Campul termic la sudarea prin puncte

Campul termic la sudarea prin puncte

Studiul teoretic al campului termic la sudarea prin puncte intampina dificultati din cauza caracterului spatial al campului si datorita numarului mare de factori care influenteaza procesul termic.

Studiul experimental al campului termic poate fi facut prin masurarea temperaturii atinse in diferite locuri ale imbinarii, cu ajutorul unor termocuple introduse prin orificii fine in zonele dorite din electrozii de contact sau in piesele sudate. Campul real de temperatura poate fi recunoscut pe o proba metalografica ce contine o sectiune al unui punct sudat. Prin atacul cu reactiv metalografic se pune in evidenta nucleul topit, cu structura dendritica , specifica metalelor topite, conturul acestui nucleu corespunzand izotermei lichidus a materialului respectiv. Temperaturile atinse in apropierea nucleului pot fi recunoscute dupa modificarile structurale din zona influentata termomecanic.

In urma studiilor efectuate, campul termic real la sudarea prin puncte poate fi reprezentat ca in figura 15, in urmatoarele ipoteze:

placile de sudat sunt nelimitate;

electrozii de contact sunt de sectiune circulara;

conductibilitatea termica a electrozilor este mai mare decat conductibilitatea termica a materialului de sudat.

Zona incalzita va fi mai extinsa daca se sudeaza in regim moale sau materialul are conductibilitate termica ridicata (curba 2), fata de sudarea in regim dur sau a unor materiale cu conductivitate termica redusa (curba 1).

Fig. 16 Campul termic real al sudarii in puncte

Cunoasterea campului termic la sudare permite calculul cantitatii de caldura necesara la sudare "Q", care va fi:

Q = Q₁+ Q₂+ Q₃+ Q₄ [21]

unde: Q₁ este caldura necesara incalzirii coloanei de metal cuprinse intre electrozii de contact; Q₂ - caldura absorbita de metalul din jurul coloanei centrale (din ZIT); Q₃ -caldura transmisa electrozilor; Q₄ - caldura cedata mediului ambiant prin suprafata pieselor supuse sudarii ; datorita timpilor foarte scurti de sudare, aceasta caldura poate fi neglijata, Q₄ ≈ 0. Pentru simplificarea calculelor, se considera campurile termice conventionale, reprezentate ca in figura 17.

Fig. 17 Reprezentarea campurilor termice conventionale.

Cantitatea de caldura 'Q' se calculeaza in ipoteza ca tot materialul dintre electrozi, cu diametrul nucleului d_n, se incalzeste pana la temperatura de topire T_t. Nu se tine seama de caldura latenta de topire deoarece se considera temperatura constanta pana la suprafata de contact cu electrozii , desi aceasta nu depaseste (0,4- 0,6)T_t.

Rezulta deci:

[22]

Coloana centrala este inconjurata de zona influentata termomecanic, de forma inelara, in care temperatura scade de la temperatura de topire T_t pana la temperatura mediului ambiant T = 20°C

Extinderea zonei incalzite prin conductie creste odata cu difuzivitatea termica a materialului si cu timpul de incalzire (respectiv de sudare, t_s), dupa relatia:

[23]

unde: K4 depinde de conductibilitatea termica a materialului, avand valoarea:

K4 = 1,2 pentru otel carbon ;

K4 = 3,1 pentru aliaje de aluminiu;

K4 = 3,6 pentru cupru.

In acest caz, caldura 'Q' transmisa in zona inelara de diametrul:

D = d_n + 2x₁, considerand temperatura medie 0,5T_t, va fi:

[24]

Pentru calculul caldurii absorbite de electrozi se considera ca acestia se incalzesc pe lungimea x₂ (calculata cu constanta K4 pentru cupru) cu o temperatura   medie de 0,25 T_t (de la 0,5 T_t la suprafata de contact cu T = 20°C). Rezulta:

[25]

In aceasta relatie a fost introdus un coeficient de corectie K₅ care tine cont de forma varfului electrodului, care determina cantitatea de caldura transmisa in electrozi. Acest coeficient, determinat experimental, are valorea:

K₅ = 1 pentru varf cilindric;

K₅ = 1,5 pentru varf conic;

K₅ = 2 pentru varf sferic.

In electrozii de contact se pierde o cantitate importanta de caldura, ajungand la 30-50% din cantitatea totala de caldura degajata.

Neglijand caldura cedata mediului inconjurator pe durata sudarii, datorita timpului scurt in care se efectueaza sudarea in puncte, caldura necesara la sudare va fi:

[26]

Aceasta relatie permite calculul intensitatii curentului de sudare:

[27]