Расчет усилия осадки при контактной стыковой сварке изделий замкнутой формы

Abstract

В элементах конструкций летательных аппаратов широко применяются кольцевые изделия из высоколегированных сталей и сплавов. Для производства таких конструктивных элементов применяются различные способы сварки плавлением, в том числе контактная стыковая сварка оплавлением. Технология контактной стыковой сварки таких изделий требует высоких скоростей осадки ≥ 50 мм/с с удельным усилием не менее 120…200 МПа. При контактной стыковой сварке изделий замкнутой формы важно определить величину необходимого усилия осадки. При неограниченном или недостаточном усилии осадки не будут соблюдены необходимые условия формирования соединения в твердой фазе, а при перегреве укорочение детали будет слишком велико. И то, и другое приводит к нарушению формы кольцевых изделий, в частности, его периметра. В процессе сварки в свариваемом изделии возникают упругие усилия, препятствующие формированию соединения, которые необходимо определить при разработке технологии и оборудования для сварки. Кроме того, при сварке кольцевых заготовок большого сечения, отличающихся значительной упругостью, следует учитывать возможность разрыва сваренного стыка за счет упругости кольцевой заготовки при недостаточном времени осадки без протекания электрического тока. Расчет упомянутых выше усилий проводили по теории тонких стержней в условиях, когда напряженно-деформированное состояние считалось линейным. Также провели расчет данных усилий методами теории упругости, в результате была решена плоская задача теории упругости. Сравнение результатов расчета восьми колец с различными характерными размерами показало, что максимальное различие величин усилия осадки, рассчитанных по теории тонких стержней и формулам плоской задачи, составило около 2 %, а величины усилий, разрывающих стык после сварки, — менее 1 %. Причем, при уменьшении отношения внешнего радиуса кольца ко внутреннему его радиусу точность расчета по теории тонких стержней возрастает.