автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка технологического процесса контактной точечной сварки меди электродами с вольфрамовыми вставками

^ #

«Л- Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской ^ Революции и ордена Трудового Красного Знамени государственный технический университет 4 им. Н. Э. Баумана

На правах рукописи

МАКСИМОВ Николай Николаевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ МЕДИ ЭЛЕКТРОДАМИ С ВОЛЬФРАМОВЫМИ ВСТАВКАМИ

05.03.06 — Технология и машины сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА — 1995

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете имени Н. Э. Баумана

Научный руководитель — доктор технических наук,_

профессор ¡САГАЛЕВИЧ В. М. |

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ЧАКАЛЕВ А. А.

кандидат технических наук, доцент ПРОТОПОПОВ Е. И.

Ведущее предприятие — Калужский завод автомобильного

электрооборудования

Защита состоится « ¿ШУ-еЛ-_ 1995 года

на заседании диссертационного совета К.053.15.03 в Московском государственном техническом университете имени Н. Э. Баумана по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5.

Ваш отзыв на автореферат в 1 экз., заверенный печатью, просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ имени Н. Э. Баумана.

Автореферат разослан «^у» _1995 года.

Ученый секретарь диссертационного совета К.053.15.03

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Экономика страны требует освоения новых видов изделий, отличающихся более совершенными потребительскими свойствами. Одной из важнейших задач при этом является снижение их себестоимости посредством внедрения прогрессивных ресурсосберегающих технологий. Замена процесса пайки на один из способов сварки в изделиях электротехнической и электронной промышленности может дать значительный экономический эффект за счет исключения затрат на дорогостоящие припои, флюсы, а также санитарно-гигиенические и экологические мероприятия, улучшить эксплуатационные характеристики. Однако большое количество деталей, подлежащих соединению, изготавливается из высокотепло-электропроводных материалов (ВГЭПМ), свойства которых в сочетании с требованиями, предъявляемыми к самим соединениям, затрудняют выбор эффективного процесса сварки.Наиболее распространенным из ВГЭПМ является медь. В плоских торцевых асинхронных двигателях, обладающих высокими технологическими и-эксплуатационными характеристиками, обмотка статора изготавливается методом штамповки из тонколистовой меди с последующим соединением контактных площадок. Одной из основных проблем при замене пайки на процесс контактной точечной сварки электродами с вольфрамовыми вставками является низкое качество, обусловленное тем, что формирование соединений происходит в твердой фазе в узком диапазоне режимов. Отсутствие систематизированных данных не позволяет решить задачу получения неразъемных соединений без проведения фундаментальных исследований.

Отыскание путей совершенствования технологического процесса контактной точечной сварки деталей из ВГЭ1Ш на основе раз -работки и анализа моделируемой электротепловой задачи, исследований влияния магнитного поля машины и ряда других факторов,для достижения высокого качества сварных соединений, является важной и актуальной задачей.

Целью работы является разработка технологии контактной точечной сварки медных деталей толщиной (0,25 0,5)хЮ_3М, обеспечивающей повышение качества соединений на основе формирова -ния сварной точки, сочетающей литую зону в области кромок с со-

единением в твердой фазе по остальной площади контакта деталь-деталь.

Методы исследования. Для решения задач, поставленных в работе, было проведено физическое моделирование электрических полей. Тепловые поля рассчитывались с помощью численных методов и математической модели процесса. При исследованиях влияния магнитного поля применяли графоаналитический метод, а также метод суперпозиций и зеркального отображения. При прочностных испытаниях для анализа результатов использовали статистическую обработку данных. Опенка сравнительной надежности соединений проводилась с помощью ускоренных форсированных испытаний с вероятностной оценкой результатов.

Основными методами экспериментальных исследований явились: осииллографирование электрических параметров процесса сварки, металлографический анализ, прочностные испытания проводились при статическом нагружении и в условиях, моделирующих эксплуатационные режимы.

Научная новизна работы заключается во вскрытии кинетики формирования соединений, сочетающих литую зону в области кро -мок и зону в твердой фазе, деталей толщиной (0,25 * 0,5)х10~3А1 из высокотеплоолектропроводных материалов (ВГШМ) при контактной точечной сварке электродами с вольфрамовыми вставками.

С помощью электротепловых расчетов установлено, что:

- при рассматриваемых условиях ведения процесса, вольфрамовые вставки при сварке ВГШМ играют не только роль тепловых экранов, но и сами являются источниками дополнительного тепла, поступающего от них в зону соединения;

- смещение сварной точки к кромкам деталей создает асимметрию теплового поля в зоне сварки и при соответствующем диаметре вставок позволяет достичь расплавления материала деталей на периферии соединения в области кромок;

- снижение градиента температур в зоне сварки,посредством применения вставок увеличенной длины, замедляет скорость перемещения изотермы плавления и повышает устойчивость процесса формирования оптимального соотношения между объемом жидкой фазы и твердого нерасплавившегося материала деталей, сопротивляющегося деформации.

Предложенная методика расчета составляющей магнитного по- . ля, наведенной всеми токоведущими элементами контура, позволила вычислить электродинамические силы, оказывающие смещающее -воздействие на жидкую фазу соединения как на подвижный проводник с током в магнитном поле и установить, что для увеличения размеров литой зоны без дополнительного тепловложения при сохранении достаточного объема твердого, нерасплавившегося металла под электродами, детали при сварке необходимо ориентировать так, чтобы их свариваемые кромки совпадали с внешней образую -щей контура.

Практическая ценность. Вскрытый механизм формирования сварной точки с новыми свойствами позволил разработать техно -логиго контактной точечной сварки электродами с вольфрамовыми вставками качественных соединений медных полуобмоток асинхронных двигателей.

Формирование сварной точки, сочетающей соединение в твердой фазе с литой зоной на кромках деталей, обеспечивает повышение прочности на 45 * ЪЪ% по сравнению со сваренными в твердой фазе и на 750 800% по сравнению с паяными припоем ПОС-61 при статических испытаниях на растяжение отбортованного образна. Некоторые преимущества паяных соединений при испытаниях на срез полностью компенсируются . более высокой работоспособностью соединений с литой зоной в условиях форсированных эксплуатационных нагрузок. Наличие или отсутствие оплавления кромок позволяет осуществлять визуальный экспресс-контроль. Сварка деталей осуществляется с применением оптимальных геометрических соотношений вольфрамовых вставок и использованием влияния магнитного поля вторичного контура на универсальных серийных контактных машинах переменного тока с незначительной модернизацией.

Реализация работы. Разработанная технология внедрена на АО "Восход". Партия торцевых асинхронных двигателей прошла опытно-промышленные испытания. Экономичнский эффект от внедрения в 1994 году составил 82,5 млн.рублей.

. Апробация работы. Основные положения работы докладывались на мевдународной научно-технической конференции "Современные проблемы сварочной науки и техники"(г.Ростов-на-Дону. ,1993 г.);

научно-технической конференции стран СНГ "Производство и надежность сварных конструкций" (г.Москва.Калининград 1993 г.); на всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация исследования , проектирования и испытаний сложных технических систем" (г.Калуга 1989 г.); региональной "Прогрессивные материалы, технологии и конструкции в машино- и приборостроении" (г.Калуга 1989 г.); на научном семинаре кафедры "Машины и автоматизация сварочных процессов" МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва 1989 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Она изложена на 190 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка и 9 таблиц. Список литературы включает 126 наименований.

На защиту выносится.• Новые представления о механизме формирования сварного соединения при контактной точечной сварке по кромкам деталей из ВГЭПМ электродами с вольфрамовыми вставками, полученные на основе физико-математического моделирования электротепловых полей в зоне соединения и заключающиеся в том, что вольфрамовые вставки являются не только тепловыми экранами, но и источниками дополнительного тепла, поступающего от них в зону соединения.

При этом кинетика формирования соединения в значительной мере отличается от кинетики классического способа контактной сварки, т.к. плавление материала деталей начинается на перифе -рии контактов электрод (вставка) - деталь в области кромок и распространяется как вдоль этих контактов, так и в направлении к контакту деталь-деталь. Отсутствие механических факторов,способствующих удержанию жидкой фазы в зоне соединения, таких, как уплотняющий поясок деформированного металла, определяет высокую чуствительность процесса к деформации и требует учета влияния электродинамических сил,, воздействующих на жидкую фазу, являю -щуюся подвижным проводником с током в магнитном поле.

В связи с этим, следующим положением, выносимым на защиту, является исследование влияния магнитного поля на формирование соединения с жидкой фазой на кромках и определение условий повышения устойчивости процесса.

Сварная точка, сочетающая соединение в твердой фазе с литой зоной на кромках, требует проверки на работоспособность в

условиях эксплуатации. Однако такие испытания отличаются значительными затратами времени и средств. Поэтому следующим положением,. выносимым на защиту, является разработка метода" ускоренных испытаний соединений с имитацией форсированных эксплуатационных режимов и вероятностной оценкой результатов.

Основное содержание работы.

Во введении дано обоснование актуальности работы. Кратко сформулированы основные проблемы и результаты практического применения.

Глава I содержит анализ известных работ отечественных и зарубежных авторов по проблемам сварки деталей из ВГЭПМ, в основном, из меди, а также существующих методик исследования процесса контактной сварки. Обосновывается необходимость решения сформулированных выше задач и реализация поставленных целей.

Конструкция и требования, предъявляемые к соединению контактных площадок обмоток, нардду с высокими технико-экономическими показателями процесса контактной точечной сварки, обусловило его выбор в качестве способа соединения взамен пайки. Однако внедрению контактной сварки препятствует низкое качество соединений, обусловленное высокими теплофизическими свойствами материала деталей, препятствующими выделению достаточного количества тепла в зоне сварки. Для снижения теплоотвода применяют различные технологические приемы, в частности, тепловые экраны из нержавеющих сталей, графита, тугоплавких - вольфрамовых, молибденовых или киритовых вставок,

В данной работе, для снижения теплоотвода, кроме исполь -зования вольфрамовых вставок, предложено сварную точку располагать на совмещенных кромках изделий. Эксперименты показали, что отток тепла в этой области снижается настолько, что наблюдаются случаи оплавления кромок. Прочность таких соединений при испытаниях на срез и отрыв на 45 ь 55% выше, чем сваренных в твердой фазе. Однако добиться устойчивой воспроизводимости процесса оплавления, применяя известные положения, не удается.

Данные анализа распределения теплофизических свойств материала деталей и вольфрамовых вставок, в совокупности с характером наблюдаемых подплавлений поверхности деталей в контакте электрод (вставка) - деталь, послужили базой для выдвижения гипотезы о том, что тугоплавкие вставки при контактной точечной

сварке деталей из ВГЭ11М являются источниками дополнительного тепла, поступающего от них в зону соединения, и процесс приближается к схеме сварки нагретым инструментом.

Для проверки гипотезы и выявления основных закономерностей в механизме формирования соединения, необходимо провести расчет электротепловой обстановки в зоне сварки.Анализ известных методов показал, что для нашего случая целесообразно использовать металлические модели с применением неявной схемы для расчета тепловых полей. Установлено, что особенности соединения требуют изучения влияния магнитного поля сварочного контура на кинетику его формирования.

Глава £ посвящена исследованиям электрических и тепловых полей при контактной точечной сварке по кромкам медных деталей электродами с вольфрамовыми вставками.Для исследования электрических полей в зоне соединения была изготовлена металлическая модель, представляющая собой плоское осевое сечение зоны сварки с деталями, выполненными из медной фольги, вставками из молибдена и медных электродов. Толщина всех элементов оГ~ МО"4 М, масштаб - 60:1, отдельные элементы ыевду собой соединены конденсаторной шовной сваркой.

В связи со спецификой распределения .'.сопротивлений в зоне сварки измерение потенциалов'электрического поля в узло-

вых точках модели производили последовательно между уз-

лами кавдой ячейки. Напряженность электрического поля вычисля -лась с помощью численного дифференцирования по формулам: с йФх.у *-й{Рх*1,У

¿хп/;"' Л

где к. - сторона ячейки сетки;

- потенциал в узловой точке сетки с координатами Х,У.

Для пограничных точек применяли известные формулы. Вычисление плотностей тока в узловых точках модели производилось на ЭЦВМ. Анализ результатов показал, что распределение плотностей тока по наиболее характерным сечениям не противоречит представлениям, сложившимся на базе исследований классического способа контактной сварки сталей в медных электродах и полученные дан -ные не позволяют выявить особенности формирования соединений • при контактной точечной сварке медных деталей по кромкам электродами с вольфрамовыми вставками.

б

Расчет температурных полей, проведенный на базе математической модели процесса, с учетом специфики начальных и граничных условий, позволил выявить механизм формирования соединения и подтвердил справедливость гипотезы о роли вставок, как источников дополнительного тепла, поступающего от них в зону соеди -нения.Установлено, что область наибольшего разогрева с изотер -мой порядка 2200°С зарождается в вольфрамовых вставках и расположена на расстоянии одной трети их длины от контактов электрод (вставка) - деталь (рис. I). При этом в самих деталях, на периферии контактов электрод (вставка) - деталь в области адиабатических кромок, наблюдается появление изотермы с температурой порядка П00°С и начинается плавление металла. В дальнейшем изотерма П00°С распространяется от периферии к центру, как вдоль этих контактов, так и в массу деталей к контакту деталь -деталь, полностью захватывая кромки. В результате на периферии сварной точки в области кромок образуется жадкая фаза материала деталей, в то время, как на остальной площади контакта деталь -деталь наблюдаются изотермы с температурой от 920 до П00°С и соединения формируются в твердой фазе.

Описанные особенности распределения тепловых полей и развития изотермы плавления в материале деталей определяют достаточно жесткие требования к геометрическим соотношениям между диаметром с/и/ , длиной Ру/ вставок - с одной стороны и толщиной деталей ¿Г- с другой. Расчеты показали, что при увеличении отношения о^/бГ в диапазоне от б до 10 протяженность изотермы плавления в деталях в области контактов электрод (вставка) -деталь Т^д возрастает от 40 до 85 %, а в контакте деталь-деталь Т~д.д. в 5 раз.

В процессе сварки и деформирования под действием сварочного усилия, жидкий металл деталей выдавливается из под электродов (вставок) на периферию контактов, уменьшая рабочее сечение сварной точки. Сопротивление деформированию при этом оказывает лишь объем нерасплавившегося материала деталей в условном цилиндре под электродами. Для формирования оптимальных соотноша -ний мевду объемами жидкой фазы и твердого нерасплавившегося материала деталей в условном цилиндре, необходимо вовремя прервать развитие процесса плавления деталей. При этом желательно

снизить протяженность жидкой фазы Т^д в контакте электрод (вставка) - деталь относительно ее протяженности Tq,^. в контакте деталь-деталь (рис. I).

Установлено, что достичь желаемого результата можно пони-эов градиент температур в зоне соединения до значения (80 * 45)х хЮ4 К/М, используя для этих целей увеличенное отношение ?w/dw до 1,6 f 2.

Таким образом исследование электротепловых полей в зоне соединения при контактной точечной сварке по кромкам медных дета -лей электродами с вольфрамовыми вставками, полностью подтверди -ли выдвинутую ранее гипотезу о роли вставок как дополнительного источника тепла, вскрыли механизм и основные закономерности процесса формирования сварной точки, сочетающей литую зону на кромках с соединением в твердой фазе по остальной площади контакта деталь-деталь.

Глава 3 посвящена изучению влияния магнитного поля на кинетику формирования соединения с литой зоной в области совмещенных кромок деталей.

Особенности соединения с литой зоной на кромках, существенно отличающие его от классической сварной точки, ставят рад проблем в вопросах удержания жидкой фазы под электродами при свар -ке. Отсутствие уплотняющего пояска деформированного металла может привести к выплеску жидкой фазы и потери ожидаемых преиму -ществ. В этих условиях роль магнитного поля, воздействующего на жидкую фазу как на подвижный проводник с током, приобретает очень важное значение.

Низкая сопротивляемость деформациям, обусловленная наличием жидкого металла непосредственно под электродами (вставками) и вышеизложенные особенности соединения, потребуют, очевидно, применения малых сварочных усилий. Последние при этом могут стать соизмеримы с электродинамическими силами отталкивания, действующими на подвижные элементы контура при протекании сварочного тока, что может привести к периодическому размыканию контактов и нарушению процесса сварки. Для того, чтобы оценить влияние маг -нитного поля на кинетику формирования соединнния и, в частности, роль электродинамических сил в решении задачи, по удержанию жид -кой фазы под электродами, необходимо провести некоторые теорети-

ческие исследования, основываясь на известных положениях технической электродинамики.'

Анализ результатов показал, что для определения величины силовых полей электродинамических силнаведенных в зоне соединения,необходимо знать величину индукции составляющих магнитного поля. Для определения величины результирующего вектора магнитной индукции, наведенного всеми токоведущими элементами вторичного контура, был применен графоаналитический метод. С учетом специфики принятых допущений искомая величина выражена фор-

¥улой! о Wj^tkL. '

ьт.а.э. ~ 27Г hLSf^Tü? '

где &т.в.э. " результирующий вектор магнитной индукции, Тл; Ü - величина сварочного тока, А; h - геометрический параметр, характеризующий раствор

контура и равный его половине ( А. = H/2), М; Ь - вылет контура, М;

JU0 - магнитная проницаемость вакуума, Гн/М.

Расчеты электродинамических сил проводились для наиболее ■характерных областей соединения. Они показали, что в зоне сварки наиболее заметно проявляется воздействие двух составляющих нолей электродинамических сил. Первая FK - радиально-сжимающая. . Она изменяется от максимального значения на периферии сварной точки (3,2x10"^ Н) до нуля в центре и вызвана взаимодействием сварочного тока, проходящего через зону соединения, с наведенным там же магнитным полем, характеризуемым концентричными линиями индукции Вк. Вторая Рт>в,э, направлена из внутренних областей контура на внешнюю образующую и неизменна по величине (6,9x10"''' Н) и направлению. Она вызвана взаимодействием тока с составляющей магнитного поля Д].,в.э.» наведенной всеми токоведущими элементами в зоне соединения.

Представленные результаты показывают, что на периферии сварной точки радиально-сжимающие силы на два порядка превосходят силы, стремящиеся сместить жидкую фазу аа пределы зоны соединения, и не следует опасаться срыва жидкой фазы электродина -мическими силами.

Дальнейший анализ, проведенный с учетом несимметричности соединения, показал, что для повышения размеров литой зоны без

соответствующего увеличения тепловложения при сохранении достаточного объема твердого металла под электродами, детали при сварке нужно ориентировать так, чтобы их свариваемые кромки совпадали с внешней образующей контура или электродов (вставок).

Глава 4 содержит описание экспериментальных исследований, проведенных с целью проверки выдвинутых теоретических положений и определения оптимальных режимов сварки.

Эксперименты показали, что нижний предел диапазона допускаемых значений усилия сварки зависит от величины тока и, для исключения периодического размыкания контактов, должен превы -тать электродинамические силы отталкивания в 1,8 f 2 раза.

Величина сварочного тока находится в прямой зависимости от диаметра вольфрамовых вставок,а допускаемый диапазон изменения • плотности тока лежит в узких пределах 140 * 170 А/М*\ Процесс очень чувствителен к изменению тепловложения и на практике его регулирование осуществляется установкой необходимой величины тока и варьированием длительности сварочного импульса.

Подтвервдено, что: ~ качественные соединения могут быть сформированы при использовании определенных соотношений геометрических размеров вольфрамовых вставок с толщиной детали. Оптимальными являются отношения диаметра вставок к толщине детали от б до 8 при отношении длины вставок к их диаметру от 1,5 до 2;

-•ориентация свариваемых кромок деталей по внешней образующей электродов (вставок) способствует повышению устойчивости процесса формирования литой зоны, снижению требований к точности установки деталей (допускаемое смещение возрастает от + 1/4 <Г до + 2/3 (Г), увеличению прочности соединений и стабильности показателей (рис. 2). Установлена тесная корреляцион -нал связь мевду размерами литой зоны и прочностью соединений.

Результаты металлографических исследований подтвервдают наличие в одной сварной точке сочетания соединения в твердой фазе с литой зоной в области кромок . Причем с увеличением отношения диаметра вставки к толщине детали от 6 до 10 размеры литой зоны в контакте деталь-деталь возрастают в 1,8 f 2 раза.

Глава Б посвящена сравнительной оценке надежности соединений, приводятся данные о модернизации механизма нагружения универсальных контактных машин и практического применения результатов работы.

Обычные методы контроля с их критериями оценки качества не всегда способны дать полную картину в вопросе выявления преимуществ одной технологии по сравнению с другой, т.к. не позволяют судить о вероятности отказа элементов. Так,прочность соединений с литой зоной на кромках при статическом растяжении отбортованного образца на 45 55$ выле, чем сваренных в твердой фазе и в' 7 f 8 раз - по сравнению с паяными припоем 1IGC-6I. Однако при испытаниях на срез паяные соединения оказываются на 16 f 25 % прочнее.

При пусковых и рабочих режимах соединения контактных площадок обмоток электродвигателей испытывают различные механические и тепловые нагрузки. Поэтому наиболее полное представление об их работоспособности могут дать эксплуатационные испытания. Но вследствие их продолжительности и высоких финансовых затрат применяют ускоренные испытания на форсированных режимах.

Для проведения таких испытаний была разработана методика сравнительной оценки работоспособности соединений и создана лабораторная установка, в которой на базе использования физичес -ких явлений, возникающих при размещении проводника с переменным током в поле постоянного магнита и применения растягивающего усилия, имитировались форсированные эксплуатационные нагрузки.

Результаты показали, что при испытаниях с растяжением отбортованного образца вероятность более высокой работоспособности сварных точек по сравнению со сваренными в твердой фазе рав- ■ на 0,74, а по сравнению с паяными равна 1,При срезающей нагрузке вероятность более высокой надежности соединения с литой зоной равна 0,94 и 0,63 соответственно.

ВЫВОДЫ

1. Сварка контактных площадок медных полуобмоток асинхронных двигателей толщиной (0,25 f 0,5)xI0~3 М сопряжена с рдцом проблем, решить которые позволяет применение способа контактной точечной сварки с регулированием теплостока посредством использования вольфрамовых вставок и смещения сварной точки на кромки деталей.

2. Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в работе, показали, что при контактной точечной сварке

деталей из высокотеплоэлектропроводных материалов электродами с вольфрамовыми вставками, последние играют роль не только тепловых экранов, но и сами являются источниками дополнительного тепла для зоны соединения. -

С помощью физического и математического моделирования вскрыт механизм образования соединения, при котором тепловой поток направлен от контактов электрод (вставка) - деталь к контакту деталь - деталь, причем определяющими являются процессы тепловвделения в вольфрамовых вставках.

Смещение сварной точки к кромкам деталей создает асимметрию теплового поля, что позволяет сформировать соединение в твердой фазе с литой зоной в области кромок. При достаточных плотностях тока зарождение и развитие жидкой фазы (П00°С) начинается в медных деталях на периферии контактов электрод (вставка) - деталь со стороны кромок. По мере ее развития Она захватывает контакт деталь-деталь, образуя литую зону в области кромок. В остальной части контакта деталь - деталь наблюдаются изотермы П00°С - 920°С и соединение формируется в твердой фазе.

При таком распределении тепловых полей и направлении потоков, предъявляются жесткие требования к геометрическим соотно -шениям между размерами вольфрамовых вставок и толщиной деталей. . Увеличение отношения диаметра вольфрамовых вставок с/щ к тол -щине деталей (Г от 6 до 10, при прочих равных условиях, при -водит к росту протяженности литой зоны относительно соединения в твердой фазе в контакте деталь - деталь в пределах от 40 до 85$.

Увеличение отношения длины или вылета вставок ^(у к их диаметру способствует снижению градиента температур во вставках и зоне соединения, что повывает устойчивость процесса образования рационального соотношения объемов жидкой фазы и твердого нерасплавившегося материала деталей, сопротивляющегося де -формации, в условном цилиндре.

Оптимальными являются отношения диаметра вставок с/щ к толщине деталей (Г от б до 8 и длины вставок в ¡у к диаметру с/щ от 1,5 до 2.

3. Установлено, что на кинетику формирования соединения оказывает влияние магнитное- поле вторичного контура контактной

машины.

В условиях слабой сопротивляемости деформации, определяющей необходимость применения малых сварочных усилий, нижняя граница допускаемого диапазона усилий, во избежание периодического размыкания контактов, должна быть вншо величины электродинамических сил отталкивания, действующих на электроды и консоли контактной машины.

Выявлено, что на формирование литой зоны оказывают влияние две составляющие магнитного поля, одна из которых вызывает появление электродинамических сил, сжимающих жидкую фазу в радиальном направлении от периферии к центру сварной точки, а другая - появление сил, стремящихся сместить ее за внешнюю образующую контура.

Расчеты показали, что сжимающие электродинамические силы на периферии сварной точки на два порядка превосходят силы смещения и, наряду с силами поверхностного натяжения, способствуют удержанию жидкой фазы в зоне соединения.

Несимметричность сварной точки предъявляет определенные требования к ориентации деталей во вторичном контуре при сварке.

Установлено, что детали необходимо ориентировать так в контуре, чтобы их свариваемые кромки совмещались с внешней образующей вольфрамовых вставок (или контура).

Такая ориентация обеспечивает устойчивое формирование литой зоны дане в тех случаях, когда из-за неточности установки, кромки деталей имеют смещение относительно образующих на величину + (2/3 » 2) (Г (в зависимости от отношения ¿/¡^/¿Г). В случае ориентации по внутренней образующей требования к точ -ности установки возрастают и диапазон допускаемых смещений сужается до + 1/4 (Г .

4. Статические испытания на прочность растяжением отбор -тованного образца показали тесную корреляционную взаимосвязь мевду размерами литой зоны и прочностью соединений с коэффициентом К = 0,82, что с достаточной степенью достоверности позволяет производить визуальный экспресс-контроль.

5. Сравнительная оценка работоспособности соединений, из-

готовленных по трем различным технологиям, проведенная методом ускоренных испытаний на форсированных режимах, имитирующих эксплуатационные, показала, что вероятность более высокой работоспособности сварных точек, сочетающих соединение в твердой фазе с литой зоной на кромках, по сравнению с паяными, равна, как минимум 0,63, а со сваренными в твердой фазе--0,74.

6, Проведенные исследования позволили разработать технологию сварки соединений контактных площадок, расположенных по наружному и внутреннему контуру медных штампованных полуобмоток асинхронных двигателей, обладающих более высокой ра(5о-тоспособностью, чем паяные и сваренные в твердой фазе на серийных контактных машинах переменного тока без их существенной модернизации.

Экономический пффект от внедрения разработанной технологии составил 82,5 млн.рублей на 10000 обмоток.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Максимов H.H., Селиванов М.И. Способ сварки изделий с изолирующим покрытием // Технология, организация и механиза -иия сварочного производства. Реферативный сборник ЦНИИТЭИТЯЖ-МАШ.-1979.-№10.-С. 6-8.

2. Максимов H.H., Володин A.B., Трунков A.C. Математическое моделирование контактной точечной сварки высокотеплоэлект-ропроводных металлов // Автоматизация исследования, проектирования и испытаний сложных технических систем: Тезисы докл.Всесоюзной науч.тex.конф.-Калуга,1989. - С.60-61.

3. Максимов H.H., Каменарович М.Б. Расчет спстовляющей магнитного поля в зоне соединения при контактной сварке //Прогрессивные материалы, технологии и конструкции в машино- и приборостроении: Тезисы докл. региональной науч.тех.конф. -Калуга,1990.- С.28-29.

4. Максимов H.H., Витушкин B.C., Моргун A.A. Некоторые особенности контактной точечной сварки меди и ее сплавов //Материалы мевдународной научно-технической конференции.-Ростов-на-Дону, 1993. - С. 131-132.

5. Максимов H.H., Витушкин B.C., Володи» A.B. Особенности точечной сварки высокотеплоэлектропроводных материалов по кромке // Материалы научно-технической конференции стран СНГ.- Ка -лишшград.-М. ,1993.- С.40-41.

6. Оценка надежности соединений, выполненных пайкой и контактной точечной сваркой } II.Н.Максимов, B.C.Витушкин, A.A.Uop-гун, А.В.Царьков // Автоматизация исследования и испытаний сложных технических систем и технологических процессов: Тезисы докл. Всероссийской научно-технической конференции.-Калуга, 1994.-С.35.

7. Метод ускоренных испытаний надежности паяных и сварных соединений / Н.Н.Максимов, В.С.Витушкин, A.A.Моргун и др. // Автоматизация исследования и испытаний сложных технических систем и технологических процессов: Тезисы докл. Всероссийской научно-технической конференции.-Калуга, 1994.-С.36.

вольфрамовых вставках на момент времени = 3,2*10~*С.

Рис. 2. Распределение значений разрушающего усилия

соединений, сваренных при ориентации кромок по внутренней образующей контура - кривая I и по внешне!? - кривая 2.