Нагрев состоит из нескольких источников
Контактная сварка использует ток, проходящий через сжатые детали, и выделение теплоты электрического сопротивления. Для точечной сварки нагрев и усилие создают локальную область соединения между листами. Однако теплота выделяется не только на границе листов. Электрическая цепь включает объёмное сопротивление деталей, контакты между ними и контакты электродов с деталями. Их вклад меняется по мере нагрева и деформации поверхностей.
Объёмное сопротивление связано с удельным сопротивлением материала, длиной пути и площадью токопроводящего сечения. Контактное сопротивление зависит от реальных площадок соприкосновения, шероховатости, плёнок и усилия. Увеличение сжатия меняет контакт и токовую плотность; оно не является независимой механической добавкой к уже рассчитанному нагреву. Поэтому сопротивление всего пакета нельзя считать постоянным свойством марки стали.
Разделение сопротивлений
| Составляющая | Физический смысл | Почему меняется |
|---|---|---|
| Детали, Rоб | Сопротивление в объёме металла | Температура и распределение токового пути |
| Лист–лист, Rлл | Контакт соединяемых поверхностей | Разрушение плёнок, размягчение и рост контакта |
| Электрод–лист, Rэл | Контакты токоподвода | Состояние наконечника и покрытия |
| Полная измеренная цепь | Сумма внутри границ измерения | Дополнительные участки и динамика процесса |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Когда применима формула Q = I²Rt
При постоянных токе I и сопротивлении R за время t выделенная электрическая энергия равна Q = I²Rt. В системе СИ амперы, омы и секунды дают джоули. Для переменного тока с постоянным сопротивлением используют действующее значение тока за рассматриваемое время. Для реального меняющегося сопротивления общая запись имеет вид Q = ∫i²(t)R(t)dt. Один начальный замер R не заменяет динамическую кривую.
В условной модели ток равен 8000 А, длительность 0,15 с, объёмное сопротивление деталей — 100 мкОм, а контакт лист–лист — 50 мкОм. Считая их постоянными и соединёнными последовательно, получаем 960 Дж в объёме и 480 Дж на контакте, всего 1440 Дж. Контакты электродов здесь намеренно исключены из границ модели. Эти значения не назначают сварочный режим и не предсказывают диаметр ядра.
Если тот же ток действует сначала 0,05 с при 150 мкОм, затем 0,10 с при 100 мкОм, энергия составит 1120 Дж. Подстановка начальных 150 мкОм на всё время ошибочно даст 1440 Дж. Для произвольной формы сигнала считают интеграл или сумму по достаточно малым интервалам с синхронными измерениями. Эффективное сопротивление для энергии является средним, взвешенным по i²(t), а не обязательно средним арифметическим.
Энергия и образование соединения
Выделенная энергия расходуется на нагрев, плавление и отвод теплоты в электроды и окружающий металл. Поэтому её нельзя целиком приравнивать к теплоте плавления будущего ядра. Тепловой контакт с электродами, охлаждение и геометрия пакета влияют на температурное поле. Даже одинаковая интегральная энергия при разных временах и формах импульса может давать разные размеры и свойства соединения.
Для измерения динамического сопротивления важно определить точки измерения напряжения и учитывать характер источника. Отношение напряжения к току описывает выбранный участок цепи; оно не автоматически равно сопротивлению межлистового контакта. На участках малого тока измерительный шум и реактивные составляющие могут искажать результат. Полученную кривую сопоставляют с известными годными и дефектными образцами конкретного пакета.
Практическая проверка включает ток, время, усилие, состояние электродов и результаты испытаний точки. Расчёт Джоулевой энергии помогает проверить размерность и объяснить тенденции; пригодность соединения подтверждают исследованием ядра и предусмотренными механическими испытаниями. Такие ограничения особенно важны при смене покрытия, толщины или сочетания материалов.