Влияние на сварку формы и материала сварочного наконечника

Сварочный наконечник в процессе сварки находится в сложном термомеханическом состоянии. Попеременный нагрев и охлаждение, механические нагрузки и элементарное истирание в зоне контакта со свариваемым металлом приводят к его интенсивному износу. Растрескивание и выкрашивание центра наконечника сказывается на качестве сварных соединений. Кроме того, в процессе сварки происходит налипание свариваемого материала на поверхность сварочного наконечника.

Иногда это налипание настолько сильно, что его зачистку необходимо производить после одной-двух сварных точек. Такая степень налипания ставит под сомнение целесообразность применения ультразвука. Используют разнообразные формы сварочных наконечников при УЗС, например сферическую форму. Однако использование такого наконечника понижает стабильность сварки, ибо сфера предопределяет резкое и неравномерное распределение напряжения в зоне сварки. Позже были высказаны соображения о целесообразности применения наконечника с усеченной сферой, которая позволяла в некоторой степени стабилизировать удельное контактное давление, по крайней мере в начальный период сварки.

Формы сварочных наконечников

Анализ напряжений, возникающих в зоне сварки, и механизма сварки позволяет прийти к выводу о безусловной целесообразности применения сварочного наконечника в виде усеченной конусообразной площадки. Такая форма наконечника, как это следует из весьма многочисленных экспериментальных данных, обеспечивает более высокую пластичность и стабильность прочности сварных соединений. Было признано также целесообразным наличие на сварочном наконечнике обжимной кромки К, поскольку сферический сварочный наконечник приводит к возникновению существенного зазора между свариваемыми деталями. Это в значительной мере сказывается при сварке разнотолщинных металлов, особенно если один из них более пластичен.

Работа кромки заключается в следующем. После начала сварочного цикла наконечник начинает внедряться в свариваемый металл, который пластически деформируется. После того как сварочный наконечник углубился на расстояние, равное высоте конусной площадки, которая, кстати, выбирается исходя из толщины свариваемого металла, обжимная кромка под действием контактного давления обжимает по периметру резонирующего стержня свариваемые детали. Рекомендуемая форма наконечника для сварки металлов микротолщин проста.

Ряд авторов считают, что состояние поверхности сварочного наконечника является одним из важных факторов, влияющих на образование сварного соединения (на его механическую прочность). Так, например, в работе приведены данные об использовании сварочных наконечников с различной степенью обработки поверхности. Установлено, что при сварке сплавов АМцАМ шлифованным наконечником сварные соединения обладали низкой прочностью.

Удовлетворительные соединения были получены с помощью наконечника, поверхность которого была грубо обработана на наждачном камне. Аналогичные результаты были приведены и в работе. Наилучшие результаты по сварке ряда материалов были получены при использовании сварочного наконечника с шероховатой поверхностью. Обработка экспериментальных результатов позволила прийти к выводу, что чем прочнее сцепление сварочного наконечника с деталью, тем интенсивнее передача энергии ультразвука в зону сварки и прочнее сварное соединение.

Однако некоторые приводят противоположные доводы, считая, что в случае шероховатости наконечника потери на соединение уменьшаются, так как шероховатость предотвращает скольжение между наконечником г. свариваемыми образцами. Мнение, чтобволакивание сварочного наконечника металлом свариваемого изделия способствует передаче энергии, вряд ли справедливо. Дело в том, что при обволакивании исчезает граница раздела между сварочным наконечникол и деталью.

Исходя из общих принципов распространения плоской волны в твердом теле, следует, что потери энергии на границе их раздела в таком случае резко уменьшаются. Значит, надо предполагать, что источником ультразвук вых колебаний должна являться детг сцепившаяся со сварочным наконечником. Поскольку она обладает массой то это вызывает изменение частоты колебательной системы и выход ее и резонанса. Таким образом, оптималь условия переноса энергии будут нарушены (технологически такое сцепле недопустимо).

Были проведены экспериментаные работы по выявлению влияния степени обработки поверхности сварочного наконечника на механическую прочность соединений при сварке меди Ml.

Установлено, что при сварочном наконечнике, обработанном грубым наждачным камнем, среднее разрушающее усилие при испытании образцов Р = 24 кг. Внешний вид сварной точки в полной мере соответствует грубо обработанной поверхности наконечника.

В другом случае наконечник был тщательно обработан мелкозернистой наждачной бумагой. При испытании этой группы образцов Р = 24,5 кг (по 20 образцам). Существенной разницей между сварными соединениями было состояние наружной поверхности сварной точки: при сварке наконечником с обработанной поверхностью сварная точка имела шлифованный вид.

Таким образом, судить по состоянию поверхности сварной точки о качестве соединения в этом случае было нельзя. Есть сведения, которые говорят о влиянии материала сварочного наконечника на прочность сварных соединений. В работе приведены результаты об использовании в качестве материала сварочных наконечников сталей: ЭВ, НЖ-1,45, Р-18, IIIX15 и др. Установлено, что при сварке меди Ml твердость наконечника существенно влияет на прочность соединения.

Б. Б. Золотарев и др. приводят несколько иные данные. Сварочные наконечники были изготовлены из сор майта, сталей ШХ15 и 45. Сваривалась медь Ml. Материал наконечника влияния на прочность соединений не оказал. Можно было бы привести достаточное число примеров, результаты которых исключают друг друга.

Износоустойчивость сварочного наконечника, способность его не свариваться с деталью, которой он передает энергию ультразвука, является в настоящее время одной из основных проблем в области освоения ультразвука для целей сварки.

При работе сварочный наконечник, как уже было сказано выше, находится в сложном термомеханическом состоянии.

Наконечник одновременно подвержен цикличному термическому нагружению, знакопеременным механическим напряжениям и весьма интенсивному внешнему трению о свариваемый материал. Нагрев наконечника до температуры рекристаллизации свариваемых металлов происходит примерно за 0,5-1,5 с, а охлаждение после окончания сварки - в течение 35 с.

Истирание поверхности сварочного наконечника о свариваемую деталь происходит за счет его возвратно-поступательного движения со скоростью относительного перемещения до 24 м/с и усилия сжатия до 10 кг/мм2.

Вследствие такого взаимодействия на поверхности сварочного наконечника, если не происходит процесса его соединения со свариваемым металлом, начинается его разрушение, т. е. возникновение микротрещин, разрастание их до макроразмеров, выкрашивание кусков металла и т. п. В таких условиях в силу пластического деформирования наружной поверхности свариваемого металла последний как бы запрессовывается в эти трещины.

Возникает налипание его на поверхности наконечника. И чем больше и глубже трещины, тем это налипание выражено сильнее.

Источник:  Металлопрокат

Размещение рекламы в каталоге

Перейти в раздел: Сварочное Оборудование.