Основные и сопутствующие процессы при образовании соединений с использованием контактной точечной сварки

При контактной точечной и рельефной сварке в зоне сварного соединения протекают сложные взаимосвязанные процессы, основными из них являются:

- протекание электрического тока через зону сварки;

- нагрев деталей и электродов в результате прохождения тока;

- плавление и кристаллизация металла зоны сварки;

- неизотермическое деформирование нагретого металла.

В результате протекания процессов тепловыделения и теплопередачи в зоне сварного соединения формируется температурное поле, которое определя-ется совокупностью температур в различных точках свариваемых деталей в разные моменты времени.

При контактной точечной и рельефной сварке из-за малых размеров зоны соединения и незначительной продолжительности нагрева внутренними источ-никами теплоты возникают сложности экспериментального определения тепло-вого состояния металла. При установке термопар в зоне соединения трудно рассчитывать на получение объективных результатов в связи с возможностью нагрева их проходящим током и значительной инерционностью спая. Наиболее доступной для измерения является область контакта электрод-деталь, однако в этом случае наличие отверстия в электроде под термопару может привести к искажению температурного и электрического полей. Оценку теплового состоя-ния металла при контактной сварке в последние годы часто производят с по-мощью математического моделирования.

Из-за динамических изменений теплового потока, плотности электриче-ского тока и свойств материала с изменением температуры процесс контактной точечной и особенно рельефной сварки является трудно анализируемым. По-этому для анализа указанных процессов используют математическое моделиро-вание. При этом к математической модели предъявляются следующие требования:

- осуществление совмещенного температурного, электрического и деформационного расчетов;

- задание граничных условий в контакте электрод-деталь и деталь-деталь (контактного теплового и электрического сопротивления);

- учет нелинейности теплофизических свойств материала свариваемых деталей и электродов;

- учет изменения плотности тока и распределения давления по контактной поверхности, связанных с деформированием металла зоны сварки;

- обеспечение задания модуляции сварочного тока;

- статистическое моделирование начальных и конечных выплесков.

Моделирование процесса сварки должно включать в себя задание геомет-рических, теплофизических и механических характеристик, зависящих от тем-пературы. Геометрическими характеристиками являлись толщина свариваемых деталей, форма и размеры электродов, теплофизическими – теплопроводность, плотность материала, теплоемкость, удельное электрическое сопротивления и электропроводность, механическими – модуль упругости, предел текучести, ко-эффициент линейного растяжения, модуль сдвига и коэффициент Пуассона.

Изменение теплофизических и механических характеристик материала в зависимости от температуры учитывается на основании табличных данных. При этом для значений температур, находящихся в промежутках между таб-личными данными, величины характеристик определяются с помощью квадратичной интерполяции.