مقاله شماره 5 : فرآیند جوش نقطه ای

omid_bi

عضو جدید
فرآيند جوش نقطه‌اي RESISTANCE SPOT WELDING:

جوش نقطه‌اي يكي از پركاربردترين نوع جوش مقاومتي مي‌باشد كه در ايران خودرو نيز براي اتصال قسمت‌هاي مختلف بدنه اتومبيل به يكديگر بيشتر از جوش نقطه‌اي استفاده مي‌شود. اين فرآيند براي اتصال ورق‌هاي لب روي هم، يا سيم به ورق و يا سيم بر روي سيم بكار برده مي شود و در آن قطعه كار بين الكترودها تحت فشار قرار گرفته و جريان توسط تراسفورماتور و بازوها از الكترودها و سپس قطعه كار عبور مي كند، اين فرآيند كاربرد زيادي در صنايع لوازم خانگي و اتومبيل سازي دارد. در اين جوش اتصال دو سطح توسط حرارت و فشار تواماً انجام مي گيرد كه وقتي جريان الكتريكي از ميان دو قطعه فلزي كه بهم چسبيده اند عبورمي كند، مقاومت زياد موضعي موجب توليد گرماي فوق العاده زيادي مي شود. در صورتي كه جريان كافي بكار رود، فلزات مورد استفاده ابتدا در حالت خميري قرار گرفته و سپس ذوب مي شوند. اگر هنگامي كه دو فلز در حالت خميري يا مذاب قرار دارند به يكديگر فشار داده شوند و تا كمي بعد از قطع جريان و خنك شدن در همان وضعيت باقي بمانند، دو قطعه در هم آميخته شده و به صورت يك قطعه واحد در مي آيند، كه در اين حالت جوش بصورت دكمه يا ديسك هايي بين دو لايه ورق بوجود مي آيد كه با توجه به سرعت انجام اين عمل، بسياري از خواص فيزيكي آنها دست نخورده باقي خواهند ماند.

عوامل موثر بر جوش نقطه‌اي :

توليد گرما در يك تماس الكتريكي به سه فاكتور بستگي دارد كه با اين فرمول نشان مي‌دهيم Q = RTI2

I = شدت جريان بر حسب آمپر

R = مقاومت بر حسب اهم

T = زمان بر حسب ثانيه

Q = حرارت بر حسب ژول

فاكتورهاي شدت جريان و زمان از طريق دستگاه جوش قابل كنترل هستند، اما مقاومت الكتريكي به عوامل مختلف بستگي دارد از جمله:

جنس و مقاومت قطعه كار

فشار بين الكترودها

اندازه و فرم و جنس الكترودها

چگونگي سطح كار (صافي و تميزي آن)

كاربرد صحيح جوش نقطه اي به عملكرد مناسب و كنترل متغيرهاي زير بستگي دارد:

جريان (current)

فشار (pressure)

زمان (time)

مساحت نوك الكترود (contact area electrode)

تعادل حرارتي

">اثر جريان:


به دليل توان دو، جريان الكتريكي بيشترين اثر را در ايجاد گرما دارد كه افزايش آن باعث افزايش جنبش مولكولي و افزايش مقاومت جوش مي شود، ولي اگر جريان بيش از اندازه گردد حرارت در ناحيه جوش بسيار بالا رفته و ذوب فلز تا سطح آن گسترش مي يابد و فضاي خارج از الكترود ذوب شده و در نتيجه باعث پاشيدن فلز مذاب مي گردد. پس در اين جوش، به جريان كافي براي گرم كردن فلزات و رساندن آنها به حد خميري نياز است. مقدار جريان براي جوش را با توجه به ضخامت ورق و كلاس جوش مي توان با استفاده از قسمت كنترل جريان كه بر روي دستگاه پيش بيني شده است، تنظيم كرد.

اثر حرارت:

مجموع حرارت توليد شده متناسب با زمان جوش است بالاجبار مقداري از حرارت به وسيله انتقال به فلز پايه الكترودها تلف خواهد شد، مقدار كمي از تلفات نيز به وسيله تشعشع است. طولاني شدن بيش از اندازه زمان جوش همان اثر شدت جريان بيش از اندازه را بر روي فلز اصلي و الكترودها مي گذارد از اين گذشته اثري كه در فلز پايه در ناحيه جوش به وجود مي آيد بيش از اندازه خواهد شد. كم بودن زمان جوش باعث مي گردد ناحيه ذوب به دماي مناسب نرسد و در نتيجه عدسي جوش تشكيل نشده يا عدسي تشكيل شده در حد مطلوب نباشد

اثر فشار:

الف) فشار چكشي ب) فشار جوش


فشار جوش:


تأثير مقاومت R در فرمول حرارت به صورت فشار جوشكاري نمايان مي شود كه آن نيز متأثر از مقاومت سطح تماس بين قطعات كار است. قطعات كار در عمليات نقطه جوش، درز جوش و پرس جوش بايستي محكم به يكديگر در محل جوش بچسبند تا جريان الكتريكي قادر باشد از آنها عبور كند. با افزايش فشار، مقاومت تماس و حرارت توليد شده در فصل مشترك كاهش مي يابد. با كاهش حرارت در سطح، شدت جريان و زمان جوش بايستي افزايش يابد تا كاهش مقاومت جبران شود. با افزايش فشار، نسبت بين سطح تماس حقيقي به سطح تماس اسمي افزايش يافته و لذا مقاومت كم مي گردد. كاهش فشار بيش از اندازه باعث مي شود سطح تماس واقعي دو فلز كم شده و در نتيجه دانسيته جريان بالا رفته و حرارت بيش از اندازه توليد مي گردد از سوي ديگر فشار مذاب بين دو قطعه باعث پرتاب شدن مذاب به خارج از ناحيه جوش شده و در جوش جرقه ايجاد مي كند.

فشار چكشي:

فشاري است كه بعد از قطع جريان جوشكاري، قطعات مورد نظر به هم وارد مي كنند.

سيكل جوشكاري:

در حين جوش نقطه اي چهار فاصله زماني وجود دارد:

زمان فشار قبل از جوش: فاصله زماني ما بين وارد آمدن نيرو تا بكار گرفتن جريان. اين زمان براي اطمينان از اتصال كامل الكترودها به قطعه كار و كامل شدن نيروي الكترود قبل از برقراري جريان جوش است.

زمان جوش: زماني كه جريان براي ايجاد يك جوش داخل قطعه برقرار مي گردد

زمان نگه داشتن بعد از جوش: زماني كه بعد از قطع جريان الكترودها هنوز بر روي قطعه كار قرار دارند. در خلال اين زمان عدسي جوش جامد و سرد شده و مقاومت آن به حد كفايت مي رسد.

زمان خاموش: فاصله زماني بين آزاد شدن الكترودها پس از خنك شدن جوش و آغاز سيكل بعدي را مي گويند.

براي اصلاح خواص مكانيكي و فيزيكي جوش مي توان يكي يا بيش از يكي از حالت هاي زير را در سيكل جوش ايجاد نمود.

نيروي پيش فشار براي قرار گرفتن الكترودها و قطعات كار با هم

عمليات پيش گرم براي كاهش دادن گراديان دما در زمان شروع جوشكاري

زمان سرد كردن و عمليات حرارتي براي بدست آوردن خواص مقاومتي جوش آلياژهاي فولاد سخت شونده

عمليات پس گرم براي تنظيم كردن اندازه دانه جوش در فولادها

جريان آرام براي سرد شدن (به ويژه در آلياژهاي آلومينيم)

از نظر اقتصادي لازم است كه فاكتور زمان حتي المقدور كاهش يابد.

مساحت نوك الكترود:

اندازه جوش بوسيله مساحتي كه در تماس با نوك الكترودها است كنترل مي شود و اين مساحت را مي توان متناسب با نيازهاي هر كار و با استفاده از زوج الكترودهاي گوناگون به دلخواه تغيير داد.

چگالي جريان فشار:

از حاصل تقسيم مقدار جريان عبوري بر سطح مقطع چگالي جريان الكتريكي بر حسب A/mm2 و از تقسيم مقدار نيرو به سطح مقطع چگالي نيرو بر حسب Kg/mm2 بدست مي آيد. چگالي جريان در واقع بيانگر دو پارامتر مقدار جريان و سطح الكترود در جوشكاري است. انتخاب مقدار مناسب چگالي جريان باعث افزايش راندمان جوش و كم كردن اتلاف انرژي مي گردد. هنگامي كه چندين نقطه جوش ايجاد شد معمولاً سطح الكترود قارچي شده و باعث مي گردد چگالي جريان الكتريكي از حد مجاز كمتر شده و جوش انجام نشود. براي رفع اين نقيصه در سيستم هاي فرمان افزايش پله اي يا يكنواخت جريان مناسب با تعداد جوش پيش بيني مي گردد و در مورد چگالي نيرو نيز با افزايش سطح مقطع الكترود چگالي كاهش پيدا كرده و باعث عدم اجراي جوش مي گردد و براي رفع آن از رگولاتورهاي تنظيم كننده فشار استفاده مي شود.

خواص فيزيكی:

در اين قسمت مي خواهيم بدانيم خواص فيزيكي چگونه بر خواص جوش تأثير مي گذارد.

در اثر بالا بودن درجه حرارت موضع اتصال، حرارت، توسط عبور جريان الكتريكي و مقاومت الكتريكي بوجود مي آيد و يا به بيان ديگر مقاومت الكتريكي بزرگتر در زمان و شدت جريان معين، توليد حرارت بالاتري مي كند و بر عكس.

مقاومت الكتريكي يك هادي بستگي مستقيم به طول و نسبت معكوس به سطح مقطع دارد. البته جنس هادي هم كه ميزان ضريب مقاومت الكتريكي است خالي از اهميت نيست، (R = pl/s) بنابراين خصوصيت جوشكاري نقطه اي با تغيير ضخامت ورق، تغيير مقطع تماس الكترود با قطعه و جنس قطعه تغيير مي كند.

فاكتور فيزيكي مهم ديگر هدايت حرارتي قطعات مورد جوش مي باشد كه با ضريب هدايت حرارتي مشخص مي شود. جالب است بدانيد كه فلزات با هدايت الكتريكي خوب داراي هدايت حرارتي خوب نيز مي باشند، در نتيجه اين فلزات يا آلياژها به شدت جريان بالا و زمان عمل كوتاه نياز دارند، چون حرارت به اطراف هدايت شده و اگر تمركز و شدت حرارت لازم در موضع اتصال نباشد، جوشي انجام نخواهد گرفت. در مورد فولادهاي معمولي نيازي به شدت جريان بالا و زمان كوتاه نيست، ولي در فولادهاي سختي پذير، به علت جدايش رسوب كاربيد، زمان جوشكاري بايد كوتاه تنظيم شود.

خواص فيزيكي ديگر قطعه كار گرماي ويژه و ضريب انبساط حرارتي است كه گرماي ويژه براي محاسبه حرارت مورد نياز براي ذوب موضع جوش و ضريب انبساط حرارتي از نظر تنش هاي باقي مانده، پيچيدگي و احتمال ايجاد تركيدگي مهم مي باشند كه براي كاهش پيچيدگي لازم است كه عمليات حرارتي نهايي بعد از جوشكاري انجام شود با توجه به مطالبي كه گفته شد:

فولادهاي معمولي (Mild steel) را بدون مشكل خاصي مي توان جوش نقطه اي داد.

فولادهاي سختي پذير (Hardenable steel) ، به علت وجود سيستم آبگرد در اطراف الكترود محل جوش و اطراف آن سريع سرد شده و ترد و شكننده مي شود و لازم است عمليات آنيل روي آن انجام شود.

فولادهاي زنگ نزن (Stainless steel)، فولادهاي فريتي و مارتنزيتي كمتر با اين روش جوش داده مي شوند اما فولادهاي آستنيتي پايدار و ناپايدار را به راحتي مي توان از طريق جوش مقاومتي اتصال داد. به ويژه اينكه هدايت حرارتي و الكتريكي كمتري نسبت به فولادهاي معمولي دارند و بايد سيكل جوش را در زمان كوتاه تر انجام داد. البته از نظر مقاومت خوردگي و اطراف آن مسايل مهمي وجود دارد.

فولادهاي پوشش داده شده (steel with protective coation) فولادها به و روش هاي گوناگون پوشش داده مي شوند كه اندود قلع، روي و يا رنگ از آن جمله اند. در مورد پوشش انواع رنگ كه اغلب هادي جريان الكتريكي نيستند بايد حتماً محل جوش از رنگ تميز شود، اما فولادهاي گالوانيزه و پوشش قلع و غيره قابليت جوشكاري مقاومتي را دارند، ولي به علت نقطه ذوب پايين اين پوشش ها مقداري از آنها در محل و اطراف موضع جوش از بين مي روند و از نظر عمل محافظت ضعيف مي شوند و مقداري هم به الكترود مي چسبد كه درنتيجه در مورد تميزكردن نوك الكترودها در اين مواقع دقت بيشتري لازم است. البته مخلوط شدن اين مواد از قبيل قلع و روي به مذاب جوش سبب تردي جوش مي شود كه در مواقعي كه نياز به استحكام و انعطاف پذيري معيني باشد، بايد سطوح تماس دو ورق را تميز كرد. گاهي لازم است شرايط فشار و آمپر نيز تغيير كند.

فلزات غير آهني، آلياژهاي آلومينيوم، آلومينيوم ـ منيزم و آلومينيوم ـ منگنز قابل جوشكاري مقاومتي هستند، مشروط بر آنكه سطح اكسيدي محل جوش تميز شده و ظرفيت دستگاه جوش به اندازه كافي باشد. آلياژهاي آلومينيوم ـ مس، برنز و برنج براي اين نوع جوشكاري مناسب نيستند. مس به علت هدايت الكتريكي و حرارتي بالا به دستگاه با ظرفيت خيلي بالا و الكترودهاي سطح سخت و يا تنگستن نيازمند است و معمولاً ورق هاي ضخامت بالاتر از mm 6/1 را با روش هاي ديگر جوشكاري اتصال مي دهند.

</H4>
 
آخرین ویرایش:

Similar threads

بالا