جوشکاری مقاومتی نقطه ای

در این مقاله می خوانیم:

1 جوشکاری مقاومتی نقطه ای چیست؟
2 کاربردهای جوشکاری مقاومتی نقطه ای
3 فرایند جوشکاری مقاومتی نقطه ای
4 جوشکاری مقاومتی چگونه انجام می شود؟

جوشکاری مقاومتی نقطه ای چیست؟

جوشکاری مقاومتی حاصل فرایند ترموالکتریک است که در آن پدیده جوش در اثر مقاومت دو قطعه، در برابر شدت جریان الکتریکی و با اعمال فشار ایجاد می شود. به بیان ساده تر، ابتدا فشار بر روی دو مفتول که بر روی هم قرار گرفته اند، وارد می شود. جریان الکتریکی از یک سر الکترود به نقاط اتصال دو مفتول وارد می شود و باعث ایجاد گرمایش مقاومتی می شود که منجر به ذوب فلز و تشکیل نقطه جوش می شود. به این فرایند جوش مقاومتی گفته می شود.

کاربردهای جوشکاری مقاومتی نقطه ای

جوشکاری مقاومتی در جاهایی مورد استفاده قرار می گیرد که شرایط تولید محصول مورد نظر، یکنواخت است.
این قابلیت را دارد که حجم بالایی از محصول را در مدت زمان کم و با سرعت بالا تولید کند و نیازی به مواد پرکننده ندارد.
اپراتور دستگاه نیاز به تخصص خاصی ندارد.
جوشکاری مقاومتی می تواند در بخش های مختلفی مورد استفاده قرار گیرد. زیرا یک فرایند ساده، ارزان و همه کاره است.

فرایند جوشکاری مقاومتی نقطه ای

جوشکاری مقاومتی با بسیاری از جوشکاری های دیگر نظیر جوشگاری میگ مگ، جوشکاری تیگ و جوش آرگون متفاوت است. از پرکننده استفاده نمی کند.

سه فاکتور در جوشکاری مقاومتی دخیل است:

شدت جریانی که از قطعه کار عبور می کند.
فشاری که الکترودها به سطح قطعه وارد می کنند.
مدت زمانی که جریان الکتریسیته از قطعه کار عبور می کند.

شدت جریان در اثر عبور از قطعه کار مقاومت و در نتیجه گرما ایجاد می کند. نیرویی که قبل از جوش، در حین جوش و بعد از جوش به قطعه وارد می شود، باعث می شود که دو قطعه مفتول، در نقطه اتصال، به هم جوش داده شوند. در کل چرخه جوشکاری، برای اطمینان از اینکه یک مدار الکتریکی پیوسته وجود دارد، فشار مورد نیاز است.

سرعت ایجاد جوش مقاومتی کسری از ثانیه است. با این حال هر فرایند چرخه زمانی خاص خود را دارد. که از سه بخش قبل از جوش (مرحله گرم شدن مفتول ها) در حین جوش (زمانی که سطح تماس مفتول ها ذوب می شود) و بعد از جوش (مرحله سرد شدن) تشکیل می شود.

عملیات جوشکاری مقاومتی به صورت اتوماتیک انجام می شود. فشار به یکی از سه صورت مکانیکی، هیدرولیکی و پنوماتیک می تواند اعمال شود. هنگامی که اپراتور دستگاه، جوشکاری را آغاز می کند، کنترل جریان کاملا اتوماتیک است. شدت جریان، چرخه زمانی، فشار و حرکت قبلا توسط برنامه نویس PLC تعریف می شود. برنامه های جوشکاری مقاومتی می تواند بسیار پیچیده باشد. از این جهت، کیفیت جوش مقاومتی بیشتر به تنظیمات تجهیزات جوشکاری بستگی دارد نه به مهارت اپراتور دستگاه.

اساس جوشکاری نقطه ای مقاومتی این است که مطابق قانون اهم، شدت جریان بالا در ولتاژ پایین از مدار عبور می کند.

(الف) I شدت جریان در واحد آمپر ، E ولتاژ در واحد ولت ، و R مقاومت مواد در واحد اهم است.
کل انرژی با این فرمول بیان می شود:
انرژی = I x E x T که در آن T مدت زمانی است که جریان در مدار جریان می یابد.

(ب) ترکیب این دو معادله، انرژی گرمایی را می دهد:

H (heat energy) =I^2 x R x T x K

در معادله فوق K میزان تلفات حرارتی از طریق رسانایی و تابش است.

فرایند گرمایش مقاومتی بین دو قطعه فلز رخ می دهد. شدت جریان در الکترودها و فلز جریان می یابد و باعث تشکیل نقطه جوش می شود. هنگامی که جریان جوشکاری خاموش می شود، جوش سرد می شود و باعث می شود نقطه جوش در حین اتصال دو قطعه فلزی محکم شود.

جوشکاری مقاومتی چگونه انجام می شود؟

هنگامی که دو سطح بر روی هم قرار میگیرند (در مقیاس میکروسکوپی سطوح ناهموار هستند)، در نقاطی که تماس برقرار می شود، با فشار دو قطعه فلزی بر روی یکدیگر، لایه اکسید می شکند و نقاط اتصال، بین دو سطح فلز ایجاد می شود. سپس جریان از طریق قطعات مس از سطح وسیعی عبور می کند. از آنجا که جریان از طریق مجرای باریکی در نقطه اتصال، عبور می کند، این حرکت شدت جریان، چگالی جریان را افزایش می دهد و تولید گرما موجب ذوب شدن دو سطح قطعه کار می شود. فلز مذاب همچنین مقاومت بالاتری نسبت به فلز جامد دارد و جریان را به سمت نقاط اتصال جدید هدایت می کند. این فرایند ادامه می یابد تا کل سطح ذوب شود. هنگامی که جریان الکتریسیته قطع می شود، ابتدا الکترودها خنک می شوند سپس فلز مذاب را خنک می کند. وقتی همه چیز جامد می شود جوش تشکیل می شود.

قابلیت جوشکاری

قابلیت جوشکاری توسط سه فاکتور قابل کنترل است:

مقاومت
رسانایی گرمایی
دمای ذوب

فلزات با مقاومت بالا در برابر شدت جریان، رسانایی گرمایی پایین و دمای ذوب نسبتا پایین، به راحتی قابل جوشکاری هستند. همه فلزات آهنی در این دسته بندی قرار می گیرند.

فلزاتی که مقاومت کمتری دارند اما رسانایی گرمایی بالایی دارند، جوشکاری آنها کمی مشکل خواهد بود. این مورد شامل فلزات سبک، آلومینیوم و منیزیم است.

دسته سوم فلزاتی هستند که به دلیل رسانایی حرارتی بسیار بالا و ضریب جوش پایین، جوشکاری آنها بسیار دشوار است. فلزات گرانبها همانند نقره، طلا و مس در این دسته قرار می گیرند.

دسته چهارم فلزات نسوز هستند که نقطه ذوب بسیار بالایی دارند و جوشکاری آنها بسیار بسیار دشوار است همانند تنگستن.

قابلیت جوشکاری را می توان با استفاده از فرمول زیر برای فلزات بدست آورد:
W = R / FKt x 100

در این فرمول W نشان دهنده میزان قابلیت جوشکاری است. R مقاومت، F دمای ذوب فلز در واحد سانتیگراد، Kt رسانایی حرارتی نسبی در مس که برابر 1.00 است.

در این فرمول، W یا قابلیت جوش پذیری بالاتر از 2.0 عالی است.

در این فرمول ، فولاد ملایم دارای قابلیت جوش پذیری بالای 10 است. بسته به آلیاژ ، آلومینیوم دارای ضریب جوش پذیری از 1 تا 2 است و دارای قابلیت جوش پذیری خوبی هستند.

فلزات اساسی قابل جوش با فرایند جوشکاری مقاومتی

بر حسب ضخامت فولاد و جنس قطعه، دستگاه برنامه ریزی می شود. بنابراین جنس قطعه نیز از جمله عوامل موثر برای طراحی و ساخت دستگاه جوش مقاومتی نقطه ای است. این فلزات شامل: آلومینیوم، منیزیم، نیکل، فلزات گرانبها، فولاد کم کربن، فولاد ضد زنگ هستند.

الکترودها در جوشکاری مقاومتی

الکترودها از نظر شکل هندسی، متفاوت هستند. الکترودها به منظور بهبود عملکرد الکتریکی-حرارتی-مکانیکی انتخاب می شوند.

قطر ناحیه سطح تماس الکترود در کیفیت جوشکاری بسیار موثر است. اگر ناحیه تماس، بسیار کوچک باشد نقطه جوش دارای استحکام کافی نخواهد بود. اگر سطح تماس الکترود بیش از حد بزرگ باشد، کیفیت جوش مطلوب نخواهد بود.

الکترود باید بتواند:

جربان را به قطعه کار منتقل کند
به صورت مکانیکی بین دو قطعه کار فشار ایجاد کند
حرارت را از قطعه کار هدایت کند

جنس الکترودها باید به گونه ای باشد که در عین حال که شدت جریان را هدایت می کند و در نقطه جوش گرما تولید می کند، فشار وارده را در دمای بالا تحمل کند.

جنس الکترودها برای جوش مقاومتی به سه دسته زیر تقسیم می شود:

گروه الف- شامل آلیاژ بر پایه مس هستند. نمونه های متداول عبارتند از:

کلاس 1: 99% مس و 1% کادمیم. به دلیل رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا، برای جوش نقطه ای در آلیاژهای آلومینیوم، منیزیم، برنج و برنز به کار می رود.

کلاس 2: 99.2% مس و 0.8% کروم. این نوع آلیاژ غالبا برای الکترود در جوشکاری نقطه ای و جوشکاری درزی مقاومتی مورد استفاده قرار می گیرد. نسبت به کلاس 1 دارای رسانایی الکتریکی و حرارتی کمتری است.

گروه ب- شامل فلزات نسوز و کامپوزیت فلزات نسوز است.

گروه پ- شامل ترکیب مواد خاصی مثل مس تقویت شده با پراکندگی است.

* الکترودهای رسانایی مثل مس برای جوشکاری مواد مقاوم مانند نیکل یا فولاد ضد زنگ استفاده می شود.

* الکترودهای مقاوم مثل molybdenum برای جوشکاری فلزات رسانا مانند طلا یا مس استفاده می شود.

مزایای جوشکاری مقاومتی

زمان فرایند جوشکاری مقاومتی، معمولا کمتر از 0.1 ثانیه است.

برای ورق هایی با ضخامت کمتر از 1.4 اینچ (6.35 میلیمتر) بسیار مناسب است.

برای جوشکاری به هیچ گونه فلز یا ماده پر کننده ای نیاز ندارد.

به دلیل نیاز به ولتاژ پایین، ایمنی بالایی دارد و احتمال برق گرفتگی صفر درصد است.

از جمله فرایندهای صنعتی است که به محیط زیست آسیب نمی زند.

نقطه جوش دارای مقاومت و کیفیت بسیار بالایی است.

جوشکاری مقاومتی در صنایع مختلف به ویژه صنعت خودروسازی و لوازم خانگی، به دلیل مزایایی که دارد بسیار مورد استفاده است.

به طور میانگین در ساخت هر خودرو نیاز است که 5000 جوش مقاومتی انجام شود. بنابراین سرعت انجام جوش نقطه ای، بسیار مهم است. امروزه رباتهای خودروسازی مجهز به فناوری جوشکاری مقاومتی هستند.