве до плавления целой пластины (рис. 2.17, а) или при сварке двух деталей с автономным обжатием периферии соединения (с помощью втулки с отдельным приводом, «надетой» на электрод) сопротивление деформации в радиальном направлении весьма велико. Поэтому пластическая деформация проявляется в образовании рельефа на поверхности деталей — в области с наименьшим сопротивлением деформации, сопровождающегося более интенсивным раздвиганием электродов и уменьшением размеров вмятины на поверхностях деталей.

Направление пластической деформации

Рис. 2.17. Направление пластической деформации: а — нагрев целой пластины; б — шовная сварка герметичных швов: / — зона пластической деформации; 2 — расплавленный металл

Обычная схема сварки предполагает наличие некоторого динамического равновесия между величиной Fm и средним сопротивлением пластической деформации зоны сварки, а также количеством вытесненного металла в зазор между деталями. Нарушение равновесия приводит или к быстрому росту уплотняющего пояска, снижению плотности тока и замедлению роста литого ядра — устойчивый процесс сварки, или, наоборот, к быстрому росту литого ядра, увеличению давления Ря, замедлению роста пояска, разгерметизации расплавленной зоны и выплеску.

Приближенно объективным критерием оценки устойчивости процесса к выплеску может служить общая степень пластической деформации ро, которая определяется отношением смещенного объема Ксм к деформируемому объему металла Уд:

Деформируемый объем представляется условно в виде цилиндра с основанием d„, и тогда . В свою очередь

где V, — объем вытесненного металла при вдавливании электрода; V, — изменение объема цилиндра вследствие нагрева.

Так, например, для алюминиевых сплавов г0 = 12-5%, К, ~ VT. Отмечается определенное постоянство е0 , что объясняется необходимостью перемещения заданных объемов металла в зазор для образования уплотняющего пояска и компенсации теплового расширения.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >