СПОСОБ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ С ОБЖАТИЕМ ПЕРИФЕРИЙНОЙ ЗОНЫ СОЕДИНЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B23K11/10 

Изобретение относится к технологии контактной точечной сварки, а именно, к способам контактной точечной сварки с обжатием периферийной зоны соединения, и может быть использовано в машиностроении для получения неразъемных соединений деталей из металлов и сплавов.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа контактной точечной сварки с обжатием периферийной зоны соединения.

Сущность способа заключается в том, что при контактной точечной сварке с обжатием периферийной зоны соединений, когда детали вначале сжимают усилием обжатия вокруг токопроводящих электродов, на 5-10% большим общего усилия сжатия деталей, и обеспечивают, при этом взаимное радиальное смещение рабочих поверхностей силовых пуансонов и токопроводящих электродов, выдерживают заданное время это его значение, а затем усилие обжатия уменьшают до нулевого значения и одновременно увеличивают усилие на токопроводящих электродах до величины общего усилия сжатия деталей, выдерживают эти их значения заданное время неизменным, после чего усилия обжатия и на токопроводящих электродах одновременно изменяют до их значений, которые выдерживают неизменными во время импульса тока, причем, величину общего усилия сжатия деталей задают из условия проковки соединения и выдерживают ее неизменной в течение всего цикла сварки, а усилие обжатия прикладывают вне контура уплотняющего пояска, величину усилия на токопроводящих электродах во время импульса тока и расстояние от контура уплотняющего пояска, на котором прикладывают усилие обжатия, задают из условий отсутствия выплеска в момент окончания импульса тока и обеспечения взаимного радиального смещения рабочих поверхностей силовых пуансонов и токопроводящих электродов, а величину усилия обжатия задают равной разности между общим усилием сжатия деталей и усилием на токопроводящих электродах, после окончания импульса тока усилия обжатия и на токопроводящих электродах одновременно изменяют до ковочных их значений.

На фиг. 1 показана циклограмма осуществления процесса точечной сварки; на фиг. 2 положение рабочих поверхностей токопроводящих электродов и силовых пуансонов до начала сжатия деталей; на фиг. 3 то же, при сжатии деталей начальным усилием обжатия; на фиг. 4 то же, после уменьшения усилия обжатия до нулевого значения.

Приняты следующие обозначения:
F_св общее усилие сжатия деталей, развиваемое приводом сварочной машины;
F_э усилие на токопроводящих электродах;
F_o дополнительное усилие обжатия, прикладываемое силовыми пуансонами;
F_он, F_эн начальные значения усилий обжатия на токопроводящих электродах;
F_oo, F_эо значения усилий обжатия и на токопроводящих электродах на стадии обжатия холодного контакта;
F_oc, F_эс значения усилий обжатия и на токопроводящих электродах во время импульса сварочного тока;
F_oк, F_эк ковочные значения усилий обжатия и на токопроводящих электродах;
F_c изменение усилия сжатия деталей в площади сварочного контакта;
F_к изменения усилия сжатия деталей в площади кольцевого контакта;
t₁ время сжатия только силовыми пуансонами;
t₂ время от момента начала сжатия деталей токопроводящими электродами до момента начала приложения усилия обжатия;
t_cж время сжатия деталей до начала импульса тока;
t_св длительность импульса сварочного тока;
t_пр время проковки соединения;
1 свариваемые детали; 2 токопроводящие электроды;
3 силовые пуансоны;
δ зазор между силовыми пуансонами и токопроводящими электродами;
а радиальное смещение осей токопроводящих электродов при деформации электродов элементов силового контура машины в процессе их нагружения сварочным усилием;
F_у усилие сопротивления радиальному смещению рабочих поверхностей силовых пуансонов;
τ- касательные усилия, сдвигающие свариваемые детали.

Способ сварки осуществляют в последовательности операций, показанной на фиг. 1.

При сжатии деталей 1 (фиг. 2) взаимное радиальное смещение рабочих поверхностей токопроводящих электродов 2 и силовых пуансонов 3 обеспечивается конструкцией известных электродных устройств для контактной точечной сварки с обжатием периферийной зоны соединения, содержащей компенсатор положения рабочей поверхности силового пуансона, выполненного, например, в виде упругого элемента. При этом, между цилиндрическими поверхностями токопроводящих электродов 2 и силовых пуансонов 3 имеется зазор δ, величину которого задают не меньше величины а (см. фиг. 3) взаимного смещения осей токопроводящих электродов 2 при деформации элементов механического контура машины общим усилием F_св сжатия деталей. Радиальную же жесткость Z_n компенсатора положения рабочих поверхностей силовых пуансонов 3 конструктивно задают такой, чтобы усилие F_y радиального их смещения на величину а относительно осей токопроводящих электродов было меньше силы трения F_т между поверхностями свариваемых деталей при их сжатии усилием обжатия деталей.

В исходном, перед сжатием деталей 1 (см. фиг. 2), состоянии рабочие поверхности силовых пуансонов 3 выступают относительно рабочих поверхностей токопроводящих электродов 2. В процессе сжатия деталей 1 приводом машины с усилием F_св вначале детали сжимаются только силовыми пуансонами 3, так как на токопроводящих электродах 2 возникает отрицательное, поднимающее его от детали, усилие F_эн (см. фиг. 1), которое по величине равно превышению F_он над F_св, вследствие того, что по условию способа F_э+F_o=F_св, а F_он>F_св. Поскольку в приводах обжатия известных электродных устройств и сварочных машин силы трения не превышают 2-5% а отклонение усилий в приводе машины не превышает 5-10% от величины F_св, то превышение F_он над F_св на 5-10% от F_св гарантирует отсутствие касания рабочими поверхностями токопроводящих электродов 2 деталей 1 при их сжатии. Во время сжатия деталей 1 элементы силового контура машины деформируются (прогиб консолей, смещение осей электродов), но радиальных относительных смещений деталей 1 не происходит (см. фиг. 3), так как относительное радиальное смещение а осей электродов 2 компенсируется радиальными смещениями рабочих поверхностей силовых пуансонов 3, а касательные усилия τ=F_y меньше силы трения F_т между деталями. При уменьшении усилия на силовых пуансонах 3 от F_он до F_св (фиг. 1 и фиг. 3) происходит касание токопроводящими электродами 2 поверхностей деталей 1, после чего, с момента t₁, при уменьшении F_o до нулевого значения усилие F_э увеличивается на такую же величину. Это обеспечивает неизменность нагружения элементов механического контура машины и отсутствие дополнительных их деформаций. Во время t₂, когда F_эо=F_св, и F_oo=0, а следовательно и F_т=0, пуансоны 3 возвращаются в исходное положение относительно токопроводящих электродов 2. Таким образом, вследствие того, что электродные устройства как бы "шагают" по поверхностям деталей при их сжатии и изменении F_св, к моменту начала собственно процесса сварки (нагрева сварочным током I_св) сдвигающие детали 1 силы τ практически отсутствуют. Этим, а также неизменностью F_св, предотвращается взаимное смещение деталей и их деформации во время сварки, несмотря на наличие деформаций элементов механического контура машин и взаимных смещений осей электродов. Время t₁ задают таким же, как в известных способах сварки а время t₂ подбирают экспериментально, достаточным для изменения параметров усилия и затухания колебаний в механическом контуре машины.

С момента t₂ усилия обжатия и на токопроводящих электродах одновременно изменяют от их значений F_oo и F_эо до F_oc и F_эс, которые выдерживают неизменными во время t_св действия импульса тока I_св. После окончания I_св усилия обжатия и на токопроводящих электродах так же одновременно изменяют от значений F_oc и F_эс до их ковочных значений F_oк и F_эк. При этом общее усилие сжатия деталей остается неизменным, что предотвращает дополнительные, после сжатия деталей, деформации элементов механического контура машины.

Величину общего усилия сжатия деталей F_св задают из условия проковки соединения (F_cв=F_эк+F_ок), при котором ковочное усилие на токопроводящих электродах задают примерно таким же, как и в традиционных способах сварки (F_св≈2F_ск, где F_ск усилие сжатия деталей в площади свариваемого контакта в момент окончания импульса тока), а ковочную величину усилия обжатия задают такую же, как в известных способах сварки с обжатием периферийной зоны соединений, достаточную для предотвращения раскрытия зазоров в нахлестке (F_ок≈ 0,05-0,2F_ск).

Величину усилия на токопроводящем электроде во время импульса тока задают из условия отсутствия выплеска в момент окончания импульса тока с учетом увеличения усилия сжатия в площади свариваемого контакта F_с за счет передачи части усилия обжатия F_o упругостью деталей (на величину уменьшения усилия сжатия F_к в площади кольцевого контакта). Величину усилия обжатия F_o задают равной разности между общим усилием сжатия деталей F_св и усилием на токопроводящих электродах F_эс, чем разгружают свариваемый контакт от избыточного усилия сжатия путем уравновешивания части F_св в кольцевом контакте (усилие F_к), расположенном вне контура уплотняющего пояска. Расстояние от контура уплотняющего пояска, на котором прикладывают усилие обжатия, задают из условия обеспечения взаимного смещения пуансонов и токопроводящих электродов и отсутствия выплеска, т. е. с учетом усилия, передаваемого в зону сварки упругостью деталей. Значения усилий на токопроводящем электроде F_эс, обжатия F_oc, а также внутренний диаметр d_вв пуансона (расстояние, на котором прикладывается усилие обжатия) для конкретных условий сварки могут быть определены по известной методике.

Проводили сварку с обжатием периферийной зоны соединения 10 пар образцов 500х1,5 мм из стали 12Х18Н10Т на машине МТПУ-300 без подпорки нижней консольной балки по известному способу с приложением ковочного усилия и по предлагаемому. Сварку производили однорядным швом с шагом 25 мм. Параметры режима сварки приведены в таблице.

После сварки измеряли максимальный прогиб образцов. В обоих случаях он был примерно одинаков и равнялся 2,5 мм. Однако в первом случае при проковке соединения электроды смещались относительно вмятин примерно на 1 мм и на столько же увеличивалась ширина вмятины. Во втором же случае смещение электродов при проковке не происходило и ширина вмятины не увеличивалась. Сложность изготовления устройства, которую оценивали по трудоемкости, для осуществления известного способа с приложением ковочного усилия примерно на 20-25% больше, чем устройства для осуществления способов прототипа и предлагаемого.

По сравнению с известными предлагаемое техническое решение позволяет получить следующие преимущества:
расширяет технологические возможности способа и за счет этого позволяет упростить конструкцию устройства для контактной точечной сварки с обжатием периферийной зоны соединения с приложением ковочного усилия и уменьшить трудоемкость его изготовления на 20-25%
позволяет повысить качество соединений за счет уменьшения ширины вмятин от электродов.

Использование: при контактной точечной сварке с обжатием периферийной зоны соединения. Сущность изобретения: величину общего усилия сжатия деталей задают из условия проковки соединения и выдерживают ее неизменной в течение всего цикла сварки. Усилие обжатия прикладывают вне контура уплотняющегося пояска. Величину усилия на токопроводящих электродах во время импульса тока и расстояние от контура уплотняющегося пояска, на котором прикладывают усилие обжатия, задают из условий отсутствия выплеска в момент окончания импульса тока и обеспечения взаимного радиального смещения рабочих поверхностей силовых пуансонов и токопроводящих электродов. Величину усилия обжатия задают равной разности между общим усилием сжатия деталей и усилием на токопроводящих электродах. После окончания импульса тока усилия обжатия и на токопроводящих электродах одновременно изменяют до ковочных их значений. 1 табл., 4 ил.

СПОСОБ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ С ОБЖАТИЕМ ПЕРИФЕРИЙНОЙ ЗОНЫ СОЕДИНЕНИЯ, при котором детали вначале сжимают усилием обжатия, прикладываемым силовыми паунсонами вокруг токопроводящих электродов, большим общего усилия сжатия деталей, и обеспечивают при этом взаимное радиальное смещение рабочих поверхностей силовых пуансонов и токопроводящих электродов, выдерживают заданное время это его значение, затем усилие обжатия уменьшают до нулевого значения и одновременно увеличивают усилие на токопроводящих электродах до величины общего усилия сжатия деталей, выдерживают эти их значения заданное время неизменными, после чего усилия обжатия и на токопроводящих электродах одновременно изменяют до этих значений, которые выдерживают неизменными во время импульса тока, при этом величину общего усилия сжатия выдерживают неизменной в течение всего цикла сварки, отличающийся тем, что усилие обжатия прикладывают вне контура уплотняющего пояска, величину усилия на токопроводящих электродах задают из условия отсутствия выплеска в момент окончания импульса тока, а расстояние от контура уплотняющего пояска, на котором прикладывают усилие обжатия, из условия обеспечения взаимного радиального смещения рабочих поверхностей силовых пуансонов и токопроводящих электродов, после окончания импульса тока усилия обжатия и на токопроводящих электродах одновременно изменяют до ковочных их значений, сумма которых равна общему усилию сжатия.