Определение устойчивости процесса точечной сварки по технологическим параметрам

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

ровано 9 различных траекторий сканирования электронного пучка. Номера сканирований соответствуют следующим изображениям:

При этом можно было изменять и контролировать амплитуды сканирования по «х» и по «у», частоту сканирования, расфокусировку пучка по каналу точной фокусировки.

Сварку проводили при ускоряющем напряжении и = 25 кВ, токах электронного пучка 1л = 100, 150, 200, 250 шЛ.

Для исключения влияния нагрева образца на формирование сварного соединения очередную сварку проводили на охлажденном образце. Было сварено более 200 образцов.

Анализ проведенных исследований показал, что наилучшие результаты были получены при сканировании № 5. Эта форма сканирования позволяет полу-

чать форму сварных швов близкую к прямоугольной с почти параллельными стенками, при этом снижаются напряжения и деформация в сварных соединениях. Радиус округления при этом составляет 1^2 мм. В сварных швах полностью отсутствуют корневые дефекты, снижена пористость, что подтверждено результатами рентгеноконтроля сварных швов. Продольные разрезы сварных швов показали, что процессы формирования сварного шва протекают более стабильно. В 2^3 раза по сравнению с традиционной технологией уменьшилась нестабильность глубины проплавления, проявляющаяся в виде колебаний про-плавления в корне шва.

Разработанная технология и оборудование было успешно внедрено на ОАО «Красмаш» г. Красноярск. Промышленная эксплуатация данного оборудования подтвердила правильность выбранных технических и технологических решений - были полностью исключены корневые дефекты, снизилась пористость в сварных соединениях, повысилось качество выпускаемых изделий.

© Трошин А. А., Шепелевич М. В., 2013

УДК 621.791.763

М. И. Шпигоревская, М. М. Царегородцева Научный руководитель - С. Н. Козловский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПРОЦЕССА ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ

Разработаны методики, основанные на измерении критических значений диаметра ядра или параметров режима сварки, которые позволяют комплексно оценить устойчивость процесса контактной точечной сварки против образования выплесков и непроваров, и тем самым позволяет уменьшить трудоемкость настройки параметров режима сварки, а также их контроль в ходе технологического процесса сварки и, в конечном итоге, повысить качество точечных сварных соединений.

При точечной контактной сварке (ТКС) параметры факторов, влияющих на процесс формирование соединения, непрерывно изменяются. Для их изменений характерны как случайные, разовые отклонения, так и закономерные. Например, к случайным изменениям параметров ТКС можно отнести отклонения электрических сопротивлений холодных контактов и зоны сварки в целом, силы сварочного тока из-за колебаний напряжения в сети, усилия сжатия деталей и др. Изменения же в процессе ТКС площадей рабочих поверхностей электродов из-за их износа при сварке сталей, электрического сопротивления контактов деталь-электрод из-за загрязнения рабочих поверхностей последних при сварке легких сплавов имеют вполне определенные закономерности. Поэтому, для предотвращения образования непроваров и выплесков важно не только правильно выбрать параметры режимов сварки, но и иметь возможность оперативно оценивать устойчивость процесса сварки, корректировать его параметры при практическом осуществлении тех-

нологии сварки конкретных изделий. Поэтому, для практики сварки важно иметь простые и надежные методики оценки устойчивости процессов КТС, способы их корректирования, желательно в автоматическом режиме, которые бы позволили решать эти задачи.

Под понятием «устойчивость процесса КТС» подразумевается допустимый диапазон возможных случайных отклонений параметров режима, а также других факторов процесса сварки до образования двух наиболее опасных дефектов точечных соединений -непровара или конечного внутреннего выплеска. Склонность процесса ТКС к появлению выплеска наиболее часто оценивают по величине «критического диаметра ядра - dКР» — диаметра ядра при котором возникает выплеск, а также по коэффициенту кВ устойчивости процесса ТКС против выплесков кВ = dкp/dМ, где dМ - минимально допускаемый диаметр ядра по ГОСТ 15878-79 [1]. Однако, практические определения коэффициента кВ показывают, что его значения не всегда корректны.

Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»

Разработана методика оценки устойчивости процесса ТКС, которая позволяет по измеренным значениям критического и номинального диаметров ядра оценить устойчивость процесса сварки не только против выплесков, но и против непроваров. Ведь по существу как критический йКР, так и минимально допустимый йМ диаметры ядра, меньше которого уже частичный непровар, относительно номинального его диаметра й0 оба являются критическими: первый - с точки зрения образования выплесков, второй - непроваров. Разности (йКР - й0) и (¿0 — ¿м) показывают значения диапазонов допустимых отклонений реально полученных номинальных диаметров ядра й0 до образования выплеска и непровара.

Для практических сравнений между собой устойчивости разных процессов сварки диапазоны возможных отклонений диаметров ядра удобнее выражать в относительных единицах, в частности, в процентах от номинального значения диаметра ядра

(

кВД -

¿и й0

Л

— 1

100%,

кВД -

( й ^ 1 - " м

й.

•100%,

0

КВТ -

КНТ -

1КР

V 10

-1

1 -

(Л ^

V1О У

•100 %,

•100 %,

где кВД, кНД — коэффициенты устойчивости процесса ТКС против образования, соответственно, выплесков и непроваров, определенные по значениям йКР.

Однако следует отметить, что описанная выше методика оценки устойчивости процесса ТКС по критическим значениям диаметра ядра весьма трудоемка и не оперативна.

Этот недостаток в какой-то степени можно устранить, если при оценке устойчивости процессов ТКС воспользоваться их подобием и монотонностью. В этом случае в методиках оценки устойчивости процессов ТКС представляется возможным использовать не сами измеренные значения диаметров ядра, а параметры режима, имеющие с ними достаточно высокую степень корреляции. Таким образом, наличие зависимости между размерами ядра и параметрами режимов сварки позволяет при оценке устойчивости процесса ТКС не производить весьма трудоемкие операции измерения получаемых йКР, а вместо них относительно легко измерять параметры режимов сварки. К таким параметрам режимов в первую очередь следует отнести силу сварочного тока /СВ.

Зависимости для определения коэффициентов устойчивости против выплесков кВТ и непроваров кНТ по критическим значениям силы сварочного тока 1СВ имеют вид:

где п — коэффициент аппроксимации зависимости диаметра ядра от сварочного тока, который для легких сплавов равен 1,15...1,25, для высоколегированных сталей - 0,85.0,95 и для низкоуглеродистых сталей - 0,6.0,7.

На практике значения коэффициентов рассчитанные по зависимостям (1) и (2) несколько различаются между собой и отличаются от реальных их значений. Это обусловлено как естественными случайными отклонениями измеренных параметров, так и определенной степенью неадекватности элементарных аппроксимирующих функций) реальным значениям описываемых параметров. Результаты определения коэффициентов устойчивости по описанным методикам, показывают, что их значения близки и комплексно характеризуют этот показатель процесса. При конечном выборе методики, по-видимому, следует учитывать возможности более точного и менее трудоемкого измерения критического диаметра ядра, тока, времени сварки или усилия сжатия электродов в конкретных условиях производства, а также соответствие их расчетных и истинных значений.

Таким образом, данные методики, основанные на измерении критических значении диаметра ядра или параметров режима сварки, позволяют комплексно оценить устойчивость процесса контактной точечной сварки против образования выплесков и непроваров, а предложенные зависимости - выразить это количественно.

Использование на практике методик комплексной оценки устойчивости процесса против выплесков и непроваров позволяет уменьшить трудоемкость настройки параметров режима сварки, а также их контроля в ходе технологического процесса и, в конечном итоге, повысить качество соединений.

Библиографические ссылки

1. Орлов Б. Д., Чакалев А. А., Дмитриев Ю. В. и др. Технология и оборудование контактной сварки / под ред. Б. Д. Орлова. М. : Машиностроение, 1986. 352 с.

© Шпигоревская М. И., Царегородцева М. М., 2013