Определение усилия, вызванного нагревом кольцевых изделий, при контактной стыковой сварке

Abstract

При контактной стыковой сварке изделий замкнутой формы усилие, которое должна обеспечить сварочная машина для качественного формирования сварного соединения в твердой фазе, определяется не только усилием осадки, но и усилием, затрачиваемым на изгиб самой детали, а также усилием, вызванным нагревом шунтирующей части. Поэтому при выборе оборудования для сварки того или иного изделия замкнутой формы необходимо определить суммарное усилие, которое должна обеспечить сварочная машина. Проведены экспериментальные измерения температуры в различных характерных точках на конечной стадии процесса выполнения контактной стыковой сварки кольца из материала сталь 20 на машине К-724. Было установлено, что температура в шунтирующей части изменяется как по окружной, так и по радиальной координате. Поскольку определение силовых параметров контактной стыковой сварки основано на решении соответствующих задач теории упругости, необходимо задать температуру в виде непрерывной функции координат. При решении этих задач в полярных или цилиндрических координатах наиболее удобной для описания изменения температуры является четная часть ряда Фурье по окружной координате. Существующая методика описания температурного поля была усовершенствована таким образом, что при определении коэффициентов Фурье использовались не только экспериментальные данные, но и данные, полученные путем компьютерного моделирования. Это позволило использовать для описания температурного поля неограниченное количество членов аппроксимирующего ряда. На основании постулатов предложенной модели была получена функция общего вида, которая позволяет определить температуру в любой точке шунтирующей части при использовании неограниченного количества членов аппроксимирующего ряда. Приведено выражение для определения усилия, вызванного нагревом шунтирующей части. Проведен расчет силовых параметров контактной стыковой сварки пульсирующим оплавлением исследуемого кольца. В результате было установлено, что усилие, вызванное нагревом шунтирующей части, составило 9,1 % суммарного усилия, необходимого для качественного формирования соединения. Величина температурного усилия связана с величиной эквивалентного температурного перемещения. Расчетное значение этого перемещения, соответствующее предложенной модели, хорошо согласуется с результатами численного моделирования температурных перемещений в свариваемой заготовке.

In flash-butt welding of products of a closed shape the force, which welding machine should provide for high-quality formation of welded joint in a solid phase, is determined not only by upsetting force but also by force spent for bending the part itself, and by force caused by heating of shunting part. Therefore, when choosing the equipment for welding of any product of closed shape it is necessary to determine the total force, which welding machine should provide. The experimental measurements of temperature in different characteristic points at the final stage of the process of FBW of the ring of steel 20 in machine K-724 were carried out. It was established that the temperature in the shunting part is changed both along the circumferential as well as along the radial coordinate. The existing procedure for description of temperature field was improved so that in determination of the Fourier coefficients not only the experimental data were used, but also the data obtained by computer modeling. Basing on the postulates of the proposed model the function of general form was obtained, which allows determining the temperature at any point of the shunting part using an unlimited number of terms of approximated series. The calculation of power parameters of FBW with pulsed flashing of the investigated ring was carried out. As a result, it was established that the force caused by heating of the shunting part, amounted to 9.1 % of the total force required for quality formation of the joint. The value of temperature force is connected with the value of equivalent temperature displacement. The estimated value of this displacement, corresponding to the proposed model, correlates well with the results of numerical modeling of temperature displacements in the welded billet.