Forståelse af punkt- og sømsvejsning: Teknikker, anvendelser og udstyr

Modstandspunktsvejsning (RSW): Procesoversigt

Modstandspunktsvejsning er en proces, hvor de sammenføjningsflader i en overlapningsforbindelse samles ved at påføre tryk og varme genereret af elektrisk modstand. Den genererede varme koncentreres på svejsestedet af de modstående elektroder, som er fremstillet af en kobberbaseret legering eller en kobber-wolfram-kombination: kobberbaserede legeringer anvendes i vid udstrækning på grund af deres høje ledningsevne, mens kobber-wolfram-kombinationer giver bedre modstandsdygtighed over for slid og slid i de anvendelser, der anses for krævende.

Elektroder styrer grundlæggende svejsningens kvalitet og størrelse. Selvom en rund form på spidsen af ​​en elektrode er den mest almindeligt anvendte form, er andre designs, såsom sekskantede og firkantede spidser, blevet udviklet til specielle formål. Andre elektroder har interne vandkølende passager, der hjælper med at reducere deres opvarmning under svejsning og dermed øger deres levetid.

De brede anvendelser af modstandspunktsvejsning findes i industrier som bilproduktion, hvor et bilkarosseri kræver cirka 10,000 enkeltpunktsvejsninger. Andre generelle anvendelser omfatter apparater, metalmøbler og lignende metalpladeprodukter. Dens udbredelse i masseproduktion understreger dens økonomiske og industrielle betydning, da den globale bilproduktion alene når op på titusindvis af millioner hvert år.

Punktsvejseudstyr

Der findes tre primære typer punktsvejseudstyr: vippearmsmaskiner, pressesvejsemaskiner og bærbare punktsvejsepistoler. Hver især er bedst egnet til en specifik anvendelse.

Punktsvejsere med vippearm (som den nedenfor) har været anvendt i vid udstrækning til håndtering af relativt små emner. Konfigurationen omfatter en fast nedre elektrode og en flydende øvre elektrode, der bæres på en vippearm. Bevægelsen af ​​den øvre elektrode styres af en fodpedal, hvor en operatør kan hæve eller sænke den for at udføre arbejdet under på- og aflæsningsproceduren. For eksempel er sådanne maskiner anvendelige til let drift, og moderne typer inkluderer ofte programmerbare kontroller til at styre kraft og strøm under svejsecyklussen.

                   Vippearmsmaskine

Til større og tungere emner er punktsvejsere af pressetypen det bedste valg. Disse er stationære maskiner, hvor en vertikalt drevet presse, der drives pneumatisk eller hydraulisk, bruges til at bevæge den øvre elektrode i en lige linje. Dette design muliggør anvendelse af højere kræfter og imødekommer mere komplekse svejsecyklusser, hvilket gør dem uundværlige til store industrielle applikationer.

I situationer, hvor det er upraktisk at bruge stationære punktsvejsemaskiner til at håndtere store og tunge dele, er håndbetjente bærbare svejsemaskiner den effektive løsning. Letvægtsværktøj har modsatrettede elektroder anbragt i en tangmekanisme, der gør det muligt for en menneskelig arbejder eller industrirobot nemt at manøvrere dem. Bærbare svejsepistoler er forbundet til strøm- og styresystemer via fleksible kabler og slanger med mulighed for at integrere vandkøling til elektroderne. Deres tilpasningsevne gør dem også til hjørnesten i bilmonteringsfabrikker, der i vid udstrækning bruges til at svejse bilkarosserier - ofte under styring af en robot.

Punktsvejseproces

Punktsvejseprocessen består af en række begivenheder, kaldet svejsecyklussen, og den involverer indsættelse af emner, påføring af kraft, kontrol af svejsetiden og afkøling. Hvert trin i cyklussen er vigtigt for at få en stærk og pålidelig svejsning. Trinene i en punktsvejsecyklus er vist i figuren nedenfor.

Svejsecyklussen 
1. Nedsænkning af dele og primær kontakt
Metaldelene placeres mellem to kobberelektroder. Disse elektroder bringes derefter i let kontakt med metallernes overflade, efter at de har påført et vist tryk. På et mikroskopisk niveau er metallernes overflade aldrig glat; derfor er det kun toppe, der kan røre hinanden i starten. På sådanne punkter, når der påføres tilstrækkeligt kontakttryk, brister oxidlaget, og der dannes et par metal-til-metal-broer. Svejseplanen sikrer, at der er tilstrækkelig tid til, at elektrodekraften når 95 % af den tilsigtede svejsekraft, før strømmen starter, hvilket sikrer ensartethed og nøjagtighed.

2. Påføring af svejsestrøm
Når det nødvendige tryk er opnået, ledes en høj elektrisk strøm gennem elektroderne i en meget kort periode. Mens strømmens passage gennem det bulkmetale spredes til et stort område, flyder strømmen gennem de metalliske broer ved grænsefladen, hvor metallerne berører hinanden, og strømtætheden på dette punkt bliver meget høj. Strømtætheden på dette punkt udvikler nok varme til at smelte de metalliske broer.

Når disse oprindelige broer smelter og kollapser, kommer andre toppe på metaloverfladerne i kontakt med hinanden og danner nye broer. Modstanden i det smeltede metal er højere sammenlignet med de nydannede broer, og strømmen skifter til de nydannede baner. Processen med overgang fra en bro til en anden gentages, indtil hele grænsefladen er smeltet, og en nugget er dannet.

Energitilførslen på svejsestedet afhænger af materialemodstanden, strømstyrken og svejsetiden. Der skal være en balance; for lidt energitilførsel skaber ufuldstændig smeltning, hvilket giver en svag svejsning; overskydende energi forårsager oversmeltning, endda til udstødning af det smeltede materiale, nogle gange gennemborende et hul gennem samlingen.

3. Køling og størkning

Når strømmen stopper, opretholdes elektrodekraften i et kort tidsrum, så det smeltede metal kan køle af og størkne under tryk. I de fleste svejsesystemer har elektroderne kølemiddelhuller, der accelererer denne afkøling ved lokalt at køle emnet ned.

Ved afslutningen af ​​denne procesfase dannes en rund nugget med en diameter på 4 til 7 millimeter. En sådan nugget sikrer en stærk samling uden svejsekanter på nogen af ​​siderne af pladen, hvilket bevarer emnets strukturelle integritet og overfladens udseende.

Modstandssømsvejsning (RSEW)

Modstandssømsvejsning (RSEW) er en mere perfektioneret variation af modstandspunktsvejsning, hvor stavformede elektroder erstattes af roterende hjul, som illustreret i figuren nedenfor. Arrangementet giver et antal overlappende svejsninger i en overlapningssamling og sikrer stærke, lækagetætte sømme. Modstandssømsvejsning er meget anvendt i tankfremstilling og fremstilling af bildæmpere og andre fremstillede metalbeholdere. Det er fortsat en meget vigtig samlingsproces i fremstillingen af ​​holdbare, forseglede komponenter til mange industrier.

Vigtige procesdetaljer

Sømsvejsning udføres generelt kontinuerligt, og sømmene skal være lige eller have ensartet krumning på grund af problemer med skarpe hjørner og diskontinuiteter. Der kræves fastgørelseselementer for at positionere emnerne og forhindre vridning, hvilket er det største problem med sømsvejsning.
De tre varianter af RSEW (kontinuerlig bevægelsessvejsning, rullepunktsvejsning og kontinuerlig sømsvejsning) er grafisk repræsenteret i figuren nedenfor.

Disse teknikker afslører processens fleksibilitet:

Kontinuerlig bevægelsessvejsningDette er den primære proces, hvor elektrodehjulene roterer kontinuerligt med en konstant hastighed, og svejsestrømmen pulserer med regelmæssige intervaller. Overlappende svejseklumper skabes således ved timingen for en ensartet og stærk søm.
Punktsvejsning med rullemodstandDette involverer at indføre mellemrum mellem svejseklumperne ved at reducere svejsestrømmens pulsfrekvens. Således skabes intermitterende svejsepunkter langs sømmen, og de er bedst egnede, hvor der er behov for mindre kontinuitet i svejsningen.
Kontinuerlig sømsvejsningI denne variant er svejsestrømmen kontinuerlig; derfor giver den en fuldstændig uafbrudt søm langs samlingen.
En anden metode, intermitterende svejsning, stopper elektrodehjulet cyklisk for at lave svejsningerne. Hjulet roterer mellem stoppene, og derfor kan afstanden mellem svejseklumperne skabe mønstre som dem i a) og b) i figuren ovenfor.

Udstyr og køling

Sømsvejsemaskiner minder om punktsvejsemaskiner af pressetypen, bortset fra at deres elektroder er hjulformede i stedet for stavformede. Køling er også nødvendig i RSEW for at forhindre unødig opvarmning af både emnet og elektrodehjulene. Dette kan gøres ved at lede vand på over- og undersiden af ​​emneoverfladerne ved siden af ​​elektrodehjulene.

Sammenfattende sammenligning af punktsvejsning og sømsvejsning