Когда стандарт молчит: как назначить норму отрыва для соединения
Стандарт говорит, сколько выдерживает сама жила, и ничего не говорит о том, сколько должно выдерживать соединение. Про медь с алюминием он не упоминает вовсе. Здесь о том, откуда берётся число в приёмочном листе.
Стандарт покрывает однородные металлы и на этом заканчивается
Таблица, на которую чаще всего ссылаются кабельные производства, идёт от 0,22 мм² до 150 мм², с отдельными колонками для меди и алюминия: прочность на растяжение, минимальная прочность на отрыв изоляции и диапазон ширины шва. Как ориентир «сколько выдерживает жила данного сечения» она надёжна.
Три вещи в неё не входят: медь с алюминием, шины и пакеты фольги, переходные соединения разнородных металлов. И число, которое она печатает, это усилие разрыва жилы, а не требование к шву.
Больше всего путаницы именно из-за последнего. Закупка берёт 2400 Н из строки «медь 70 мм²», переносит в чертёж как требование к шву и спорит с поставщиком о соединении, которое уже прочнее самой жилы. Это число никогда не относилось к соединению.
Почему хорошее соединение показывает примерно вдвое больше жилы
Ультразвуковая сварка внахлёст. Волновод прижимает два проводника друг к другу, и соединение воспринимает нагрузку срезом по этой площади, а не по сечению жилы. Площадь схватывания обычно в несколько раз больше площади проводника, поэтому соединение прочнее жилы.
Это ожидаемый результат, а не завышение. Он же даёт настоящий критерий приёмки: где произошёл разрыв. Если образец рвётся по основному металлу вне шва, соединение прочнее жилы и деталь проходит. Если рвётся по границе, соединение слабее жилы, и никакое число в сертификате этого не изменит.
В сравнении со строками стандарта наши соединения дают примерно двойное значение, и по алюминию разброс ровнее, чем по меди. Ниже то же сравнение по публикуемым сечениям.
| Проводник | Значение по стандарту | Наш отрыв соединения | Отношение |
|---|---|---|---|
| 6 мм² медь | 435 Н | >1200 Н | 2.76 |
| 25 мм² медь | 1350 Н | >3100 Н | 2.30 |
| 50 мм² медь | 2200 Н | >5000 Н | 2.27 |
| 70 мм² медь | 2400 Н | >6000 Н | 2.50 |
| 120 мм² медь | 3400 Н | >6800 Н | 2.00 |
| 35 мм² алюминий | 1200 Н | >2400 Н | 2.00 |
| 70 мм² алюминий | 1880 Н | >3900 Н | 2.07 |
| 120 мм² алюминий | 2200 Н | >4500 Н | 2.05 |
Как читать таблицу размеров сварки
Если соединение понимать как площадь среза, размеры перестают быть произвольными. Ширина вместе с длиной задают площадь схватывания, а высота фиксирует, насколько пакет сжат. Наша таблица для сечений, которые мы предлагаем, выглядит так.
| Проводник | Длина шва, мм | Ширина шва, мм | Высота шва, мм | Отрыв соединения, Н |
|---|---|---|---|---|
| 6 мм² медь | 11 | 4 | 1.6 | >1200 |
| 25 мм² медь | 11 | 11 | 2.4 | >3100 |
| 35 мм² медь | 14 | 12 | 3.1 | >4000 |
| 50 мм² медь | 14 | 14 | 3.8 | >5000 |
| 70 мм² медь | 14 | 18 | 4.1 | >6000 |
| 95 мм² медь | 14 | 20 | 5.1 | >6000 |
| 120 мм² медь | 14 | 22 | 5.8 | >6800 |
| 35 мм² алюминий | 14 | 13 | 2.4 | >2400 |
| 50 мм² алюминий | 14 | 16 | 2.8 | >3200 |
| 70 мм² алюминий | 14 | 19 | 3.2 | >3900 |
| 95 мм² алюминий | 14 | 21 | 4.0 | >4100 |
| 120 мм² алюминий | 14 | 22 | 4.8 | >4500 |
Длина упирается в 14 мм, а ширина продолжает расти, с 4 до 22 мм. Это сделано намеренно. Удлинение шва размазывает ту же акустическую энергию по большему объёму металла, и на единицу площади её приходится меньше, поэтому полезное направление — ширина, не длина. Ширина следует за торцом волновода и пучком проводников; высота есть результат давления и толщины пакета, и высота, далёкая от табличной, обычно означает, что детали не сомкнулись до прихода энергии.
Четыре шага, когда стандарта нет
Так мы поступаем с медью и алюминием, с шинами и с любым соединением, которое стандарты пропускают. Это занимает около двух дней и снимает спор, который иначе возвращается при каждой сомнительной партии.
- Стройте базовую линию, а не выборку. Один материал, один волновод, один набор параметров, тридцать деталей подряд. Для каждой записывайте усилие отрыва и место разрыва, минимум для пяти сфотографируйте поверхность излома.
- Смотрите на распределение, не на среднее. Норма не может стоять на среднем, иначе половина деталей не пройдёт по определению. Возьмите минимум, стандартное отклонение и разброс между первой и последней деталью серии, именно там видно дрейф.
- Считайте норму из разброса. При целевой воспроизводимости 1,33 нижняя граница лежит на четыре стандартных отклонения ниже среднего. Если тридцать деталей этого не обеспечивают, процесс ещё не готов к норме, и ответ — новые прогоны, а не мягкое число.
- Запишите критерий излома рядом с числом. Усилие отрыва без требования к излому пройдёт и соединение, которое уже трескается. Укажите, что разрыв должен идти по основному металлу, а для меди с алюминием добавьте изгиб или отслаивание, потому что граница держит растяжение и не держит изгиб.
Если система качества уже есть, та же логика лежит в основе сравнения процессов в материале про контроль качества; разница только в том, что здесь норма выводится из вашего распределения, а не переписывается из таблицы.
Потеря жил и несклеенные слои: что скрывает одно число
Многопроволочная жила может пройти испытание на отрыв, когда часть проволок вообще не сварена. Нагрузку несут те, что схватились, число выглядит прилично, а меди в соединении меньше, чем в чертеже. Токовая нагрузка и усталостная долговечность страдают обе, и ни одна из них в испытании на растяжение не проявляется.
С пакетами фольги зеркальная проблема. Наружные слои видят волновод и наковальню напрямую и схватываются первыми, середина получает то давление, что дошло. Пакет, испытанный целиком, может пройти, пока середина остаётся свободной.
Ни то, ни другое нельзя закрыть процентом, который мы придумаем. Вместо порога мы предписываем проверку: расслоить соединение и пересчитать несваренные проволоки; пакет фольги расслоить или разрезать послойно и посмотреть каждую границу. Допустимое количество зависит от тока через соединение и от вибрационной среды, поэтому это место в чертеже, согласованное между производителем жгута и конечным заказчиком. Единый процент для всех соединений скрывает больше, чем контролирует.
Пример: 70 мм² медь с алюминием
Медь с алюминием это как раз то, что стандарт оставляет открытым, поэтому стоит разобрать. По соединению 70 мм² мы публикуем две цифры: 5800 Н с новым волноводом и 5200 Н после восьми месяцев на той же машине. Тот же материал, те же параметры, изношенный торец.
В сравнении с таблицами это согласуется. Строка стандарта для меди 70 мм² даёт 2400 Н, наше однородное соединение выше 6000 Н, а разнородное ниже однородного, потому что граница не является единой металлургией. Но оно всё равно более чем вдвое прочнее жилы, а это и обеспечивает разрыв по основному металлу.
Норму для такого соединения мы запишем не 6000 Н, а 5200 Н как нижнюю границу, 5800 Н как ориентир для нового волновода и требование, чтобы разрыв шёл по меди. Норма, переписанная из однородной строки, была бы 2400 Н, и её пройдёт даже сильно изношенный волновод.
Окно амплитуд здесь тоже участвует. Наши измерения на соединении 70 мм² медь-алюминий показывают, как усилие отрыва и переходное сопротивление меняются между 35, 45 и 55 микрометрами, поэтому норма должна быть привязана к той амплитуде, на которой соединение действительно варится.
Что писать в приёмочном листе
Четыре строки, не больше. Проводник и материал, с указанием, однородное соединение или разнородное. Нижняя граница усилия отрыва для этого сечения. Требование к излому: где должен пройти разрыв и как должна выглядеть поверхность. Периодичность контроля и запись, которая подтверждает, что он выполнен.
Периодичность на практике: первая деталь, первая деталь каждой смены, после любой смены волновода и после смены партии материала. В запись рядом с усилием отрыва вносите амплитуду и импеданс, потому что отказавшее позже соединение объясняется обычно одним из этих двух чисел, а не тем испытанием, которое прошло.
Что спрашивают
В стандарте 2400 Н, вы называете 6000 Н. Это завышение?
Это разные величины. Значение стандарта — усилие разрыва самой жилы; 6000 Н — усилие, которое соединение держит на срез до разрушения, и к этому моменту жила давно разорвана. Для сравнения со стандартом берите его число: жила рвётся на 2400 Н в любом случае. 6000 Н описывает запас соединения относительно жилы.
Чем больше усилие отрыва, тем лучше?
Нет. Выше определённой точки большее усилие означает, что сварка шла жёстче, чем хотел материал: утоньшение, глубокие вмятины, трещины по краю отпечатка. На алюминии это ещё и ускоряет рост интерметаллида на границе. Цель — стабильный разрыв по основному металлу, а не максимальное число, которое может выдать пресс.
Заказчик просит отчёт по стандарту, в котором нет нашей строки.
Берите методику стандарта и свои нормы. Ссылайтесь на стандарт для тех сечений, которые он покрывает, укажите, что разнородное соединение вне его области, и приложите базовую линию, распределение и фотографии изломов, из которых норма получена. На практике это принимают охотнее, чем переписанное число, потому что это можно проверить.
Как часто пересчитывать норму?
При любом изменении оснастки: новый волновод, шлифованный волновод, новый преобразователь, новый генератор; и при смене партии материала. В остальное время раз в год как ревизия. Норма, посчитанная по изношенному волноводу и применённая к новому, либо слишком мягкая, либо невыполнимая, и в обоих случаях оператор перестаёт ей верить. О том, как быстро меняется торец, см. материал про износ волноводов.
Пришлите соединение
Если в чертеже есть соединение медь-алюминий или шина, а усилия отрыва нет, пришлите сечение, материал и рабочий ток. Мы проведём пробную сварку, отдадим распределение и фотографии изломов и предложим норму, которую можно защитить перед заказчиком. Инженеры отвечают в течение 24 часов.