Основы теории и технологии контактной точечной сварки
Методическое пособие - Разное
Другие методички по предмету Разное
i>П, вполне соответствует существующим представлениям о нагреве металла в процессе формирования точечного сварного соединения.
Таким образом, данный расчетно-экспериментальный метод оценки теплового состояния зоны КТС на стадии нагрева во время действия импульса сварочного тока при относительной простоте расчета, позволяет достаточно точно оценить температуру в любой точке зоны сварки в любой момент процесса формирования точечного сварного соединения. При этом зависимости, выражающие изменение температуры по координатам и времени, являются непрерывными аналитическими функциями и позволяют производить операции математического анализа.
3.4. Математические модели силового взаимодействия деталей
в площади свариваемого контакта при формировании соединения
Согласно принятым моделям термодеформационного равновесия процесса точечной сварки без обжатия (рис. 3.1) и с обжатием (рис. 3.3) периферийной зоны соединения силовое взаимодействие деталей, сжимаемых электродными устройствами, в площади контура уплотняющего пояска осуществляется металлом, который находится в твёрдой (до начала плавления во всей площади контура уплотняющего пояска) или в твёрдой (после начала плавления в площади уплотняющего пояска, окружающего ядро) и жидкой (в площади ядра расплавленного металла) фазах. Поэтому основными задачами математического моделирования взаимодействия деталей в площади свариваемого контакта при формировании соединения является определение напряжений в площадях контактов, в которых металл находится в твёрдой фазе, и давления в ядре.
3.4.1. Методика расчета среднего значения нормальных напряжении в контакте деталь - деталь
Точно рассчитать распределение напряжений в контактах при КТС по-видимому не представляется возможным из-за сложности и динамичности, протекающих в них термодеформационных процессов. Приближённое решение данной задачи [206, 217, 218] основано на допущении, что характер распределения напряжений в контакте детальдеталь при точечной сварке подобен характеру распределения напряжений в контакте пуансондеталь при осадке полосы. Это предположение сделано на основании анализа опубликованных работ С. И. Губкина, Е. П. Унксова, В. В. Соколовского и других исследователей, посвященных определению напряжений в контактах. Ими установлено, что в общем случае в площади контакта имеется три участка, которые отличаются распределением касательных напряжений (рис. 3.19). Качественно такой характер распределения нормальных напряжений в контактах электроддеталь и детальдеталь при точечной сварке подтверждается экспериментами по затеканию (пластической деформации) металла в узкую щель в электроде (рис. 3.20) и характером деформации периодического рельефа на поверхности детали (рис. 3.21).
Можно предположить, что и при сварке в площади контакта в момент времени t имеется три участка (рис 3.19 и 3.22), отличающихся распределением касательных напряжений ?, подобно осадке полосы [219]:
1) зона скольжения (участки a1b1 и b2a2) ;
2) зона торможения (участки b1c1 и c2b2) ;
3) зона застоя (участки c1о и оc2) ;
где ?Z напряжения, нормальные к плоскости свариваемого контакта;
? коэффициент трения; r радиальные координаты точек в плоскости поверхности деталей.
Наличие таких участков в контактах при КТС экспериментально подтверждается, например, в работе [129].
Решением приближенного уравнения равновесия, предложенного
Е. П. Унксовым [219, 220],
,
где s толщина детали; ?z, ?r, и ?? соответственно, нормальные относительно плоскости свариваемого контакта, радиальные и окружные напряжения; совместно с условием пластичности Губера Мизеса
, (3.45)
где ?Д это сопротивление пластической деформации металла в области уплотняющего пояска; получены функции, описывающие изменение нормальных напряжений ?1Z, ?2Z, ?3Z на различных участках контакта, которые, применительно к условиям точечной сварки, имеют следующий вид:
- первый участок при rb ? r ? ra
; (3.46)
- второй участок при rc ? r ? rb
; (3.47)
- третий участок при 0 ? r ? rc
. (3.48)
Здесь ? коэффициент трения; dП диаметр контурной площади контакта (уплотняющего пояска).
Координату границы зоны торможения rb можно определить по зависимости, приведенной в работе [221], которая, применительно к условиям точечной сварки имеет вид
. (3.49)
Поскольку при КТС в контакте электроддеталь и, в особенности, детальдеталь наблюдается схватывание металла [128, 129], то коэффициент трения ? можно принять равным 0,5. Тогда, согласно (3.49) при ? = 0,5 координата , т. е. зона скольжения (участки a1b1 и a2b2) отсутствуют, а зона торможения (участки b1c1 и b2c2) доходит до границы контакта.
Расчеты показали, что, пренебрегая уменьшением касательных напряжений в зоне застоя (с1о и ос2 (см. рис. 3.19)), получаем абсолютную ошибку при определении средней величины нормальных напряжений ?СР, не превышающую 5...10 %, причем в свариваемом контакте только до начала плавления металла. Поэтому, чтобы упростить расчеты, можно допу