ПРИЛОЖЕНИЕ ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ КОРПУСОВ МОЩНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ВЕНТИЛЕЙ НА КОНДЕНСАТОРНЫХ МАШИНАХ

Особенности свариваемого изделия: большое соотношение толщин, разнородность материалов соединяемых деталей (манжета — из ковара 29НК толщиной 0,5 мм, кольцо — из стали Ст. 10 толщиной 3,5 мм), изменение высоты рельефа по периметру кольца, наличие никелевого покрытия на кольцах и изменение его толщины от детали к детали, неровная поверхность манжет в месте сварки, наличие паяных контактов.

Отработку технологии производили на макете конденсаторной машины и затем на конденсаторной машине МРК-16003, (см. § 5.3), спроектированной с учетом технологических требований, выявленных в результате сварки на макете.

При сварке проводили осциллографирование сварочного тока (с выхода прибора АСУ-1М), напряжения между электродами, усилия сжатия электродов (с выхода тензостанции 4-АН4-3, датчики которой фиксировали степень сжатия пружины привода давления), перемещения верхнего электрода относительно нижнего (с помощью потенциометрического датчика) и первичного тока (с помощью шунта в разрядной цепи батареи конденсаторов). Сопротивление между электродами определяли по мгновенным значениям напряжения между элктродами и сварочного тока.

При испытании проверялась прочность сварных образцов на отрыв (по пять образцов, полученных в одном режиме сварки). После сварки образца керамический изолятор его крышки разбивали и внутрь манжеты вставляли специальный болт.

На поперечных разрезах сварных образцов приготовляли микрошлифы для металлографических и микрорентгеноспектральных исследований.

Сварку корпусов производили одним импульсом тока, двумя импульсами с паузой между ними и двумя импульсами без паузы. Данные -по режимам сварки, соответствующей нм настройке машины

МРК-16003 и результаты испытаний сварных образцов представлены в табл. П.1.

Таблица n.t

Примечание: U\ {U2) — напряжение иа конденсаторах при подогреве- (при сварке); Л (/2) — подогревный (сварочный) импульс тока; Тх — длительность подогревного импульса тока от нуля до амплитуды; Т2 — длительность сварочного импульса тока от нуля до амплитуды, при двухимпульсной сварке без паузы между импульсами Т2 — время между амплитудами импульсов; Т — время задержки включения /2 относительно Л; Р — среднее арифметическое значение прочности партии сварных образцов, полученных в одном режиме (средняя прочность);среднее квадратическое значение разброса прочности^

отдельных сварных образцов Pf данной партии в количестве m образцов; W — коэффициент вариации, характеризующий разброс прочности образцов н, следовательно, стабильность данного режима сварки; F3JI—усилие сжатия электродов; С=С| + С2 — емкость батареи конденсаторов; С\ (С2) —- емкость первой (второй секции батареи; п — коэффициент трансформации сварочного трансформатора»

Сварка корпусов одним импульсом тока (режимы 1—4 в табл. П.1)

при отсутствии выплесков обеспечивала среднюю прочность сварных со

единений не более 480 даН, причем разброс прочности отдельных об-

разцов был весьма большим.

При двухимпульсной сварке (режимы 5—11) исследовали влияние подогревного импульса тока, при этом сварочный импульс оставался постоянным. После разряда батареи конденсаторов, в результате которого формировался первый (подогревный) импульс тока, осуществлялся заряд батареи до другого напряжения и затем разряд ее для формирования второго (сварочного) импульса тока. В паузе между импульсами, необходимой для повторного заряда батареи, свариваемые детали находились под сварочным давлением и полностью остывали после прекращения подогревного импульса тока.

Прочность Р образцов существенно изменялась в зависимости от подогревного тока, однако во всех случаях она была значительно выше, чем при одноимпульсной сварке. Последнее обусловлено более интенсивным развитием физического контакта и диффузионных процессов вследствие более продолжительного и мощного нагрева при двухимпульсной сварке.

При подогревном токе, равном по амплитуде примерно 30% сварочного тока, осадка рельефа практически не происходила (не наблюдалось перемещение электрода) и, следовательно, не увеличивалась площадь геометрического контакта в месте сварки. Однако сопротивление между электродами гээ заметно уменьшалось, что можно объяснить образованием равномерного сварочного контакта по всему периметру рельефа при прохождении подогревного импульса тока. В результате при сварочном импульсе обеспечивалась равномерность нагрева н прочности по всему периметру, что обусловливало значительное повышение средней прочности образцов (Р=1400 даН) по сравнению с одноимпульсной сваркой (Р=480 даН).

Увеличение подогревного тока в пределах 30—50% сварочного приводило к расширению площади геометрического контакта за счет смятия рельефа. Об этом свидетельствовали увеличение перемещения электрода и снижение сопротивления гээ при подогреве.

Дальнейшее повышение подогревного тока в пределах 50—85% сварочного увеличило смятие рельефа до 50—70% суммарного смятия. Относительное приращение площади сварочного контакта при этом уменьшалось, в результате чего плотность сварочного тока, деформация и ширина зоны соединения изменялись незначительно. Вследствие этого практически стабилизировались прочность Р и разброс прочности отдельных, образцов. Число выплесков сокращалось, и при подогревных токах, равных 70—85% сварочного, выплески не наблюдались.

При подогревных токах более 85% сварочного происходило почти полное смятие рельефа, что было видно из осциллограмм перемещения электрода, и значительное уменьшение гаэ после первого импульса. Прочность Р возрастала, что обусловливалось повышением тепловыделения, о чем свидетельствовало увеличение глубины диффузии кобальта из ковара (манжеты) в сталь и никелевое покрытие (кольцо). Вновь наблюдались выплески, но уже при прохождении подогревных импульсов тока.

При сварке двумя импульсами без паузы батарея конденсаторов машины МРК-16003 была разделена на две секции, которые одновремен

но заряжались до разных напряжений (режимы сварки 12—23). Поочередный разряд секций через регулируемое время задержки позволял получать два импульса тока с разными амплитудами. При этом амплитуда второго сварочного импульса зависела ие только от напряжения второй секции, но также и от напряжения первой секции и времени задержки включения второго импульса, так как последний включался при разных значениях тока первого импульса. Амплитуда второго импульса возрастала с увеличением напряжения первой секции и с уменьшением времени задержки.

При испытании проверялась зависимость прочности Р и коэффициента вариации W от подогревного тока / и времени задержки включения сварочного тока Т.

Увеличение / при постоянном Т=0,035 с приводило к возрастанию и стабилизации Р. Величина W и ее изменение на этом участке оказались наименьшими по сравнению со всеми другими изученными случаями как одноимпульсной, так и двухнмпульсной сварки. Изменение / в тех же пределах при Т=0,060 с снижало Р и увеличивало W, а при Т= =0,100 с—резко уменьшало Р и еще более резко увеличивало W по сравнению с первым случаем (Т=0.035 с). Во всех случаях сварки двумя импульсами тока без паузы выплески не наблюдались.

Металлографический анализ сварных образцов показал картину типичного сварного соединения: рельеф сильно деформирован, никелевое покрытие сохранилось по центру рельефа и нарушилось на периферии соединения. Оплавленный металл в зоне сварки отсутствовал. При •большом увеличении по границам зерен ковара наблюдаются следы оплавления. Микрорентгеноспектральный анализ обнаружил диффузию кобальта из ковара (манжеты) в никелевое покрытие на стали (кольцо) и частично в сталь. Перераспределение кобальта в зоне сварки свидетельствует о наличии металлической связи между свариваемыми деталями. Сварные образцы с наибольшими глубиной диффузии и количеством продиффуидировавшего кобальта оказались наиболее прочными при испытаниях на отрыв.

Результаты испытаний показали, что двухимпульсиая сварка корпусов мощных вентилей на конденсаторной машине обеспечивает более высокую и стабильную среднюю прочность изделий (Рgt;760 даН) по сравнению с одноимпульсной сваркой (Рlt;480 даН). Кроме того, при двухнмпульсной сварке предотвращаются выплески.

Наиболее оптимальными являются режимы двухнмпульсной сварки без паузы, в которых подогревный ток по амплитуде равен 55—65% сварочного и сварочный ток включается в начале спада подогревного тока (режимы 14, 15). При несколько меньшей средней прочности полученных на этих режимах образцов по сравнению с наилучшими режимами двухнмпульсной сварки с паузой (режимы 8, 9) они обеспечивают наименьший разброс образцов по прочности и большую производительность машины при меньшей затрачиваемой на сварку энергии.