Материал: Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Технология и оборудование контактной сварки» для студентов машиностроения. Бокарев Д.И

(теплообмен с окружающей средой).

С учетом скрытой теплоты плавления за среднюю температуру неравномерно нагретого центрального столбика можно принять температуру плавления ТПЛ. Тогда при сварке двух деталей толщиной s

где с – средняя теплоемкость при нагреве до температуры ТПЛ (для стали с = 0,15 Дж/г·град); γ – плотность (для стали γ = 7,85 г/см3).

В металле, окружающем центральный столбик, температура постепенно понижается от ТПЛ до комнатной (рисунок 5). Средняя температура нагреваемого кольца шириной х1 приближается к ТПЛ /4. Ширина кольца х1 растет с увеличением продолжительности нагрева и повышением температуропроводности свариваемого металла

где а – температуропроводность свариваемого металла (для малоуг-

леродистой стали а = 0,15 см2/с ( х1 1,2tСВ ), алюминиевых спла-

вов х1 3,1tСВ и меди х1 3,3tСВ ).

Потери тепла на нагрев деталей вне центрального столбика при сварке двух деталей толщиной s равны

учитывающий что действительная средняя температура кольца меньше ТПЛ /4 (к1 ≈ 0,8).

Потери тепла в электроды можно приближенно определить, принимая температуру на их контактной поверхности равной ТПЛ /2. При этом средняя температура интенсивно нагреваемого участка

где аЭ – температуропроводность материала электродов ( для латуни Л62 температуропроводность а = 0,26 см2/с, латуни ЛС59-1 - 0,249

см2/с, бронзы БрОЦ-4,5-3 - 0,22 см2/с, бронзы БрОФ-6,5-0,5 - 0,15

см2/с, бронзы БрБ2 – 0,24 см2/с).

Сумма потери тепла в два электрода

где к2 – коэффициент, учитывающий форму электрода (для конического электрода с плоской контактной поверхностью к2 = 1,5, для цилиндрического электрода 1, электрода со сферической рабочей

поверхностью 2); Э и cЭ - теплоемкость и плотность материала

электродов (для медных электродов c' = 0,095 Дж/г·град;

' = 8,9 г/см).

При точечной сварке, особенно на «жестких» режимах, величиной Q3, ввиду кратковременности процесса, можно пренебречь.

Теплофизические свойства различных металлов и сплавов приведены в таблице 5.

Величину сварочного тока рассчитывают по закону Джоуля - Ленца

где mr – коэффициент, учитывающий изменение rЭЭ в процессе сварки (для низколегированных сталей mr = 1, для алюминиевых и магниевых сплавов - 1,15, коррозионно-стойких сталей - 1,2, сплавов титана - 1,4).

При шовной сварке расчет необходимого тока производится также, так и при точечной, полученное значение тока увеличивают на 10 – 30 % для покрытия потерь на шунтирование. За диаметр электрода при расчете тока условно принимается ширина рабочей поверхности ролика (таблица 3).

10

Таблица 5 - Теплофизические свойства некоторых металлов и сплавов (средние в интервале исследуемых температур)

11

Продолжение таблицы 5

2.5 Расчет сварочного трансформатора и выбор сварочной машины

Расчет трансформатора контактных машин имеет специфические особенности по сравнению с другими типами трансформаторов. В частности, рассчитываются напряжения по ступеням трансформатора, размеры сердечника, сечение консолей и обмоток, мощность, КПД трансформатора и другие величины. На основе расчетных данных производится построение внешней характеристики машины на номинальной (предпоследней) ступени.

Исходные данные для расчета:

1.Напряжение питающей сети (обычно 380 В).

2.Частота переменного тока (обычно 50 Гц).

3.Продолжительность включения ПВ (выбирается в зависимости от типа соединения и способа сварки).

12

4.Ориентировочная мощность РНОМ, кВА.

5.Величина сварочного тока.

6.Потребный вылет консолей и раствор электродов в соответствии с размерами деталей.

7.Марка и толщина свариваемого материала.

Расчет трансформатора производится в следующей последовательности.

2.5.1 Рассчитанный сварочный ток IСВ округляют до ближайшего обязательно большего значения номинального тока из рекомендуемого ряда сварочных токов для контактных машин (А): 1000, 1250, 1600, 2000, 2500, 3200, 4000, 5000, 6300, 8000, 10000, 12500, 16000, 20000, 25000, 32000, 40000, 63000, 80000, 100000, 125000, 160000, 200000, 250000, 320000.

Номинальное вторичное напряжение холостого хода сварочной машины U20НОМ (В) определяется по формуле

U20НОМ = IСВ ·ZМ’, (15)

где IСВ – номинальный сварочный ток, А; ZМ’ – полное сопротивление сварочной машины, приведенное к вторичной цепи, включая сопротивление свариваемых деталей, мкОм.

где RK – суммарное активное сопротивление сварочного контура машины, мкОм (обычно 40 – 50 мкОм); xK – индуктивное сопротивление сварочного контура машины (выбирается по площади рабочего пространства), мкОм; RТР – активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к вторичной цепи, мкОм (обычно 12 – 18 мкОм); xТР – индуктивное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к вторичной цепи, мкОм (обычно 15 – 20 мкОм); RСВ – активное сопротивление зоны сварки, мкОм.

Активное сопротивление внешнего контура RK складывается из активных сопротивлений отдельных элементов контура и сопротивлений контактов между ними. На первой стадии проектирования суммарное активное сопротивление сварочного контура приближенно может быть определено по эмпирической формуле