Контактная точечная сварка со специальной подготовкой свариваемых кромок
Показано, что подготовкой кромок соединяемых деталей в виде скосов, обеспечивается наклонное расположение сопрягаемых плоскостей, способствующее снижению мощности при формировании сварной точки, уменьшению вредного влияния изгиба на несущую способность сварного соединения при контактной точечной с...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101652 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Контактная точечная сварка со специальной подготовкой свариваемых кромок / Ю.А. Цумарев // Автоматическая сварка. — 2010. — № 3 (683). — С. 59-61. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859746979348742144 |
|---|---|
| author | Цумарев, Ю.А. |
| author_facet | Цумарев, Ю.А. |
| citation_txt | Контактная точечная сварка со специальной подготовкой свариваемых кромок / Ю.А. Цумарев // Автоматическая сварка. — 2010. — № 3 (683). — С. 59-61. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Показано, что подготовкой кромок соединяемых деталей в виде скосов, обеспечивается наклонное расположение
сопрягаемых плоскостей, способствующее снижению мощности при формировании сварной точки, уменьшению
вредного влияния изгиба на несущую способность сварного соединения при контактной точечной сварке и снижению
степени неравномерности распределения усилий среза и отрыва по сечению литого ядра.
It is shown that beveled edge preparation of the parts to be welded ensures an inclined position of the mated planes,
promoting a lowering of power at spot weld formation, reduction of harmful influence of bending on the load-carrying
capacity of the welded joint in resistance spot welding and lowering of the degree of non-uniformity of shear and tearing
force distribution across the cast nugget section.
|
| first_indexed | 2025-12-01T21:39:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.763.1
КОНТАКТНАЯ ТОЧЕЧНАЯ СВАРКА СО СПЕЦИАЛЬНОЙ
ПОДГОТОВКОЙ СВАРИВАЕМЫХ КРОМОК*
Ю. А. ЦУМАРЕВ, канд. техн. наук (Белорусско-Российский ун-т, г. Могилев, Республика Беларусь)
Показано, что подготовкой кромок соединяемых деталей в виде скосов, обеспечивается наклонное расположение
сопрягаемых плоскостей, способствующее снижению мощности при формировании сварной точки, уменьшению
вредного влияния изгиба на несущую способность сварного соединения при контактной точечной сварке и снижению
степени неравномерности распределения усилий среза и отрыва по сечению литого ядра.
К лю ч е в ы е с л о в а : контактная точечная сварка, подго-
товка кромок, наклонная плоскость контакта, распределение
усилий, разрушающее усилие
Контактная точечная сварка широко применяется
в современной промышленности, особенно в ав-
томобиле- и авиастроении благодаря высокой
производительности труда, низкой энергоем-
кости, отсутствию присадочных материалов и за-
щитных сред, а также хорошим гигиеническим
условиям труда и сравнительно легкой роботи-
зации процесса. Характерной особенностью этого
способа сварки является использование только
нахлесточных соединений при сравнительно зна-
чительной ширине нахлестки, которая составляет
от 7 до 12 толщин соединяемых заготовок [1].
Точечной контактной сваркой обычно соединяют
детали толщиной до 6 мм, а иногда этот диапазон
расширяется до 10 мм. При большей толщине воз-
никают серьезные затруднения, связанные с силь-
ным шунтированием тока и низкой эксплуа-
тационной стойкостью электродов [1]. Кроме
того, возрастает вредное влияние изгибающего
момента на работоспособность сварных соедине-
ний, обусловленное увеличением эксцентриситета
продольных сил, которые приложены к соединя-
емым деталям. По мере увеличения толщины со-
единяемых деталей существенно возрастает также
мощность оборудования, используемого для их
контактной точечной сварки.
Для повышения характеристик работоспособ-
ности точечных сварных соединений, в том числе
статической и циклической прочности, применя-
ется их упрочнение посредством прослойки клея,
вводимого между соединяемыми деталями в облас-
ти нахлестки [2]. Однако эффективность этого при-
ема быстро снижается с увеличением толщины сва-
риваемых деталей. Если при толщинах 0,5 + 0,5 мм
наличие клеевой прослойки повышает статичес-
кую прочность в 5 раз, то при толщинах 2,5 +
+ 2,5 мм степень упрочнения составляет всего
70 % [2, 3]. По данным работы [2] при толщине
листов более 4 мм статическая прочность от вве-
дения клея повышается столь незначительно, что
применение его становится экономически неце-
лесообразным. Это обстоятельство авторы работы
[2] связывают с низкой прочностью клеевых свар-
ных швов при их работе в условиях неравномер-
ного отрыва, имеющего место из-за наличия из-
гибающего момента в соединении нахлесточного
типа. Авторы работы [3] считают даже, что при
толщинах свариваемых алюминиевых деталей,
превышающих 2 мм, клепаные соединения более
предпочтительны, чем сварные или клеесварные.
Для частичного устранения вредных явлений,
связанных с увеличением толщины свариваемых
деталей при контактной точечной сварке, в дан-
ной работе предлагается выполнять специальную
подготовку кромок в виде скосов по всей области
нахлестки. В результате точечное соединение при-
обретает вид, показанный на рис. 1. Размеры из-
вестного соединения приняты по рекомендациям
работы [1] для толщины 5 + 5 мм.
Геометрические размеры предлагаемого сое-
динения (рис. 1, б) выбирали таким образом, что-
бы в обоих вариантах просвет между рабочими
торцами электродов был одинаковым, т. е. равным
10 мм. При этом предполагалось, что такой выбор
геометрии и размеров позволит проводить кон-
© Ю. А. Цумарев, 2010
Рис. 1. Схемы сварных соединений, выполненных контакт-
ной точечной сваркой без (а) и с подготовкой кромок (б)
* В порядке обсуждения.
3/2010 59
тактную точечную сварку соединения по варианту
1, б на режимах, которые рекомендуются для свар-
ки пластин толщиной 5 + 5 мм, не имеющих ско-
сов соединяемых кромок.
Наклонное расположение плоскости контакта
свариваемых деталей в предлагаемом варианте
(рис. 1, б) приводит к нарушению осевой сим-
метрии в процессе нагрева при образовании свар-
ного соединения. В первую очередь это прояв-
ляется в том, что участки литого ядра, прилежа-
щие к краям нахлестки, формируются в условиях
значительной разницы в толщинах соединяемых
элементов (минимальная толщина, обозначенная
на рис. 1, б как размер amin, не равна максимальной
толщине аmax). В то же время центральная область
литого ядра формируется в условиях, характерных
для сварки деталей одинаковой толщины. Это
приводит к увеличению плотности тока на пе-
риферии сварной точки из-за растекания тока в
более толстом элементе [1]. Однако при этом от-
сутствует явление более сильного притока теп-
лоты в один из охлаждаемых электродов, пос-
кольку оба электрода находятся в одинаковых ус-
ловиях. Различие в толщинах amin и аmax можно
оценить с помощью следующих формул:
amin = δ + Δ
2 – d
2l(δ – Δ), (1)
amax = δ + Δ
2 + d
2l(δ – Δ), (2)
где d, δ, Δ и l — размеры соединения, показанные
на рис. 1, б.
Анализ формул (1) и (2) показывает, что со-
отношение аmax/amin = 2,5, что меньше трехкрат-
ного значения, при котором возникают заметные
сложности в формировании полноценного литого
ядра [1]. Проведенные эксперименты показали, что
при контактной точечной сварке заготовок из низ-
коуглеродистой стали, собранных в соответствии
с рис. 1, б, действительно не возникает никаких
затруднений, обусловленных наклоном плоскости
контакта. Исследование макроструктуры (рис. 2)
показало, что литое ядро вытянуто вдоль плоскости
контакта заготовок и в сварном соединении отсут-
ствуют какие-либо дефекты, связанные с наличием
скосов в соединяемых деталях.
При увеличении диаметра сварной точки d или
уменьшении нахлестки l будет возрастать разница
между значениями amin и аmax. Если это будет
вызывать появление затруднений в процессе об-
разования литого ядра требуемых размеров и фор-
мы, можно рекомендовать применение электродов
с некруглой рабочей поверхностью, вытянутой в
направлении, перпендикулярном размеру l [4, 5].
При этом будет снижаться и коэффициент кон-
центрации напряжений, обусловленный сгущени-
ем силовых линий в основном металле над точкой
[6].
Благодаря предложенной подготовке кромок
соединяемых деталей уменьшается не только
просвет между рабочими торцами электродов, со-
ответствующим образом снижающим требуемую
мощность при сварке, но и улучшаются условия
формирования сварного соединения. Это улучше-
ние связано с уменьшением эксцентриситета е
продольных сил, приложенных к деталям. В тра-
диционном варианте сварного соединения значе-
ние эксцентриситета e равно толщине каждой из
соединяемых деталей, а в предлагаемом e = Δ =
= 2 мм. Таким образом, в предлагаемом сварном
соединении достигается четырехкратное умень-
шение эксцентриситета приложенных сил с со-
ответствующим снижением влияния деформаций
от изгиба на работоспособность изделий.
На рис. 3 показано равновесие одной из со-
единяемых деталей предлагаемого сварного сое-
динения. В соответствии с принципом освобож-
даемости от связей взамен отброшенной связи
приложена ее реакция R, которая по теореме о
двух силах может быть приведена к равнодейс-
твующей. Важно, что равнодействующая распре-
деленных сил, составляющих реакцию R, прило-
жена в точке, лежащей на линии действия при-
ложенной силы P. Поэтому ее точка приложения
лежит недалеко от центра тяжести сечения свар-
ной точки. Таким образом, она может быть пред-
ставлена в виде системы параллельных сил, рас-
пределенных практически равномерно по всей
плоскости сечения точки.
Реакцию отброшенной связи R можно разло-
жить на составляющие в соответствии с векторной
суммой R = Rср + Rот, где Rср, Rот — равно-
действующая усилий соответственно среза и от-
рыва.
Векторы R и Rот приложены в одной точке,
поэтому степень равномерности распределения уси-
Рис. 2. Макрошлиф ( 1) сварного соединения деталей из
стали 10 кп толщиной 8 + 8 мм, имеющего скосы по сопря-
гаемым поверхностям
Рис. 3. Схема равновесия одной из деталей предлагаемого
сварного соединения
60 3/2010
лий отрыва столь же высока, как и степень рас-
пределения сил, составляющих полную реакцию.
Соответственно будет высокой и степень рав-
номерности распределения системы параллель-
ных сил отрыва, составляющих полную реакцию
R. Поэтому предлагаемое сварное соединение не
работает в условиях неравномерного отрыва,
ухудшающих работоспособность клеевых швов.
В традиционном сварном соединении полная
реакция связи не может быть приведена к рав-
нодействующей, так как любое сечение сварной
точки лежит в стороне от линии действия при-
ложенной силы. Поэтому степень неравномернос-
ти распределения усилий (в том числе и усилий
отрыва) будет значительно большей.
Экспериментальную проверку эффективности
предложенного технического решения проводили
путем сравнительных испытаний на статическое
растяжение двух партий образцов по пять штук
в каждой партии. Размеры и форма образцов обе-
их партий соответствовали данным, приведенным
на рис. 1. При этом первую партию составляли
образцы толщиной 5 + 5 мм (см. рис. 1, а), образцы
второй партии имели толщину 8 + 8 мм со скосом
(см. рис. 1, б). Результаты испытаний показали,
что среднее разрушающее усилие для образцов
первой партии составляло 21950 кПа, а для об-
разцов второй партии — 28100 кПа. Таким об-
разом, прочность образцов второй партии, име-
ющих предлагаемую подготовку кромок, была на
28 % выше, чем у образцов, выполненных по тра-
диционной схеме. Одной из причин, по-видимо-
му, было уменьшение влияние изгиба, обуслов-
ленное эксцентриситетом приложенных сил. На
рис. 4 показаны части образцов после проведения
испытаний. На рис. 4, а видно, что в процессе
испытаний образцы традиционного сварного нах-
лесточного соединения приобрели изогнутую
форму, тогда как образцы со скосами (рис. 4, б)
остались прямыми.
В заключение следует отметить, что подготов-
ка кромок соединяемых деталей в виде скосов,
обеспечивающих наклонное расположение сопря-
гаемых плоскостей, снижает мощность оборудо-
вания при формировании сварной точки, вредное
влияние изгиба на несущую способность сварного
соединения при контактной точечной сварке и
степень неравномерности распределения усилий
среза и отрыва по сечению литого ядра.
1. Технология и оборудование контактной сварки / Б. Д.
Орлов, Ю. В. Дмитриев, А. А. Чакалев и др. — М.: Ма-
шиностроение, 1975. — 536 с.
2. Шавырин В. Н., Рязанцев В. И. Клеесварные конс-
трукции. — М.: Машиностроение, 1981. — 168 с.
3. Рязанцев В. И., Федосеев В. А., Абин Н. Н. Технико-эко-
номическая эффективность применения сварных, клеес-
варных и клепаных соединений // Свароч. пр-во. —
1984. — № 1. — С. 28–29.
4. Пат. 6379, BY (C1). Электрод для точечной контактной
сварки / Е. Ю. Латыпова, Ю. А. Цумарев, И. М. Кузмен-
ко, В. А. Балышева. — Заявл. 09.08.2000. — Опубл.
30.09.2004.
5. Пат. 6500, BY (C1). Электрод для контактной точечной
сварки / В. А. Попковский, Е. Ю. Латыпова, Ю. А. Цума-
рев, В. А. Балышева. — Заявл. 12.12.2000. — Опубл.
30.09.2004.
6. Сварка в машиностроении: Справочник в 4 т. / Под ред.
В. А. Винокурова. — М.: Машиностроение, 1979. —
Т. 3. — 520 с.
It is shown that beveled edge preparation of the parts to be welded ensures an inclined position of the mated planes,
promoting a lowering of power at spot weld formation, reduction of harmful influence of bending on the load-carrying
capacity of the welded joint in resistance spot welding and lowering of the degree of non-uniformity of shear and tearing
force distribution across the cast nugget section.
Поступила в редакцию 29.12.2009
Рис. 4. Внешний вид образцов после проведения механичес-
ких испытаний на растяжение: а — традиционные образцы;
б — образцы со скосом кромок
3/2010 61
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101652 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T21:39:14Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Цумарев, Ю.А. 2016-06-06T15:16:10Z 2016-06-06T15:16:10Z 2010 Контактная точечная сварка со специальной подготовкой свариваемых кромок / Ю.А. Цумарев // Автоматическая сварка. — 2010. — № 3 (683). — С. 59-61. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101652 621.791.763.1 Показано, что подготовкой кромок соединяемых деталей в виде скосов, обеспечивается наклонное расположение сопрягаемых плоскостей, способствующее снижению мощности при формировании сварной точки, уменьшению вредного влияния изгиба на несущую способность сварного соединения при контактной точечной сварке и снижению степени неравномерности распределения усилий среза и отрыва по сечению литого ядра. It is shown that beveled edge preparation of the parts to be welded ensures an inclined position of the mated planes, promoting a lowering of power at spot weld formation, reduction of harmful influence of bending on the load-carrying capacity of the welded joint in resistance spot welding and lowering of the degree of non-uniformity of shear and tearing force distribution across the cast nugget section. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Контактная точечная сварка со специальной подготовкой свариваемых кромок Resistance spot welding with special preparation of edges welded Article published earlier |
| spellingShingle | Контактная точечная сварка со специальной подготовкой свариваемых кромок Цумарев, Ю.А. Производственный раздел |
| title | Контактная точечная сварка со специальной подготовкой свариваемых кромок |
| title_alt | Resistance spot welding with special preparation of edges welded |
| title_full | Контактная точечная сварка со специальной подготовкой свариваемых кромок |
| title_fullStr | Контактная точечная сварка со специальной подготовкой свариваемых кромок |
| title_full_unstemmed | Контактная точечная сварка со специальной подготовкой свариваемых кромок |
| title_short | Контактная точечная сварка со специальной подготовкой свариваемых кромок |
| title_sort | контактная точечная сварка со специальной подготовкой свариваемых кромок |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101652 |
| work_keys_str_mv | AT cumarevûa kontaktnaâtočečnaâsvarkasospecialʹnoipodgotovkoisvarivaemyhkromok AT cumarevûa resistancespotweldingwithspecialpreparationofedgeswelded |