Контактные сопротивления при точечной, рельефной и шовной сварке
Контактные сопротивления — сопротивления, сосредоточенные в узкой области контактов деталь—деталь и электрод—деталь.
Наличие контактных сопротивлений можно
обнаружить, если через металлические детали, сжатые усилием 
, пропустить
небольшой ток и измерить падение напряжения на участках равной длины в области
контакта и на самих деталях (рис. 1, а). При этом 
(
). При холодных деталях гь обычно составляет
значительную долю от 
. Поэтому, например, для оценки качества состояния
поверхности деталей измеряют и условно отождествляют его со значением 
.
Наличие контактных сопротивлений связано с ограниченностью площади электрического контакта из-за неровной поверхности деталей и электродов, а также из-за различных неэлектропроводимых поверхностных образований: оксидных и гидрооксидных пленок, адсорбированной влаги, масел, продуктов коррозии, пыли и т. п. (рис. 1, б).
Рис. 1. Схема образования контактного сопротивления:
а — распределение тока в зоне соприкосновения холодных деталей;
б — строение реальной поверхности тел: 1 — металл; 2 — оксидные и гидрооксидные пленки; 3 — продукты коррозии; 4 — адсорбированная влага; 5 — масло; 6 адсорбированные газы; 7 — пыль;
в — распределение микроконтактов
Поэтому фактическая площадь контакта (
) до нагрева деталей значительно меньше контурной
площади контакта (
), определяемой диаметром электрода 
или диаметром пластического пояска 
(рис. 1, в). В этих условиях имеет место так
называемый «ситовый» характер проводимости — ток проходит по отдельным
микроконтактам (). Влияние состояния поверхности деталей на
контактное сопротивление очень велико. Так, контактное сопротивление (по
результатам измерения) двух различно обработанных пластин из низкоуглеродистой
стали толщиной 3 мм, сжатых электродами ( = 10 мм) с усилием 200 даН, составляло (мкОм):
травленых — 300; очищенных наждачным кругом и шлифованных — 100; обработанных
резцом — 1200; покрытых окалиной — 80000; покрытых ржавчиной и окалиной — 300000.
Рис. 2. Зависимость сопротивлений от усилий.
Заштрихована область разброса (сталь Х15Н5Д2Т толщиной 1+1 мм, электроды со
сферической рабочей поверхностью с радиусом сферы 75 мм)
Контактное сопротивление деталей
уменьшается при росте усилия сжатия (рис. 2) и зачистке поверхности (рис. 3), а
затем стабилизируется. В первом случае увеличивается за счет смятия выступов, увеличения их числа и
разрушения поверхностных пленок. Во втором — в той или иной степени происходит
удаление неэлектропроводимых поверхностных образований.
Рис. 3. Зависимость от для титанового сплава ВТ6, толщина образцов 2+2 мм;
— обезжиривание;
---- механическая зачистка
Зависимость контактных сопротивлений
холодных деталей от усилия сжатия в некоторых случаях оценивают по эмпирической
формуле
где
— постоянный коэффициент, равный для стали (5…6)×10-3
и алюминиевых сплавов (1…2)×10-3;
— показатель степени, равный для стали 0,7 и
алюминиевых сплавов 0,8.
Однако приведенная формула не учитывает
состояния поверхности деталей и составлена в предположении, что 
не зависит от размеров деталей и может служить лишь
для ориентировочных расчетов. Размеры и значения и 
зависят также от твердости металлов. Так, в
контакте твердого металла с электродом из мягкого сплава больше, а меньше, чем в контакте свариваемых деталей, где меньше, а больше. При обжатии хорошо очищенных деталей из
низкоуглеродистой стали электродами с высокой электропроводимостью принимают 
. При сварке алюминиевых сплавов несколько меньше указанной выше величины.
Более точные значения 
и 
получают путем непосредственного измерения
электрических сопротивлений. При повороте деталей на небольшой угол относительно
электродов резко снижается , а при взаимном повороте деталей — . Сравнивая исходное значение с новыми, нетрудно найти и . После включения сварочного тока микроконтакты
быстро нагреваются, снижается сопротивление металла пластической деформации,
облегчаются условия разрушения пленок, и при определенных критических
температурах 
характерных для данного металла, резко снижается ( практически до нуля, а до относительно малой величины). При этом определяется в основном сопротивлением самих
деталей. Значения для сталей составляют 600…700 °С, алюминиевых
сплавов 400…450 °С и достигаются при обычном цикле точечной сварки спустя 0,1…0,2
. При увеличении 
несколько снижается.
Экспериментально показано (например, при
калориметрировании), что доля теплоты, выделяемой на сопротивлении , обычно (при сварке деталей толщиной 1 мм) не
превышает 5 % общей энергии, генерируемой в зоне сварки. Несмотря на то, что существует относительно короткое время, оно может
оказать влияние на последующий нагрев, особенно при сварке деталей малых
толщин, где высота микрорельефа поверхности соизмерима с толщиной деталей.
Первоначально нагретая зона контакта, обладающая повышенным сопротивлением,
способствует большему тепловыделению. Однако при увеличении стабильность тепловыделения мала, а с ростом снижается стойкость электродов.
Для стабилизации тепловыделения, размеров соединений и стойкости электродов перед сваркой выполняют подготовку поверхностей деталей с целью удаления толстых поверхностных пленок и загрязнений, обеспечивая тем самым достаточно низкие и стабильные значения контактных сопротивлений. Для этих же целей часто рекомендуется применение повышенных сварочных усилий.
