Geum.ru

Основы теории и технологии контактной точечной сварки

Методическое пособие - Разное

Другие методички по предмету Разное

етворительно описывается функцией вида

, (3.24)

где x произвольная переменная; a и b коэффициенты, которые можно определять по имеющимся экспериментальным значениям температуры.

Из анализа известных результатов экспериментальных и расчётных исследований можно сделать заключение о том, что изменение температуры по времени на стадии нагрева в любой точке зоны сварки подобно характеру изменения температуры в контакте электроддеталь (рис. 3.6). При этом общеизвестно, что температура в контакте электроддеталь в процессе сварки на стадии нагрева возрастает монотонно (рис. 3.6, а).

При точечной сварке непосредственное измерение температуры в контакте детальдеталь и свариваемых деталях затруднено малыми размерами и закрытым характером зоны формирования соединения, а также быстротечностью процесса КТС. Вместе с тем, о характере изменения температуры в центре контакта детальдеталь можно судить по трем характерным точкам, которые представляется возможным определить экспериментально (рис. 3.6, б):

  1. в начале процесса температура в центре контакта равна температуре окружающей среды (при t = 0 Тt = 0);
  2. в момент начала плавления tНП она равна температуре плавления ТПЛ металла (при t = tНП Тt = ТПЛ );
  3. в момент выключения сварочного тока tСВ она достигает максимального ТM значения (при t = tСВ Тt = ТM).

 

Приемлемую сходимость расчетных и экспериментальных значений температуры в интервале времени до начала плавления металла (0 ? t ? tНП) позволяют получить показательная и логарифмическая функции вида:

и ,

где a1 и b1 коэффициенты, которые могут быть определены по имеющимся экспериментальным значениям температуры.

Однако при сварке на относительно жестких режимах, когда отношение tНП /tСВ = 0,15...0,3, а ТМ/ТПЛ = 1,1...1,25, что обычно и имеет место при сварке на режимах средней жесткости, показательная функция в интервале tНП…tСВ имеет локальный максимум температуры, что противоречит имеющимся экспериментальным и расчетным данным о монотонном характере увеличения температуры во время действия импульса сварочного тока. Логарифмическая же функция не имеет этого недостатка. Поэтому она и была принята для описания изменения температуры по времени в первоначальном варианте данного экспериментально-расчетного метода [214], разработанном для условий КТС деталей из легких сплавов электродами со сферической рабочей поверхностью. Однако окончательные зависимости для расчетов параметров термодеформационных процессов при описании изменения температуры по времени логарифмической функцией получались неоправданно громоздкими [216]. Поэтому, в дальнейшем, при его совершенствовании применительно к особенностям сварки деталей из сталей электродами с плоской рабочей поверхностью, а также точечной сварки с обжатием периферийной зоны соединений, логарифмическая функция была заменена на степенную [210, 215, 217] вида:

, (3.25)

где n и c коэффициенты, которые подлежат идентификации.

Данная функция при указанных выше соотношениях tНП /tСВ и ТМ /ТПЛ не имеет локального максимума в интервале tНП…tСВ, хотя несколько и завышает значения температуры при t ? tНП по сравнению с результатами, которые получаются при расчетах численными методами. Вместе с тем эксперименты показывают, что действительная скорость нарастания температуры в контакте детальдеталь очень высока, так как следы оплавления на поверхностях деталей, по крайней мере, при сварке сталей, наблюдаются уже через один полупериод протекания сварочного тока. При относительной простоте степенная функция дает хорошую сходимость расчетных и экспериментальных результатов.

Разработка математической модели температурного поля по расчетно-экспериментальному методу, в сущности, сводится к определению и математическому описанию взаимосвязей аппроксимирующих функций (3.24), описывающих изменение температуры по координатам z и r, и функции (3.25), описывающей ее изменение по времени t.

При описании изменения температуры TZt по оси электродов (по координате z), в дискретный момент времени t, значения коэффициентов b и a в зависимости (3.24) применительно к конкретному процессу сварки можно найти, если представляется возможным экспериментально определить значения температуры в характерных точках в разные моменты процесса сварки. Для этого, предварительно для момента времени t преобразовав зависимость (3.24) к виду

, (3.26)

можно составить систему уравнений, учитывая, что при z = hЯt/2 температура TZt = TПЛ, а при z = s TZt = TЭt:

,

где для момента времени t, hЯt высота ядра расплавленного металла;
TЭt температура на поверхности деталей под электродами; TПЛ температура плавления свариваемого металла; s толщина деталей.

Решив эту систему уравнений, находим значения коэффициентов bt и aZt:

, ,

подставив которые в (3.26) получим зависимость для расчета температуры TZt на оси электродов в точке с координатой z в момент времени t. После преобразований она будет иметь следующий вид:

. (3.27)

Эта зависимость имеет хорошую сходимость резу