فصل سوم

دستگاه ها و تجهیزات جوشکاری مقاومتی

 

 

 

عنوان                                                                                          صفحه

3-1- دستگاه های جوشکاری مقاومتی                                              3

3-1-1- دستگاه های جوشکاری مقاومتی نقطه ای                            3

3-1-2- سایر دستگاه های جوشکاری مقاومتی                                12

 3-2- کنترل جوشکاری مقاومتی                                                       15

 3-2-1- کنترل زمانها و توالی جوشکاری                                          15

  3-2-2- کنتاکتور                                                                            17

   3-2-3- کنترل کننده های کمکی                                                     17 

  3-3- کابل های جوشکاری مقاومتی                                                   18

  3-4- الکترودهای جوشکاری مقاومتی                                                19

  3-4-1- خواص مورد نظر از یک الکترود مقاومتی                            20

3-4-2- بررسی مواد مختلف مورد استفاده در ساخت الکترودهای مختلف            21

    الف) الکترودهای آلیاژی                                                                   21

     ب) الکترودهای رسوب سختی شده                                                 22

      ج) الکترودهای پوشش داده شده بوسیله کاربید تیتانیم               23

3-4-3- بررسی جنس الکترودها مطابق با استانداردها                                       24

الف) بررسی جنس الکترودها مطابق با کلاس بندی RWMA    24

ب) بررسی جنس الکترودها مطابق با استاندارد ISO    30

3-4-4- سیستم خنک کردن الکترودها                                                              39

3-5- نگهدارنده ها                                                                                            40

ف

در این فصل به بررسی انواع دستگاه های جوشکاری می پردازیم. البته توضیح کامل جزئیات اجزاء و طرح های مختلف این دستگاه ها و تجهیزات خارج از حوصله این کتاب می باشد. لیکن آشنایی مختصر با کلیات آنها ضروری به نظر می رسد. همچنین درباره تجهیزات جانبی مورد استفاده در فرآیند جوشکاری مقاومتی مباحثی ارائه خواهد شد.

انتخاب تجهیزات جوشکاری بستگی به طرح اتصال، موادی که باید جوشکاری شوند، کیفیت مورد نیاز، برنامه تولید و مسائل اقتصادی دارد. یک دستگاه جوشکاری مقاومتی از سه قسمت اصلی تشکیل می شود:

(1) یک مدار الکتریکی با یک ترانسفورماتور و یک رگولاتور جریان و یک مدار ثانویه که شامل الکترودهاست که جریان الکتریکی را به قطعه کار منتقل می کنند.

(2) یک سیستم مکانیکی شامل فریم دستگاه و قسمت های مربوط به نگهداری و اعمال نیروی جوشکاری.

(3) ابزار کنترل (وسایل زمان سنجی) برای شروع جریان و مدت اعمال جریان. این ابزار ممکن است مقدار جریان، همچنین توالی و ترتیب اعمال آن و سایر زمان های سیکل جوشکاری را کنترل کنند.

دستگاه های جوشکاری مقاومتی از نظر اتوماسیون به دو دسته تقسیم می شوند، دستگاه های نیمه اتومات و دستگاه های اتومات. در دستگاه های نیمه اتومات، اپراور قطعه کار را بین الکترودها قرار میدهد و سوئیچ شروع جوشکاری را فشار می دهد و برنامه جوشکاری اجرا می شود. در دستگاه های اتومات، قطعات بصورت اتوماتیک درون دستگاه قرار داده می شوند، سپس جوش انجام شده و قطعه از دستگاه خارج می شود. بدون اینکه اپراتور دخالتی داشته باشد. دستگاه های جوشکاری از نظر الکتریکی به دو گروه تقسیم بندی می شوند: انرژی مستقیم  و انرژی ذخیره کننده . طراحی هر دو گروه ممکن است بر اساس استفاده از برق تکفاز یا سه فاز باشد. بیشتر دستگاه های جوشکاری از نوع تکفاز انرژی مستقیم هستند. این نوع دستگاه های به دلیل سادگی، هزینه سرمایه گذاری اولیه اندک، نصب و و نگهداری آسان بیشترین کاربرد را دارند. 

طراحی سیستم مکانیکی و مدار ثانویه برای اکثر دستگاه های جوشکاری تقریباً شبیه به هم است اما تفاوت اصلی در طراحی ترانسفورماتور و سیستم کنترل دستگاه هاست. در یک شرایط ثابت، یک دستگاه جوشکاری تکفاز مقدار ولت – آمپر (KVA) بیشتری از دستگاه سه فاز نیاز دارد.

اصول دستگاه انرژی ذخیره کننده، جمع کردن و ذخیره کردن انرژی الکتریکی و سپس دشارژ آن به منظورایجاد جوش است. انرژی معمولاً در خازن ها ذخیره می شود. معمولاً برق تك فاز برای این نوع دستگاه ها استفاده می شود. توان مورد نیاز معمولاً کم است زیرا زمان ذخیره سازی نسبتاً از زمان جوشكاري طولانی تر است.

 

3-1- دستگاه های جوشکاری مقاومتی

3-1-1- دستگاه های جوشکاری مقاومتی نقطه ای

چندین نوع دستگاه جوشکاری نقطه ای وجود دارد: بازو متحرک، پرسی، قابل حمل و نوع چند تایی.

الف) نوع بازو متحرک : ساده ترین و پرکارترین نوع دستگاه جوشکاری نقطه ای، طرح بازو متحرک آن است که به این دلیل بازو متحرک نامیده می شود که حرکتی در بازوی بالایی آن وجود دارد. در حقییقت این دستگاه شامل یک بازوی استوانه ای است که نیروی الکترود و در بیشتر مواقع جریان جوشکاری را نیز منتقل می کند. مسیر حرکت الکترود بالایی قوسی است به شعاع x (با توجه به شکل 3-1). سه روش برای اعمال نیرو وجود دارد: 1) هوا 2) پا 3) موتور.

دستگاه هایی که با هوا کار می کنند (شکل (3-1)) کاربرد بیشتری دارند. با عمل هوا، سیکل جوشکاری با استفاده از یک واحد کنترل بصورت اتوماتیک انجام می شود.

 شکل 3-1: دستگاه جوشکاری مقاومتی نقطه ای بازو متحرک که با هوا عمل می کند.

 

دستگاه هایی که با پا کار می کنند، برای ساخت ورق های فلزی گوناگونی مناسب است خصوصاً در حجم تولید کم و در مواردی که کیفیت ثابتی از جوش انتظار نباشد. دستگاه های جوشکاری نوع موتوری معمولاً در جاهایی که هوای فشرده در دسترس نباشد استفاده می شوند. معمولاً دستگاه های بازو متحرک استاندارد با طول دهانه (A) 12 تا 36 اینچ و ظرفیت ترانسفورماتور 5 تا 100 KVA موجود می بانشد. به دلیل حرکت شعاعی الکترود بالایی این دستگاه ها برای جوشکاری زائده ای توصیه نمی شوند.

فریم دستگاه ترانسفورماتور و سوئیچ تب و اجزاء مکانیکی و الکتریکی را درخود جای می دهد. در دستگاه هایی که با هوا خنک می شوند، در یک قطر سیلندر ثابت، هنگامیکه طول دهانه (A) افزایش می یابد، نیروی جوشکاری کم می شود. نیروی جوشکاری در این حالت حاصلضرب نیروی پیستون در نسبت بازوی اهرم   است. 

در دستگاه هایی که با موتور یا پا کار می کنند، به جای سیلندر هوا از فنرهای سفتی  استفاده می کنند. 

ب) نوع پرسی: این نوع دستگاه ها برای جوشکاری نقطه ای بسیاری از قطعات و همه فرآیندهای جوشکاری زائده ای توصیه می شوند. در این نوع دستگاه ها، هد جوشکاری بر روی یک خط مستقیم در مسیر یا وضعیت مشخصی حرکت می کند دستگاه های جوشکاری نوع پرسی استاندارد که RWMA تعریف کرده، با ظرفیتهای 5 تا KVA 500 در بازار موجود هستند و طول دهانه آنها تا 54 اینچ است. (شکل (3-2)).

 

شکل 3-2: دستگاه جوشکاری نقطه اي و زائده اي نوع پرسي.

 

از انواع غیراستاندارد و با اشکال متنوع این نوع دستگاه مانند انواع مغناطیسی و نشستنی  آن در صنایع خانگی، الکتریکی و جواهرآلات استفاده می شود.

دستگاه های نوع پرسی بر اساس کاربرد و روش اعمال فشار تقسیم بندی می شوند. این دستگاه ها ممکن است برای جوشکاری مقاومتی نقطه ای، زائده ای و یا هر دو طراحی شوند. نیرو نیز ممکن است از طریق هوا، سیستم های هیدرولیکی یا الکترومغناطیسی یا بصورت دستی اعمال گردد. یک راهنمای کلی برای انتخاب دستگاهی از این نوع بصورت زیر است:

(1) دستگاه هایی که با سیستم هیدرولیکی کار می کنند معمولاً براي كمتر از KVA 200 ساخته نمی شوند، زیرا قیمت بالاتری نسبت به دستگاه هایی که با سیستم هوا عمل می کنند دارند. همچنین این دستگاه ها برای جوشکاری زائده ای توصیه نمی شوند زیرا در مقایسه با سیستم هایی که با هوا عمل می کنند «follow-up» آهسته تری دارند. اصطلاح follow-up یک دستگاه جوشکاری به معنای توانایی مکانیزم نیرو برای عکس العمل به تغییرات دینامیکی است که در طول جوش اتفاق می افتد و نگه داشتن فشار گیره ای مناسب می باشد.

(2) دستگاه های که با هوا کار می کنند امکان استفاده در سایزهای مختلف را دارند، هنگامیکه نیروی زیادی مورد نیاز باشد، سیلندر هوا و شیر کاملاً بزرگ خواهند شد و عملکرد دستگاه کند شده و مصرف هوا نیز بالا خواهد رفت. به همين علت ، در انتخاب دستگاه های جوشکاری با توان KVA 300 و پایین تر از دستگاه هایی استفاده می شود که با سیستم هوا عمل می کنند و دستگاه های با توان KVA 500 و بیشتر را معمولاً از نوع هیدرولیکی انتخاب می کنند. در بین این دو توان، انتخاب هر یک از دو نوع سیستم آزاد است.

گفته شد که یکی از عوامل مهم در جوشکاری مقاومتی سیستم الکتریکی دستگاه جوشکاری است که در این فصل در مورد آن نیز مباحثی ارائه خواهد شد، لیکن آشنایی با دو اصطلاح KVA و ضريب كاركرد  لازم به نظر می رسد. در دستگاه جوشکاری باید ولتاژ مناسبی برای تولید جریان کافی در اختیار باشد. این ولتاژ از طریق هندسه مدار ثانویه (مثلاً اندازه حلقه ثانویه) ترانسفورماتور، هدایت الکتریکی كنتاكتور در این مدار و مجموع مقاومت های تماسی اتصال و مقاومت کار مشخص می شود. این ولتاژ که ولتاژ مدار باز ثانویه می باشد وقتی که در جریان جوشکاری (جریان ثانویه) ضرب شود و تقسيم بر 1000 گردد ، خروجی (KVA) یک ترانسفورماتور را مشخص می کند.

 جریان جوشکاری در زمان کوتاهی از زمان کل برقرار می شود. ضريب كاركرد یک ترانسفورماتور به عنوان زمانی که در یک دقیقه از ترانسفورماتور به طور واقعی جریان عبور می کند تعریف می شود و از فرمول زیر قابل محاسبه می باشد.

 

فرمول 1:  Duty cycle % =                                           (%ضريب كاركرد )

 

یک ترانسفورماتور KVA 100 می تواند در یک دقیقه 30 ثانیه توان KVA100 را اعمال نماید. استاندارد این است که مقدار توان ترانسفورماتور جوشكاری را با ضريب كاركرد 50% اندازه بگیرند. ضريب كاركرد را می توان با استفاده از نمودارهای نشان داده شده در شکل (3-3) که توان مورد نیاز را برای ضريب كاركرد های مختلف بدست آورد.

 

شکل 3-3: عملکرد ضريب كاركرد در مقابل توان

پس از آشنایی مختصر با توان KVA و ضريب كاركرد به ادامه بحث خویش در مورد دستگاه های جوشکاری پرسی بازمی گردیم. توجه به  این نکته ضروری به نظر می رسد که follow-up سریع الکترود مشخصاً هنگام جوشکاری نقطه ای یا زائده ای مقاطع نسبتاً نازک به ویژه آلومینیمی و فلزات غیرآهنی مهم است. دستگاه هایی که با هوا عمل می کنند follow-up سریعتری از سیستم های هیدرولیکی دارند زیرا قابلیت فشردگی هوا بیشتر است. در سیستم های هیدرولیکی follow-up از طریق حرکت مایع ایجاد می شود و بنابراین ظرفیت پمپ تعیین کننده است.

ج) نوع قابل حمل: یک دستگاه جوشکاری نقطه ای قابل حمل از چهار قسمت اصلی تشکیل شده است: 1) یک گان یا ابزار جوشکاری قابل حمل 2) یک ترانسفورماتور و در برخی مواقع رکتیفایر 3) یک کانداکتور الکتریکی و تایمر (توالی زمان) 4) یک کابل آبگرد بین ترانسفورماتور و گان. یک گان قابل حمل شامل فریم، یک سیلندر هیدرولیکی یا هوایی، گیره هایی که برای گرفتن دستگاه با دست تعبیه شده و سوئیچ دستي می باشد.

دو نوع اصلی گان وجود دارد: گان هایی که با هوا کار می کنند ودسته دوم هیدرولیکی هستند. همچنین ممکن است در یک تقسیم بندی دیگر این گروه از دستگاه ها را مشابه با دستگاه های جوشکاری نقطه ای به دو نوع پرسی و بازو متحرک تقسیم بندی نمود. طراحی گان بستگی به نیروی مورد نیاز برای الکترود دارد. برای حداقل کردن اندازه و وزن یک گان، از سیلندرهای هیدرولیکی معمولاً برای تولید نیروهای بیشتر از 750 پوند استفاده می نمایند. اگرچه سیلندرهای هوایی تا 1500 پوند نیز به خاطر سادگی تجهیزات گاهی اوقات استفاده می شود.

ترانسفورماتور گان های قابل حمل باید دارای ولتاژ ثانویه مدار باز  دو تا چهار برابر بزرگتر از دستگاه های ایستگاهی باشند. علت این مساله هم اضافه شدن کابل هایی بین گان و ترانسفورماتور است. اضافه شدن این کابل ها سه اثر عمده دارد:

1- امپدانس  را افزایش می دهد. بنابراین ولتاژ خیلی بالاتری در گان جوشکار نیاز است تا یک جریان ثانویه معادل با حالت ایستگاهی را ایجاد نماید.

2- باعث افزایش اجزاء مقاومتی امپدانس شد، بطوریکه فاکتور توان خیلی بزرگتر از دستگاه های ایستگاهی می شود. در دستگاه dc ، مقاومت زیاد شده جریان در دسترس را کاهش میدهد. مگر اینکه ولتاژ بصورت متناسبی افزایش یابد. 

3- باعث حداقل شدن اثر امپدانس بر روی خروجی جریان گان و فاکتور توان می شود. 

نوع دیگری از گان ها که جدیداً استفاده می شود، گان ترانس سر خود  نام دارد. در اين مدل، ترانسفورماتور مستقیماً بر روی خود سیستم اعمال نیرو سوار می باشد و دارای چند مزیت است. اول اینکه خیلی فشرده تر و جمع و جورتر از ترانسفورماتورهایی است که قبلاً توضیح داده شد. همچنین فاکتور توان آن می تواند از 85 درصد هم فراتر برود. یک کنترل ترکیبی  برای عملکرد واحد گان در انواع مختلف گان های قابل حمل مورد نیاز است.

سيستم كنترل شامل کنتاکتور  اولیه و تایمرجوش  می شود. در سيستم هاي جديد بجاي كنتاكتور از پك تايريستور استفاده مي شود . 

د) نوع جوشکاری نقطه ای چندتایی : این دستگاه ها با اهداف ویژه طراحی می شوند تا یک قطعه مشخص را جوشکاری نمانید. این نوع دستگاه باید هنگامی استفاده شود که حجم تولید و تعداد نقاط یا زائده های جوشکاری یک قطعه آنقدر زیاد باشد که دستگاه جوش (تک) نقطه ای معمولی از نظر اقتصادی جوابگو نباشد. سه مزیت عمده این دستگاه ها عبارتند از:  1) ایجاد تعداد زیادی جوش در هر با جوشکاری 2) ابعاد و محل جوش ها منطقاً ثابت است. 3) تجهیزات قابل اطمینان و آسان برای نگهداری

این نوع دستگاه های جوشکری معمولاً چند ترانسفورماتوره (اکثراً دو ترانسفورماتوره) هستند. شکل (3-4) اجزاء استاندارد بکار رفته در دامنه وسیعی از دستگاه های جوشکاری چندتایی را نشان می دهد. نیرو از طریق سیلندرهای هوا یا هیدرولیکی به نگهدارنده ها و از آنجا به الکترودها اعمال می شود.

در طراحی این نوع دستگاه های جوشکاری چند فاکتورها خیلی مهم است که عبارتند از:

1- اندازه، شکل و پیچیدگی قطعات 2- ثبات قطعاتی که باید جوشکاری شوند. 3- ترکیب شیمیایی و ضخامت قطعات 4- سطح انتظار از ظاهر جوش 5- مقدار تولید 6- تجهیزات در دسترس (پرسها، فریم ها و …) 7- زمان تعویض قطعات مختلف 8- فاکتورهای اقتصادی

 

 

 

 

شکل 3-4: اجزاء اصلی یک سیستم جوشکاری نقطه ای چندتایی

 

در بیشتر موارد، الکترود پایینی از یک قطعه مکعبی آلیاژ مسی ساخته می شود که یک یا چند الکترود درون آن جا زده شده است. در حقیقت این الکترودها هستند که در تماس با قطعه ای قرار می گیرند که قرار است جوشکاری گردد.

 

3-2-1- سایر دستگاه های جوشکاری مقاومتی

– دستگاه های جوشکاری نواری: مشابه دستگاه های جوشکاری نقطه ای هستند به جز در شکل الکترودهایی که استفاده می شوند. چندین نوع دستگاه جوشکاری نواری در بازار موجود هستند که انتخاب آنها بستگی به شرایط سرویس دارد. در برخی دستگاه ها قطعه کار در یک محل فیکس شده و الکترود غلطکی از روی ان عبور می کند. این دستگاه در حقیقت از نوع قابل حمل است. در دستگاه جوشکاری ثابت، الکترود ثابت می باشد و قطعه کار حرکت می کند. دستگاه جوشکاری نواری بایستی زمان های قطع و وصل جریان و چرخش الکترودها را کنترل کند. اجزاء یک دستگاه جوشکاری استاندارد شامل یک فریم اصلی است که در آن محلی برای ترانسفورماتور و سوئیچ tap قرار دارد. یک هد جوشکاری شامل سیلندر هوا، یک بازو و یک پایه برای سوار شدن الکترود بالایی و سیستم محرکه است. یک پایه برای سوار کردن الکترود پایینی و سیستم محرکه (اگر استفاده شود) اتصالات مدار ثانویه، کنترل الکترونیکی و کانداکتورها و الکترودهای غلطکی مي باشد. سه نوع دستگاه جوشکاری نواري وجود دارد (به شکل (1-8) مراجعه نمایید).

(1) مدور  ، که چرخش الکترودها در این دستگاه ها عمود بر سطح جلوی دستگاه می باشد. این نوع دستگاه ها برای مسیرهای طولانی در قطعه کارهای مسطح و برای جوشهای محیطی مانند جوشکاری یک هد به ظرفش بکار می رود.

(2) دستگاه های طولی : که محور چرخشی الکترودها موازی با دستگاه است. این نوع دستگاه ها برای جوشکاری هایی مانند جوش درز پهلویی یک ظرف استوانه ای و مسیرهای کوتاه در قطعات مسطح بکار می روند.

(3) نوع عمومی : که الکترودهای غلطکی در آنها ممکن است در هر دو موقعیت فوق قرار بگیرند. 

مکانیزم های حرکت الکترودها غلطکی نیز به دو صورت است: در حالت Gear drive نیروی موتور مستقیماً به مرکز الکترود وارد شده  و آن را به چرخش درمی آورد. در حالت دوم چرخش غلطک های هموار یا دندانه داری  که در تماس با الکترودهای اصلی می باشند، آنها را به حرکت درمی آورند.

در برخی موارد دستگاه هایی نیز برای اهداف و کاربردهای خاص طراحی می شوند: مانند دستگاه نوع الکترود متحرک، نوع فیکسچر متحرک و قابل حمل.

– دستگاه های جوشکاری جرقه ای: یک دستگاه جوشکاری جرقه ای شامل فریم اصلی، ورقهای ساکن، ورق های متحرک، سیستم گرفتن و فیکس کردن قطعه، یک ترانسفورماتور، یک سوئیچ tap، کنترل های الکتریکی و یک سیستم جرقه زدن و سر به سر کردن است. الکترودهایی که قطعه را نگهداری می کنند و جریان جوشکاری را به آن منتقل می کنند بر روی صفحات سوار می شوند.

– دستگاه های جوشکاری زائده ای: الکترودها یا قالب های جوشکاری زائده ی سطوح مسطح با سطح تماس بزرگتری از الکترودهای جوش نقطه ای دارند. دستگاه مقاومتی نوع پرسی معمولاً برای جوشکاری زائده ای بکار می رود.

– دستگاه های جوشکاری سر به سر: که خیلی شبیه دستگاه های جوشکاری جرقه ای می باشند، شامل یک فریم اصلی است که ترانسفورماتور و سوئیچ tap درون آن قرار دارند. الکترودهایی برای نگهداشتن قطعات و انتقال جریان به آنها و وسیله ای برای سر به سر کردن اتصال است. یک کنتاكتور اصلی برای کنترل جریان جوشکاری استفاده می شود. دستگاه های جوشکاری سر به سر ظرفیت کمتری نسبت به دستگاه های جوشکاری جرقه ای دارند.

– دستگاه های جوشکاری فرکانس بالا: دستگاه های این فرآیند کاملاً اتومات است و تجهیزات مورد استفاده ویژه ای در طراحی آن بکار می رود. 

– دستگاه های جوشکاری ضربتی: در این فرآیند از دو نوع دستگاه استفاده می شود. دشارژ مغناطیسی و خازنی. دستگاه های آن معمولاً شبیه به دستگاه جوشکاری مقاومتی نوع پرسی است که مقداری اصلاح شده تا برای این فرآیند متناسب گردد. مثلاً ترانسفورماتورها و کنترل کننده ها و ابزارهایی از آن تغییر نموده اند.

 

 

 

3-2- کنترل جوشکاری مقاومتی

وظایف عمده کنترل کننده های جوشکاری مقاومتی عبارتند از: (1) تولید سیگنالهایی برای کنترل عملکرد دستگاه (2) شروع و متوقف کردن جریان جوشکاری (3) کنترل میزان جریان

سه قسمت کنترل در سيستم جوشکاری مقاومتی وجود دارند. کنترل زمان و توالی  جوشکاری، کنتاکتورهای جوشکاری و کنترل کننده های کمکی.

 

3-2-1- کنترل زمان ها و توالی جوشکاری

– تایمر جوش: این تایمر وسیله ای است برای کنترل توالی و مدت زمان اجزاء مختلف یک سیکل جوشکاری. همچنین ممکن است سایر حرکات مکانیکی دستگاه را نیز کنترل نماید. تایمرهای توالی در جوشکاری مقاومتی نقطه ای، نواری و زائده ای استفاده می شوند.  چهار مرحله اصلی سیکل جوشکاری نقطه ای، نواری و زائده ای عبارتند از:

1- زمان قبل از جوش squeeze 2- زمان جوش 3- زمان نگهداری 4- زمان قطع که در مورد آنها قبلاً بطور مفصل صحبت شد. 

تایمرهای جوشکاری چند پالسه برای کنترل تعداد پالس جریان با یک فاصله زمانی معین بین هر پالس ساخته می شوند. این تایمرها در حقیقت مدت زمان هر پالس که زمان حرارت  نامیده می شود، همچنین فواصل زمانی بین آنها را که زمان خنک کردن  نامیده می شود را نیز کنترل می کنند. مجموع این زمانها (زمان های حرارت و خنک شدن) زمان جوشکاری نامیده می شود. تایمرها و کنترل کننده های ترکیبی که در حال حاضر استفاده می شوند بیشتر از نوع کنترل کننده های فازی بسیار دقیق و سنكرون با برق ورودي  هستند. کنترل کننده های غیرسنكرون تقریباً از رده خارج شده و کمتر مورد استفاده قرار می گیرند.

طبقه بندی تایمرهای توالی جوش طبق نظر RWMA  بصورت زیر است:

1- نوع 1AS و A1A که فقط زمان جوشکاری را کنترل می کند.

2- نوع 1BS که زمان های حرارت و خنک شدن را برای جوشکاری چند پالسه کنترل می کند.

 3- نوع A3B که زمان squeeze زمان نگهداری و زمان قطع را نیز کنترل می کند.

4- نوع A3C که مشابه A3B است منتهی زمان شروع squeeze را کنترل می کند. Pre squeeze که در حقیقت زمان حرکت الکترود تا موقعی که به سطح کار برخورد کند. این نوع تایمرها برای جوشکاری تکراری با سرعت بالا استفاده می شود. 

5- نوع A5B که مشابه A3B است ولی برای استفاده در جوشکاری چند پالسه طراحی می شود و زمان حرارت، خنک شدن و جوش را به جای زمان جوش کنترل می کند.

6- نوع  7B که تایمر توالی است و به همراه تایمر نوع 1AS برای کنترل زمان  squeeze ، جوش، نگهداری و قطع جریان بکار می رود.

7- نوع 9B که مشابه 7B است ولی به همراه تایمر جوش 1BS مورد استفاده قرار می گیرد.

در نشانه گذاری SRWMA نشان دهنده تایمر بسیار دقیق همزمان است و  A نشان دهنده یک تایمر سیکل کامل است. 

 

 

 

3-2-2- كنتاكتور 

یک كنتاكتور وسیله ای است که برای باز و بستن جريان اولیه ترانسفورماتور جوشکاری بکار می رود. کلمه كنتاكتور یک نام بی مسمی برای این وسیله است که از كنتاكتورهای مکانیکی (مغناطیسی) که اوایل برای کنترل ترانسفورماتور جوشکاری در کنترل کننده های جوشکاری غیرهمزمان استفاده می شده، باقی مانده است. کنترل کننده های مدرن جوشکاری عموماً از مجموعه ای SCR (یکسو کننده کنترل شده سیلیکونی ) استفاده می کنند که از یک مجموعه سوئیچ های نيمه هادي كه بجاي كنتاكتور عمل می کند ساخته شده. در تجهیزات تکفاز فقط از یک جفت SCR در خط اصلی مدار استفاده می شود. (شکل (3-5)).

 

شکل 3-5: دستگاه جوشکاری تک فاز با کانداکتورهایی با جفت SCR در حقیقت با استفاده از کانداکتورها میزان توان ورودی به مدار را کنترل کرده و با کنترل توان جریان و ولتاژ ورودی و مورد نظر را به مدار اولیه ترانسفورماتور انتقال داد.

3-2-3- کنترل کننده های کمکی

شامل ابزارهای کنترل حرارت، کنترل شیب صعودی جریان (در ابتدای جوشکاری) و شیب پایانی جریان جوشکاری و کنترل جریانهای کوئیچ و تمیز کردن می باشد که با استفاده از تغییراتی در سوئچ tap ترانسفورماتور یا روش های دیگری مانند رگلاتورهای جریان و ولتاژ و … این کنترل کننده ها عمل می کنند. کنترل کننده نیرو نیز بایستی مقدار نیروی اصلی جوشکاری و نیروی فورج را کنترل نماید.

همچنین در طول فرآیند ممکن است نیاز باشد جریان جوشکاری یا نیرو را اندازه گرفته و نیاز به کنترل آن داشته باشیم. در این مواقع می توان از آمپرسنج ها و نیروسنج های که برای فرایندهای جوشکاری مقاومتی طراحی می شوند استفاده نمود. همچنین ممکن است نیاز به تراشکاری نوک الکترود باشد، در این مواقع معمولاً از دستگاه های خاصی (dresser) که دارای تیغه های مخصوص این کار می باشد، استفاده می شود.

 

 

 

3-3- کابل های جوشکاری مقاومتی

کابل های جوشکاری مقاومتی را می توان به سه دسته تقسیم کرد: کابل های تك آبگرد  ، کابل های تك هوا خنک  و کابل های بدن ضربه  هستند.

جنس رشته بافته شده درون کابل و ترمینالها مس C11000 می باشد که بیشترین هدایت الکتریکی را داراست. جنس شیلنگ کابل نیز باید طوری انتخاب شود که در برابر سایش و خراشیدگی مقاومت کافی داشته باشد. شیلنگ ها را از مواد عایق می سازند. بر حسب نوع استفاده که قرار است از کابل صورت بگیرد، ابعاد دو نوع کابل باید طوری انتخاب شود که متناسب با مقاومت مدار کلی و عمر الکترودها باشد. در هنگام انتخاب کابل باید نوع سر کابل، gauge کابل و طول آن را مشخص کرد. در پیوست (1) کتاب انواع انتهای کابل و اندازه های آنها برای کابل هایی که با آب خنک می شوند و نیز انواع کابل هایی که با هوا خنک می شوند، آورده شده است. این کابل ها تولید شرکت T.J.Snow می باشد.

در کابل هایی که با آب خنک می شود (W.J) طراحی باید طوری صورت پذیرد که از جريان کامل آب در همه طول کابل اطمینان حاصل شود. همچنین خمش و تابیدگی کابل نباید باعث کاهش فلوی آب در کابل شود. در این نوع کابل ها می توان با کنترل فلو و دمای آب عمر کابل را افزایش داد.و معمولاً فلوی دو گالن بر دقیقه برای کابل های تک و 5/2 گالن بر دقیقه برای کابلهاي دوبل متناسب می باشد. در مورد کابل هایی که با هوا خنک می شوند، متاسفانه اکسیداسیون زیاد است. استفاده از یک ترمینال نقره اندود (داخل و بیرون) می تواند فرآیند اکسیداسیون را کاهش دهد.

علاوه بر عوامل فوق، عمر یک کابل به دو عامل دیگر نیز وابسته است، اتصال رشته مسی به ترمینال خروجی، که معمولاً مجموعه رشته مسی را به ترمینال پرس جوش یا لحیم کاری می کنند تا حداقل مقاومتی الکتریکی ممکن در این نقطه به وجود آید، همچنین اتصال مناسبی بین این دو جزء بوجود آید. عوامل مكانيكي مانند فشار و ضربه شیلنگ نیز بر روی عمر کابل اثر گذار می باشد.

 

 

3-4- الکترودهای جوشکاری مقاومتی

الکترودهای جوشکاری مطمئناً یک جزء حیاتی سیستم های جوشکاری را تشکیل می دهند. بدین منظور بایستی سه هدف ذیل را تامین نمود: 1- اعمال فشار تا از چفت شدن مناسب ورق ها در طول جوشکاری مطمئن شویم. 2- باید جریان مورد نیاز برای جوشکاری را حمل کنند.3-  بایستی خنک شدن جوش را تسهیل کنند و دکمه جوش را به گونه ای تحت پوشش قرار دهد که میزان پاشش در فصل مشترک الکترود ورق به حداقل برسد.

 

3-4-1- خواص مورد نظر از یک الکترود مقاومتی

الکترودهای جوشکاری مقاومتی نقطه ای که به منظور اتصال فلزات سبک یا ورق های فولادی عملیات سطحی شده بکار می روند، بایستی دارای برخی خواص شامل مقاومت حرارتی، هدایت الکتریکی، هدایت حرارتی و مقاومت سایشی متناسب با کاربردشان باشند. علاوه بر آن لازم است که ماده الکترود داراي ساختار هموژن با قابليت ماشينكاري و فرم دهي باشد.

در حالت کلی می توان گفت که الکترود جوش نقطه ای به عنوان یک هدایت کننده جریان اعمالی به ماده جوشکاری استفاده می شود. بنابراین الکترود مورد استفاده برای جوشکاری مقاومتی نقطه ای بایستی با توجه به شرایط جوشکاری وماده ای که جوش داده می شود، از خواص مناسبی برخوردار باشد. در اغلب فرآیندهای جوشکاری مقاومتی نقطه ای الکترودها بایستی خصوصاً مقاومت حرارتی و هدایت الکتریکی در دمای بالا داشته باشند. زیرا این الکترودها بطور پیوسته تحت شرایط دما و فشار بالا قرار دارند. ماده الکترود باید پاشندگی کمی داشته باشند و بر روی ماده تحت جوشکاری ذوب نشوند (هنگامیکه الکترود تحت شرایط دما و فشار بالا به مدت زیاد مورد استفاده قرار می گیرند).

تغییر در ترکیب شیمیایی الکترود می تواند در کارکرد نهایی آن موثر باشد. به عنوان مثال، یک ماده سخت تر ممکن است که مقاومت سایشی بهتری داشته باشد، اما با افزایش مقدار این آلیاژ و در نتیجه، افزایش استحکام ماده معمولاً هدایت الکتریکی ماده کاهش می یابد. لذا یک ماده الکترود مناسب بایستی علاوه بر ترکیب هدایت الکتریکی و هدایت حرارتی خوب، استحکام مکانیکی و سختی کافی در دمای عملیات را داشته باشد.

 

 

3-4-2- بررسی مواد مختلف مورد استفاده در ساخت الکترودهای مختلف

عنصر اصلی مورد استفاده در الکترودهای مقاومتی مس است، زیرا هدایت الکتریکی بالا و میزان مقاومت کمی دارد. اما مس خالص استحکام مکانیکی پایینی دارد. به همین دلیل بصورت آلیاژ یا پراکنده سخت شده و یا پوشش داده شده مورد قرار می گیرد تا علاوه بر هدایت خوب از استحکام بالایی نیز برخوردار شود.

الف – الکترودهای آلیاژی: معمولاً فلزاتی از قبیل کروم، زیرکونیوم، سیلیسیم یا نیکل را در مقادیر بسیار اندک به فلز پایه مس اضافه می کنند تا یک آلیاژ ایجاد شود که این آلیاژ به عنوان ماده الکترود مصرف می شود.و هرچند هنگامیکه چنین آلیاژی به عنوان الکترود مصرف می شود، ممکن است که تمام خواص مورد نظر نظیر مقاومت حرارتی، هدایت الکتریکی، هدایت حرارتی و مقاومت سایشی در حد مطلوب نباشد و برخی از آنها بطور جزئی در الکترود موجود باشند. به عنوان مثال در آلیاژ مس – کروم که بطور گسترده ای به عنوان الکترود جوشکاری مقاومتی نقطه ای بکار می رود و توسط یک روش ریخته گری معمولی تولید میشود از مس به عنوان فلز پایه به همراه 2/0 درصد وزنی کروم استفاده می شود و این آلیاژ به دلیل وجود ذرات کروم ریز پراکنده شده در زمینه مسی، خواص مکانیکی بهبود یافته ای دارد، هنگامیکه الکترود ساخته شده از این آلیاژ تحت شرایط جوشکاری قرار می گیرد، پایداری حرارتی و مقاومت سایشی آن تضعیف می شود. علت این موضوع افزایش اندازه ذرات کروم رسوب کرده به دلیل گرم شدن الکترود حین جوشکاری می باشد.و به همین دلیل اخیرا سعی بر استفاده از الکترودهای کامپوزیتی متشکل از مس و اکسید فلز می باشد که بعداً بطور مفصل به توضیح آن خواهیم پرداخت.

الکترودهای Cu-Cr و Cu-Cr-Zr ساختار کار سرد شده با دانه های به شدت کشیده شده و ممتد دارند و در داخل آنها فاز رسوب کرده و پراکنده شده بصورت ریز و ظریف موجود است. اندازه دانه های الکترودهای Cu-Zr خیلی بزرگتر است. در بین الکترودهای آلیاژی، الکترود مس – کادمیم دارای بیشترین هدایت حرارتی(80 درصد حداقل مقدار استاندارد بین المللی برای مس آنیل شده) و کمترین سختی (حداقل RB 65) هدایت الکترود مس – کروم اندکی کمتر است (75%) ولی سختی بالاتری دارد تا با این الکترودها جوش های طولانی تری را می توان انجام داد زیرا سختی بالاتری دارند.

 

ب- الکترودهای رسوب سختی شده

این الکترودها معمولاً شامل مس و اکسید فلز می باشند. برخی از این آلیاژها عبارتند از: Cu-Al2O3 و Cu-SiO2 ، Cu-ZrO2 و Cu-BeO2.

مشخص شده است که آلیاژ Cu-Al2O3 خواص فوق العاده دارد. این آلیاژ توسط ترکیبی از روش متالورژی پودر و روش اکسیداسیون داخلی تولید می شود. مقاومت خزشی، هدایت الکتریکی و پایداری حرارتی (در دمای اتاق و دماهای بالا) این آلیاژ نسبت به انواع دیگر برتر است و به همین دلیل به عنوان ماده الکترود مناسب است. 

کمپانی نیپرت  نوع پیشرفته تر الکترودهای مس رسوب سخت شده گیلدکاپ  را عرضه کرده که این الکترودها برپایه فرمول A160 می باشند که حاوی 1/1 درصد وزنی اکسید آلومینیم می باشد. اين آلياژ در حدود 80%-70 هدایت الکتریکی مس خالص را دارا می باشد. اما قیمت بالای آن موجب محدود شدن مصرف آنشده است. شرکت نیپرت برای مصرف کننده های که قیمت برایشان چندان مطرح نیست، یک تکنولوژی جدید کلاهک  را ابداع کرده است. این فن آوری جدید از یک بدنه زیرکونیومی بر روی یک گلیدکاپ تشکیل شده است که معروف به کلاهک مرکب نیترود  می باشد.

برخی از خواص مکانیکی چند نوع آلیاژ رسوب سختی شده آزمایش شده از جدول (3-1) آورده شده است. d اندازه متوسط ذرت آلیاژی ، Δf منفی انرژی آزاد تشکیل اکسید σ تنش شکست در دمایی در حدود  oC 20 و δ تغییر طول نسبی می باشد.

 

جدول 3-1 خواص مکانیکی برخی از آلیاژهای رسوب سختی شده

 

ج – الکترودهای پوشش داده شده بوسیله کاربید تیتانیوم:  این الکترودها عمر طولانی تری دارند، کمتر به قطعه کار می چسبند و محدوده جوشکاری وسیعتری دارند. به دلیل هدایت بالاتر تیتانیوم مقداری صرفه جویی در هزینه های جانبی خواهیم داشت. همچنین مهندسین دریافته اند که در مورد این آلیاژها نیازی به پاکسازی سطح نداریم. تعداد زیادی از کارخانجات اتومبیل سازی گزارش داده اند که هنگام استفاده از کلاهک های پوشش داده شده با Tio الکترودها نمی چسبند. پوشش کاربید تیتانیوم با استفاده از یک فرآیند کم ولتاژ ابداعی به کلاهک جوش می خوردو یک پیوند متالورژیکی بین پودر کاربید تیتانیم زینتر شده و آلیاژ مس برقرار می شود. این نوع الکترود بیشتر برای فولادهای پوشش داده شده استفاده می شود.

 

4-3- بررسی جنس الکترودها مطابق با استانداردها

صنایع با تولید بالا متمایل به انجام جوشکاری های مداوم و در حجم بالا بوده و لذا نیاز به الکترودهای خاصی دارند، که این امر باعث گردیده که طراحان الکترودها توجه زیادی به قابلیت ها و محدودیت های جنس بکار رفته در الکترودها نموده و الکترودها را بنا به جنس آنها مورد دسته بندی قرار دهند. لذا در این قسمت به بررسی انواع الکترودها بنا به جنس بکار رفته درآنها می نماییم که این بررسی مطابق با کلاس بندی RWMA و ISO صورت گرفته است.

الف) بررسی جنس الکترودها مطابق با کلاس بندی RWMA:

با گذشت سالیان بسیار از کلاس بندی RWMA که برای اولین بار به منظور بهبود کیفیت الکترودهای پایه مس بکار رفته ، هنوز تغییرت عمده ای در جنس الکترودها صورت نگرفته است. جدول (3-2) میزان حداقل خواص آلیاژهای مختلف کلاس بند یRWMA را نشان میدهد.

گروه A : آلیاژهای پایه مس

کلاس 1: این گروه آلیاژهای مس – کادمیم (Cu-Cd) هستند که دارای 1% کادمیم و مابقی مس هستند. از این گروه بطور عمومی در مواردی که نیاز به انتقال حرارت و یا انتقال جریان بالایی است استفاده می شود. مثلا درجوشکاری های مقاومتی نقطه ای و نواری که این نکته مهم باشد؛، از این الکترودها استفاده می کنند. این کلاس برای جوشکری نقطه ای و نواری برای فلزاتی مانند آلومینیم، منیزیم و فولادهای گالوانیزه استفاده می شوند از آنجا که مواد این دسته دارای هدایت الکتریکی و حرارتی بالایی هستند باید توسط سیستم های خنک کننده مناسب دمای آنها را همواره زیر دماهای بحرانی نگهداشته شود. به عنوان مثال آلومینیم تمایل بسیار زیادی به آلیاژ شدن با مس و نتیجتاً چسبیدن الکترود به قطعه کار را دارد و این آلیاژهای ایجاد شده شباهتهای بسیار کمی با فلزات اصلی این کلاس دارند. لذا این سیستم های خنک کننده باید مانع تشکیل این آلیاژها و چسبندگی الکترود و تمایل به این چسبندگی کردند. همچنین این سیستم های خنک کننده امکان نفوذ بین دانه ای برای مواد با نقطه ذوب پایین موجود در الکترود را بسیار کاهش می دهند. مواد کلاس 1 قابلیت عملیات حرارتی را نداشته و باید خواص خود را از طریق عملیات کار سرد مانند کشش سرد، نورد سرد و فورج سرد بدست آورند. این کلاس مزیت خاصی نسبت به مس معمولی ریخته شده نداشته و کمتر مورد استفاده قرار گرفته و به این صورت ساخته می شوند.

کلاس 2: این گروه آلیاژهای مس – کروم (Cu-Cr) هستند که ترکیب 8/0 درصد وزنی کروم و مابقی مس می باشد. مواد این کلاس دارای خواص مکانیکی بهتری نسبت به گروه کلاس 1 بوده ولی هدایت حرارتی و هدایت الکتریکی آنها نسبت به کلاس 1 کمتر است. این گروه خواص فیزیکی خوبی داشته و مقاومت آنها در برابر تغییر شکل در زیر فشارهای نسبتاً بالا آنها را به بهترین کلاس این نوع مواد تبدیل کرده است. اگر بخوایم که انواع مختلفی از مواد را در حالتهای گوناگون تنها با یک نوع الکترود خاص جوش دهیم، الکترودهای کلاس 2 انتخاب ایده آلی به حساب می آیند. این گروه کاربرد وسیعی در تولیدات انبوه در جوشکاری های نقطه ای و نواری در فولادهای کم آلیاژی، برنج و برنز دارند که شامل قسمت عمده ای از کاربرد جوشکاری مقاومتی می شود.

این گروه همچنین برای میله ها، پیچ ها، نگهدارنده ها، صفحه ها، گیره ها و انواع گوناگون اجزاء سیستم انتقال جریان در تجهیزات جوش مقاومتی مناسب هستند.

 

 

جدول 3-2 حداقل خواص مواد الكترودهاي RWMA

 

آلیاژهای کلاس 2 قابلیت عملیات حرارتی را داشته و لذا برای ریخته گری مناسب هستند. این کلاس برای رسیدن به خواص اصلی بصورت قابل ملاحظه ای مورد عملیات کار سرد قرار گرفته تا با این عملیاتها بعد از عملیاتهای حرارتی به خواص نهایی خود دست یابند.

کلاس 3: این گروه آلیاژهای مس – بریلیم (Cu-Be) با مقادیر کمی بریلیم هستند. ترکیب شیمیایی آنها 5/0% بریلیم، 1% نیکل و یا 1% کبالت و بقیه مس می باشند. مواد کلاس3 دارای خواص مکانیکی بهتری نسبت به کلاس 2 بوده ولی هدایت الکتریکی آنها نسبت به کلاس 2 پایین تر است. از الکترودهای این کلاس خصوصاً در مواردی که در آنها مقاومت الکترود در برابر تغییر شکل بسیار مهمتر از خواص هدایتی آن باشد، استفاده می شود. لذا این الکترودها ارزش زیادی در جوشکاری های نقطه ای و نواری در فشارهای بالا دارند. همچنین در مواردی که در آنها مقاومت حرارتی قطعه کار بالاست از این الکترودها استفاده می شود که به عنوان مثال از کاربردهای این الکترودها در جوشکری فولادهای زنگ نزن، آلیاژهای استحکام بالای فولاد و آلیاژهای آنیکونل استفاده می شود.

این کلاس خصوصاً برای انواع جوشکاری تحت فشار و جوشکاری مواد پوشش دار و آستردار یا لوله ها در دستگاه های جوشکاری نواری مناسب هستند.

خواص نهایی این گروه با خواص قطعه ریخته  تفاوت چندانی نداشته زیرا خواص مکانیکی بسیاری از این مواد بستگی شدید به عملیات حرارتی انجام شده روی این مواد دارند. این امر در مواد کلاس 2 کمتر مشاهده می شود. مواد کلاس 3 ممکن است که مورد کشش سرد و یا نورد سرد به مقدار ناچیزی قرار بگیرند ولی این عملیات ها تنها حدود 5% از خواص مکانیکی مورد نظر را به ماده ما می دهند و قسمت قابل توجهی از هدف این فرآیند ها برای ثابت کردن اندازه قطعه و آماده سازی نهایی (عملیات تمام کاری) آن می باشد.

کلاس 4: این گروه آلیاژهای بریلیم – مس با مقادیر بالای بریلیم (8/1%) است که حدود 3/0% نیز کبالت  دارند. مواد این کلاس قابلیت پیرسختی داشته و بیشترین مقدار سختی و مقاومت را در میان الکترودهای پایه مس دارا می باشند. توانایی بسیار پایین این مواد در انتقال حرارت و جریان الکتریکی و همچنین تمایل آنها به شکنندگی داغ موجب گرددیه که مواد این کلاس برای جوشکاری هایی که در آنها سطح برخورد نسبتاً کوچک است مانند جوشکاری نقطه ای و نواری مناسب نباشند و بیشتر برای جوشکاری های با سطح تماس زیاد مانند جوشکاری تحت فشار یا در قالب های جوشکاریهای جرقه ای کاربرد زيادي دارند.

آلیاژهای کلاس 4 قابلیت عملیات حرارتی داشته و امکان انجام این عملیات در هر مرحله ساخت و در انتهای مراحل تولید موجود است.

کلاس 5: این گروه آلیاژهای آلومینیم – برنز هستند که ترکیب آنها شامل 12 درصد آلومینیم و مابقی مس می باشد. این مواد در الکترودهای جوشکاری جرقه ای و در قالبهای دستگاه های جوشکاری لب به لب  استفاده می شوند. استحکام بالا و مقاومت بالای این مواد در برابر ساییدگی و جرقه های پیوسته آنها را برای استفاده در بسیاری از اجزاء سیستم انتقال جریان یا اجزاء ماشین های جوشکاری مقاومتی و نگهدارنده ها سودمند نموده است.

آلیاژهای خاص مانند مس – زیرکونیوم از زمانی که به عنوان یک ماده با ارزش ها و قابلیت های خاص به عنوان الکترود مورد استفاده قرار  گرفته اند با استقبال زیادی مواجه شده اند و بسیار بکار برده می شوند. خصوصاً در جوشکاری نقطه ای و نواری برای موادی با پوشش های کامل یا آبکاری شده مانند ورق های گالوانیزه شده اهنی و فولادی این الکترودها بکار برده می شوند. اگر چه خواص این مواد چنان به نظر می رسد که شرایطی مانند ترکیب کردن آلیاژهای کلاس 1 و 2 را ایجاد می کنند. اما اختلاف مشاهده شده در این خواص به اندازه اختلاف در نتایج بدست آمده ای نیست که توسط مصرف کننده های مختلف به علت های مختلف ونامعلوم و غیرقابل پیش بینی و بحث انگیز در صنعت و به خصوص در کارخانه های بزرگ تولیدی به وجود آمده است. 

– گروه B : ترکیبات فلزات دیرگذاز

این دسته از فلزات دیرگدازها نامیده می شوند زیرا بر خلاف گروه A که آلیاژهای پایه مسی هستند، این فلزات تحت تاثیر حرارت ناشی از عمل جوشکاری قرار نگرفته و تحریک نمی شوند. فلزات این گروه بصورت آلیاژی ساخته نمی شوند. بلکه به روش متالورژی پودر تهیه می شوند. مهمترین خاصیت و کاربرد این گروه در جوشکاری های با دمای بسیار بالا و همچنین جوشکاری های با مدت زمان طولانی و جوشکاری های بدون سیستم خنک کننده و یا تمرکز حرارتی بالا و یا تمرکز فشار بالا برای تسریع تغییر شکل می باشد.

کلاس های 10 و 11 و 12 مخلوطی از مس و تنگستن هستند که سختی، استحکام و دانسیته آنها بیشتر و هدایت الکتریکی آنها کمتر از کلاس های دیگر می باشد. این مواد برای پوشش دادن نوک الکترود های جوشکاری نقطه ای برای جوشکاری فلزات با سختی و مقاومت بالا مانند فولاد زنگ نزن استفاده می شوند. همچنین این مواد در جوشکاری جرقه ای، زائده ای، سر به سر به عنوان قالب های جوشکاری استفاده می شوند.

کلاس های 13 و 14: آلیاژهای ساده تجاری تنگستن و مولیبدن هستند. این مواد به طور کلی به عنوان تنها الکترودهایی که کیفیت کار ارائه شده و عمر جوش بسیار بالایی دارند برای جوشکاری و لحیم کاری فلزات غیرآهنی با هدایت الکتریکی نسبتاً بالا بکار برده می شوند و از آنجا که میل ترکیبی بسیار پایینی با قطعه کار دارند می توانند برای جوشکاری فلزاتی که هدایت بیشتری از آنها دارند بکار روند. بدون اینکه به قطعه کار بچسبند. در بسیاری از این فرآیندها جوش به جای اینکه از سطوح داخلی شروع شود عملاً از سطوح دیگر آغاز شده و کاملاً در قطعه کار نفوذ می کنند. در جوشکری کلافهای سیم های مسی و یا سیم های مسی – برنجی به یکدیگر و یا به گونه های دیگری از انواع برنزها و برنج ها عموماً از الکترودهای پوشش داده شده با مواد کلاس 12 و 13 استفاده می شود.

ب ) بررسی جنس الکترودها بنا به استاندارد ISO

کلاس بندی استاندارد ISO 5182 تقریباً مشابه کلاس بندی RWMA بوده، لذا برای جلوگیری از تکرار مطالب به این توضیح بسنده می کنیم که در این استاندارد نیز هر دو گروه A و B با خواص ذکر شده و کلاسهایی تقریباً مشابه کلاسهای گفته شده موجودند. لازم به ذکر است که در این استاندارد آلیاژ مس – زیرکونیوم در کلاس 2 که آلیاژهای مس – کروم قرار دارندجا گرفته است و خواص آن با این آلیاژها بررسی شده است. همچنین در گروه B یک کلاس اضافه نسبت به RWMA وجود دارد که کلاس 15 می باشد و آلیاژ تنگستن و نقره می باشد که بالاترین هدایت الکتریکی را در گروه B داراست ولی دمای نرم شدن آن و سختی کمتری نسبت به بقیه مواد این گروه دارد. جدول (3-3) جنس الکترودها را طبق طبقه بندی ISO نشان می دهد.

همچنین این استاندارد کاربردهای مرسوم هر کدام از این مواد را در فرآینداهی مختلف جوشکاری مقاومتی آورده است که در جدول (3-4) ملاحظه می نمایید.

 

                              جدول 3-3  : جنس الكترود بنا به استاندارد ISO

  

 

 

جدول 3-4  : كاربردهاي مهم مواد مختلف الكترودها در فرآيندهاي جوشكاري مقاومتي 

 

هرچند برای تعیین جنس الکترودها باید به کلاس بندی های رایج (مثلاً RWMA و ISO) که مربوط به بررسی جنس الکترودها هستند، مراجعه کرد. اما مشکل زمانی رخ می دهد که در شرایط خاص و موردهای ویژه ای جنس الکترود مصرفی و مورد نیاز در این گروه ها موجود نباشد و جنس الکترود کاربردی خارج از این کلاس بندی ها قرار گیرد (مثلاً الکترودی که برای جوشکاری جرقه ای آلومینیم مورد استفاده قرار می گیرد)

همچنین در شرایطی که تعریف های متداول تغییر نماید زیرا این تعریف ها در شرایط خاصی قرار گرفته، در صورتی که اندازه قطعه کار حالت آن و بسیاری از عوامل دیگر که در کیفیت و ظاهر جوش نقش موثری دارند، در انتخاب الکترود مشکل ایجاد خواهد شد. همچنین ممکن است که جنس مطلوب برای الکترود در یک جوشکاری موجود نباشد که در این موارد تنها باید با استفاده از تجربه بالا و خلاقیت انتخاب الکترود نسبتاً مناسبی را انجام داد.و همچنین ممکن است که دادن جواب مناسب برای انتخاب جنس الکترود ممکن نباشد.

سختی، هدایت الکتریکی و مقاومت در برابر تغییر شکل تحت حرارت و فشار خواصی هستند که میانگین آنها می تواند نوع مصرف الکترود را مشخص نماید. اما اشتباهی که باید از آن پرهیز کرد ارزیابی مثلاً عمر الکترود نسبت به سختی آن در دمای اتاق و یا هدایت الکتریکی آن به تنهایی است. این خواص شاید اهمیت داشته باشند اما برری آنها در شرایط خاص و کاربرد آنها در آن شرایط باید در رتبه اول اهمیت قرار گیرد. چنانکه برآیند این خواص در شرایط کاربردی باید تعیین کننده میزان توانایی الکترود باشد.

نیاز به پایین نگهداشتن دمای الکترودهای گروه A زمانی مشخص می شود که مشاهده می شودکه این آلیاژها خواص خود را در دماهای بالا از دست می دهند (شکل (3-6)). آلیاژهای کلاس 1 (طبق طبقه بندی RWMA) تنها سختی خود را با افزایش دما از دست می دهند اما پیرسختی آلیاژهای کلاس 2 و هدایت الکتریکی کلاس 3 با افزایش دما شروع به کاهش می نماید. تاثیرات دما باید در ساخت الکترودهای که با آلیاژ گروه A و یا گروه B قرار است ساخته شوند، در نظر گرفته شود. هرچند که آلیاژهای گروه B بر خلاف گروه A نشان نمی دهند که خواص شان تابع میزان حرارت و مدت زمان حرارت دیدن است. بنابراین می توان گفت که یک قانون مناسب برای کاربرد آلیاژهای گروه A استفاده از آنها در دماهای پایین و مدت زمان کوتاه کاری است.

 

شکل 3-6: نمودار سختی بر حسب دمای آنیل برای کلاس های مختلف آلیاژهای مس

 

در هر حال مساله پر اهمیت در انتخاب جنس الکترود، عمر بیشتر آن می باشد. عمر الکترود عموماً به تعداد جوشهایی که بدون تمیز کردن نوک الکترود پیش از پایین آمدن اندازه جوش از یک حد معقول می توان بر روی قطعه داد، اطلاق می شود.و اگر عمر الکترود کم باشدمی تواند باعث محدود شدن نرخ تولید شود، بدین صورت که به دلیل نیاز به تعویض و یا لکه گیری مکرر الکترودها از سرعت تولید کاسته می شود. در حال حاضر تولید بر اساس تنظیم یک شرایط اولیه جوشکاری است که این شرایط در طول عمر الکترود جوشکاری ثابت نگاهداشته می شود. اما تلاش بر این است که تولید آینده بر اساس تغییرات مرحله ای جریان و افزایش تدریجی نیروی الکترود در طول عمل الکترود باشد. هر چند در عمل، تعیین نرخ افزایش جریان و نیروی الکترود مشکل است و کاهش نیروی الکترود ناشی از افزایش قطر آن معمولاً در محاسبات در نظر گرفته نمی شود.

برخی فاکتورهای مهم و موثر در عمر الکترودها عبارتند از: هندسه الکترود، شرایط سطحی ورق، فاصله لبه، جفت شدن قطعات و خنک کردن الکترود، تغییر شکل الکترود و آلیاژ شدن بین الکترود و پوشش.

مثلاً اثبات شده است که الکترودهای گنبدی شکل یا سرگرد عمر کمتری نسبت به الکترودهای پخ زده شده مخروطی دارند. در مورد اشکال متنوع نوک الکترودهای جوشکاری مقاومتی نقطه ای در فصل دوم مطالبی گفته شده است. در شکل (3-7) دو نوع ترکیب الکترود و نگهدارنده نمایش داده شده است.

 

شکل 3-7: ترکیب های متفاوت الکترود و نگهدارنده

 

البته توجه به این نکته ضروری است که ممکن است ساقه (بدنه)  الکترود بصورت مستقیم باشد و یا خمیده که الکترودهای خمیده ممکن است یک خم داشته باشند یا دو خم. انتخاب شکل بدنه بستگی به محل جوشکاری دارد. در شکل (3-8) انواع مرسوم بدنه الکترودهای جوشکاری نقطه ای تک خم و دو خم را ملاحظه می کنید.

 

 

شکل 3-8: انواع متداول بدنه الکترودهای جوشکاری نقطه ای تک خم و دو خم

 

الکترودهای جوشکاری زائده ای باید سطوح صاف داشته باشند که بزرگتر از قطر زائده باشد. معمول این است که از الکترودهای مسطح بزرگ یا میله های مستطیلی شکل به عنوان الکترود استفاده می شود.و در شکل (3-9) ساختار متداول الکترودهای جوشکاری زائده ای را ملاحظه می کنید. اما در جوشکاری نواری همانطور که گفته شد الکترودها بصورت دیسکی یا غلطکی می باشند. شکل سطح غلطک های متنوع (شکل 3-10) می باشد ک بسته به توزیع فشار و جریان مورد نیاز در دکمه جوش و نوع مکانیزم حرکت تعیین می شود.

 

3-4-4- سیستم خنک کردن الکترودها

معمولاً توصیه می شود که برای جوشکاری مقاومتی نقطه ای ورق های فولادی غیر پوشش دار تا ضخامت 3 میلیمتر (⅛ اینچ) حداقل فلوی آب در الکترودها 4 لیتر بر دقیقه (1/1 گالن بر دقیقه) باشد. برای ورق های پوشش دار فلوی آب بالاتری پیشنهاد می شود. لوله تغذیه آب خنک کننده داخلی باید طوری تنظیم شود که آب را دقیقاً به منطقه سطح پشت الکترود که در تماس با قطعه کار است برساند. در اکثر موارد این تیوب جزئی از نگهدارنده  الکترود می باشد. ضخامت گوشه الکترود در منطقه ای که در تماس با قطعه کار است نیز نباید از مقادیر استانداردی که در RWMA و ISO داده شده است فراتر برود. دمای اب ورودی نباید از oC20 (oF 70) و دمای آب خروجی از oC30 (oF85) بیشتر شود. 

برای اطمینان از اینکه دمای آب بالاتر از مقادیر فوق نشود، بایستی منبع آب خنک کننده الکترودها را از مدار آب خنک کننده ترانسفورماتور و تایريستورها جدا کرد. برای الکترودهای بالایی و پایینی نیز مدارهای جداگانه در نظر گرفت. در جوشکاری نواری، آب خنک کننده می تواند بصورت داخلی و خارجی باشد. سیستم های خنک کاری داخلی غلطک های را خنک می کنند ولی جوش را نه. مزیت عمده این روش آن است که فرآیند بصورت خشک است و از هزینه های مربوط به سیستم فاضلاب و آلودگی آب جلوگیری می شود.و همچنین هزینه مربوط به خشک کردن آب روی قطعه که در برخی موارد ضروری است دیگر در این روش وجود ندارد (مثلاً باک بنزین اتومبیل). اگرچه قیمت دستگاه هایی که با این سیستم کار می کنند ممکن است بالاتر باشد. بنابراین قیمت عملیات خنک کاری داخلی ممکن است بالاتر از خنک کاری خارجی شود. در بعضی از سیستم های خنک کاری داخلی نباید آب مستقیماً غلطک را خنک کند و فقط شفت غلطک خنک شود کافی است. از طریف دیگر در سیستم های خنک کننده بیرونی، نازل های پاشش نقاط جدایش غلطک –  قطعه کار را هدف قرار می دهند.

فواید خنک کاری خارجی عبارتند از:

– تخریب های حرارتی سطوح جوش و پوشش کاهش یافته بنابراین قابلیت جوشکاری زیاد می شود.

– پیچش جوش کم می شود.

– خروج گازها و بخارات کمتر می شود.

– بهبود تمیز کاری غلطک ها به دلیل اینکه آب مستقیماً به داغ ترین نقطه غلطک برخورد می کند و باعث تولید یک عمل خنک کاری / کوئیچ کردن روی سطح غلطک ها می شود.

– سختی جوش زیاد می شود و استحکام جوش تحت شرایط بارگذاری بهبود می یابد (توجه برای بعضی موارد که با کوئیچ کردن ترد می شوند خنک کاری بیرونی مجاز نمی باشد).

3-5- نگهدارنده ها 

در دستگاه های جوشکاری نقطه ای الکترودها بر روی نگهدارنده هایی نصب می شوند طرح های نگهدارنده ها بسیار متنوع است که دلیل این تنوع نیز امکان موقعیت دهی مناسب الکترود به قطعه کار می باشد. نگهدارنده ها به بازوهای دستگاه جوشکری با قید و بست متصل می شوند. بیشتر آنها طوری طراحی می شوند که آب خنک کننده را به الکترودها هدایت کنند و برخی مکانیزمهای خاصی برای بیرون انداختن الکترود دارند. سه طرح اساسی در نگهدارنده ها وجود دارد. مستقیم ، آفست و عمومی یا آفست تنظیمی . این سه نوع می توانند مکانیزمهایی برای بیرون انداختن الکترود داشته باشند یا فاقد آن باشند. نگهدارنده های مستقیم از هر دو نوع (با مکانیزم بیرون انداز و بدون آب) در شکل (3-11) نمایش داده شده اند.

 

شکل 3-11: نگهدارنده های مستقیم متداول الکترودهای جوشکاری نقطه ای. نوع (A) و نوع (B) بیرون انداز و نوع (C) بدون بیرون انداز

 

درسیستم هایی که از مکانیزم بیرون انداز الکترود استفاده می کنند، بیرون انداز الکترود را با ضربه نوک بیرون انداز یا دکمه ای چکش مانند به بیرون پرتاب می کند. در سیستم هایی که بیرون انداز ندارند، بوسیله آچار فرانسه و با چرخاندن الکترود را بیرون می آورند. نگهدارنده ها در طول و قطرهای متنوعی موجود می باشند. نگهدارنده های آفست و عمومی با هدهای o30 و o90 تولید می شوند، همانطور که در شکل (3-7) نمایش داده شده است.

در برخی از نگهدارنده ها از یکسری فنر برای حرکت سریع تر سیستم استفاده می شود. نگهدارنده های الکترودهای چندتایی برای تولید دو یا بیشتر جوش نقطه ای بصورت همزان در قطعه نیز موجود می باشند. این نگهدارنده ها الکترودهای چندتایی دارایی سیستم های اعمال نیرو بصورت هیدرولیکی، مکانیکی یا فنری هستند. الکترود پایینی ممکن است یک بلوک مسطح باشد که در برابر همه الکترودهای بالایی قرار می گیرد و یا یکسری الکترود که بر روی یک بلوک نصب شده اند. از آنجا که جوش ها با استفاده از مدار موازی ساخته می شوند، تقسیم مناسب جریان برای هر جوش بستگی به مقاومت نسبی مسیرها دارد. مسیرهایی که امپدانس کمتری داشته باشند، جریان بیشتری را عبور خواهند داد و همانطور که می دانید اندازه جوش نیز به مقدار جریان عبوری وابسته است. 

 
English