Разработка технологических мероприятий по предотвращению несплошностей в точечных сварных соединениях

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

УДК 621.791.763

Д. С. Ковалев, В. А. Шахматова Научный руководитель - С. Н. Козловский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ НЕСПЛОШНОСТЕЙ В ТОЧЕЧНЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

Разработан цикл точечной сварки, в котором ковочное усилие сжатия деталей увеличивают пропорционально увеличению сопротивления пластической деформации металла в зоне сварки и, тем самым, предотвращают образования несплошностей в сварном соединении.

После окончания импульса сварочного тока при охлаждении сварных соединений в них возможно образование ряда дефектов, общим признаком которых является образование несплошностей: пор, раковин, наружных и внутренних трещин. Проведенными ранее исследованиями установлено, что при точечной контактной сварке (ТКС) на образование этих дефектов влияет не только величина ковочного усилия (^К ~ 2_2,5^св, где - величина сварочного усилия [1]), и момент его приложения, но и скорость его нарастания.

На основании проведенных исследований в рамках данной работы разработан цикл ТКС, который позволяет выполнить такое условие, т. е. позволяет увеличивать величину ковочного усилия пропорционально увеличению сопротивления пластической деформации металла в зоне сварки. Сущность его заключается в следующем.

В способе ТКС, при котором свариваемые детали сжимают электродами, а затем пропускают импульс сварочного тока, увеличение усилия сжатия электродов между его значениями ^СВ и ^к, осуществляется пропорционально обобщающему параметру процесса ТКС. В качестве обобщающего параметра, зависимо от изменения которого осуществляют увеличение

ковочного усилия используют сопротивление пластической деформации металла зоны сварки. Сопротивление деформации металла в зоне сварки определяют путем измерения электрического сопротивления участка электрод-электрод ЯЭЭ на стадии охлаждения соединения. Для этого с момента окончания импульса сварочного тока во время проковки соединения пропускают дополнительный импульс тока небольшой силы. Усилие сжатия электродов начинают увеличивать при уменьшении электрического сопротивления на участке электрод-электрод. Ковочного значения усилие сжатия электродов достигает при заданной величине электрического сопротивления на участке электрод - электрод.

Непосредственно измерить сопротивление деформации металла зоны сварки в процессе формирования соединения не представляется возможным. Между тем, как установлено проведенными исследованиями сопротивление деформации металла зоны сварки определяется в основном его температурой и его величина в процессе ТКС изменяется пропорционально температуре деформируемого металла. Однако измерить температуру в зоне сварки в процессе формирования соединения так же не представляется возможным.

IСВ, 1

70  60  50 40  30  20  10  0

F, 18  16 14 12 10 8

6 -I

4

Я, мкОм 21 18 15 12 9 6 3 0

0

0,04

0,08

0,12

0,16 г, с

Изменение параметров при точечной сварке с приложением ковочного усилия: АМг6, 2 + 2 мм, 1СВ = 51 кА. Fсв = 8,5 кН, гСВ = 0,1 с, Fк = 19,5 кН, 1Д = 3 кА

Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»

Известно, что удельное электрическое сопротивление у металлов и сплавов при их нагреве и охлаждении изменяется пропорционально температуре. Вследствие того, что после окончания импульса тока при неизменной величине усилия сжатия электродов металл в зоне сварки не деформируется (не увеличиваются площади контактов), т. е. не изменяется геометрия зоны сварки, изменение ее электрического сопротивления будет определяться только изменением удельного электрического сопротивления материала при его охлаждении. А поскольку как удельное электрическое сопротивление материала, так и его сопротивление пластической деформации изменяются пропорционально температуре, то и сопротивление пластической деформации материала изменяется пропорционально его удельному электрическому сопротивлению и, вследствие этого - пропорционально изменению электрического сопротивления зоны сварки при неизменно усилии сжатия электродов.

Цикл сварки с приложением ЕК осуществляется следующим образом (см. рисунок).

Свариваемые детали сжимают между электродами сварочной машины сварочным усилием ¥Св. Затем, по истечении времени сжатия холодных контактов /сж пропускают импульс сварочного тока 1св длительностью /св. При этом, во время /св действия импульса сварочного тока /св, усилие сжатия электродов ^св выдерживают неизменным или изменяют по заданной программе. После окончания импульса сварочного тока /св величину усилия сжатия электродов увеличивают от сварочной ^св до ковочной ЕК его величины

(показано сплошной линией). Причем, увеличение усилия сжатия электродов от сварочной ^св до ковочной ЕК его величины (кривая 1) осуществляется пропорционально изменению сопротивления пластической деформации металла в зоне формирования соединения.

Изменение сопротивления пластической деформации металла в зоне формирования соединения определяется до использования способа КТс в производственном процессе при отработке и настройке параметров режима сварки конкретного соединения. Для этого, т. е. определения изменения сопротивления пластической деформации металла зоны формирования соединения, с момента /0 окончания импульса сварочного тока пропускают дополнительный зондирующий импульс тока 1д силой, равной 2...5 % от силы сварочного тока /св, при неизменном усилии сжатия электродов ^св (показано штриховой линией). При этом измеряют электрическое сопротивление КЭЭ участка сварочной цепи электрод - электрод. По кривой изменения электрического сопротивления зоны сварки ЯЭЭ определяют момент /К начала /К увеличения усилия сжатия электродов (момент приложения усилия ^К) и момент достижения усилием сжатия электродов значения ковочного усилия Ек.

Библиографическая ссылка 1. Чуларис А. А. Технология сварки давлением. ДГТУ, 2003 ф.

© Ковалев Д. с., Шахматова в. А., 2012

УДК 621.791.76

А. Б. Мишуренко, Л. А. смолякова, О. П. Потопаева Научный руководитель - с. Н. Козловский сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

МОДЕЛЬ КОНТАКТИРОВАНИЯ ДВУХ ШЕРОХОВАТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТАКТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЕ

Работа посвящена проблеме моделирования контакта двух шероховатых поверхностей для определения сопротивления холодного контакта при контактной точечной сварке.

При расчета сопротивления холодного контакта при контактной точечной сварке необходимо знать фактическую (ФПК) и контурную площади контакта (КПК) двух шероховатых поверхностей. существует множество моделей контакта двух шероховатых поверхностей, как классических, с неровностями в виде: сферических сегментов, цилиндров, пирамид, эллипсоидов [1], так и разработанных с использованием фрактальной геометрии [2] и негауссовских случайных процессов. Анализируя существующие модели, следует отметить, что они трудно применимы для инженерных расчетов, так как либо не обеспечивают необходимую точность расчетов площадей контакта, либо имеют сложный математический аппарат.

Для получения легко обозримого результата будем считать, что поперечный размер отдельного стержня стремиться к нулю, а их число стремиться к беско-

нечности. При этом функцию Ф© можно принять непрерывной, а число торцов стержней, заключенных в слое й?^, выразить как

йп = мф'©^.

Дискретность поверхности контакта и малый рост диаметра одного пятна при увеличении нагрузки оправдывает применение стержневой модели, получаемые при этом результаты близки к практическим. следует отметить, что для установления связи между сближением и ФПК не имеет значения, будем ли мы считать обе модели деформируемыми, или одну деформируемой, а другую абсолютно жесткой, конечный результат будет зависеть лишь от величины их сближения (относительного перемещения).

Подсчитаем число контактов, которые возникли между стержнями модели первой поверхности, торцы