CC BY
22
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
УДК 621.791.763
В. И. Кириллов Научный руководитель - С. Н. Козловский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ВЛИЯНИЕ ИСКРИВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ В МЕСТЕ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ ПРОТИВ ОБРАЗОВАНИЯ ВЫПЛЕСКОВ И НЕПРОВАРОВ
Проведенные исследования позволили дополнить технологию точечной сварки мероприятиями, уменьшающими вероятность образования выплесков и непроваров. В их основе лежит уменьшение искривления деталей в месте сварки.
Известно, что выполнение условия отсутствия внутренних конечных выплесков обеспечивает их предотвращение в том случае, если возмущающие факторы процесса контактной точечной сварки (КТС) не сильно влияют на равномерность распределения сжимающих напряжений в площади уплотняющего пояска.
Возмущающим фактором, повышающим склонность процесса КТС к выплескам, как отмечается в работе [1], являются зазоры между свариваемыми деталями. Поэтому в практике КТС они жестко регламентируются. При этом повышение склонности процесса к выплескам объяснялось уменьшением усилия сжатия деталей в свариваемом контакте относительно усилия сжатия электродов на величину усилия деформирования деталей ^д при их
прогибе: ^СК = FЭ - ^Д. Однако, в работе [2] было показано, что при встречающихся в практике КТС величинах зазоров усилие ^д не превышает 2.. .5 % от величины Такое уменьшение ^СК относительно из-за наличия зазоров не может являться причиной образования выплесков, так как в практике КТС величину задают на 10.20 % больше его критической величины ^КР, при которой регулярно образуются выплески.
В связи с этим были проведены экспериментальные исследования влияния величины зазоров 5 в месте сварки на склонность процесса КТС к выплескам. Склонность процесса КТС к выплескам оценивалось по критическому диаметру ядра йКР - максимальному диаметру ядра, который можно получить на данном режиме без выплеска. Определялась зависимость йя и йКР от комплексного влияния ряда технологических факторов КТС:
(йя, dKp) = /(¿щ ¿*, и, а, 5, 5, Яз),
где ¿щ - шаг точками; - шаг до соседних точек; и - расстояние от кромки листа до центра точки; а - угол раскрытия зазора в нахлестке; 5 - величина зазора; 5 - толщина деталей; Яз - радиус сферы рабочей поверхности электродов.
Моделирование зазоров проводилось по известной методике [1]. Для определения значимости влияния факторов планировались четырех- и трехфактор-ные эксперименты в пяти уровнях. Значимость влияния факторов определялась по критерию Фишера.
Исследования показали, что при КТС с усилием сжатия электродов ^3 = (1,2.1,3) ^КР и величине
зазоров 5 < 2.2,5 мм выплески наблюдаются редко и носят случайный характер. Это объясняется тем, что при сварке без корректирования режима увеличение зазоров всегда приводит к уменьшению размеров ядра вплоть до полного непровара.
Но при сварке деталей с зазорами выплески отсутствуют только в том случае, если режим сварки не корректируется по силе сварочного тока /СВ или времени сварки ¿СВ с целью увеличения йя до заданных значений. Если же при КТС деталей 5 > 1 мм и наличии зазора (5 > 0) с целью увеличения йя режим сварки корректируется увеличением 1СВ или ¿СВ, то выплески возникают регулярно, что подтверждается однозначным уменьшением величины йКР с увеличением зазора 5 (рис. 1). Причем, в этом случае на склонность процесса к выплескам при наличии зазоров значимо влияют 5, 5, ¿щ, и из них 5 и / влияют наиболее значимо. При этом, факторы 5, 5 и ¿щ значимо влияют на йКР только при 5 > 1 мм.
Были проведены исследования влияния факторов 5, 5 и ¿щ на склонность процесса КТС к образованию выплесков и непроваров. В результате установлено, что их влияние на процесс сварки проявляется не однозначно: существуют сочетания 5, 5 и ¿щ, при которых процесс сварки наиболее склонен к образованию выплесков, а также сочетания — при которых процесс сварки наиболее склонен к образованию непроваров (рис. 2).
Даже при сварке с зазором для всех толщин деталей существуют сочетания 5 и ¿щ, при которых выплески не наблюдаются (рис. 2, зона А). Существуют сочетания 5 и ¿щ для каждой 5, при которых наблюдается повышенная склонность процесса к выплескам (зона В) и непроварам (зона С). При сочетаниях 5 и ¿щ, ограниченных зоной Б, систематически наблюдаются выплески даже при
= 1,2.1,3 ^КР. При этом выплеск носит характер оплавления без наличия значительных объемов расплавленного металла. Причиной такого выплеска является «зависание» электродов, т. е. значительное уменьшение усилия сжатия в сварочном контакте ^СК. Если наличие выплесков в зоне Б можно объяснять уменьшением усилия ^СК из-за значительного увеличения усилия ^д, то объяснить увеличение склонности к выплеску при сочетаниях 5, 5 и ¿щ в зоне В этой же причиной не представляется возможным, так как выплески происходят при значительно меньшем диаметре ядра (до 50 % от номи-
Секция «Сварка летательных аппаратов»
Рис. 1. Отклонение dКР в зависимости от 5 при различных сочетаниях ГШ и 5: АМг6; I - 1 + 1 мм; 2...5 - 2 + 2 мм; 6 - 3 + 3 мм
0 2 4 6 5, мм
_Толщина деталей_
о • - 2 мм; □ ■ - 3 мм; А А - 4 мм; Рис. 2. Зависимость устойчивости КТС от сочетаний 5, 5 и ГШ : АМг6
нального) и относительно небольшом (до 5 %) уменьшении усилия ^СК. В этом случае на склонность процесса к выплеску оказывают влияние особенности формирования сварочного контакта при наличии искривления деталей в месте сварки.
Таким образом, причиной образования как непро-варов, так и выплесков при КТС может быть искривление деталей в месте сварки, которое возникает при наличии зазоров между деталями. Причем, влияние величины зазоров на процесс сварки зависит также от толщины свариваемых деталей и шага между точками. Определены сочетания названных выше факторов, при которых непровары и выплески отсутствуют, а также сочетания - при которых образование их наиболее вероятно. Первые сочетания можно считать при сварке допускаемыми, а вторые - недопустимы-
ми. Такое регламентирование возмущающих факторов процесса КТС и их контроль позволит повысить качество получаемых соединений.
Библиографические ссылки
1. Чулошников П. Л. Точечная и роликовая электросварка легированных сталей и сплавов. М. : Машиностроение. 1974.
2. Козловский С. Н., Орлов Б. Д., Чакалев А. А. Влияние зазоров на величину усилия в плоскости свариваемого контакта при точечной сварке // Тр. II науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов. М. : МАТИ, 1978. С. 15-21. (Рук. деп. в ГОС-ИНТИ. 1978. № 6-78).
© Кириллов В. И., Козловский С. Н., 2010
УДК 621.791.76
В. И. Кириллов Научный руководитель - А. Б. Мишуренко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПРОЦЕССА ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ ПРОТИВ ОБРАЗОВАНИЯ ВЫПЛЕСКОВ И НЕПРОВАРОВ
Предложена методика определения коэффициентов устойчивости процесса контактной точечной сварки против образования выплесков и непроваров, которая может быть использована для автоматизации технологического процесса сварки.
Для автоматизации технологического процесса контактной точечной сварки необходима разработка методики определения устойчивости протекания процесса. При осуществлении процесса сварки факторы, влияющие на формирование соединения, непрерывно изменяются, эти изменения носят как случайный, разовые отклонения в определенном диапазоне, так и закономерный характер. Для предотвращения образования непроваров и выплесков важно не только правильно выбрать параметры режимов сварки и сварочное оборудование, но и иметь возможность оперативно оценивать устойчивость процесса формирования соединения и корректировать его параметры.
Склонность процесса формирования соединения к появлению выплеска наиболее часто оценивают по методикам, которые основаны на измерении критического диаметра ядра - dКp, а так же по параметрам от него производным, например по коэффициенту устойчивости процесса КТС против выплесков - КВ. Следует отметить, что практическое измерение величины критического диаметра ядра весьма трудоемко из-за необходимости изготовления микрошлифов сварных соединений.
Известна методика оценки устойчивости процесса КТС, которая позволяет по измеренным значениям критического и номинального диаметров ядра оценить устойчивость процесса сварки на номинальном
