CC BY
52
УДК 621.791.763
СВАРКА ДЕТАЛЕЙ РАЗНЫХ ТОЛЩИН И ИЗ РАЗНОИМЕННЫХ
МАТЕРИАЛОВ
И. С. Морозов1, Ю. О. Атакишиева, А. В. Михальченков, Е. О. Осадчий Научный руководитель - С. Н. Козловский1
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: 1slasau@yandex.ru
В летательных аппаратах точечной контактной сваркой часто приходится выполнять соединения деталей разных толщин и из разноименных материалов. Повышение качества таких точечных соединений повышает и надежность изделий в целом.
Ключевые слова: точечная контактная сварка, детали разных толщин, детали из разноименных материалов, проплавление деталей, непровар.
WELDING OF DIFFERENT THICKNESS AND OPPOSITELY OF MATERIALS
I. S. Morozov1, Yu. O. Atakishieva, A. V. Mikhalchenkov, E.O. Osadchiy Scientific Supervisor - S. N. Kozlovskiy1
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: 1slasau@yandex.ru
The aircraft spot welding is often necessary to carry out the connection of parts of different thicknesses and of dissimilar materials. Improving the quality of such compounds increases point and reliability of products in general.
Keywords: spot welding, parts of different thicknesses, parts of dissimilar materials, penetration of parts, lack of fusion.
Сварка деталей неравной толщины при соотношении толщин деталей 1:3 и более процесс осложняется трудностью получения номинальной (расчетной) зоны взаимного расплавления, трудностью проплавления более тонкой детали. Это происходит из-за несовпадения плоскости теплового равновесия c c плоскостью свариваемого контакта d (см. рисунок) [1].
При сварке деталей разной толщины потоки теплоты, отводимые в электроды и окружающую среду со стороны более тонкой детали значительно больше, чем со стороны более толстой детали. На периферии контакта между деталями увеличивается плотность тока. Это приводит к смещению ядра расплавленного металла относительно плоскости соединения деталей в деталь большей толщины на величину е. В результате проплавление более тонкой детали уменьшается, а толстой - увеличивается, что в конечном итоге может привести к образованию полного непровара.
При сварке на мягком режиме плавление металла обычно начинается в толстой детали (в центре сечения пакета из двух деталей) и затем изотерма температуры плавления равномерно распространяется во все стороны. В результате, она лишь в конце цикла сварки захватывает тонкую деталь (см. рисунок, а). Процесс характеризуется неустойчивостью глубины проплавления тонкой детали, большим объемом жидкого металла толстой детали, усиленной деформацией тонкой детали, повышенным износом электродов.
При сварке на жестком режиме плавление металла обычно начинается в плоскости свариваемого контакта, при этом в начале процесса сварки изотерма температуры плавления равномерно захватывает приконтактные области тонкой и толстой деталей. Затем, вследствие большего теплоотвода в электрод со стороны тонкой детали изотерма смещается в толстую деталь, к плоскости теплового равновесия (см. рисунок, б).
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1
Формирование ядра расплавленного металла при сварке в деталей разной толщины:
а - сварка на мягком режиме; б - сварка на жестком режиме; с - плоскость теплового равновесия; ё - плоскость свариваемого контакта; е - расстояние между плоскостью теплового равновесия и свариваемого контакта; 1...3 - изотермы температуры плавления соответственно в начальной,
средней и конечной стадиях процесса сварки
Подобные проблемы возникают и при сварке деталей одинаковых толщин из разноименных материалов. Различия физико-механических свойств материалов, обусловленные разницей р0, X, Од и ТПЛ, приводят к неодинаковому выделению и отводу теплоты в свариваемых деталях, в результате чего ядро приобретает специфическую грибообразную форму. Диаметр ядра и глубина проплавления увеличиваются в деталях с высоким р0, меньшим X и ТПЛ. Причины снижения размеров ядра в детали с большей теплопроводностью такие же, как при сварке одноименных деталей различной толщины. Аналогичны и технологические способы получения номинального ядра в зоне контакта путем смещения плоскости теплового равновесия к свариваемому стыку [2].
Основными направлениями решения этой задачи являются уменьшение отвода теплоты от тонкой детали и увеличение тепловыделения в ней (и в контакте между деталями).
Проведенные исследования показали, что увеличение проплавления более тонкой детали при сварке деталей разных толщин, а также детали меньшим р0 и большими X и ТПЛ при сварке деталей из разноименных материалов, путем увеличения жесткости режимов сварки одновременно приводит к увеличению склонности процесса к образованию конечных выплесков. Некоторого увеличения проплавления более тонкой детали при сварке деталей разных толщин, а также детали меньшим р0 и большими X и ТПЛ при сварке деталей из разноименных материалов, достигается размещением с их стороны электрода с меньшей рабочей поверхностью и меньшей теплопроводностью. Однако эти способы позволяют увеличить проплавление более тонкой детали при сварке деталей разных толщин, а также детали меньшим р0 и большими X и ТПЛ при сварке деталей из разноименных материалов, всего на 10...15 %, что не позволяет решить указанные выше проблемы в полном объеме.
Наиболее эффективно увеличение проплавления более тонкой детали при сварке деталей разных толщин, а также детали меньшим р0 и большими X и ТПЛ при сварке деталей из разноименных материалов, размещением между электродом и более тонкой деталью при сварке деталей разных толщин, а также деталью с меньшим р0 и большими X и ТПЛ при сварке деталей из разноименных материалов, съемного теплового экрана из металла с меньшей теплопроводностью в виде ленты толщиной 0,05...0,3 мм. Экран аккумулирует теплоту в тонкой детали и служит дополнительным источником теплоты. Однако этот способ крайне не технологичен. Не технологичны также решения указанных выше задач путем повышения плотности тока в более тонкой детали при сварке деталей разных толщин, а также детали меньшим р0 и большими X и ТПЛ при сварке деталей из разноименных материалов, в частности, уменьшением площади электропроводимости самого электрода вблизи его рабочей поверхности с помощью кольцевой проточки, кольца из сплава с малой проводимостью, либо небольшой центральной вставки из сплава с повышенной электрической проводимостью.
Таким образом, при точечной сварке по традиционной схеме получить заданный уровень про-плавления тонкой детали при высокой устойчивости процесса против образования выплесков только изменением параметров режима сварки затруднительно.
Проведенные исследования показали, что при сферических рабочих поверхностях электродов площади контактов электрод-деталь в основном определяются усилиями сжатия в этих контактах и пропорциональны им. Поэтому для получения разных по площадям контактов электрод-деталь со стороны тонкой и толстой деталей при сварке деталей разных толщин, а также детали меньшим р0 и большими X и ТПЛ и большим р0 и меньшими X и ТПЛ при сварке деталей из разноименных материалов, следовало бы приложить разные сжимающие усилия. Осуществить это и позволяют способы сварки с обжатием периферийной зоны соединения [3]. Кроме того, способы сварки с обжатием
периферийной зоны соединения позволяют вести сварку на предельно жестких режимах и практически гарантировать отсутствие выплесков.
При увеличении усилия обжатия со стороны более тонкой детали при сварке деталей разных толщин, а также детали меньшим р0 и большими X и ТПЛ при сварке деталей из разноименных материалов, приводит к уменьшению усилия на токопроводящем электроде, площади его контакта с деталью, теплоотвода в электрод и, следовательно, к увеличению проплавления более тонкой детали при сварке деталей разных толщин, а также детали меньшим р0 и большими X и ТПЛ при сварке деталей из разноименных материалов. И, наоборот - уменьшении усилия обжатия со стороны более толстой детали при сварке деталей разных толщин, а также детали большим р0 и меньшими X и ТПЛ при сварке деталей из разноименных материалов увеличивается усилие на токопроводящем электроде, что приводит к увеличению площади его контакта с деталью, а, следовательно, к увеличению теплоотвода и уменьшению зоны расплавления в более толстой детали при сварке деталей разных толщин, а также детали большим р0 и меньшими X и ТПЛ при сварке деталей из разноименных материалов.
Таким образом, наиболее технологичными способами увеличения проплавления более тонкой детали или детали с меньшим удельным электрическим сопротивлением и большей теплопроводностью являются ассиметричное сжатие деталей токопроводящими электродами и проведение сварки на возможно более жестких режимах.
Библиографические ссылки
1. Технология и оборудование контактной сварки / Б. Д. Орлов, Ю. В. Дмитриев, А. А. Чакалев и др. М. : Машиностроение, 1986. 352 с.
2. Чулошников П. Л. Точечная и роликовая электросварка легированных сталей и сплавов. М. : Машиностроение, 1974. 232 с.
3. Козловский С. Н., Малимонов В. И. Повышение эффективности процессов точечной сварки с обжатием периферии соединения // 100-летие изобретения сварки по методу Н. Г. Славянова и современные проблемы развития сварочного производства : сб. науч. тр. Пермь: ППИ, 1990. Ч. 3. С. 166-173.
© Морозов И. С., Атакишиева Ю. О., Михальченков А. В., Осадчий Е. О., 2016
