بررسی فرآیندهای جوشکاری مقاومتی

فرآیندهای جوشكاری «مقاومتی»                   Resistance    Welding                    

مقدمه و كلیات : فرآیندهای جوشكاری مقاومتی با فرآیندهای قبلی تفاوت كلی دارد .اتصال دو سطح توسط حرارت و فشار توأماً انجام می گیرد .فلزات به دلیل مقاومت الكتریكی در اثر عبور جریان الكتریكی گرم شده و حتی به حالت مذاب نیز می رسند كه طبق قانون ژول حرارت حاصل با رابطه زیر تعیین می شود .Q=KRI2t                    

=I         شدت جریان( آمپر) ، R مقاومت( اهم)، t زمان( ثانیه) وQ ،حرارت (ژول).

فرآیندهای قوس الكتریكی حرارت در روی كار بوسیله هدایت و تشعشع توزیع می شود اما در فرآیندهای جوشكاری مقاومتی حرارت در عرض داخلی و سطح مشترك دو ورق در موضع اتصال در اثر عبور جریان الكتریكی تولید و منتشر  می شود . جریان الكتریكی مذكور از طریق الكترودها و تماس آنها به سطح كار منتقل و یا از طریق ایجاد حوزه مغناطیسی احاطه شده در اطراف كا به قطعه القاء می شود . هر چند هر دو روش بر اساس حرارت مقاومتی پایه گذاری شده است اما معمولاً نوع اول فرآیند جوشكاری مقاومتی و دومی به فرآیند جوشكاری القائی نیز مرسوم شده است .

فاكتورهای شدت جریان و زمان از طریق دستگاه جوش قابل كنترل هستند ، اما مقاومت الكتریكی به عوامل مختلف بستگی دارد از جمله : جنس و ضخامت قطعه كار ، فشار بین الكترودها ، اندازه و فرم و جنس الكترودها و چگونگی سطح كار یعنی صافی و تمیزی آن .

مقاومت 3 مقاومت تماس بین دو ورق مهمترین قسمت است. فلزات دارای مقاومت الكتریكی كم بوده بالنتیجه مقاومتهای 1و3و5 اهمیت بیشتری پیدا           می كنند . مقاومتهای 2و4 بستگی به ضریب مقاومت الكتریكی و درجه حرارت قطعه كار دارد .مقاومتهای 1 و 5 ناخواسته بوده و باید حتی المقدور آنرا كاهش داد . تمیزی سطح كار و الكترود و نیروی فشاری وارد بر الكترود عوامل تقلیل دهنده این مقاومتها (1و5) می باشند .

از نظر اقتصادی لازم است كه فاكتور زمان حتی المقدور كاهش یابد . كه در نتیجه جریان الكتریكی لحظه ای بالا در حدود 10000 – 3000 آمپر با ولتاژ 10 – 5/0 ولت مورد نیاز است . انواع مختلف روش های جوشكاری مقاومتی به روش ایجاد مقاومت موضعی بالا و تمركز حرارت در نقطه مورد نظر ارتباط دارد ، ولی به هر حال تماس فیزیكی بین الكترودهای ناقل جریان الكتریكی و قسمت هایی كه باید متصل شوند نیز مورد نیاز است . بطور كلی فرآیندهای جوشكاری مقاومتی یكی از بهترین روش ها برای اتصالات سری است .

دستگاههای جوشكاری مقاومتی شامل دو واحد كلی است : واحد الكتریكی (حرارتی) واحد فشاری(مكانیكی) . اولی باعث بالا بردن درجه حرارت موضع مورد جوش و دومی سبب ایجاد فشار لازم برای اتصال دو قطعه لب رویهم در محل جوش است .

منبع معمولی تأمین انرژی الكتریكی ، جریان متناوب 220 یا250 ولت است كه برای پائین آوردن ولتاژ و افزایش شدت جریان (به مقدار مورد لزوم برای جوشكاری مقاومتی) از ترانسفورماتور استفاده می شود .كه سیم پیچ اولیه با سیم نازكتر و دور بیشتر و ثانویه با سیم كلفتر و دور كمتر (اغلب یك دور ) به الكترودها متصل است .

جریان الكتریكی از طریق دو الكترود (فك ها) به قطعه كار و موضع جوش هدایت می شود كه معمولاً الكترود پائین ثابت و بالایی متحرك است .الكترود همانند گیره یا فك ها دو قطعه را دروضعیت لازم گرفته و جریان الكتریكی برای لحظه معین عبور می كند كه سبب ایجاد حرارت موضعی زیر دو الكترود در سطح مشترك دو ورق می شود. جریان الكتریكی در سطح تماس باعث ذوب منطقه كوچكی از دو سطح شده و پس از قطع جریان و اعمال فشار معین و انجماد آن ، دو قطعه به یكدیگر متصل می شوند .

الكترود در فرآیند های مختلف مقاومتی می تواند به اشكال گوناگونی باشد كه دارای چندین نقش است از جمله : هدایت جریان الكتریكی به موضع اتصال ، نگهداری ورقها بر رویهم و ایجاد فشار لازم در موضع مورد نظر و تمركز سریع حرارت در موضع اتصال الكترود باید دارای قابلیت هدایت الكتریكی و حرارتی بالا و مقاومت «اتصالی» یا تماسی (contact     resistance)  كم و استحكام و سختی خوب باشد ،علاوه بر آن این خواص را تحت فشار و درجه حرارت نسبتاً بالا ضمن كار نیز حفظ كند .ازاین جهت الكترود ها را از مواد آلیاژی مخصوص تهیه می كنند كه تحت مشخصه یا كد RWMA به دو گروه A آلیاژهای مس و B فلزات دیر گدار تقسیم بندی می شوند ، در جدول (1001) و (1101) مشخصات این دو گروه درج شده است .

مهمترین آلیاژهای الكترود مس ـكرم ، مس ـ كادمیم ، و یا برلیم ـكبالت  ـ مس می باشد .این آلیاژها دارای سختی بالا و نقطه انیل شدن بالائی هستند تا در درجه حرارت بالا پس از مدتی نرم نشوند ، چون تغییر فرم آنها سبب تغییر سطح مشترك الكترود با كار می شود كه ایجاد اشكالاتی می كند كه در دنباله این بخش اشاره خواهد شد .

همانطور كه قبلاً اشاره شد قسمت هائی كه قرار است بیكدیگر متصل شوند باید كاملاً برروی یكدیگر قرار داشته و در تماس با الكترود باشند تا مقاومتهای الكتریكی «تماسی» R1  وR5 كاهش یابد . مقاومت الكتریكی بالا بین نوك یا لبه الكترود و سطح كار سبب بالا رفتن درجه حرارت در محل تماس می شود كه اولاً مرغوبیت جوش را كاهش می دهد (جوش مقاومتی ایدآل جوشی است كه علاوه بر استحكام كافی علامتی در سطح آن ملاحظه نشود ) .

د : “ له كردنی ” Mash   welding  :

این روش در تولید شبكه های سیمی نظیر سبد یا محافظ های توری لامپ های مختلف یا اسكلت مفتولی برای بتونهای مسلح و یا سیم ورق نظیر چرخهای بعضی از انواع اتومبیل بمیزان فراوان بكار گرفته می شود . سیم ها با طرح لازم بر روی فك ها با الكترودیی كه به صورت مسلح با شكاف های پیش بینی شده قرار می گیرند و با یك فشار و پائین آوردن الكترود جریان الكتریكی از محل تماس سیمهای رویهم قرار داده شده عبور كرده و بر اساس جوش مقاومتی ذوب موضعی در این محلها بوجود آمده و پس از پایان عبور جریان الكتریكی عمل اتصال انجام می گیرد .

ح : فرآیند جوشكاری “ كوك” Stich  welding    :

یكی از الكترودها در این فرآیند بنحوی طرح شده است كه توسط سیستم كنترل شده ای حركت متناوب رفت و برگشتی (بالا و پائینی) دراد و همزمان با این حركت صفحه كار نیز شبیه پارچه در زی چرخ خیاطی حركت انتقالی افقی می كند . بدین ترتیب یك سری جوش نقطه ای بطور متوالی با فاصله معین بین ورق ها ایجاد می شود كه شبیه بخیه های دوخته شده در زیر چرخ خیاطی است . می توان فاصله نقطه جوش ها را آنچنان كاهش داد تا دكمه های جوش كمی بر روی هم سوار شوند . در این حالت به شدت جریانی بیش از حد عادی نیاز است چون مقداری از جریان الكتریكی از جوش مجاور عبور می كند .

و : جوش “ پیش طرحی” Projection    welding      :

اصول كلی این روش شبیه جوشكاری نقطه مقاومتی است . ورق ها قبلاً تغییر فرم مناسبی داده می شوند . بطوركلی محلهای جوش شامل برجستگی های لازم است و هنگامیكه دو ورق در زیر الكترود (كه می تواند شبیه فكهای پرسكاری دارای فرمهای خاصی باشد ) قرار گرفت و فشار و جریان الكتریكی لازم در الكترود اعمال شد جریان الكتریكی از محلهای تماس یا موضع های بر آمده عبور كرده و مطابق با اصول كلی جوشكاری مقاومتی در این نقاط ذوب موضعی ایجاد و سپس دو قطعه بیكدیگر متصل می شوند  .

تفاوت كلی این فرآیند همانطور كه اشاره شد در شكل الكترودها است كه شبیه فكهای پرس می باشد . همچنین فشار و شدت جریان بالاتر است . بدین ترتیب در یك سیكل عملیات چندین نقطه جوش داده می شوند . یكی از نكات حساس و مهم در این فر آیند جنس الكترود ها است كه اولاً باید دارای ضریب هدایت الكتریكی و حرارتی كم و ثانیاً مقاومت و سختی خوب و درجه حرارت انیل شدن بالا باشند كه قبلاً نیز به آنها اشاره شده است . از طرف دیگر سطوح این فكها باید كاملاً موازی باشند و به دلیل وسعت سطح آنها تا موازی بودن آنها موجب تغییرات در میزان فشار شده و درنتیجه چگالی جریان الكتریكی در نقاط تماس مختلف یكسان نخواهد شد . و در بعضی نقاط جوش ناقص و در برخی نقاط دیگر ممكن است جوش كامل باشد .

بدیهی این روش نیز برای مصارفی كه میزان تولید زیاد است بسیار مناسب و اقتصادی است .

جوشكاری مقاومتی “ غلطكی ” یا نواری Seam     welding        :

این فرآیند نیز تقریباً نوع تكمیل شده فرآیند جوشكاری مقاومتی نقطه ای می باشد و برای جوشكاری اشكال استوانه ای و بشكه ای و لبه های بر روی هم مناسب است  . برای اتصال كافی است كه لبه های بر روی هم ورق ها در زیر غلطك های دستگاه گذاشته شود تا عملیات جوش انجام گیرد . دو غلطك ورق كار را در میان خوفشار داده و جریان از داخل غلطكها عبور كرده و بطور متناوب قطع و وصل می شود كه زمان قطع و وصل قابل تنظیم است و می تواند تا 50/1 ثانیه یا یك سیكل جریان متناوب HZ 50 تقلیل یابد . با قطع و وصل جریان الكتریكی و حركت متناوب یا دائم قطعه كار بین غلطك ها دكمه های جوش به طور متوالی بین سطح مشترك دو ورق بوجود می آید . همانطور كه در جوش “ كوك” اشاره شد دكمه های جوش در اینجا نیز می توانند از همدیگر فاصله داشته و یا بر روی یكدیگر سوار شوند.

اصول دستگاه از نظر ترانسفورماتور ، سیستم فشار دهنده و غیر شبیه بقیه دستگاههای جوش مقاومتی است . همچنین نكاتی كه درمورد جنس الكترودها و مشخصات آنها قبلاً توضیح داده شده است در این مورد نیز صادق می باشد ، بویژه اینكه چگالی جریان بالا لبه تماس غلطك با سطح كار كم (حدود 4 ـ 3 میلیمتر ) می باشد .چسبیدن اكسیدها و ناخالصی ها بر روی لبه غلطك و یا گرم شدن زیاد و احیاناً تغییر شكل آن شرایط عملیات جوش “نواری ” را تغییر می دهد .برای این منظور معمولاً تدابیر خاصی برای پاك كردن و سرد نمودن غلطك ها در ضمن كار پیش بینی می شود. كنترل شدت جریان و نحوه قطع و وصل آن نكته تكنیكی و قابل توجه دیگری است كه در طرح دستگاههای جوش نواری یا باندی در نظر گرفته می شود.

فهرست مطالب

 

سپاسگزاری

فرایندهای جوشكاری                                                                        1

فرایند جوشكاری مقاومتی نقطه ای                                                        11

اصطلاحات و بهسازی در نحوه جوشكاری نقطه ای                              21

جوشكاری مقاومتی غلطكی                                                                 25

اصطلاحات و بهسازی برای جوشكاری مقاومتی غلطكی                        28

فرایند جوش جرقه ای                                                                      31

فرایند جوش سربه سر                                                                      32

فرایند جوش تصادمی                                                                        32

نكات ایمنی در جوشكاری و برشكاری                                            33

 

فنی و مهندسی