В. К. Лебедев и 10. Д. Яворский [31] | выбрали систему критериев подобий! объединяющих параметры электромагнитных, тепловых и механических процессов при точечной контактной сварке I и получили соотношения между параметрами режима сварки и геометрически подобными размерами деталей. Они показали, что в условиях контактной! сварки подобие процессов осуществляется лишь приблизительно. Исследование тепловых процессов при точечной контактной сварке и разработка методов их расчета выполнялись в ряде paбот различных авторов. Наиболее интересным для практики в таких расчетах является оценка размеров литого ядра (рис. 2.10). Последнее требует достаточно точных представлений относительно тепловыделений этой зоне, которые связаны законами Джоуля — Ленца с напряженностью электрического поля и проводимостью; среды. В свою очередь, напряженности электрического поля для рассматривавмого на рис. 2.10 случая зависит:
1) от геометрических размеров электродов и толщины свариваемых пластин (характеристики известные);
2) от напряжения, приложенного к электродам (легко поддается измерению);
3) от электрических сопротивлений в зонах контакта электрод — деталь и деталь — электрод (трудно поддаются измерению, меняются в процессе сварки в зависимости от усилия Р на электродах, температуры в зонах контакта и др.);
4) от проводимости металла изделия (зависит от температуры).
Если даже пренебречь влиянием изменения магнитного поля, то временная задача электростатики, решение которой зависит от неизвестного нестационарного температурного поля, получается достаточно сложной. Эта сложность усугубляется тем, что электрическая задача должна решаться совместно с соответствующей тепловой задачей. Указанное обстоятельство является причиной использования различных приближенных подходов описания тепловыделений в известных работах [1, 88].
Развитие вычислительной техники позволяет в настоящее время дать более глубокую формулировку этой задачи. Для случая, представленного на рис. 2.10, задача может быть сформулирована следующими положениями.
Электрическая задача. Принимается допущение о наличии симметрии в плоскости z=0 и оси г=0. Проводимость металла изделия, контактное сопротивление на единицу площади между деталями, сопротивление на единицу площади в зоне контакта между электродом и деталью принимаются зависящими от температуры.
Тепловыделение. В рассматриваемой задаче тепловыделение можно разделить па два вида: объемное W в единице объема в единицу времени, следующее закону Джоуля — Ленца, и поверхностное — в золах контакта.
Между свариваемыми деталями интенсивность тепловыделений па единицу площади и в единицу времени равна q1, а между электродом и деталью q2. Однако в деталь идет только часть
теплоты q2, а остальная часть q2—q отводится в электрод. Принимается, что вдоль электрода температура распределена по линейному закону и что температура в верхней части вылета известна.
Температурное поле. Тепловыделние определяется на основе сформулированных выше положений. Теплообмен
Рис. 2.10. Схема контактной точечной сварки топких пластин с окружающей средой на поверхности принимается по закону Ньютона. Учитывается теплота кристаллизации, выделяющаяся в интервале температур солидуса Те и ликвидуса Та данного сплава.
Совместное решение описанной выше задачи возможно только численными методами на ЭВМ. Достаточно удобным для этих целей является применение метода конечных разностей. Алгоритм решения данной задачи изложен в работе [40].
Процесс нагрева металла при шовностыковой сварке труб током промышленной и повышенной частоты исследовал Б. Д. Жуковский [19], показавший на основе расчетов распределения температуры пути выбора основных параметров процесса — частоты тока, скорости подачи и расстояния между электродами трубосварочного стана. Процесс нагрева при сварке труб токами радиочастоты рассматривался в работах 10. II. Скачко [85] и других, в которых
на основе тепловых расчетов построена система определения параметров режима сварки.
Нагрев при сварке трением, ультразвуковыми колебаниями и специальными нагревательными элементами. Энергетические соотношения при нагреве стержней трением торцов, основанные на измерениях расходуемой механической мощности, и распределения температуры, исследовали авторы работ [6, 21, 74]. Характерно для сварки трением то, что мощность трения в начальный период возрастает, достигает максимума, а затем несколько снижается, стремясь к установившемуся значению. Расчетную схему для оценки нагрева стержней при сварке трением разработал Н. Н. Рыкал пи [74]. Для случаев, когда изменение мощности источника нагрева можно аппроксимировать экспонентой, получены расчетные зависимости в замкнутой форме.
Тепловые процессы при точечной сварке листов — пластмассовых пластинок ультразвуковыми колебаниями рассматривались в работе [84] и некоторых других. Однако степень изученности здесь еще невелика. Авторы работы [84] сопоставили измеренные термические циклы с развитием местных пластических деформаций и показали роль поверхностного трения между деталями и под наконечником инструмента в механизме образования соединения. Определенные соображения о распределении выделяемой теплоты в зоне озвучивания приведены в [3]. Ультразвуковая сварка находит широкое применение при изготовлении различных изделий из пластмасс, а также органических соединений (например, в медицине), поэтому изучение тепловых процессов здесь представляется перспективным. При сварке пластмассовых изделий с невысокой температурой плавления достаточно широкое применение находят специальные электронагреватели, помещаемые между свариваемыми кромками (торцами) и удаляемые после достаточного нагрева этих кромок передих осадкой.

Pages: 1 2 3 4 5 6 7 8