Контактную сварку сопровождают мощные физические явле­ния, эффекты, существенно влияющие на конечный результат сварки (тепловыделение, установочную мощность, качество со­единения), к которым относятся термоэлектрические эффекты, шунтирование тока, поверхностный и электродинамический эф­фекты, эффекты переходных электрических процессов. Если их не учитывать, то так или иначе тепловыделение в зоне сварки может в 10 раз отличаться от расчетного. Эти эффекты характерны толь­ко для контактной сварки и не учитываются при всех видах дуго­вой сварки плавлением.

2.1. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ

Строго говоря, тепловыделение при контактной сварке подчи­няется закону Джоуля—Ленца и двум термоэлектрическим эффек­там: эффекту Пельтье и эффекту Томсона (см. подразд. 1.3, 1.4)

Q - бдж + Qn + Оті

ГДЄ — С? э-э ^св. ср-^cB. cp^cBJ Qt = ^П-^cp^cBs 0r = KjA где Кп

и Кт — коэффициенты Пельтье и Томсона соответственно; АТ — перепад температур по толщине детали.

При контактной сварке металлов на переменном токе сумма теплоты Пельтье и Томсона не превышает 2 % теплоты Джоуля и ими можно пренебречь. Однако при сварке окисленными медны­ми электродами А"п и А'т возрастают в десятки раз. В этом случае оксид меди — полупроводник с большими значениями А'п и А'т, и при сварке на постоянном токе или на ассиметрично работаю­щих тиристорах (игнитронах) на положительном электроде де­таль перегревается за счет электротермических эффектов. Возни­кает мощный выплеск металла или смещение ядра сварной точки от стыка в сторону плюсового электрода.

Таким образом, термоэлектрические эффекты всегда необхо­димо учитывать, так как большие значения £)п и QT служат сиг­налом к замене тиристоров (игнитронов), и к необходимости за­чистки или замены электродов.

б

Рис. 2.1. Шунтирование расчетного тока /р: а — при двухсторонней точечной сварке; б — при односторонней точечной сварке; в — при шовной сварке; г — при стыковой сварке замкнутых дета­лей диаметром d; [а — сварочный ток; 1Ш — ток шунтирования

нем подводе тока к деталям (см. рис. 2.1, в) и? = 5dT /ш = ICBdT: :(5dT) = 0,2/св. При одностороннем подводе тока (рис. 2.1, 6) и постановке одновременно двух точек на детали равной толщины ток шунтирования возрастает в 2 раза по сравнению с двухсто­ронним подводом тока. В этом случае ток шунтирования через верхний лист значительно снижается, если сварка ведется на то­коведущей опоре или на так называемых контрэлектродах. Такой способ широко используют для сварки деталей из низкоуглероди­стых сталей толщиной до 1,3 мм. При сварке деталей большей толщины применяют пистолетную схему, при которой при двух­стороннем токоподводе сваривается одна точка. По такой схеме полностью предотвращаются токи шунтирования через верхний лист. Токи шунтирования существенно изменяются в зависимости от сочетания деталей разной толщины и их расположения отно­сительно сварочного трансформатора. Если тонкая деталь нахо­дится со стороны трансформатора, токи шунтирования снижают­ся, и наоборот.

Шунтирование при шовной сварке обусловлено тем, что шов­ная сварка — это точечная сварка при малом шаге между точками, а значит, токи шунтирования должны быть повышенными; однако если учесть, что ранее сваренные точки еще раскаленные, то эф­фект шунтирования остается на уровне точечной сварки (рис. 2.1, в). При этом необходимо также учитывать увеличение подвижного сопротивления в контакте между токоведущими роликами и дета­лью, которое, в зависимости от скорости сварки, может быть в 2 — 5 раз больше стационарного (неподвижного) контакта. Поэто­му во избежание увеличения шунтирования скорость роликовой сварки ограничивают до 2 м/мин.

Шунтирование по покрытиям обычно более интенсивное, чем при сварке без покрытий и происходит в местах касания сварива­емых деталей вокруг сварной точки или шва вследствие малого контактного омического сопротивления и малого сопротивления пластической деформации по легкоплавким покрытиям (Zn, Pb, Cd, Sn), что при обычных режимах приводит к непроварам, по­этому заранее предусматривают следующие приемы по уменьше­нию шунтирования: шаг между точками увеличивают до величины (8... 10)d); удаляют контактные поверхности деталей друг от друга на расстояние 0,2 мм, создавая по месту сварки рельефы на кон­тактной поверхности одной из деталей. Такие приемы применяют при сварке деталей толщиной 0,8...2 мм, при необходимости по­высить стойкость электродов, например при сварке оцинкован­ных деталей, и когда невозможно увеличить шаг между точками более чем на 20 мм.

Шунтирование при стыковой сварке стержневых деталей от­сутствует, При стыковой сварке замкнутых деталей (например, ко­лец, ободьев колес, звеньев цепей, бандажей, фланцев, обечаек)

: шунтирования могут достигать сварочных (рис. 2.1, г), а при :овой сварке! оплавлением даже превосходить сварочные токи, іект шунтирования при стыковой сварке можно оценить из тейшего соотношения

1 1Ш = 2 KJlQJ{nd),

— вылет корцов детали из токоведущих губок, мм; d — диа - ■ окружності детали, мм; К. — коэффициент изменения со - ивления в стыке деталей при их оплавлении {К - = 1 ...2,5). ля уменьшения или полного устранения тока шунтирования стыковой сварке применяют четыре приема: полное устранс- шунтироваН(ИЯ путем сварки колец из двух полуколец; уве - ние активного сопротивления шунтируемого участка путем тредварительного нагрева импульсом тока; увеличение ин - ивного сопротивления шунтируемого участка путем его ох - разъемным м агнито пр о в одо м; полное устранение шунтиро - я путем превращения детали в виде замкнутого контура во ичный сварочный контур. Первый прием применяют при сты - й сварке корабельных цепей, второй — при стыковой сварке щев; третий — колец большого диаметра и большого сече - [бандажи, оёечайки), четвертый — при стыковой сварке ко - із цветных Металлов и ободьев колес.

Іунтированйе по приспособлениям — самое неожиданное, а му коварное явление контактной сварки, которое возникает і ошибок прй проектировании приспособления для контакт - сварки, коц(а не учитывают возможность утечки сварочного через сбороічно-сварочньїе приспособления. Характерными

путями шунтирования тока являются следующие: электрод 7 -> -> первая деталь 2 -» приспособление 3 -» корпус машины б (за­земленный электрод 5) (рис. 2.2, а); электрод 7 приспособление 3вторая деталь "7-* первая деталь 2 -» электрод 5 (рис. 2.2, б). В первом случае необходимо было изолировать приспособление 3 от корпуса машины в точке 7, во втором случае необходимо изо­лировать приспособление 3 от электрода 5.