Программирование усилия сжатия электродов как способ борьбы с непроварами при контактной точечной сварке

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

УДК 621.791.76

С. Н. Козловский, Е. Г. Яшметов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ПРОГРАММИРОВАНИЕ УСИЛИЯ СЖАТИЯ ЭЛЕКТРОДОВ КАК СПОСОБ БОРЬБЫ С НЕПРОВАРАМИ ПРИ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКЕ

Рассмотрены виды и механизмы образования непроваров при традиционной контактной точечной сварке (КТС). Указаны причины возникновения непроваров и способ борьбы с ними, заключающийся в программировании усилия сжатия электродов.

Непровары наиболее опасные и трудно выявляемые дефекты точечных сварных соединений, при которых зона взаимного расплавления деталей меньше номинальной. Непровар, при котором зона взаимного расплавления деталей вообще отсутствует, называют полным непроваром. К полным непроварам относятся и наиболее опасные из них, которые называют непро-варами типа склейка. Соединение в них образуется в твердой фазе либо по микрорельефам поверхности, либо при полном сохранении оксидной пленки или плакирующего слоя, которые препятствуют образованию общей зоны расплавленного металла. Непровары типа склейка наиболее опасны потому, что их трудно выявить, они могут выдержать на срез иногда относительно большие статические нагрузки, но хрупко разрушаются при небольших нагрузках отрыва и знакопеременных нагрузках. В большинстве же случаев непровары проявляются в виде уменьшения диаметра ядра расплавленного металла, который может быть меньше минимально допустимого его значения. Такой непровар называют частичным не проваром. Частичный непровар может образовываться также и при частичном сохранении окисной пленки или плакирующего слоя в объеме ядра в плоскости контакта деталь-деталь.

Основными причинами, вызывающими уменьшение размеров ядра при наличии зазора, являются изменение условий пластической деформации металла зоны сварки в процессе формирования соединения, изменение формы и размеров контактных площадей, а также увеличение неравномерности действующих в них напряжений. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению тепловыделения в зоне сварки и увеличению теплоотвода в электроды, а также к неравномерной ширине уплотняющего ядро пояска. Изменение характера протекания процесса сварки связано с искривлением деталей в месте формирования соединения и уменьшением усилия в контакте деталь-деталь на величину, затрачиваемую на деформирование деталей при их сближении до соприкосновения.

Очевидно, что наибольшую устойчивость против образования непроваров и выплесков могут обеспечить способы сварки, которые позволяют в процессе формирования точечного сварного соединения целенаправленно изменять параметры термодеформационных процессов, протекающих в зоне сварки, т. е. способы точечной сварки с программированным изменением параметров их режимов.

Требуемая оптимальная программа изменения усилия сжатия электродов для любого способа сварки с программированным изменением РЭ во время импульса сварочного тока может быть рассчитана по интегральному уравнению термодеформационного равновесия процесса сварки [1, с. 79], связывающему через параметры термодеформационных процессов, протекающих в зоне сварки, нормальные составляющие напряжений в контактах электрод-деталь, т. е. величину усилия сжатия электродов и площадь контакта деталь-деталь, выраженному следующей зависимостью:

р^ Я,

р

ус

Р - Рэ,= 0.

Решая данную зависимость относительно в отдельные дискретные моменты времени , процесса формирования соединения, определим оптимальную программу изменения усилия сжатия электродов.

Расчет изменения усилия сжатия электродов в процессе формирования соединения при традиционных способах контактной точечной сварки осуществляется решением данного уравнения относительно для условий сварки деталей одинаковых толщин, выполненных из одного и того же материала в каждый дискретный момент времени.

Алгоритм решения этой задачи следующий: после ввода исходных данных (параметров теплофизиче-ских и прочностных характеристик свариваемого материала, характеристики и технологии режима КТС, значения диаметра уплотняющего пояска в виде функции аппроксимирующей табличные их значения) проверяются данные промежуточных расчетов. Далее циклично и последовательно для каждого дискретного момента / (где / = 0,1...п) вычисляются значения параметров термодеформационных процессов. Затем определяют усилия сжатия электродов по уравнению равновесия с учетом зависимостей [1, с. 81], преобразованных к виду

Рэ, = + + РД, ,

где - усилие, развиваемое давлением жидкого металла в площади ядра; - усилие в площади уплотняющего пояска; РД, - усилие, необходимое для деформации деталей при их сближении до соприкосновения.

Решетневскце чтения

Многочисленные результаты проверок для различных материалов, их толщин и режимов сварки показали, что расхождение расчетных и экспериментальных результатов в подавляющем большинстве случаев не превышает 10.. .15 %.

Требуемое усилие сжатия электродов для широко применяемых способов сварки с постоянной его величиной во время импульса тока может быть рассчитано аналогичным способом для одного момента вре-

мени t = tСВ, поскольку вероятность образования выплеска в этот момент наибольшая.

Библиографическая ссылка

1. Козловский С. Н., Основы теории и технологии программированных режимов контактной точечной сварки / Сиб. гос. аэрокосмический ун-т. Красноярск, 2006.

S. N. Kozlovsky, E. G. Yashmetov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

PROGRAMMING OF ELECTRODES COMPRESSION FORCE AS A WAY TO PREVENT SPOT WELDING DEFECTS

In this article the authors consider the types and mechanisms of spot welding defects along with the causes of lack of penetration and the way to prevent it.

© Козловский С. Н., Яшметов Е. Г., 2011

УДК 658.5.012.14

В. В. Кокарева

Самарский государственный аэрокосмический университет имени С. П. Королева (Национальный исследовательский университет), Россия, Самара

АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА СОВРЕМЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

С развитием технологий группового взаимодействия промышленные предприятия получают возможность передавать партнерам многие виды деятельности, которыми раньше занимались самостоятельно - от производства упаковки до производства деталей, узлов, технологической оснастки и т. д. Стали доступны и средства производства нового поколения, технологии быстрого прототипирования (Rapid Prototyping & Tooling & Manufacturing) и другие инновации, которые могут существенно помочь сократить сроки проектирования и изготовления изделий новой техники.

Compact Intelligent Manufacturing, или КИПр (Компактное интеллектуальное производство), позволяет создавать конкурентоспособные изделия новой техники. При использовании данной концепции реализуется современное производство, оперативно перенастраиваемое на выпуск новой, высококачественной и конкурентоспособной продукции. Благодаря технологической гибкости, система компактного интеллектуального производства ускоряет основные этапы цикла создания изделия и дает возможность разработчику и производителю новой техники быстро реагировать на требования рынка: учитывая потребительские требования быстро изменять дизайн, конструкцию и технические характеристики деталей и узлов изделия. Таким образом, с возникновением КИПр у разработчиков появляется возможность обеспечить быстрый переход от чертежа к модели, от модели к опытному образцу, и далее - к серийному выпуску конкурентоспособной продукции. Ускоренный переход от чертежей или компьютерных моделей к формообразованию фасонных частей оснастки, а далее к изготовлению деталей высокой точности в кратчайшие сроки и с минимальными затратами - это главные аргументы в пользу внедрения систем КИПр в

практику работы машиностроителей. Если в серийном или массовом производстве детали изготавливаются литьем, штамповкой или механообработкой из металлов или конструкционных пластмасс, то модели и конструкторские прототипы изготавливают из полимеров и композиционных материалов на установках быстрого прототипирования, мощность которых стремительно нарастает.

Компактное интеллектуальное производство на базе RPM-технологий позволяет создавать на практике уникальные изделия новой техники. Сочетание автоматизированного проектирования в САПР с быстрым прототипированием и оперативным изготовлением опытных образцов придает процессу проектирования совершенно новое качество - от анализа характеристик реального изделия до его производства. Прототип (опытный образец) окончательно согласовывается с заказчиком и только после внесения в проект необходимых корректировок (трехмерные параметрические модели сборки, деталей) выдается задание службам, разрабатывающим комплект технической документации и службам технологической подготовки производства на разработку оснастки.