Пластическая деформация металла при стыковой сварке

Роль пластической деформации заключается:

  • • в формировании электрических контактов (первый этап);
  • • в удалении оксидов из зоны соединения (преимущественно второй этап);
  • • в создании условий для образования металлических связей в стыке (второй этап цикла).

Деформация обеспечивается приводом сварочной машины, создающим необходимое усилие сжатия.

Начальный электрический контакт образуется при давлении:

  • • сварка сопротивлением — 5-10 МПа;
  • • сварка оплавлением — порядка 0,001 МПа.

Такого давления достаточно для микропластической деформации рельефа торцевой поверхности деталей. Сравнительно небольшое давление обусловливает высокие контактные сопротивления. Таким образом, низкое начальное давление обеспечивает локализацию тепловыделения и быстрый нагрев металла в необходимой области соединения — по торцам свариваемых заготовок.

Для образования металлических связей, удаления оксидов требуется объемная пластическая (сдвиговая) деформация торцов деталей, которая обеспечивает интенсивное вытеснение нагретых слоев металла приконтактной зоны вместе с оксидами области контакта.

При сварке оплавлением удаление оксидов значительно затрудняется при образовании глубоких кратеров, поэтому степень объемной пластической деформации, а следовательно, и усилие осадки необходимо увеличивать.

Стыковая сварка в большинстве случаев реализуется по свободной схеме объемной деформации, при которой нет какого-либо внешнего ограничения на перемещение слоев металла вдоль оси z (рис. 3.11, а).

В центре торца в точке А имеет место всестороннее неравномерное сжатие (действуют сжимающие напряжения, осевые ох, радиальные сг и окружные а0). Напряжения ах и а,, формируют преимущественно деформации, действующие в плоскости стыка соединяемых деталей. В точке В, в плоскости стыка ближе к периферии контакта, действуют напряжения двустороннего сжатия ах и ar, а напряжения а0 меняют знак и становятся растягивающими. В точке Б на периферии стыка действует двустороннее сжатие (ах и аг) с растяжением (о0).

Неблагоприятный термодеформационный цикл может вызвать чрезмерное увеличение радиальных аг и окружных а0 напряжений, вследствие чего последует раскрытие зазора, расслоение и искривление волокон металла, а также образование продольных трещин в процессе охлаждения и усадки металла.

Деформация металла при осадке

Рис. 3.11. Деформация металла при осадке: а — схема свободной деформации; б — схема принудительной деформации (/ — свариваемые детали;

2 — формирующие зажимы); в — начальный момент осадки

Характеристикой объемной пластической деформации может служить отношение конечной площади сечения торцов к начальной площади (до сварки)

При мягких режимах сварки снижается градиент температур dT/dx, увеличивается протяженность околошовной зоны и кпл соответственно растет. При жестких режимах градиент температур dT/dx существенно больше, око- лошовная зона локализована вблизи стыка, поэтому кт меньше, так как деформируется относительно короткий участок свариваемых деталей.

При сварке сопротивлением максимальное значение кпл не должно превышать 4, дальнейшее увеличение кпл приводит к нарушению монолитности металла зоны сварки. Такая степень деформации в некоторых случаях полного удаления оксидов может не обеспечивать. Для полного вытеснения оксидов, активизации поверхности и образования металлических связей необходимо увеличение степени всестороннего сжатия, что может быть достигнуто посредством схемы принудительного формирования стыка в специальных зажимах 2 (рис. 3.11, б), между которыми локализуется деформация, в результате чего возможно существенное увеличение напряжений аг и а0 в точке Б (рис. 3.11, а).

При сварке оплавлением качественное соединение с полным удалением оксидов получают при кпл < 2, что связано с наличием жидкого металла в стыке и возможностью сварки на относительно жестких режимах. Величину деформации при стыковой сварке оценивают по укорочению деталей Дос в процессе осадки. При стыковой сварке оплавлением деформация обычно определяется не только величиной Дос, но и в значительной степени давлением Рос, а также скоростью осадки о^. Величина Д^ должна быть достаточной для полного закрытия зазора Д3, вытеснения окисленного и расплавленного металла (25ж), а также для обеспечения достаточной пластической деформации металла, в частности в целях устранения рельефа поверхности (кратеров 2Дкр) (рис. 3.11, в). Значение Дос определяется главным образом рельефом поверхности торцов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >