Zgrzewanie punktowe
Zgrzewanie punktowe (lub oporowe zgrzewanie punktowe ) jest rodzajem elektrycznego zgrzewania oporowego stosowanego do spawania różnych wyrobów z blachy w procesie, w którym stykające się punkty powierzchni metalu są łączone ciepłem uzyskanym z rezystancji prądu elektrycznego .
W procesie wykorzystuje się dwie ukształtowane elektrody ze stopu miedzi , które skupiają prąd spawania w małym „punkcie” i jednocześnie zaciskają ze sobą arkusze. Elementy obrabiane są utrzymywane razem pod naciskiem wywieranym przez elektrody. Zwykle arkusze mają grubość w zakresie od 0,5 do 3 mm (0,020 do 0,118 cala). Przepuszczenie dużego prądu przez punkt spowoduje stopienie metalu i utworzenie spoiny. Atrakcyjną cechą zgrzewania punktowego jest to, że duża ilość energii może zostać dostarczona do miejsca w bardzo krótkim czasie (około 10–100 milisekund). Pozwala to na zgrzewanie bez nadmiernego nagrzewania pozostałej części arkusza.
Ilość ciepła (energii) dostarczonego do miejsca zależy od rezystancji między elektrodami oraz wielkości i czasu trwania prądu. Ilość energii dobierana jest do właściwości materiału arkusza, jego grubości oraz rodzaju elektrod. Zastosowanie zbyt małej energii nie stopi metalu lub spoina będzie słaba. Zastosowanie zbyt dużej energii spowoduje stopienie zbyt dużej ilości metalu, wypchnięcie stopionego materiału i powstanie dziury zamiast spoiny. Inną cechą zgrzewania punktowego jest to, że energia dostarczana do miejsca może być kontrolowana w celu uzyskania niezawodnych spoin.
Proces i wyposażenie
Zgrzewanie punktowe obejmuje trzy etapy; z których pierwszy polega na doprowadzeniu elektrod do powierzchni metalu i zastosowaniu niewielkiego nacisku. Prąd z elektrod jest następnie przykładany na krótko, po czym prąd jest usuwany, ale elektrody pozostają na miejscu, aby materiał ostygł. Czasy spawania wahają się od 0,01 s do 0,63 s w zależności od grubości metalu, siły nacisku elektrody oraz średnicy samych elektrod. [ potrzebne źródło ]
Sprzęt używany w procesie zgrzewania punktowego składa się z uchwytów narzędziowych i elektrod. Uchwyty narzędziowe działają jak mechanizm utrzymujący elektrody na miejscu, a także wspierają opcjonalne węże wodne, które chłodzą elektrody podczas spawania. Metody mocowania narzędzi obejmują przesunięcie łopatkowe, lekkie, uniwersalne i regularne. Elektrody są generalnie wykonane ze stopu o niskiej rezystancji, zwykle miedzi, i mają wiele różnych kształtów i rozmiarów, w zależności od wymaganego zastosowania.
Dwa spawane ze sobą materiały nazywane są przedmiotami obrabianymi i muszą przewodzić prąd. Szerokość przedmiotów obrabianych jest ograniczona długością gardzieli urządzenia spawalniczego i zwykle mieści się w zakresie od 5 do 50 cali (13 do 130 cm). Grubość przedmiotu obrabianego może wynosić od 0,008 do 1,25 cala (0,20 do 32 mm).
Po usunięciu prądu z przedmiotu obrabianego jest on chłodzony przez otwory chłodzące w środku elektrod. Zarówno woda, jak i roztwór solanki mogą być stosowane jako chłodziwa w mechanizmach zgrzewania punktowego.
W przypadku punktowego zgrzewania oporowego wyróżnia się dwie główne części systemu narzędziowego, których cechy mają zasadniczy wpływ na cały proces: pistolet i jego rodzaj oraz rozmiar i kształt elektrody. W takich zastosowaniach, gdzie układ uchwytu powinien być jak najbardziej sztywny ze względu na duże siły przykładania (np. spawanie grubych materiałów), powszechnie stosuje się pistolet typu C. Oprócz wysokiej wynikającej z tego sztywności, układ ten prowadzi do dużej elastyczności oprzyrządowania, ponieważ ruch elektrod jest współliniowy. W przeciwieństwie do typu C, tak zwany układ typu X zapewnia mniejszą sztywność, chociaż osiągalna przestrzeń robocza jest znacznie większa niż w przypadku typu C, stąd ten układ jest bardzo powszechny tam, gdzie obrabiane są cienkie i płaskie przedmioty (np. produkcja płyty podłogowej lub panelu dachowego). Oferuje jednak mniejszą elastyczność w zakresie oprzyrządowania, ponieważ ścieżki poruszających się elektrod nie są współliniowe (jak końcówki nożyczek), dlatego należy zastosować końcówkę elektrody w kształcie kopuły.
Elektrody stosowane w zgrzewaniu punktowym mogą się znacznie różnić w zależności od zastosowania. Każdy styl narzędzia ma inny cel. Elektrody promieniowe są używane do zastosowań wymagających wysokiej temperatury, elektrody ze ściętą końcówką do wysokich ciśnień, elektrody mimośrodowe do spawania narożników, końcówki mimośrodowe z przesunięciem do sięgania do narożników i małych przestrzeni, a wreszcie elektrody ze ściętą końcówką do sięgania do samego przedmiotu obrabianego.
Charakterystyka
Proces zgrzewania punktowego ma tendencję do utwardzania materiału, powodując jego wypaczanie. Zmniejsza to wytrzymałość zmęczeniową materiału i może rozciągać materiał, a także wyżarzać . Fizyczne efekty zgrzewania punktowego obejmują pęknięcia wewnętrzne, pęknięcia powierzchniowe i zły wygląd. Pęknięcie wokół samorodka spoiny zostanie rozszerzone pod zewnętrznym obciążeniem lub zmęczeniem, powodując inny rodzaj uszkodzenia. Wpływ na właściwości chemiczne obejmuje wewnętrzną odporność metalu i jego właściwości korozyjne.
Czasy spawania są często bardzo krótkie, co może powodować problemy z elektrodami — nie mogą one poruszać się wystarczająco szybko, aby utrzymać zaciśnięty materiał. Kontrolery spawalnicze użyją podwójnego impulsu, aby obejść ten problem. Podczas pierwszego impulsu styk elektrody może nie być w stanie wykonać dobrej spoiny. Pierwszy impuls zmiękczy metal. Podczas przerwy między dwoma impulsami elektrody zbliżą się do siebie i zapewnią lepszy kontakt.
Podczas zgrzewania punktowego duży prąd elektryczny indukuje duże pole magnetyczne, a prąd elektryczny i pole magnetyczne oddziałują ze sobą, tworząc również duże pole magnetyczne, które powoduje, że stopiony metal porusza się bardzo szybko z prędkością do 0,5 m /S. W związku z tym rozkład energii cieplnej w zgrzewaniu punktowym może zostać radykalnie zmieniony przez szybki ruch stopionego metalu. Szybki ruch w zgrzewaniu punktowym można zaobserwować przy fotografowaniu z dużą szybkością.
Podstawowa zgrzewarka punktowa składa się z zasilacza, zasobnika energii (np. baterii kondensatorów), wyłącznika, transformatora spawalniczego oraz elektrod spawalniczych. Element magazynujący energię umożliwia spawaczowi dostarczanie wysokich chwilowych poziomów mocy. Jeśli zapotrzebowanie na moc nie jest wysokie, element magazynujący energię nie jest potrzebny. Przełącznik powoduje, że zmagazynowana energia jest odprowadzana do transformatora spawalniczego. Transformator spawalniczy obniża napięcie i zwiększa prąd. Ważną cechą transformatora jest to, że zmniejsza on poziom prądu, który musi obsłużyć przełącznik. Elektrody spawalnicze są częścią obwodu wtórnego transformatora. Istnieje również skrzynka kontrolna, która zarządza przełącznikiem i może monitorować napięcie lub prąd elektrody spawalniczej.
Opór stawiany spawaczowi jest skomplikowany. Istnieje rezystancja uzwojenia wtórnego, kabli i elektrod spawalniczych. Istnieje również rezystancja styku między elektrodami spawalniczymi a przedmiotem obrabianym. Istnieje rezystancja przedmiotów obrabianych i rezystancja styku między przedmiotami obrabianymi.
Na początku spoiny rezystancje styków są zwykle duże, więc większość energii początkowej zostanie tam rozproszona. To ciepło i siła docisku zmiękczą i wygładzą materiał na styku elektroda-materiał i zapewnią lepszy kontakt (to znaczy obniżą rezystancję styku). W konsekwencji więcej energii elektrycznej trafi do przedmiotu obrabianego i rezystancji połączenia dwóch przedmiotów obrabianych. Ponieważ energia elektryczna jest dostarczana do spoiny i powoduje wzrost temperatury, elektrody i przedmiot obrabiany odprowadzają to ciepło. Celem jest zastosowanie wystarczającej energii, aby część materiału w miejscu stopiła się bez stopienia całego miejsca. Obwód plamki odprowadzi dużo ciepła i utrzyma obwód w niższej temperaturze. Wnętrze plamy odprowadza mniej ciepła, więc topi się jako pierwsze. Jeśli prąd spawania jest przykładany zbyt długo, całe miejsce topi się, materiał wyczerpie się lub w inny sposób ulegnie uszkodzeniu, a „spoina” stanie się dziurą.
Napięcie potrzebne do zgrzewania zależy od wytrzymałości spawanego materiału, grubości blachy oraz pożądanej wielkości bryłki. Podczas spawania typowej kombinacji, takiej jak blacha stalowa 1,0 + 1,0 mm, napięcie między elektrodami wynosi tylko około 1,5 V na początku spoiny, ale może spaść nawet do 1 V na końcu spoiny. Ten spadek napięcia wynika ze zmniejszenia rezystancji spowodowanego stopieniem przedmiotu obrabianego. Napięcie obwodu otwartego z transformatora jest wyższe niż to, zwykle w zakresie od 5 do 22 woltów.
Opór miejsca spawania zmienia się w miarę jego przepływu i skraplania . Nowoczesne urządzenia spawalnicze mogą monitorować i korygować spoinę w czasie rzeczywistym , aby zapewnić spójną spoinę. Sprzęt może dążyć do kontrolowania różnych zmiennych podczas spawania, takich jak prąd, napięcie, moc lub energia.
Rozmiary spawarek wahają się od 5 do 500 kVA. Mikrozgrzewarki punktowe, stosowane w różnych gałęziach przemysłu, mogą zejść do 1,5 kVA lub mniej w przypadku potrzeb precyzyjnego spawania.
Często zdarza się, że krople stopionego metalu (iskry) są wyrzucane z obszaru spoiny podczas procesu.
Punktowe zgrzewanie oporowe nie generuje jasnego łuku, więc ochrona przed promieniowaniem UV nie jest wymagana. OSHA wymaga przezroczystych osłon twarzy lub gogli do ochrony przed rozpryskami, ale nie wymaga żadnych soczewek filtrujących.
Aplikacje
Zgrzewanie punktowe jest zwykle stosowane przy spawaniu określonych rodzajów blach , zgrzewanej siatki drucianej lub siatki drucianej . Grubszy materiał jest trudniejszy do spoiny punktowej, ponieważ ciepło łatwiej przepływa do otaczającego metalu. Zgrzewanie punktowe można łatwo zidentyfikować na wielu wyrobach z blachy, takich jak metalowe kubły. Stopy aluminium mogą być zgrzewane punktowo, ale ich znacznie wyższa przewodność cieplna i elektryczna wymaga wyższych prądów spawania. Wymaga to większego, mocniejszego i droższego spawania transformatory .
Być może najczęstszym zastosowaniem zgrzewania punktowego jest przemysł motoryzacyjny , gdzie jest on używany prawie powszechnie do spawania blach w celu utworzenia samochodu. Zgrzewarki punktowe mogą być również całkowicie zautomatyzowane , a wiele robotów przemysłowych spotykanych na liniach montażowych to zgrzewarki punktowe (innym głównym zastosowaniem robotów jest malowanie).
Zgrzewanie punktowe jest również stosowane w klinice ortodontycznej, gdzie sprzęt do zgrzewania punktowego na małą skalę jest używany podczas zmiany rozmiaru metalowych „pasm trzonowych” stosowanych w ortodoncji .
Innym zastosowaniem jest zgrzewanie punktowe pasków do akumulatorów niklowo-kadmowych , niklowo-wodorkowych lub litowo-jonowych do produkcji akumulatorów. Ogniwa są łączone za pomocą zgrzewania punktowego cienkich niklowych pasków do zacisków akumulatora. Zgrzewanie punktowe może zapobiec nadmiernemu nagrzaniu akumulatora, co mogłoby się zdarzyć, gdyby wykonano konwencjonalne lutowanie.
Dobra praktyka projektowa musi zawsze uwzględniać odpowiednią dostępność. Aby zapewnić wysoką jakość spoin, powierzchnie łączące powinny być wolne od zanieczyszczeń, takich jak zgorzelina, olej i brud. Grubość metalu na ogół nie jest czynnikiem decydującym o dobrych spoinach.
modyfikacje
Zgrzewanie garbowe to modyfikacja zgrzewania punktowego, w której spoina jest zlokalizowana za pomocą uniesionych sekcji lub występów na jednym lub obu łączonych przedmiotach. Ciepło koncentruje się na występach, co pozwala na spawanie cięższych sekcji lub bliższych odstępów między spoinami. Występy mogą również służyć jako środki pozycjonowania przedmiotów obrabianych. Do zgrzewania kołków często stosuje się zgrzewanie garbowe , nakrętki i inne gwintowane części maszyn do metalowej płyty. Jest również często używany do łączenia skrzyżowanych drutów i prętów. Jest to kolejny proces o wysokiej wydajności, a wiele spoin garbowych można ułożyć poprzez odpowiednie projektowanie i osadzanie.
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- na YouTube (od 8 do 9 minut) przez American Welding Society