فرآیندهای جوشکاری مقاومتی

فرآیندهای جوشکاری مقاومتی

 

مقدمه:

در این فصل در مورد فرآیندهای مختلف جوشکاری مقاومتی و اصول کارکرد آنها و همچنین لحیم کاری نرم و سخت مقاومتی[1] مباحثی به اختصار ارائه خواهد شد تا نمایی کلی از فرآیندهای مختلف در ذهن خواننده مجسم گردد.

در فرآیندهای جوشکاری مقاومتی، اتصال دو سطح توسط حرارت و فشار تواماً انجام می گیرد. فلزات به دلیل مقاومت الکتریکی در اثر عبور جریان الکتریکی گرم شده و حتی به حالت ذوب نیز می رسند. اعمال جریان الکتریکی با چگالی زیاد در زمانهای کوتاه باعث به حالت خمیری درآمدن (قبل از ذوب) قطعه مورد جوشکاری می گردد. و اعمال نیروی فشار در زمانهای قبل و حین عبور جریان وجود یک مدار الکتریکی پیوسته را تضمین نموده و در زمان گرم شدن قطعه باعث فورج شدن  محل جوشکاری می شود این فشار بعد از قطع جریان برق هم ادامه داشته و به فورج شدن و سپس خنک شدن محل جوشکاری کمک می کند.

دمای بیشینه ای که در این فرآیندها قابل دسترسی است معمولا بالاتر از نقطه ذوب فلز پایه[2] می باشد.

ادامه بحث را بر روی اصول فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطه ای[3] متمرکز نموده بقیه فرآیندها نیز اصولی تقریبا مشابه با این فرایند را دارند، با این تفاوت که محدود تغییراتی در شکل تجهیزات ، متغیرها و تکنیک های فرایند اعمال گردیده تا متناسب با کاربرد مورد نظر قابل استفاده گردد.

 

1-2- جوشکاری مقاومتی نقطه ای:

جوشکاری مقاومتی 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. شکل (1-1) شمای کلی از این فرآیند را نشان می دهد.

 دکمه جوش

سطح تماس الکترود

الکترود

الکترود

شکل 1-1 شمائی کلی از فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطه ای

 

همانطور که گفته شد که فلزات در اثر عبور جریان الکتریکی گرم شده که طبق قانون ژول حرارت حاصل از  معادله (1-1) تعیین می شود:

Q = KRI t

معادله 1-1:

که I  شدت جریان ، R مقاومت، t زمان و Q حرارت میباشد.

فاکتورهای شدت جریان و زمان از طریق دستگاه جوشکاری 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 (1-1) شمای کلی از مقاومتهای مختلفی که در مسیر عبور جریان قرار دارند نشان داده شده اند. R فرمول ژول (1-1) معمولا مجموع مقاومتهایی است که در سیستم داریم:

R = rj

معادله 1-2:

r1 و r5 مقاومت تماس الکترودها با سطح کار[4] می باشد که مقاومتهای ناخواسته ای هستند و باعث اتلاف حرارت و نیز چسبیدن الکترود به روی سطح کار می شوند. جنس الکترود 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 کری مناسب الکترودها، مقاومت r1و 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.

r2,  r4

معادله 1-3:                              

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: 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).و 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 رویهم 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:

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

2- دمای آنیل[5] بالایی داشته باشند.

3- ضریب هدایت الکتریکی مناسب داشته باشند.

4- ضریب  هدایت حرارتی بالایی داشته باشند.

الکترودها از مواد و آلیاژهای ویژه ای ساخته می شوند که در مورد آنها در فصل دوم به طور مفصل بحث خواهد شد. همچنین در مورد اشکال مختلف مورد استفاده نیز بحث شده است.

در هر حال فرآیند جوشکاری نقطه ای، فرآیندی با بالاترین تمرکز حرارتی (حدود 95 %) و کمترین اتلاف انرژی در بین فرآیندهای مختلف جوشکاری می باشد. همچنین مشکل پیچیدگی[6] قطعه بر اثر حرارت و منطقه متاثر از حرارت[7](HAZ) در این فرآیند کمتر به چشم می خورد. همچنین محدودیت موقعیت[8] 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. محدودیتهایی نیز در این روش جوشکاری وجود دارد که عبارتند از: برای فلزاتی که هدایت حرارتی و الکتریکی بالایی دارند مشکل است و نیاز به دستگاه های مخصوصی با تمهیداتی خاص است. 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 3 تا 4 میلیمتر). 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.

/ 0 نظر / 23 بازدید