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 میرسند كه طبق قانون ژول حرارت حاصل با رابطه زیر تعیین میشود.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 .
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 ) .
ثانیاً مقداری از انرژی تلف می شود .
روشهای مختلفی برای اعمال فشار پیش بینی شده است كه دو سیستم آن معمول تر است :
الف : سیستم مكانیكی همراه با پدال ، فنر و چند اهرم
ب : سیستم هوای فشرده با دریچه های اتوماتیك مخصوص كه در زمان های معینی هوای فشرده وارد سیستم می شود . این فشار و زمان قابل تنظیم و كنترل است .
در سیستم اول به علت استفاده از نیروی كارگر ممكن است فشار وارده غیر یكنواخت و در بعضی موارد كه دقت زیادی لازم است مناسب نباشد، اما در مقابل ارزان و ساده است .در سیستم هوای فشرده همانطور كه اشاره شد دقت و كنترل میزان فشار و زمان اعمال فشار بمراتب بیشتر است .
این فرآیند جوشكاری برای اتصال فلزات مختلف بكار گرفته می شود و سؤالی كه مطرح جدول (1001) بعضی مشخصات گروه B از الكترود های فرآیند جوشكاری مقاومتی خواهد شد اینست كه چگونه خواص فیزیكی این فلزات ممكن است بر روی خواص جوش یا موضع اتصال تأثیر بگذارد ؟
| كلاس 10 11 12 13 14 | سختی راكول 72 B 94 B 98 B 96 B 85 B | هدایت الكتریكی %IACS 35 28 27 30 30 | استحكام فشاریPSi 135000 160000 170000 200000 00000 |
همتنطور كه اشاره شد حرارت برای بالا بردن درجه حرارت موضع اتصال توسط عبور جریان الكتریكی و مقاومت الكتریكی بوجود می آید و یا با بیان دیگر مقاومت الكتریكی بزرگتر در زمان و شدت جریان معین تولید حرارت بالاتری می كند و برعكس . مقاومت الكتریكی یك هادی بستگی مستقیم به طول و نسبت معكوس به سطح مقطع دارد . البته جنس هادی هم كه میزان ضریب مقاومت الكتریكی است خالی از اهمیت نیست ، (قانون اهم R=PI/S) . بنابراین خصوصیت جوشكاری مقاومتی با تغییر ضخامت ورق ، تغییر مقطع تماس الكترود با قطعه و جنس قطعه تغییر می كند .
با توجه به این توضیحات جوشكاری مقاومتی بر روی ورق آلومینیمی(با ضخامت و مقطع تماس الكترود ثابت) در مقایسه با ورق فولاد زنگ نزن به شدت جریان بیشتری نیاز است (87/2=9/19P= 70stainless steel P= ). میكرواهم سانتیمتر ). (Mild steel Ap) البته چگونگی حالتهای تماس الكترود با قطعات و تماس خود قطعات عوامل دیگر هستند كه فشار الكترود ها و ناخالصی ها در بین سطوح می توانند بر روی این مقاومت ها مؤثر باشند .اثر فشار در موضع اتصال بر روی مقاومت الكتریكی تماس در سه حالت تمیزی می باشد.
فاكتور فیزیكی مهم دیگر هدایت حرارتی قطعات مورد جوش می باشد كه با ضریب هدایت حرارتی مشخص می شود .جالب توجه اینكه فلزات با هدایت الكتریكی خوب دارای هدایت حرارتی بالا هم می باشند . بنابراین در جوشكاری مقاومتی این گونه فلزات یا آلیاژ ها به شدت جریان بالاتر و زمان عمل كوتاهتر نیاز دارند ، چون حرارت به اطراف هدایت شده و اگر تمركز و شدت حرارت لازم در موضع اتصال نباشد جوشی انجام نخواهد گرفت .
در مورد فولاد معمولی نیازی به شدت جریان بالا و زمان كوتاه نیست ، اما در بعضی موارد (فولادهای خاص سختی پذیر) زمان جوشكاری زیاد احتمال جدایش رسوب كاربید(Carbide Precipitation) را افزایش می دهد بنابراین در این حالت ها نیز باید زمان عملیات جوشكاری كوتاه تنظیم شود .
خواص فیزیكی دیگر قطعه كار كه در این فرآیند خالی از اهمیت نیست : گرمای ویژه و ضریب انبساط حرارتی است . اولی برای محاسبه حرارت مورد نیاز برای ذوب موضع جوش و دومی از نظر تنش های باقیمانده ، پیچیدگی و احتمال ایجاد تركیدگی قابل ملاحظه است (گاهی اوقات عملیات حرارتی پس از جوشكاری لازم ا ست تا پیچیدگی كاهش یابد ) .
با توجه به نكات فوق می توان :
الف : فولادهای معمولی را بدون مشكل خاصی جوش مقاومتی داد.
ب : فولادهای سختی پذیر (Hardenab Steel) ،چون در الكترود سیستم آبگرد وجود دارد محل جوش و احیاناً اطراف آن سریع سرد شده و ترد و شكننده می شود و گاه لازم است عملیات حرارتی انیل كردن برروی آنها انجام شود .
ج : فولادهای زنگ نزن (Stainless Steel) ، فولادهای فریتی و مارتنزیتی كمتر با این روش جوش داده می شود . اما فولادهای آوستینی پایدار و ناپایدار را به راحتی می توان از طریق جوش مقاومتی اتصال داد ، به ویژه اینكه هدایت حرارتی و الكتریكی كمتری نسبت به فولادهای معمولی دارند و باید سیكل جوش را در زمان كوتاهتر انجام داد . البته از نظر مقاومت خوردگی محل جوش و اطراف آن مسایل مهمی وجود دارد كه هنوز هم تحقیقات زیادی را به خود اختصاص داده است .
د : فولادهای پوشش داده شده (Steel With Protective Coation) فولادها با مواد مختلف و روشهای گوناگون پوشش داده می شود كه اندود قلع ، روی و یا رنگ از آن جمله اند در مورد پوشش انواع رنگ كه اغلب هادی جریان الكتریكی نیستند باید حتماً محل جوش از رنگ تمیز شود . اما فولادهای گالوانیزه شده و پوشش قلع و غیره قابل جوشكاری مقاومتی هستند ، ولی به علت نقطه ذوب پائین این پوشش ها مقداری از آنها در محل و اطراف موضع جوش از بین می روند و از نظر عمل محافظت ضعیف می شوند و مقداری هم به الكترود می چسبند كه بالنتیجه در مورد تمیز كردن نوك الكترود ها در این مواقع دقت بیشتری لازم است . البته مخلوط شدن این مواد از قبیل قلع و روی به مذاب جوش سبب تردی جوش نیز می شود كه در مواقعی كه نیاز به استحكام و انعطاف پذیری معینی باشد باید سطوح تماس دو ورق را تمیز كرد . گاهی لازم است شرایط فشار و آمپر نیز تغییر كند .
ح : فلزات غیر آهنی ، آلیاژهای آلومینیم ، آلومینیم ـ منیزیم و آلومینیم ـ منگنز قابل جوشكاری مقاومتی هستند مشروط بر آنكه سطح اكسیدی محل جوش تمیز شده و ظرفیت دستگاه جوش باندازه كافی باشد . آلیاژهای آلومینیم ـ مس ، برنج و برنز برای این نوع جوشكاری مناسب نیستند . مس به علت هدایت الكتریكی و حرارتی بالا به دستگاه با ظرفیت خیلی بالا و الكترود های سطح سخت و یا تنگستن نیازمند است و معمولاً ورق های ضخامت بالاتر از 6/1 میلیمتر را با روش های دیگر جوشكاری اتصال می دهند. آلیاژ مونل و آلیاژهایی نیكل شبیه فولادهای زنگ نزن هستند .
عنوان صفحه
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
محصولات ویژه
مشاهده همهمحصولات مرتبط
مشاهده همه
