Piste- ja saumahitsauksen ymmärtäminen: tekniikat, sovellukset ja laitteet

Vastuspistehitsaus (RSW): Prosessin yleiskatsaus

Vastuspistehitsaus on prosessi, jossa limiliitoksen vastakkaiset pinnat liitetään yhteen paineen ja sähköisen vastuksen tuottaman lämmön avulla. Syntyvä lämpö keskitetään hitsauskohtaan vastakkaisiin elektrodeihin, jotka on valmistettu kuparipohjaisesta seoksesta tai kupari-volframi-yhdistelmästä: kuparipohjaisia ​​seoksia käytetään laajalti niiden korkean johtavuuden vuoksi, kun taas kupari-volframi-yhdistelmät tarjoavat paremman kulumiskestävyyden vaativissa sovelluksissa.

Elektrodit pohjimmiltaan säätelevät hitsauksen laatua ja kokoa. Vaikka yleisimmin käytetty muoto on pyöreä elektrodin kärjessä, erikoistarkoituksiin on kehitetty myös muita malleja, kuten kuusikulmaisia ​​ja neliönmuotoisia kärkiä. Muissa elektrodeissa on sisäiset vesijäähdytyskanavat, jotka auttavat vähentämään niiden kuumenemista hitsauksen aikana ja pidentävät siten niiden käyttöikää.

Vastuspistehitsauksen laajat käyttökohteet löytyvät esimerkiksi autoteollisuudesta, jossa yhden auton korin hitsaukseen tarvitaan noin 10 000 yksittäistä pistehitsausta. Muita yleisiä käyttötarkoituksia ovat kodinkoneet, metallihuonekalut ja vastaavat ohutlevytuotteet. Sen yleisyys massatuotannossa korostaa sen taloudellista ja teollista merkitystä, sillä pelkästään maailmanlaajuinen autojen tuotanto saavuttaa kymmeniä miljoonia vuosittain.

Pistehitsauslaitteet

Pistehitsauslaitteita on kolmea päätyyppiä: keinuvipukoneet, prässihitsauslaitteet ja kannettavat pistehitsauspistoolit. Jokainen sopii parhaiten tiettyyn käyttötarkoitukseen.

Keinuvipuisia pistehitsauskoneita (kuten alla olevaa) on käytetty laajalti suhteellisen pienten työkappaleiden käsittelyyn. Kokoonpanoon kuuluu kiinteä alapultti ja keinuvivussa oleva kelluva yläultti. Yläultran liikettä ohjataan jalkapolkimella, jolla käyttäjä voi nostaa tai laskea sitä työstääkseen sitä lastaus- ja purkuprosessin aikana. Tällaiset koneet soveltuvat esimerkiksi kevyeen käyttöön, ja nykyaikaisissa malleissa on usein ohjelmoitavat säätimet voiman ja virran hallitsemiseksi hitsausjakson aikana.

                   Keinuvipukone

Suuremmille ja painavammille työkappaleille paras valinta on prässityyppiset pistehitsauslaitteet. Nämä ovat kiinteitä koneita, joissa pystysuunnassa toimivaa, pneumaattisesti tai hydraulisesti käytettävää prässiä käytetään ylemmän elektrodin siirtämiseen suoraviivaisesti. Tämä rakenne mahdollistaa suurempien voimien käytön ja soveltuu monimutkaisempiin hitsaussykleihin, mikä tekee niistä välttämättömiä laajamittaisissa teollisissa sovelluksissa.

Tilanteissa, joissa kiinteiden pistehitsauskoneiden käyttö suurten ja raskaiden osien käsittelyyn on epäkäytännöllistä, käsikäyttöiset kannettavat laitteet ovat tehokas ratkaisu. Kevyissä työkaluissa on vastakkaiset elektrodit, jotka on sijoitettu pihtimekanismiin, minkä ansiosta ihminen tai teollisuusrobotti voi helposti ohjata niitä. Kannettavat pistoolit on kytketty virta- ja ohjausjärjestelmiin joustavilla kaapeleilla ja letkuilla, ja elektrodeille on mahdollista sisällyttää vesijäähdytys. Niiden mukautuvuus tekee niistä myös kulmakiviä autojen kokoonpanotehtaissa, joita käytetään laajasti autonkorien hitsaukseen – usein robotin ohjauksessa.

Pistehitsausprosessi

Pistehitsausprosessi koostuu sarjasta tapahtumia, joita kutsutaan hitsaussykliksi, ja se sisältää osan asettamisen, voiman kohdistamisen, hitsausajan hallinnan ja jäähdytyksen. Jokainen syklin vaihe on tärkeä vahvan ja luotettavan hitsin saamiseksi. Pistehitsaussyklin vaiheet on esitetty alla olevassa kuvassa.

Hitsaussykli 
1. Osien upottaminen veteen ja ensisijainen kosketus
Metalliosat asetetaan kahden kuparielektrodin väliin. Nämä elektrodit saatetaan sitten kevyesti kosketuksiin metallien pinnan kanssa kohdistamalla niihin jonkin verran painetta. Mikroskooppisella tasolla metallien pinta ei ole koskaan sileä; siksi vain huiput voivat aluksi koskettaa toisiaan. Tällaisissa kohdissa, kun kosketuspaine on riittävä, oksidikerros rikkoutuu ja metallien välille muodostuu muutamia siltoja. Hitsausaikataulu varmistaa, että elektrodivoimalla on riittävästi aikaa saavuttaa 95 % tarkoitetusta hitsausvoimasta ennen virran alkamista, mikä varmistaa tasaisuuden ja tarkkuuden.

2. Hitsausvirran käyttäminen
Kun vaadittu paine on saavutettu, elektrodien läpi johdetaan suuri sähkövirta hyvin lyhyen ajan. Vaikka virran kulku metallin läpi leviää laajalle alueelle, metallien rajapinnassa virta kulkee metallisten siltojen läpi ja virrantiheys tässä kohdassa kasvaa erittäin suureksi. Virrantiheys tässä kohdassa kehittää riittävästi lämpöä metallisiltojen sulattamiseen.

Kun nämä alkuperäiset sillat sulavat ja romahtavat, muut metallipintojen huiput joutuvat kosketuksiin toistensa kanssa muodostaen uusia siltoja. Sulan metallin vastus on suurempi verrattuna vasta muodostuneisiin siltoihin, ja virta siirtyy vasta muodostuneisiin reitteihin. Siirtymäprosessi sillasta toiseen toistuu, kunnes koko rajapinta on sulanut ja nuggetti on muodostunut.

Hitsauskohdan energiansyöttö riippuu materiaalin vastuksesta, virran suuruudesta ja hitsausajasta. Tasapainon on oltava; liian pieni energiansyöttö aiheuttaa epätäydellisen sulamisen, mikä tekee hitsistä heikon; liiallinen energia aiheuttaa liikasulamista, jopa sulan materiaalin ulos työntymisen, mikä joskus puhkaisee reiän liitoksen läpi.

3. Jäähdytys ja jähmettyminen

Kun virta pysähtyy, elektrodin paine säilyy lyhyen aikaa, jotta sula metalli jäähtyy ja jähmettyy paineen alaisena. Useimmissa hitsausjärjestelmissä elektrodeissa on jäähdytysnestereiät, jotka kiihdyttävät tätä jäähtymistä jäähdyttämällä työkappaletta paikallisesti.

Tämän prosessivaiheen loppuun mennessä muodostuu pyöreä hitsauskappale, jonka halkaisija on 4–7 millimetriä. Tällainen hitsauskappale varmistaa vahvan liitoksen ilman hitsauspalkoja levyn kummallakaan puolella, säilyttäen työkappaleen rakenteellisen eheyden ja pinnan ulkonäön.

Resistanssisauman hitsaus (RSEW)

Vastussaumahitsaus (RSEW) on vastuspistehitsauksen kehittyneempi muunnelma, jossa tikkumaiset elektrodit korvataan pyörivillä pyörillä, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty. Järjestely tarjoaa useita päällekkäisiä hitsejä limiliitoksessa ja varmistaa vahvat ja tiiviit saumat. Vastussaumahitsausta käytetään laajalti säiliöiden ja autojen äänenvaimentimien sekä muiden levymetallisäiliöiden valmistuksessa. Se on edelleen erittäin tärkeä liitosprosessi kestävien ja suljettujen komponenttien valmistuksessa monilla teollisuudenaloilla.

Keskeiset prosessitiedot

Saumahitsaus suoritetaan yleensä jatkuvatoimisesti, ja saumojen on oltava suoria tai tasaisen kaarevia terävien kulmien ja epäjatkuvuuksien aiheuttamien ongelmien vuoksi. Kiinnittimiä tarvitaan työkappaleiden asemointiin ja vääntymisen estämiseen, mikä on saumahitsauksen suurin ongelma.
RSEW:n kolme muunnosta (jatkuva liikehitsaus, valssipistehitsaus ja jatkuva saumahitsaus) on esitetty graafisesti alla olevassa kuvassa.

Nämä tekniikat paljastavat prosessin joustavuuden:

Jatkuvan liikkeen hitsausTämä on pääprosessi, jossa elektrodipyörät pyörivät jatkuvasti vakionopeudella ja hitsausvirta sykkii säännöllisin väliajoin. Näin ollen ajoitus luo päällekkäisiä hitsausnuggeteja, jotka takaavat tasaisen ja vahvan sauman.
VierintävastuspistehitsausTämä tarkoittaa hitsausnuggetien väliin syntyvien rakojen luomista hitsausvirran pulssin taajuutta pienentämällä. Näin ollen saumaan muodostuu ajoittaisia ​​hitsauspisteitä, jotka sopivat parhaiten paikkoihin, joissa hitsin jatkuvuutta ei tarvita.
Jatkuva saumahitsausTässä muunnelmassa hitsausvirta on jatkuva; siksi se tuottaa täysin keskeytymättömän sauman jatkuvasti liitoksen pitkin.
Toinen menetelmä, jaksoittainen liikehitsaus, pysäyttää elektrodipyörän syklisesti hitsien tekemiseksi. Pyörä pyörii pysäytysten välillä, joten hitsausnuggetien välinen etäisyys voi luoda kuvioita, kuten yllä olevan kuvan a) ja b) esittämissä kuvioissa.

Laitteet ja jäähdytys

Saumahitsauskoneet ovat kuin prässityyppisiä pistehitsauskoneita, paitsi että niiden elektrodit ovat kiekonmuotoisia puikon sijaan. Jäähdytys on myös tarpeen RSEW-koneissa, jotta estetään sekä työkappaleen että elektrodipyörien liiallinen kuumeneminen. Tämä voidaan tehdä ohjaamalla vettä työkappaleen pintojen ylä- ja alapuolelle elektrodipyörien viereen.

Pistehitsauksen ja saumahitsauksen yhteenvetovertailu