جوشکاری مقاومتی نقطه ای

جوشکاری مقاومتی نقطه ای

جوشکاری نقطه ای فرآیندی است که در آن سطوحی که بر روی هم قرار گرفته اند از طریق حرارت تولید شده در یک یا چند نقطه به هم متصل می شوند. گرمای تولید شده در این نقاط، حاصل از فلوی جریان الکتریکی است که بین الکترودها برقرار می شود و از میان قطعات نیز عبور می کند. ضمن اینکه الکترودها در این وضعیت با اعمال فشاری خاص، سطوح را به نزدیک می کنند. (جوش مقاومتی)

شکل (۱-۱) شمای کلی از این فرآیند را نشان می دهد.

شکل ۱-۱ شمائی کلی از فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطه ای

همانطور كه گفته شد که فلزات در اثر عبور جریان الکتریکی گرم شده که طبق قانون ژول حرارت حاصل از  معادله (۱-۱) تعیین می شود:

معادله ۱-۱: Q= KRI^2t

که I  شدت جریان ، R مقاومت، t زمان و Q حرارت میباشد. فاکتورهای  شدت جریان و زمان از طریق دستگاه جوشکاری مقاومتی قابل کنترل هستند. اما مقاومت الکتریکی به عواملی مختلفی از جمله جنس و ضخامت، قطعه کار، فشار بین الکترودها، اندازه و شکل و جنس الکترودها و چگونگی سطح کار یعنی میزان صافی و تمیزی آن بستگی دارد.

در شکل (۱-۱) شمای کلی از مقاومتهای مختلفی که در مسیر عبور جریان قرار دارند نشان داده شده اند. R فرمول ژول (۱-۱) معمولا مجموع مقاومتهایی است که در سیستم داریم:

معادله ۱-۲: R=∑rj T

r₁ و r₅ مقاومت تماس الکترودها با سطح کار [۱] می باشد که مقاومت های ناخواسته ای هستند و باعث اتلاف حرارت و نیز چسبیدن الکترود  به روی سطح کار می شوند. جنس الکترودها بر روی این مقاومت اثر می گذارند، همچنین اعمال فشار وتمیزی سطوح باعث کاهش این مقاومت های خواهد شد. توجه به این نکته ضروری به نظر می رسد که با خنک کاری مناسب الکترودها، مقاومت r₁ و r₅ نیز کاهش خواهد یافت. زیرا افزایش دمای یک ماده مقاومت الکتریکی آن را نیز افزایش می دهد. r₂ و r₄ مقاومت الکتریکی دو قطعه (ورق) است که به دلیل کم بودن مقدار مقاومت الکتریکی فلزات معمولات مقادیری ناچیز نسبت به سایر مقاومت ها دارند.

معادله ۱-۳: (r2,r4 = S(S/L 

که S بستگی به جنس ورق دارد و L ضخامت ورق است و بالاخره r₃ مقاومت فصل مشترک است که در بین این مقاومتها بیشترین مقدار را داراست زیرا:

دلیل بالا بودن مقدار مقاومت r₃

• اولا با سیستم خنک کننده مستقیما در تماس نیست و در نتیجه دمای این قسمت افزایش یافته که خود باعث می شود مقاومت نیز افزایش می یابد.
• ثانیا چون این مقاومت مربوط به محل اتصال دو قطعه است
• دارای مقاومتی بالاتری از مقاومت بین قطعات و الکترودها (r₁ و r₅) می باشد.

البته توجه به این نکته ضروری است که در مسیر انتقال جریان از منبع تولید تا الکترودها به طور پیوسته مقاومتهایی وجود دارند که باعث ایجاد حرارت و افت جریان می شوند و در محاسبه مقدار جریان مورد نیاز برای جوشکاری باید مورد توجه قرار گیرند. البته با اتخاذ تمهیداتی می توان مقدار حرارت ایجاد شده را کاهش داد یا از افزایش دمای اجزاء انتقال جریان جلوگیری نمود که این مطالب در فصول بعدی به صورت کاملا مفصل بحث خواهد شد.

دستگاه های جوشکاری مقاومتی شامل دو واحد کلی می باشند:

• واحد الکتریکی (حرارتی)

• واحد فشاری (مکانیکی)

 اولی برای بالا بردن درجه حرارت موضع مورد جوش؛ دومی به منظور ایجاد فشار لازم برای اتصال دو قطعه در محل جوش است. نیروهای اعمالی می توانند بصورت دستی، هیدرولیک، پنوماتیک و هیدروپنوماتیک ایجاد شوند. اعمال فشار تا مرحله انجماد ادامه پیدا خواهد کرد. این فشار باعث می شود که لبه ها روی هم قرار گرفته و هوا وارد حوضچه مذاب نشود یا ذوب بیرون نریزد. در مورد دلخواه اعمال فشار و تاثیر آن بر روی کیفیت جوشکاری در فصل بعد مطالبی آورده شده است. الکترودها در فرآیند های جوشکاری مقاومتی به اشکال گوناگونی ساخته می شوند. الکترودها در این فرآیندها باید جریان الکتریکی را به موضع اتصال هدایت کرده در ضمن وظیفه نگهداری ورق ها به روی هم و ایجاد فشار مورد نظر وتمرکز سریع حرارت در موضع اتصال را دارند.

الکترودها باید دارای ویژگی های زیر باشند:

۱- استحکام و سختی مناسب داشته باشند و در اثر فشار له نشوند.

۲- دمای آنیل[۲] بالایی داشته باشند.

۳- ضریب هدایت الکتریکی مناسب داشته باشند.

۴- ضریب  هدایت حرارتی بالایی داشته باشند.

الکترود

الکترودها از مواد و آلیاژهای ویژه ای ساخته می شوند. همچنین در مورد اشکال مختلفی دارند. در هر حال فرآیند جوشکاری نقطه ای، فرآیندی با بالاترین تمرکز حرارتی (حدود ۹۵ %) و کمترین اتلاف انرژی  در بین فرآیندهای مختلف جوشکاری می باشد. همچنین مشکل پیچیدگی[۳] قطعه بر اثر حرارت و منطقه  متاثر از حرارت[۴] (HAZ) در این فرآیند کمتر به چشم می خورد. همچنین محدودیت موقعیت[۵] جوشکاری وجود ندارد و می توان در موقعیتهای مختلف با دستگاهی متناسب با آن وضعیت عمل جوشکاری را انجام داد.

عدم نیاز به مواد مصرفی، گاز محافظ و فلز پر کننده از جمله مزایای این فرآیند می باشند. همچنین از نظر محیط زیستی نیز این فرآیند کاملا سالم می باشد.

محدودیت ها

محدودیتهایی نیز در این روش جوشکاری وجود دارد که عبارتند از:

۱- برای فلزاتی که هدایت حرارتی و الکتریکی بالایی دارند مشکل است و نیاز به دستگاه های مخصوصی با تمهیداتی خاص است.

۲- فلزاتی که در برابر سریع سرد شدن و گرم شدن حساس هستند؛ نیاز به دستگاه مخصوص خواهند داشت و نیز از لحاظ ماکزیمم ضخامت محدودیت وجود دارد (ضخامت ۳ تا ۴ میلیمتر).

۳- اگر فلزات غیرهمجنس که طبیعتا مقاومت الکتریکی متفاوت دارند را جوشکاری می نماییم باید توجه داشته باشیم که ناحیه مذاب ترجیحاً به سمت فلزی با مقاومت بیشتر رشد می کند، زیرا در این ناحیه حرارت بیشتری بوجود می آید. برای جلوگیری از این مساله می توان در سمت با مقاومت بیشتر از الکترودی با قطر کمتر ویا از الکترود با مقاومت بیشتر استفاده کرد. البته در هنگام جوشکاری فلزت غیرهمجنس باید به این نکته توجه نمود که آلیاژ حاصل از تشکیل حوضچه مذاب دارای چه ترکیب شیمیایی،خواص مکانیکی و احیاناً فیزیکی خواهد شد و ریز ساختار آلیاژ تشکیل شده حاوی فازهای ترد نباشد.

این روش بصورت وسیعی برای اتصالات ورقهای بدنه خودرو، در صنایع خانگی، تولیدات ساختمانی و در حد محدودتری در صنایع هواپیمایی کاربرد دارند. جالب است بدانید در یک خودرو در حدود ۱۰۰۰۰ نقطه جوش مقاومتی وجود دارد که امروزه توسط سیستمهای مدرن روباتیک و یا کنترل کامپیوتری هوشمند انجام می شود.

با کنترل اتوماتیک جریان، زمان و نیروی الکترودها می توان علاوه بر دستیابی به کیفیت بالای محصولات، نرخ تولید را افزایش داده و با بهره گیری از نیروی کار با مهارت کمتر، هزینه این بخش را نیز کاهش داد.

بنا به نیاز و شرایط کاری، در مواردی تغییراتی در نحوه جوشکری نقطه ای صورت میگیرد. هرچند این تغییرات در ماهیت جوشکاری وجود ندارد ولی آشنایی با آنها ضروری به نظر می رسد که به چند نمونه آن در زیر اشاره می شود:

الف) جوش مقاومتی با الکترودهای چندتایی:

به دلیل نیاز به حداقل نمودن تعداد ترانسفورماتورها و اندازه دستگاه و کاهش قیمتها، ضروری به نظر می رسد از سیستم هایی استفاده شود که در هر برخورد الکترودها دو یا چندین جوش بر روی قطعه ایجاد شود این فرآیند نیز بسته به روش تامین انرژی و نحوه قرار گیری و اتصال الکترودها به ترانسفورماتور به چند دسته تقسیم می شود. از دیدگاه تامین انرژی دراین فرآیند از دو نوع طرح استفاده می شود.

موازی، سری (متوالی)، در سیستم موازی مستقيم از یک ترانسفورماتور استفاده می شود که مدار ثانویه بصورت های مختلف مطابق شکل (۱-۲) می تواند چندین جوش را همزمان انجام دهد.

در سیستم سری از تعدادی ترانسفورماتور استفاده می شود که مطابق شکل (۱-۲) با طرح های مختلف می تواند همزمان چندین نقطه جوش را بر روی کار بوجود آورد.

مزیت روش دوم آن است که می توان ولتاژ بالایی را در موضع جوش بوجود آورد و یا برای ایجاد ولتاژ معین از ترانسفورماتورهای کوچکتری استفاده کرد.

اما در مقابل باید شرایط ترانسفورماتورها و مقاومتهای در الکترودها و کیفیت سطوح کاملا یکسان باشد تا خواص جوشهایی که همزمان ایجاد شده مشابه باشد.

شکل ۱-۲ – انواع روشهای تامین انرژی در فرآیند جوشکاری مقاومتی با الکترودهای چندتایی

البته علاوه بر تقسیم بندی فوق، در برخی مراجع علمی طبقه بندی های دیگری نیز برای جوشکاری با الکترودهای چندتایی گفته شده که در ادامه به بحث در مورد آن می پردازیم:

در برخی منابع در تعریف جوشکاری موازی[۶] به روشی اطلاق شده که درآن دو یا چند روش مستقیم بصورت همزمان و معمولا در فواصل نزدیک به هم ایجاد می شود که در این روش الکترودهای بالایی به یک طرف ثانویه ترانسفورماتور و الکترودهای پایینی به طرف دیگر همان ترانسفورماتور متصل است (شکل (۱-۲) (c , b) ) جوش مستقیم[۷] به حالتی گفته می شودکه جریان جوشکاری بصورت مستقیم از الکترودها و قطعه کار بین آنها عبور نموده تا یک دکمه جوش بوجود آید.

در مواقعی که دسترسی به پشت قطعه کار مشکل باشد جوشکاری غیرمستقیم کاربرد دارد (شکل (۱-۲) (a).

در جوشکاری push-pull الکترودهایی که دقیقاً بر روی هم در دو سوی قطعات قرار گرفته اند به ترانسفورماتورهای مختلف متصل هستند و قطبیت متضاد با هم دارند (شکل (۱-۲) (e)).

گاهی اوقات از این روش با عنوان جوشکاری بالا و پایین[۸] یاد می شود.

ب) جوش مقاومتی دکمه ای یا دیسکی[۹]:

در جوشکاری ورق های سنگین و ضخیم نیاز به فشار انرژی الکتریکی زیادی است، با استقرار قطعات کوچک فلزی بین سطح مشترک ورق ها، عبور جریان الکتریکی را موضعی تر کرده و سطح تماس را کاهش می دهند و با ذوب این دکمه ها دو ورق با انرژی الکتریکی و فشار کمتری به یکدیگر متصل می شوند.

ج) جوش «پل واره»[۱۰]:

مطابق شکل (۱-۳) از ورق های اضافی برای بالا بردن استحکام اتصال دو قطعه استفاده می شود.

شکل ۱-۳ استحکام اتصال جوش

د) جوش مقاومتی له کردنی[۱۱]:

این روش در تولید شبکه های سیمی نظیر سد یا محافظهای توری لامپهای مختلف و یا اتصال سیم به ورق به میزان فراوان بکار گرفته می شود.

سیم ها با طرح لازم بر روی فک ها یا الکترودهایی که بصورت مسطح با شکاف های پیش بینی شده قرار می گیرند و با یک فشار و پایین آوردن الکترود جریان الکتریکی از محل تماس سیمهای روی هم قرار داده شده عبور کرده و بر اساس جوش مقاومتی ذوب موضعی در این محل ها بوجود آمده و پس از پایان عبور جریان الکتریکی عمل اتصال انجام می گیرد.

شکل ۱-۴: جوش له کردنی

هـ) فرآیند جوش مقاومتی کوک[۱۲]:

یکی از الکترودها در این فرآیند طوري طرح شده است که توسط سیستم کنترل شده ای  حرکت متناوب رفت و برگشتی (بالا و پایینی) داردو همزمان با این حرکت صفحه کار نیز شبیه پارچه در زیر چرخ خیاطی حرکت انتقالی افقی می کند.

به این ترتیب یک سری جوش  نقطه ای بطور متوالی با فاصله معین بین ورق ها ایجاد می شود که شبیه بخیه های دوخته شده در زیر چرخ خیاطی است.

می توان فاصله نقطه جوش هارا آنچنان کاهش داد  که دکمه های جوشکاری کمی بر روی هم سوار شوند.

در این حالت به شدت جریان بیش از حد عادی نیاز است چون مقداری از جریان الکتریکی از جوش مجاور عبور می کند.

و) جوش مقاومتی نقطه ای – غلتکی[۱۳]:

در این روش یک سری جوش مقاومتی نقطه ای مجزا و در یک ردیف از  طریق یک یا دو الکترود  دوار در حال چرخش ایجاد می شود.

در حین ایجاد این ردیف جوشها، نیروی جوشکری بین نقاط برداشته نمی شود.

اصول این فرآیند نیز شبیه نقطه جوش است.

شعاع الکترودها طول تماس را تعیین می کند.

فاصله بین جوشها بستگی به تنظیم سرعت الکترود  و مدت زمان قطع جریان دارد.

این روش در مقایسه با روش دستی زمان فوق العاده کمتری در جوشکاری نیاز دارد.

به دلیل حرکت الکترودها، جوش حاصل در این فرآیند، دارای دکمه کشیده شده ای است. 

البته توجه به این نکته ضروری به نظر می رسد که برخی مراجع علمی این روش را جزء فرایندهای جوش مقاومتی نواری طبقه بندی کرده اند.

1- Contact resistance

2- Annealing Temperature 

3- Distortion

4- Heat Attested zone

5- Position

6- Parallel Welding

7- Direct Weld

8- Over and Under Welding

9- Button or Disc Welding

10- Bridge Welding

11- Mash Welding

12- Stitch Welding

13- Roll- Resistance Spot Welding

__________________________________________________________________

 مطلب کاملا اختصاصی می باشد

در وب سایت ما می توانید راجع به موارد زیر اطلاعات خوبی کسب کنید.

• جوشکاری مقاومتی

• جوشکاری مقاومتی نقطه ای

• جوشکاری مقاومتی نواری

• جوشکاری مقاومتی غلطکی

• جوشکاری مقاومتی چیست

• جوشکاری مقاومتی درزی

ممنون که با پارس پایا همراه هستید. جهت مشاوره رایگان در این خصوص با کارشناسان ما تماس حاصل فرمایید.

تلفن : ۰۲۱۴۴۹۰۴۴۹۳

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row]