RU2183152C2

RU2183152C2 - Method for contact spot welding

Info

Publication number: RU2183152C2
Application number: RU2000115166A
Authority: RU
Inventors: Р.А. Мусин; В.И. Колосов; П.А. Гореликов
Original assignee: Пермский государственный технический университет
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2002-06-10

Abstract

FIELD: non-detachable joints of parts of steel and alloys, mainly in machine engineering and at manufacture of aircraft engines. SUBSTANCE: method comprises steps of clamping welded parts between electrodes at applying compression effort; turning on welding electric current and in time period consisting at least (0.1-50)% of total duration of pulse of welding electric current decreasing value of compression effort in such a way that at time moment of electric current pulse termination to achieve value of compression effort consisting (10-50)% of its initial value; using standard welding electrodes with flat or spherical surface. Method allows to change deformation and temperature fields at welding process, that is why it is possible to simplify welding process. EFFECT: enhanced fusion capability, high quality of welded joints. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области контактной точечной сварки металлов и может быть использовано для получения неразъемных соединений деталей из сталей и сплавов, применяемых преимущественно в машино- и авиадвигателестроении. The invention relates to the field of contact spot welding of metals and can be used to obtain permanent connections of parts from steels and alloys, used mainly in machine and aircraft engines.

Известен способ контактной точечной сварки, при котором усилие сжатия электродов в течение всего процесса сварки остается неизменным, либо увеличивается после окончания импульса тока на величину 30-150% от первоначального [1]. A known method of contact spot welding, in which the compression force of the electrodes during the entire welding process remains unchanged, or increases after the end of the current pulse by 30-150% of the original [1].

Способ обеспечивает высокое качество сварки целого ряда сталей и сплавов относительно небольшой толщины. Однако при сварке толщин 4 мм и более, а также разнотолщинных и многослойных соединений значительно возрастают необходимые для формирования литого ядра сварочный ток и усилие сжатия электродов, что в конечном итоге приводит к увеличению послесварочных деформаций и отражается на качестве сварочного соединения. The method provides high quality welding of a number of steels and alloys of relatively small thickness. However, when welding thicknesses of 4 mm and more, as well as of different thickness and multilayer joints, the welding current and the compression force of the electrodes necessary for the formation of a cast core significantly increase, which ultimately leads to an increase in post-welding deformations and affects the quality of the welding joint.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ контактной точечной сварки [2], при котором к свариваемым деталям прикладывают электродное и периферийное усилия сжатия, пропускают сварочный ток, с момента включения сварочного тока электродное усилие снижают и одновременно на такую же величину увеличивают периферийное усилие сжатия, затем сварочный ток выключают, после чего повышают до первоначального значения электродное усилие, а периферийное соответственно понижают. Closest to the proposed method is a contact spot welding method [2], in which electrode and peripheral compression forces are applied to the parts being welded, the welding current is passed, the electrode force is reduced from the moment the welding current is turned on, and the peripheral compression force is increased by the same amount, then the welding current is turned off, after which the electrode force is increased to the initial value, and the peripheral force is accordingly reduced.

Недостатком способа является его сложность в связи с тем, что необходимо в процессе сварки производить раздельное управление одновременно двумя процессами - изменением усилия на сварочных и обжимающих электродах. Недостатком способа является также и ограниченность его применения для сварки криволинейных поверхностей. Способ требует увеличения минимально допустимого размера нахлестки свариваемых деталей, что приводит к увеличению металлоемкости сварной конструкции. The disadvantage of this method is its complexity due to the fact that during the welding process it is necessary to separately control two processes simultaneously - a change in the force on the welding and crimping electrodes. The disadvantage of this method is its limited use for welding curved surfaces. The method requires an increase in the minimum allowable lap size of the welded parts, which leads to an increase in the metal content of the welded structure.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении способа сварки при сохранении проплавляющей способности и высокого качества сварных соединений, расширение области его применения и снижение металлоемкости сварной конструкции за счет исключения периферийного усилия сжатия. The problem to which the invention is directed is to simplify the welding method while maintaining the penetrating ability and high quality of welded joints, expanding its scope and reducing the metal consumption of the welded structure by eliminating the peripheral compression force.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе контактной точечной сварки, при котором детали зажимают между электродами с созданием усилия сжатия, включают сварочный ток, осуществляют снижение усилия сжатия, отключают сварочный ток и снимают усилие сжатия, снижение усилия сжатия осуществляют через промежуток времени, составляющий не менее 0,1-50% от общей длительности импульса сварочного тока, и до величины, составляющей к моменту окончания импульса сварочного тока 10-50% от первоначального усилия сжатия. The problem is solved due to the fact that in the known method of contact spot welding, in which the parts are clamped between the electrodes to create a compression force, the welding current is turned on, the compression force is reduced, the welding current is turned off and the compression force is removed, the compression force is reduced after a period of time , constituting at least 0.1-50% of the total pulse duration of the welding current, and up to a value of 10-50% of the initial compression force by the time the pulse of the welding current ends.

Отличительные признаки от прототипа - снижение усилия сжатия через промежуток времени, составляющий не менее 0,1-50% от общей длительности импульса сварочного тока, и до величины, составляющей к моменту окончания импульса сварочного тока 10-50% от первоначального усилия сжатия - в совокупности с известными признаками обеспечивают изменение деформационного и температурного полей при сварке таким образом, что эффективность работы электрического тока, затрачиваемой на сопротивление силам всестороннего сжатия, имеющим место при контактной точечной сварке, снижается, а высвобождаемая при этом энергия начинает проявлять себя в качестве дополнительного источника нагрева, увеличивая проплавляющую способность. В условиях непрерывно уменьшающейся внешней нагрузки также существенно снижается давление жидкого металла литого ядра, которое интенсивно увеличиваясь в размерах, тем не менее проявляет незначительную склонность к образованию выплеска. Distinctive features of the prototype is the reduction of the compression force after a period of time of not less than 0.1-50% of the total pulse duration of the welding current, and to a value of 10-50% of the initial compression force by the time the pulse of the welding current ends, in total with well-known features provide a change in the deformation and temperature fields during welding in such a way that the efficiency of the electric current expended on the resistance to the forces of comprehensive compression, which occurs at the contact point welding, is reduced, and the energy released in this case begins to manifest itself as an additional source of heating, increasing the penetrating ability. Under conditions of continuously decreasing external load, the pressure of the molten core molten metal also decreases significantly, which is rapidly increasing in size, but nevertheless exhibits a slight tendency to splash.

Предлагаемый способ предусматривает использование стандартных сварочных электродов с плоской или сферической поверхностью и не требует дополнительных обжимающих электродов. Исключение операции периферийного сжатия позволит упростить способ, исключить обжимающие электроды, что дает возможность максимально уменьшить площадь контакта электрода с деталью. Это в свою очередь позволит снизить металлоемкость конструкции и использовать предлагаемый способ при сварке криволинейных поверхностей, т.е. расширить область его применения. The proposed method involves the use of standard welding electrodes with a flat or spherical surface and does not require additional crimping electrodes. The exclusion of the peripheral compression operation will simplify the method, eliminate crimping electrodes, which makes it possible to minimize the contact area of the electrode with the part. This in turn will reduce the metal consumption of the structure and use the proposed method for welding curved surfaces, i.e. expand the scope of its application.

На черетеже представлены временные диаграммы сварочного тока и усилия сжатия, где F_О - начальное усилие сжатия. F_ОСТ - остаточное усилие сжатия, F_Э - изменение усилия сжатия в процессе сварки, I_СВ - сварочный ток, t_СВ - время действия импульса тока, t_Н - время начала снижения усилия.The drawing shows the timing diagram of the welding current and compression forces, where F _{About the} initial compression force. F _OST is the residual compressive force, F _E is the change in the compression force during the welding process, I _CB is the welding current, t _CB is the time of the current pulse, t _N is the time of the beginning of the force reduction.

Способ сварки осуществляют в следующей последовательности. The welding method is carried out in the following sequence.

Свариваемые детали размещают в необходимом положении на нижнем неподвижном электроде, сжимают с начальным усилием F_О, величину которого устанавливают в зависимости от толщины и материала свариваемых деталей. В случае сварки деталей неравной толщины величину начального усилия Fo выбирают по наиболее тонкой детали. Включают сварочный ток I_СВ и в момент времени, составляющий t_Н= 0,1-50% от общей длительности импульса тока t_СВ, производят снижение усилия сжатия до величины F_ОСТ, составляющей к моменту окончания импульса тока 10-50% от первоначального, после чего сварочный ток отключают. Периферийное усилие сжатия при этом не используется. Наиболее эффективная величина t_Н, F_ОСТ и F_Э зависит от физических и механических свойств свариваемых материалов, их толщины, жесткости режима сварки и устанавливается опытным путем.The parts to be welded are placed in the required position on the lower stationary electrode, compressed with an initial force F _О , the value of which is set depending on the thickness and material of the parts to be welded. In the case of welding parts of unequal thickness, the initial force Fo is selected from the thinnest part. The welding current I _CB is turned on, and at a time moment t _N = 0.1-50% of the total current pulse duration t _CB , the compression force is reduced to a value of F _OST , which is 10-50% of the initial current pulse moment, then the welding current is turned off. The peripheral compression force is not used. The most effective value of t _N , F _OST and F _E depends on the physical and mechanical properties of the materials being welded, their thickness, rigidity of the welding mode and is established experimentally.

При сварке на жестких режимах ввиду сокращения общего времени сварки t_СВ целесообразно величину t_Н задавать ближе к нулевому значению, а усилие сжатия F_Э снижать более интенсивно. Использование мягких режимов, наоборот, допускает плавное снижение усилия и увеличение времени t_Н.When welding in hard conditions, due to the reduction of the total welding time t _CB, it is advisable to set the value of t _N closer to the zero value, and the compression force F _E to reduce more intensively. The use of soft modes, on the contrary, allows a smooth decrease in effort and an increase in time t _N.

Экспериментальное опробование способа проводилось на установке контактной точечной сварки МТП-100-1, оснащенной микропроцессорной системой управления, что позволило осуществлять программное управление как током, так и усилием. Использовали плоские электроды из сплава БрХ с диаметром рабочей поверхности 9 мм. Сварку проводили на образцах из листовой стали 12Х18Н10Т толщиной 2 мм, набранных в пакеты по 5 слоев. Процесс сварки осуществляли следующим образом. Experimental testing of the method was carried out on the installation of resistance spot welding MTP-100-1, equipped with a microprocessor control system, which allowed for programmed control of both current and force. We used flat electrodes made of BrX alloy with a working surface diameter of 9 mm. Welding was carried out on samples of sheet steel 12X18H10T 2 mm thick, assembled in packages of 5 layers. The welding process was carried out as follows.

Набранный пакет устанавливали на нижний неподвижный электрод сварочной машины и сжимали верхним электродом с усилием 950 кг. Включали сварочный ток I_СВ= 7,5 кА и по истечении промежутка времени t_Н=0,04 с от момента включения импульса тока осуществляли снижение усилия сжатия до величины, составляющей к моменту отключения тока сварки 15% от первоначального. Общее время сварки t_СВ составляло при этом 0,28 с.The collected bag was mounted on the lower stationary electrode of the welding machine and squeezed by the upper electrode with a force of 950 kg. The welding current was switched on I _CB = 7.5 kA, and after a period of time t _N = 0.04 s from the moment the current pulse was turned on, the compression force was reduced to a value of 15% from the initial time when the welding current was turned off. The total welding time t _CB was 0.28 s.

Контроль параметров процесса осуществляли с помощью ПЭВМ, работающей в режиме осциллографа. Размеры и форму литого ядра оценивали по макрошлифам. Во всех случаях сварки выплески отсутствовали, литое ядро получалось плотным без рыхлот и раковин, проплавление крайних листов составляло 30-40% от толщины листа. The process parameters were controlled using a PC operating in the oscilloscope mode. The size and shape of the cast core was evaluated by macro sections. In all cases of welding there were no splashes, the cast core was dense without loosening and shells, the penetration of the outermost sheets was 30–40% of the sheet thickness.

Аналогичные результаты получали при сварке стали 30ХГСА, титановых сплавов ОТ4 и ВТ6, сплава ВХ-4А (ЭП-648). Similar results were obtained when welding steel 30KhGSA, titanium alloys OT4 and VT6, alloy VX-4A (EP-648).

Предлагаемый способ снижения усилия сжатия электродов в момент протекания импульса тока обеспечивает высокое качество сварки сталей и сплавов за счет увеличения проплавления, снижения вероятности выплеска и зазоров между деталями без использования дополнительного периферийного усилия. Это позволяет существенно снизить металлоемкость свариваемой конструкции за счет уменьшения нахлестки, осуществлять сварку деталей с криволинейными поверхностями. The proposed method of reducing the compression force of the electrodes at the time of the current pulse provides high quality welding of steels and alloys by increasing penetration, reducing the likelihood of splash and gaps between parts without the use of additional peripheral force. This allows you to significantly reduce the metal consumption of the welded structure by reducing overlapping, to weld parts with curved surfaces.

Источники информации
1. Технология и оборудование контактной сварки. /Под ред. Б.Д. Орлова. М.: Машиностроение, 1986.Sources of information
1. Technology and equipment of contact welding. / Ed. B.D. Orlova. M .: Engineering, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР 841859, кл. В 23 В 11/10. 2. Copyright certificate of the USSR 841859, cl. B 23 V 11/10.

Claims

The method of contact spot welding, in which the parts are clamped between the electrodes to create a compression force, include a welding current, reduce the compression force, turn off the welding current and remove the compression force, characterized in that the compression force is reduced after a period of time of at least 0, 1-50% of the total pulse duration of the welding current, and up to a value of 10-50% of the initial compression force by the time the current pulse ends.