CC BY
14
УДК 621.791.763
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОДВИЖНОГО ЭЛЕКТРОДА В ПРОЦЕССЕ КОНДЕНСАТОРНОЙ
СВАРКИ КРЕСТООБРАЗНЫХ ПРОВОЛОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Иванов Николай Иванович, к.т.н., доцент (e-mail: ni1949@mail.ru) Шумаков Артем Александрович, магистрант Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия
В данной работе описан подход к методике определения закономерностей перемещения подвижного электрода при осадке деталей в процессе конденсаторной сварки крестообразных проволочных соединений.
Ключевые слова: конденсаторная сварка, крестообразное соединение, усилие осадки, перемещение электрода, график сил.
На этапе проектирования оборудования для конденсаторной сварки деталей с так называемой [1] «открытой» зоной контакта инженерные расчеты требуют информацию о взаимосвязи изменения температуры в зоне сварки с параметрами импульса тока и характеристиками привода механизма осадки [2-6].
Осуществление процесса сварки крестообразных проволочных соединений кратковременными импульсами тока связано с возможными нарушениями устойчивости, проявляющимися в виде выплесков расплавленного металла из зоны контакта. Это связано с тем, что процесс нагрева таких соединений протекающим импульсом сварочного тока не всегда сопровождается достаточной, соизмеримой с размерами сечения деталей, осадкой и, соответственно, требуемым изменением площади контакта.
Закономерность изменения площади контактной поверхности связана с геометрией свариваемых деталей и характером перемещения подвижного электрода в процессе осадки. Определение закономерности перемещения электрода возможно лишь на основе анализа сил, действующих на подвижную часть механизма осадки при пластической деформации крестообразного соединения [7].
Для решения этой задачи необходимо в первую очередь установить характер сил, действующих на электрод при осадке. На рис. 1 представлена осциллограмма параметров процесса сварки, записанная на цифровом осциллографе С8-9. Кривая конденсаторного импульса i записывалась с выхода специализированного прибора контроля сварочного тока [8]; усилие осадки f контролировалось пъезоэлектрическим преобразователем силы [9], а величина осадки h - путем интегрирования сигнала с индукционного датчика скорости перемещения подвижного электрода.
При сжатии холодных никелевых проволок датчик усилия показывал величину начальной силы. При достижении определенной температуры в зоне контакта, кривая усилия f снижается, показывая степень разупрочне-
ния материала. Одновременно начинает движение электрод, осуществляя осадку. В определенный момент времени кривая усилия / меняет направление движения, показывая возрастающее сопротивление деформации материала в зоне сварки, которое играет роль тормозящей силы. На этом участке движение электрода замедляется до полной его остановки.
0,8
^0,6
0
Е
=50,4
-О
1 э-о о. го
соп р
32
"г 24 ё а го
о <»
ГО
Сз §
£
V /
/
I \
ит
0,16
? о
0,12
го
0,08 сВ
го ю
з
0,04 -о о О
0,5 1,0 1,5 2.0
,-з.
Время сварки (, х10
Рисунок 1 - Осциллограмма процесса конденсаторной сварки током 600 А никелевых проволок диаметром 0,3 мм
Поскольку запись силы осуществлялась с помощью датчика силы, имеющего конечную величину момента инерции, возможны искажения истинной картины изменения силы. Этот недостаток присущ приборам при регистрации процессов, частота которых не является заведомо известной.
Уточнение показаний датчика усилия, в рассматриваемом случае, можно осуществлять с помощью кривой осадки электрода И, показанной на рис. 2, а. Она получена индукционным датчиком с помощью схемы с большой разрешающей способностью по частоте и отражает действительную картину.
Двойным графическим дифференцированием кривой осадки И (рис. 2, б) находим график силы ¥„ действующей на электрод (кривая, ограничивающая заштрихованную область). До момента ? = ] сила возрастает, ускоряя движение электрода. В интервале от ^' до ^" сила падает до нуля, а затем меняет знак и начинается процесс торможения.
Сопоставление полученного графика силы ^ и кривой осадки И показывает, что спад силы от максимума до нуля в интервале от ^' до Х]" соответствует смене направления ее действия на подвижный электрод. Этот момент важен для правильного прочтения показаний датчика усилия. Когда нет изменения в отклонении усилия или оно мало, мы считаем действующую силу постоянной. В действительности для изменения скорости перемещения тела (в данном случае подвижного электрода) от ¥]' в одном направлении до V", в противоположном направлении необходим импульс силы, который на осциллограмме непосредственно не отражен.
Рисунок 2 - К расчету параметров импульса силы ¥, действующей
на подвижный электрод: а - осциллограмма кривых усилия/в зоне сварки и осадки к; б - построение линеаризованной модели графика
усилия ^
По характеру действия этот импульс направлен встречно движению электрода и может быть рассчитан по изменению количества движения измерительного элемента:
тУ^- (-тУ^) = |^(г)Ж . (1)
0
Масса измерительного элемента определена по его геометрии. Она составляет 0,3 г-с /м. Для решения поставленной задачи необходимо определить массу, приведенную к точке приложения силы:
■ 1 с т =-т — = 2,5--(2)
3 с2 м ^
где I - длина пластины пружинного привода механизма осадки; с - расстояние от линии заделки до оси электродной вставки. Скорости движения электрода до и после реверса, приведенные к точке приложения силы, определены по осциллограмме (рис. 1) как средние за время перемещения:
У1' = 1510-3 м/с; V1" = 3010-3 м/с. Импульс
силы,
осуществляющей реверс:
-/1
^(г)Ж = т(У, + У1) = 11,2 Н * с
11 I
Считая изменение силы во времени линейным, при Х1 "-Х1 '=2^10'4 с имеем Fm = 11,2 Н.
Таким образом, в промежутке времени от Х1' до Х1 " действовала сила, направленная встречно движению электрода. Она возрастает от нуля при Х = Х1' (т. А, рис. 2, а) до 11,2 Н при Х = Х1". Наносим эту силу на график, записанный датчиком усилия, и перемещая вверх последующие показания датчика на величину ¥т', находим уточненный график силы. По критическим точкам он полностью соответствует характеру изменения силы, полученному при графическом анализе кривой осадки электрода.
Оценивая график силы, можно сказать, что в первой половине на электрод действовала возрастающая во времени сила, ускоряющая его движение. В середине процесса сила падает и меняет знак, после чего наступает этап торможения.
Физическую картину процесса осадки можно представить следующим образом. Размягчение или расплавление материала в зоне контакта нарушает начальное равновесие силы пружины и реакции опоры. В результате этого электрод начинает двигаться ускоренно. Движение электрода сопровождается растеканием наиболее нагретых слоев материала, и, в определенный момент, в соприкосновение приходят менее нагретые слои. При этом сопротивление деформации вновь возрастает, определяя характер тормозящего усилия. Действительная картина процесса деформации очень сложна. Однако можно представить, что в ее начальной стадии преобладает деформация околоконтактной зоны, а в завершающей стадии электрод затрачивает кинетическую энергию на деформацию зон под электродами и общую деформацию проволок. На этом этапе сопротивление деформации является функцией движения электрода и возрастает до тех пор, пока электрод не остановится. Таким образом, остановка электрода должна осуществляться на возрастающей ветви реакции опоры.
В связи с тем, что характер разупрочнения материала, а тем более его реакция при неупругой деформации во второй половине процесса осадки, является функцией многих не определенных переменных во времени величин, в том числе и резко неравномерного теплового поля, то для приближенного расчета силы, действующей на электрод в процессе осадки, используем линеаризованную модель графика сил.
Считаем, что время Х1 соответствует половине всего времени осадки, т.е.
Х1 = 0,5Хос. Это достаточно хорошо согласуется с осциллограммами процесса. Допускаем, что ускоряющее усилие ¥у линейно возрастает до момента Х1 (рис. 2, б). Максимальное значение ¥т может быть получено из осциллограммы. Для этого настройка датчика силы осуществлялась таким образом, чтобы в процессе с выплеском и дугой, когда реакция опоры равна нулю, показания датчика падали до нуля.
Считая, что процесс торможения начинается с момента Х1, и принимая во внимание необходимость соблюдения равенства импульсов сил при разго-
не и торможении, для второй половины процесса осадки используем треугольник, равный треугольнику силы при разгоне (кривая Рр на рис. 2, б).
На основании принятой модели, выражения для силы, действующей на электрод в процессе осадки, можно записать следующим образом:
К, = аг
г1 > г > 0
рт = - а (г - гх) , гос > г > гх .
(3)
(4)
Или
а =
и
0,5го
Для расчета величин скорости в первой и второй половине процесса осадки используем уравнение движения электрода
Ж2к ^ .
т— = Р (г) . (5)
Жг2
Следовательно
Уу =
р _т
тго
гх > г > 0 ;
УТ =
р г2 —(г,г —) г > г > г 0,5тгос 1 Г , ос > > 1 .
(6) (7)
Выражения для осадки электрода в первой и второй половине процесса:
к
3тг о
г1 > г > 0 ;
кТ =
3тго
(3г1г - г3 - г 33)
гос > г > Ч
(8)
(9)
Подставляя в уравнение (8) время г = 0,5гос , находим величину осадки за время первой половины процесса:
, 0,125р г2 к =— т ос
3т
Осадка в конце процесса (г = гос):
0,125р г2
р. _ _т ос
т
(10)
(11)
Выражения (10) и (11) позволяют сделать вывод, что за время первой половины процесса осадка составляет треть конечной величины. Сопоставление расчетного и экспериментального, полученного на основе данных осциллограммы, графиков движения электрода, показало, что имеющиеся расхождения относятся ко второй половине процесса, при этом отклонения в конечной осадке составляют величину не более 5.. .7 %.
Максимальная сила рт является функцией теплового состояния материала в зоне контакта. Если иметь в виду процесс сварки с расплавлением, когда сопротивление деформации материала ничтожно мало, можно предположить, что усилие сжатия падает до нуля, и максимальное усилие рт
2
г
3
г
численно равно начальному усилию сжатия. Это предположение подтверждается экспериментом.
На рис. 1 и рис. 3 приведены три осциллограммы процесса при неизменном начальном усилии сжатия 15 Н и разных амплитудах импульса тока (600 А, 500 А и 700 А, соответственно). Как следует из осциллограмм, с увеличением амплитуды тока «провал» усилия сжатия возрастает, причем прямо пропорционально ему возрастает и осадка, что косвенно подтверждает правильность полученной зависимости hoc и Fm.
32
Х24 S
Cl
го 8
о <*>
О)
э 1
ч /
f\
ft
0,16
0,1
■с 0)
0,08 го
Е
го
о
0,04% о О
0,8 32
%0,6
ic о S
'50.4
л
о о. го
З0'2
О
X24 §
Q.
ГО
8 £16
0
nj
ГО ГО
3 §
1
\ /
h j
if
0,16
0,12£ X
■с
сь
0,08 ¡5 £
го <о
s
0,04% о О
0,5 1,0 1,5 2,0
Время сварки (, х10~3с
а б
Рисунок 3 - Осциллограммы процесса сварки никелевых проволок диаметром 0,3 мм: а - током 500 А; б - 700 А
0,5 1,0 1,5 2,0 Время сварки t, х10'3с
Кроме того, приведенные на рис. 1 и рис. 3 осциллограммы показывают, что, несмотря на большую разницу в величине осадки, время осадки при изменении амплитуды тока остается практически постоянным, а следовательно, налицо большая разница в скорости деформации.
Учитывая, что при определенном токе усилие сжатия падает до нуля, явно свидетельствуя о процессе с расплавлением материала в зоне контакта, то для процесса с плавлением материала в зоне контакта имеем:
0,125F t2
hoc =--^. (12)
m
Выводы
1. На подвижную часть механизма осадки при конденсаторной сварке крестообразных проволочных соединений действует переменное по величине усилие, определяемое разностью силы начального сжатия и силы реакции сжатых материалов, являющихся функцией теплового состояния материала в зоне сварки.
2. В первой половине процесса сварки усилие осадки возрастает. При этом электрод движется ускоренно, достигая максимума скорости в середине процесса осадки.
3. Во второй половине процесса сварки на электрод действует тормозящее усилие, обусловленное возрастанием прочности свариваемого материала. Электрод при этом движется замедленно, изменяя скорость от максимума до нуля.
4. За время первой половины процесса сварки осадка составляет одну треть ее конечной величины.
5. Полученные уравнения позволяют рассчитать как мгновенные, так и конечные величины скорости перемещения и осадки электрода в процессе конденсаторной сварки крестообразных проволочных соединений.
Список литературы
1. Иванов Н.И., Чаплыгин А.Ю. Выбор механизма сжатия для контактной сварки малогабаритных деталей / Сварка и родственные технологии в машиностроении и электронике. Региональный сборник научных трудов. Выпуск 5 / Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2003. С. 40-45.
2. Дюдин В.Н., Иванов Н.И. Разработка расчетно-экспериментального метода оценки термодеформационного цикла при сварке Т-образных соединений / Материалы и упрочняющие технологии - 2005: сборник материалов Х11 Российской науч.-техн. конф. (15-16 ноября 2005 г.) / Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2005. - С. 121-123.
3. Дюдин В.Н., Иванов Н.И. Расчет параметров движения электрода и деформационных характеристик процесса сварки Т-образных соединений / Материалы и упрочняющие технологии - 2005: сборник материалов Х11 Российской науч.-техн. конф. (15-16 ноября 2005 г.) / Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2005. - С. 124-126.
4. Дюдин В.Н., Иванов Н.И. Вычисление сопротивления деформации металла и оценка температуры процесса сварки Т-образных соединений / Материалы и упрочняющие технологии -2005: сборник материалов Х11 Российской науч.-техн. конф. (15-16 ноября 2005 г.) / Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2005. - С. 118-120.
5. Иванов Н.И., Муртазин М.И. Определение параметров геометрии импульса тока при конденсаторной сварке Т-образных соединений малогабаритных деталей / Материалы и упрочняющие технологии - 2010: сборник материалов ХУ11 Российской науч.-техн. конф. с между-нар. уч.: в 2 ч. Ч. 1 / Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2010. - С. 157-163.
6. Иванов Н.И. Расчетно-графический метод определения амплитуды нарастающего усилия механизма сжатия для контактной сварки Т-образных соединений / В региональном сб. науч. трудов: Сварка и родственные технологии в машиностроении и электронике. Выпуск 3. -Липецк, 2001. С. 98-102.
7. Иванов Н.И., Шумаков А.А. Методика исследования процесса конденсаторной сварки крестообразных проволочных соединений / Будущее науки-2016: Сборник научных статей 4-й Международной молодежной научной конференции (14-15 апреля 2016 года), в 4-х томах, Том 4, Юго-Зап. гос. ун-т., ЗАО «Университетская книга», Курск, 2016. С. 67-75.
8. Иванов Н.И., Строев В.И., Куликов А.Н. Прибор для измерения тока при автоматической контактной сварке узлов радиодеталей // Сварочное производство, 1985. №5. С. 30-31.
9. Строев В.И., Дюдин В.Н., Иванов Н.И. Контроль цикла сжатия при контактной автоматической сварке узлов радиодеталей // Сварочное производство, 1985. №3. С. 26-27.
10. Экспериментальная установка для контактной сварки технологических образцов межэлементных соединений аккумуляторных батарей/ Иванов Н.И., Борисов П.Ю.// Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 1 (1). С. 96-100.
11. Проектирование вторичного контура бытового аппарата для контактной сварки/ Иванов Н.И., Маслов Г.С., Шумаков А.А.// Современные материалы, техника и технологии. 2016. № 1 (4). С. 76-82.
12. Разработка бытового аппарата для контактной сварки с инверторным источником питания/ Иванов Н.И., Абышев К.И., Романенко Д.Н., Маслов Г.С.// Современные материалы, техника и технологии. 2016. № 1 (4). С. 71-75.
13.Оценка качества сварки контактной арматуры резисторов в массовом производстве/ Строев В.И., Иванов Н.И., Дюдин В.Н.// Сварочное производство. 1981. № 2. С. 15-17.
Ivanov Nikolay Ivanovich, Candidate of Sciences, Associate Professor
(e-mail: ni1949@mail.ru)
Southwest state university, Kursk, Russia
Shumakov Artem Aleksandrovich, postgraduate
Southwest state university, Kursk, Russia
DEFINITION OF REGULARITY OF TRANSITION OF THE RELATIVE FRAME ELECTRODE DURING CONDENSER ENERGY-
STORAGE WELDING CROSSLIKE WIRE BONDS In the given work the approach to a procedure of definition of regularities of transition of the relative frame electrode is circumscribed at a upsetting of details during condenser energy-storage welding crosslike wire bonds.
Keywords: condenser energy-storage welding, crosslike connection, a upset force, transition of the electrode, the graph of forces.
УДК 678.6.8
НОВЫЕ ИОНООБМЕННЫЕ ПОЛИМЕРЫ ПОЛИКОНДЕНСАЦИОННОГО ТИПА
Игитов Фаррух Бахтиярович, ст. преподаватель (yigiгovf@mail.ru) Бердиева Малика Ибодуллоевна, старший научный сотрудник-
соискатель (salomov34@gmail.com) Муталов Шухрат Ахмаджонович, д. хим.н., проректор
(shuh-gold@mail.ru) Туробжонов Садриддин Махамаддинович, д-р технических наук, профессор, ректор (гur_sad@mail.ru) Турсунов Тулкин Турсунович, к.х.н., профессор Ташкентский химико-технологический институт, г.Ташкент, Узбекистан
(гulqin_гursun@mail.ru) НазироваРано Агзамовна, д.т.н., профессор (naz_rano@mail.ru) Ташкентский химико-технологический институт, г.Ташкент, Узбекистан
Получены и исследованы новые ионообменные полимеры на основе отходов химических производств с улучшенными показателями свойств. С помощью современных методов анализа установлена структура полученных ионитов. Показана возможность применения сульфокатионита СКДФ в процессах умягчения и обессоливания бытовых и технических вод,
