Jeśli dopiero zaczynasz przygodę ze zgrzewaniem oporowym lub szukasz lepszego zrozumienia tego zagadnienia, zdecydowanie musisz uważnie przeczytać ten artykuł. Ten artykuł zabierze Cię w głąb świata zgrzewania oporowego. Niezależnie od tego, czy jesteś początkujący, czy chcesz poszerzyć swoją wiedzę, ten artykuł dostarczy Ci cennych spostrzeżeń.
Co to jest zgrzewanie oporowe?
Zgrzewanie oporowe jest szybką i ekonomiczną metodą łączenia metali. Ta technika spawania jest odpowiednia do połączeń zakładkowych, doczołowych lub połączeń, które nie wymagają szczelności, przy grubościach mniejszych niż 6 mm w przypadku cienkich konstrukcji blaszanych. Oczywiście może spawać również grubsze i większe metalowe elementy, ale jego ogólna wydajność może nie być tak dobra, jak w przypadku niektórych innych metod spawania.
Definicja i podstawy
Zgrzewanie oporoweto metoda, w której łączone elementy umieszcza się pomiędzy dwiema elektrodami. Przepuszczając prąd przez przedmioty obrabiane i punkty styku, następuje nagrzewanie oporowe, wytwarzając ciepło na styku przedmiotów obrabianych. To miejscowe ogrzewanie powoduje, że obszar topi się lub staje się giętki, podczas gdy ciśnienie wywierane przez dwie elektrody wiąże metal ze sobą.
Gdy prąd przepływa przez przewodnik, wytwarza ciepło w wyniku oporu. Im wyższy opór przy stałym prądzie, tym więcej ciepła jest wytwarzane. W miejscu styku metali opór jest znacznie większy niż w samym metalu. Dlatego też, gdy przez styk metalu z elektrodą przepływa duży prąd, metal szybko się nagrzewa z powodu ogromnego ciepła. W tym momencie metal staje się bardzo plastyczny, a pod wpływem przyłożonego nacisku dwa kawałki metalu bezpiecznie się ze sobą łączą.
Zasada działania zgrzewania oporowego
Zasadę punktowego zgrzewania oporowego i tworzenie połączeń przedstawiono na rysunku 1-1. Metal A i metal B umieszcza się pomiędzy dwiema elektrodami i na elektrody przykładany jest nacisk. Pomiędzy dwiema elektrodami przez transformator zgrzewarki oporowej przepływa silny prąd. Powierzchnie styku przedmiotów obrabianych tworzą fizyczny punkt styku, który stopniowo rozszerza się w miarę nagrzewania go przez prąd. Odkształcenie plastyczne i ciepło stale aktywują atomy w punkcie styku, prowadząc do powstania stopionego rdzenia. Roztopiony rdzeń rozrasta się w postaci kryształów kolumnowych, wypychając do siebie składniki stopu o większym stężeniu. Kiedy elektrody spawacza odsuwają się od metalowej powierzchni, a metal ostygnie, elementy obrabiane są ze sobą zespawane, tworząc mocne wiązanie metalu. Powierzchnia złącza znika, pozostawiając jądro spoiny.
1-1
Czynniki wpływające na zgrzewanie oporowe
Zgrzewanie oporoweto metoda spawania wykorzystująca prąd elektryczny do wytwarzania ciepła w celu łączenia elementów metalowych. Jak wspomniano wcześniej, zasada zgrzewania oporowego wywodzi się głównie z prawa nagrzewania Joule'a, gdzie o wytwarzaniu ciepła spawania decydują przede wszystkim parametry takie jak prąd, rezystancja i czas zgrzewania. Można to wyrazić za pomocą następującego wzoru:
Q = I²Rt
Znaczenie każdego parametru spawania:
Q — Ciepło (J)
I — Prąd spawania (A)
R — rezystancja (Ω)
t — Czas spawania (s)
Prąd spawania
Prąd ma znaczący wpływ na ciepło powstające podczas spawania, co pokazano we wzorze. Kwadratowa wartość prądu wpływa na ciepło, co oznacza, że im wyższy prąd, tym szybciej będzie wzrastać ciepło. Dlatego też dostosowując parametry spawania przed spawaniem, istotne jest ustawienie odpowiedniego prądu. Jeśli prąd spawania jest zbyt mały, spoina nie stopi się i nie utworzy rdzenia topionego. Jeśli prąd będzie zbyt duży, rdzeń topliwy będzie szybko rósł, powodując nadmierne rozpryski podczas spawania i uszkodzenie elektrod.
Prąd spawania dzieli się głównie na prąd przemienny (AC) i prąd stały (DC), jak pokazano na poniższym schemacie. Thezgrzewarki punktoweużywamy, dzielą się również na zgrzewarki punktowe prądu stałego i zgrzewarki punktowe prądu przemiennego. Zgrzewarki punktowe prądu stałego korzystają z zasilania trójfazowego, co zapewnia równomierny rozkład mocy i umożliwiają osiągnięcie częstotliwości spawania przekraczającej 1000 Hz, co zapewnia wysoką dokładność spawania. Zaletą ich jest także niskie zapotrzebowanie na moc z sieci energetycznej, co sprawia, że te energooszczędne spawarki cieszą się coraz większą popularnością wśród producentów z branży produkcyjnej. Zgrzewarki punktowe prądu przemiennego mają moc wyjściową jednofazową 50 Hz, wysoką obciążalność ciągłą i wysokie wymagania dotyczące sieci energetycznej. Dodatkowo mają niską moc spawania, co wymaga dłuższych czasów spawania.
Opór kontaktowy
Ze wzoru łatwo zauważyć, że opór jest wprost proporcjonalny do wytworzonego ciepła. Im wyższy opór, tym większe ciepło wytwarzane podczas spawania. Opór rozkłada się na różne części elektrody i przedmiotu obrabianego. Podczas spawania największy opór występuje w miejscu styku przedmiotu obrabianego, co skutkuje największą generacją ciepła. Następnie określa się rezystancję w punkcie styku przedmiotu obrabianego z elektrodą. Jednakże, ponieważ elektroda jest chłodzona wodą i szybko się ochładza, temperatura gwałtownie spada. Z drugiej strony rezystancja styku pomiędzy elementami obrabianymi, choć zanika, słabo odprowadza ciepło, co prowadzi do wysokich temperatur. Dlatego tylko niewielka powierzchnia pomiędzy elementami może osiągnąć temperaturę niezbędną do utworzenia rdzenia topionego i zespawania.
Dodatkowo temperatura i ciśnienie elektrody wpływają na rezystancję. Wraz ze wzrostem temperatury granica plastyczności metalu maleje, zwiększając powierzchnię styku między przedmiotami obrabianymi oraz między przedmiotem obrabianym a elektrodą, co skutkuje zmniejszeniem rezystancji. Zwiększanie docisku elektrody powoduje gładszą powierzchnię przedmiotu obrabianego, zwiększając powierzchnię styku i zmniejszając opór. W efekcie dochodzi do zjawiska, że podczas spawania typowych materiałów opór wzrasta zaraz po włączeniu zasilania, a po wyłączeniu zasilania i powstaniu rdzenia topionego opór zaczyna spadać.
Czas spawania
Im dłuższy czas zgrzewania, tym wyższe wydzielane ciepło. W tej formule prąd i czas mogą się uzupełniać. Jeśli chcesz uzyskać mocną spoinę, możesz ustawić wysoki prąd na krótki czas, aby szybko wytworzyć ciepło i uformować rdzeń topiący, aby zakończyć spawanie. Alternatywnie można ustawić niski prąd na dłuższy czas, ale takie podejście ma ograniczenia. Ustawienie zbyt długiego czasu może spowodować nadmierne rozpryski i przyklejenie się elektrody. Niezależnie od tego, czy chodzi o prąd, czy czas, istnieją ograniczenia. Ustawiając parametry, należy wziąć pod uwagę materiał i grubość przedmiotu obrabianego, a także moc spawarki.
Właściwości materiału
Materiał przedmiotu obrabianego w dużym stopniu wpływa na jego rezystywność, która odgrywa ważną rolę w wytwarzaniu ciepła spawania. Podczas spawania stali nierdzewnej, która ma wysoką rezystywność i słabą przewodność cieplną, łatwiej jest wytworzyć ciepło, ale trudniej je rozproszyć, dlatego potrzebne są mniejsze prądy. Podczas spawania stopów aluminium o niskiej rezystywności i dobrej przewodności cieplnej trudniej jest wytworzyć ciepło, ale łatwiej je odprowadzić, dlatego wymagane są większe prądy. Metale takie jak srebro i miedź mają wysoką przewodność cieplną i niską rezystywność, więc nawet przy dużych prądach nie wytwarzają dużo ciepła, ale mogą je przewodzić. Dlatego metale te nie nadają się do zgrzewania oporowego, ale można je stosować jako materiały na elektrody.
Projekt elektrody i geometria
Kształt i materiał elektrody również wpływają na wytwarzanie ciepła. Powierzchnia styku elektrody z przedmiotem obrabianym wpływa na gęstość prądu. Częste używanie elektrod może prowadzić do zużycia i deformacji, zwiększając powierzchnię styku i zmniejszając wytrzymałość spawania. Dlatego musimy szybko naprawić i wymienić końcówki elektrod. Przewodność cieplna i rezystancja elektrody wpływają na przenoszenie ciepła. Dlatego powinniśmy wybierać materiały charakteryzujące się dobrą przewodnością cieplną i niską wytrzymałością.
Przygotowanie powierzchni
Kształt i materiał elektrod również wpływają na wytwarzanie ciepła. Powierzchnia styku elektrody z przedmiotem obrabianym wpływa na gęstość prądu. Częste użytkowanie naszych elektrod i ich zużycie powoduje zwiększenie powierzchni styku, co prowadzi do zmniejszenia wytrzymałości spawania. Dlatego musimy szybko naprawić i wymienić końcówki elektrod. Przewodność cieplna i rezystywność elektrod wpływają na przenoszenie ciepła. Dlatego powinniśmy wybierać materiały charakteryzujące się dobrą przewodnością cieplną i niską rezystywnością.
Rodzaje rozdzielczościistanowisko Spawanie
Ze względu na różne specyfikacje produktów i wymagania dotyczące spawania, do realizacji zadania stosowane są różne procesy zgrzewania oporowego. Zgrzewanie oporowe można podzielić na zgrzewanie punktowe, zgrzewanie garbowe, zgrzewanie liniowe i zgrzewanie doczołowe w oparciu o proces zgrzewania.
Zgrzewanie punktowe
Zgrzewanie punktoweto metoda spawania, podczas której metal jest ściskany razem przez górną i dolną elektrodę i spawany poprzez przepuszczanie przez niego prądu. Jest to tradycyjna forma zgrzewania oporowego, prosta w obsłudze i wymagająca stosunkowo niskich umiejętności od pracowników. Ze względu na unikalny proces spawania, zgrzewanie punktowe jest głównym wyborem do spawania elementów metalowych w inżynierii lotniczej i jest szeroko stosowane przy spawaniu nadwozi samochodowych i innych elementów. Jest zwykle używany do spawania cienkich blach ze stali niskowęglowej, aluminium, stali nierdzewnej, stali ocynkowanej i innych cienkich blach, zwykle o grubości około 3 milimetrów.
Zgrzewanie szwów
Zgrzewanie szwówzazwyczaj polega na łączeniu krawędzi dwóch metalowych elementów. Dwa metalowe przedmioty są umieszczane pomiędzy dwiema elektrodami rolkowymi. Podczas gdy jedna elektroda toczy się i wywiera nacisk, następuje ciągłe lub przerywane wyładowanie. Ciepło wytwarzane w punkcie walcowania elektrody topi elementy obrabiane i łączy je ze sobą, tworząc ciągły szew spawalniczy. Metoda ta jest szeroko stosowana do spawania części metalowych wymagających uszczelnionych połączeń. Ponieważ obszar spawania jest stosunkowo długi, aby zapobiec niewspółosiowości, zwykle używamy zgrzewania punktowego do pozycjonowania przed spawaniem szwu.
Zgrzewanie projekcyjne
Zgrzewanie projekcyjneto odmiana zgrzewania punktowego, w której tworzenie punktu spoiny jest podobne do zgrzewania punktowego, ale zgrzewanie garbowe jest zwykle stosowane w przypadku przedmiotów z wypukłymi punktami. Obecność tych wypukłych punktów ogranicza obszar, przez który przepływa prąd, zwiększając gęstość prądu w obszarze spawania. To skoncentrowane ogrzewanie ułatwia połączenie złącza. Ta metoda spawania nazywana jest zgrzewaniem garbowym. Zgrzewanie garbowe może jednocześnie utworzyć jeden lub więcej rdzeni topionych na złączu. Podczas spawania prąd wymagany do zgrzewania garbowego w tym samym punkcie zgrzewania jest mniejszy niż w przypadku zgrzewania punktowego. Zanim jednak każdy występ zostanie zmiażdżony, prąd musi go stopić; w przeciwnym razie może pojawić się znaczna ilość odprysków. Zgrzewanie projekcyjne można stosować do spawania nakrętek, śrub lub płytek z wypukłymi punktami i jest szeroko stosowane w produkcji komponentów elektronicznych i motoryzacyjnych.
Zgrzewanie doczołowe
Zgrzewanie doczołowepolega na wyrównaniu powierzchni czołowych dwóch metalowych przedmiotów, umieszczeniu ich pomiędzy elektrodami, bezpiecznym zamocowaniu dwóch przedmiotów i wykorzystaniu wysokiego prądu do wytworzenia ciepła, stopieniu powierzchni styku przedmiotów i połączeniu ich ze sobą. Zgrzewanie doczołowe dzieli się dalej na zgrzewanie doczołowe błyskawiczne i zgrzewanie doczołowe oporowe.
Zgrzewanie doczołowe błyskawiczne to szybki proces spawania, w którym wykorzystuje się duży prąd do szybkiego stopienia przedmiotów obrabianych, stosując ciśnienie w celu utworzenia połączenia w fazie stałej. Jest powszechnie stosowany do spawania metalowych prętów, blach i rur o dużych przekrojach, przy czym maksymalne powierzchnie sięgają 20 000 mm² i więcej. Podczas procesu zgrzewania wyładowczego w miejscu styku powstają iskry, stąd nazwa zgrzewanie doczołowe. Może spawać stal wysokowęglową, stal nierdzewną, stopy aluminium, a także spawać różne metale, takie jak miedź i aluminium.
Zgrzewanie doczołowe oporowe wykorzystuje ciepło oporowe do doprowadzenia połączeń przedmiotu obrabianego do stanu plastycznego w wysokich temperaturach, kończąc proces spawania siłą kucia. Nadaje się do spawania złączy o przekroju do 250 mm², często używany do spawania metalowych drutów, prętów i taśm o małych przekrojach.
Znaczenie w produkcji
- Zgrzewanie oporowe nie wymaga dodatku metalu w procesie zgrzewania, co skutkuje wysoką wydajnością spawania i minimalnym zanieczyszczeniem.
- Ze względu na swoją spójność i stabilność zgrzewanie oporowe można łatwo zautomatyzować i płynnie integrować się z automatyzacją, aby jeszcze bardziej zwiększyć wydajność produkcji i zaoszczędzić siłę roboczą.
- W porównaniu do innych metod spawania, zgrzewanie oporowe jest opłacalne. Po pierwsze, koszt sprzętu do zgrzewania oporowego jest stosunkowo niski, a po drugie, podczas procesu zgrzewania oporowego powstają minimalne straty materiałowe. To znacznie zmniejsza koszty produkcji dla producentów w branży produkcyjnej.
- Zgrzewanie oporowe jest szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu i jest szczególnie niezbędne w takich sektorach, jak przemysł lotniczy, motoryzacyjny i nie tylko.
- Zgrzewanie oporowe nadaje się do spawania różnych rodzajów metali w przemyśle wytwórczym, w tym stali nierdzewnej, stali węglowej, aluminium, miedzi i innych, dzięki czemu jest wszechstronne w zastosowaniu.
Aplikacje
Zgrzewanie oporowe ma szerokie zastosowanie, głównie w takich gałęziach przemysłu jak części samochodowe, lotniczy, elektroniczny i przemysł ciężki. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na spawane elementy metalowe w różnych gałęziach przemysłu, wprowadzono coraz wyższe standardy w zakresie technologii spawania, co napędza postęp i rozwój zgrzewania oporowego.
Zastosowania w przemyśle motoryzacyjnym
W produkcji samochodów, gdzie bezpieczeństwo i stabilność są najważniejsze, powszechnie stosowaną metodą spawania jest zgrzewanie oporowe. Jest często stosowany do łączenia różnych elementów metalowych w nadwoziach samochodów, takich jak dachy, drzwi, blachy i metalowe nakrętki. Zgrzewanie oporowe zapewnia wysoką wydajność, stabilną jakość spawania i można je łatwo zautomatyzować, co czyni go niezbędnym procesem w przemyśle motoryzacyjnym.
Zastosowania w przemyśle lotniczym
Zgrzewanie oporowe jest często stosowane do łączenia metalowych elementów samolotów i rakiet, takich jak łączenie skrzydeł i kadłubów samolotów, a także różnych małych części metalowych. Elementy te muszą charakteryzować się wysoką wytrzymałością i trwałością, przy rygorystycznych wymaganiach dotyczących jakości połączeń, czyli w tym przypadku zgrzewanie oporowe jest najlepsze. Zgrzewanie oporowe odgrywa kluczową rolę w przemyśle lotniczym, a postęp w tej dziedzinie ułatwia również sektor lotniczy.
Zastosowania w przemyśle elektronicznym
Spawanie rezystorowe jest powszechnie stosowane w przypadku elementów elektronicznych i niektórych części metalowych urządzeń elektronicznych. Zapewnia wysoką precyzję spawania i nadaje się do łączenia miniaturowych elementów, takich jak chipy elektroniczne i przewody. W dzisiejszej szybko rozwijającej się erze urządzeń elektronicznych spawanie rezystorowe przyspiesza montaż komponentów elektronicznych, napędzając rozwój przemysłu.
Zastosowania w przemyśle ciężkim
Zgrzewanie oporowe jest często stosowane do spawania dużych elementów metalowych mostów i budynków, takich jak dolne kołnierze mostów i zbrojenie stalowe. Jest również stosowany w produkcji dużych maszyn do łączenia części metalowych. Dzięki wydajnej i stabilnej technologii spawania, zgrzewanie oporowe stało się jedną z ważnych metod przetwarzania w przemyśle ciężkim. Zapewnia bezpieczeństwo ciężkiego sprzętu i konstrukcji.
Sprzęt i komponenty
Maszyny spawalnicze
Zgrzewarki oporowesą podzielone na cztery główne kategorie: zgrzewarki punktowe, zgrzewarki garbowe, zgrzewarki liniowe i zgrzewarki doczołowe, oparte na różnych procesach. Wybierz odpowiedni sprzęt spawalniczy zgodnie z charakterystyką materiałów i kształtów.
Elektrody
Theelektrodajest ważnym elementem zapewniającym jakość spawania. Głównymi materiałami na elektrody spawalnicze są: miedź chromowo-cyrkonowa, miedź tlenek glinu, miedź berylowo-kobaltowa, wolfram, molibden, grafit itp. W zależności od różnych spawanych przedmiotów, elektrody dzielą się na elektrody płaskie, elektrody sferyczne, elektrody nakrętkowe, elektrody śrubowe elektrody itp. Zazwyczaj mocowanie elektrody polega na dopasowaniu stożkowym, przy czym współczynniki stożka wynoszą głównie 1:10 i 1:5.
Systemy chłodzenia
Podczas pracy zgrzewarki oporowe wymagają wody obiegowej do chłodzenia podzespołów, takich jak elektrody i transformatory. Dlatego montujemy układ chłodzenia zgrzewarek oporowych. Temperatura wody chłodzącej powinna być niższa niż 30°C. Zbyt wysoka temperatura może spowodować wyłączenie ochronne spawarki. Do cyrkulacji najlepiej używać wody chłodzącej wolnej od zanieczyszczeń, aby zapobiec powstawaniu plam wodnych i blokowaniu rur.
Jak wybrać odpowiedni proces spawania?
Wybór metody spawania zależy od wielu czynników.
Grubość i kształt przedmiotu obrabianego: Różnemetody spawanianadają się do detali o różnej grubości i kształcie. Na przykład zgrzewanie oporowe nadaje się zazwyczaj tylko do spawania cienkich blach, podczas gdy elementy o nietypowych kształtach i grubości są zwykle spawane za pomocą spawania łukowego.
Wymagania dotyczące jakości spawania: Pożądana jakość spawania dyktuje również wybór metody spawania. W przypadku detali wymagających dużej wytrzymałości uszczelnienia i połączenia należy wybrać metody spawania spełniające te wymagania.
Wydajność i koszt produkcji: Jeśli wymagana jest duża roczna wielkość produkcji, konieczne jest wybranie metody spawania o wysokiej wydajności. Należy wziąć pod uwagę również względy kosztowe.
Czynniki środowiskowe: Niektóre metody spawania generują odpady i emisje, powodując zanieczyszczenie środowiska. Dlatego przy wyborze metody spawania należy wziąć pod uwagę względy środowiskowe.
Często zadawane pytania:
Jakie są ograniczenia zgrzewania oporowego?
Zgrzewanie oporowe nie nadaje się do spawania dużych elementów metalowych.
Jak zapewnić bezpieczeństwo podczas zgrzewania oporowego?
Podczas spawania oporowego należy nosić kask ochronny i okulary ochronne.
Jak mogę się przeszkolić w zakresie zgrzewania oporowego?
Można odbyć szkolenie w godzproducent zgrzewarek oporowych.
Jakie są główne problemy związane z jakością złączy zgrzewanych oporowo?
Zimne złącze lutowane, niewystarczająca wytrzymałość, odkształcenie spawalnicze, utlenianie.
Metody kontroli złączy zgrzewanych oporowo
Badania niszczące, badania mikroskopowe, oględziny wizualne, badania metalograficzne, badania ultradźwiękowe.
Czas publikacji: 02 kwietnia 2024 r
