Основы теории и технологии контактной точечной сварки
Методическое пособие - Разное
Другие методички по предмету Разное
z и r, а также по времени t при допущении, что характер изменения температуры по времени во всех точках зоны формирования точечного сварного соединения подобен характеру изменения температуры в центре контакта детальдеталь.
Однако, в действительности, как показали расчеты температурных полей методом конечных разностей, характер изменения температуры по времени на периферии зоны сварки несколько иной, чем характер изменения температуры в центре контакта детальдеталь. Это означает, что величина коэффициентов az и ar, характеризующих градиент температуры по координатам z и r, должна изменяться по времени и зависеть от условий сварки, в частности, от формы рабочей поверхности электродов.
Проведенные исследования показали, что изменение значений коэффициентов az и ar может быть аппроксимировано функцией вида [217]
, (3.35)
где at и a текущие и конечные значения коэффициента az или ar при их изменении по времени; т и п экспериментально определяемые коэффициенты аппроксимации.
Тогда окончательно формулу для расчета изменения температуры в любой точке зоны сварки в любой момент времени в интервале 0 < t ? tСВ с учетом сказанного выше можно представить в следующем виде:
, (3.36)
где t координата времени; c, azt и art коэффициенты, характеризующие изменение в процессе сварки градиента температуры по цилиндрическим координатам z и r и времени t:
, , ,
, ;
ТЭ максимальное значение температуры в контакте электроддеталь;
tНП время начала плавления металла в контакте детальдеталь; m1, n1, m2 и n2 опытные коэффициенты, учитывающие изменение во времени градиента температуры по координатам z и r (см. ниже табл. 3.2).
Известные трудности при расчетах температуры по зависимости (3.36) представляет точное определение для конкретных условий сварки момента начала плавления металла в контакте детальдеталь tНП, максимальной температуры в контакте электроддеталь ТЭ, а также коэффициентов m1, n1, m2 и n2, которые учитывают изменение во времени градиента температуры по координатам z и r. Несомненно, что при решении научно-исследовательских задач они в каждом конкретном случае должны определяться индивидуально. При приближенных технологических расчетах они могут быть определены по приведенным ниже обобщенным данным.
Наиболее просто определять момент tНП начала плавления металла в контакте детальдеталь. Это можно осуществить прерыванием процесса сварки (на серийных машинах это можно сделать с шагом 0,02 или 0,01 с). Установлено, что с увеличением жесткости режима сварки момент начала плавления металла tНП смещается к началу процесса и существует корреляционная зависимость между значением tНП и проплавлением деталей, выраженным отношением высоты ядра расплавленного металла к суммарной толщине деталей hЯ/2s. Усредненная для способов КТС зависимость значений tНП от проплавления деталей hЯ/2s, показанная на рис. 3.10, вполне удовлетворительно описывается функцией, интерполированной по полиному Лагранжа [217]:
, (3.37)
где tСВ время сварки; hЯ высота ядра; s толщина детали.
Экспериментальное определение максимального значения температуры в контакте электрод-деталь ТЭ не имеет принципиальных препятствий. Это можно сделать по любой из известных методик, например, описанным в работах [14, 207]. Основная трудность таких измерений это их относительно большая трудоемкость.
Проведенными исследованиями и обработкой известных результатов экспериментов других исследователей, а также результатов расчетов температуры методом конечных разностей, установлено наличие корреляционной зависимости между максимальным значением температуры в контакте электроддеталь ТЭ и относительным проплавлением деталей hЯ/2s (рис. 3.10). Зависимость удовлетворительно описывается следующей, относительно простой, аппроксимированной функцией:
, (3.38)
где ТПЛ температура плавления металла; hЯ высота ядра; s толщина свариваемых деталей.
Наиболее трудоемко определение изменения в процессе формирования соединения коэффициентов azt и art, характеризующих изменение градиента температуры по координатам z и r. Для этого необходимо измерять значения температуры в характерных точках (см. рис. 3.5), а затем определять значения azt и art обратным расчетом по зависимости (3.36). Трудоемкость определения этих коэффициентов можно несколько уменьшить после начала плавления металла. Для этого экспериментально следует измерять изменение высоты hЯt и диаметра dЯt ядра, а коэффициенты azt и art так же определять обратным расчетом по зависимостям (3.40) и (3.41). Обработкой значительного числа экспериментальных данных установлено, что характер изменения коэффициентов azt и art в процессе формирования точечных сварных соединений зависит в основном от геометрии рабочей поверхности электродов и жесткости режимов сварки.
Наиболее близкий характер изменения градиента температуры по координатам z и r в процессе формирования соединения при сварке эле