Причины уменьшения ядра при точечной сварке Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.791.763

ПРИЧИНЫ УМЕНЬШЕНИЯ ЯДРА ПРИ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКЕ

А. Г. Папуша1, К. П. Марусенко, П. А. Хорунжин, А. Н. Андреев Научный руководитель - С. Н. Козловский

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: [email protected]

При точечной сварке узлов летательных аппаратов непровары не допустимы. Проведенные исследования показали, что основной причиной образования непроваров являются факторы технологические, в частности, искривление деталей в месте сварки.

Ключевые слова: точечная контактная сварка, непровары, зазоры между деталями, пластические деформации.

CAUSE A DECREASE IN THE NUCLEUS AT THE SPOT WELDING

A. G. Papusha1, K. P. Marusenko, P. A. Horunzhin, A. N. Andreev Scientific Supervisor - S. N. Kozlovskiy

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

When spot welding of aircraft assemblies lack of fusion will not be tolerated. Studies have shown that the main cause of lack offusion are technological factors, in particular, bending parts in place of welding.

Keywords: spot welding, lack of fusion, the gaps between the parts, plastic deformation.

Общей же для всех условий КТС причиной образования непроваров является уменьшение нагрева металла в зоне формирования соединения, его теплосодержания. Это, как установлено практикой точечной сварки, является следствием либо уменьшения тепловыделения в зоне сварки, либо увеличения теплоотвода в электроды, либо комплексного воздействия того и другого факторов [1].

Причинами снижения тепловыделения в зоне сварки, что может приводить к уменьшению размеров ядра вплоть до образования непроваров, могут быть отклонения параметров режимов сварки: уменьшение силы импульса 1СВ сварочного тока, его длительности или усилия сжатия электродов F3. В прошлом, до 70-х... 80-х годов прошлого века, эти причины зачастую и являлись основными причинами образования непроваров из-за ненадёжности работы контакторов, несовершенства регуляторов цикла сварки и приводов усилия сжатия машин для точечной сварки. В современных же технологиях точечной сварки эти причины, в силу высокой надежности современных регуляторов цикла сварки, прерывателей тока и приводов машин для точечной сварки, причинами образования непрова-ров становятся относительно редко [2].

В большинстве случаев современной практики точечной сварки уменьшение размеров и образование непроваров связано с увеличением рабочих поверхностей электродов и завышением уровня объемных пластических деформаций металла в зоне сварки, связанным с влиянием факторов технологических. Завышение же уровня объемных пластических деформаций металла в зоне сварки, приводящее к частичному или полному непровару, чаще всего является следствием влияния факторов технологических, например, зазоров между свариваемыми деталями.

Ограничение величины зазоров между свариваемыми деталями введено с целью повышения устойчивости процесса формирования соединений против образования выплесков [3]. Однако, как показали исследования, отрицательное влияние зазоров на процесс формирования соединения более многопланово и не ограничивается только повышением склонности процесса сварки к образованию

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

выплесков. В частности, они являются причиной уменьшения размеров ядра вплоть до полного непровара (см. рисунок).

Сварные соединения деталей из сплава АМг6: 2,0 + 2,0 мм, ЕСВ = 8,5 кН, (СВ = 0,1 с; а - сварка без зазора 1СВ = 39,5 кА; б - сварка с зазором при 1СВ = 43 кА, 5 = 3,5 мм,

/ = 50 мм, и = 15 мм

Причем, механизм влияния зазоров на устойчивость процесса сварки против образования выплесков и непроваров весьма сложен и проявляется следующим образом.

При сварке с увеличением зазора 5 значения размеров ядра всегда уменьшаются вплоть до полного непровара. Причем, на отклонение диаметра dЯ и высоты кЯ ядра значимо влияет не только величина зазора 5, а и другие параметры соединений: толщина деталей 5, шаг между точками ^ и расстояние от кромки нахлёстки до места сварки и, а также сварочное усилие Так, с увеличением 5, и 5, а также с уменьшением ^ и и отклонения dЯ и кЯ увеличиваются. Кроме того, с уменьшением сопротивления пластической деформации металла или жёсткости режима сварки отклонения dЯ и НЯ, при той же величине 5, также увеличиваются.

В случаях сварки деталей с зазором при увеличении 5 до 2 г 3 мм наблюдается самопроизвольное, без регулирования режима, увеличение 1СВ на 2 г 6 %. Такое изменение тока приводит к некоторому увеличению средней плотности тока в свариваемом контакте и при отсутствии зазора привело бы к увеличению размеров ядра.

Хотя электрическое сопротивление зоны сварки ЛЭЭ до начала импульса тока при наличии зазора изменяется незначительно, что, казалось бы, свидетельствует неизменности условий формирования электрических контактов, однако во время процессе нагрева это сопротивление при наличии зазора уменьшается по сравнению с его величиной при отсутствии зазоров. При увеличении зазора до 3 г 4 мм за время, равное 0,05 г 0,15 ¿СВ, сопротивление зоны сварки становится на 30 г 40 % меньше, чем при сварке деталей без зазора. К моменту окончания импульса тока это различие ЛЭЭ достигает 40 г 50 %. По-видимому, именно этим уменьшением ЛЭЭ можно объяснить самопроизвольное увеличение тока 1СВ при сварке деталей с зазорами, которое наблюдается даже в случаях получения полных непроваров.

Учитывая, что при сварке с зазором контурная площадь свариваемого контакта уменьшается, а значит, электрическое сопротивление свариваемых деталей, по крайней мере, не уменьшается можно сделать вывод о том, что основная причина уменьшения ЛЭЭ при увеличении зазора — это снижение сопротивления свариваемого контакта. По-видимому, несмотря на уменьшение контурной площади свариваемого контакта и усилия сжатия в нем на величину ^д, сопротивления деталей их прогибу до соприкосновения, фактическая площадь свариваемого контакта увеличивается. Это может происходить из-за увеличения деформаций микрошероховатостей свариваемых поверхностей вследствие увеличения радиальных макродеформаций в контакте. Увеличение же макродеформаций является следствием искривления деталей при их сближении, уменьшения радиуса кривизны соприкасающихся деталей в месте сварки и, вследствие этого, облегчения условий вытеснения металла в зазор.

Учитывая, что при сварке с зазорами увеличение теплоотвода в электроды не играет определяющей роли в образовании непроваров, основной причиной уменьшения размеров ядра является снижение тепловыделения в зоне сварки из-за уменьшения её электрического сопротивления в процессе формирования соединения, по сравнению с его величиной при сварке без зазоров. Это является следствием искривления деталей в месте сварки, изменяющего условия макро- и микропластических деформаций металла в свариваемом контакте.

Таким образом, основными причинами образования непроваров при точечной сварке являются уменьшение тепловыделения в зоне сварки, которое может являться следствием уменьшения её элек-

трического сопротивления и плотности тока в ней, вызванного увеличением микро- и макродеформаций металла в области контактов или площади контактов электрод - деталь, уменьшением силы импульса сварочного тока или его длительности, а также увеличением теплоотвода в электроды из-за износа их рабочих поверхностей или искривления свариваемых деталей в месте сварки. Вместе с тем, несмотря на то, что основные причины образования установлены и исследованы достаточно полно, в практике точечной сварки они имеют место. Основные проблемы по предотвращению непроваров при КТС связаны с отсутствием простых и надёжных методик, которые позволили бы на стадии технологической подготовки производства или непосредственно в процессе выполнении сварочных операций при изготовлении изделий оперативно оценивать устойчивость процесса формирования соединений против образования этого дефекта.

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. Козловский С. Н. Предупреждение образования непроваров при контактной точечной сварке // Прогрессивные процессы сварки в машиностроении : Всесоюзн. науч.-техн. конф. Красноярск. 1991. С. 75-78.

3. Чулошников П. Л. Точечная и роликовая электросварка легированных сталей и сплавов. М. : Машиностроение, 1974. 232 с.

© Папуша А. Г., Марусенко К. П., Хорунжин П. А., Андреев А. Н., 2016