Рис. 1.18. К расчету дедюрмации единичной пирамиды при сжатии

вается до температуры Гер. Тогда энергетический баланс механического удара электродов запишется таким равенством

Ph = VcVTcp + 2KTyt,

где V - смятый объем металла пирамиды, V = уЫЗ; усУГср - теплосодержание объема за счет энергии деформации; Як - коэффициент теплопроводности контакта, совершенно отличающийся от коэффициента теплопроводности металла глубинных слоев.

Значение средней температуры Тр, можно, по-видимому, положить равным 7д/2. Тогда энергетический баланс

Ph = ycVTj2 -f 2KTyt.

Если коэффициент теплопроводности контакта значительно отличается от той же характеристики металла, то следует оценить, в какой мере правомерно учитывать ус для контакта как характеристику целого металла.

Допустим, что в объеме смятой вершины микропирамиды оказываются запрессованными все оксидные наслоения. Тогда следует сопоставить значения энтальпии ус [Дж/(см °с) ] металла и его оксидов при Г = 900 °с:

Для Fe................. 5,00

FeO................ 4,93

РегОз ............... 5,76

FegOi . . . 8,90

В результате можно сделать вывод, что если смятая железная пирамида будет хотя бы наполовину состоять из оксидов, то и в этом случае величину ус для контакта следует принимать такой же, как и для чистого металла.

Согласно достоверным исследованиям В. М. Попова 116], коэффициент теплопроводности 1онтакта вычисляется по формуле

где и Да - высоты контактирующих пирамид; R - тепловое сопротивление их контакта.

Существуют опытные данные для контакта поверхностей из стали 45, обработанных шлифованием, с высотой пирамиды Ai = = Аа = 40 мкм. При давлении 58 МПа тепловое сопротивление оказалось равньм R = 1,6-10* (м-°С)/Вт. Согласно этому, 2Л 40 25 25

= BT/(M.°q = BT/(cM.°q.

Поскольку коэффициент теплопроводности конструкционной стали составляет 0,4 Вт/(см-°С), то, следовательно, эта же харак-42

теристика для контакта такой стали в 160 раз меньше. Контакт весьма нетеплопроводен. Для того чтобы определить температуру мгновенного нагрева поверхности пирамидального выступа шероховатости в момент удара по контакту электродами точечной машины, надо решить два уравнения с двумя неизвестными:

Ph = 0,5ус1/7д 2KTyt; 1

7А =

(1.59)

Неизвестными здесь являются 7д и Л

Рассмотрим конкзетный пример точечной сварки стальных листов толщиной 4 + 4 мм. Для них следует предварительно произвести все расчеты, касающиеся вообще площадей контактирования, с использованием формул (1.10), (1.13), (1.15), (1.8). f Вычисления площадей контактирования по этим формулам, \. как уже отмечалось, справедливы для контактов, которые соз-! даются статическим давлением, и весьма приближенны для усло- ВИЙ ударного сдавливания, характерного для точечной сварки. Наименьшая неточность может быть обеспечена в том случае, если выбирать значения предела текучести металла и сопротивления деформации для шероховатостей, соответствующие максималь-J ному наклепу металла. Принимаем следующие значения этих I величин. Сила сжатия электродов 8000 Н. Предел текучести стали СтЗ От = 250 МПа. Диаметр сварной точки = 12 мм. Контактирующие поверхности обработаны наждачным кругом. Соответственно этому А = 60 мкм; b = 1; v = 2 (см. табл. 5 приложения). Отношение а/А = 25. Учитывая все это, производим расчеты:

Z = 0,535/d Ле = 0,57 см.

г Действующее давление

- р = = 140 МПа.

Основание пирамиды а = 2А = 0,12 см, тогда а = 144/10* см

Число пирамид в границах контурного круга п = AJa = 40.

По формуле (1.11) критерий X = 0,082. Здесь принимаем предел текучести, равный 850 МПа, соответственно наклепу, близ ому к 90 %.

Фактическая площадь контакта А, = 0,047 см. Площадь эле-I ментарного контакта смятой пирамиды

I у2 = 12.10-* см у = 3,42 10-2 см.

I ,43

Высота смятой пирамиды исходя из постоянства объема определится так:

1+4+ 2-e--f-,/l e- а? а

В данном случае / = 35,35 мкм. Осадка пирамиды (см. рис. 1.18)

/г = А-/= 60 - 35,35 = 24,65 мкм.

Объем смятого участка

V = уЫг = 95,5-10-8 см*.

Относительная деформация

е = 1 - 35,35/60 = 0,41; = 0,168.

Сила сжатия, приходящаяся на единичную пирамиду.

Pin = Р = 8000/40 = 200 Н.

Энергия удара на одну пирамиду

Ph = 200-24,5-10- = 5- Ю Дж.

Теперь, имея все постоянные величины, напишем для (1.59): 5-10- = 0,5-5-95,5-10-8Гд+ 2-25-Ю *-3,42-Ю-Гд;

6-1,38-0,84/1836-0,168-f 1/1450

Решая их совместно, получаем:

Гд = 910 °С; t = 0,018 с.

Скорость деформации оказывается около 0,14 см/с.

Как видно, и при контактной точечной сварке ударный сдвиг в момент торможения создает мгновенную вспышку высокой температуры деформируемых выступов по плоскости свариваемого контакта.

Все приведенные соображения и расчеты дают основание сделать весьма существенные новые выводы о роли механических деформаций в электрических процессах в свариваемом контакте.

В этой книге неоднократно подчеркивалось отличие свариваемого, весьма динамического в своем поведении контакта, от контакта статического, машиностроительного: скоростное введение механической энергии в свариваемый контакт вызывает в нем одновременно и тепловую, и электрическую активацию.

Основная роль электронных конфигураций в металле проявляется в том, что при всех деформациях, т. е. при любых нарушениях исходной структуры, перемещение электронных конфигураций стремится привести систему в новое, последеформационное 44