گروه خبري : آخرین اخبار
تاريخ انتشار : 1398/06/16 - 09:18
كد :101

الکترودها در جوشکاری مقاومتی نقطه ای

جوشکاری مقاومتی (RW) و یا جوشکاری مقاومتی الکتریکی (ERW) یکی از اقتصادی ترین فرایندهای جوشکاری است. نرخ اتصال یا سرعت جوشکاری بالای این فرایند از یک طرف و نیز عدم استفاده از مواد پرکننده یا مواد مصرفی جوشکاری مانند الکترود، سیم جوش، پودر جوش و گاز محافظ از سوی دیگر از مهمترین دلایل اقتصادی بودن این فرایند است.

یکی از مرسوم ترین انواع فرایندهای جوشکاری مقاومتی الکتریکی (ERW)، فرایند جوشکاری مقاومتی نقطه ای (RSW) است. کاربردهای فراوان این فرایند موجب توسعه روش ها و تجهیزات فراوانی برای آن شده است.

روش های مختلفی برای اعمال فشار پیش بینی شده است که دو سیستم آن معمول تر است:

الف) سیستم مکانیکی همراه با پدال، فنر و چند اهرم

ب) سیستم هوای فشرده با درجه های اتوماتیک مخصوص که در زمان های معین هوای فشرده وارد سیستم می شود. این فشار و زمان قابل تنظیم و کنترل است.

الکترودها در جوشکاری مقاومتی نقطه ای

در سیستم اول به علت استفاده از نیروی کارگر ممکن است فشار وارده غیر یکنواخت و در بعضی موارد که دقت زیادی لازم است مناسب نباشد ولی در سیستم هوای فشرده دقت و کنترل میزان فشار بیشتر است.

جوش مقاومتی برای اتصال فلزات مختلف بکار گرفته می شود. مسئله مهم این است که چگونگی خواص فیزیکی این فلزات ممکن است بر روی خواص جوش یا موضع اتصال تأثیر بگذارد. همان طور که اشاره شد حرارت برای بالا بردن درجه حرارت موضع اتصال توسط عبور جریان الکتریکی و مقاومت الکتریکی به دست می آید و یا به بیان دیگر مقاومت الکتریکی بزرگتر در زمان و شدت جریان معین، تولید حرارت بالاتری می‌کند و برعکس. مقاومت الکتریکی یک هادی بستگی به طول و نسبت عکس با سطح مقطع دارد. البته جنس هادی هم که میزان ضریب مقاوت الکتریکی است، مهم می باشد.

بنابراین خصوصیت جوشکاری مقاومتی با تغییر ضخامت ورق، تغییر مقطع تماس الکترود با قطعه و جنس قطعه تغییر می کند.

البته چگونگی حالت های تماس الکترود با قطعات و تماس خود قطعات عوامل دیگر هستند که فشار الکترودها و ناخالصی ها در بین این سطوح می توانند بر روی این مقاومت ها موثر باشند.

مواد الکترودها :

مس و آلیاژهای آن موادی هستند که عموما برای الکترودهای جوش نقطه ای انتخاب می شوند.

انتخاب یک آلیاژ برای الکترود بطوریکه برای تمام موادی که جوش می شوند قابل استفاده باشند به دلایل مختلف امکانپذیر نیست. برای مثال آلومینیوم که دارای ضریب هدایت بالایی می باشد احتیاج به الکترودی با ضریب هدایت بالا دارد تا از چسبیدن جلوگیری شود و مس سخت کشیده شده ( Hard drawn) ) یا مس تلوریوم دار علیرغم سختی پایین آن برای این منظور مورد استفاده قرار میگیرد. مس تلوریوم دار دارای این خاصیت است که به راحتی ماشینکاری و پولیش میگردد و سطح تمام شده خوبی را پدید می آورد. مس کرومدار برای جوشکاری همه نوع فولاد مناسب است. زیرا از آلیاژ مس- کادمیوم سخت تر است و دارای یکنواختی دمایی بیشتری است بدون آنکه از هدایت آن زیاد کاسته شده باشد. دلیل اینکه مس-کادمیوم برای جوشکاری ورقهای نازک پیشنهاد میشود این است که ارزان تر از مس-کروم است و قادر است که گرمای کمتری را که در جوشکاری ورق های نازک بیرون داده میشود را تحمل کند. ورق های ضخیم تر باعث گرم شدن بیشتر نوک الکترود میشوند. اگر دما به 250 درجه سلسیوس برسد دیگر آلیاژ مس-کادمیوم مناسب نمیباشد. آلیاژ مس-تنگستن معمولا بصورت بوش مورد استفاده قرار میگیرد که مساحتی بزرگتر از مقدار لازم برای تامین دانسیته جریان صحیح جوشکاری دارد. دانسیته جریان برای ایجاد نقطه جوش با یک الکترود معمولی در یک طرف اتصال و بوش مس-تنگستن با مساحت بزرگتر در طرف دیگر قرار دارد.

فلزات و آلیاژهایی که در ساخت الکترودها بکار میروند به گروههای زیر کلاسه میشوند :

کلاس 1:

در این مواد عملیات حرارتی انجام نگرفته و بوسیله کار سرد استحکام پیدا کرده اند. اینکار روی هدایت الکتریکی و گرمایی اثری ندارد. مواد این کلاس برای فولادهای کم کربن که با لایه نازک سرب و کروم و یا روی پوشیده شده، فولادهای نورد گرم شده و بعضی از فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم و منیزیوم توصیه میشود.

کلاس 2:

این مواد دارای خواص مکانیکی بالاتر از کلاس 1 هستند ولی هدایت حرارتی و الکتریکی آنها کمتر از کلاس 1 میباشد. خواص فیزیکی و مکانیکی اپتیمم با عملیات حرارتی یا ترکیبی از عملیات حرارتی و کار سرد پدید می آید. مواد کلاس 2 بهترین ماده برای الکترود، برای کارهای عمومی با یک رنج وسیعی از مواد و شرایط مختلف می باشند. این مواد در الکترودهای نقطه جوش فولادهای کم کربن نورد سردشده و فولادهای ضد زنگ و فولاد با پوشش نیکل و غیره استفاده میشود.

همچنین برای شافتها، بازوها، قالب و بندکها، فکهای تفنگی دستگاه جوش و بقیه اعضا عبور دهنده جریان در تجهیزات جوشکاری مقاومتی مناسب است.

کلاس 3:

مواد این کلاس آلیاژهای سختی پذیر با خواص مکانیکی بهتری از مواد کلاسهای 1 و 2 میباشد اما دارای هدایت الکتریکی و حرارتی پایین تری میباشند. سختی بالا، مقاومت به سایش خوب و دمای آنیل شدن بالای الکترودهای کلاس 3 همراه با هدایت الکتریکی متوسط آن باعث میشود که این مواد برای الکترودهایی که در نقطه جوشهایی که در آنها فشار مقاومت قطعات بالا است، استفاده شوند. این مواد برای فولادهای کم کربن با سطح مقطع بالا و فولادهای ضد زنگ بکار می رود.

انواع الکترود و شکل آنها در جوشکاری:

نوک الکترودهای نقطه جوش باید پروفیل خود را تا آنجا که ممکن است در شرایط تولید حفظ کند.

پروفیل صحیح باعث عمر طولانی الکترود میشود. دو شکل استاندارد در موارد عمومی وجود دارد. این دو نوع عبارتند از:

1 نوک تخت به شکل یک مخروط وارونه

2 نوک گنبدی شکل

واضح است که نوکهای گنبدی لازم نیست که دقیقا با سطح کار همراستا قرار گیرند. بنابراین برای جاهایی که الکترود بر روی سطح منحنی در قطعه کار قرار می گیرند مناسبند و معمولا در جوشکاری آلومینیوم بکار میروند. نوع نوک تخت در مواردی که بتواند با قطعه کار همراستا گردد ترجیح داده میشود. زیرا ماشینکاری و شکل دادن و بازرسی آن در ضمن بکارگیری آسان است.

معمولا الکترود را بصورت یک میله استوانه ای شکل با قطر مورد نظر نمی سازند بلکه آنرا بزرگتر ساخته و نوک آن را با زاویه 30 درجه بصورت مخروطی می تراشند.

افزایش مساحت نوک الکترود در اثر فشار وارده باعث کاهش فشار الکترود و دانسیته جریان می گردد که هر دو از اهمیت حیاتی برخوردار هستند. پهن شدن الکترود را میتوان با استفاده از سختترین ماده مناسب و بکارگیری ضربه کوتاه و یا به بیان دیگر کاهش بارهای ضربه ای و با خنک کردن مؤثر الکترود در کمترین مقدار خود نگه داشت.

روش تعویض نوک الکترودها در جوشکاری:

به علت گرما دیدن نوک الکترودها در هنگام جوشکاری و زیر فشار بودن این ناحیه گرما دیده، پس از زدن چند نقطه جوش، قطعه نامبرده تغییر شکل می دهد. در نتیجه سطح مشترک نوک الکترودها بزرگتر و ناصافتر می شود. بنابراین پس از حدود 250 بار نقطه جوش زدن، لازم است که نوک الکترودها تراشیده شود تا شکل اولیه شان بازیابی شود. این قطعات در اثر تراشیده شدن، کوتاه تر می شوند. بنابراین لازم است پس از آن که هر قطعه به اندازه مشخصی رسید با قطعه نو تعویض شود. این جایگزینی بسته به شکل قطعه، جنس آن و نیز روش ساخت آن (تراشکاری شده یا آهنگری شده) ممکن است پس از اعمال 1200 یا 2500 نقطه جوش، مورد نیاز باشد.

برای تعویض نوک الکترود روش های گوناگون وجود دارد:

یک روش آن است که با نصب تجهیزات تمام خود کار، کل فرآیند تعویض قطعه بدون دخالت انسان انجام پذیرد. روش دیگر استفاده از یک ابزار ساده دستی است که کاربر با اهرم کردن شاخک های آن در زیر قطعه و در محل شیار موجود می تواند آن را از جایش درآورد و پس از جازدن قطعه نو به کمک گردی سطح زیرین ابزار، قطعه را در محل خود محکم کند. روش سوم استفاده از شکل هندسی مخروطی نگهدارنده نوک الکترود است بدین معنی که سطح تماس قطعه نوک الکترود با نگهدارنده آن، سطح جانبی یک مخروط ناقص است. این ویژگی هندسی باعث می گردد تا با اعمال چند ضربه آرام در دو سوی قطعه نوک الکترود، این قطعه به تدریج در موضع خود لق شود تا این که به راحتی و با دست از جای خود بیرون آید. پس از نصب قطعه نو، با اعمال چند ضربه آرام به سر قطعه، می‌توان آن را در جای خود محکم کرد.

زمانی که کارگر متوجه شود که گان خوب جوش نمی‌زند، شاید یکی از علت‌های آن احتیاج به Tip dress نوک الکترود باشد. در این روش نوک الکترود بوسیله Tip dress  برای جوشکاری آماده می شود البته نحوه Tip dress خیلی مهم می باشد و نیاز به مهارت و آموزش دارد.

Tip dress در دو نوع بادی و برقی می باشد که در گان ها از نوع برقی آن استفاده می شود و این نوع، محدودیت فشاری دارد (با هر فشار و نیرویی نمی توان استفاده کرد) البته در این نوع Tip dress یک لوله برای باد هم وجود دارد. یکی دیگر از کارهایی که برای بهتر شدن کیفیت جوش بر روی الکترود انجام می‌شود سمباده زدن آن می‌باشد.

تکنیک های جوشکاری نقطه ای

نکاتی را در عملیات جوشکاری نقطه ای باید در نظر داشت که اهم آنها عبارتند از: 

الف) تمیزی سطوح تماس:

سطح کار و سطح الکترودها باید همواره تمیز نگهداشته شوند. گرد و غبار روی فلز در اثر ایجاد حوزه مغناطیسی، ضمن کار، به اطراف محل جوش متمرکز شده و ممکن است در سطح مشترک دو ورق یا سطح تماس الکترودها و کار قرار گیرند، گرد و غبار و ناخالصی های دیگر اولاً باعث بالا بردن مقدار مقاومت تماسی و اتلاف انرژی می شوند و ثانیا در فصل مشترک دو ورق وارد مذاب شده و خواص دکمه جوش را کاهش می دهند. تمیز کردن نوک الکترودها باید با کاغذ سمباده ظریف یا پارچه و با دقت شود تا از تلفات نوک الکترود بصورت براده جلوگیری شود.

اگر الکترودها به وسیله سیستم سرد کننده آبگرد خنک می شوند باید توجه شود که آب از الکترود به خارج نفوذ نکند. در مورد فلزاتی که ایجاد لایه اکسیدی دیر گداز می کنند (نظیر آلومینیوم، تیتانیوم) لازم است علاوه بر تمیزکردن سطح کار، اکسیدهای سطحی نیز توسط محلول های اسیدی مخصوص حذف شده و بدیهی است که آثار محلول یا اسید نیز باید از روی کار کاملاً تمیز شود تا از تشدید عمل خوردگی در این سطوح جلوگیری شود.

ب) تنظیم کردن ماشین و محل جوش بر روی کار:

میزان کردن محل جوش بر روی کار توسط جوشکار یا بطور خودکار با ماشین انجام می گیرد. اگر قرار است این عمل توسط کارگر انجام گیرد باید حتی الامکان از الکترود ثابت استفاده شود. ولی معمولاً در تولیدهای سری و انبوه تنظیم محل جوش بر روی کار توسط ماشین انجام می گیرد.

یکی از متداول ترین روش برای تنظیم کردن دستگاه جوش انجام چند نمونه جوش نقطه ای بر روی دو ورقه قراضه با مشخصات شبیه قطعه کار (جنس و ضخامت) می باشد. پس از انجام جوش های نمونه بر روی این ورق ها آنها را از یکدیگر جدا یا پاره کرده و محل جوش را مطالعه می کنند، بنابراین:

1ـ اگر شدت جریان کافی نباشد دکمه جوش براحتی از ورق ها جدا شده و اثر چندانی بر روی ورق باقی نمی ماند.

2ـ شدت جریان خیلی زیاد باعث نفوذ دکمه جوش تا سطح کار می شود که در این حالت نیز استحکام جوش ایده آل نخواهد بود. اصولاً عمق نفوذ دکمه جوش نباید از 60 درصد ضخامت ورق بیشتر باشد.

البته عدم تنظیم صحیح زمان نیز منجر به اثر گذاشتن جوش در سطح کار می شود و چنانچه جریان الکتریکی قبل از فشرده شدن کامل ورق ها عبور کند جرقه ای در سطح تماس الکترود و کار ایجاد می شود.

آزمایش جوش را از طریق استانداردهایی نیز می توان انجام داد از جمله دو قطعه به پهنای 5/7 سانتی متر و طول 10 سانتیمتر بریده و لبه های آنها را به اندازه 5/2 سانتیمتر بر روی هم سوار کرده و سه نقطه جوش در مرکز مربع های مبانی مطابق شکل ایجاد می کنند. سپس جوش اول که جریان الکتریکی فقط از آن عبور کرده و دارای شرایط متفاوتی با آنچه که در عمل اتفاق می افتد است را جدا کرده و جوش های دوم و سوم را به صورت نواری به پهنای 5/2 سانتیمتر و طول 5/17 سانتیمتر جدا کرده و تحت آزمایش کشش قرار می دهند. نیروی لازم برای پاره کردن جوش محاسبه شده و با جداول مخصوص که نشان دهنده استاندارد مشخصات فنی جوش اتس مقایسه می شود. جداول عملی بعنوان راهنما نیز برای انتخاب و تنظیم شرایط کار، اندازه الکترود و پارامترهای دیگر مورد استفاده قرار می گیرند.

ج) ظاهر جوش:

معمولاً ظاهر جوش شامل یک فرورفتگی و یک حلقه رنگی حرارتی در اطراف تماس الکترود و کار می باشد در مواردی که سطح کار تمیز باشد فرورفتگی های محل جوش نقطه ای را می توان از طریق استفاده الکترود مسطح نوع C و مخروط نوع E کاهش داد. واضح است که الکترود مسطح را در طرفی که نیاز به تمیزی فوق العاده است قرار می دهند. استفاد از یک الکترود مسطح و یک الکترود مخروط ناقص در جوشکاری ورق های نازک به کلفت نیز مفید است، در این شرایط الکترود مسطح بر روی ورق نازک قرار می گیرند. در حالت های معمولی جوشکاری مقاومتی نقطه ای، فاصله جوش ها نباید از میزان معینی کمتر باشد چون مدار بسته ای با جوش مجاور ایجاد کرده و جریان الکتریکی به اندازه کافی از موضع جوش در بین الکترودها نمی گذرند.

جوشکاری مقاومتی نقطه ای

بهسازی در جوشکاری مقاومتی نقطه‌ای:

بنا به نیاز و شرایط کار، بهسازی و تغییراتی در نحوه جوشکاری نقطه ای ساده بعمل آمده است که به چند نمونه آن در زیر اشاره می شود:

الف) جوش با الکترود چندتایی Multiple Electrode :

همانطور که از نام آن استنباط می شود در این فرآیند از چندین الکترود استفاده می شود و همزمان چندین جوش نقطه ای بر روی کار انجام می گیرد. در این فرآیند از دو نوع طرح برای تامین انرژی استفاده می شود: مستقیم (موازی) و غیر مستقیم (سری). در سیستم مستقیم از یک ترانسفورماتور استفاده می شود که مدار ثانویه بصورت های مختلف می تواند چندین جوش را همزمان انجام دهد. در سیستم سری از تعدادی ترانسفورماتور استفاده می شود که با طرح های مختلف می تواند همزمان چندین نقطه جوش را بر روی کار بوجود آورد. مزیت روش دوم آنست که می توان ولتاژ بالایی رادر موضع جوش بوجود آورد و یا برای ایجاد ولتاژ معین از ترانسفورماتورهای کوچکتری استفاده کرد. اما در مقابل باید شرایط ترانسفورماتورها و مقاومت ها در الکترودها و کیفیت سطوح کاملاً یکسان باشد تا خواص جوش هایی که همزمان ایجاد شده مشابه باشد.

ب) جوش دکمه ای یا دیسکی   Button or disk welding :

در جوشکاری ورق های سنگین و کلفت، به فشار و انرژی الکتریکی زیادی نیاز است، با استقرار قطعات کوچک فلزی بین سطح مشترک ورق ها، عبور جریان الکتریکی را موضعی تر کرده و سطح تماس را کاهش می دهند و با ذوب این دکمه ها دو ورق با انرژی الکتریکی و فشار کمتری به همدیگر متصل می شوند.

ج) جوش پل واره    Bridge welding :

 از ورق های اضافی برای بالا بردن استحکام اتصال دو قطعه استفاده می شود.

د) جوش له کردنی Mash welding :

این روش درتولید شبکه های سیمی نظیر سبد یا محافظ های توری لامپ های مختلف یا اسکلت مفتولی برای بتن های مسلح و یا سیم به ورق نظیر چرخ های بعضی از انواع اتومبیل به میزان فراوان بکار گرفته می شود. سیم ها با طرح لازم بر روی فک ها با الکترودی که به صورت مسطح با شکاف های پیش بینی شده قرار می گیرند و با یک فشار و پایین آوردن الکترود جریان الکتریکی از محل تماس سیم های روی هم قرار داده شده عبور کرده، و بر اساس جوش مقاومتی ذوب موضعی در این محل ها بوجود آمده و پس از پایان عبور جریان الکتریکی عمل اتصال انجام می گیرد.

پارامتر های دستگاه، مؤثر بر جوش نقطه‌ای:

PRSO : مدت زمان بر حسب سیکل که دو الکترود بر قطعه مماس گردند.

SQ : مدت زمانی است که قطعه توسط دو الکترود به هم فشرده می‌شود تا نیروی وارده بر قطعه کار تثبیت گردد.

Weld1 : مدت زمان انجام پبش‌جوش می باشد. مدت زمانی است که جریان متناسب با Heat1 و یا Current1 از قطعه عبور می‌کند.

Cool : فاصله زمانی بین Weld1 و Weld2 است که در آن دو سر الکترودها خنک می‌گردد.

Up Slope : مدت زمانی است که طول می‌کشد جریان (Heat ) از صفر به مقدار تعیین شده در Current2 (Heat2 ) برسد.

Weld2 : مدت زمانی است که جریان جوش اصلی از قطعه متناسب با Current2 و یا Heat2 از قطعه عبور می‌کند.

PU : تعداد تکرار جوش اصلی می‌باشد.

Down Slope : مدت زمانی است که طول می‌کشد جریان از مقدار اصلی خود در Weld2 به مقدار صفر برسد.

Hold : مدت زمانی است که دو قطعه بعد از پایان عمل جوش توسط دو الکترود به هم فشرده می‌شود.

Off : مدت زمانی است که طول می‌کشد الکترودها از یکدیگر فاصله گرفته و به حالت اولیه خود باز گردند.

Heat : بر حسب درصد بیان می‌گردد و نشان دهنده درصد توان خروجی از ترانس می‌باشد.

Current : پارامتری بر حسب کیلو آمپر است که مقدار جریان در پیش جوش و جوش اصلی را تعیین می‌کند.

تأثیر پارامترهای جوش بر کیفیت:

PRSO : این پارامترها بایستی به گونه‌ای تنظیم شوند که بعد از پایان زمان PRSO با تنظیم SQ دو الکترود به هم برسند، در غیر این صورت جرقه خواهیم داشت.

SQ : جهت تأمین نیروی مورد نیاز جوش بایستی این پارامتر به درستی تنظیم شود. با افزایش نیروی الکترودها، سطح تماس دو فلز در نقطه اعمال نیرو افزایش می‌یابد و افزایش سطح تماس منجر به کاهش مقاومت الکتریکی در نقطه تماس می‌شود.