Общая характеристика нагрева при контактной сварке выражается формулой теплового баланса

Q. l. J = Quon + QnOT

V t

где CL, — общее количество теплоты, выделенной в зоне нагрева; Фпол — полезная теплота, расходуемая на нагрев металла в зоне сварки; Qn0T — потери теплоты в окружающий металл, электроды и атмосферу.

В определенных пределах Q„0J1 не зависит от продолжительности нагрева и определяется объемом нагретого металла V до темпера­туры Т°С при удельной теплоемкости с и плотности у:

<?пол = УсуТ.

Потери теплоты увеличиваются с увеличением продолжитель­ности нагрева, поэтому растет и общее количество теплоты Qs., (рис. 15, а). При этом неизбежно расширяется зона нагрева при высоком коэффициенте температуропроводности свариваемого ма­териала.

Среднее количество теплоты, выделяемой в единицу времени /Г1> при нагреве,

Я = Qj. ь^свш

Последнее выражение не учитывает неизбежные потери в свароч­ной машине на нагрев сварочного трансформатора и токоведущих элемен гов.

С увеличением tCB необходимая мощность уменьшается (рис. 15,6). Скорость нагрева зоны сварки до заданной температуры зависит ог установленной^'мощности (рис. 15, в). При большой мощности </, температура Тсв, необходимая для сварки, достигается за время С уменьшением мощности длительность нагрева увеличивается. При использовании недостаточной мощности q3 нагреть место сварки

до необходимой температуры невозможно. В этом случае выделяется недостаточное количество теплоты и вся она рассеивается в виде потерь.

Следовательно, мощность, необходимая для контактной сварки, не является постоянной величиной; она снижается с увеличением продолжительности нагрева, по всегда должна быть больше qmUl.

Современная тенденция в развитии контактной сварки основана на применении мощных машин, обеспечивающих снижение времени сварки, чго уменьшает потери электрической энергии, в ряде слу­чаев снижает остаточные деформации и повышает производительность.

Теплота, выделяющаяся на. участке между электродами, яв­ляется основным показателем, ее используют для приближенного расчета силы сварочного тока. Считают, что вся теплота Q3wS расходуется на нагрев металла в зоне сварки (QJ, потери вследствие теплопророччо и и окружающий металл (Q.) и элеыроды (См. т е

Qs. s=Qi+ Qi + Qs.

Для точечной сварки зону нагрева теплотой Qt до температуры плавления металла Тпл считают столбик металла высотой 26 и диа­метром основания d3 (рис. 16). Теплота Qit расходуемая на нагрев прилегающей зоны металла, представляется в виде кольца шири­ной Хг, окружающего литое ятро, близкое по диаметру к d3. Сред­нюю температуру кольца принимают равной четверти Т^.Теплота’Q3, нагревающая электроды, условно прогревает их на величину А'з до средней температуры Тэ, которую принимают равной (1/8) Тип. Для приближенного расчета Q, используют формулу

Ql = {ndi/A) {2&суТи„),

где с и у — средняя теплоемкость п плотность металла изделия.

В этом расчете допускают, чю весь объем металла, а не литое ядро, нагрет до Тцл. В более точных расчетах выделяют оїдельно зоны металла, нагретые ниже Тпл.

При расчете Q., принимают, что теплота во время сварки у сны аег распространиться на расстояние Х.1ш Значение Х2 определяется временем сварки /св и температуропроводностью а металла Хг = — 4|/лс?/(.,., где а — это отношение теплопроводности К к средней

теплоемкости с и плотности у U. = = К/(су)]. Если площадь кольца пХ2 (d_, + X.,), его высота 26 и средняя температура нагрева Т„„/4, то

Q2 = ktnX2 (d3+ Хг) ЧЬсу (Тпл!4), где kx = 0,8 учитывает неравно­мерность распределения темпера­туры по ширине кольца.

Потери теплоты в электро­дах Q3 рассчитывают по формуле

Qa = 2/г2 (ndi/4) XaPay3 (Tnn 8),

где к., — коэффициент, учитывающий форму электродов; при ци­линдрической электроде к ~ 1, при коническом к — і,5, а в слу­чае использования электродов со сферической рабочей частью к = 2; tv, н у, — средняя теплоемкость и плогносіь металла электрода; Х3 = 4 )f a,. MtCB, где аэ. ы — температуропроводность материала элек тродов.

Силу сварочного і ока (действующее значение) рассчитывают по формуле закона Джоуля—Ленца:

/с S1 -- Qj. ЛК. с^д. ьоиб I’) >

где К. с — коэффициент, учитывающий изменение сопротивления во время сварки; для низкоуглеродистых н низколегированных ста­лей К. с — I -5-1,1; Для алюминиевых сплавов К. с = 1,2 -4-1,4; для коррозионно-стойких, жаропрочных сталей и титана /<г„,с = == 1,1 -4-1,2; /Св — время сварки, которое выбирают по эмпирическим формулам или таблицам рекомендованных режимов.

Пример. Определить силу спарочшло тока при свирке листовой низкоуглеродн - сгой стали толщиной (0,002 ф - 0,002) м. Продолжительность протекании сварочного тока /св = 0,4 с; электроды с конической рабочей частью и плоским контактом диамеїром da — 0,007 м; усилие на электродах при сварке />„ — 350 даІІ.

Теплофизическне свойства стали (см. табл. 1): рй = 0,13 мкОм-м, средняя теплоемкость cct = 0,67 кДж/(кг-°С); уст = 7830 кг/ы3; 1ил= 1530 °С; ас1 = = 7,1 • 10“ ® м2/с.

Геплофнзнчсские свойства электродного материала: средняя теплоемкость Са. ч = 0,45 кДж/(кт-~С); V.,. м = 8900 кг/м11; оя. ы = 8,90- 10~ьм7с.

Сопротивление места сварки в конце нагрева 2Rn. „он рассчитывается ври ус­ловии <1Л = dfj — dK. ЬОц

2/?л. кои = IИч/г,,б7(лс/Г<- он 4)] (р, - f - р2) =

= [0,85-0,85-0,002/(3,14-0,00774)] (0,75 + 0,91) = Гу.! .-кОм, где /4Д = 0,85 по кривой, приведенной на рис. 11,6.

р, (1200 °С) = 0,13 (1 - f 0 004-1200) = 0,75 мкОм; р2 (1500 °С) = 0,13( 1 - f 0,004-15001 - о.-ц уКОч.

Расчет тепловых затрат по формулам

Q, = (3.14-0.0072,4) 2-0,002-0,67-78.0-1530= 1,23 кДж;

Qa = 0,8-3,14-0,0066 (0,007-4-0,0066) 2-0,002-0,67-7830 X X (1530'4) = 1,8 кДж, где Хг = 4 УaCTtCB = 4 ]/"7,1 • 10"“-0,4 = 0,0066 м;

Q3 = 2-1,5(3,14-0,00774) 0,024-0,45-8900-1510 8 = 2,1 кДж,

где Х3 = 4 іЛт,.м<сь= 4 V8,96-10 -’-0,4 = 0,024 м.

/св = ]7(,123 + 1>8 + 2.1) 107(1,1-62,4-Ю^-0,4) =.

= | 5,13-107(27,46-10 “)= 13,7 кА.

Общая сила тока во вторичной цени /2 с учетом тока шунтирования /ш через соседнюю точку при минимально допустимом шаге между точками S = 0,025 м

/а — /св-t" ^ші

где = /св-2/?д KOH:'Zm, здесь zw = /?ш = Безразмерный парамор /?',

зависит от cooTiioiuciii! i"i S/rfK - „ои n S/b, где Ь — токопроводящая ширина, определя­емая по формуле

b = nS/ln (ZS|,01|) — 1,37-0,025/lg {‘2S/кг, ц) =

= 1,37-0,025/lg (2-0,023/0,007) = 0,04 м, тогда S/rfH. „ГІІ = 0,025 0,007 = 3,6; Sib = 0,025,0,04 = 0,625. ЇІо графику па рис. 64/?ш = 0,6. Дли данного примера

/?ш = /?шрі/5 = 2-0,8-0,3/0,002 = 240 мкОм.

Вторичный ток 1а = /св + 7Ш = 13,7+ 13,7-62,4/240=? 13,7+3,56= 17,3 кА.