Что называют шунтированием тока при контактной сварке
Шунтирование тока при точечной сварке
В реальных соединениях сварку или одноточечное сварное соединение стараются не применять, т. к. его работоспособность будет недостаточна, даже для приварки ушка ручки чайника лучше поставить три точки, это обеспечит прочность как на срез, так и на отрыв.
А в случае контактной точечной сварки автомобилей, различных тележек, рам, количество сварных точек достигает несколько тысяч, т. к. технологически удобно ставить каждую последующую точку вслед за предыдущей, то ранее сваренное соединение оказывается в непосредственной близости от вновь формируемого.
Т. К. ток шунтирования значительно снижает величину тока, проходящего через контакт деталь – деталь свариваемого соединения, литое ядро при постановке последующей точки может быть недопустимо малых размеров или не сформироваться вообще.
Это необходимо учитывать и компенсировать токи шунтирования, увеличивая ток в импульсе. Кроме того шаг сварки должен определяться от толщины детали и свойств материала ( 
— удельное сопротивление).
Для нержавеющих сталей, обладающих большим , шаг должен быть 8 
и должен возрастать при уменьшении удельного сопротивления и увеличении .
При высоком темпе сварки металл в области ранее сваренной точки не успевает остыть и его сопротивление будет больше, чем у холодного металла.
При шовной сварке с взаимным перекрытием влияние тока Iм на величину I2 будет значительно, т. к. шаг сварки при перекрытии точек будет минимальным.
Шунтирование при шовной сварке проявляется в значительной мере больше, чем при точечной, т. к. ток шунтирования имеет меньший путь через ранее сваренные точки, представляющие собой сплошной шов.
Однако время постановки каждой последующей точки в значительной мере меньше, чем при точечной, в пределах 1 сек. Металл в зоне нагрева находится при высокой t и удельное сопротивление очень велико, что несколько исправляет ситуацию.
При высокой скорости прохождения импульса шунтирование будет проявляться меньше.
Поэтому для обеспечения одинакового размера литых ядер при шовной сварке, ток I2 увеличивается на 20% при сварке жаропрочных и легированных сталей, на 25% у углеродистых сталей, а при сварке алюминиевых сплавов на 50 %.
Ток шунтирования может наблюдаться не только через ранее сваренные соединения, но и за счет контактирования неровностей.
Чем чище поверхность деталей, тем выше ток шунтирования.
Особенности плавления, кристаллизации и пластичной деформации металла при точечной шовной сварке.
При контактной точечной и контактной шовной сварке металл под электродами нагревается с большой скоростью.
Часто достигает Vнагр сотен тысяч градусов в секунду.
Нагрев металлических тел сопровождается увеличением их линейных размеров или объема.
и 
— термический коэффициент линейного и объемного расширения.
Скачкообразное изменение температуры металла при достижении Tм очень важно, т. к. по этому показателю можно судить о начале формирования литого ядра.
Проведя достаточное количество экспериментов по определению увеличения объема жидкого металла в зависимости от времени можно определить взаимосвязь между линейным и объемным расширением нагретого металла и размером литого ядра.
Данный эффект называется дилатометрическим эффектом (линейного и объемного расширения).
Объем нагретого металла увеличивается по всем направлениям или осям, но свободное применение возможно только по оси z, т. к. верхний электрод подвижен.
Если детали имеют развитую поверхность, то расширение металла по оси z создаст напряженное состояние сжатия, так как расширению металла препятствуют холодные области металла.
При охлаждении, наоборот, возникает напряженное состояние расширения, т. к. сдеформировавшийся в горячем состоянии металл по объему стал меньше, а уменьшение его температуры приводит к появлению напряжения растяжения.
Те же процессы могут происходить в направлении оси z, если приложено очень большое сварное усилие, а также при неправильном подборе малых подвижных элементов.
Если инерционная масса механизма усилия сжатия велика, и электрод не успевает отработать перемещение вверх за счет дилатометрического эффекта, то произойдет пластичная деформация и рабочее сечение станет значительно меньше и ухудшатся прочностные свойства.
Для снижения деформации детали и уменьшения глубины деформации от электрода следует уменьшить массу механизма нагружения, т. е. его подвижных элементов.
При этом приложенное сварочное усилие останется практически без изменений, в то время как при большой массе оно может увеличиваться от 0,5 т до 1 т. При правильно подобранном сварочном усилии и массы подвижных элементов с помощью перемещения электродов можно регулировать рост размеров литого ядра и вовремя выключать сварочный ток. Изменение величины сварочного тока, а также величины деформации электрода, материло-детали от электрода ΔТ тесно связаны между собой и при правильных параметрах величины тока Ιсв, сварочного усилия Рсв, длительности импульса tсв и правильном подборе массы подвижных элементов способствует увеличению качества сварных соединений. Т.к. электрод поднимается на величину Δl которая является функцией деформации в объеме зон соединения, а также глубины отпечатка, то распространение деформаций происходит в детали и создает напряжения сжатия, и плоскости контакта деталь-деталь. Эти деформации определяют формирование упрочняющего пояска деформируемого метала, который играет большую положительную роль, т.к. герметизирует расплавленный металл ядра и повышает стойкость сварной точки при знакопеременных нагрузках. При выключении тока происходит кристаллизации металла и сварное соединение должно находиться под действием давления, вызванного сварочными усилиями. Если масса подвижной детали будет высока, то при охлаждение и уменьшение объема остываемого металла электрод может зависнуть в связи с инерционностью подвижных электродов и сварочное давление может резко снизиться, что приведет к появлению пор и трещин в литом ядре. Сам процесс кристаллизации жидкого метала ядра осуществляется при очень высоких скоростях охлаждения и при этом требования к осуществлению необходимого сварочного усилия заставляют применять мало инерционный механизм нагружения.
Однако эти показатели в значительной мере определяются длительностью протекания сварочного импульса, жаропрочностью материалов детали и его теплопроводностью. Т.к. Аl и цветные металлы обладают низким удельным электрическим сопротивлением и высокой теплопроводностью, то их необходимо сваривать мощными, но короткими импульсами тока, т.е. жесткий импульс. Необходимо применять малоинерционные механизмы нагружения.
При сварке сталей и жаропрочных сплавов эти требования снижаются. Для сварки низкоуглеродистых сталей применяются обычные поршневые системы механизмов сжатия.
При шовной сварке происходят такие же процессы нагрева и объемного расширения, как и при точечной, но условия деформирования под электродами отличаются тем, что металл расширяется в сторону катящегося электрода.
При шовной сварке сопротивление металла деформации меньше, чем при точечной, т.к. отличаются повышенным теплосодержанием металла под электродом.
Поэтому шовную сварку можно производить при применение относительно небольших усилиях, даже при применение жестких режимов.
Точечная сварка. Виды точечной контактной сварки и ее применение.
Эффект шунтирования тока при контактной точечной и стыковой сварке
Контактная точечная сварка имеет свои особенности, зная которые можно добиться качественного и прочного сварного соединения. Одной из таких особенностей является возникновение эффекта шунтирования тока, об этом и пойдет речь.
Для начала обозначим, что при контактной точечной и стыковой сварке вторичный ток (I2) делится на ток шунтирования (Iш) и сварочный ток (Iсв). При этом для точечной сварки справедливо равенство вторичного тока как при сварке одной точки, так и при сварке нескольких точек (эффект шунтирования).
Зачастую, для установки оптимального сварочного режима на аппарате точечной сварки для контактной сварки листов больших размеров проводят испытания на небольших образцах. При этом учитывается лишь толщина листов, но не принимается во внимание их размер. Фактически же крупноразмерные детали обладают значительно большим индуктивным и активным сопротивлением, чем подобные образцы. Поэтому подобранный в соответствии с проведенными испытаниями на деталях малых размеров сварочный режим может оказаться совершенно неэффективным при сварке больших конструкций.
Отметим также, что индуктивное сопротивление далеко не всегда оказывает на сварочный процесс негативное воздействие. Так, например, внутри кольца из стали магнитная проницаемость выше, чем за его пределами, в то время как, алюминиевые кольца (немагнитные) обладают малой магнитной проницаемостью. Таким образом, шунтирующий ток при контактной сварке цветных металлов больше, чем при сварке металлов, обладающих магнитными свойствами.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Шунтирование тока имеет место и при шовной сварке. Вследствие особенностей шовной сварки ( несмотря на малый шаг точек шва) ток шунтирования не превышает 15 % сварочного тока. [2]
Шунтирование тока имеет очень важное значение при односторонней точечной сварке ( фиг. [3]
Явление шунтирования тока при контактной сварке было рассмотрено в § 10 гл. Шунтирование оказывает очень большое влияние на результаты точечной сварки любых металлов и нередко является причиной ее неудовлетворительного качества. Шунтирование при точечной сварке сопровождается не только ответвлением части электрического тока через ранее сваренные точки или через случайные контакты между деталями, но и передачей части приложенного к электродам усилия в точках касания свариваемых деталей, лежащих вне зоны сварки. В результате этого усилие, действующее в месте сварки в контакте между деталями, оказывается меньше усилия, приложенного к электродам. В связи с тем, что при шунтировании и ток и усилие в месте сварки уменьшаются, причем степень этого уменьшения непостоянна, создаются условия, существенно понижающие стабильность качества ( прочности) сварных точек. [4]
Для выявления влияния шунтирования тока на прочность точек может быть рекомендовано испытание та срез трехто-чечного образца. Для этого сваривают две точки по краям образца и третью между ними, затем крайние две точки высверливают и образец испытывают на срез. [5]
Минимальный шаг t ограничивается явлением шунтирования тока ранее сваренной точкой. Расстояние от кромок ti и t2 нормируют с учетом технологических и силовых факторов. [9]
Минимальный шаг t ограничивается явлением шунтирования тока ранее сваренной точкой. Расстояние от кромок и 4 нормируется с учетом технологических и силовых факторов. [10]
Минимальный шаг / ограничивается явлением шунтирования тока ранее сваренной точкой. [11]
При сварке листового материала следует учитывать возможность шунтирования тока через соседнее сварные точки. [15]
Способы и режимы контактной сварки
 |
 |
|
Типы и размеры соединений При точечной, рельефной и шовной сварке в большинстве случаев детали соединяют внахлестку. При стыковой сварке детали соединяют встык по всему сечению, поэтому какие-либо специфические размеры соединения не требуются. Точечной, шовной и рельефной сваркой соединяют детали, изготовленные из листа, профиля, а также полученные обработкой резанием и холодной высадкой (при рельефной сварке). Сварка деталей, изготовленных литьем и ковкой, возможна при удовлетворительном качестве исходного металла (отсутствии трещин, пор, раковин, рыхлот, волосовин и т. п.). С целью обеспечения высокого и стабильного качества сварных соединений они должны иметь определенные размеры. К размерам точечных, шовных и рельефных (с расплавлением внахлестку) соединений относятся диаметр литого ядра точки или ширина литой зоны d, ширина нахлестки N, расстояние между точками в ряду — шаг и (рис. 9, а).
Нахлестку определяют по плоской части сопрягаемых деталей без учета радиусов изгиба. Наряду с однорядными точечными швами иногда применяют двухрядные с шахматным расположением сварных точек, которые характеризуются соответственно увеличенной нахлесткой и расстоянием между рядами точек. Размеры сварных соединений для стали указаны в ГОСТ 15878-70. Рекомендуемые размеры точечных и шовных соединений приведены в табл. 1.
При сварке деталей неравной толщины значения d, N и tТ устанавливают, исходя из толщины тонкой детали соединения. Уменьшение нахлестки, а также увеличение диаметра литого ядра или ширины литой зоны по сравнению с рекомендуемыми могут вызвать внутренний выплеск расплавленного металла из ядра или разрывы края металла нахлестки, что снижает прочность и надежность сварного соединения. При сварке небольших деталей, соединения которых не передают значительных нагрузок, минимальные размеры d и N могут быть уменьшены на 20—25%, что в условиях массового производства дает экономию металла за счет уменьшения нахлестки и позволяет применять оборудование меньшей мощности. Диаметр наружного отпечатка (вмятины) от электродов при точечной сварке, принимаемый иногда за размер сварной точки, не характеризует диаметр литого ядра и прочность соединения. Диаметр наружного отпечатка обычно превышает диаметр ядра точки или равен ему. При рельефной сварке деталей из листа с точечными выштампованными рельефами (см. рис. 9, б) соединение характеризуется шириной нахлестки N, диаметром литого ядра d и размерами рельефов: диаметром dp и высотой hp (табл. 2). Для рельефной сварки цилиндрических деталей типа втулок и штуцеров с листовой деталью используют кольцевые рельефы трапецеидальной или закругленной формы (рис. 9, б) с высотой h= 0,5—0,8 мм, а шириной у основания b= 1,5-2 мм и шириной у вершины а = 0,4-0,7 мм при толщине листовой детали 1—2 мм.
При сварке иногда часть тока IШ, подводимого к электродам, протекает в деталях, минуя зону сварки. Это явление называется шунтированием тока. При стыковой сварке шунтирование наблюдается в детали, имеющей замкнутый контур (рис. 10, а). При сварке последовательно ряда или группы точек шунтирование тока происходит через ранее полученные точки (рис. 10, б) или через случайные контакты между деталями. В связи с этим в зоне сварки протекает ток недостаточной величины, в результате литое ядро полученной точки будет уменьшенных размеров.
Минимальный шаг tТ точек, приведенный в табл. 1, установлен из условия, что для дальнейшего уменьшения его и сохранения размеров литого ядра требуется повышение тока для компенсации шунтирования тока в соседние точки. Шунтирование тока имеет место и при шовной сварке. Вследствие особенностей шовной сварки (несмотря на малый шаг точек шва) ток шунтирования не превышает 15% сварочного тока. При сварке герметичного шва размеры литой зоны второй и последующих точек меньше, чем первой точки, полученной без шунтирования тока. Шовную сварку чаще всего применяют для получения герметичных соединений; шаг точек шва tш (см. рис. 9, а) рекомендуется принимать равным половине минимальной ширины литой зоны (см. табл. 1). При точечной и шовной сварке трех и более деталей нахлестка должна быть на 25—30% больше величины, приведенной в таб. 1. Желательно, чтобы во всех случаях отношение толщин соединяемых деталей было не более 3:1. Все способы контактной сварки находят широкое применение при изготовлении самых разнообразных изделий. Наиболее распространены точечная и шовная сварка, используемые в массовом производстве изделий из стального листа и других металлов для автомобилей, вагонов, судов, сельскохозяйственной техники, а также товаров народного потребления: холодильников, стиральных машин и т. п. В этих изделиях точечной сваркой обычно соединяют детали толщиной 0,5—5 мм, а шовной сваркой — толщиной не более 3 мм. Шовную сварку используют при изготовлении различных емкостей для жидкостей и газов, например бензобаков для автомобилей, отопительных радиаторов и т. п. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ |
 |
 |
 |
Стыковка профильных и круглых труб без использования сварки