Факторы, следствием воздействия которых является такое изменение напряжений в контуре уплотняющего пояска σСРt и давления РЯt расплавленного металла в ядре, те же: разупрочнение металла в зоне сварки и снижение его сопротивления пластической деформации σДt, а также уменьшение ширины уплотняющего пояска bПt, равной bПt = (dПt – dЯt)/2, из-за более быстрого роста диаметра ядра dЯt по сравнению с увеличением диаметра dПt уплотняющего пояска.

Основным фактором, определяющим уменьшение сопротивления пластической деформации σДt металла в зоне сварки во время действия импульса сварочного тока также, как и при традиционных способах КТС, является его разупрочнение вследствие увеличения температуры ТДt
(рис. 4.5, б), которое по своему влиянию превосходит упрочняющее действие монотонно увеличивающейся в процессе формирования соединения степени пластической деформации. Так, в период времени после начала формирования ядра, несмотря на существенное увеличение температуры Т0t в центре контакта деталь–деталь температуры ТЭt в контакте электрод–деталь, температура деформируемого металла ТДt увеличивается незначительно, что хорошо коррелируется с изменением в этот период его сопротивления пластической деформации.

Кроме того, как и при традиционных способах КТС, уменьшению в процессе КТС сопротивления пластической деформации металла в зоне сварки σДt также способствует и уменьшение при сварке скорости пластической деформации ut.

Основное отличие характера протекания термодеформационных процессов при КТС с обжатием периферийной зоны соединения от их протекания при традиционных способах сварки заключается в особенностях характера силового взаимодействия деталей в контакте деталь–деталь, в частности, в возможности их силового взаимодействия вне контура уплотняющего пояска в площади кольцевого контакта деталь–деталь (см. рис. 3.2). Это оказывает существенное влияние на количественные параметры всех основных термодеформационных процессов, протекающих в зоне сварки, в частности, на величину напряжений в контуре уплотняющего пояска σСРt и давления РЯt в расплавленного металла ядре.

Так, в приведенном на рис. 4.7 примере, детали в месте сварки сжимаются токопроводящими электродами неизменным усилием FЭt = 6 кН и обжимными втулками также неизменным усилием обжатия FОt = 3,4 кН (рис. 4.5, в). При этом в одном варианте сварки детали обжимаются втулками с внутренним диаметром dВВ, равным 16 мм (изменение параметров термодеформационных процессов в этом варианте сварки показано сплошными линиями), а в другом — 24 мм (в этом варианте сварки —штриховыми линиями).

Поскольку в приведенном примере детали в месте сварки собраны без зазора (δ = 0 → FДt = 0), то в соответствии с уравнением (3.17) к моменту начала импульса тока усилие сжатия в площади свариваемого контакта FCt равно усилию сжатия деталей токопроводящими электродами FЭt, а усилие в кольцевом контакте FКt вне контура уплотняющего пояска равно усилию обжатия деталей FОt кольцевыми силовыми пуансонами.

С момента начала импульса тока вследствие нагрева и расширения металла в зоне сварки в контакте деталь–деталь начинает формироваться рельеф (уплотняющий поясок), увеличивающаяся высота которого hПt определяется по зависимости (3.84). Вследствие этого детали между контурами уплотняющего пояска и внутреннего диаметра обжимной втулки прогибаются и своей упругостью передают в зону сварки часть усилия обжатия деталей FОt, равную усилию FУt, величину которого можно определить по зависимости (3.19), сопротивления деталей их суммарному прогибу на высоту уплотняющего пояска. Таким образом, в процессе сварки на стадии нагрева усилие сжатия в свариваемом контакте FCt увеличивается пропорционально увеличению высоты hПt уплотняющего пояска на величину FУt, а усилие сжатия деталей в кольцевом контакте FКt на эту же величину уменьшается.

Это сказывается на количественных параметрах всех термодеформационных процессов, протекающих в зоне сварки. Так, увеличение внутреннего диаметра обжимной втулки с 16 до 24 мм приводит к уменьшению усилия упруго прогиба деталей FУt, усилия сжатия в площади свариваемого контакта FCt, уменьшению диаметра уплотняющего пояска dПt, повышению температуры ТДt деформируемого металла и уменьшению его сопротивления пластической деформации σДt, а следовательно к уменьшению среднего значения напряжений в площади уплотняющего пояска σСРt и давления расплавленного металла в ядре РЯt.

При КТС с обжатием периферийной зоны соединения также, как и при традиционных способах сварки, до начала плавления металла все усилие сжатия в свариваемом контакте FCt уравновешивается металлом, находящимся в твёрдой фазе, и следовательно в этот период согласно зависимостям (3.10) и (3.21) FCt = FПt.

В период после момента tНП начала плавления металла в свариваемом контакте до окончания импульса тока (при tНП < t ≤ tСВ) часть усилия сжатия в свариваемом контакте FCt уравновешивается давлением РЯt расплавленного металла в ядре, которое по его площади развивает усилие FЯt (3.9), а часть — напряжениями в уплотняющем пояске, которые по его площади составляют усилие FПt (3.10). При этом, несмотря на уменьшение давления в ядре РЯt в процессе его формирования, усилие FЯt в его площади увеличивается, что обусловлено более быстрым увеличение площади ядра по сравнению с уменьшением в нем давления, что приводит к увеличению доли усилия FCt, уравновешиваемой усилием FЯt в площади ядра, и уменьшению на эту же величину доли усилия FCt, уравновешиваемой усилием FПt в площади уплотняющего пояска.

Таким образом, при КТС с обжатием периферийной зоны соединения в процессе сварки происходит не только перераспределение усилий сжатия в свариваемом контакте между уплотняющим пояском и ядром расплавленного металла, но и увеличение усилия сжатия в площади уплотняющего пояска. Это благоприятно сказывается на устойчивости процесса формирования соединения в части увеличения тепловыделения в начале процесса сварки и повышения устойчивости против образования выплесков в его конечной стадии.

4.2.3. Влияние режимов сварки на параметры термодеформационных процессов, протекающих в зоне формирования соединения

Параметры термодеформационных процессов, протекающих в зоне формирования соединения, зависят от многих факторов точечной сварки, в частности, рассмотренных выше. Кроме того, на них существенное влияние оказывают особенности технологий и параметры режимов точечной сварки, которое и рассмотрим ниже. В частности, исследованием влияния режимов сварки деталей из сплавов АМг6 и АМц, толщиной 1…4 мм, которые приведены в табл. 4.4, установлено следующее.

Таблица 4.4

Параметры режимов точечной сварки и размеры полученных соединений